CN103594479B - 背照式cmos影像传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种背照式CMOS影像传感器及其制造方法。包括：半导体基底，形成于所述半导体基底中的光电二极管及隔离结构；遮光金属层，所述遮光金属层靠近所述半导体基底的背面；引线，所述引线与所述遮光金属层电相连，所述引线位于所述半导体基底中靠近所述遮光金属层的一侧。本发明中，将半导体基底中的引线设置于半导体基底的背面，从而当光线照射后，设置于背面的引线不会影响光的吸收面积，那么在关键尺寸的不断缩小的情况下，能够有效的增加光的吸收，从而有效的提高了传感器的有效使用面积；此外，原引线占据的面积可用于外部电路的其他设计，从而对于传感器的制造能够提供能多的便利。

Description

背照式CMOS影像传感器及其制造方法

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影像传感器及其制造方法。

背景技术

影像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓影像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。影像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见影像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。可以说，现代人类活动已经无法离开影像传感器了。

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-CoupledDevice）影像传感器（亦即俗称CCD影像传感器）以及CMOS（ComplementaryMetalOxideSemiconductor）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，从而使得CMOS影像传感器具有更广的应用前景。

如图1所示，其为现有技术的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。包括：半导体基底10，所述半导体基底10中形成有光电二极管，形成于所述半导体基底10一表面的金属连线层11，形成于所述半导体基底10另一表面的滤光片12及微透镜13，引线14位于半导体基底10的朝向金属连线层11的一侧（即晶圆的正面）。通过入射光顺次经过微透镜13、滤光片12到达光电二极管。

如图2所示，其为现有技术的背照式CMOS影像传感器的一个像素的俯视图，在一个像素（pixel）20中，包括四个转移晶体管（transfertransistor）Tx1、Tx2、Tx3、Tx4，及呈一排排布的引线（pickup）21、重置晶体管（resettransistor）22、源极跟随晶体管（sourcefollowertransistor）23、行选择晶体管（row-selecttransistor）24。随着小型化需求的愈发强烈，可吸收光的面积所占比例下降，相应的，例如引线所占的面积就增大，例如在长为1.1微米的像素中，引线占据面积为1.25%，随着面积的缩小，例如在长为0.9微米的像素中，引线占据的面积变为1.83%，这在一定程度上影响了器件的收益。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种背照式CMOS影像传感器及其制造方法，以提高背照式CMOS影像传感器的有效受光面积。

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：

半导体基底，形成于所述半导体基底中的光电二极管及隔离结构；

遮光金属层，所述遮光金属层靠近所述半导体基底的背面；

引线，所述引线与所述遮光金属层电相连，所述引线位于所述半导体基底中靠近所述遮光金属层的一侧。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器，所述半导体基底与遮光金属层之间还包括一层间介质层，所述层间介质层中形成有通孔，一互连线贯穿所述通孔与所述遮光金属层和引线相连接。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器，所述遮光金属层及互连线的材料为金属铝或金属钨。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器，所述引线在半导体基底正面的投影边长为0.2～0.5um，所述引线距离所述半导体基底正面的距离为2.1～3um。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器，所述遮光金属层上还依次形成有滤光片及微透镜，所述半导体基底的正面形成有金属连线层。

本发明还提供一种背照式CMOS影像传感器的制造方法，包括：

提供半导体基底，所述半导体基底具有正面与背面；

在所述半导体基底的背面中形成引线；

在所述半导体基底的背面上形成遮光金属层，所述遮光金属层与所述引线电相连。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，所述引线在半导体基底正面的投影边长为0.2～0.5um，所述引线距离所述半导体基底正面的距离为2.1～3um。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，在所述半导体基底的背面中形成引线包括：

刻蚀所述半导体基底的背面，以形成通孔；

在所述半导体基底的背面形成一金属层，所述金属层完全填充所述通孔；

去除所述金属层位于所述半导体基底背面之上的部分，以形成引线。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，在所述半导体基底的背面中形成引线之后，在所述半导体基底的背面上形成遮光金属层之前，还包括：

在所述半导体基底的背面上形成一层间介质层，刻蚀所述层间介质层形成通孔，所述通孔对应于所述引线；

在所述通孔中填充金属以形成互连线，用于连通所述引线和遮光金属层。

可选的，对于所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，在形成所述遮光金属层后，还包括：

在所述遮光金属层上形成滤光片；

在所述滤光片上形成微透镜；及

在所述半导体基底的正面形成金属连线层。

与现有技术相比，本发明提供的背照式CMOS影像传感器及其制造方法中，将半导体基底中的引线设置于半导体基底的背面，从而当光线照射后，设置于背面的引线不会影响光的吸收面积，那么在关键尺寸的不断缩小的情况下，能够有效的增加光的吸收，从而有效的提高了传感器的有效使用面积；

此外，原引线占据的面积可用于外部电路的其他设计，从而对于传感器的制造能够提供能多的便利。

附图说明

图1为现有技术中背照式CMOS影像传感器的剖面示意图；

图2为现有技术的背照式CMOS影像传感器的一个像素的俯视图；

图3为本发明一实施例中的背照式CMOS影像传感器的制造方法的流程图；

图4为本发明一实施例中的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的背照式CMOS影像传感器及其制造方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。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且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于，提供一种背照式CMOS影像传感器及其制造方法。发明人在长期的工作中认为，随着器件尺寸的不断缩小，传感器的有效面积也变小，而提高器件的性能是业内所追求的，通过研究发现，在一个像素中，会存在妨碍光照面积的结构，例如引线在随着器件尺寸不断缩小时，所占据的面积比越来越大，基于此，发明人将引线的位置进行了调整，由传统中的设置在半导体基底的正面改为设置在半导体基底的背面，从而有效的提高了传感器的有效使用面积。

