TWI503961B - 背照式影像感測器及其製造方法 - Google Patents

Description

背照式影像感測器及其製造方法

本發明是有關於一種影像感測器及其製造方法，且特別是有關於一種背照式影像感測器及其製造方法。

請參見圖1A至圖1B，其係為習知背照式影像感測器在製作過程中部份步驟的剖面示意圖。在圖1A中，其係先提供第一基板102，第一基板102具有第一表面側104和第二表面側106，且第一表面側104已形成有感測元件結構120，感測元件結構120主要包含有光感測二極體108和金屬導線結構110等，然後再將第二基板112和具有感測元件結構120之第一表面側104進行接合。

再請參照圖1B，為能讓感測元件結構120中之光感測二極體108可由背面(第二表面側106)接收到光線，便由第一基板102之第二表面側106來進行厚度薄化，然後再於薄化後之第一基板102之第二表面側106上形成彩色濾光層116及微透鏡材料層118。而在圖案化彩色濾光層及微透鏡材料層118之過程中，需要利用感測元件結構120中反射率良好的圖案(例如金屬導線結構上之圖案)來進行光罩(未顯示)的對準。但由於定位用的光線L需通過彩色濾光層116和第一基板102後，才能到達金屬導線結構110所完成之對準記號114，經反射後再經第一基板102和彩色濾光層116而傳到外界來提供進行對準時之依據，但通過彩色濾光層116和第一基板102後將導致反射回來之光強度已嚴重減弱，易使光罩無法有效對準，造成後續彩色濾光層116及微透鏡材料層118發生對準誤差之情況。

有鑑於此，本發明的目的就是在提供一種背照式影像感測器，可使光罩較容易達成有效對準。

本發明的另一目的是提供一種背照式影像感測器的製造方法，可使光罩較容易達成有效對準。

本發明提出一種背照式影像感測器，包括第一基板、對準記號、第二基板和光學元件結構。其中，第一基板具有第一表面側和第二表面側，第一表面側設置有感測元件結構，感測元件結構具有至少一對準記號，第二表面側具有透光結構，其位置對應於對準記號，第二基板接合至第一基板之第一表面側，光學元件結構透過透光結構與對準記號之輔助而設置於第一基板之第二表面側上。

在本發明之一實施例中，上述背照式影像感測器更包含附著層配置於感測元件結構和第二基板之間，用以接合第二基板和第一基板。

在本發明之一實施例中，上述感測元件結構包含光感測二極體，以及金屬導線結構，其中金屬導線結構配置於光感測二極體和第二基板之間。

在本發明之一實施例中，上述透光結構可為開口，開口面積大於或等於對準記號之面積。

在本發明之一實施例中，上述開口深度等於第一基板之厚度。

在本發明之一實施例中，上述開口深度小於第一基板之厚度。

在本發明之一實施例中，上述透光結構包含開口和透光層，透光層填充於開口中。

在本發明之一實施例中，上述透光結構配置於開口之中，透光層可為高分子材料層或光阻層、銦錫氧化物層、氧化物層。

在本發明之一實施例中，上述對準記號可為多晶矽層、金屬閘極層、擴散層或金屬導線結構中之反光材質。

在本發明之一實施例中，上述光學元件結構包含彩色濾光片和微透鏡。

本發明還提出一種背照式影像感測器的製造方法，此方法包含下列步驟，提供第一基板，第一基板之第一表面側已形成感測元件結構，且感測元件結構具有至少一對準記號，提供第二基板並接合至第一基板之第一表面側，於第一基板之第二表面側形成透光結構，透光結構位置對應於對準記號，以及透過透光結構與對準記號之輔助，於第一基板之第二表面側上形成光學元件結構。

在本發明之一實施例中，上述背照式影像感測器的製造方法中，將第二基板接合至第一基板之第一表面側之步驟包含：於第二基板和感測元件結構之間形成附著層，用以接合第二基板和第一基板。

在本發明之一實施例中，上述形成感測元件結構之步驟包含，接續於第一基板之第一表面側形成一感測二極體以及一金屬導線結構。

在本發明之一實施例中，上述形成光結構之步驟包含，於第二表面側形成開口，開口面積大於或等於對準記號之面積，於第一基板之第二表面側和開口中，形成透光材料層，移除部份透光材料層，於開口中形成透光層。

