TW202146943A - 互補式金氧半導體影像感測器結構暨其製作方法 - Google Patents

Abstract

一種互補式金氧半導體影像感測器結構，其包含一半導體基底，具有一正面與一背面，其中該半導體基底具有多個光電轉換部位、深溝渠隔離結構，位於該半導體基底中並分隔該多個光電轉換部位、一金屬沉積前介電層，位於該半導體基底的該正面上、一光反射層，介於該金屬沉積前介電層與該半導體基底之間、一彩色濾光層，位於該半導體基底的該背面上、以及多個微透鏡，位於該彩色濾光層上。

Description

互補式金氧半導體影像感測器結構暨其製作方法

本發明大體上與一種互補式金氧半導體影像感測器結構有關，更具體言之，其係關於一種具有特殊光反射層的互補式金氧半導體固態影像感測器暨其製作方法。

具有半導體元件的電子設備對現代人而言是不可或缺的裝置。具有感光、攝像功能的電子設備普遍都會涉及到固態(半導體)影像感測器等部件，其中，互補式金氧半導體影像感測器(CMOS image sensor, 簡稱為CIS)被廣泛地應用在多種領域，諸如數位相機以及行動電話的攝像頭。CMOS影像感測器一般會包含排成陣列型態的圖像元件(像素)，每個像素會含有電晶體、電容以及光電二極體，其中光電二極體暴露在光環境下會誘發電能，其所產生的電子與落在像素單元上的光量呈一定比例。這些電子在像素中會被轉換成電壓訊號的形式並再進一步轉換為數位訊號。

CMOS影像感測器被分為前照式(front side illuminated, FSI)與背照式(back side illuminated, BSI)兩大類，視其光路徑而定。現今背照式影像感測器日益普及，其光是從感測器的基底背面入射，不會受到基底上介電層與互連層的阻擋直接打到光電二極體上。這樣的直接入射使得背照式影像感測器具有更高的光敏度。

為了進一步增進影像感測器的光敏度，如何讓更多的光進入光電二極體區域並在其中經由繞射、反射等方式來增進其量子效率，是目前業界仍需持續開發與改善的要點。

為了進一步提升CMOS影像感測器的量子效率，本發明提出了一種新穎的CMOS影像感測器結構，其特點在於在靠近光電轉換部位與金屬沉積前介電層(pre-metal dielectric, PMD)之間的介面處設置一層光反射層，如此可以反射絕大部分要從該介面處出射的光線，使得光線返回光電轉換部位繼續進行光電轉換，提升其量子效率。

本發明的面向之一在於提出一種互補式金氧半導體影像感測器結構，包含一半導體基底，具有一正面與一背面，其中該半導體基底具有多個光電轉換部位、深溝渠隔離結構，位於該半導體基底中並分隔該多個光電轉換部位、一金屬沉積前介電層，位於該半導體基底的該正面上、一光反射層，介於該金屬沉積前介電層與該半導體基底之間、一彩色濾光層，位於該半導體基底的該背面上、以及多個微透鏡，位於該彩色濾光層上。

本發明的另一面向在於提出一種互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，包含提供一半導體基底，該半導體基底具有一正面與一背面、在該半導體基底中形成多個光電轉換部位，該些光電轉換部位被深溝渠隔離結構所分隔、在該半導體基底的該正面上形成一光反射層、在該光反射層上形成金屬沉積前介電層、在該半導體基底的該背面上形成一彩色濾光層、以及在該彩色濾光層上形成多個微透鏡。

本發明的這類目的與其他目的在閱者讀過下文中以多種圖示與繪圖來描述的較佳實施例之細節說明後應可變得更為明瞭顯見。

現在下文將詳細說明本發明的示例性實施例，其會參照附圖示出所描述之特徵以便閱者理解並實現技術效果。閱者將可理解文中之描述僅透過例示之方式來進行，而非意欲要限制本案。本案的各種實施例和實施例中彼此不衝突的各種特徵可以以各種方式來加以組合或重新設置。在不脫離本發明的精神與範疇的情況下，對本案的修改、等同物或改進對於本領域技術人員來說是可以理解的，並且旨在包含在本案的範圍內。

