圖像捕獲設(shè)備和像素設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及具有背側(cè)照明電子全局快門(mén)控制的CMOS傳感器。一種包括圖像捕獲電路的設(shè)備以及用于制作其的方法。電子器件形成于襯底的第一側(cè)上，每個(gè)電子器件都包括光電探測(cè)器。多個(gè)不透明護(hù)罩形成于對(duì)應(yīng)于在襯底的第一側(cè)上的電子器件的襯底的第二側(cè)上，并且每個(gè)不透明護(hù)罩都與電子器件的其中之一直接相對(duì)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】圖像捕獲設(shè)備和像素設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及CMOS圖像傳感器。更具體而言，本實(shí)用新型涉及一種用于背側(cè)照明CMOS圖像傳感器的新穎全局快門(mén)控制結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]本申請(qǐng)包含的主題涉及發(fā)明名稱(chēng)為"Apparatus Having Coordinated ExposurePeriod and Illumination Period"的美國(guó)專(zhuān)利N0.7, 909, 257的主題，該美國(guó)專(zhuān)利被轉(zhuǎn)讓給與本申請(qǐng)相同的受讓人并且在此處通過(guò)引用全文結(jié)合于此。
[0004]圖像傳感器或像素為這樣的半導(dǎo)體器件，其收集入射的光能量(光子)并且將一定量的所收集的光能量轉(zhuǎn)換為與所收集的光能量的數(shù)量或強(qiáng)度成比例的電信號(hào)。在具有存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的圖像傳感器中，電容器典型地被用于臨時(shí)存儲(chǔ)與所收集光能量的大小相對(duì)應(yīng)的電荷。全局快門(mén)CMOS圖像傳感器在針對(duì)每個(gè)像素的控制電路中采用若干晶體管。
[0005]參考圖1圖示一種傳統(tǒng)像素電路。第一晶體管Tl被用于將光電探測(cè)器(光電二極管)101中光能量的收集而產(chǎn)生的電荷傳遞到浮動(dòng)擴(kuò)散(電容器)或存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)102。第二晶體管T2被用于將光 電探測(cè)器節(jié)點(diǎn)重置到期望電壓電平以用于后續(xù)曝光。第三晶體管T3將存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)重置到期望電壓電平。被配置為源極跟隨器放大器的第四晶體管T4放大在存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)收集的電荷。存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)作為源極跟隨器的柵極操作，用于發(fā)信號(hào)通知附連到像素陣列的圖像處理電路系統(tǒng)(未示出)。第五晶體管T5被切換以選擇具體像素用于讀出其存儲(chǔ)的電荷，例如Column Out或Vout。因而，各種波長(zhǎng)的光被光電二極管檢測(cè)，并且隨后大量所檢測(cè)的光生電荷被傳遞到浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)，即驅(qū)動(dòng)晶體管的柵極，并且作為電信號(hào)在輸出端子Vout或Column Out被輸出。
[0006]圖像傳感器典型地使用半導(dǎo)體制造工藝在硅晶片上制作。通常，CMOS像素電路制造成用于捕獲數(shù)字圖像的數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素的陣列。參考圖2，圖示現(xiàn)有技術(shù)前側(cè)照明(FSI)結(jié)構(gòu)和兩個(gè)現(xiàn)有技術(shù)版本的背側(cè)照明(BSI)CMOS傳感器像素結(jié)構(gòu)二者。公知的是，BSI技術(shù)通過(guò)應(yīng)用過(guò)濾器和微透鏡到像素的背側(cè)(硅晶片的背側(cè))從而收集從那里通過(guò)的光而實(shí)現(xiàn)更好的靈敏度。如圖所示，BSI技術(shù)將金屬和像素/過(guò)濾器/透鏡層的布置倒置，使得金屬和電介質(zhì)層位于傳感器陣列下方，從而為光行進(jìn)到像素中提供了最直接的路徑，這優(yōu)化了其填充因子并且因此與FSI像素相比提供更小的像素尺寸。