專利名稱：圖像感測元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種感測元件及其制造方法，尤其涉及一種圖像感測元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
光電二極管圖像傳感器是目前常見的一種圖像感測元件。典型的光電二極管圖像傳感器，至少包括一個(gè)晶體管以及一個(gè)光電二極管。以n型摻雜區(qū)、p型基底(n+/p)所形成的光電二極管作為感光區(qū)域?yàn)槔?，光電二極管圖像傳感器在操作時(shí)，在晶體管的柵極施加一電壓，使晶體管開啟后，對n+/p光電二極管結(jié)電容充電。當(dāng)充電到一高電位之后，關(guān)掉晶體管，使n+/p光電二極管產(chǎn)生逆偏而形成耗盡區(qū)。當(dāng)光照射在此n+/p光電二極管感光區(qū)時(shí)，產(chǎn)生的電子空穴對會被耗盡區(qū)的電場分開，使電子往n型摻雜區(qū)移動，而使n型摻雜區(qū)的電位降低，至于空穴則會往p型基體流走。若n型摻雜區(qū)接到一個(gè)傳送晶體管(transfer transistor)所形成的源極跟隨器(source follower)，則可以利用源極跟隨器所提供的大電流，快速地對輸出端充放電，使輸出端的電壓穩(wěn)定，噪聲較小，此種光傳感器則為有源式光電二極管傳感器(active pixelphotodiode)。
近年來在許多低價(jià)位圖像傳感器的應(yīng)用上，有源式光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器已成為電荷耦合元件(charge coupled device，CCD)的替代品。由于有源式光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器具有高量子率(quantum efficiency)、低讀出噪聲(read noise)、高動態(tài)范圍(dynamic range)以及隨機(jī)存取(random access)等特性，而且與互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)元件的工藝具有百分之百的兼容性，因此可以很容易地將其與其它元件整合在同一片芯片之上，達(dá)到所謂的系統(tǒng)單一芯片(system on achip，SOC)。因此，有源式光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器是未來發(fā)展圖像傳感器的一種趨勢。
圖1即為現(xiàn)有一種有源式光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器的結(jié)構(gòu)剖面圖。圖1中，基底100區(qū)分為光感測區(qū)(photo sensing region)102以及晶體管區(qū)(transistor region)104，基底100中有隔離結(jié)構(gòu)106以隔離基底100中的不同元件。光感測區(qū)102的基底100中有光電二極管(photodiode)110，而晶體管區(qū)104的基底100上有晶體管120，晶體管120包括柵介電層122、柵導(dǎo)體層124以及源極與漏極區(qū)126?；?00上還有多層介電層130以及由導(dǎo)體插塞134與金屬導(dǎo)線(metal conductive line)136連接而成的金屬內(nèi)連線(metal interconnects)132。在最上層的介電層130上有一層藉由沉積并經(jīng)化學(xué)機(jī)械拋光后所形成的保護(hù)層(passivation layer)140，用來保護(hù)底下的結(jié)構(gòu)并可減少光反射。保護(hù)層140上則是濾色層(color filter)150。元件中通常有三種或三種以上的濾色層150，以陣列形式組成濾色陣列，每種濾色層僅允許特定頻率的可見光通過至其對應(yīng)的圖像傳感器。濾色層150上有透鏡平坦層160，而透鏡平坦層160上則設(shè)置微透鏡(microlens)170。