閱者應能容易理解，本案中的「在…上」、「在…之上」和「在…上方」的含義應當以廣義的方式被解讀，以使得「在…上」不僅表示「直接在」某物「上」而且還包括在某物「上」且其間有居間特徵或層的含義，並且「在…之上」或「在…上方」不僅表示「在」某物「之上」或「上方」的含義，而且還可以包括其「在」某物「之上」或「上方」且其間沒有居間特徵或層（即，直接在某物上）的含義。

此外，諸如「在…之下」、「在…下方」、「下部」、「在…之上」、「上部」等空間相關術語在本文中為了描述方便可以用於描述一個元件或特徵與另一個或多個元件或特徵的關係，如在附圖中示出的。

如本文中使用的，術語「基底」是指向其上增加後續材料的材料。可以對基底自身進行圖案化。增加在基底的頂部上的材料可以被圖案化或可以保持不被圖案化。此外，基底可以包括廣泛的半導體材料，例如矽、鍺、砷化鎵、磷化銦等。

如本文中使用的，術語「層」是指包括具有厚度的區域的材料部分。層可以在下方或上方結構的整體之上延伸，或者可以具有小於下方或上方結構範圍的範圍。此外，層可以是厚度小於連續結構的厚度的均質或非均質連續結構的區域。例如，層可以位於在連續結構的頂表面和底表面之間或在頂表面和底表面處的任何水平面對之間。層可以水準、豎直和/或沿傾斜表面延伸。基底可以是層，其中可以包括一個或多個層，和/或可以在其上、其上方和/或其下方具有一個或多個層。層可以包括多個層。例如，互連層可以包括一個或多個導體和接觸層（其中形成觸點、互連線和/或通孔）和一個或多個介電層。

現在下文的實施例將依序根據第1圖至第7圖的截面結構來說明本發明互補式金氧半導體(CMOS)影像感測器的製作流程。須注意，儘管說明書所提供的圖式中都僅繪示出了單一像素單元，閱者應能理解實際的CMOS影像感測器結構可能包含了多個排成二維陣列形態的像素，像素陣列的四周會具有週邊電路，其可能包含達成影像感測器運作與處理的各種電路。

首先請參照第1圖。本發明所提出之CMOS影像感測器結構的製程可以與其週邊電路結構的製程整合，以提高製程整合度並節省製程步驟與成本。第1圖至第7圖中都將示出像素區域與週邊電路區域在同一製程步驟下的截面結構。本發明所提出之CMOS影像感測器是一種背照式(back side illuminated, BSI)的CMOS影像感測器結構，其光線會從相對於像素電晶體所在正面的半導體基底背面進入。如第1圖所示，首先提供一半導體基底100，如一輕摻雜P型半導體基底，其上界定有一像素區域101與一週邊區域103，其中像素區域101係用來設置像素單元，其可能呈二維陣列形態均勻地排列設置在像素區域101上。週邊區域103則用來設置與像素單元共作的各種週邊電路，如計時電路、控制電路、多工器、A/D轉換電路、影像壓縮電路、電腦介面模組等。其中，半導體基底100的像素區域101與週邊區域103中已預先分別形成有深溝渠隔離結構(DTI)105與淺溝渠隔離結構(STI)107，其分隔界定出像素區域101中的各個像素單元以及週邊區域103中的各個金氧半導體(MOS)單元。深溝渠隔離結構105與淺溝渠隔離結構107可以相同的材料形成，如氧化矽。由於深溝渠隔離結構105在影像感測器中的作用是阻擋光線離開光電轉換部位，其材料可選用氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiON)、二氧化鉿(HfO₂ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、二氧化鋯(ZrO₂ )、氧化鉭(Ta₂ O₅ )、氧化鈦(TiO₂ )、氧化鑭(La₂ O₃ )等折射率遠小於矽的材料，來達到全反射效果。在某些實施例，深溝渠隔離結構105上還可以設置環繞的金屬層來增進反射效果，且其有可能是在後續的晶背製程中才形成。深溝渠隔離結構105與淺溝渠隔離結構107的深入半導體基底100中的深度有相當的差異，例如深溝渠隔離結構105的深度可能貫穿整個基底，淺溝渠隔離結構107的深度約僅比其所界定出之MOS區域中的源極/汲極的深度還要深一點。圖示中分別以一個像素單元與一個MOS單元作為例示。

