TWI590476B - 影像感測裝置與其製作方法 - Google Patents

Description

影像感測裝置與其製作方法

本發明有關於影像感測技術領域，且特別是有關於一種背面製程的影像感測裝置及其製作方法。

隨著數位相機、電子掃瞄產品不斷地開發與成長，市場上對影像感測元件之需求隨之持續增加，目前常用的影像感測元件包含有電荷耦合感測元件(charge coupled device，CCD sensor)以及互補式金氧半導體影像感測元件(complementary metal oxide semiconductor，CMOS image sensor，CIS)兩大類。而CMOS影像感測元件因具有低操作電壓、低功率消耗與高操作效率、並可根據需要進行隨機存取(random access)等優點，以及可整合於目前的半導體技術來大量製造之優勢，因此受到極廣泛的應用。

CMOS影像感測器之感光原理係將入射之光線區分為各種不同波長光線的組合，例如入射光係被區分為紅、藍、綠三色光線之組合，再分別由半導體基底上之複數個光學感測元件(optically sensitive element)如感光二極體(photodiode)予以接收，並將之轉換為不同強弱之數位訊號。由此可知，各光學感測元件上方必須形成一彩色濾光陣列以區分入射 光線之波長。

習知技術中，於影像感測裝置之金屬線路上製作一連接墊，以與外部的其他元件連接。該連接墊製作方法為，形成一開口曝露出該金屬線路，再於該開口內填入導電材質以以形成該連接墊。形成連接墊後，接著才形成彩色濾光層以及微透鏡等。如第1圖所示，第1圖繪示習知技術中影像感測裝置的局部結構剖面示意圖，一影像感測裝置10的表面有一介電層12覆蓋一金屬線路14，接著形成一開口16曝露金屬線路14，然後填入一導電層18於開口16內，以完成一連接墊，並與外部的其他元件連接。其中可選擇性地形成一阻絕層21於該開口16之側壁，利用屏蔽效應避免連接墊影響周圍其他元件。

接著以旋轉塗佈(spin coating)方法於介電層12上形成複數個彩色濾光片36。然後依序於彩色濾光片36表面形成一平坦層38，以及複數個分別對應於彩色濾光片36之微透鏡(micro-lenses)40。然而上述製程有一問題存在，製作各彩色濾光片36的過程中，開口16之存在會使得各彩色濾光層於旋轉塗佈時積存於開口16內並飛濺於開口16之外，影響後續形成之彩色濾光片36，使彩色濾光片36之厚度不均勻，即產生箭影(striation)之情形，更可能影響像素表現(pixel performance)，例如影響色彩飽和度(saturation)等。

因此，本發明於此提供一種影像感測裝置之製作方法，以改善習知技術中因製作彩色濾光片時箭影之產生，而影響影像感測裝置像素表現之缺點。

本發明係提供一種影像感測裝置，至少包含有一定義有一感測器陣列區(sensor array region)與一周邊區之基底，一第一金屬層，位於該正面上的該周邊區內，一連接墊，位於該背面上的該周邊區內，以及至少一連接件，貫穿該基底且直接接觸該第一金屬層與該連接墊。其中該連接墊與該第一金屬層之間有部分之該基底存在。

本發明更提供一種影像感測裝置之製作方法。首先提供一定義有一感測器陣列區與一周邊區之基底。隨後形成一第一金屬層於該正面的該周邊區內，接著形成至少一開口並貫穿該基底，而後形成一導電層於該背面以及該開口中，其中，位於該開口中的該導電層形成一連接件，然後圖案化該導電層，以形成一連接墊，再形成複數個彩色濾光片於該背面的該感測器陣列區內，並形成一平坦層覆蓋各該彩色濾光片，最後形成複數個微透鏡於該平坦層表面。

根據本發明所提供之影像感測裝置，連接墊係形成於基底之背面上，且連接墊與第一金屬層之間有基底存在，因此在連接墊完成後，基底的背面不會產生一開口，進而避免產 生箭影之情況，增進影像感測裝置的品質。

