CN102779826A - 背照式cmos影像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种背照式CMOS影像传感器，所述背照式CMOS影像传感器包括：器件晶圆，所述器件晶圆具有正面及背面，所述器件晶圆中形成有光电二极管，所述光电二极管靠近所述器件晶圆的背面；金属遮蔽层，所述金属遮蔽层形成于所述器件晶圆的背面，所述金属遮蔽层中形成有开口，所述开口与所述光电二极管对应，所述开口的侧壁上形成有消光层。通过在开口的侧壁上形成消光层，避免了背照式CMOS影像传感器的光子串扰，从而提高了背照式CMOS影像传感器的质量。
Description
技术领域
本发明涉及影像传感器技术领域，特别涉及一种背照式CMOS影像传感器。
背景技术
数字相机为现今所广泛使用的电子产品，而在数字相机内包含有影像传感器，其用以将光线转换为电荷。影像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置（Charge-Coupled Device）影像传感器（亦即俗称CCD影像传感器）以及CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）影像传感器，其中CMOS影像传感器即基于互补型金属氧化物半导体（CMOS）技术而制造。由于CMOS影像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将影像传感器以及其所需要的外围电路加以整合。
传统的CMOS影像传感器系采用前面照明（Front Side Illumination，FSI）技术来制造像素阵列上的像素，其入射光需经过像素的前端（front side）才能到达光感测区域（photo-sensing area）。也就是说，传统的前面照明CMOS影像传感器的结构，使得入射光需要先通过介电层（dielectric layer）、金属层（metallayer）之后才会到达光感测区域，而这导致传统CMOS影像传感器需面临低量子效率（quantum efficiency）、像素间严重的交叉干扰（cross talk）以及暗电流（dark current）等等问题。
为此，现有技术中提出了另一种CMOS影像传感器，其为背面照明（BackSide Illumination，BSI）的CMOS影像传感器，也称背照式CMOS影像传感器。不同于前面照明技术，背照式CMOS影像传感器由硅晶（silicon）的前端构建影像传感器，其将彩色滤光片（color filter）以及微镜片（microlens）放置于像素的背部（back side），使得入射光由影像传感器的背部进入影像传感器。相较于前面照明CMOS影像传感器，这种背照式CMOS影像传感器具有数种优点：较少的光损失（light loss）、以及更优异的量子效率。
但是，这种背照式CMOS影像传感器具有比较严重的色彩串扰的问题。为此，现有的背照式CMOS影像传感器中增加了一金属遮蔽层以避免色彩串扰的问题。然而，此结构同时又带来了另一个问题，即将会产生光子串扰的现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背照式CMOS影像传感器，以解决现有技术中的背照式CMOS影像传感器存在光子串扰的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式CMOS影像传感器，包括：
器件晶圆，所述器件晶圆具有正面及背面，所述器件晶圆中形成有光电二极管，所述光电二极管靠近所述器件晶圆的背面；
金属遮蔽层，所述金属遮蔽层形成于所述器件晶圆的背面，所述金属遮蔽层中形成有开口，所述开口与所述光电二极管对应，所述开口的侧壁上形成有消光层。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述开口正对所述光电二极管。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，还包括高K介质层，所述高K介质层形成于所述器件晶圆和金属遮蔽层之间。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述开口露出部分高K介质层。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述消光层为氮化物层。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述消光层为氮氧化硅层、氮化硅层、氮化钛层或者氮化钽层。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述消光层的厚度为200埃~700埃。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述消光层通过等离子体增强化学气相沉积工艺或者炉管工艺形成。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述开口的侧壁与底壁之间的夹角大于90度且小于180度。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述金属遮蔽层的顶面形成有消光层。
可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述金属遮蔽层的材料为铝或者钨。
在本发明提供的背照式CMOS影像传感器中，通过在开口的侧壁上形成消光层，避免了背照式CMOS影像传感器的光子串扰，从而提高了背照式CMOS影像传感器的成像质量。
附图说明
图1是现有的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图；
图2是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图；
图3是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法的流程示意图；