在本發明之一實施例中，上述形成透光結構之步驟包含，於第一基板之第二表面側形成正光阻層，以光罩圖案化正光阻層，利用圖案化後之正光阻層蝕刻第一基板，於第二表面側形成開口，開口面積大於或等於對準記號之面積，於第一基板之第二表面側和開口中，形成透光材料層，以光罩圖案化透光材料層，移除部份透光材料層，於開口中形成透光層。

在本發明之一實施例中，上述開口深度等於第一基板之厚度。

在本發明之一實施例中，上述開口深度小於第一基板之厚度。

在本發明之一實施例中，上述背照式影像感測器的製造方法，其中於形成開口之前更包含下列步驟：薄化第一基板。

在本發明之一實施例中，上述透光層可以為高分子材料層或光阻層、銦錫氧化物層、氧化物層。

在本發明之一實施例中，形成上述光學元件結構之步驟包含：於該第二表面側和該開口上形成一彩色濾光片。

在本發明之一實施例中，形成上述光學元件結構之步驟進一步包含：於該彩色濾光片上形成一微透鏡。

本發明更提出一種透光結構，形成於基板上，基板具有第一表面和第二表面，第一表面側設置有至少一對準記號，透光結構包含開口和透光層。其中，開口設於第二表面側，其位置對應於對準記號，透光層填充於開口中。

在本發明之一實施例中，上述開口深度等於基板之厚度。

本發明再提出一種透光結構的製造方法，包含下列步驟，提供基板，基板之第一表面側已具有至少一對準記號，於第一基板之第二表面側形成開口，開口位置對應於對準記號，以及於開口中填充透光層。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

圖2為本發明之一實施例中背照式影像感測器的剖面示意圖。請參照圖2，其中背照式影像感測器200包含第一基板202、第二基板208以及光學元件結構224。其中，第一基板202具有第一表面側204和第二表面側206，第一表面204側設置有感測元件結構212，感測元件結構212具有至少一對準記號218，第二表面側206具有透光結構220，其位置對應於對準記號218。附著層210配置於第一基板202和第二基板208之間，將第二基板208接合至第一基板202。光學元件結構224，透過透光結構220與對準記號218之輔助而設置於第一基板202之第二表面側206上。

第一基板202之第一表面側204側設置之感測元件結構212包含光感測二極體214和金屬導線結構216，其中金屬導線結構216配置於光感測二極體214和第二基板208之間，感測元件結構212中具有至少一個對準記號218。對準記號218可為任何可反光的圖案，因此可為完成於光感測二極體214中之多晶矽層、金屬閘極層、擴散層或金屬導線結構216中之反光材質。

此外，第一基板202之第二表面側206之透光結構220具有開口222。在本發明之其他實施例中開口222中還可填充有透光層221，透光層221可為高分子材料層、光阻層、銦錫氧化物層或氧化物層，開口222之位置係對應於對準記號218，且開口222面積可以大於或是等於對準記號218之面積，以增加光線通過量。在本實施例中，開口222除形成於第一基板202之第二表面側206外，更進一步穿透第一表面側204，使得開口222深度D1等於第一基板202之厚度D，進而曝露出整個對準記號218。圖3為本發明之另一實施例中背照式影像感測器的剖面示意圖，在此實施例中背照式影像感測器300之開口222也可不穿透至第一表面側204，開口222深度D1也可小於第一基板202之厚度。

接著，請繼續參照圖2，透過透光結構220與對準記號218之輔助，光學元件結構224便可精確地定位設置在第一基板202之第二表面側206上，進而改善習用手段之缺失。而上述光學元件結構224可包含彩色濾光片224a和微透鏡224b。

為使讀者更加瞭解本發明，以下再舉例說明上述背照式影像感測器的製造方法。圖4A至圖4C圖為本發明之一實施例中背照式影像感測器在部分製程中的剖面示意圖。請參照圖4A，首先提供第一基板202，第一基板202具有第一表面側204和第二表面側206，於第一基板202之第一表面側204已形成感測元件結構212，感測元件結構212包含先於第一基板202之第一表面側204側形成光感測二極體214，再於第一基板202之第一表面側204側形成金屬導線結構216。於感測元件結構212中形成至少一特殊圖案化之對準記號218。接著，於第一基板202之第一表面側204和第二基板208之間形成附著層210以接合第二基板208至第一基板202。