另一方面，半導體基底100具有一正面100a與一背面100b，本發明實施例中的製程從半導體基底100的正面100a開始，其中半導體基底100的正面100a的像素區域101與週邊區域103上已預先以一般常規的半導體製程分別形成有轉移電晶體109與金氧半導體(MOS)電晶體111等閘極結構，該兩者可能具有相同的閘氧化層113與閘電極層115，並可以在相同的光刻製程中圖案化形成。再者，半導體基底100的像素區域101中界定有多個摻雜區，包含一P型針扎光電二極體(P-type pinned photodiode, PPPD，或稱為部分針扎光電二極體)區域117、一N型針扎光電二極體(N-type pinned photodiode, NPPD)區域119以及一浮置擴散(floating diffusion, FD)節點區域121，其可以摻雜製程來各別形成。其中，PPPD區域117形成在像素區域101的表面部位並嵌入在NPPD區域119中，其可累積從入射光經由光電轉換而產生的電荷，並可透過接觸件與一接地電壓（未圖示）連接。NPPD區域119形成在PPPD區域117的下方，其深度明顯大於PPPD區域117且導電類型與PPPD區域117互補，故可與PPPD區域117形成PN接面，以將光子轉換成電子。PPPD區域117與NPPD區域119可以統稱為CMOS影像感測器的光電轉換部位或是光電二極體(PD)部位。

在一些實施例中，像素區域101的轉移電晶體109的另一側可形成有浮置擴散節點區域121，其可能耦接到一儲存電容用來暫時性地儲存影像電荷。在運作中，轉移電晶體109可以根據轉移訊號來控制PPPD區域117中的電荷是否轉移到浮置擴散節點區域121。在其他實施例中，像素區域101中還可能包含或是與其他的電晶體連接，如重置電晶體、選擇電晶體、源極隨耦電晶體等。由於該些電晶體或電路並非本發明的重點，其細節於此不多加贅述。另一方面，在週邊區域103中，MOS電晶體111兩側形成有源極123與汲極125，以NMOS電晶體而言，其可為位於P型井中的N型摻雜區域。

復參照第1圖。在本發明製程中，週邊區域103上的電晶體閘電極層115、源極123以及汲極125等部位上會形成自對準的金屬矽化物(salicide)層129來降低閘極的寄生電容並降低接觸電阻，如二矽化鈷(CoSi₂ )層，其作法可包含在半導體基底100上濺鍍形成一層金屬層，如鈷層，之後再進行高溫快速熱退火製程，使得與矽質接觸的金屬層反應成金屬矽化物，即形成金屬矽化物層129。然而，對於像素區域101這類感光或其他不欲形成低接觸電阻元件的區域來說，其表面並未設計成要形成金屬矽化物，故像素區域101在進行金屬矽化製程前會預先在其上形成一層金屬矽化遮蔽層131，來避免金屬層與下方的矽質反應形成金屬矽化物。金屬矽化遮蔽層131可使用PECVD製程來沉積形成，其材料可為富矽氧化物SRO(Silicon Rich Oxide)、TEOS、或是以Si₃ H₄ 為主的材料。再者，在金屬矽化物層129形成後，接著透過濕蝕刻製程將未反應的金屬層移除，並在整個半導體基底100上形成一層接觸蝕刻停止層(CESL)133，其材料可為氮化矽或氮氧化矽，同樣可透過PECVD製程來沉積形成。在本發明實施例中，像素區域101上的接觸蝕刻停止層133是形成在金屬矽化遮蔽層131之上。

接下來請參照第2圖。本發明的特點在於，在接觸蝕刻停止層133形成後，接著會在像素區域101的光電轉換部位（即PPPD區域117與NPPD區域119）上形成一光反射層135。光反射層135的作用為反射從半導體基底100的背面100b入射的光線，使其返回光電轉換部位。光反射層135的材料可為鋁、鎢、鈦或是氮化鈦等具有高反射率的材料，其中以鋁為佳，確保對應短波長的光也能達到較高的反射率。光反射層135覆蓋的範圍可以包含像素區域101上的深溝渠隔離結構105，但是不會覆蓋轉移電晶體109、浮置擴散節點區域121以及週邊區域103等不需要進行感光的區域。光反射層135同樣可透過蒸鍍方式形成，並被圖案化來界定其覆蓋區域。