图4a~4c是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法中形成的器件剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提供的背照式CMOS影像传感器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
背景技术中提到现有技术中的背照式CMOS影像传感器虽然克服了色彩串扰的问题，但它同时带来了光子串扰的问题。对此，发明人做了深入的研究，找出了现有的背照式CMOS影像传感器存在光子串扰的原因。
具体的，请参考图1，其为现有的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。如图1所示，所述背照式CMOS影像传感器1包括：
器件晶圆11，所述器件晶圆11具有正面111及背面112，所述器件晶圆11中形成有光电二极管12，所述光电二极管12靠近所述器件晶圆11的背面112；
金属遮蔽层13，所述金属遮蔽层13形成于所述器件晶圆11的背面112，所述金属遮蔽层13中形成有开口14，所述开口14与所述光电二极管12对应。
其中，所述金属遮蔽层13中的开口14通过如下工艺形成：首先，形成金属遮蔽层13；接着，对所述金属遮蔽层13执行刻蚀工艺，以在所述金属遮蔽层13中形成开口14。
由于刻蚀工艺的特性（或者说由于刻蚀工艺的固有属性），所形成的开口14的形状为倒梯形（在此，以图1中的形状或者说摆放位置进行描述），或者说，所述开口14的侧壁141与底壁142之间的夹角大于90度且小于180度。正是因为这一开口14形状，将导致光线15入射到开口14的侧壁141上，并经过侧壁141发生反射时，反射光线将进入与开口14对应的光电二极管12之外的其他二极管12。例如，如图1所示，光线15经过一开口14的侧壁141反射之后，将进入相邻的光电二极管12中，由此导致了背照式CMOS影像传感器的光子串扰，进而降低了背照式CMOS影像传感器的成像质量。
在研究并发现了导致背照式CMOS影像传感器存在光子串扰这一技术问题的症结所在之后，发明人进而提出了解决这一技术问题的技术方案。下面将对解决上述技术问题的技术方案做进一步描述。
【实施例一】
请参考图2，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。如图2所示，所述背照式CMOS影像传感器2包括：
器件晶圆21，所述器件晶圆21具有正面211及背面212，所述器件晶圆21中形成有光电二极管22，所述光电二极管22靠近所述器件晶圆21的背面212；
金属遮蔽层23，所述金属遮蔽层23形成于所述器件晶圆21的背面212，所述金属遮蔽层23中形成有开口24，所述开口24与所述光电二极管22对应，所述开口24的侧壁241上形成有消光层25。
在本实施例中，所述金属遮蔽层23的材料为铝；在本发明的其他实施例中，所述金属遮蔽层23的材料也可以为铜、钛等。所述开口24的侧壁241与底壁242之间的夹角大于90度且小于180度。
通过所述消光层25能够防止开口24的侧壁241将光线反射至与开口24对应的光电二极管22之外的其他二极管22，从而避免了背照式CMOS影像传感器的光子串扰，进而提高了背照式CMOS影像传感器的质量。
具体的，图2中示出了两个开口，分别为第一开口24A及第二开口24B；两个光电二极管，分别为第一光电二极管22A及第二光电二极管22B；其中，第一开口24A与第一光电二极管22A对应，第二开口24B与第二光电二极管22B对应。若没有消光层25的作用，进入第一开口24A的光线极易通过侧壁241反射至第二光电二极管22B；同时，进入第二开口24B的光线也极易通过侧壁241发射至第一光电二极管22A。而在本实施例中，通过消光层25防止了上述情况的发生，即通过所述消光层25能够防止开口24的侧壁241将光线反射至与开口24对应的光电二极管22之外的其他二极管22，从而避免了背照式CMOS影像传感器的光子串扰，进而提高了背照式CMOS影像传感器的质量。
优选的，所述第一开口24A正对第一光电二极管22A，所述第二开口24B正对第二光电二极管24B，由此，每个光电二极管22能够充分的感受光线并进行光电转换，保证背照式CMOS影像传感器的质量。
在本实施例中，所述器件晶圆21和金属遮蔽层23之间还形成有高K介质层26，所述高K介质层26能够进一步优化所述光电二极管22对于光电的转化，进而提高背照式CMOS影像传感器的质量。在此，所述开口24露出部分高K介质层26，具体的，所述第一开口24A露出所述第一光电二极管22A正上方的部分高K介质层，进而实现所述第一开口24A露出所述第一光电二极管22A；所述第二开口24B露出所述第二光电二极管22B正上方的部分高K介质层，进而实现所述第二开口24B露出所述第二光电二极管22B。
在本实施例中，所述消光层25为氮氧化硅（SiON）层，优选的，所述氮氧化硅层的厚度为200埃~700埃，例如，所述氮氧化硅层的厚度为200埃、250埃、300埃、350埃、400埃、450埃、500埃、550埃、600埃、650埃或者700埃。当所述氮氧化硅层的厚度为200埃~700埃时，既能够保证消光层25的膜层厚度较薄，即保证了背照式CMOS影像传感器的薄型化与小型化；同时，又能够防止开口24的侧壁241对光线予以反射，具体的，防止了开口24将光线反射至与开口24对应的光电二极管22之外的其他二极管22，从而避免了背照式CMOS影像传感器的光子串扰，进而提高了背照式CMOS影像传感器的质量。其中，所述消光层25通过等离子体增强化学气相沉积工艺（PECVD）形成，当然，所述消光层25也可通过其他半导体工艺形成，例如炉管工艺（furnace）等。
在本发明的其他实施例中，所述消光层25也可以为其他氮化物层，例如：氮化硅（SiN）层、氮化钛（TiN）层或者氮化钽（TaN）层等。优选的，所述氮化物层的厚度为200埃~700埃，其可以通过离子体增强化学气相沉积工艺或者炉管工艺形成。