再次參考圖2，具有光電探測(cè)器(光電二極管)201的像素200是通過(guò)將選定的摻雜劑注入在硅襯底203的表面202上而形成。此表面202可以可替換地稱(chēng)為頂表面、前表面或純粹第一表面。如此處所使用，術(shù)語(yǔ)〃在襯底上"是指如所示光電二極管在硅襯底中的位置。盡管它可以與光電二極管"在襯底中〃或者〃在襯底表面處〃的狀態(tài)同義，術(shù)語(yǔ)〃在…上〃將指代如所示的位置，其暗示形成光電二極管的步驟是由沖著頂表面或前表面202的工藝步驟(諸如注入)執(zhí)行。類(lèi)似用法意圖用于圖5C所示的金屬層554。術(shù)語(yǔ)〃在襯底之上〃此處將用于指代不在硅襯底內(nèi)的器件和/或?qū)?。例如金屬互連層金屬1、金屬2以及可替換地金屬3和金屬4(不于BSI像素220,240)的多層金屬互連204形成于硅襯底之上并且彼此電連接(未示出)以及電連接到光電二極管。金屬化層219典型地稱(chēng)為金屬O。這些導(dǎo)電通路將邏輯和數(shù)據(jù)信號(hào)輸運(yùn)到用于處理由像素生成的圖像數(shù)據(jù)的控制電路以及從該控制電路輸運(yùn)所述邏輯和數(shù)據(jù)信號(hào)。金屬化層由一層二氧化硅(Si02)218分離。一些金屬線204可以用作用于將電力分布到在襯底上形成的器件的電壓傳輸線。透鏡207和可選過(guò)濾器208在前側(cè)工藝中形成于最頂部金屬層209之上(像素200)，或者可替換地，在背側(cè)工藝中形成于硅襯底的底部或第二側(cè)210之上(像素220和240)。
[0007]在圖2的CMOS圖像傳感器200中，光電二極管形成于硅襯底的前表面上，并且金屬互連204使得像素的光電二極管不直接阻擋光205相對(duì)于像素的表面以特定角度206的入射。因而，光透射通過(guò)透鏡、過(guò)濾器以及金屬化層的電介質(zhì)211，并且最終到達(dá)光電二極管。光通路217被圖示為表示在FSI結(jié)構(gòu)中某些光能量不到達(dá)光電二極管，但是在BSI設(shè)計(jì)220、240中將沖擊光電二極管。
[0008]如所示的CMOS圖像傳感器的陣列典型地被實(shí)現(xiàn)為數(shù)百萬(wàn)個(gè)像素的陣列。如果數(shù)目超過(guò)某一數(shù)量，該陣列變得太大并且因此單獨(dú)像素尺寸必須減小。由于直接撞擊在每個(gè)光電二極管上的光數(shù)量減小的原因，這種減小導(dǎo)致每個(gè)像素的捕獲光能量(光子)數(shù)量減小。由陣列捕獲的圖像的質(zhì)量由此下降。
[0009]BSI架構(gòu)已經(jīng)被發(fā)展以補(bǔ)償由于減小的像素尺寸造成的這種圖像質(zhì)量劣化。不是捕獲行進(jìn)通過(guò)示于像素200的像素設(shè)備的層的光能量，而是行進(jìn)通過(guò)像素設(shè)備的背側(cè)的光能量被捕獲。BSI像素設(shè)備220和240圖示這種架構(gòu)。結(jié)構(gòu)220和240是通過(guò)在金屬化層沉積之后減薄硅襯底203而獲得，得到襯底厚度213和214。減薄可以通過(guò)毯狀蝕刻工藝、研磨或者化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)執(zhí)行?？蛇x濾光器，諸如濾色器208，隨后形成于與光電二極管直接相對(duì)的硅襯底的第二側(cè)210之上，從而基本上過(guò)濾撞擊在光電二極管上的光。微透鏡207隨后形成于過(guò)濾器之上，也分別與形成于襯底前側(cè)上的光電二極管直接相對(duì)。在單色設(shè)備中，典型地不包括濾色器。其它類(lèi)型的過(guò)濾器也可以用于過(guò)濾各種波長(zhǎng)的光。因而，光電二極管捕獲通過(guò)硅襯底的第二側(cè)撞擊在其上的光能量。由于不存在否則將阻擋光電二極管的金屬化層，這種結(jié)構(gòu)允許更多光能量215從更寬角度216到達(dá)光電二極管201，并且因而有利于減小單獨(dú)像素尺寸(1.4μπι)而不損失圖像質(zhì)量。像素設(shè)備240圖示使用更小尺度制作工藝而附加減小像素尺寸(1.1 μ m)。在不使圖像質(zhì)量劣化的情況下BSI像素尺寸的這種減小是可以實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)榻饘倩瘜硬蛔璧K入射光能量撞擊在光電二極管上。BSI架構(gòu)用于最大化由光電二極管捕獲的光的數(shù)量，其中光首先通過(guò)減薄的硅襯底的第二側(cè)，而不是如FSI架構(gòu)中那樣首先通過(guò)第一側(cè)。由于金屬互連形成于光電二極管的第一側(cè)之上，背側(cè)像素區(qū)域可以增加以改善圖像傳感器的圖像捕獲特性以及填充因子。在制作BSI CMOS圖像傳感器時(shí)，娃襯底的背側(cè)從大約700 μ m減薄到處于從大約1.5 μ m至大約3 μ m范圍的厚度。背側(cè)可以被減薄、拋光或蝕刻以實(shí)現(xiàn)此厚度。