以下列举所述背照式CMOS影像传感器及其制造方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

基于上述思想，请参考图3及图4，本发明提供一种背照式CMOS影像传感器及其制造方法，其中，图3为本发明一实施例中的背照式CMOS影像传感器的制造方法的流程图；图4为本发明一实施例中的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。

如图3所示，结合图4，所述背照式CMOS影像传感器的制造方法包括：

步骤S11：提供半导体基底10，所述半导体基底10具有正面与背面。所述半导体基底10可以是未掺杂的单晶硅、掺杂有杂质的单晶硅、绝缘体上硅（SOI）等。作为示例，在本实施例中，半导体基底10选用单晶硅材料构成，所述半导体基底10中形成有光电二极管，以及相应的隔离结构。

步骤S12：在所述半导体基底10的背面中形成引线14。该步骤包括：

首先，刻蚀所述半导体基底10的背面，形成通孔，例如可以采用图案化的光刻胶为掩膜。接着，在所述半导体基底10的背面形成一金属层，该金属层的主要目的是为了填充在通孔中，因此，可以采用现有技术中较为成熟的填充工艺，以获得较佳的填充效果。然后，待金属完全填充在通孔中后，进行一次平坦化工艺，例如采用CMP工艺，去除半导体基底背面上方的金属层，保留位于通孔中的金属层，从而形成了引线14。在本实施例中，将引线设置于半导体基底10的背面，是为了避免引线对光的遮挡，因此，以所述引线在半导体基底10正面的投影为矩形为例，其边长范围是0.2～0.5um，同时，所述引线14距离半导体基底10正面的距离是2.1～3um，那么，由于引线距离半导体基底10的正面有一定的距离，当光从半导体基底10的背面照射后，就能够照射到现有技术中引线所在的区域，从而增大了受光面积。

接下来，可以在半导体基底10的背面上形成一层间介质层15，其材料例如可以是二氧化硅，并在该层中形成通孔，使得所述通孔对应于引线14，接着采取一道填充工艺，例如在通孔中填充铝或者钨，形成互连线16，连通与引线14。

步骤S13：在所述半导体基底10的背面上形成遮光金属层17，所述遮光金属层17与所述引线14电相连。在本实施例中，所述遮光金属层17的材料可以是铝或者钨，通过互连线16以实现遮光金属层17与引线14的电性相通。

之后，可以继续在所述遮光金属层17上形成滤光片12；例如，通常需要形成红绿蓝三色滤光片12，故图4中示出了以3个像素为单元的结构，然后继续在滤波片12上形成微透镜13；以及，还包括在所述半导体基底10的正面形成金属连线层11。

至此，便可获得本发明的背照式CMOS影像传感器，包括：半导体基底10，形成于所述半导体基底10中的光电二极管及隔离结构；遮光金属层17，所述遮光金属层17靠近所述半导体基底10的背面；引线14，所述引线14与所述遮光金属层17电相连，所述引线14位于所述半导体基底10中靠近所述遮光金属层17的一侧。

与现有技术相比，本发明提供的背照式CMOS影像传感器及其制造方法中，将半导体基底中的引线设置于半导体基底的背面，从而当光线照射后，设置于背面的引线不会影响光的吸收面积，那么在关键尺寸的不断缩小的情况下，能够有效的增加光的吸收，从而有效的提高了传感器的有效使用面积；此外，原引线占据的面积可用于外部电路的其他设计，从而对于传感器的制造能够提供能多的便利。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种背照式CMOS影像传感器，其特征在于，包括：

半导体基底，形成于所述半导体基底中的光电二极管及隔离结构；

遮光金属层，所述遮光金属层靠近所述半导体基底的背面；

引线，所述引线与所述遮光金属层电相连，所述引线位于所述半导体基底中靠近所述遮光金属层的一侧，以提高有效受光面积。

2.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述半导体基底与遮光金属层之间还包括一层间介质层，所述层间介质层中形成有通孔，一互连线贯穿所述通孔与所述遮光金属层和引线相连接。

3.如权利要求2所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述遮光金属层及互连线的材料为金属铝或金属钨。

4.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述引线在半导体基底正面的投影边长为0.2～0.5um，所述引线距离所述半导体基底正面的距离为2.1～3um。

5.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述遮光金属层上还依次形成有滤光片及微透镜，所述半导体基底的正面形成有金属连线层。

6.一种背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，包括：

提供半导体基底，所述半导体基底具有正面与背面；

在所述半导体基底的背面中形成引线，以提高有效受光面积；

在所述半导体基底的背面上形成遮光金属层，所述遮光金属层与所述引线电相连。

7.如权利要求6所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，所述引线在半导体基底正面的投影边长为0.2～0.5um，所述引线距离所述半导体基底正面的距离为2.1～3um。

8.如权利要求7所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，在所述半导体基底的背面中形成引线包括：

刻蚀所述半导体基底的背面，以形成通孔；

在所述半导体基底的背面形成一金属层，所述金属层完全填充所述通孔；

去除所述金属层位于所述半导体基底背面之上的部分，以形成引线。

9.如权利要求8所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，在所述半导体基底的背面中形成引线之后，在所述半导体基底的背面上形成遮光金属层之前，还包括：

在所述半导体基底的背面上形成一层间介质层，刻蚀所述层间介质层形成通孔，所述通孔对应于所述引线；

在所述通孔中填充金属以形成互连线，用于连通所述引线和遮光金属层。

10.如权利要求9所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，在形成所述遮光金属层后，还包括：

在所述遮光金属层上形成滤光片；

在所述滤光片上形成微透镜；及

在所述半导体基底的正面形成金属连线层。