CN101847645A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种图像传感器及其制造方法。该图像传感器包括：基板；布线结构，形成在基板的前侧上且包括多个布线层和多个绝缘膜；第一阱，形成在基板内且具有第一导电型；以及第一金属布线层，直接接触基板的后侧且构造为向第一阱施加第一阱偏压。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器将光学图像转换成电信号。随着计算机和通信产业近来的发展，在各种领域(诸如，数字照相机、摄像机、个人通信系统、游戏装置、安全照相机、医用微照相机以及机器人)中对性能增强的图像传感器的需求日益增加。
金属氧化物半导体(MOS)图像传感器可以利用简单的驱动方法驱动且可以利用各种扫描方法实现。在MOS图像传感器中，信号处理电路可以集成到单个芯片上。从而，包括这样的MOS图像传感器的产品的尺寸可以减小。此外，因为MOS图像传感器与MOS加工技术是兼容的，所以可以降低制造成本。由于MOS图像传感器具有低的功耗，所以它们可以应用于电池容量有限的产品中。也就是，伴随着实现高分辨率的技术发展急剧增加了MOS图像传感器的使用。
MOS图像传感器包括：光电转换元件，感应入射光的量；以及多个金属布线层，输出存储在每个光电转换元件中的光信号。然而，在这种情况下，入射光会被金属布线层反射或者被层间绝缘膜吸收，从而降低了灵敏度。此外，被反射的光会被相邻的像素吸收，从而引起串扰。
在这点上，已经建议了具有这样结构的图像传感器，在该结构中基板的后侧被研磨并且光从基板的后侧入射。这样的图像传感器被称为背侧照射的(backside illuminated，BI)图像传感器。在BI图像传感器中，金属布线层不形成在基板的光入射到其上的后侧上。因此，入射光没有被金属布线层反射或被层间绝缘膜吸收。
发明内容
本发明提供了一种图像传感器及其制造方法，该图像传感器可以以相对稳定的方式保持阱的电势。
根据本发明的示例实施例，图像传感器包括：基板；布线结构，形成在基板的前侧上且包括多个布线层和多个绝缘膜；第一阱，形成在基板内且具有第一导电型；以及第一金属布线层，直接接触基板的后侧且构造为向第一阱施加第一阱偏压。
根据本发明的另一示例实施例，图像传感器包括：感应区域、外围区域和焊垫区域，限定在基板内；光电转换元件，形成在感应区域中；第一阱，形成在外围区域中且具有第一导电型；布线结构，形成在基板的前侧上且包括多个布线层和多个绝缘膜；第一焊垫，在焊垫区域中形成在基板的后侧上且接受第一阱偏压；以及第一金属布线层，在外围区域中形成在基板的后侧上且电连接到第一焊垫以将第一阱偏压从第一焊垫传送到第一阱。
根据本发明的另一示例实施例，提供了一种制造图像传感器的方法。该方法包括：在基板内形成第一阱，该第一阱具有第一导电型；在基板的前侧上形成布线结构，该布线结构包括多个布线层和多个绝缘膜；以及形成直接接触基板的后侧的第一金属布线层，该第一金属布线层被构造为向第一阱施加第一阱偏压。
根据本发明的另一示例实施例，该方法包括：设置限定在基板内的感应区域、外围区域和焊垫区域；在外围区域中的基板内形成第一阱，该第一阱具有第一导电型；在基板的前侧上形成布线结构，该布线结构包括多个布线层、多个绝缘膜以及辅助焊垫；在基板的后侧上形成后侧绝缘膜；通过形成接触孔暴露焊垫区域中的辅助焊垫，该接触孔构造为贯穿后侧绝缘膜和基板；通过图案化外围区域中的后侧绝缘膜暴露外围区域中的基板的后侧的至少一部分；形成接触孔中的接触，该接触电连接到辅助焊垫；以及在焊垫区域中形成焊垫且在外围区域中形成第一金属布线层，该焊垫电连接到该焊垫区域中的基板上的接触。
附图说明
通过参照附图对详细描述本发明的示例实施例，本发明的以上和其它的方面以及特征将变得更加明显，附图中：
图1A是示出包括在根据本发明示例实施例的图像传感器中的第一焊垫与第一金属布线层之间的关系的视图；
图1B是示出在根据本发明示例实施例的图像传感器中使用的基板的视图；
图2是沿图1A的线A-A’剖取的图像传感器的截面图；
图3A到图4B是用于解释保持包括在根据本发明示例实施例的图像传感器中的阱的电势的方法的视图；
图4C是示出根据本发明示例实施例的图像传感器的视图；
图5是示出包括在根据本发明另一示例实施例的图像传感器中的第一焊垫和第一金属布线层之间的关系的视图；
图6是沿图5的线B-B’剖取的图像传感器的截面图；
图7是示出根据本发明另一示例实施例的图像传感器的视图；
图8是示出根据本发明另一示例实施例的图像传感器的视图；
