專利名稱：影像感測反射器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本本發(fā)明一般關(guān)于成像電路，更具體而言，非排他性地涉及影像傳感器。
背景技術(shù)：
集成電路已被研發(fā)以減小用于實施電路系統(tǒng)的部件的尺寸。舉例來說，集成電路 已經(jīng)利用越來越小的設(shè)計特征，該設(shè)計特征能減少用于實施該電路系統(tǒng)的面積，使得現(xiàn)在 該設(shè)計特征正好在可見光的波長中。由于影像傳感器及作為感測陣列的一部分的個別像素 的不斷縮小的尺寸，重要的是更有效地捕獲照射該感測陣列的入射光。因此，更有效地捕獲 入射光有助于維持或改善由不斷縮小尺寸的該感測陣列捕獲的電子影像的品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本文描述一種影像感測反射器的實施例。在如下描述中提到多個具體細(xì)節(jié)以提供 該實施例的透徹的理解。然而，知道相關(guān)技術(shù)者將了解此處描述的該技術(shù)可在不具有一個 或更多個該具體細(xì)節(jié)或具有其它方法、部件、材料等的情況下實施。在其它情況下，公知的 結(jié)構(gòu)、材料或操作未被詳細(xì)示出或描述以避免混淆某些方面。貫穿此說明書，對“一個實施例”或“實施例”的引用意為一種與該實施例相關(guān)聯(lián)而 描述的特定特征、結(jié)構(gòu)、或特性被包含于本發(fā)明的至少一個實施例中。因此，在此說明書通 篇的多個地方，用語“在一個實施例中”或“在實施例中”的出現(xiàn)未必都是指相同的實施例。 此外，在一個或更多個實施例中，特定的特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合。使用 于此的術(shù)語“或”通常意為包含一種包含性功能的意思，例如“及/或”?？傮w而言，集成電路包括用于多種應(yīng)用的電路系統(tǒng)。該應(yīng)用使用多種裝置，例如邏 輯裝置、成像器(包含CMOS及CXD成像器)及內(nèi)存(例如DRAM以及基于NOR及NAND的閃 存裝置)。此裝置通常利用晶體管以發(fā)揮多種功能，包含信號的切換及放大。晶體管通常通過在硅襯底上執(zhí)行的光刻處理而形成于集成電路中。該處理包含諸 如將光阻層施加至該襯底、使用光(包含深紫外波長)將該光阻層曝光至圖案、通過蝕刻移 除該光阻層的該曝光部分(或非曝光部分，依賴于所使用的正光阻或負(fù)光阻)及例如通過 沉積或植入附加材料而修改曝光結(jié)構(gòu)的步驟以形成多種用于電子部件(包含晶體管)的結(jié) 構(gòu)。術(shù)語“襯底，，包含使用基于硅、鍺化硅、鍺、砷化鎵等的半導(dǎo)體形成的襯底。術(shù)語襯 底亦可涉及已在襯底上執(zhí)行以在該襯底中形成區(qū)域及/或接面的先前處理步驟。術(shù)語襯底 亦可包含多種技術(shù)，例如摻雜及未摻雜半導(dǎo)體、硅的外延層及形成于該襯底上的其它半導(dǎo) 體結(jié)構(gòu)。化學(xué)機(jī)械平坦化(CMP)可被執(zhí)行以提供適于形成附加結(jié)構(gòu)的被修改襯底的表面。 該附加結(jié)構(gòu)可通過執(zhí)行諸如上述列出的處理步驟而被添加至該襯底。由于作為感測陣列一部分的個別像素中的該影像傳感器的尺寸日益變小，多種設(shè) 計嘗試更有效地捕獲照射該感測陣列的入射光。舉例來說，像素的光感測元件(例如光電
4二極管)的面積通常通過在各個像素上(或下)配置微透鏡而被最大化，使得該入射光被 更好地聚焦于該光感測元件上。光通過該微透鏡的聚焦嘗試捕獲通常入射于該像素被光感 測元件占據(jù)的區(qū)域以外的一部分上的光(并因此消失及/或“泄露”至其它非目的像素)。另一種可使用的方法自該CMOS影像傳感器(例如，下)的“背側(cè)”收集光。使用 該影像傳感器的該背側(cè)允許光子被收集于一區(qū)域中，該區(qū)域相對而言未被許多通常用于形 成典型的影像傳感器的介電及金屬層阻擋。一種背照式(BSI)影像傳感器可通過使該影像 傳感器的硅襯底變薄而制成，這降低了入射光在遇到該影像傳感器的感測區(qū)域之前所穿越 的硅的量。然而，在使該影像傳感器的襯底變薄時，將遭遇在像素的感光度與(與相鄰像素 的)串?dāng)_之間做出權(quán)衡。