CN101894797B - 背面照度影像感测器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种背面照度影像感测器的制造方法，其包括：提供一个基板，其包括相对的前表面和后表面；在该基板前表面上形成呈阵列排布的多个凹槽；在该基板前表面上设置一光学材料，使其填充入该多个凹槽，并形成一具有一微透镜阵列的透光薄膜层；在该透光薄膜层背离该基板的表面上粘合或外延生长一硅层；在该硅层上形成影像感测单元阵列及电路，该影像感测单元阵列与该微透镜阵列对应；从该基板后表面通过蚀刻去除该基板露出该透光薄膜层具有该微透镜阵列的表面以形成背面照度影像感测器。
Description
技术领域
本发明涉及一种影像感测器制造方法，特别是涉及一种背面照度（Backside Illumination,BSI）的影像感测器的制造方法。
背景技术
固态影像感测器，如CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器件)影像感测器和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体存储器)影像感测器用在各种成像设备中（例如摄像机、手机等）。随着影像感测器的应用越来越广泛，尤其是像素尺寸的逐渐减小，将尽可能多的入射光俘获到影像感测器上变得尤为重要。
通常情况下，影像感测器为前面照度（Front Side Illumination,FSI）方式，感光层、金属层、介电层和透镜等其它光学元件设置在硅基板上，光线透过透镜、金属层、介电层到达感光层。由于金属层和介电层的阻碍和光的折射、反射等，使得到达感光层的光总量大为减少，这样的结果是降低了影像感测器的灵敏度。
为了得到较高的灵敏度，BSI影像感测器被开发应用。BSI影像感测器的透镜、感光层与金属层、介电层分别位于硅基板的相对两个表面上，光线经过透镜直接到达感光层，较少的光线被损耗，从而使得影像感测器具有较高的灵敏度。
然而，BSI影像感测器通常在硅锭（bulk silicon）的一面形成感光区，将另一面蚀刻而使光线能够到达感光区以实现背面照度。而为了使感光区能吸收光子，需要将硅锭变薄，这样就会花费时间将硅锭薄性化。那么，在利用薄的硅锭制作影像感测器时需要特殊的承载体支撑硅锭以防止其受到损害，如此增加了制造成本。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种背面照度影像感测器的制造方法。
一种背面照度影像感测器的制造方法，其包括：提供一个基板，其包括相对的前表面和后表面；在该基板前表面上形成呈阵列排布的多个凹槽；在该基板前表面上设置一光学材料，使其填充入该多个凹槽，并形成一具有一微透镜阵列的透光薄膜层；在该透光薄膜层背离该基板的表面上粘合或外延生长一硅层；在该硅层上形成影像感测单元阵列及电路，该影像感测单元阵列与该微透镜阵列对应；从该基板后表面通过蚀刻去除该基板露出该透光薄膜层具有该微透镜阵列的表面以形成背面照度影像感测器。
一种背面照度影像感测器的制造方法，其包括：提供一个由硅组成的基板，其包括相对的前表面和后表面；在该基板前表面上形成呈阵列排布的多个凹槽；采用化学气相沉积法或者等离子体增强化学气相沉积法在该基板前表面形成一透光薄膜层，并使该透光薄膜层面对与该基板的表面上形成有多个微透镜，其中该多个微透镜与该多个凹槽相对应；在该透光薄膜层背离该基板的表面通过粘合或外延生长形成一硅层；在该硅层上形成多个影像感测单元及电路，其中该多个影像感测单元与该多个微透镜相对应；去除该基板，露出该透光薄膜层的多个微透镜，以使光可经由该多个微透镜到达该多个影像感测单元。