接下來請參照第3圖。在光反射層135形成後，接著在半導體基底100上依序形成一硼磷矽玻璃(BPSG)層137與一非摻雜矽玻璃(NSG)層139，兩者可以統稱為金屬沉積前介電層(pre-metal dielectric, PMD)，其中硼磷矽玻璃層137具有一定的厚度填補半導體基底上各元件之間的縫隙，非摻雜矽玻璃層139則提供後續平坦化後的製程平面。使用此兩種材質層有助於減少矽玻璃的加熱回流溫度並可提供較為平坦的表面。在硼磷矽玻璃層137與一非摻雜矽玻璃層139形成後，接著以進行一光刻製程在硼磷矽玻璃層137與一非摻雜矽玻璃層139中吃出接觸孔141，其連通像素區域101與週邊區域103上各電晶體結構的閘極與摻雜區。此光刻製程會在吃到接觸蝕刻停止層133時或是將接觸蝕刻停止層133剛好吃完後停止，對於週邊區域103而言，其剛好會停在先前所形成的金屬矽化物層129上。須注意儘管圖中僅示出了位於轉移電晶體109與MOS電晶體111上的接觸孔141，然而這僅是因為此切面會切到這兩個部位的接觸孔141，在實際結構中，像素區域101與週邊區域103上各電晶體結構的閘極與摻雜區上大部分都會有接觸孔141連通。

直至接觸孔141形成，本發明的前段製程(FEOL)告一段落，接下來可以在接觸孔141與非摻雜矽玻璃層139的基礎上在半導體基底100的正面100a上繼續進行後段製程(BEOL)，其包含後續各種金屬互連結構之製作，可包含一或多個導體層、通孔以及層間介電層(ILD)等結構。由於上述該些部位為習知技術且非本發明之要點，為了避免模糊本發明重點之故，此處不多予贅述。須注意從圖中可以看出，本發明的光反射層135是形成在半導體基底100與金屬沉積前介電層（即137, 139）之間的（亦即形成在金屬沉積前介電層的底面），這樣的設計有別於一些習知技術中會以層間介電層（形成在金屬沉積前介電層的頂面上）中的導體層，如第一金屬導體層M1，來作為光反射層的設計。在其他實施例中，在形成光反射層135之間亦可額外進行一光刻製程移除位於光電轉換部位上方的金屬矽化遮蔽層131與接觸蝕刻停止層133，如此光反射層135會與光電轉換部位直接接觸。本發明光反射層135的優點在於幾乎直接貼近光電轉換部位來設置，使得從光電轉換部位出射的光線幾乎沒有任何縫隙可以透出而被光反射層135反射回光電轉換部位。

在說明完光反射層135的製作後，在本發明的其他實施例中，光反射層135可以有其他更多的功能性特徵。現在請依序參照第4圖至第7圖，其將說明如何在光電轉換部位的表面形成微結構特徵。由於此部位特徵僅予像素區域101有關，該些圖示中僅會示出像素區域101部位。

首先請參照第4圖。在形成接觸蝕刻停止層133之後以及形成光反射層135之前，先在半導體基底100的表面上形成一層光阻層143。光阻層143在PPPD區域117上透過微影製程界定形成有多個圖形開口145，其裸露出下方的接觸蝕刻停止層133。接著如第5圖所示，以光阻層143為蝕刻遮罩進行一濕蝕刻製程，以在半導體基底100中形成多個凹部（或稱為表面微結構）147，其較佳均勻地分布在光電轉換部位上，其深度可穿過接觸蝕刻停止層133、金屬矽化遮蔽層131、PPPD區域117而至下方NPPD區域119。具體言之，其表面微結構147的製程步驟可如下所述：首先以氫氟酸稀釋溶液(DHF)為蝕刻液進行浸泡蝕刻，氫氟酸稀釋溶液可以去除經由開口145裸露出的接觸蝕刻停止層133與金屬矽化遮蔽層131等層結構，如此使得下方半導體基底的矽質PPPD區域117裸露出來。之後，以氫氧化四甲基銨(TMAH)為蝕刻液再進行浸泡蝕刻，此蝕刻為非等向性蝕刻，由於氫氧化四甲基銨溶液對於矽質的Si{100}晶面的蝕刻速率遠大於對Si{111}晶面的蝕刻速率，故最終經由過度浸泡蝕刻後，其對於矽材的蝕刻速率會自動趨緩形成如圖所示底端形狀為金字塔型的凹部/表面微結構147特徵。