图9是包含根据本发明示例实施例的图像传感器的芯片的框图；
图10到图12是示出包括根据本发明示例实施例的图像传感器的基于处理器的装置的示意图；
图13到图17是用于解释包括在根据本发明示例实施例的图像传感器的制造方法中的工艺的视图。
具体实施方式
通过参照以下对示例实施例的详细描述及附图，本发明的优点和特征以及实现本发明的优点和特征的方法将更容易理解。然而，本发明可以以许多不同的形式实施而不应被解释为限于此处阐述的示例实施例。相反，提供这些实施例使得本公开透彻和完整，并将本发明的概念充分传达给本领域技术人员。附图中，为了清晰，层和区域的尺寸及相对尺寸可以被夸大。
应当理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，该元件或层可以直接在另一元件或层上，或者存在插入的元件或层。相反，当元件被称为“直接在”另一元件或层“上”时，则不存在插入的元件或层。正如这里所用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
为便于描述此处可以使用诸如“在...之下”、“在...下面”、“下(lower)”、“在...之上”、“上(upper)”等空间相对性术语以描述如附图所示的一个器件或元件与另一个(些)器件或元件之间的关系。应当理解，空间相对性术语是用来概括除附图所示取向之外的使用或操作中的器件的不同取向的。相同的附图标记始终指代相同的元件。
这里所用的术语仅仅是为了描述特定实施例，并非要限制示例实施例。如此处所用的，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”均同时旨在包括复数形式。还应当理解，当在说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指定所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其组的存在或添加。
应当理解，当元件被称为“连接到”或“耦接到”另一元件时，它可以直接连接或耦接到另一元件，或者可以存在插入的元件。相反，当元件被称为“直接连接到”或“直接耦接到”另一元件时，则没有插入元件存在。如此处所用的，术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任何及所有组合。
应当理解，虽然这里可使用术语第一、第二等描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但这些元件、组件、区域、层和/或部分不应受限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一元件、组件、区域、层或部分区别开。因此，以下讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分，而不背离示例实施例的教导。
这里参照(平面图)和截面图描述了本发明的示例实施例，这些图为本发明理想化实施例的示意图。因而，举例来说，由制造技术和/或公差引起的插图形状的变化是可能发生的。因此，本发明的示例实施例不应被解释为仅限于此处示出的区域的特定形状，而是包括由例如制造引起的形状偏差在内。因此，附图中示出的元件实质上是示意性的，它们的形状并非要示出器件区域的真实形状，也并非要限制本发明的范围。
除非另行定义，此处使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)都具有示例实施例所属领域内的普通技术人员所通常理解的同样的含义。还应当理解，诸如通用词典中所定义的术语，除非此处加以明确定义，否则应当被解释为具有与它们在相关领域的语境中的含义相一致的含义，而不应被解释为理想化的或过度形式化的意义。
在下文，将参照附图详细描述本发明的示例实施例。
图1A到图4B是示出根据本发明示例实施例的图像传感器1的视图。具体地，图1A是示出包括在根据本发明示例实施例的图像传感器1中的第一焊垫190与第一金属布线层192之间的关系的视图。图1B是示出在根据本发明示例实施例的图像传感器1中使用的基板110的视图。图2是沿图1A的线A-A’剖取的图像传感器1的截面图。图3A到图4B是用于解释保持包括在根据本发明示例实施例的图像传感器1中的阱的电势的方法的视图。图4C是示出根据本发明示例实施例的图像传感器的视图。