值得注意的是，光(圖1中向下的箭頭)到達(dá)上述元件中的光電二極管110的路徑過長，使微透鏡170無法有效的使光聚焦于光電二極管110，導(dǎo)致光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器對光的靈敏度降低，而且在整合其它元件的制作后，會容易產(chǎn)生串?dāng)_(cross talk)。因此發(fā)展出在形成濾色層150前，會先對保護(hù)層140進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，使其厚度降低，以縮短光的路徑，但這種工藝較為復(fù)雜。所以欲改良此傳感器對光的靈敏性，而不影響到此傳感器預(yù)設(shè)的性能，是必須要面對的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種圖像感測元件及其制造方法，可以降低光路徑的長度，并加強(qiáng)濾色層的對準(zhǔn)能力，以增加圖像感測元件對光的靈敏度。
本發(fā)明提出一種圖像感測元件，包括具有光感測區(qū)與晶體管區(qū)的基底、光電二極管、晶體管、介電層、金屬內(nèi)連線、金屬導(dǎo)線、共形保護(hù)層(conformalpassivation layer)、濾色層、透鏡平坦層以及微透鏡。光電二極管配置于光感測區(qū)的基底中、晶體管配置于晶體管區(qū)的基底上、介電層配置于基底上。金屬內(nèi)連線和金屬導(dǎo)線則分別位于光感測區(qū)以外的介電層中和介電層上。共形保護(hù)層則是配置于介電層上并覆蓋金屬導(dǎo)線。濾色層配置于光感測區(qū)中的共形保護(hù)層上，且濾色層的底部低于金屬導(dǎo)線的頂部。而透鏡平坦層與微透鏡則依序配置于上述結(jié)構(gòu)上。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件中，共形保護(hù)層包括氧化硅(SiO)層、氮化硅(SiN)層、氮氧化硅(SiON)層及其組成的疊層其中之一。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件中，部分濾色層可與部分金屬導(dǎo)線重疊。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件中，金屬導(dǎo)線的底部高于濾色層的底部。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件中，還包括抗反射層，位于基底與介電層之間?？狗瓷鋵拥牟牧习ǖ璨牧稀?br> 依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件中，晶體管包括位于基底上的柵介電層、位于柵介電層上的柵導(dǎo)體層與位于柵導(dǎo)體層兩側(cè)的基底中的源極與漏極區(qū)。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件中，介電層包括由以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的磷硅玻璃層、未摻雜硅玻璃層、以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的材料層、以高密度等離子體法形成的材料層所組成的一種疊層。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件中，金屬導(dǎo)線的材料包括鋁、銅或鎢。透鏡平坦層的材料包括透明的高分子聚合材料。而微透鏡的材料則包括高透光性的光致抗蝕劑材料。
本發(fā)明提供一種圖像感測元件的制造方法，其方法為先于基底的光感測區(qū)中形成光電二極管。接著，于基底的晶體管區(qū)上形成電連接光電二極管的晶體管。然后，于基底上形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)是由介電層以及多層金屬內(nèi)連線所構(gòu)成，其中金屬內(nèi)連線位于光感測區(qū)以外的介電層中。繼之，于介電層上形成金屬材料層。之后，圖案化金屬材料層，以于光感測區(qū)以外形成金屬導(dǎo)線以及于光感測區(qū)中形成開口。隨后，于介電層上形成共形保護(hù)層，并覆蓋金屬導(dǎo)線。接著，于開口中填滿濾色層。然后，于濾色層與共形保護(hù)層上形成透鏡平坦層。之后，于光感測區(qū)中的透鏡平坦層上形成微透鏡。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件的制造方法中，圖案化金屬材料層的方法還可包括移除光感測區(qū)中的部分介電層。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件的制造方法中，共形保護(hù)層包括氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及其組成的疊層其中之一，其形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件的制造方法中，于基底上形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的步驟前，還包括于該基底上形成抗反射層，覆蓋晶體管與光電二極管。