須注意本發明圖示與說明中的金字塔型表面微結構147特徵僅為一例示，在實際製作中，前述製程也可以形成其他不同類型的表面微結構，例如V形溝結構、微柱體或是蛾眼結構等，其重點在於在矽材表面形成不平整的表面微結構，其有助於後續光線被光反射層反射時的衍射程度，增加光線在光電轉換部位中的行進路徑，可大幅增進光電二極體的量子效率。

接下來請參照第6圖。為了彌補受到上述製程移除的光電二極體的PPPD區域117，在表面微結構147形成後，接著進行一摻雜製程在表面微結構147的表面形成一層新的PPPD層117a。PPPD層會與剩餘未被移除的PPPD區域117結合而形成新的位於NPPD區域119表面的PPPD區域，維持光電二極體PN接面的存在。

接下來請參照第7圖。在摻雜形成PPPD層117a後，接著將光阻層143移除，之後再於光電轉換部位上形成光反射層135。光反射層135之後的製程可參照先前第3圖的實施例，於此不多加贅述。從圖中可以看到前述製程所形成的表面微結構147的表面上亦覆蓋有光反射層135，如此，當光線入射到不平整的表面微結構147上的光反射層135時，其不平整的表面外形可大幅增進反射光的衍射程度，使得光線在光電轉換部位中的行進路徑大幅增加，進而增進光電二極體的量子效率。在其他實施例中，可以先將PPPD區域117上的接觸蝕刻停止層133與金屬矽化遮蔽層131移除後再形成光反射層135。此外，也可以先形成表面微結構147，並在表面微結構147形成金屬矽化遮蔽層131與接觸蝕刻停止層133等層結構之後才覆蓋光反射層135。

接下來將透過第8圖至第11圖來說明本發明CMOS影像感測器結構幾種不同的實施例變體，須注意該些圖示所示之位向是為將先前所述圖示翻轉後來表示，從圖中可以看到半導體基底100的正面100a位於下方，背面100b位於上方。首先請參照第8圖，圖中繪示出根據本發明實施例一個完整標準的CMOS影像感測器結構的截面圖，其中先前製程所形成之部件包括光電轉換部位149（包含前述的PPPD區域117與NPPD區域119）、分隔各個像素單元的深溝渠隔離結構105、形成在光電轉換部位149表面的光反射層135以及轉移電晶體109、形成在光反射層135上的金屬沉積前介電層151（包含前述的硼磷矽玻璃層137與非摻雜矽玻璃層139），形成在金屬沉積前介電層151上的層間介電層153以及形成在層間介電層153內的金屬互連結構155等。其中，在完成金屬互連結構155等後段製程之製作後，之後可以進行接合製程在層間介電層153上接合一個載片（未圖示），如耐高溫的玻璃或類玻璃材質，作為後續晶背製程的基底並增強晶圓的結構強度。在完成載片之接合後，接下來就可以將整個晶圓翻面來進行半導體基底100背面100b上的晶背製程，其可包含先進行一晶背研磨製程來將半導體基底100研磨至一定的厚度。

復參照第8圖，在晶背研磨製程後，可以在半導體基底100的背面100b上形成一抗反射層157。抗反射層157可為一複層結構，如採用折射率從受光面逐漸變小的多個層結構來構成，其折射率整體介於上方的彩色濾光層159與下方的矽質半導體基底100之間。例如，抗反射層157的材料從受光面開始可依序包含氧化鈦層、氮化矽層以及氧化矽層。抗反射層157可以大幅降低可見光波段的光線在入射時在光電轉換部位表面被反射的比例，有效增進影像感測器的入光量。此外，在其他實施例中，半導體基底100的背面100b上也可以額外形成一層鈍化層（未圖示），如一層與半導體基底100具有相同摻雜型的矽或矽鍺磊晶層，或是帶有固定負電荷的高介電材料層，如二氧化鉿(HfO₂ )、二氧化鋯(ZrO₂ )、氧化鉭(Ta₂ O₅ )等材料層。該鈍化層的存在可抑制該介面處產生的暗電流。抗反射層157形成後，之後在抗反射層157上依序形成彩色濾光層159與微透鏡161等結構，如此即完成CMOS影像感測器結構之製作。對於各個像素而言，其彩色濾光層159的顏色可能不同，例如紅、綠、藍等三種不同的顏色，可藉由旋塗方式將含有顏料或染料等色素的感光樹脂塗佈在基底上而形成。彩色濾光層159內的像素之間可能還形成有金屬材質的遮光膜（未示出）。基本上，每個微透鏡161都會對應一個像素單元，其可以如苯乙烯、丙烯酸、矽氧烷等樹脂為主的材料來形成。微透鏡161可將入射光聚焦在所對應的像素上並進入其光電轉換部位149。從圖中可以看到，進入光電轉換部位149但未進行光電轉換的入射光在即將出射光電轉換部位149時會被形成在光電轉換部位149表面的光反射層135反射，使其返回光電轉換部位149繼續進行光電轉換，如此可大幅增進CMOS影像感測器的量子效率。

