背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)及圖像傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)及圖像傳感器，包括置于半導(dǎo)體基體中的感光器件、置于背面的彩色濾光片和微透鏡、置于正面絕緣介質(zhì)中的金屬互連線，正面設(shè)有曲面型鏡面反光涂層。此反光涂層會(huì)將從感光器件透射出來(lái)的光全部反射回到感光器件，再此被感光器件吸收，從而提高了長(zhǎng)波長(zhǎng)光波紅光的吸收效率，有效提高了背照式圖像傳感器紅色像素的感光靈敏度。
【專利說(shuō)明】背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)及圖像傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)及圖像傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，圖像傳感器已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)手機(jī)、醫(yī)療器械、汽車和其他應(yīng)用場(chǎng)合。特別是制造CMOS (互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器和CXD (電荷耦合型器件)圖像傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，使人們對(duì)圖像傳感器的輸出圖像品質(zhì)有了更高的要求。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，從結(jié)構(gòu)上來(lái)區(qū)分，圖像傳感器一般有兩種:前照式結(jié)構(gòu)和背照式結(jié)構(gòu)，背照式結(jié)構(gòu)更適用于小尺寸像素，例如1.4um像素。背照式像素中的感光器件厚度一般為2um?3um，短波長(zhǎng)可見(jiàn)光，例如藍(lán)光可以被感光器件完全吸收；然而長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光紅光，需要在感光器件更深處至6um才能夠被大部分吸收。因此，在現(xiàn)有技術(shù)中的背照式像素中，至少有一半紅光不能被感光器件吸收而損失掉。
[0004]如圖1所示，即示出了現(xiàn)有技術(shù)中的一種背照式圖像傳感器像素示意圖，包括三個(gè)相鄰的感光器件101?103、背面的紅色濾光片104、背面的微透鏡105、正面的絕緣介質(zhì)106、正面的金屬互連線107 ;并且圖1中，108為半導(dǎo)體基體，109和110為背面的平坦層絕緣介質(zhì)。如圖1所示，長(zhǎng)波長(zhǎng)光波從背面入射，經(jīng)背面的微透鏡105匯聚后依次穿過(guò)背面的平坦層絕緣介質(zhì)110、背面的紅色濾光片104和背面的平坦層絕緣介質(zhì)109，到達(dá)感光器件101區(qū)；感光器件只能吸收一部分長(zhǎng)波長(zhǎng)光，而沒(méi)被感光器件吸收的部分光穿出感光器件，從正面的絕緣介質(zhì)106區(qū)穿出芯片。
[0005]上述現(xiàn)有技術(shù)中的背照式圖像傳感器像素，大約有一半的紅光沒(méi)有被感光器件吸收，而引起長(zhǎng)波長(zhǎng)可見(jiàn)光紅光浪費(fèi)的現(xiàn)象，因此紅色像素的感光靈敏度低。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種提高長(zhǎng)波長(zhǎng)光波吸收效率的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)及圖像傳感器。
[0007]本實(shí)用新型的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0008]本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，包括置于半導(dǎo)體基體中的感光器件、置于背面的彩色濾光片和微透鏡、置于正面絕緣介質(zhì)中的金屬互連線，所述正面設(shè)有曲面型鏡面反光涂層。
[0009]本實(shí)用新型的圖像傳感器，該圖像傳感器設(shè)有上述的背照式圖像傳感器像素。
[0010]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)及圖像傳感器，由于在像素的正面絕緣中置有曲面型鏡面反光涂層，此反光涂層會(huì)將從感光器件透射出來(lái)的光全部反射回到感光器件，再此被感光器件吸收，從而提高了長(zhǎng)波長(zhǎng)光波紅光的吸收效率，有效提高了背照式圖像傳感器紅色像素的感光靈敏度。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0012]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例中的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例中圖像傳感器正面后端金屬工藝完成后的像素示意圖。
[0014]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素淀積氮化硅保護(hù)層的工藝步驟示意圖。
[0015]圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第一此旋涂光刻膠的工藝步驟示意圖。
[0016]圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第一次曝光并顯影的工藝步驟示意圖。
[0017]圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第一次干法刻蝕的工藝步驟示意圖。
[0018]圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第一次清洗光刻膠的工藝步驟示意圖。
[0019]圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第二次旋涂光刻膠的工藝步驟示意圖。
[0020]圖10是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第二次曝光并顯影的工藝步驟示意圖。
[0021]圖11是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素加熱融化光刻膠的工藝步驟示意圖。
[0022]圖12是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第二次干法刻蝕的工藝步驟示意圖。