依照本發(fā)明的一實(shí)施例所述，上述的圖像感測元件的制造方法中，介電層包括由以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的磷硅玻璃層、未摻雜硅玻璃層、以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的材料層、以高密度等離子體法形成的材料層所組成的一種組合疊層。
本發(fā)明的圖像感測元件的制造方法，形成較薄的共形保護(hù)層，可省略現(xiàn)有須對保護(hù)層進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的步驟。另外，本發(fā)明的共形保護(hù)層還具有抗反射層的功能。因此，可以簡化實(shí)施的流程，縮短光的入射路徑，使光容易精準(zhǔn)地射入光電二極管，以增加圖像感測元件對光的靈敏度，并減少線路間的交互干擾。另外，濾色層能夠準(zhǔn)確地形成于光感測區(qū)中的光電二極管之上，降低濾色層對準(zhǔn)光電二極管的困難度，以增加工藝裕度。
為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，以下配合附圖以及優(yōu)選實(shí)施例，以更詳細(xì)地說明本發(fā)明。


圖1為現(xiàn)有的圖像感測元件的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖2為依照本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的圖像感測元件的結(jié)構(gòu)剖面示意圖；圖3為依照本發(fā)明的另一實(shí)施例所繪示的圖像感測元件的剖面示意圖；圖4A至圖4E為依照本發(fā)明的一實(shí)施例的圖像感測元件的制造方法的流程剖面示意圖；圖4F至圖4H為依照本發(fā)明的另一實(shí)施例繪示的圖像感測元件的制造方法的流程剖面示意圖。
簡單符號說明100、200、400基底102、202、402光感測區(qū)104、204、404晶體管區(qū)106、206、406隔離結(jié)構(gòu)
110、210、410光電二極管120、220、420晶體管122、222、422柵介電層124、224、424柵導(dǎo)體層126、226、426源極與漏極區(qū)128、228、428抗反射層130、230、432介電層132、240、434金屬內(nèi)連線134、242、436a、436b、436c導(dǎo)體插塞136、244、250、438b、438c、442、446金屬導(dǎo)線140保護(hù)層150、270、274、460、462濾色層160、280、470、472透鏡平坦層170、290、480微透鏡232、432a內(nèi)層介電層234、236、432b、432c金屬層間介電層252、442a、446a頂部254、272、442b、444a、446a、448a底部260、450、452共形保護(hù)層430內(nèi)連線結(jié)構(gòu)440金屬材料層444、448開口具體實(shí)施方式
圖2為依照本發(fā)明的一實(shí)施例所繪示的圖像感測元件的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。
請參照圖2，本發(fā)明的圖像感測元件包括基底200、光電二極管210、晶體管220、介電層230、金屬內(nèi)連線240、金屬導(dǎo)線250、共形保護(hù)層260、濾色層270、透鏡平坦層280以及微透鏡290。
基底200具有光感測區(qū)202以及晶體管區(qū)204，而基底200中通常已形成有隔離結(jié)構(gòu)206，用來電性隔絕基底200中的不同元件。光電二極管210配置于基底200的光感測區(qū)202中，而晶體管220則配置于基底200的晶體管區(qū)204上。晶體管220包括柵介電層222、柵導(dǎo)體層224以及源極與漏極區(qū)226。上述光電二極管210與晶體管220電連接，即光電二極管210與源極與漏極區(qū)226相連。上述晶體管220可以是重置晶體管、輸出選擇晶體管或者傳送晶體管等。而圖像感測元件的種類，例如是光電二極管互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。另外，基底200若為n型，則光電二極管210為p型；反之，基底200若為p型，則光電二極管210為n型。