参照图2，电荷传输元件、驱动元件、复位元件和选择元件可以形成在感应区域I中。此外，与读取元件、电阻元件和电容器同时形成的互补金属氧化物半导体(CMOS)元件可以设置在外围区域II中。上述元件可以以本领域技术人员所公知的各种形式实现。因此，为了避免含糊的解释本发明，将不利用附图标记公开或描述上述元件。
参照图1A到图2，感应区域I、外围区域II和焊垫区域III限定在基板110中。多个单位像素形成在感应区域I中，用于控制单位像素的电路形成在外围区域II中，多个焊垫形成在焊垫区域III中。参照图1B，外围区域II围绕感应区域I，焊垫区域III围绕外围区域II。然而，本发明不限于此。例如，外围区域II可以不围绕感应区域I，焊垫区域III可以仅形成在外围区域II的一侧上。
光电转换元件(例如，光电二极管PD)可以形成在感应区域I的基板110中，多个栅极123可以设置在基板110上。每个栅极123可以是电荷传输元件的栅极、复位元件的栅极或驱动元件的栅极。各种类型的基板可以用作基板110。例如，基板110可以是P型或者N型体基板、通过在P型体基板上生长P型或N型外延层而形成的基板或者通过在N型体基板上生长P型或N型外延层而形成的基板。此外，基板110可以不必是半导体基板，而是也可以为例如有机塑料基板。图2所示的基板110仅包括在研磨工艺中去除整个体基板后保留的外延层，该研磨工艺稍后将参照图15进行描述。然而，本发明不限于此。也就是，如果必要，部分体基板可以不被去除。在研磨工艺后保留的基板110的厚度可以是但不限于约3μm到5μm。
第一导电型(例如，P型)的第一阱112和第二导电型(例如，N型)的第二阱114可以在外围区域II中形成在基板110中。第一阱112和第二阱114的布置、形状和浓度可以改变。
布线结构设置在基板110的前侧FS上。布线结构包括：多个层间绝缘膜122；多个布线层124a到124c，形成在感应区域I和外围区域II中且顺次堆叠；以及辅助焊垫126，形成在焊垫区域III中。布线层124a到124c可以由诸如铝或者铜的金属制成。辅助焊垫126可以与所有布线层124a到124c中最低的布线层124a在相同的水平面上。必要时，辅助焊垫126可以与布线层124a到124c中第二或第三低的布线层124b或124c在相同的水平面上。辅助焊垫126以及与辅助焊垫126在相同的水平面上的布线层124a可以由相同的材料制成。
支撑基板132接合且固定到布线结构(即，层间绝缘膜122、布线层124a到124c以及辅助焊垫126)上。支撑基板132实现为确保在研磨工艺中制作得较薄的基板110的强度。支撑基板132可以不必是半导体基板，而是可以是由能够保持基板的机械强度的材料制成的任何基板。例如，支撑基板132可以是硅基板或者玻璃基板。
为了将支撑基板132接合到布线结构，第一粘附膜134a和第二粘附膜134b可以插设在支撑基板132与布线结构之间。当支撑基板132是硅基板时，第一粘附膜134a和第二粘附膜134b可以是例如硅氧化物膜。后侧绝缘膜140可以设置在基板110的后侧BS上。后侧绝缘膜140可以包括反射减少膜142和缓冲膜144。
反射减少膜142的材料/厚度可以根据光学工艺中采用的光的波长而改变。反射减少膜142可以通过堆叠例如厚度为约
Figure GSA00000061110700061
到
Figure GSA00000061110700062
的硅氧化物膜和厚度为约
Figure GSA00000061110700063
到
Figure GSA00000061110700064
的硅氮化物膜而形成。缓冲膜144设置在反射减少膜142上。缓冲膜144防止或者减少在实施形成第一焊垫190的图案化工艺期间对基板110的损伤。缓冲膜144可以是厚度为约到的硅氧化物膜。
滤色器197和微透镜198可以设置在感应区域I中的基板110的后侧BS上。滤色器197和微透镜198形成在与光电转换元件(例如，光电二极管PD)相对应的位置处。尽管在附图中未示出，但是平坦化膜可以形成在滤色器197和微透镜198之间或者在滤色器197下方。
第一焊垫190可以设置在焊垫区域III中的基板110的后侧BS上。每个第一焊垫190通过贯穿后侧绝缘膜140和基板110的接触180电连接到辅助焊垫126。接触孔162可以贯穿后侧绝缘膜140和基板110以暴露辅助焊垫126。间隔物172形成在接触孔162的侧壁上以防止或减少接触180与基板110之间的电连接(也就是，防止或者减少接触180和基板110短路)。如图2所示，接触180可以填充接触孔162或者沿间隔物172共形地形成。接触180可以具有任何形式，只要其能够将辅助焊垫126连接到每个第一焊垫190。