接下來請參照第9圖，其為根據本發明另一實施例中一CMOS影像感測器的變體結構。第9圖所示結構與第8圖所示結構的差異在於其入光面（即半導體基底100的背面100b）也形成有表面微結構163。與第7圖所示的表面微結構147相同，表面微結構163可為金字塔型結構、V形溝結構、微柱體或是蛾眼結構等。表面微結構163的形成方法可與表面微結構147大致相同，請參照先前第4圖至第7圖的實施例。抗反射層157則形成在表面微結構163的表面上。在此實施例中，表面微結構163與抗反射層157的搭配可以再進一步增進光線在整體入光面的衍射效果，使得光線在進入光電轉換部位149朝不同的方向行進，增加其在光電轉換部位149內部的光路徑，進而增加CMOS影像感測器的量子效率。

接下來請參照第10圖，其為根據本發明又一實施例中一CMOS影像感測器的變體結構。第10圖所示的CMOS影像感測器結構即為以第7圖所示結構完成晶背製程後所形成的影像感測器結構，其在光電轉換部位149的出光面（即半導體基底100的正面100a）設有不平整的表面微結構147，搭配其上所形成的光反射層135，如此，當光線入射到不平整的表面微結構147上的光反射層135時，其不平整的表面外形可大幅增進反射光的繞射程度，使得光線在光電轉換部位中的行進路徑大幅增加，進而增進光電二極體的量子效率。

最後請參照第11圖，其為根據本發明又一實施例中一CMOS影像感測器的變體結構。第11圖所示的CMOS影像感測器結構則結合了第9圖與第10圖所示結構之特徵，其在光電轉換部位149的入光面100b與出光面100a都形成有表面微結構163與表面微結構147。其中，位於出光面100a的表面微結構147上形成有光反射層135，位於入光面100b的表面微結構163上形成有抗反射層157。以如此的結構設置，入射光電轉換部位149的光線會因為抗反射層157的存在而減少其光反射量，並受到表面微結構163的繞射而往各個不同角度行進。另一方面，將要出射光電轉換部位149的光線會受到光反射層135的反射，且此反射會因為表面微結構147的存在而向各個方向反射。入光面100b與出光面100a皆設有表面微結構163、147與光反射層135以及抗反射層157的設計可以大幅增進光線在光電轉換部位149內部的繞射程度，進而增進光電二極體的量子效率。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100:半導體基底 100a:正面（出光面） 100b:背面（入光面） 101:像素區域 103:週邊區域 105:深溝渠隔離結構 107:淺溝渠隔離結構 109:轉移電晶體 111:金氧半導體(MOS)電晶體 113:閘氧化層 115:閘電極層 117:PPPD區域 119:PPPD層 121:浮置擴散節點區域 123:源極 125:汲極 129:金屬矽化物層 131:金屬矽化遮蔽層 133:接觸蝕刻停止層 135:光反射層 137:硼磷矽玻璃層 139:非摻雜矽玻璃層 141:接觸孔 143:光阻層 145:開口 147:表面微結構 149:光電轉換部位 151:金屬沉積前介電層 153:層間介電層 155:金屬互連結構 157:抗反射層 159:彩色濾光層 161:微透鏡 163:表面微結構