舉例來說，當(dāng)較少地薄化時(其導(dǎo)致較厚的剩余硅襯底)，可提供 用于將光轉(zhuǎn)換為電子-電洞對的光電二極管的較大的(體積)區(qū)域。當(dāng)該電子-電洞對形 成(在提供的較大區(qū)域中)為相對遠(yuǎn)離該光電二極管空乏區(qū)時，形成的該電子-電洞對更 易于由相鄰的光電二極管捕獲。由相鄰光電二極管對形成的該電子-電洞對的捕獲通常是 一種被稱為輝散現(xiàn)象的非所需效應(yīng)(其導(dǎo)致相鄰的像素看起來比“真實”值更亮)。因此， 輝散現(xiàn)象的概率隨著該硅襯底的厚度而增加，而感光度隨著較薄的硅襯底的使用而減小。在電子成像器中，來自被成像的被照明物體的光可自該成像裝置的前側(cè)(FSI)或 背側(cè)(BSI)進(jìn)入。在該成像裝置的各個像素內(nèi)，一些入射光在到達(dá)該像素的主動光電二極 管之前被吸收，而一些入射光穿透過而不被吸收于該光電二極管中。反射器有助于將未被 吸收的入射光朝該光電二極管復(fù)位向。朝該光電二極管反射未被吸收光增加該光電二極管 的感光度并降低串?dāng)_及輝散現(xiàn)象效應(yīng)。根據(jù)本發(fā)明，像素陣列利用襯底形成，其中，各個像素具有光電二極管及用于反射 最初未被該光電二極管吸收的入射光。該反射器被定形為具有多個反射角，使得最初未被 該光電二極管吸收的入射光被聚焦并朝該光電二極管反射。


參照以下附圖描述本公開的非限制性和非排他性的實施例，其中，類似的參考標(biāo) 號貫穿于各個視圖用來表示類似的部件，除非另外說明。圖1為樣本前照式(FSI)影像傳感器100的側(cè)視圖。圖2為影像傳感器的背照式(BSI)像素的樣本傳感器陣列的截面圖。圖3是用于在凹形表面中形成反射器的樣本方法的截面圖。圖4是用于在凹形梯形腔中形成反射器的樣本方法的截面圖。圖5是用于在凸形表面上形成反射器的樣本方法的圖。
具體實施例方式為了圖示，圖1為根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)的樣本前照式(FSI)影像傳感器100的側(cè)視 圖。為簡明地顯示，本圖未按比例繪制?？傮w而言，該影像傳感器100包含多個感光元件，該 感光元件以一個二維列及行的陣列被配置跨過襯底101。該圖顯示三個感光元件102、104 及106，其被示出為光電二極管102、104、106。該陣列可包含數(shù)百或數(shù)千個列及/或行，或 更多。此外，該陣列可具有一種非直線行及列的配置。
該襯底101可為半導(dǎo)體襯底。對于許多實施例來說，該襯底101為一種其中形成 有感光元件的摻雜硅襯底。各個感光元件102、104及106通常將光轉(zhuǎn)換為與被檢測的光的 強(qiáng)度成比例的電信號。各個感光元件可為光電二極管或其它固態(tài)裝置。亦可使用其它感光 元件。所得的像素可包含例如放大及讀取電路，諸如一個或更多個CMOS晶體管(未顯示)。 為清晰明了的目的，只有感光元件102、104及106的參考數(shù)字被圖示。該感光元件102、104 及106可以任何適當(dāng)?shù)墓绞脚渲糜谠撘r底101中。在該影像傳感器100中，典型的個別像素可包含多個層的堆棧，該多個層包含金 屬層、平坦化層及類似物。如圖所示，該影像傳感器100包含第一金屬層，該金屬層具有配 置于介電材料108中的Ml導(dǎo)體。對于一些實施例來說，該第一金屬層可被蝕刻成該Ml金 屬導(dǎo)體的形狀，且該Ml導(dǎo)體可通過拋光而平坦化。該介電材料108可被沉積及/或成長以 填充該Ml導(dǎo)體之間的縫隙。該介電材料108可將該Ml導(dǎo)體絕緣于該襯底101。該介電材 料108可為任何絕緣體，例如氧化物。對于一些實施例而言，該介電材料可為氧化硅。該Ml 導(dǎo)體可為銅、鋁、銅鋁混合物或其它適于運送信號的材料(例如多晶硅)。如圖所示，該影像傳感器100包含第二金屬層，其具有配置于一介電材料110中的 M2導(dǎo)體。對于一些實施例來說，該第二金屬層可被蝕刻成該M2導(dǎo)體的形狀，且該M2導(dǎo)體 可通過拋光而平坦化。該介電材料110可被沉積及/或成長以填充該M2導(dǎo)體之間的縫隙。 該介電材料110可將該Ml金屬導(dǎo)體絕緣于該M2金屬導(dǎo)體。該介電材料110可為任何絕緣 體，例如氧化物。對于一些實施例來說，該介電材料可為氧化硅。該M2導(dǎo)體可由一種適用 于導(dǎo)體Ml的材料制成。此外，濾波器被配置于由介電材料110界定的層之上。