請參照圖4B，由第一基板202之第二表面側206來薄化第一基板202的厚度，以利光線通過便於稍後光學元件結構224和感測元件結構212之對準。於薄化後的第二表面側206形成正光阻層226，以光罩228圖案化正光阻層226，利用留下的正光阻層226來對第二表面側206進行蝕刻而形成開口222，其位置對應於對準記號218。開口222面積可以大於或等於對準記號218之面積，以曝露出整個對準記號218，在本實施例中，開口222深度D1等於第一基板202之厚度D。在本發明之另一實施例中，藉由控制蝕刻程度的不同，請參照圖3，開口222深度也可小於第一基板202之厚度。

請參照圖4C，移除正光阻層226，於第一基板202之第二表面側206和開口222中形成透光材料層，透光材料層可為負光阻層或高分子材料層。在本實施例中，透光材料層使用為負光阻層。於形成負光阻層後，以上述於第二表面側206形成開口222之同一光罩228圖案化負光阻層，然後對曝光後之負光阻層進行剝除，但因經過曝光之負光阻易形成交聯(cross-linking)結構，使負光阻不容易被剝除，進而可直接留存於開口222中。接著還可磨平開口222上方留存之負光阻，最後於開口222中即可形成透光層221而完成透光結構220。在本發明之另一實施例中，透光材料層若為高分子材料層。於第一基板202之第二表面側206和開口222中形成高分子材料層之後，直接從第二表面側206進行磨平，最後即可於開口222中形成透光層221而完成透光結構220。

接著，於形成圖4C後，繼續以定位光線透過透光結構220與對準記號218之輔助進行對準，於第一基板202之第二表面側206上形成光學元件結構224，光學元件結構224包含於第二表面側206和開口222上形成彩色濾光片224a，且可於彩色濾光片224a上形成微透鏡224b，如此以完成圖2之背照式影像感測器。

綜上所述，本發明之背照式影像感測器，於基板之第一表面側設置有感測元件結構，而感測元件結構具有至少一對準記號，因於第二表面側具有透光結構，其位置對應於對準記號，定位光線經開口、透光結構到達對準記號後，定位光線再依序通過透光結構和開口反射回來，如此定位光線可維持較高的強度，且減弱程度比起習知定位光線的減弱幅度也大幅降低，因此可使光學元件結構更精確的設置於第一基板之第二表面側上。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、200、300、400．．．背照式影像感測器

102、202．．．第一基板

104、204．．．第一表面側

106、206．．．第二表面側

108、214．．．光感測二極體

110、216．．．金屬導線結構

112、208．．．第二基板

114、218．．．對準記號

116．．．彩色濾光層

118．．．微透鏡結構

120、212．．．感測元件結構

L．．．定位用的光線

210．．．附著層

220．．．透光結構

221．．．透光層

222．．．開口

224．．．光學元件結構

224a．．．濾光片

224b．．．微透鏡

226．．．正光阻層

228．．．光罩

D．．．第一基板之厚度

D1．．．開口深度

圖1A至圖1B繪示為習知背照式互補式金氧半導體影像感測器在製作過程中部份步驟的剖面示意圖。

圖2為本發明之一實施例中背照式影像感測器的剖面示意圖。

圖3為本發明之一實施例中背照式影像感測器的剖面示意圖。

圖4A至4C圖為本發明之一實施例中背照式影像感測器在部分製程中的剖面示意圖。

200．．．背照式影像感測器

202．．．第一基板

204．．．第一表面側

206．．．第二表面側

208．．．第二基板

210．．．附著層

212．．．感測元件結構

214．．．光感測二極體

216．．．金屬導線結構

218．．．對準記號

220．．．透光結構

221．．．透光層

222．．．開口

224．．．光學元件結構

224a．．．濾光片

224b．．．微透鏡

L．．．定位用的光線

D．．．第一基板厚度

D1．．．開口深度

Claims (23)