為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。

為了方便說明，本發明之各圖式僅為示意以更容易了解本發明，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整。在文中所描述對於圖形中相對元件之上下關係，在本領域之人皆應能理解其係指物件之相對位置而言，因此皆可以翻轉而呈現相同之構件，此皆應同屬本說明書所揭露之範圍，在此容先敘明。

請參閱第2~7圖，第2~7圖繪示了本發明較佳實施例之影像感測裝置的製程示意圖。如第2圖所示，首先提供一基底52，基底52上定義有一感測器陣列區(sensor array region)54與一周邊區56。基底52之一正面53的感測器陣列區54內形成有複數個用來收集光線的感光二極體58、複數個電晶體(圖未示)、以及複數個設置於感光二極體58周圍之絕緣體(insulator)如淺溝隔離(STI)60。隨後於基底52之正面53上形成至少一層間介電層62，並於層間介電層62中形成複數個所需的接觸插塞(contact plug)(圖未示)。

請參閱第3圖。接下來進行至少一金屬內連線製程，形成一介電層69於層間介電層62上，以及一第一金屬層64位於介電層69之中，另外形成複數個介層插塞(via plug)66位於第一金屬層64上，作為與影像感測裝置中其他元件相連的通路，以及形成複數條金屬線路70及複數個介層插塞(圖未示)於感測器陣列區54內的介電層69之中。此外，介電層69可為多層堆疊結構，各介電層之間結構相似，包括有一金屬層68，複數個介層插塞66以及複數條金屬線路70。其中值得注意的是，金屬內連線最底層的第一金屬層64係位於層間介電層62上且直接接觸層間介電層62。

接著翻轉基底52，並由基底52之一背面55對基底52進行一薄化製程。然後如第4圖所示，形成一遮罩層72於基底52之一背面55上，遮罩層72材質包括氮化矽(SiN)或氧化矽(SiO2)等，但不限於此。接著形成至少一開口74，其中開口74貫穿遮罩層72、基底52以及層間介電層62，而曝露出第一金屬層64。此外，本發明另包括形成複數個深溝渠隔離(DTI)71，各深溝渠隔離71環繞於開口74周圍的基底52內。其中，本發明並不限制深溝渠隔離71形成的時間點與方法，例如，深溝渠隔離71可伴隨淺溝隔離60的製程一起、或是在淺溝隔離60之前或之後形成在基底52的正面53，亦或者是在基底52薄化後，由基底52的背面55形成。 深溝渠隔離71材質包括各種絕緣材質或導電材質，以有效隔離、屏壁感測器陣列區54內的連接墊(於後續步驟完成)之電性干擾，且當深溝渠隔離71包含有導電材質時，深溝渠隔離71應為一浮接結構(floating)，且與連接墊電性隔離。

接著，如第5圖所示，形成一導電層76於基底52之背面55上，覆蓋遮罩層72並同時填滿開口74，其中位於開口74中的導電層76係形成一連接件78。然後利用一圖案化光阻(圖未示)當作遮罩來進行一蝕刻製程，以圖案化導電層76而於遮罩層72上形成一連接墊80。其中值得注意的是，連接件78與連接墊80係為一體成型結構，因此材質相同，另外，本實施例之連接件78僅包含一單層的導電層76，且連接件78與基底52實質上接觸，換句話說，連接件78並非由多層金屬層所組成，僅有導電層76位於開口74內且直接接觸基底52。其中導電層76材質可包括鋁、鋁銅合金或鋁矽銅合金等，但不限於此。

如第6圖所示，形成複數個彩色濾光片82於感測器陣列區54之遮罩層72上。而形成該等彩色濾光片之步驟可歸納如下：首先進行進行一第一旋轉塗佈(spin coating)製程，以於遮罩層72表面形成一具有第一色系(例如為藍色)的第一彩色濾光層(圖未示)，再利用一具有第一彩色濾光片圖案之光罩(圖未示)對第一彩色濾光層進行一第一圖案轉移步 驟，以於感測器陣列區54之遮罩層72上形成至少一第一彩色濾光片。接下來以同樣方法分別製作具有第二色系(例如為綠色)的第二彩色濾光片與具有第三色系(例如為紅色)的第三彩色濾光片或者是更多其他色系的彩色濾光片，完成彩色濾光陣列。此後，再利用沉積與蝕刻等製程，於彩色濾光片82上形成一平坦層84，並於平坦層84表面形成複數個微透鏡86、以及一選擇性之保護層(圖未示)，即完成本發明之影像感測裝置1。