介電層230配置于基底200上，覆蓋晶體管220與光電二極管210。介電層230例如是內(nèi)層介電層或金屬層間介電層，其層數(shù)與配置是依照元件的需求而設(shè)計(jì)。介電層230例如是由以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的磷硅玻璃層、未摻雜硅玻璃層、以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的材料層、以高密度等離子體法形成的材料層所組成的一種組合疊層。
在一實(shí)施例中，介電層230例如是由內(nèi)層介電層232、金屬層間介電層234與金屬層間介電層236組成。其中，內(nèi)層介電層232例如是先形成一層未摻雜硅玻璃，再形成一層以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的磷硅玻璃；金屬層間介電層234、236例如是先以高密度等離子體法形成質(zhì)地較硬的材料層，再以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成質(zhì)地較軟的材料層。
另外，基底200與介電層230之間還例如是包括一層抗反射層228，且抗反射層228覆蓋晶體管220與光電二極管210?？狗瓷鋵?28可用來避免光電二極管區(qū)210所接收的入射光大量反射，其材料例如是氮化硅或其它合適材料。
金屬內(nèi)連線240配置于光感測區(qū)202以外的介電層230中，金屬內(nèi)連線240與晶體管220電連接。金屬內(nèi)連線240例如是由多個(gè)導(dǎo)體插塞242以及多個(gè)金屬導(dǎo)線244所組成，而導(dǎo)體插塞242與金屬導(dǎo)線244的層數(shù)則視介電層230的層數(shù)而定。其中，相鄰的導(dǎo)體插塞242與金屬導(dǎo)線244由晶體管220開始電連接至最上層的介電層230頂端。金屬導(dǎo)線250則設(shè)置于光感測區(qū)202以外的介電層230上，且與金屬內(nèi)連線240的頂端連接。金屬導(dǎo)線244、250的材料例如是鋁、銅、鎢或其它適合金屬。導(dǎo)體插塞242的材料例如是鋁、銅、鎢或其它適合導(dǎo)體材料。
當(dāng)然，上述圖2中所繪示的圖像感測元件，是以具有三層結(jié)構(gòu)的介電層230與金屬內(nèi)連線240為例做說明，但本發(fā)明并不限定于此，金屬內(nèi)連線240與介電層230的層數(shù)可視線路設(shè)計(jì)或工藝所需做更改。
共形保護(hù)層260配置于介電層230上，并覆蓋金屬導(dǎo)線250。共形保護(hù)層260例如是氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及其組成的疊層其中之一。濾色層270配置于光感測區(qū)202中的共形保護(hù)層260上，且濾色層270的底部272低于金屬導(dǎo)線250的頂部252。通常元件中的濾色層270至少為一個(gè)以上，以組成濾色陣列。透鏡平坦層280配置于濾色層270與部分共形保護(hù)層260上，其材料例如是透明的高分子聚合材料或其它適合材料。微透鏡290配置于光感測區(qū)202中的透鏡平坦層280上，其材料例如是高透光性的光致抗蝕劑材料。
在本實(shí)施例中，濾色層270的底部272與金屬導(dǎo)線250的底部254接近同一平面，因此部分濾色層270與部分金屬導(dǎo)線250重疊。
上述圖像感測元件的結(jié)構(gòu)中，共形保護(hù)層260是順應(yīng)性地隨著介電層230與金屬導(dǎo)線250的輪廓變化而形成，與現(xiàn)有的保護(hù)層(如圖1中的保護(hù)層140)不同。其中，共形保護(hù)層260的厚度雖然比現(xiàn)有技術(shù)薄，但是其可以為不同功能的材料層所組成的疊層，所以仍能保有現(xiàn)有技術(shù)中保護(hù)層的功效。舉例來說，當(dāng)共形保護(hù)層260例如是包含有氮化硅層或氮氧化硅層時(shí)，其材料與抗反射層的材料相同，因此可以具有抗反射的功效。如此一來，光的入射路徑縮短，再加上濾色層270直接設(shè)置于金屬導(dǎo)線250兩側(cè)，準(zhǔn)確地位于光感測區(qū)202的光電二極管210上方，使入射光能夠精準(zhǔn)的射入光電二極管210，增加圖像感測元件對光的靈敏度，并減少元件間的交互干擾。另外，因?yàn)楣残伪Ｗo(hù)層260的形成方法中不需要進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光步驟，所以可簡化工藝。