与现有技术相比，本发明实施例的制造方法实在外延硅层上形成感光区，外延硅层的厚度在其形成过程中可以控制，因此，毋需将外延硅层薄性化以使感光区吸收光子，故，该制造方法耗费较少的时间；另外，基板起到承载体的作用，因此，毋需制造成载体以支撑外延硅层，故，降低了制造成本。
附图说明
图1是本发明实施例背面照度影像感测器的制造方法的流程图。
图2是提供的基板的示意图，其具有相对的前表面和后表面。
图3是在基板前表面上形成微透镜形状的凹槽的示意图。
图4是在基板前表面上形成二氧化硅层的示意图。
图5是在二氧化硅层形成彩色滤光片的示意图。
图6是在彩色滤光片上设置硅层的示意图。
图7是在硅层上形成影像感测单元阵列的示意图。
图8是从基板后表面蚀刻基板的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明第一实施例背面照度影像感测器的制造方法，其包括以下步骤：
提供一个基板，其具有相对的前表面和后表面；
在基板前表面上形成矩阵排列的凹槽；
在前表面上设置光学材料，使其填充凹槽，并形成具有微透镜阵列的透光薄膜层；
化学机械抛光透光薄膜层；
在透光薄膜层上设置彩色滤光片；
在彩色滤光片上粘合或生长硅层；
在外延硅上对应凹槽的位置形成感测区域及电路；
从后表面蚀刻基板以露出透光薄膜层具有微透镜阵列的表面以形成背面照度影像感测器。
如图2所示，提供一个基板10，其包括相对的前表面11和后表面12。由于基板10作为牺牲性的基板，因此，对其特性并无特殊要求。
基板10的材料是但不限于硅（silicon,Si）、锗（germanium,Ge）、钻石（diamond）、碳化硅（silicon carbide,SiC）、镓砷（gallium arsenic,GaAs）、或磷化铟（indium phoshide,InP）。本实施例中，基板10的材料为硅。
如图3所示，在前表面11上形成若干个微透镜形状的凹槽11a，凹槽11a呈矩阵排列。凹槽11a的形成方法可以为蚀刻、激光直接光刻、或超精密加工技术等。
如图4所示，在前表面11上采用化学气相沉积法（chemical vapordeposition,CVD）或者等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition,PECVD）形成透光薄膜层20，并将透光薄膜层20的表面进行化学机械抛光（Chemical-Mechanical Polishing,CMP）。
透光薄膜层20是作微透镜而用，所以，透光薄膜层20的厚度要足以将凹槽11a填满且高于凹槽11a的深度。
透光薄膜层20的材料可以为二氧化硅（SiO2）、磷硅玻璃（Phospho SilicateGlass,PSG）层、或者硼硅玻璃（Borosilicate Glass,PSG）。
如图5所示，优选地，在透光薄膜层20上形成彩色滤光片30。
如图6所示，在彩色滤光片30上粘合硅层40。
该硅层40可以为外延硅（epitaxial Silicon,EPI-Si），采用低压化学气相沉积(Low Pressure Chemical Vapor Deposition,LPCVD)外延、液相外延（LiquidPhase Epitaxy,LPE），固相外延（Solid Phase Epitaxy,LPE）、热壁外延（Hot WallEpitaxy,HWE）、分子束外延（Molecular Beam Epitaxy,MBE）、或金属有机化学气相沉积（Metal Organic Chemistry Vapour Deposition,MOCVD）等方法在硅基板或者碳化硅基板上形成外延硅，然后将外延硅从基板上剥离，采用热压印方法将外延硅粘合在彩色滤光片30上。
当然，也可以直接在透光薄膜层20上外延生长形成硅层40。
如图7所示，利用2P3M（2-poly/3-metal，2层聚合物层3层金属层）或者2P5M（2-poly5-metal）工艺在硅层40上形成由多个影像感测单元50形成的影像感测单元阵列及相关电路结构（图未示）。