[0010]參考圖3，如像素設(shè)備200中那樣，傳統(tǒng)FSI全局快門(mén)像素設(shè)備300在硅襯底303的前表面302上形成有光電二極管301。電容器318也形成于娃襯底的前表面上并且由在硅襯底之上形成的金屬2層中的不透明金屬護(hù)罩319屏蔽。金屬2層包括金屬護(hù)罩319和電介質(zhì)317。除了屏蔽之外，金屬護(hù)罩319可以可選地被用作用于傳輸電力或數(shù)據(jù)信號(hào)到在襯底上形成的器件的導(dǎo)體。通常，金屬化層每個(gè)都包括金屬導(dǎo)體和電介質(zhì)材料，其中金屬線用作護(hù)罩、電力線或信號(hào)輸運(yùn)線。不透明護(hù)罩有利于全局快門(mén)特征，其中成像電路陣列中的所有像素基本上同時(shí)被露出以捕獲圖像并且將相應(yīng)像素電荷傳遞到屏蔽電容器(存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn))。不期望的光能量被防止到達(dá)電容器(存儲(chǔ))節(jié)點(diǎn)，由此避免擾亂臨時(shí)存儲(chǔ)的電荷。如前文，用于輸運(yùn)數(shù)據(jù)和控制信號(hào)的金屬化層布置在光電二極管之上，可選過(guò)濾器形成于頂部金屬層之上，并且透鏡形成于可選過(guò)濾器之上。
[0011]傳統(tǒng)CMOS全局快門(mén)傳感器每個(gè)像素消耗5至6個(gè)晶體管。因而，其需要比較大的像素尺寸來(lái)實(shí)施。對(duì)于CMOS傳感器，目標(biāo)像素尺寸為1.754!11至2.24111時(shí)，幾乎不可能每個(gè)像素布局5至6個(gè)晶體管并且仍然提供足夠大的像素填充因子以得到良好的信噪比(SNR)。不調(diào)整像素架構(gòu)則無(wú)法進(jìn)一步減小像素結(jié)構(gòu)的尺寸，這是由于實(shí)施其所需的晶體管的數(shù)目造成。每個(gè)像素晶體管越多，則需要更多的金屬來(lái)連接它們，這進(jìn)而減小到達(dá)光電二極管的光的數(shù)量并且由此使圖像質(zhì)量劣化。
[0012]因而，存在對(duì)具有更大密度和更高效填充因子的BSI全局快門(mén)CMOS圖像傳感器以及制作這種CMOS圖像傳感器的方法的需求。期望發(fā)展用于構(gòu)建CMOS架構(gòu)的BSI全局快門(mén)機(jī)制的方法。本實(shí)用新型涉及使用BSI制作方法與全局快門(mén)像素結(jié)構(gòu)結(jié)合來(lái)減小像素尺寸。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0013]本實(shí)用新型滿(mǎn)足了對(duì)于以高像素分辨率實(shí)現(xiàn)可接受填充因子的全局快門(mén)架構(gòu)以及制作方法的需求。優(yōu)選實(shí)施例其中之一是通過(guò)在BSI CMOS傳感器架構(gòu)頂部上添加金屬層而構(gòu)建不透明屏蔽(金屬層)存儲(chǔ)(電容器)區(qū)域。本實(shí)用新型運(yùn)用BSI技術(shù)并且在BSI像素頂部上添加金屬層，從而形成用于電子全局快門(mén)像素設(shè)計(jì)的不透明屏蔽存儲(chǔ)區(qū)域(電容器)。
[0014]依據(jù)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，提供了一種方法，其包括提供具有第一(前)側(cè)和第二(底)側(cè)的襯底。使用傳統(tǒng)處理技術(shù)將多個(gè)電子器件形成于襯底的第一側(cè)上。包括電介質(zhì)和導(dǎo)電互連信號(hào)線的金屬化層電連接到電子器件用于將圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚彽奶幚黼娐?，并且也在硅襯底的第一側(cè)之上形成于電子器件之上。多個(gè)不透明護(hù)罩形成于對(duì)應(yīng)于襯底的第一側(cè)上的電子器件的硅襯底的第二側(cè)上。每個(gè)不透明護(hù)罩與在襯底的第一側(cè)上的電子器件的其中之一直接相對(duì)地布置。電子器件的形成包括在其中形成存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，并且不透明護(hù)罩中的每一個(gè)都在襯底的第二側(cè)上與電子器件的其中之一直接相對(duì)地布置。