圖3為依照本發(fā)明的另一實(shí)施例所繪示的圖像感測元件的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。本實(shí)施例中的所有構(gòu)件與相對位置皆與圖2的實(shí)施例相同，故于此不再贅述。而圖3與圖2實(shí)施例的不同處在于，濾色層274的底部276例如是低于金屬導(dǎo)線250的底部254，亦即濾色層274與金屬導(dǎo)線250有重疊部分；抑或沒有重疊。
本實(shí)施例的圖像感測元件的結(jié)構(gòu)中，濾色層274準(zhǔn)確地位于光感測區(qū)202的光電二極管210上方，且共形保護(hù)層260的厚度比現(xiàn)有薄，再加上介電層230的厚度更薄，因此光的入射路徑更短，使入射光能夠更精準(zhǔn)地射入光電二極管210，增加圖像感測元件對光的靈敏度，并減少元件間的交互干擾。
圖4A至圖4E為依照本發(fā)明的一實(shí)施例的圖像感測元件的制造方法的流程剖面示意圖。
首先，請參照圖4A。于基底400的光感測區(qū)402中形成光電二極管410，以及于基底400的晶體管區(qū)404上形成晶體管420，且基底400中通常已形成有隔離結(jié)構(gòu)406，以電性隔絕基底400中的各元件。其中晶體管420與光電二極管410電連接，晶體管420包括柵介電層422、柵導(dǎo)體層424以及源極與漏極區(qū)426。而后，在基底400上形成抗反射層428，其材料與形成方法例如是在基底400上沉積一層氮化硅層?？狗瓷鋵?28覆蓋晶體管420以及光電二極管410，其作用為避免入射光反射而減少進(jìn)入光電二極管410的入射光。
接著，請參照圖4B。于基底400上形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)430，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)430的形成方法，例如是，首先于抗反射層428上形成內(nèi)層介電層432a，其材料與形成方法例如是于抗反射層428上形成未摻雜硅玻璃層，再以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成磷硅玻璃層。然后，于內(nèi)層介電層432a中形成導(dǎo)體插塞436a，其中導(dǎo)體插塞436a深至源極與漏極區(qū)426。導(dǎo)體插塞436a的材料例如是鋁、銅、鎢或其它適合導(dǎo)體材料。繼之，于介電層432a上形成與導(dǎo)體插塞436a電連接的金屬導(dǎo)線438b。金屬導(dǎo)線438b的材料例如是鋁、銅、鎢或其它適合金屬。接著，于內(nèi)層介電層432a上形成金屬層間介電層432b，其材料與形成方法例如是先以高密度等離子體法形成質(zhì)地較硬的材料層，再以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成質(zhì)地較軟的材料層。而后，以上述方法類推形成導(dǎo)體插塞436b、金屬導(dǎo)線438c、金屬層間介電層432c以及導(dǎo)體插塞436c。
上述的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)430是由內(nèi)層介電層432a、金屬層間介電層432b、金屬層間介電層432c、導(dǎo)體插塞436a、導(dǎo)體插塞436b、導(dǎo)體插塞436c、金屬導(dǎo)線438b與金屬導(dǎo)線438c所構(gòu)成。其中，內(nèi)層介電層432a、金屬層間介電層432b、金屬層間介電層432c組成介電層432；導(dǎo)體插塞436a、導(dǎo)體插塞436b、導(dǎo)體插塞436c、金屬導(dǎo)線438b與金屬導(dǎo)線438c組成金屬內(nèi)連線434。金屬內(nèi)連線434位于光感測區(qū)402之外的介電層432中，且由晶體管420開始電連接至最上層的介電層432c。
當(dāng)然，上述實(shí)施例是以具有三層結(jié)構(gòu)的介電層432與其中的金屬內(nèi)連線434組成的內(nèi)連線結(jié)構(gòu)430為例做說明，但本發(fā)明并不限定于此。介電層432的層數(shù)與配置可依照線路設(shè)計(jì)或工藝所需而設(shè)計(jì)，而導(dǎo)體插塞436與金屬導(dǎo)線438的個(gè)數(shù)與層數(shù)則依介電層432的層數(shù)而定。
然后，請繼續(xù)參照圖4B。于介電層432上形成金屬材料層440。金屬材料層440的材料例如是鋁、銅、鎢或其它適合金屬。