1. 一種背照式影像感測器，其包含：一第一基板，具有一第一表面側和一第二表面側，該第一表面側設置有一感測元件結構，該感測元件結構具有至少一對準記號，該第二表面側具有一透光結構，其位置對應於該對準記號；一第二基板，接合至該第一基板之該第一表面側；以及一光學元件結構，透過該透光結構與該對準記號之輔助而設置於該第一基板之該第二表面側上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之背照式影像感測器，其中更包含一附著層配置於該感測元件結構和該第二基板之間，用以接合該第二基板和該第一基板。
3. 如申請專利範圍第2項所述之背照式影像感測器，其中該感測元件結構包含：一光感測二極體；以及一金屬導線結構，其中該金屬導線結構配置於該光感測二極體和該第二基板之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之背照式影像感測器，其中該透光結構為一開口，該開口面積大於或等於該對準記號之面積。
5. 如申請專利範圍第4項所述之背照式影像感測器，其中該開口深度等於該第一基板之厚度。
6. 如申請專利範圍第4項所述之背照式影像感測器，其中該開口深度小於該第一基板之厚度。
7. 如申請專利範圍第1項所述之背照式影像感測器，其中該透光結構包含：一開口；以及一透光層，填充於該開口。
8. 如申請專利範圍第7項所述之背照式影像感測器，其中該透光層係為一高分子材料層、一光阻層、一銦錫氧化物層或一氧化物層。
9. 如申請專利範圍第1項所述之背照式影像感測器，其中該對準記號係為該光感測二極體中之一多晶矽層、一金屬閘極層、一擴散層或該金屬導線結構中之反光材質。
10. 如申請專利範圍第1項所述之背照式影像感測器，其中該光學元件結構包含一彩色濾光片和一微透鏡。
11. 一種背照式影像感測器的製造方法，包含下列步驟：提供一第一基板，該第一基板之一第一表面側已形成一感測元件結構，且該感測元件結構具有至少一對準記號；提供一第二基板並接合至該第一基板之該第一表面側；於該第一基板之該第二表面側形成一透光結構，該透光結構位置對應於該對準記號；以及透過該透光結構與該對準記號之輔助，於該第一基板之該第二表面側上形成一光學元件結構。
12. 如申請專利範圍11項所述之背照式影像感測器的製造方法，將該第二基板接合至該第一基板之該第一表面側之步驟包含：於該第二基板和該感測元件結構之間形成一附著層，用以接合該第二基板和該第一基板。
13. 如申請專利範圍第11項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中形成該感測元件結構之步驟包含：接續於該第一基板之該第一表面側形成一光感測二極體以及一金屬導線結構。
14. 如申請專利範圍第11項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中形成該透光結構之步驟包含：於該第二表面側形成一開口，該開口面積大於或等於該對準記號之面積；於該第一基板之該第二表面側和該開口中，覆蓋一透光材料層；以及移除部份該透光材料層，於該開口中形成一透光層。
15. 如申請專利範圍第14項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中該開口深度等於該第一基板之厚度。
16. 如申請專利範圍第14項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中該開口深度小於該第一基板之厚度。
17. 如申請專利範圍第14項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中於形成該開口之前更包含下列步驟：薄化該第一基板。
18. 如申請專利範圍第11項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中形成該透光結構之步驟包含：於該第一基板之該第二表面側形成一正光阻層；以一光罩圖案化該正光阻層；利用圖案化後之該正光阻層蝕刻該第一基板，於該第二表面側形成一開口，該開口面積大於或等於該對準記號之面積；於該第一基板之該第二表面側和該開口中，形成一透光材料層；以及以該光罩圖案化該透光材料層，移除部份該透光材料層，於該開口中形成一透光層。
19. 如申請專利範圍第11項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中該透光層係以一高分子材料層、一光阻層、一銦錫氧化物層或一氧化物層所組成。
20. 如申請專利範圍第11項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中形成該光學元件結構之步驟包含：於該第二表面側和該開口上形成一彩色濾光片。
21. 如申請專利範圍第20項所述之背照式影像感測器的製造方法，其中形成該光學元件結構之步驟進一步包含：於該彩色濾光片上形成一微透鏡。
22. 一種透光結構，形成於一基板上，該基板具有一第一表面和一第二表面，該第一表面側設置有至少一對準記號，該透光結構包含：一開口，設於該第二表面側，其位置對應於該對準記號；以及一透光層，填充於開口中。
23. 一種透光結構的製造方法，包含下列步驟：提供一基板，該基板之一第一表面側已具有至少一對準記號；於該基板之該第二表面側形成一開口，該開口位置對應於該對準記號；以及於該開口中填充一透光層。