在制作影像感测单元50时，基板10起到承载体的作用，因此，毋须其它承载体支撑硅层40，使得成本较低。
由于影像感测单元阵列设置在硅层40上，硅层40的厚度可以根据需要制作，因此，毋需将其薄性化，制造背后照度影像感测器花费的时间较现有方法大大降低。
请参阅图8，从后表面12将凹槽11a对应的基板10蚀刻掉以将透光薄膜层20显露，从而使得凹槽11a对应的透光薄膜层20形成微透镜11b。
凹槽11a之间的基板10可保护微透镜11b在包装或运输的过程中受到损伤。
光线经过微透镜11b可直接达到影像感测单元阵列，从而使得光线的损耗较低。
本发明第二实施例背面照度影像感测器的制造方法，其包括以下步骤：
提供一个基板，其具有相对的前表面和后表面；
在基板前表面上形成矩阵排列的凹槽；
在前表面上设置光学材料，使其填充凹槽，并形成具有微透镜阵列的透光薄膜层；
化学机械抛光透光薄膜层；
在透光薄膜层上设置彩色滤光片；
在彩色滤光片上粘合硅层；
在硅层上对应凹槽的位置形成感测区域；
从后表面蚀刻基板以露出透光薄膜层具有微透镜阵列的表面以形成背面照度影像感测器。
另外，本领域技术人员还可以在本发明精神内做其它变化，当然，这些依据本发明精神所做的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围之内。
Claims (9)
1.一种背面照度影像感测器的制造方法，其包括：
提供一个基板，其包括相对的前表面和后表面；
在该基板前表面上形成呈阵列排布的多个凹槽；
在该基板前表面上设置一光学材料，使其填充入该多个凹槽，并形成一具有一微透镜阵列的透光薄膜层；
在该透光薄膜层背离该基板的表面上粘合或外延生长一硅层；
在该硅层上形成影像感测单元阵列及电路，该影像感测单元阵列与该微透镜阵列对应；
从该基板后表面通过蚀刻去除该基板露出该透光薄膜层具有该微透镜阵列的表面以形成背面照度影像感测器。
2.如权利要求1所述的背面照度影像感测器的制造方法，其特征在于：采用化学气相沉积法或者等离子体增强化学气相沉积法形成该透光薄膜层。
3.如权利要求1所述的背面照度影像感测器的制造方法，其特征在于：采用化学机械抛光方法将该透光薄膜层进行抛光处理。
4.如权利要求3所述的背面照度影像感测器的制造方法，其特征在于：在粘合或外延生长硅层之前在透光薄膜层上形成彩色滤光片。
5.如权利要求4所述的背面照度影像感测器的制造方法，其特征在于：所述基板的材料为硅晶体、锗、钻石、碳化硅、镓砷、或磷化铟。
6.如权利要求5所述的背面照度影像感测器的制造方法，其特征在于：所述透光薄膜层的光学材料为二氧化硅、硼硅玻璃或者磷硅玻璃。
7.一种背面照度影像感测器的制造方法，其包括：
提供一个由硅组成的基板，其包括相对的前表面和后表面；
在该基板前表面上形成呈阵列排布的多个凹槽；
采用化学气相沉积法或者等离子体增强化学气相沉积法在该基板前表面形成一透光薄膜层，并使该透光薄膜层面对与该基板的表面形成有多个微透镜，其中该多个微透镜与该多个凹槽相对应；
在该透光薄膜层背离该基板的表面通过粘合或外延生长形成一硅层；
在该硅层上形成多个影像感测单元及电路，其中该多个影像感测单元与该多个微透镜相对应；
去除该基板，露出该透光薄膜层的多个微透镜，以使光可经由该多个微透镜到达该多个影像感测单元。
8.如权利要求7所述的背面照度影像感测器的制造方法，其特征在于：该透光薄膜层的材料为二氧化硅、硼硅玻璃或者磷硅玻璃。
9.如权利要求8所述的背面照度影像感测器的制造方法，其特征在于：该制造方法进一步包括在形成该硅层之前，采用化学机械抛光方法对该透光薄膜层进行抛光处理。
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