隨后，請參照圖4C。圖案化金屬材料層440，以于光感測區(qū)402以外形成金屬導(dǎo)線442，以及于光感測區(qū)402中形成開口444。圖案化金屬材料層440的方法例如是蝕刻移除部分金屬材料層440，并暴露部分最上層的金屬層間介電層432c的表面，以形成金屬導(dǎo)線442與開口444。其中，開口444位于光感測區(qū)402中的介電層432上，亦即開口444的底部444a低于金屬導(dǎo)線442的頂部442a，且平行于金屬導(dǎo)線442的底部442b。繼之，于介電層432上形成共形保護(hù)層450，且共形保護(hù)層450覆蓋金屬導(dǎo)線442。共形保護(hù)層450的材料例如是氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及其組成的疊層其中之一，形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
值得一提的是，共形保護(hù)層450是順應(yīng)性地隨著金屬導(dǎo)線442與暴露的介電層432c的輪廓變化而形成，其厚度比現(xiàn)有的保護(hù)層薄。此外，共形保護(hù)層450形成后不需進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光的步驟，因此可以不設(shè)置化學(xué)機(jī)械拋光用的平坦層。上述兩特點(diǎn)使元件中光的入射路徑縮短，以降低入射光無法聚焦于光電二極管的現(xiàn)象，增加圖像感測元件對光的靈敏度，并減少元件間的交互干擾。另外，當(dāng)共形保護(hù)層450例如是包含有氮化硅層或氮氧化硅層時(shí)，其材料與抗反射層的材料相同，因此共形保護(hù)層450也可以具有抗反射的功效。
隨后，請參照圖4D。于開口444中填滿濾色層460，亦即濾色層460位于光感測區(qū)402中。在此實(shí)施例中，濾色層460與金屬導(dǎo)線442有部分重疊。元件中通常具有數(shù)種不同的濾色層組成濾色陣列。
值得注意的是，上述濾色層460因必須篩選入射光的波長，所以應(yīng)形成于光感測區(qū)402中，也就是準(zhǔn)確的形成于光電二極管410之上。而本實(shí)施例直接于形成金屬導(dǎo)線442時(shí)同時(shí)形成一開口444，而將濾色層460直接設(shè)置于開口444中，如此一來，便可以降低濾色層460對準(zhǔn)光電二極管410的困難度，以增加工藝裕度。
之后，請參照圖4E。于濾色層460與暴露的共形保護(hù)層上形成透鏡平坦層470。透鏡平坦層470的材料例如是透明的高分子聚合材料或其它適合材料。接著，于光感測區(qū)402中的透鏡平坦層470上形成微透鏡480。微透鏡480的形成方法例如是先于透鏡平坦層470上形成微透鏡材料層(未繪示)，再圖案化微透鏡材料層，以形成微透鏡圖案。接著，對微透鏡圖案進(jìn)行熱工藝，以形成微透鏡480。
在此實(shí)施例中，形成于金屬導(dǎo)線442與暴露的介電層432c上的共形保護(hù)層450比現(xiàn)有的保護(hù)層薄，并省略保護(hù)層的化學(xué)機(jī)械拋光步驟，因此可以簡化工藝。另外，共形保護(hù)層450的材料還具有抗反射的功效。因此以簡單易實(shí)施的方法將光感測區(qū)的光入射路徑縮短，而使入射光能夠精準(zhǔn)射入光電二極管，以增加圖像感測元件對光的靈敏度，并減少元件間的交互干擾。另外，于形成金屬導(dǎo)線442時(shí)同時(shí)形成一開口444，將濾色層460直接設(shè)置于開口444中，濾色層460能夠準(zhǔn)確地形成于光感測區(qū)402中的光電二極管410之上，如此一來，便可以增加工藝裕度，降低濾色層460對準(zhǔn)光電二極管410的困難度。
另外，圖4F至圖4H為依照本發(fā)明的另一實(shí)施例繪示的圖像感測元件的制造方法的流程剖面示意圖。本實(shí)施例的基礎(chǔ)構(gòu)件及其形成方法為延續(xù)圖4A與圖4B所述，故于此不再贅述。本實(shí)施例與上一實(shí)施例的不同如下所述。
請參照圖4F。圖案化金屬材料層440，以于光感測區(qū)402以外形成金屬導(dǎo)線446，以及于光感測區(qū)402中形成開口448。圖案化金屬材料層440的方法例如是蝕刻移除部分金屬材料層440，同時(shí)還移除光感測區(qū)402中的部分介電層432，以形成金屬導(dǎo)線446與開口448。其中，開口448位于光感測區(qū)402中的介電層432下，亦即開口448的底部448a低于金屬導(dǎo)線446的底部446a。繼之，于介電層432上形成共形保護(hù)層452，且共形保護(hù)層452覆蓋金屬導(dǎo)線446。共形保護(hù)層452的材料例如是氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及其組成的疊層其中之一，形成方法例如是化學(xué)氣相沉積法。