在本实施例中，所述消光层25仅形成于所述开口24的侧壁上；而在本发明的其他实施例中，所述消光层25还可以形成于所述金属遮蔽层23的顶面（其中，所述“顶面”以图2中的形状或者说摆放位置进行描述），或者说形成于所述金属遮蔽层23剩余露出的表面上。
【实施例二】
本实施例中，提供了背照式CMOS影像传感器的形成方法，具体的，请参考图3，图3为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法的流程示意图。如图3所示，所述背照式CMOS影像传感器的形成方法包括：
S30：提供器件晶圆，所述器件晶圆具有正面及背面，所述器件晶圆中形成有光电二极管，所述光电二极管靠近所述器件晶圆的背面；
S31：在所述器件晶圆的背面形成金属遮蔽层，所述金属遮蔽层中形成有开口，所述开口与所述光电二极管对应；
S32：在所述开口的侧壁上形成消光层。
具体的，请参考图4a~4c，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法中形成的器件剖面示意图。
如图4a所示，提供器件晶圆41，所述器件晶圆41具有正面411及背面412，所述器件晶圆41中形成有光电二极管42，所述光电二极管42靠近所述器件晶圆41的背面412。在此，图4a中示出了两个光电二极管，分别为第一光电二极管42A及第二光电二极管42B。
在本实施例中，所述器件晶圆41键合于载片40上，具体的，所述器件晶圆41的正面411与所述载片40贴合。所述器件晶圆41键合于载片40上之后，通过研磨（Grinding）和湿法蚀刻（WET ETCH）工艺进行背面减薄。
接着，如图4b所示，在本实施例中，在经过背面减薄后的器件晶圆41的背面412上形成一高K介质层46。
请继续参考图4b，在形成高K介质层46之后，在所述高K介质层46上形成金属遮蔽层43，所述金属遮蔽层43的材料可以为铝或者钨。接着，对所述金属遮蔽层43执行干法刻蚀工艺，以在所述金属遮蔽层43中形成开口44。所述开口44的侧壁441与底壁442之间的夹角大于90度且小于180度。所述开口44露出部分高K介质层46。
在此，图4b中示出了两个开口，分别为第一开口44A及第二开口44B；两个光电二极管，分别为第一光电二极管42A及第二光电二极管42B；其中，第一开口44A与第一光电二极管42A对应，第二开口44B与第二光电二极管42B对应。优选的，所述第一开口44A正对第一光电二极管42A，所述第二开口44B正对第二光电二极管44B。
接着，如图4c所示，在所述开口44的侧壁441上形成消光层45。优选的，所述消光层45为氮化物层，例如：所述消光层45为氮氧化硅（SiON）层、氮化硅（SiN）层、氮化钛（TiN）层或者氮化钽（TaN）层等；所述消光层45的厚度为200埃~700埃，其可以通过离子体增强化学气相沉积工艺或者炉管工艺形成。
具体的，可先形成一消光材料层，所述消光材料层覆盖所述金属遮蔽层43（即覆盖所述金属遮蔽层43的顶面及所述开口44的侧壁441）及露出的部分高K介质层46。接着，通过光刻及刻蚀工艺去除所述高K介质层46上的部分消光材料层，形成消光层45，即同时在金属遮蔽层43的顶面、及开口44的侧壁441上形成消光层45；或者通过光刻及刻蚀工艺去除所述高K介质层46上的、及所述金属遮蔽层43的顶面上的部分消光材料层，形成消光层45，即仅在开口44的侧壁441上形成消光层45。
通过所述消光层45能够防止开口44的侧壁441将光线反射至与开口44对应的光电二极管42之外的其他二极管42，从而避免了背照式CMOS影像传感器的光子串扰，进而提高了背照式CMOS影像传感器的成像质量。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (11)
1.一种背照式CMOS影像传感器，其特征在于，包括：
器件晶圆，所述器件晶圆具有正面及背面，所述器件晶圆中形成有光电二极管，所述光电二极管靠近所述器件晶圆的背面；
金属遮蔽层，所述金属遮蔽层形成于所述器件晶圆的背面，所述金属遮蔽层中形成有开口，所述开口与所述光电二极管对应，所述开口的侧壁上形成有消光层。
2.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述开口正对所述光电二极管。
3.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，还包括高K介质层，所述高K介质层形成于所述器件晶圆和金属遮蔽层之间。
4.如权利要求3所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述开口露出部分高K介质层。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述消光层为氮化物层。
6.如权利要求5所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述消光层为氮氧化硅层、氮化硅层、氮化钛层或者氮化钽层。
7.如权利要求5所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述消光层的厚度为200埃~700埃。
8.如权利要求1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述消光层通过等离子体增强化学气相沉积工艺或者炉管工艺形成。
9.如权利要去1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述开口的侧壁与底壁之间的夹角大于90度且小于180度。
10.如权利要求1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述金属遮蔽层的顶面形成有消光层。
11.如权利要求1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述金属遮蔽层的材料为铝或者钨。
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