第一金属布线层192可以形成在外围区域II中的基板110的后侧BS上。第一金属布线层192可以直接接触基板110的后侧BS(或者第一阱112)。第一阱偏压通过第一金属布线层192施加到第一阱112，第一阱112的电势保持在指定电平。例如，当第一阱112是P型时，第一阱偏压可以是接地电压GND。不同于图2所示，当第一阱112是N型时，第一阱偏压可以是电源电压VDD(见图4C)。
沟槽163形成在后侧绝缘膜140中以暴露外围区域II中基板110的后侧BS的至少一部分。如图2所示，第一金属布线层192可以共形地形成在后侧绝缘膜140的顶表面、后侧绝缘膜140的侧壁(即，沟槽163的侧壁)以及基板110的后侧BS被沟槽163暴露的部分上。此外，如图1A和1B所示，第一金属布线层192可以几乎与整个外围区域II交叠。钝化膜199可以暴露每个第一焊垫190且覆盖第一金属布线层192。
第一金属布线层192可以电连接到每个第一焊垫190。参照图1A和图2，第一金属布线层192和每个第一焊垫190可以通过连接部分191彼此连接。连接部分191可以从每个第一焊垫190延伸以直接接触第一金属布线层192。换言之，连接部分191可以与每个第一焊垫190形成在相同的布线平面上。连接部分191、第一金属布线层192和第一焊垫190可以由相同的材料制成且可以通过相同的工艺同时形成。
在根据示例实施例的图像传感器1中，第一阱偏压从基板110的后侧BS(也就是，通过形成在基板110的后侧BS上的第一金属布线层192)施加到第一阱112。第一阱偏压从外部电源施加到每个第一焊垫190且通过连接部分191和第一金属布线层192传送到第一阱112。在此构造中，根据示例实施例的图像传感器1可以以更稳定的方式保持第一阱112的电势，现在将参照图3A到4B对其进行详细的描述。
图3A和图3B是示出从基板110的后侧BS施加第一阱偏压的视图，与根据本发明示例实施例的图像传感器1中类似。图4A和图4B是示出从基板110的前侧FS施加第一阱偏压的视图，不同于根据本发明示例实施例的图像传感器1中的。在图3A到图4B中，第二导电型的第二阱114a和114b在外围区域II中形成在第一导电型的第一阱112a到112c之间。
参照图3A和图3B，基板110的后侧BS与基板110的前侧FS相比相对较不复杂，复杂的布线层124a到124c没有形成在基板110的后侧BS上。后侧绝缘膜140可以设置在基板110的后侧BS上。后侧绝缘膜140可以包括反射减少膜142和缓冲膜144。
因此，在外围区域II中，第一金属布线层192可以接触基板110的后侧BS且几乎与基板110的整个后侧BS交叠。此外，由于复杂的布线层124a到124c没有形成在基板110的后侧BS上，所以第一金属布线层192可以容易地形成为接触第一阱112a到112c的期望部分。从而，第一阱偏压可以通过第一金属布线层192平稳地施加到第一阱112a到112c中的每个。因此，电流I1可以从第一阱112a流动到第一金属布线层192，电流I2可以从第一阱112b流动到第一金属布线层192，电流I3可以从第一阱112c流动到第一金属布线层192。尽管第一阱112a到112c通过第二阱114a和114b彼此分离，但它们的电势能够被更稳定地保持。接地电压GND从外部电源施加且通过第一金属布线层192传送到第一阱。
参照图4A和图4B，包括复杂的布线层124a到124c的布线结构形成在基板110的前侧FS上(见图2)。因此，需要附加区域以允许第一阱偏压从基板110的前侧FS施加到第一阱112a到112c。这里，第一阱偏压可以不分开施加到第一阱112a到112c中的每个，以减小附加区域的尺寸。从而，如图4A和图4B所示，电流I4可以从第一阱112a和112c流过第二导电型的第二阱114a和114b。因为第二阱114a和114b用作电阻器R1和R2，所以第一阱偏压不平稳地传送到第一阱112a和112c。因此，与第一阱112b的电势相比，第一阱112a和112c的电势不稳定。
具体地，当基板110仅包括在去除体基板之后保留的外延层时(也就是，当基板110薄时)，更难以将电流14传送到第一阱112a和112c。在这种情况下，与第一阱112b的电势相比，第一阱112a和112c的电势甚至更不稳定。参照图4C，当第一阱118a到118c是N型时，第一阱偏压可以是电源电压VDD。第一阱118a到118c可以通过第二阱119a和119b彼此分离。电源电压VDD可以通过第一金属布线层192施加到第一阱118a到118c。