本說明書含有附圖併於文中構成了本說明書之一部分，俾使閱者對本發明實施例有進一步的瞭解。該些圖示係描繪了本發明一些實施例並連同本文描述一起說明了其原理。在該些圖示中： 第1圖至第7圖為根據本發明較佳實施例中一互補式金氧半導體(CMOS)的製作流程的截面示意圖；以及 第8圖至第11圖為根據本發明各種實施例變體中的CMOS影像感測器的截面示意圖。 須注意本說明書中的所有圖示皆為圖例性質，為了清楚與方便圖示說明之故，圖示中的各部件在尺寸與比例上可能會被誇大或縮小地呈現，一般而言，圖中相同的參考符號會用來標示修改後或不同實施例中對應或類似的元件特徵。

100:半導體基底

100a:正面(出光面)

100b:背面(入光面)

135:光反射層

147:表面微結構

149:光電轉換部位

157:抗反射層

159:彩色濾光層

161:微透鏡

163:表面微結構

Claims (17)

1. 一種互補式金氧半導體影像感測器結構，包含： 一半導體基底，具有一正面與一背面； 一電晶體，位於該半導體基底的該正面上； 一光電轉換部位，位於該半導體基底中； 一光反射層，位於該半導體基底的該正面上並且覆蓋該光電轉換部位，其中該光反射層與該電晶體位於同一平面； 一層間介電層以及一金屬內連線層，位於該電晶體與該光反射層上； 一彩色濾光層，位於該半導體基底的該背面上；以及 多個微透鏡，位於該彩色濾光層上。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，其中該光電轉換部位具有多個第一表面微結構，該光反射層沿著該些第一表面微結構的表面分佈。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，其中該第一表面微結構為金字塔結構、V形溝結構、微柱體或是蛾眼結構。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，更包含一抗反射層介於該半導體基底的該背面與該彩色濾光層之間。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，其中該半導體基底的該背面具有多個第二表面微結構，該抗反射層沿著該些第二表面微結構的表面分佈。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，其中該抗反射層的材料包含氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiON)、二氧化鉿(HfO₂ )、氧化鋁(Al₂ O₃ )、二氧化鋯(ZrO₂ )、氧化鉭(Ta₂ O₅ )、氧化鈦(TiO₂ )或是氧化鑭(La₂ O₃ )。
7. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，其中該第二表面微結構為金字塔結構、V形溝結構、微柱體或是蛾眼結構。
8. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，更包含一金屬沉積前介電層位於該光反射層上，且該層間介電層與該金屬內連線層位於該金屬沉積前介電層上。
9. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，更包含一接觸蝕刻停止層以及一金屬矽化遮蔽層介於該光反射層與該半導體基底之間。
10. 根據申請專利範圍第1項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構，其中該光反射層的材料包含鋁、鎢、鈦或氮化鈦。
11. 一種互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，包含： 提供一半導體基底，該半導體基底具有一正面與一背面； 在該半導體基底中形成一光電轉換部位； 在該半導體基底的該正面上形成一光反射層以及一電晶體，其中該光反射層覆蓋該光電轉換部位並且與該電晶體位於同一平面； 在該光反射層上依序形成一層間介電層以及一金屬內連線層； 在該半導體基底的該背面上形成一彩色濾光層；以及 在該彩色濾光層上形成多個微透鏡。
12. 根據申請專利範圍第11項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，更包含在形成該光反射層之前先在該半導體基底的該正面上依序形成一金屬矽化遮蔽層、一金屬層、以及一接觸蝕刻停止層。
13. 根據申請專利範圍第12項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，更包含進行一金屬矽化製程使得該金屬層轉變為金屬矽化物層。
14. 根據申請專利範圍第11項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，更包含在形成該光反射層之前先在該光電轉換部位的表面形成多個第一表面微結構，該光反射層形成在該些第一表面微結構的表面上。
15. 根據申請專利範圍第11項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，更包含在形成該彩色濾光層之前先在該半導體基底的該背面上形成一抗反射層。
16. 根據申請專利範圍第15項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，更包含在形成該抗反射層之前先在該半導體基底的該背面上形成多個第二表面微結構，該抗反射層形成在該些第二表面微結構的表面上。
17. 根據申請專利範圍第11項所述之互補式金氧半導體影像感測器結構的製作方法，更包含在形成該層間介電層以及該金屬內連線層之前先在該光反射層上形成一金屬沉積前介電層。

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