[0023]圖13是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素淀積金屬材料的工藝步驟示意圖。
[0024]圖14是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第三次旋涂光刻膠的工藝步驟示意圖。
[0025]圖15是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第三次曝光并顯影的工藝步驟示意圖。
[0026]圖16是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第三次干法刻蝕的工藝步驟示意圖。
[0027]圖17是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素第二次清洗光刻膠的工藝步驟示意圖。
[0028]圖18是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素淀積絕緣介質(zhì)材料的工藝步驟示意圖。
[0029]圖19是本實(shí)用新型實(shí)施例中的圖像傳感器像素化學(xué)機(jī)械研磨的工藝步驟示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030]下面將對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0031]本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0032]包括置于半導(dǎo)體基體中的感光器件、置于背面的彩色濾光片和微透鏡、置于正面絕緣介質(zhì)中的金屬互連線，所述正面設(shè)有曲面型鏡面反光涂層。
[0033]所述曲面型鏡面反光涂層的曲率半徑與所述微透鏡表面的曲率半徑相同或不相同。
[0034]所述曲面型鏡面反光涂層的材料包括金屬鋁和/或金屬銀。
[0035]所述曲面型鏡面反光涂層的材料的厚度大于或等于lOOnm。
[0036]所述曲面型鏡面反光涂層距離所述感光器件的距離大于或等于lOOnm。
[0037]所述曲面型鏡面反光涂層涂在硅磷玻璃絕緣介質(zhì)上。
[0038]本實(shí)用新型的圖像傳感器，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0039]該圖像傳感器設(shè)有上述的背照式圖像傳感器像素。
[0040]所述圖像傳感器為CXD型圖像傳感器或CMOS型圖像傳感器。
[0041]所述圖像傳感器為可見(jiàn)光圖像傳感器或不可見(jiàn)光近紅外圖像傳感器。
[0042]本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的制作方法，
[0043]包括步驟:
[0044]a.芯片正面的后端金屬工藝完成后，淀積氮化硅保護(hù)層，氮化硅厚度不小于200nm ；
[0045]b.旋涂光刻膠；
[0046]c.曝光并顯影，在預(yù)定區(qū)域光刻膠開(kāi)口 ；
[0047]d.干法刻蝕，將光刻膠開(kāi)口區(qū)域的氮化硅保護(hù)層去除；
[0048]e.清洗光刻膠，將所有光刻膠去除；
[0049]f.旋涂光刻膠，光刻膠厚度大于步驟a中氮化硅厚度200nm ；
[0050]g.曝光并顯影，僅在預(yù)定區(qū)域處留光刻膠；
[0051]h.加熱，150攝氏度?250攝氏度，融化光刻膠至微透鏡形狀，之后，冷卻使光刻膠變硬；
[0052]1.干法刻蝕，將微透鏡狀光刻膠刻蝕完畢后，繼續(xù)刻蝕下面的絕緣介質(zhì)，刻蝕的表面最低點(diǎn)距離感光器件不小于10nm ；
[0053]j.曲面型鏡面反光涂層材料淀積，使用的方法包括金屬耙材濺射和金屬蒸汽淀積，并且反光涂層的厚度不小于10nm ；
[0054]k.旋涂光刻膠；
[0055]1.曝光并顯影，在預(yù)定區(qū)域處留光刻膠；
[0056]m.干法刻蝕，將非光刻膠處的金屬材料刻蝕完畢后，繼續(xù)刻蝕掉保護(hù)層氮化硅；
[0057]η.清洗光刻膠，將所有光刻膠去除；
[0058]ο.淀積絕緣介質(zhì)硅磷玻璃，將反光涂層之上的孔填平；
[0059]p.化學(xué)機(jī)械研磨,將步驟O中的絕緣介質(zhì)研磨至平整。
[0060]本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器像素，在正面絕緣中置有曲面型鏡面反光涂層，此反光涂層會(huì)將從感光器件透射出來(lái)的光全部反射回到感光器件，再此被感光器件吸收，從而提高了長(zhǎng)波長(zhǎng)光波紅光的吸收效率，有效提高了背照式圖像傳感器紅色像素的感光靈敏度。
[0061]實(shí)施例一:
[0062]如圖2所示，201?203為相鄰的三個(gè)感光器件，204為背面的紅色濾光片，205為背面的微透鏡，206為正面的絕緣介質(zhì)，207為正面的金屬互連線，208為半導(dǎo)體基體，209和211為背面的平坦層絕緣介質(zhì),212為曲面型鏡面反光涂層,213為娃磷玻璃絕緣介質(zhì)。
[0063]圖2所示，長(zhǎng)波長(zhǎng)光波從背面入射，依次穿過(guò)背面的微透鏡205、背面的平坦層絕緣介質(zhì)211、背面的紅色濾光片204和背面的平坦層絕緣介質(zhì)209，到達(dá)感光器件201，依據(jù)半導(dǎo)體硅對(duì)光的吸收屬性，長(zhǎng)波長(zhǎng)光紅光需要在感光器件更深處，例如6um才能被大部分吸收，而背照式圖像傳感器感光器件深度范圍為2um?3um，所以大約有一半的紅光沒(méi)有被感光器件吸收而透射出去；透射出的光遇到正面的曲面型鏡面反光涂層后，全部被反射又回到感光器件中，此部分光再次被感光器件吸收。因此本實(shí)用新型的背照式圖像傳感器像素，有效提聞了長(zhǎng)波長(zhǎng)光的吸收效率，進(jìn)而提聞了紅色像素的感光靈敏度。
[0064]實(shí)施例二:
[0065]為了進(jìn)一步清楚地闡述本實(shí)用新型特征，圖3至圖19詳細(xì)表征了本實(shí)用新型背照式圖像傳感器像素的制作工藝流程。
[0066]圖3示出的是制作背照式圖像傳感器工藝中的后端金屬工藝完畢后的像素示意圖；如圖3所示，301?303為相鄰的三個(gè)感光器件，306為正面的絕緣介質(zhì)，307為正面的金屬互連線，308為半導(dǎo)體基體。
[0067]圖4示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素淀積氮化硅保護(hù)層的工藝步驟示意圖。其中，409為氮化硅保護(hù)層，其厚度不小于200nm。
[0068]圖5示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第一此旋涂光刻膠的工藝步驟示意圖。此光刻膠用于刻蝕預(yù)定位置的氮化硅保護(hù)層工藝。