图5和图6是示出根据本发明示例实施例的图像传感器2的视图。图5是示出包括在根据本发明示例实施例的图像传感器2中的第一焊垫190和第一金属布线层192之间的关系的视图。图6是沿图5的线B-B’剖取的图像传感器2的截面图。
参照图5和图6，在根据示例实施例的图像传感器2中使用的后侧绝缘膜140在外围区域II中包括多个通孔164，该多个通孔164暴露基板110的后侧BS。第一金属布线层192填充通孔164(也就是，多个接触194分别形成在通孔164中)以接触基板110的后侧BS。通孔164的数量和通孔164的位置不限于图5和图6中所示。
图7是示出根据本发明示例实施例的图像传感器3的视图。参照图7，根据示例实施例的图像传感器3包括第一导电型的第一阱和第二导电型的第二阱，其中第二导电型不同于第一导电型。第一阱和第二阱形成在外围区域II的基板中。第一焊垫190a和第二焊垫190b形成在焊垫区域III中的基板的后侧上。
在此情况下，第一金属布线层192a形成在基板的后侧上以直接接触第一阱。此外，第一焊垫190a和第一金属布线层192a通过连接部分191a彼此连接，连接部分191a从第一焊垫190a延伸以直接接触第一金属布线层192a。当第一阱用P型杂质掺杂时，第一阱偏压(例如，接地电压GND)可以施加到第一阱。接地电压GND从外部电源施加到第一焊垫190a且通过连接部分191a和第一金属布线层192a传送到第一阱。
第二金属布线层192b与第一金属布线层192a分离且形成在基板的后侧上以直接接触第二阱。此外，第二焊垫190b和第二金属布线层192b通过连接部分191b彼此连接，连接部分191b从第二焊垫190b延伸以直接接触第二金属布线层192b。当第二阱用N型杂质掺杂时，第二偏压(例如，电源电压VDD)可以施加到第二阱。电源电压VDD从外部电源施加到第二焊垫190b且通过连接部分191b和第二金属布线层192b传送到第二阱。
图8是示出根据本发明示例实施例的图像传感器4的视图。参照图8，根据本发明示例实施例的图像传感器4在外围区域II的基板中包括多个阱。阱偏压从基板的后侧施加到某些阱，并且阱偏压从基板的前侧施加到另一些阱。如图8所示，第一导电型的第一阱112d和112e以及第二导电型的第三阱115可以形成在外围区域II的基板中，其中第二导电型不同于第一导电型。
具体地，第三阱115可以围绕第一阱112d，第一阱112e可以围绕第三阱115。在此情况下，第一阱偏压(例如，接地电压GND)可以从基板的后侧施加到第一阱112d和112e，第三阱偏压(例如，电源电压VDD)可以从基板的前侧施加到第三阱115。形成在基板的前侧上的布线结构(即，层间绝缘膜122、布线层124a到124c以及辅助焊垫126)可以包括用于向第三阱115施加第三阱偏压的第三金属布线层。
在下文中，将参照图9到图12描述利用根据本发明示例实施例的图像传感器的装置。图9是包含根据本发明示例实施例的图像传感器的芯片200的框图。图10到图12是示出包括根据本发明示例实施例的图像传感器的基于处理器的装置的视图。具体地，图10示出计算机300，图11A和图11B示出照相机400和500，图12示出手机450。对本领域技术人员而言明显的是，根据本发明示例实施例的图像传感器可以用于除了以上装置之外的装置(例如扫描仪、机械钟装置、导航装置、可视电话、监视装置、自动聚焦装置、跟踪装置、运动检测装置以及图像稳定装置)中。
参照图9，包含根据本发明示例实施例的图像传感器的芯片200包括：传感器阵列210，由像素构成，该像素包括感光元件且二维地布置；定时发生器220；行解码器230；行驱动器240；相关双采样器(CDS)250；模数转换器(ADC)260；锁存器270；以及列解码器280。
传感器阵列210包括二维地布置的多个单位像素。单位像素将光学图像转换成电信号。传感器阵列210由从行驱动器240传输的多个驱动信号(例如行选择信号、复位信号和电荷传输信号)驱动。此外，传感器阵列210通过垂直信号线将电信号传输到CDS 250。定时发生器220向行解码器230和列解码器280提供定时信号和控制信号。
行解码器230基于行解码器230的解码结果向传感器阵列210传输用于驱动单位像素的多个驱动信号。当单位像素布置成矩阵形式时，行驱动器240可以向每行单位像素传输驱动信号。CDS 250通过垂直信号线接收来自传感器阵列210的电信号并保持和采样所接收的电信号。也就是，CDS 250采样电信号的噪声电平和信号电平且输出电信号的噪声电平和信号电平之间的差异。