每個(gè)電子器件中的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)典型地為電容器并且不透明護(hù)罩典型地由鋁金屬層形成。盡管互連信號(hào)線傳輸數(shù)據(jù)和邏輯信號(hào)，但金屬層不連接到信號(hào)線。光電探測(cè)器也形成于每個(gè)電子器件中并且電連接到各存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中的對(duì)應(yīng)一個(gè)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。為了促進(jìn)光透射通過(guò)襯底的第二側(cè)，襯底諸如通過(guò)化學(xué)機(jī)械研磨或者通過(guò)蝕刻被減薄。金屬層這樣形成:蝕刻經(jīng)減薄襯底的第二側(cè)的一部分并且在其中沉積二氧化物襯層以及接著沉積鋁。可選濾光器中的每一個(gè)被形成為與在襯底的第一側(cè)上的光電探測(cè)器的其中之一直接相對(duì)。微透鏡隨后形成于襯底的第二側(cè)之上以及濾光器(如果它們存在的話)之上，每個(gè)微透鏡與在襯底的第一側(cè)上的光電探測(cè)器的其中之一直接相對(duì)。典型地，濾光器包括濾色器但是可以包括其它類(lèi)型的過(guò)濾器。不透明護(hù)罩典型地形成于毗鄰存儲(chǔ)電容器的襯底的第一側(cè)上，并且每一個(gè)不透明護(hù)罩通常與在襯底的第二側(cè)上的不透明護(hù)罩的其中之一的至少一部分直接相對(duì)。在襯底的第一側(cè)上形成電子器件典型地包括沖著襯底的第一側(cè)的注入步驟，并且在襯底的第二側(cè)上形成不透明護(hù)罩包括蝕刻襯底的第二側(cè)以及隨后在被蝕刻部分中沉積鋁或另一穩(wěn)定金屬。
[0015]本實(shí)用新型在第二方面提供一種諸如數(shù)字靜物攝像機(jī)、數(shù)字視頻攝像機(jī)、桌上型掃描器、手持式掃描器、手機(jī)或復(fù)印機(jī)的圖像捕獲設(shè)備。該設(shè)備包括襯底，其具有在襯底的第一側(cè)上用于捕獲圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)像素區(qū)域；以及至少一個(gè)電子電路，其在多個(gè)像素區(qū)域之上電連接到像素區(qū)域用于傳輸所捕獲圖像數(shù)據(jù)。在襯底的第二側(cè)上的不透明護(hù)罩中的每個(gè)都與在襯底的第一側(cè)上的像素區(qū)域的其中之一的一部分相對(duì)地布置。也在襯底的第二側(cè)之上的透鏡中的每個(gè)都與在襯底的第一側(cè)上的像素區(qū)域的其中之一相對(duì)地布置。諸如濾色器或其它過(guò)濾器的可選濾光器(如果存在)中的每個(gè)都布置在襯底的第二側(cè)之上，位于像素區(qū)域的其中之一和透鏡的其中之一之間。像素區(qū)域中的每個(gè)都包括:光電探測(cè)器，其用于收集光能量以及用于響應(yīng)于此而生成電荷；以及存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，其電連接到光電探測(cè)器用于存儲(chǔ)電荷。在襯底的第一側(cè)之上的多個(gè)不透明護(hù)罩中的每個(gè)都被布置在像素區(qū)域的其中之一的一部分之上，并且每一個(gè)都與在襯底的第二側(cè)上的不透明護(hù)罩的至少一部分直接相對(duì)地布置。不透明護(hù)罩中的每個(gè)都用于阻攔不期望的光能量撞擊在對(duì)應(yīng)像素區(qū)域的一部分上?？扉T(mén)控制電路電連接到所有像素區(qū)域用于同時(shí)激活所有像素區(qū)域，從而收集撞擊在像素區(qū)域上的光能量并且將由此生成的電荷傳遞到它們對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。
[0016]本實(shí)用新型在第三方面提供一種像素設(shè)備，其包括在襯底的第一側(cè)上形成的光電二極管以及連接到其的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。電子電路形成于襯底的第一側(cè)之上并且電連接到存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。不透明護(hù)罩形成于襯底的第二側(cè)上并且與在襯底的第一側(cè)上的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)直接相對(duì)地布置。在襯底的第二側(cè)之上的透鏡與光電二極管直接相對(duì)地布置。可選過(guò)濾器可以形成于襯底的第二側(cè)和透鏡之間。