該濾波器可與感光元件對 齊使得濾波器116與感光元件102對齊，濾波器118與感光元件104對齊，濾波器120與感 光元件106對齊。虛線130指示該濾波器與該感光元件的對齊。該彩色濾波器116、118及120可由任何適用的材料制成。一個適用的材料是一 種已被上色或染色的丙烯酸，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或聚甲基丙烯酸縮水甘油酯 (PGMA)。其它可被上色或染色的光阻型材料亦可被用于彩色濾波器。在一些實施例中，微透鏡被配置于該濾波器之上。如圖顯示，微透鏡122被配置于 該濾波器116之上，并且微透鏡124被配置于該濾波器118之上，且微透鏡126被配置于該 濾波器120之上。該微透鏡經(jīng)配置以將入射光聚焦于該感光元件上，使得該微透鏡122將 入射光聚焦于該感光元件102上，該微透鏡124將入射光聚焦于該感光元件104上，且該微 透鏡126將入射光聚焦于該感光元件106上。該微透鏡、濾波器及其它層可利用適當(dāng)?shù)某?積、蝕刻、屏蔽技術(shù)以及平坦化、加熱、回流、化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉 積(PECVD)或其它適當(dāng)技術(shù)而配置。傳統(tǒng)地，影像傳感器使用該像素堆棧中大體平坦的層而被制成。根據(jù)本發(fā)明，反射 器具有復(fù)合形狀(例如凹形、凸形或梯形形狀)，其具有多個將入射光朝該感光元件反射及 聚焦的反射角。反射器140朝光電二極管102反射光，反射器142朝光電二極管104反射 光，反射器144朝光電二極管106反射光。為了圖示，未被光電二極管102吸收的入射光150撞擊反射器140并被向上反射 使得該入射光再一次進(jìn)入光電二極管102以提高該光將被吸收的概率。該反射器的復(fù)合形 狀具有多個反射角，因此該光被更普遍地朝該光電二極管的中間部位反射。光第二次進(jìn)入該光電二極管中的潛在路徑大體上長于該光在第一次穿越時的路徑(因此甚至進(jìn)一步提 高吸收機(jī)會)。雖然該反射器可被例如描述為具有凸形截面形狀，但應(yīng)理解彎曲凸形形狀可利用 復(fù)數(shù)個平坦表面(例如通過梯形截面)而被仿真。該反射器的形成及操作參照以下附圖而 被更詳細(xì)地描述如下。圖2為影像傳感器的背照式(BSI)像素的樣本傳感器陣列的截面圖。陣列200包 含像素210、220及230。結(jié)構(gòu)200通常含有至少數(shù)千個像素且通常含有多于一百萬個像素。 為了清晰起見示出三個像素。各個像素可通過例如淺槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)205而與其它像素 區(qū)分開。各個像素包含通過介電層分離的金屬化層。主要介電層包括該反射器270。該反 射器270可使用如下描述的前側(cè)或背側(cè)處理(參考圖3-圖5)而形成。其它(中間層)介 電層包含例如三個金屬化層用于電連接。該像素陣列200通常以一個二維陣列被配置，使得電子影像可響應(yīng)由各個像素中 的光電二極管207捕獲的入射光(240)而形成。各個像素可具有濾波器250 (包含彩色濾 波器及紅外線濾波器)，使得該電子影像可被用以捕獲彩色影像或增加該像素對例如某個 波長的光的感光度。各個像素亦可具有與各個像素關(guān)聯(lián)的微透鏡260，使得該入射光被更直接地引導(dǎo) 至該像素中。如圖所示，入射光240(其從背側(cè)照明像素220)穿越該微透鏡260及彩色濾 波器250，該彩色濾波器250允許該選定顏色的光穿透過。該光穿越該像素的襯底209并進(jìn) 入光電二極管207。在該實例中，該光不被光電二極管207吸收且進(jìn)入層202，在該層202 處該光被反射器270反射。該光朝向光電二極管207以便被吸收(例如被檢測)。圖3是用于在凹形(陰)表面中形成反射器的樣本方法的截面圖。圖3A包含襯 底310，掩膜320被圖案化于其上。一種濕式蝕刻(例如緩沖氫氟酸)可被使用以等向性蝕 刻襯底310 (例如硅襯底)。該等向性蝕刻導(dǎo)致具有圓形側(cè)壁的凹形表面330。該掩膜320 可利用對該掩膜具選擇性的一種蝕刻而移除。圖3B示出形成于襯底310內(nèi)的凹形表面330。反射性層340跨過該凹形表面330 的表面而保形沉積。該反射性層340通常為一種例如鋁或鎢的反射性金屬。