ADC 260将模拟信号转换成数字信号且输出该数字信号，该模拟信号对应于电信号的噪声电平和信号电平之间的差异。锁存器270锁存数字信号。被锁存的信号基于列解码器280的解码结果顺次提供给图像信号处理器(未示出)。图9示出的所有功能块可以形成为一个芯片或者多个芯片。例如定时发生器220可以形成为分离的芯片，而其它芯片可以集成为单个芯片。此外，这些芯片可以以封装的形式实现。
参照图10，计算机300包括中央处理器(CPU)(例如，微处理器)320，其可以通过总线305与输入/输出元件330通信。图像传感器310可以通过总线305或者任何其它的电信线路与计算机300的其它组件通信。计算机300还可以包括随机存取存储器(RAM)340和/或端口360，RAM 340和/或端口360可以通过总线305与CPU 320通信。端口360可以容许显卡、声卡、存储卡或者通用串行总线(USB)元件耦接到计算机300且容许计算机300进行与其它装置的数据通信。图像传感器310可以与CPU 320、数字信号处理器(DSP)或微处理器集成在一起。此外，图像传感器310可以与存储器集成在一起。必要时，图像传感器310和微处理器可以集成在不同的芯片上。
参照图11A，照相机400包括图像传感器封装410，其中图像传感器413通过接合线安装在电路板411上。此外，外壳420附接到电路板411上且保护电路板411和图像传感器413免受外部环境的影响。光管组件421可以形成在外壳420中，将被捕获的图像通过该光管组件421。此外，保护盖422可以安装在光管组件421的外端部处，红外阻挡和反射减少滤光器423可以安装在光管组件421的内端部处。此外，透镜424可以安装在光管组件421的内部且沿光管组件421的螺纹移动。
参照图11B，照相机500包括采用通孔(through via)572的图像传感器封装501。通孔572使图像传感器570和电路板560能够不用引线接合而彼此电接触。图11B中示出的第一透镜520、第二透镜540、透镜组件526和527、支撑件505和525、开口545、透明基板510和530以及玻璃板(pane)550将不被描述。参照图12，图像传感器452附接到手机450上的预定或者给定位置。对本领域技术人员而言明显的是，图像传感器452也可以附接到除了图12中所示位置之外的位置。
在下文，将参照图13到图17描述根据本发明示例实施例的图像传感器1的制造方法。图13到图17是用于解释包括在根据本发明示例实施例的图像传感器1的制造方法中的工艺的视图。
参照图13，元件隔离区域(未示出)(例如浅沟槽隔离(STI)区域或者深沟槽隔离(DTI)区域)形成在基板110和110a中以限定感应区域I、外围区域II和焊垫区域III。基板110a可以是P型或N型体基板，基板110可以是形成在体基板110a上的P型或N型外延层。
多个像素形成在感应区域I中。具体地，光电转换元件(例如光电二极管PD)形成在感应区域I中，栅极123形成在感应区域I中。每个栅极123可以是电荷传输元件的栅极、复位元件的栅极或者驱动元件的栅极。
第一导电型(例如，P型)的第一阱112和第二导电型(例如，N型)的第二阱114可以形成在外围区域II中。第一阱112和第二阱114的位置、形状和浓度可以改变。布线结构形成在基板110的前侧FS上。具体地，布线结构包括：层间绝缘膜122；布线层124a到124c，形成在感应区域I中且顺次堆叠；以及辅助焊垫126，形成在焊垫区域III中。
参照图14，支撑基板132接合到布线结构上。具体地，第一粘附膜134a形成在布线结构上且被平坦化。此外，第二粘附膜134b形成在支撑基板132上。支撑基板132接合到基板110，使得第一粘附膜134a和第二粘附膜134b彼此面对。
参照图15，接合到支撑基板132的基板110被翻转过来。基板110和110a的后侧BS被研磨。具体地，基板110和110a的后侧BS通过化学机械抛光(CMP)、背研磨(BGR)、反应离子蚀刻或者这些的结合而被研磨。这里，体基板110a可以被研磨并去除。然而，本发明不限于此。例如，部分体基板110a可以不被去除。
参照图16，后侧绝缘膜140形成在基板110的后侧BS上。接触孔162形成在焊垫区域III中，接触孔162贯穿后侧绝缘膜140和基板110以暴露辅助焊垫126。沟槽163(其暴露基板110的后侧BS的至少一部分)通过图案化后侧绝缘膜140形成在外围区域II中。