[0017]當(dāng)結(jié)合下述說(shuō)明書(shū)和附圖來(lái)考慮時(shí)，本實(shí)用新型的這些以及其它方面、優(yōu)點(diǎn)、特征和目的將被更好地理解和認(rèn)識(shí)。然而應(yīng)理解，下述說(shuō)明書(shū)盡管指出本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例及其許多特定細(xì)節(jié)，所述說(shuō)明書(shū)是以說(shuō)明性而非限制性的方式給出。例如，上文的
【發(fā)明內(nèi)容】
描述不是旨在描述其要素不可互換的單獨(dú)分離的實(shí)施例。實(shí)際上，結(jié)合具體實(shí)施例描述的許多要素可以與其它所述實(shí)施例中的要素一起被使用，并且有可能與其它所述實(shí)施例中的要素互換?？梢栽诒緦?shí)用新型的范圍中進(jìn)行許多變化和調(diào)整而不背離其精神，并且本實(shí)用新型包括所有這種調(diào)整。下面各圖既不是旨在就相對(duì)大小、角度關(guān)系或相對(duì)位置而言按任何精確比例繪制，也不是就實(shí)際實(shí)施方式的互換性、替換或代表而言按任何組合關(guān)系進(jìn)行繪制。重復(fù)的圖像要素并未都用重復(fù)的要素標(biāo)記標(biāo)注以維持圖中的清楚性，但是它們的描述從對(duì)應(yīng)列舉的要素的描述是顯而易見(jiàn)的。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1描述現(xiàn)有技術(shù)像素電路。
[0019]圖2圖示現(xiàn)有技術(shù)FSI和BSI像素結(jié)構(gòu)。
[0020]圖3圖示現(xiàn)有技術(shù)FSI全局快門(mén)像素結(jié)構(gòu)。
[0021]圖4圖示本實(shí)用新型的BSI全局快門(mén)像素結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)施例。
[0022]圖5a_c圖示形成圖4所示的BSI全局快門(mén)像素結(jié)構(gòu)的制作工藝。
[0023]圖6a_d圖示在像素區(qū)域的陣列的一部分之上的不透明護(hù)罩的布置。【具體實(shí)施方式】
[0024]本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例包括新穎的添加到用于BSI CMOS工藝順序的工藝流程的金屬沉積步驟。溝槽處理技術(shù)被用于在與第一側(cè)上的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)(電容器)直接相對(duì)的背側(cè)上蝕刻硅襯底的部分。此蝕刻可以被控制到緊密接近在襯底的第一側(cè)上的電容器的深度，這是有利的，因?yàn)樵跍喜壑谐练e的金屬護(hù)罩將阻攔更多的不需要的光到達(dá)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，由此要求更少區(qū)域用于護(hù)罩。在蝕刻工藝之前，硅襯底諸如通過(guò)毯狀蝕刻或者研磨襯底的第二側(cè)而被減薄。用于制作背側(cè)照明像素的當(dāng)前已知工藝流程不包括在背側(cè)上的金屬沉積處理。
[0025]本實(shí)用新型的全局快門(mén)像素結(jié)構(gòu)的優(yōu)選實(shí)施例之一示于圖4。此新穎結(jié)構(gòu)包括在硅襯底的前表面402上形成的二極管401和電容器418。新穎金屬層454制作在硅襯底的背側(cè)410上以形成圖4所示不透明護(hù)罩，從而屏蔽像素的電容器存儲(chǔ)區(qū)域以免于不期望光能量撞擊在其上。如所示的所制作的像素結(jié)構(gòu)陣列可以用于在當(dāng)前利用圖像傳感器陣列的各種器件中的圖像捕獲。例如，數(shù)字靜物攝像機(jī)、數(shù)字視頻攝像機(jī)、桌上型掃描器、手持式掃描器、手機(jī)以及數(shù)字復(fù)印機(jī)都依賴(lài)于圖像傳感器陣列來(lái)處理數(shù)字捕獲的圖像。