該反射性層 340可經(jīng)圖案化及蝕刻以選擇性地導(dǎo)電(例如在接地平面中)。圖3C示出在其中形成有光電二極管360的沉積層350 (例如多晶硅)。如圖所示， 入射光370穿透過感光二極管360而不被吸收。該入射光370遇到該反射性層340并朝該 光電二極管360反射以被該光電二極管360吸收。可見上述該方法可利用“前側(cè)”處理執(zhí)行，其中該反射器形成于該光電二極管的該 “背側(cè)”上(如圖1的元件140所示)。該方法可利用“背側(cè)”處理執(zhí)行，其中該反射器形成 于該光電二極管之上(例如在前側(cè)上)(如圖2的元件270所示)。圖4是用于在凹形梯形腔中形成反射器的樣本方法的截面圖。圖4A包含襯底410， 掩膜420圖案化于其上。各向異性濕式蝕刻(例如四甲基氫氧化銨)可被使用以各向異性 地蝕刻襯底410(例如硅襯底)，其導(dǎo)致梯形形狀430(因為對該硅晶襯底的不同方向性的蝕 刻率)。該掩膜420可利用對該掩膜具選擇性的一種蝕刻而移除。圖4B圖示形成于襯底410內(nèi)的梯形腔430。反射性層440跨過該梯形形狀430的
7表面而保形沉積。該反射性層440通常為一種例如鋁或鎢的反射金屬。該反射性層440可 經(jīng)圖案化及蝕刻以選擇性地導(dǎo)電(例如在接地平面中)。圖4C圖示在其中形成有光電二極管460的沉積層450 (例如多晶硅)。如圖，入射 光470穿透過光電二極管460而不被吸收。該入射光470遇到該反射性層440并朝該光電 二極管460反射以被該光電二極管460吸收?？梢娚鲜鲈摲椒衫谩扒皞?cè)”處理執(zhí)行，其中該反射器形成于該光電二極管的該 “背側(cè)”上(如圖ι的元件140所示)。該方法可利用“背側(cè)”處理執(zhí)行，其中該反射器形成 于該光電二極管上(例如在前側(cè)上)(如圖2的元件270所示)。圖5是用于在凸形(陽)表面上形成反射器的樣本方法的圖。圖5A為截面圖，其 包含襯底510，掩膜520被圖案化于其上。圖5F為圖5A的俯視圖，其顯示孔530為例如環(huán) 形(“跑道”)的。濕式蝕刻(例如緩沖氫氟酸)可被使用以等向性蝕刻襯底510 (例如硅 襯底)，其導(dǎo)致具有圓形側(cè)壁的凹形表面530。該掩膜520可利用對該掩膜具選擇性的一種 蝕刻而移除，如圖5B的截面圖所示以截面顯示中心部分具有相對銳利的邊緣的表面。在圖5C中，蝕刻被施加至圖5B的該襯底的該表面上。該蝕刻“修圓”該表面的該 相對銳利的邊緣，導(dǎo)致磨圓的凸形表面535。反射性層540可跨過該凸形表面535的表面而 被非保形地沉積。該反射性層540通常為一種例如鋁或鎢的反射金屬。該反射性層540可 經(jīng)圖案化及蝕刻以選擇性地導(dǎo)電(例如在接地平面中)。圖5D圖示該凸反射器的操作。如圖所示，入射光570穿透過光電二極管560而不 被吸收。該入射光570被該反射性層540反射回來朝向該光電二極管560以便被該光電二 極管560檢測。在另一實施例中，該反射性層可經(jīng)保形涂布。圖5E圖示跨過凸形襯底的表面保形 沉積的反射性層580?？稍黾悠教够瘜?90以平坦化該所得結(jié)構(gòu)的表面并絕緣該反射性層 的金屬。經(jīng)保形涂布反射性層580而形成的該反射器可發(fā)揮類似于圖5D所描述的該反射 器的功能。可見，上述該方法可利用“前側(cè)”處理執(zhí)行，但其中該像素從該光電二極管的該“背 側(cè)”照明(如圖2的元件270所示)。該方法可利用“背側(cè)”處理執(zhí)行，其中該像素從該光 電二極管的該前側(cè)照明(如圖1的元件140所示)。本發(fā)明圖示的實施例的以上描述，包含摘要中描述的內(nèi)容，并非意圖其為詳盡或 將本發(fā)明限制為所揭示的精確形式。雖然本發(fā)明的具體實施例及示例以說明的目的而描述 于此，但知道相關(guān)技術(shù)者可發(fā)現(xiàn)多種修改可在本發(fā)明的范圍內(nèi)。鑒于如上的詳細(xì)描述，可對本發(fā)明做這些修改。權(quán)利要求中使用的術(shù)語不應(yīng)被理 解為將本發(fā)明限制為在本說明書中揭示的特定實施例。而本發(fā)明的范圍將完全由權(quán)利要求 所確定，其應(yīng)根據(jù)已確立的權(quán)利要求解讀的原理而被理解。
權(quán)利要求
