CN110120396B - 影像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种影像传感器，包括多个色彩像素。每一个该色彩像素包括基板，具有第一面以及与该第一面相对的第二面，其中该第一面接收入射光。光电二极管形成在该基板的像素区域内。深沟槽隔离结构设置在该基板中，由该第一面延伸到该第二面以及围绕该光电二极管。内介电层设置在该基板的该第二面上。硅层设置在该内介电层中，且在该基板的该第二面上方。自对准硅化物层形成在该硅层上。金属壁设置在该内介电层中且在该基板的该第二面上，由该深沟槽隔离结构向外延伸。电路结构设置在该内介电层中，与该金属壁接触，其中该电路结构与在该金属壁与该自对准硅化物层之间的间隙重叠。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件技术，且特别是涉及影像传感器的技术。
背景技术
影像传感器是取得影像的元件，其配合现代科技的数据化的电子产品，在日常生活中有广大的应用。例如在照相机或是摄影机的应用，可以获取数字影像。数字影像一般是由多个像素以阵列方式组合成一个影像。每一个子像素对应所负责的原色，是由一个子影像传感元件所制造完成。传感元件是半导体结构。如一般所知，一个色彩是至少由三个原色所组成，因此每一个完整的像素，一般至少会包含对应三个原色。从硬件结构上，会包含对应三个颜色传感元件。因此，一个影像需要大量的像素来组合。
这些像素以阵列的方式组成一个数字影像。当配合电子装置的体积缩小以及高影像分辨率的需求，影像传感器的技术也继续研发，以能够对应缩小影像传感器的使用面积，达到更大的影像分辨率。
在本发明是关于影像传感器的技术，更例如是背照式的影像传感器。一般而言，一个像素用于聚及影像光的透镜以及感应影像光的光电二极管会配置在入射光的一面，而电子电路的部分会配置在背后。
这些影像传感器是以二维的阵列方式分布。当像素面积缩小时，在维持对光的足够感应，传感元件的面积缩小时，其结构会以垂直的方向延伸，而像素之间的干扰就会更加显著，其中例如相邻像素之间的串扰，而影响影像的品质。
在半导体制造技术中，如何减少相邻像素之间的串扰(cross-talk)是需要考虑的问题，而影像传感器的半导体制造技术中，元件的结构仍是需要因应研发。
发明内容
依据一实施例，本发明提出一种影像传感器，包括多个色彩像素。每一个该色彩像素包括基板，具有第一面以及与该第一面相对的第二面，其中该第一面接收入射光。光电二极管形成在该基板的像素区域内。深沟槽隔离结构设置在该基板中，由该第一面延伸到该第二面以及围绕该光电二极管。内介电层设置在该基板的该第二面上。硅层设置在该内介电层中，且在该基板的该第二面上方。自对准硅化物层形成在该硅层上。金属壁设置在该内介电层中且在该基板的该第二面上，由该深沟槽隔离结构向外延伸。电路结构设置在该内介电层中，与该金属壁接触，其中该电路结构与在该金属壁与该自对准硅化物层之间的间隙重叠。
依据一实施例，在所述的影像传感器，其还包括抗反射层，在该基板的该第一面。介电层设置在该抗反射层上。色彩滤光层设置在介电层上方。透镜设置在该色彩滤光层上，其中该透镜接收该入射光的一部分。格状结构设置在该介电层及色彩滤光层中，围绕该像素区域。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该色彩滤光层是红色、绿色或蓝色。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该硅层是多晶硅层。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该多晶硅层是直接设置在该基板的该第二面上。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该电路结构包含金属线结构以将由该光电二极管所产生的信号导出。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该深沟槽隔离结构及该金属壁是连接在一起，以形成一遮壁，围绕该光电二极管，该硅层及该自对准硅化物层。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该电路结构的上表面，也接收该入射光被该金属壁反射的一部分光，且将该部分光反射回到该光电二极管。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该自对准硅化物层反射该入射光的一部分光回到该光电二极管。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该金属壁、该自对准硅化物层及该电路结构的上表面一起形成可以反射光的凹陷反射底面。
依据一实施例，在所述的影像传感器，相邻两个该像素共用该深沟槽隔离结构与该金属壁的一部分。
依据一实施例，在所述的影像传感器，该深沟槽隔离结构是单体结构。
附图说明