[0026]參考圖5a_5c，圖示了圖4所示本實(shí)用新型的BSI CMOS全局快門(mén)像素的新穎金屬護(hù)罩制作工藝的優(yōu)選實(shí)施例。圖5a圖示在上文參考圖4描述的像素結(jié)構(gòu)，但是具有示為504的多個(gè)金屬化層:金屬O至金屬4，在圖中為了清楚起見(jiàn)而沒(méi)有示出層細(xì)節(jié)。二氧化硅層518將金屬化層與娃襯底的頂表面502分離。存在光電二極管501和經(jīng)減薄的娃襯底514。硅襯底的前側(cè)502、背側(cè)510以及電容器530被圖示并且如上所述起作用。背側(cè)處理按下述方式進(jìn)行:參考圖5a，抗蝕劑551沉積在襯底的背側(cè)之上并且根據(jù)用于放置不透明護(hù)罩的預(yù)定位置而被圖案化，即與在襯底的前側(cè)上形成的電容器存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)直接相對(duì)。用于通孔和結(jié)合墊的對(duì)準(zhǔn)特征也被用于對(duì)準(zhǔn)不透明護(hù)罩區(qū)域。參考圖5b，通過(guò)抗蝕劑圖案化而露出的襯底區(qū)域的溝槽處理552在背側(cè)表面中形成經(jīng)蝕刻區(qū)域，接著是在襯底上在溝槽中形成二氧化物層553。在優(yōu)選實(shí)施例中，二氧化物層通過(guò)化學(xué)氣相沉積形成。參考圖5c，諸如鋁的金屬通過(guò)蒸發(fā)步驟而沉積在經(jīng)蝕刻區(qū)域中，接著使用化學(xué)機(jī)械工藝進(jìn)行拋光，得到與在襯底前側(cè)上形成的電容器530直接相對(duì)地、在襯底背側(cè)表面上形成的不透明金屬護(hù)罩554。接著在襯底背側(cè)之上與每個(gè)光電二極管區(qū)域相對(duì)地傳統(tǒng)形成如上所述可選濾色器或其它過(guò)濾器。微透鏡隨后如上所述與每個(gè)光電二極管區(qū)域相對(duì)地傳統(tǒng)地形成于后側(cè)之上。
[0027]參考圖6a_6d，圖示通過(guò)圖5a_5c圖示的工藝形成的不透明護(hù)罩的俯視圖。參考圖6a和6b，護(hù)罩601在存儲(chǔ)電容器603之上形成(在圖6a和6b的俯視圖中，存儲(chǔ)電容器在金屬護(hù)罩下方)。不透明金屬護(hù)罩如圖6a所示交叉電連接在接地柵格金屬化圖案602中，或者可以如圖6b所示與僅僅水平的地連接604相連接。參考圖6c和6d，護(hù)罩611在存儲(chǔ)電容器613之上形成(在圖6c和6d的俯視圖中，存儲(chǔ)電容器在金屬護(hù)罩下方)。不透明金屬護(hù)罩如圖6c所示交叉電連接在接地柵格金屬化圖案612中，或者可以如圖6d所示連接成水平金屬護(hù)罩層。
[0028]圖6a_6d所示金屬柵格圖案601、602、604、611和612還形成水平或交叉連接?xùn)鸥駨亩乐挂欢肯袼卮當(dāng)_，其中以銳角行進(jìn)通過(guò)相鄰像素的過(guò)濾器的光線的一部分被柵格線阻礙而無(wú)法撞擊在另一像素的光電二極管上。[0029]在此處闡述的系統(tǒng)、方法和設(shè)備中，此處闡述了:
[0030]Al.—種方法，包括:
[0031]提供襯底，該襯底具有第一側(cè)和第二側(cè)；
[0032]在襯底的第一側(cè)上形成多個(gè)電子器件；
[0033]形成包括多個(gè)電連接到電子器件的電子電路的至少一個(gè)層，該至少一個(gè)層形成于襯底的第一側(cè)之上；以及
[0034]在襯底的第二側(cè)上形成多個(gè)不透明護(hù)罩，所述多個(gè)不透明護(hù)罩中的每個(gè)都與在襯底的第一側(cè)上形成的電子器件的其中之一直接相對(duì)地布置。
[0035]A2.根據(jù)Al的方法，其中形成多個(gè)電子器件的步驟包括在所述多個(gè)電子器件的每一個(gè)中形成存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，并且其中形成多個(gè)不透明護(hù)罩的步驟包括與該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的其中之一直接相對(duì)地布置每個(gè)不透明護(hù)罩。
[0036]A3.根據(jù)A2的方法，其中在所述多個(gè)電子器件中的每個(gè)中形成存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的步驟包括形成電容器，并且其中形成多個(gè)不透明護(hù)罩的步驟包括形成金屬層。
[0037]A4.根據(jù)A3的方法，其中電子電路輸運(yùn)數(shù)據(jù)信號(hào)并且其中金屬層不連接到電子電路。
[0038]A5.根據(jù)A2的方法，其中形成多個(gè)電子器件的步驟還包括在所述多個(gè)電子器件的每個(gè)中形成光電探測(cè)器，并且其中每個(gè)光電探測(cè)器電連接到該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)中的對(duì)應(yīng)的一個(gè)。
[0039]A6.根據(jù)A3的方法，其中形成金屬層的步驟包括蝕刻襯底的第二側(cè)的部分以及在經(jīng)蝕刻的部分中沉積鋁。
[0040]A7.根據(jù)Al的方法，還包括減薄襯底，其包括在形成多個(gè)不透明護(hù)罩的步驟之前從襯底的第二側(cè)移除襯底材料。