参照图17，间隔物172形成在接触孔162的侧壁上。尽管在附图中未示出，但是当间隔物172形成在接触孔162的侧壁上时，间隔物172也可以形成在后侧绝缘膜140的侧壁上。电连接到辅助焊垫126的接触180形成在接触孔162中。每个都电连接到接触180的第一焊垫190形成在焊垫区域III中的基板110上，且形成直接接触外围区域II中的基板110的后侧BS的第一金属布线层192。第一金属布线层192和每个第一焊垫190可以通过连接部分191彼此连接。
再参照图2，滤色器197和微透镜198顺次形成在感应区域I中。滤色器197和微透镜198形成在对应于光电转换元件(例如，光电二极管PD)的位置处。尽管在附图中未示出，但是平坦化膜可以形成在滤色器197和微透镜198之间或者在滤色器197下方。
本发明所属领域的普通技术人员可以由根据本发明示例实施例的图像传感器1的上述制造方法推知图像传感器2到4的制造方法。
尽管已经参照本发明的示例实施例具体示出和描述了本发明，但是本领域技术人员应当理解，可以在其中进行各种形式和细节上的改变，而不脱离由权利要求书限定的本发明的精神和范围。示例实施例应被认为仅是描述性的意义而不是为了限制的目的。
本申请要求于2009年3月27日提交到韩国知识产权局(KIPO)的韩国专利申请No.10-2009-0026600的优先权，其全部内容通过引用的方式结合于此。

Claims (24)

1.一种图像传感器，包括：
基板；
布线结构，形成在所述基板的前侧上且包括多个布线层和多个绝缘膜；
第一阱，形成在所述基板内且具有第一导电型；以及
第一金属布线层，直接接触所述基板的后侧且构造为向所述第一阱施加第一阱偏压。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述基板包括：感应区域，包括多个单位像素；外围区域，包括用于控制所述单位像素的电路；以及焊垫区域，其中所述第一金属布线层在所述外围区域中直接接触所述基板的所述后侧。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括：
后侧绝缘膜，形成在所述基板的后侧上且包括暴露所述外围区域中所述基板的后侧的至少一部分的沟槽，其中所述第一金属布线层沿所述后侧绝缘膜的顶表面和侧壁以及所述基板的后侧通过所述沟槽暴露的部分共形地形成。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，还包括：
后侧绝缘膜，形成在所述基板的后侧上，
其中所述外围区域中的所述基板的后侧通过多个通孔暴露，所述第一金属布线层填充所述通孔。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述第一金属布线层电连接到形成在所述焊垫区域中的所述基板的后侧上的焊垫。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述布线结构还包括辅助焊垫，其中所述焊垫和所述辅助焊垫通过接触彼此电连接，所述接触贯穿所述后侧绝缘膜和所述基板。
7.根据权利要求4所述的图像传感器，其中所述第一金属布线层电连接到形成在所述焊垫区域中所述基板的后侧上的焊垫。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述布线结构还包括辅助焊垫，其中所述焊垫和所述辅助焊垫通过接触彼此电连接，所述接触贯穿所述后侧绝缘膜和所述基板。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
第二阱，形成在所述基板内且具有不同于所述第一导电型的第二导电型；以及
第二金属布线层，直接接触所述基板的后侧，所述第二金属布线层与所述第一金属布线层分离且构造为向所述第二阱施加第二阱偏压，所述第二阱偏压不同于所述第一阱偏压。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
第三阱，形成在所述基板内且具有不同于所述第一导电型的第二导电型，其中所述布线结构包括第三金属布线层，所述第三金属布线层构造为向所述第三阱施加第三阱偏压，所述第三阱偏压不同于所述第一阱偏压。
11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述基板是外延层。
12.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
支撑基板，接合到所述布线结构上。