包含附图以便进一步理解本发明，且附图并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图说明本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例，影像传感器的基本架构示意图；
图2为本发明一实施例，影像传感器剖面结构示意图；以及
图3～图5为本发明一实施例，影像传感器制造流程剖面结构示意图。
附图标号说明
50、60:影像传感器
90:工作基板
92:操作晶片
100:基板
100a:第一面
100b:第二面
102:深沟槽隔离结构
104:光电二极管
106:抗反射层
108:介电层
110:色彩滤光层
112:格状结构
114:透镜
116:内介电层
120:电路结构
122、124:入射光
130:金属壁
132:硅层
134:硅化物层
136、138:入射光
140:光学层
142:电路层
具体实施方式
现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在图式和描述中用来表示相同或相似部分。
本发明针对影像传感器提出改良技术。对于背照式的影像传感器，可以减少像素之间的串扰。串扰类型大致上分为光谱串扰、光学串扰、电性串扰。
本发明提出的金属壁，如后面描述可有效降低光学串扰。另外，自对准硅化物层也可以防止漏光，而可以降低电性串扰。
本发明提出多个实施例来说明本发明技术，但是本发明不限于所举的实施例。
本发明深入研究一般的背照式影像传感器的基本架构，其所可能产生的问题，以利于提出改进的技术。图1为依据本发明一实施例，影像传感器的基本架构示意图。参阅图1，一般的背照式的影像传感器50包括多个色彩像素。每一个该色彩像素包括基板100，具有第一面100a以及与第一面100a 相对的第二面100b。第一面100a接收入射光122、124。入射光122、124 是来自目标环境的色彩影像光，其通过影像传感器50来取得影像。
另外，光电二极管104形成在基板100中所预定的像素区域内。深沟槽隔离结构102设置在基板100中，由第一面100a延伸到第二面100b以及围绕光电二极管104。深沟槽隔离结构102可以阻档或反射进入此像素的余光，防止直接进入到相邻的像素。
另外对应每一个像素，其包含抗反射层106设置在基板100的第一面 100a上。介电层108设置在抗反射层106上。色彩滤光层110，设置在介电层108上方。色彩滤光层110对应原色，例如是红色、绿色或蓝色的色彩滤光层。
透镜114设置在色彩滤光层110上，其中透镜114接收入射光122、124，其是由环境进入到传感器的所有入射光的一部分。格状结构112设置在介电层108及色彩滤光层110中，对应光电二极管104的位置而围绕像素区域。
对于电路的设置，其包括内介电层116设置在基板100的第二面100b 上。在内介电层116中包括电路结构120，可以将光电二极管104所产生的信号导引出，以供后端电子装置处理。
本发明探究上述背照式的影像传感器50的架构，其至少会存在有一些问题。例如，就一部分的入射光122，其可能会没有全部被光电二极管104 吸收而漏出，产升漏光。另一路径的入射光124可能会进入到电路结构120，而被反射到相邻的像素，而引起串扰。
经本发明对上述背照式的影像传感器50的架构的研究，提出更进一步的改良技术，以减少漏光而提升光的收集效率，另外有有效减少相邻像素的串扰。
图2为依据本发明一实施例，影像传感器剖面结构示意图。参阅图2，本实施例提出的影像传感器60是以影像传感器50的实施例的架构为基础，再进一步的修改。
影像传感器60根据制造流程，基本上可以分为光学层140与电路层142，其中电路层142会先从基板100开始到电路结构120等制造完成，其后光学层140在电路层142有基板100的另一面继续制造完成。
就光学层140，如前述，对应每一个像素会包含抗反射层106设置在基板100的第一面100a上。介电层108设置在抗反射层106上。色彩滤光层 110，设置在介电层108上方。色彩滤光层110对应原色，例如是红色、绿色或蓝色的色彩滤光层。
透镜114设置在色彩滤光层110上，其中透镜114接收入射光136、138，其是由环境进入到传感器的所有入射光的一部分。格状结构112设置在介电层108及色彩滤光层110中，对应光电二极管104的位置而围绕像素区域。
本实施例针对电路层142，提出不同于图1的影像传感器50的实施例，至少可以减少漏光与串扰的问题。
就结构的角度来看，内介电层116设置在基板100的第二面100b上。硅层132设置在内介电层116中，且在基板100的第二面100b上方，可以接触或是不接触基板100。自对准硅化物层134，利用硅层132自身的硅化，而形成在硅层132上。另外，金属壁130设置在内介电层116中且在基板100 的第二面100b上，由深沟槽隔离结构102向外延伸。电路结构120设置在内介电层116中，与金属壁130接触。另外，电路结构120与在金属壁130 与硅层132之间的间隙重叠。
在上述电路层142的架构下，入射光136通过光电二极管104后的剩余光可以由自对准硅化物层134反射回到此像素的光电二极管104继续吸收。对于入射光138通过光电二极管104后的剩余光，也可以由金属壁130反射，除了可以防止此像素的光进入到相邻的像素，再配合电路结构120的表面的反射作用，而再进入光电二极管104。