[0041]AS.根據(jù)A7的方法，其中形成多個(gè)電子器件的步驟包括在所述多個(gè)電子器件的每個(gè)中形成光電探測(cè)器，并且其中該方法還包括在襯底的第二側(cè)之上形成多個(gè)透鏡，每個(gè)透鏡與在襯底的第一側(cè)上的光電探測(cè)器的其中之一直接相對(duì)。
[0042]A9.根據(jù)AS的方法，還包括在形成多個(gè)透鏡的步驟之前形成多個(gè)濾光器，濾光器中的每個(gè)都被形成為與在襯底的第一側(cè)上的光電探測(cè)器的其中之一直接相對(duì)，并且其中形成多個(gè)透鏡的步驟包括形成每一個(gè)都在濾光器的其中之一之上的多個(gè)透鏡。
[0043]A10.根據(jù)A9的方法，其中形成多個(gè)濾光器的步驟包括形成濾色器。
[0044]All.根據(jù)A7的方法，其中減薄襯底的步驟還包括選自下述的步驟:研磨襯底的第二側(cè)以及毯狀蝕刻襯底的第二側(cè)。
[0045]A12.根據(jù)Al的方法，其中在襯底的第一側(cè)上形成多個(gè)電子器件的步驟包括沖著襯底的第一側(cè)的注入步驟，并且其中在襯底的第二側(cè)上形成多個(gè)不透明護(hù)罩的步驟包括蝕刻襯底的第二側(cè)。
[0046]B1.—種圖像捕獲設(shè)備，包括:
[0047]襯底，其包括在襯底的第一側(cè)上用于捕獲圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)像素區(qū)域；
[0048]至少一個(gè)電子電路，其在多個(gè)像素區(qū)域之上電連接到像素區(qū)域用于傳輸所捕獲的圖像數(shù)據(jù)；
[0049]在襯底的第二側(cè)上的多個(gè)不透明護(hù)罩，每個(gè)所述不透明護(hù)罩都與在襯底的第一側(cè)上的像素區(qū)域的其中之一的一部分相對(duì)地布置；以及[0050]在襯底的第二側(cè)之上的多個(gè)透鏡，每個(gè)所述透鏡都與在襯底的第一側(cè)上的像素區(qū)域的其中之一相對(duì)地布置。
[0051]B2.根據(jù)BI的設(shè)備，還包括在襯底的第二側(cè)之上的多個(gè)濾光器，每個(gè)濾光器都布置在像素區(qū)域的其中之一和透鏡的其中之一之間。
[0052]B3.根據(jù)B2的設(shè)備，其中濾光器包括濾色器。
[0053]B4.根據(jù)BI的設(shè)備，其中圖像捕獲設(shè)備選自由下述各項(xiàng)組成的群組:數(shù)字靜物攝像機(jī)、數(shù)字視頻攝像機(jī)、桌上型掃描器、手持式掃描器、手機(jī)以及復(fù)印機(jī)。
[0054]B5.根據(jù)BI的設(shè)備，其中各像素區(qū)域中的每個(gè)還包括光電探測(cè)器和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，該光電探測(cè)器用于收集撞擊在光電探測(cè)器上的光能量并且用于響應(yīng)于此而生成電荷，該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)電連接到光電探測(cè)器用于存儲(chǔ)由光電探測(cè)器生成的電荷。
[0055]B6.根據(jù)B5的設(shè)備，還包括快門(mén)控制電路，其電連接到所有像素區(qū)域用于同時(shí)激活所有像素區(qū)域從而收集撞擊在像素區(qū)域上的光能量并且將由此生成的電荷傳遞到它們對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。
[0056]Cl.一種像素設(shè)備，包括:
[0057]包括光電二極管的襯底，該光電二極管在襯底的第一側(cè)上；
[0058]連接到光電二極管的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)在襯底的第一側(cè)上；
[0059]在襯底的第一側(cè)之上電連接到該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的電子電路；
[0060]在襯底的第二側(cè)上的不透明護(hù)罩，該襯底的第二側(cè)與襯底的第一側(cè)相對(duì)，該不透明護(hù)罩與在襯底的第一側(cè)上的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)直接相對(duì)地布置；以及
[0061]在襯底的第二側(cè)之上的透鏡，該透鏡與在襯底的第一側(cè)上的光電二極管直接相對(duì)地布置。
[0062]C2.根據(jù)Cl的像素設(shè)備，還包括在襯底的第二側(cè)之上的過(guò)濾器，該過(guò)濾器位于襯底的第二側(cè)和透鏡之間。