本發明的特色在於，連接墊80製作於基底52之背面55上，藉由連接件78，貫穿基底52與層間介電層62而與第一金屬層64接觸，也就是說，在連接墊80與第一金屬層64之間有基底52與層間介電層62存在，而且連接件78亦直接接觸基底52，沒有阻障層或介電層存在。藉此，當連接墊80製作完成之後，不會留下一開口於基底52上。如此可避免旋轉塗佈製作彩色濾光片時，因開口導致基底存在一凹陷，而產生箭影的問題。

另一個本發明的特色在於深溝渠隔離71的製作。本發明的阻絕層(深溝渠隔離71)與連接件78並不形成於同一開口內，深溝渠隔離71係位於連接件78周圍基底52內並環繞連接墊80與所有的連接件78，也就是說，本發明的深溝渠隔離71代替了先前技術中，位於開口16內部的阻絕層21(如 第1圖所示)，可屏蔽連接墊80與連接件78，同時可避免連接件78形成過程中，開口受到多次蝕刻而被破壞。

值得注意的是，本發明中，各連接件為具有不同排列方式，第7圖為第6圖中沿著剖面線I-I’所得之相對應的底視圖，如第7圖所示，各連接件78均為柱狀並沿著第一金屬層64的內圍呈現環型排列，而深溝渠隔離71則係環繞連接墊(圖未示)與所有的連接件78。本實施例中，各個連接件78橫截面呈現方型，側邊長度較佳介於1.5μm~3μm，而連接墊80側邊長度較佳介於30μm~100μm。此外，本發明第一較佳實施例的另外數種實施態樣如第8~10圖所示，分別繪示了連接件的不同排列方式，如第8圖所示，各連接件88亦均為柱狀且呈現多圈環型排列。如第9圖所示，連接件90為一整體環形結構，或是如第10圖所示，連接件92為一整體環形結構且呈多圈排列。當然，本發明的連接件排列方式並不限於上述的各實施態樣，也可為其他任意形狀。

綜上所述，根據本發明所提供影像感測裝置與製作方法，基底背面製作連接墊時，連接墊與第一金屬層之間存在有部分之基底與部分之層間介電層，而不會產生一凹陷或一開口。因此在旋轉塗佈彩色濾光層時，便不會因凹陷或開口之存在，使得彩色濾光層於旋轉塗佈時積存於開口內，故可避免箭影之產生。此外，本發明在連接墊周圍的基底中包含 有複數個深溝渠隔離，由於深溝渠隔離與連接件製作於不同的開口中，因此製作深溝渠隔離時，並不會對連接件與連接墊造成破壞，進而可改善影像感測裝置的表現。