[0069]圖6示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第一次曝光并顯影的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，光刻膠在預(yù)定位置開(kāi)口。
[0070]圖7示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第一次干法刻蝕的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，將光刻膠開(kāi)口處的氮化硅保護(hù)層刻蝕掉。
[0071]圖8示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第一次清洗光刻膠的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，將工藝中的所有光刻膠清洗掉。
[0072]圖9示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第二次旋涂光刻膠的工藝步驟示意圖。此光刻膠用于形成微透鏡工藝。
[0073]圖10示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第二次曝光并顯影的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，在預(yù)定位置留光刻膠。
[0074]圖11示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素加熱融化光刻膠的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，將預(yù)定位置的光刻膠融化為黏稠狀，在應(yīng)力的作用下，此光刻膠由矩形轉(zhuǎn)變?yōu)槲⑼哥R形狀；其中光刻膠的融化溫度范圍為150攝氏度?250攝氏度。將光刻膠融化為微透鏡形狀后，冷卻，使光刻膠由黏稠狀轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w形狀，變硬；圖中，1101標(biāo)記為微透鏡表面形貌。
[0075]圖12示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第二次干法刻蝕的工藝步驟示意圖。此步驟工藝中，首先刻蝕掉預(yù)定位置的微透鏡狀光刻膠，然后繼續(xù)刻蝕預(yù)定區(qū)域的絕緣介質(zhì)，即306區(qū)的絕緣介質(zhì)；并且刻蝕的306區(qū)的上表面形狀保持著光刻膠微透鏡的1101形貌。
[0076]圖13示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素淀積金屬材料的工藝步驟示意圖。圖13所示，1301為淀積的曲面型鏡面反光涂層金屬層，1302為氮化硅上淀積的金屬涂層，涂層厚度不小于10nm ;此步驟中淀積的材料可以是金屬單質(zhì)銀，也可以是金屬單質(zhì)鋁；此步驟中的淀積工藝，可以采用金屬耙材濺射法，也可以采用金屬蒸汽淀積法。
[0077]圖14示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第三次旋涂光刻膠的工藝步驟示意圖。此光刻膠用于刻蝕金屬和氮化硅層的工藝。
[0078]圖15示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第三次曝光并顯影的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，在預(yù)定位置留光刻膠。
[0079]圖16示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第三次干法刻蝕的工藝步驟示意圖。此步驟工藝中，首先刻蝕掉氮化硅保護(hù)層上面的金屬涂層，然后繼續(xù)刻蝕掉氮化硅保護(hù)層。
[0080]圖17示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素第二次清洗光刻膠的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，將工藝中的所有光刻膠清洗掉。
[0081]圖18示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素淀積絕緣介質(zhì)材料的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，將1301上面的孔填平，所使用的絕緣材料可以是硅磷玻璃，如圖18中的1801所示。
[0082]圖19示出的是本實(shí)用新型的圖像傳感器像素化學(xué)機(jī)械研磨的工藝步驟示意圖。此步驟的目的是，將正面的表面1801區(qū)研磨平整，以便進(jìn)行之后的工藝操作，如圖19中的1901所示。
[0083]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，包括置于半導(dǎo)體基體中的感光器件、置于背面的彩色濾光片和微透鏡、置于正面絕緣介質(zhì)中的金屬互連線，其特征在于，所述正面設(shè)有曲面型鏡面反光涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述曲面型鏡面反光涂層的曲率半徑與所述微透鏡表面的曲率半徑相同或不相同。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述曲面型鏡面反光涂層的材料包括金屬鋁和/或金屬銀。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述曲面型鏡面反光涂層的材料的厚度大于或等于lOOnm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述曲面型鏡面反光涂層距離所述感光器件的距離大于或等于lOOnm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述曲面型鏡面反光涂層涂在娃磷玻璃絕緣介質(zhì)上。
7.一種圖像傳感器，其特征在于，該圖像傳感器設(shè)有權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的背照式圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器為CCD型圖像傳感器或CMOS型圖像傳感器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器為可見(jiàn)光圖像傳感器或不可見(jiàn)光近紅外圖像傳感器。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK203983284SQ201420321353
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】郭同輝, 陳杰, 劉志碧, 唐冕, 曠章曲 申請(qǐng)人:北京思比科微電子技術(shù)股份有限公司