也就是，深沟槽隔离结构102及该金属壁130是连接在一起，以形成一遮壁，围绕光电二极管104，硅层132及该自对准硅化物层134。
从光线的反射作用来看，金属壁130、自对准硅化物层134及电路结构 120的上表面一起形成可以反射光的凹陷反射底面，可以有效将入射光再次反射回到光电二极管104而被吸收，同时也防止对邻像素的串扰。
以下再进一步描述制造的过程。图3～图5为本发明一实施例，影像传感器制造流程剖面结构示意图。
参阅图3，在图2的电路层142可以进行制造。以下描述制造流程，初始的基板100例如先形成在工作基板(working substrate)90上。接着，深沟槽隔离结构102形成在初始的基板100，其深度会超过在电路层142的基板100 所预定的第一面100a的位置。接着在基板100形成光电二极管104等的结构。继续在基板100的平坦面上，也就是在第二面100b上利用半导体的制造流程形成后续部件，其包括完成硅层132、自对准硅化物层134、金属壁 130、电路结构120等等，其中内介电层116是在制造过程中所使用的介电层所留下的部分，除了支撑前述的所形成的部件，有提供保护的功用。于此不再详述。
参阅图4，将图3的结构翻转，例如置放在操作晶片(Handle Wafer)92 上。其后续的流程包括将工作基板90移除，且对基板100研磨到达预定的第一面100a的位置。于此，深沟槽隔离结构102的端部也会被研磨，如此深沟槽隔离结构102可以穿透研磨后的基板100。
参阅图5，基板100的第一面100a提供平坦的工作平面，后续可以完成光学层140的制造，得到影像传感器60。
本发明是关于背照影像传感器，利用深沟槽隔离结构、金属壁及自对准硅化物层，可以构成对色彩像素的较佳收集光的效果，其中可以有效防止相邻两个色彩像素之间的串扰。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种影像传感器，其特征在于，包括:
多个色彩像素，每一个该色彩像素包括:
基板，具有第一面以及与该第一面相对的第二面，其中该第一面接收入射光；
光电二极管，形成在该基板中的像素区域内；
深沟槽隔离结构，设置在该基板中，由该第一面延伸到该第二面以及围绕该光电二极管；
内介电层，设置在该基板的该第二面上；
硅层，设置在该内介电层中，且在该基板的该第二面上方；
自对准硅化物层，形成在该硅层上，以构成相对于该基板的一间距；
金属壁，设置在该内介电层中且在该基板的该第二面上，由该深沟槽隔离结构向外延伸；以及
电路结构，设置在该内介电层中，与该金属壁接触，其中该电路结构与在该金属壁与该自对准硅化物层之间的间隙重叠，
其中该电路结构的上表面也接收该入射光被该金属壁反射的一部分光，且将该部分光通过该间距反射回到该光电二极管。
2.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，还包括:
抗反射层，在该基板的该第一面；
介电层，设置在该抗反射层上；
色彩滤光层，设置在介电层上方；
透镜，设置在该色彩滤光层上，其中该透镜接收该入射光的一部分；以及
格状结构，设置在该介电层及色彩滤光层中，围绕该像素区域。
3.根据权利要求2所述的影像传感器，其特征在于，该色彩滤光层是红色、绿色或蓝色。
4.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该硅层是多晶硅层。
5.根据权利要求4所述的影像传感器，其特征在于，该多晶硅层是直接设置在该基板的该第二面上。
6.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该电路结构包含金属线结构以将由该光电二极管所产生的信号导出。
7.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该深沟槽隔离结构及该金属壁是连接在一起，以形成一遮壁，围绕该光电二极管，该硅层及该自对准硅化物层。
8.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该自对准硅化物层反射该入射光的一部分光回到该光电二极管。
9.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该金属壁、该自对准硅化物层及该电路结构的上表面一起形成可以反射光的凹陷反射底面。
10.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，相邻两个该像素共用该深沟槽隔离结构与该金属壁的一部分。
11.根据权利要求1所述的影像传感器，其特征在于，该深沟槽隔离结构是单体结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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