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。

1‧‧‧影像感測裝置

10‧‧‧影像感測裝置

12‧‧‧介電層

14‧‧‧金屬線路

16‧‧‧開口

18‧‧‧導電層

21‧‧‧阻絕層

36‧‧‧彩色濾光片

38‧‧‧平坦層

40‧‧‧微透鏡

52‧‧‧基底

53‧‧‧正面

54‧‧‧感測器陣列區

55‧‧‧背面

56‧‧‧周邊區

58‧‧‧感光二極體

60‧‧‧淺溝隔離

62‧‧‧層問介電層

64‧‧‧第一金屬層

66‧‧‧介層插塞

68‧‧‧金屬層

69‧‧‧介電層

70‧‧‧金屬線路

71‧‧‧深溝渠隔離

72‧‧‧遮罩層

74‧‧‧開口

76‧‧‧導電層

78‧‧‧連接件

80‧‧‧連接墊

82‧‧‧彩色濾光片

84‧‧‧平坦層

86‧‧‧微透鏡

88‧‧‧連接件

90‧‧‧連接件

92‧‧‧連接件

第1圖係為一習知之影像感測裝置之結構局部剖面示意圖。

第2圖至第6圖係為本發明所提供之影像感測裝置之第一較佳實施例。

第7圖係為本發明所第一較佳實施例的第6圖中沿剖面I-I’所得之底視圖。

第8圖至第10圖係為本發明所提供之影像感測裝置之另外三種實施態樣之底視圖。

1‧‧‧影像感測裝置

52‧‧‧基底

53‧‧‧正面

54‧‧‧感測器陣列區

56‧‧‧周邊區

58‧‧‧感光二極體

60‧‧‧淺溝隔離

62‧‧‧層間介電層

64‧‧‧第一金屬層

66‧‧‧接觸插塞

68‧‧‧金屬層

69‧‧‧介電層

70‧‧‧金屬線路

71‧‧‧深溝渠隔離

72‧‧‧遮罩層

76‧‧‧導電層

78‧‧‧連接件

80‧‧‧連接墊

82‧‧‧彩色濾光片

84‧‧‧平坦層

86‧‧‧微透鏡

Claims (18)

1. 一種影像感測裝置，包含：一基底，具有一正面以及一背面，且該基底定義有一感測器陣列區(sensor array region)以及一周邊區；複數個影像感測元件，位於該感測器陣列區內；一第一金屬層，位於該正面上的該周邊區內；一連接墊，位於該背面上的該周邊區內；至少一深溝渠隔離，位於該基底內且環繞該連接墊；以及至少一連接件，貫穿該基底且直接接觸該第一金屬層與該連接墊，且該連接墊與該第一金屬層之間有部分之該基底存在。
2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該深溝渠隔離包含絕緣材質或導電材質，且該深溝渠隔離與該連接墊電性隔離。
3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，另包含有一層間介電層位於該基底之該正面，其中該第一金屬層位於該層間介電層上，且該連接件係貫穿該基底與該層間介電層而直接接觸該第一金屬層，使該連接墊與該第一金屬層之間存在有部分之該基底與部分之該層間介電層。
4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，另包含有一遮罩層位於該基底之該背面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該連接件包含柱狀結構或環型結構。
6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，另包含有複數個該連接件，皆分別貫穿該基底並直接接觸該第一金屬層與該連接墊，且該等連接件呈環形排列。
7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該連接件與該連接墊係一體成型(are monolithically formed)，且該連接件與該連接墊包含鋁、鋁銅合金或鋁矽銅合金。
8. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該連接件係直接接觸該基底。
9. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，更包含一平坦層位於該背面的該感測器陣列區內、複數個彩色濾光片於該平坦層內，以及複數個微透鏡位於該平坦層上。
10. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該等影像感測元件包含複數個感光二極體(photodiode)，位於該感 測器陣列區內的該基底中。
11. 一種影像感測裝置之製作方法，包含有以下步驟：提供一基底，具有一正面以及一背面，且該基底定義有一感測器陣列區(sensor array region)與一周邊區；形成一第一金屬層於該正面的該周邊區內；從該背面形成至少一開口並貫穿該基底；形成一導電層於該背面以及該開口中，且位於該開口中的該導電層形成一連接件；圖案化該導電層，以形成一連接墊；以及形成複數個深溝渠隔離於該連接墊周圍的該基底中。
12. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置的製作方法，其中該連接件與該基底實質上接觸。
13. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置的製作方法，其中該深溝渠隔離包含有絕緣材質或導電材質，且該深溝渠隔離與該連接墊電性隔離。
14. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置的製作方法，其中該深溝渠隔離係於該第一金屬層形成之前，由該正面所形成。
15. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置的製作方法，其中該深溝渠隔離係形成於該第一金屬層形成之後，由該背面所形成。
16. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置的製作方法，更包含形成一層間介電層於該基底之該正面，其中該第一金屬層位於該層間介電層上，且該連接件係貫穿該基底與該層間介電層而直接接觸該第一金屬層，使該連接墊與該第一金屬層之間存在有部分之該基底與部分之該層間介電層。
17. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置的製作方法，其中該等連接件呈環形排列。
18. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置的製作方法，更包含形成複數個感光二極體(photodiode)於該感測器陣列區內的該基底中，以及形成複數個彩色濾光片於該背面的該感測器陣列區內，然後形成一平坦層覆蓋各該彩色濾光片，再形成複數個微透鏡於該平坦層表面。