而本實(shí)施例中的共形保護(hù)層452的厚度、功能及優(yōu)點(diǎn)與圖4C所述相同，故于此不再贅述。另外，在圖案化金屬導(dǎo)線446的同時(shí)移除部分介電層432，因此光感測區(qū)402的介電層432變薄。如此一來，介電層432與共形保護(hù)層452厚度皆降低，使光的入射路徑更短，因此入射光更容易精準(zhǔn)地到達(dá)光電二極管410，以增加圖像感測元件對光的靈敏度，并減少線路間的交互干擾。
隨后，請參照圖4G。于開口448中填滿濾色層462，亦即濾色層462位于光感測區(qū)402中。在此實(shí)施例中，濾色層462與金屬導(dǎo)線446有部分重疊；抑或沒有重疊。元件中的濾色層462亦組成陣列。
值得注意的是，本實(shí)施例中的濾色層462與圖4D的形成方法相同，因此亦可降低濾色層462對準(zhǔn)光電二極管410的困難度，以增加工藝裕度。
之后，請參照圖4H。于濾色層462與暴露的共形保護(hù)層452上形成透鏡平坦層472。接著，于光感測區(qū)402中的透鏡平坦層472上形成微透鏡480。微透鏡480的形成方法例如是與圖4E所述相同，故于此不再贅述。
本實(shí)施例所形成的圖像感測元件中的共形保護(hù)層452的形成方法與其所使用的材料與圖4A至圖4E所述的實(shí)施例相同，共形保護(hù)層452的厚度比現(xiàn)有的保護(hù)層薄，且不需另進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，因此簡化了工藝步驟。此外，本實(shí)施例亦降低濾色層462對準(zhǔn)光電二極管410的困難度，因此增加了工藝裕度。另外，本實(shí)施例與前述實(shí)施例不同處在于光感測區(qū)402的介電層432較薄，因此，介電層432與共形保護(hù)層452的厚度皆降低，不但使入射光更容易精準(zhǔn)地射入光電二極管410，更增加了圖像感測元件對光的靈敏度，減少元件間的交互干擾。
綜上所述，在本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)1.本發(fā)明形成的共形保護(hù)層的厚度比現(xiàn)有的保護(hù)層薄，因此不需化學(xué)機(jī)械拋光。另外，共形保護(hù)層還具有抗反射的功效。因此，能以簡單易實(shí)施的方法，縮短光的入射路徑。
2.本發(fā)明因?yàn)榭s短光的入射路徑，使光容易精準(zhǔn)地射入光電二極管，所以可增加圖像感測元件對光的靈敏度，并減少元件間的交互干擾。
3.本發(fā)明的濾色層直接設(shè)置于最上層的金屬導(dǎo)線兩側(cè)，所以能夠準(zhǔn)確地形成于光感測區(qū)中的光電二極管之上，降低濾色層對準(zhǔn)光電二極管的困難度，以增加工藝裕度。
雖然本發(fā)明以優(yōu)選實(shí)施例揭露如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以所附權(quán)利要求所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種圖像感測元件，包括基底，具有光感測區(qū)與晶體管區(qū)；光電二極管，配置于該光感測區(qū)的該基底中；晶體管，配置于該晶體管區(qū)的該基底上，且該晶體管與該光電二極管電連接；介電層，配置于該基底上，覆蓋該晶體管與該光電二極管；金屬內(nèi)連線，位于該光感測區(qū)以外的該介電層中；金屬導(dǎo)線，配置于該光感測區(qū)以外的該介電層上；共形保護(hù)層，配置于該介電層上并覆蓋該金屬導(dǎo)線；濾色層，配置于該光感測區(qū)中的該共形保護(hù)層上，且該濾色層的底部低于該金屬導(dǎo)線的頂部；透鏡平坦層，配置于該濾色層與該共形保護(hù)層上；以及微透鏡，配置于該光感測區(qū)中的該透鏡平坦層上。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該共形保護(hù)層包括氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及其組成的疊層其中之一。
3.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中部分該濾色層與部分該金屬導(dǎo)線重疊。