[0063]盡管本實(shí)用新型的若干方面已經(jīng)在此處予以描述和說(shuō)明，可替換的方面可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員達(dá)成以實(shí)現(xiàn)相同目的。因此，所附權(quán)利要求旨在涵蓋落入本發(fā)明真正的精神和范圍之內(nèi)的所有這種可替換方面。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像捕獲設(shè)備，包括: 襯底，其包括在襯底的第一側(cè)上用于捕獲圖像數(shù)據(jù)的多個(gè)像素區(qū)域； 至少一個(gè)電子電路，其在多個(gè)像素區(qū)域之上電連接到像素區(qū)域用于傳輸所捕獲的圖像數(shù)據(jù)； 在襯底的第二側(cè)上的多個(gè)不透明護(hù)罩，所述多個(gè)不透明護(hù)罩中的每個(gè)都與在襯底的第一側(cè)上的像素區(qū)域的其中之一的一部分相對(duì)地布置；以及 在襯底的第二側(cè)之上的多個(gè)透鏡，所述多個(gè)透鏡中的每個(gè)都與在襯底的第一側(cè)的像素區(qū)域的其中之一相對(duì)地布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，還包括在襯底的第二側(cè)之上的多個(gè)濾光器，每個(gè)濾光器都布置在像素區(qū)域的其中之一和透鏡的其中之一之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的設(shè)備，其中該濾光器包括濾色器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該圖像捕獲設(shè)備選自由下述各項(xiàng)組成的群組:數(shù)字靜態(tài)攝像機(jī)、數(shù)字視頻攝像機(jī)、桌上型掃描器、手持式掃描器、手機(jī)以及復(fù)印機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述像素區(qū)域中的每個(gè)還包括光電探測(cè)器和存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，該光電探測(cè)器用于收集撞擊在其上的光能量并且用于響應(yīng)于此而生成電荷，該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)電連接到光電探測(cè)器用于存儲(chǔ)由光電探測(cè)器生成的電荷。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的設(shè)備，還包括快門(mén)控制電路，其電連接到所有像素區(qū)域用于同時(shí)激活所有像素區(qū)域從而收集撞擊在像素區(qū)域上的光能量并且將由此生成的電荷傳遞到它們對(duì)應(yīng)的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。
7.一種像素設(shè)備，包括: 包括光電二極管的襯底，該光電二極管在襯底的第一側(cè)上； 連接到光電二極管的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)，該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)在襯底的第一側(cè)上； 在襯底的第一側(cè)之上電連接到該存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的電子電路； 在襯底的第二側(cè)上的不透明護(hù)罩，該襯底的第二側(cè)與在襯底的第一側(cè)上的存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)相對(duì)；以及 在襯底的第二側(cè)之上的透鏡，該透鏡與在襯底的第一側(cè)上的光電二極管直接相對(duì)地布置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的像素設(shè)備，還包括在襯底的第二側(cè)之上的過(guò)濾器，該過(guò)濾器位于襯底的第二側(cè)和透鏡之間。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK203631551SQ201320337287
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2013年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月14日
【發(fā)明者】Y.P.王, C.馮 申請(qǐng)人:霍尼韋爾國(guó)際公司