一種影像傳感器，其包括利用襯底形成的像素陣列，其中，復(fù)數(shù)個所述像素各具有襯底，其具有用于接收入射光的入射側(cè)；形成于所述襯底中的感光區(qū)域；以及反射器，其具有形成于所述襯底的相對于所述入射側(cè)的一部分中的復(fù)合形狀表面，使得入射在所述反射器的所述復(fù)合形狀表面上的光朝所述感光區(qū)域反射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述復(fù)合形狀表面為凸形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述復(fù)合形狀表面為凹形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述復(fù)合形狀表面為梯形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述復(fù)合形狀表面為凸形且經(jīng)保形涂布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述復(fù)合形狀表面為凸形且經(jīng)非保形涂布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述反射器在形成所述感光區(qū)域之前形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述感光區(qū)域在形成所述反射器之前形成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述反射器具有在所述感光區(qū)域之前形 成的凸形復(fù)合形狀表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述反射器具有在所述感光區(qū)域之前形 成的凹形復(fù)合形狀表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述反射器具有在所述感光區(qū)域之前形 成的梯形復(fù)合形狀表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述反射器具有在前側(cè)照明處理期間形 成的凹形復(fù)合形狀表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述反射器具有在前側(cè)照明處理期間形 成的梯形復(fù)合形狀表面。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的影像傳感器，其中，所述反射器具有在背側(cè)照明處理期間形 成的凸形復(fù)合形狀表面。
15.一種方法，其包括 在襯底中形成凹形表面；以反射性涂層保形涂布所述凹形表面； 在所述反射性涂層上形成沉積層；并且 在所述沉積層內(nèi)形成感光區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述凹形表面利用等向性蝕刻形成。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述襯底是硅且所述凹形表面利用各向異性 濕式蝕刻形成。
18.一種方法，其包括 在襯底內(nèi)形成感光區(qū)域；通過利用使用掩膜的第一蝕刻及在其中移除所述掩膜的第二蝕刻自所述襯底形成凸形表面；以及以反射性涂層涂布所述凸形表面。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中，所述凸形表面經(jīng)保形涂布。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中，所述凸形表面經(jīng)非保形涂布。
全文摘要
本發(fā)明提供一種像素陣列，其使用襯底(101)形成，其中各個像素具有襯底、形成于該襯底中的感光區(qū)域(102、104、106)及反射器(140、142、144)，該襯底具有用于接收入射光(150)的入射側(cè)，該反射器具有復(fù)合形狀的表面。該反射器被形成于該襯底的與該入射側(cè)相對的部分中，使得入射在該反射器的該復(fù)合形狀表面上的光(150)朝該感光區(qū)域反射。
文檔編號H01L27/146GK101971340SQ200880126063
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月31日
發(fā)明者野崎秀俊, 霍華德·E·羅茲 申請人:美商豪威科技股份有限公司