4.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該金屬導(dǎo)線的底部高于該濾色層的底部。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，還包括抗反射層，位于該基底與該介電層之間。
6.如權(quán)利要求5所述的圖像感測元件，其中該抗反射層的材料包括氮化硅材料。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該晶體管包括柵介電層，位于該基底上；柵導(dǎo)體層，位于該柵介電層上；以及源極與漏極區(qū)，位于該柵導(dǎo)體層兩側(cè)的該基底中。
8.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該介電層包括由以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的磷硅玻璃層、未摻雜硅玻璃層、以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的材料層、以高密度等離子體法形成的材料層組成的一種組合疊層。
9.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該金屬導(dǎo)線的材料包括鋁、銅或鎢。
10.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該透鏡平坦層的材料包括透明的高分子聚合材料。
11.如權(quán)利要求1所述的圖像感測元件，其中該微透鏡的材料包括高透光性的光致抗蝕劑材料。
12.一種圖像感測元件的制造方法，包括于基底的光感測區(qū)中形成光電二極管；于該基底的晶體管區(qū)上形成電連接該光電二極管的晶體管；于該基底上形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)，該內(nèi)連線結(jié)構(gòu)是由介電層以及多層金屬內(nèi)連線所構(gòu)成，其中該些金屬內(nèi)連線位于該光感測區(qū)以外的該介電層中；于該介電層上形成金屬材料層；圖案化該金屬材料層，以于該光感測區(qū)以外形成金屬導(dǎo)線以及于該光感測區(qū)中形成開口；于該介電層上形成共形保護(hù)層，覆蓋該金屬導(dǎo)線；于該開口中填滿濾色層；于該濾色層與該共形保護(hù)層上形成透鏡平坦層；以及于該光感測區(qū)中的該透鏡平坦層上形成微透鏡。
13.如權(quán)利要求12所述的圖像感測元件的制造方法，其中圖案化該金屬材料層的方法還包括移除該光感測區(qū)中的部分該介電層。
14.如權(quán)利要求12所述的圖像感測元件的制造方法，其中該共形保護(hù)層包括氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及其組成的疊層其中之一。
15.如權(quán)利要求12所述的圖像感測元件的制造方法，其中該共形保護(hù)層的形成方法包括化學(xué)氣相沉積法。
16.如權(quán)利要求12所述的圖像感測元件的制造方法，于該基底上形成該內(nèi)連線結(jié)構(gòu)的步驟前，還包括于該基底上形成抗反射層，覆蓋該晶體管與該光電二極管。
17.如權(quán)利要求12所述的圖像感測元件的制造方法，其中該介電層包括由以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的磷硅玻璃層、未摻雜硅玻璃層、以四乙基正硅酸鹽為反應(yīng)氣體源形成的材料層、以高密度等離子體法形成的材料層組成的一種組合疊層。
全文摘要
一種圖像感測元件，包括具有光感測區(qū)與晶體管區(qū)的基底、光電二極管、晶體管、介電層、金屬內(nèi)連線、金屬導(dǎo)線、共形保護(hù)層、濾色層、透鏡平坦層以及微透鏡。光電二極管配置于光感測區(qū)的基底中、晶體管配置于晶體管區(qū)的基底上、介電層配置于基底上。金屬內(nèi)連線和金屬導(dǎo)線則分別位于光感測區(qū)以外的介電層中和介電層上。共形保護(hù)層則是配置于介電層上并覆蓋金屬導(dǎo)線。濾色層配置于光感測區(qū)中的共形保護(hù)層上，且濾色層的底部低于金屬導(dǎo)線的頂部。而透鏡平坦層與微透鏡則依序配置于上述結(jié)構(gòu)上。
文檔編號H01L21/82GK101064326SQ200610077069
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月26日
發(fā)明者王銘義 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司