13.一种图像传感器，包括：
感应区域、外围区域和焊垫区域，限定在基板内；
光电转换元件，形成在所述感应区域中；
第一阱，形成在所述外围区域中且具有第一导电型；
布线结构，形成在所述基板的前侧上且包括多个布线层和多个绝缘膜；
第一焊垫，在所述焊垫区域中形成在所述基板的后侧上且接收第一阱偏压；以及
第一金属布线层，在所述外围区域中形成在所述基板的后侧上且电连接到所述第一焊垫以将所述第一阱偏压从所述第一焊垫传送到所述第一阱。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，其中所述第一焊垫和所述第一金属布线层通过连接部分彼此连接，所述连接部分从所述第一焊垫延伸以直接接触所述第一金属布线层。
15.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括：
第二阱，形成在所述外围区域中且具有不同于所述第一导电型的第二导电型；
第二焊垫，在所述焊垫区域中形成在所述基板的后侧上且接收第二阱偏压；以及
第二金属布线层，在所述外围区域中形成在所述基板的后侧上且电连接到所述第二焊垫以将所述第二阱偏压从所述第二焊垫传送到所述第二阱。
16.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括：
第三阱，形成在所述外围区域中且具有不同于所述第一导电型的第二导电型，其中所述布线结构包括第三金属布线层，所述第三金属布线层构造为向所述第三阱施加第三阱偏压，所述第三阱偏压不同于所述第一阱偏压。
17.根据权利要求13所述的图像传感器，其中所述基板是外延层。
18.一种图像传感器的制造方法，所述方法包括：
在基板内形成第一阱，该第一阱具有第一导电型；
在所述基板的前侧上形成布线结构，该布线结构包括多个布线层和多个绝缘膜；以及
形成直接接触所述基板的后侧的第一金属布线层，该第一金属布线层被构造为向所述第一阱施加第一阱偏压。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述基板包括：感应区域，包括多个单位像素；外围区域，包括用于控制所述单位像素的电路；以及焊垫区域，其中所述第一金属布线层在所述外围区域中直接接触所述基板的所述后侧。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：
在所述基板的后侧上形成后侧绝缘膜，所述后侧绝缘膜包括暴露所述外围区域中所述基板的后侧的至少一部分的沟槽，其中形成所述第一金属布线层包括沿所述后侧绝缘膜的顶表面和侧壁以及所述基板的后侧通过所述沟槽暴露的部分共形地形成所述第一金属布线层。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括：
通过利用多个通孔暴露所述外围区域中的所述基板的后侧而在所述基板的后侧上形成后侧绝缘膜，其中形成所述第一金属布线层的步骤包括用所述第一金属布线层填充所述通孔。
22.根据权利要求18所述的方法，还包括：
在所述基板内形成第二阱，所述第二阱具有不同于所述第一导电型的第二导电型；以及
形成直接接触所述基板的后侧的第二金属布线层，所述第二金属布线层与所述第一金属布线层分离且构造为向所述第二阱施加第二阱偏压，所述第二阱偏压不同于所述第一阱偏压。
23.根据权利要求18所述的方法，还包括：
在所述基板内形成第三阱，所述第三阱具有不同于所述第一导电型的第二导电型，
其中形成所述布线结构的步骤包括形成第三金属布线层，所述第三金属布线层向所述第三阱施加第三阱偏压，所述第三阱偏压不同于所述第一阱偏压。
24.一种图像传感器的制造方法，所述方法包括：
设置限定在基板内的感应区域、外围区域和焊垫区域；
在所述外围区域中的所述基板内形成第一阱，所述第一阱具有第一导电型；
在所述基板的前侧上形成布线结构，该布线结构包括多个布线层、多个绝缘膜以及辅助焊垫；
在所述基板的后侧上形成后侧绝缘膜；
通过形成接触孔暴露所述焊垫区域中的所述辅助焊垫，所述接触孔构造为贯穿所述后侧绝缘膜和所述基板；
通过图案化所述外围区域中的所述后侧绝缘膜来暴露所述外围区域中的所述基板的后侧的至少一部分；
形成所述接触孔中的接触，所述接触电连接到所述辅助焊垫；以及
在所述焊垫区域中形成焊垫且在所述外围区域中形成所述第一金属布线层，所述焊垫电连接到所述焊垫区域中的所述基板上的所述接触。
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