一種高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，像素結(jié)構(gòu)包括硅基底，所述硅基底中設(shè)有多個(gè)感光器件，相鄰的感光器件之間設(shè)有淺槽隔離槽，所述多個(gè)感光器件的上方和下方分別設(shè)有正面平坦層和背面平坦層，所述正面平坦層的上面形成正面介質(zhì)淺槽，所述背面平坦層的下面依次形成背面窄槽和背面寬槽，所述背面窄槽中設(shè)有多個(gè)背面微透鏡，每個(gè)背面微透鏡對應(yīng)一個(gè)感光器件。能有效的提高入射光的吸收效率，改善圖像傳感器的靈敏度和圖像性能。
【專利說明】一種高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。

【背景技術(shù)】
[0002]CMOS (互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器被廣泛地應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)手機(jī)、兒童玩具、醫(yī)療器械、汽車電子、安防及其航空航天等諸多領(lǐng)域。CMOS圖像傳感器的廣泛應(yīng)用驅(qū)使其尺寸向越來越小的方向發(fā)展。然而隨著像素(Pixel)尺寸的縮小，光線吸收效率的降低使得感光二極管(Photod1de)的靈敏度(Sensitivity)下降,導(dǎo)致圖像質(zhì)量很大程度的惡化，因此提高CMOS圖像傳感器，尤其是小尺寸(pixel尺寸小于1.4um)圖像傳感器的感光靈敏度成為現(xiàn)有CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)和制造技術(shù)的難點(diǎn)之一。
[0003]現(xiàn)有CMOS圖像傳感器，如圖1所示，包括硅基底100，相鄰的三個(gè)感光器件1021?1023，淺槽隔離槽101，正面的金屬互連線104?106，正面金屬互連線介質(zhì)層103，平坦層107，正面彩色濾光片1081?1083，正面微透鏡1091?1093，同時(shí)圖1給出了一束入射光線110，當(dāng)入射光110經(jīng)過微透鏡1091匯聚，依次穿過彩色濾光片1081、平坦層107和正面介質(zhì)層103到達(dá)感光器件1021。圖1所示現(xiàn)有圖像傳感器所存在的不足之處有兩點(diǎn)，一是現(xiàn)有圖像傳感器介質(zhì)層103相對較厚，當(dāng)入射光110經(jīng)過介質(zhì)層103時(shí)會(huì)有損失，103越厚，入射光損失越嚴(yán)重。第二點(diǎn)不足之處是對于波長較長的入射光，如紅色光會(huì)穿過感光二極管1021而造成入射光吸收率下降?，F(xiàn)有圖像傳感器以上兩點(diǎn)不足均會(huì)導(dǎo)致感光二極管的靈敏度下降而造成圖像質(zhì)量惡化。因此，提高入射光的吸收率對高性能圖像傳感器，尤其是對小尺寸(pixel尺寸小于1.4um)圖像傳感器的尤為重要。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種能提高入射光吸收率和感光靈敏度的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。
[0005]本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0006]本實(shí)用新型的聞靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，包括娃基底，所述娃基底中設(shè)有多個(gè)感光器件，相鄰的感光器件之間設(shè)有淺槽隔離槽，所述多個(gè)感光器件的上方和下方分別設(shè)有正面平坦層和背面平坦層，所述正面平坦層的上面形成正面介質(zhì)淺槽，所述背面平坦層的下面依次形成背面窄槽和背面寬槽，所述背面窄槽中設(shè)有多個(gè)背面微透鏡，每個(gè)背面微透鏡對應(yīng)一個(gè)感光器件。
[0007]由上述本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案可以看出，本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，由于感光器件上面的正面介質(zhì)淺槽縮短了入射光到達(dá)感光器件的距離，因此入射光的吸收效率得以提高；同時(shí)，由于感光器件下面的背面微透鏡得存在，當(dāng)長波入射光穿過感光器件后被背面微透鏡進(jìn)一步匯聚返回至感光器件從而提高了入射光的吸收效率，因此，本實(shí)用新型提供的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)有效的提高了入射光的吸收效率，從而改善了圖像傳感器的靈敏度和圖像性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0010]圖3?圖13為本實(shí)用新型實(shí)施例二中高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)制作方法的流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0011]下面將對本實(shí)用新型實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0012]本實(shí)用新型的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其較佳的【具體實(shí)施方式】是:
[0013]包括硅基底，所述硅基底中設(shè)有多個(gè)感光器件，相鄰的感光器件之間設(shè)有淺槽隔離槽，所述多個(gè)感光器件的上方和下方分別設(shè)有正面平坦層和背面平坦層，所述正面平坦層的上面形成正面介質(zhì)淺槽，所述背面平坦層的下面依次形成背面窄槽和背面寬槽，所述背面窄槽中設(shè)有多個(gè)背面微透鏡，每個(gè)背面微透鏡對應(yīng)一個(gè)感光器件。
[0014]所述正面介質(zhì)淺槽的深度為I?2um，所述背面寬槽的深度為100?300um，所述背面窄槽的深度為20?50um。
[0015]所述背面窄槽位于所述背面寬槽內(nèi)，所述背面窄槽邊緣距離所述背面寬槽的邊緣2 ?5um。
[0016]所述背面平坦層位于所述背面窄槽內(nèi)，所述背面平坦層的厚度為0.5?lum。
[0017]所述背面微透鏡位于所述背面平坦層的下面。
[0018]本實(shí)用新型的上述的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的制作方法是:
[0019]所述感光器件上面形成正面介質(zhì)淺槽的方法包括步驟:
[0020]A.旋涂光刻膠；
[0021]B.曝光并顯影，去除像素陣列區(qū)域上面的光刻膠；
[0022]C.進(jìn)一步的，采用刻蝕工藝去除像素陣列上面無光刻膠區(qū)域的部分介質(zhì)層，形成正面介質(zhì)淺槽；
[0023]D.清洗光刻膠，將所有光刻膠去除；
[0024]E.在減薄介質(zhì)層上面制作平坦層；
[0025]F.在平坦層上制作彩色濾光片；
[0026]G.在濾光片上面制作微透鏡。
[0027]所述感光器件下面形成背面寬槽、背面窄槽以及背面微透鏡方法包括步驟:
[0028]Al.對感光器件背面的襯底進(jìn)行CMP和濕法腐蝕；
[0029]B1.在減薄后的背面襯底旋涂光刻膠；
[0030]Cl.曝光并顯影，去除像素陣列區(qū)域上面的光刻膠；
[0031]Dl.進(jìn)一步的，采用刻蝕工藝去除像素陣列上面無光刻膠區(qū)域的部分硅襯底，形成背面寬槽；
[0032]El.清洗光刻膠，將所有光刻膠去除；
[0033]Fl.進(jìn)一步的，在減薄后的襯底上旋涂光刻膠；
[0034]Gl.曝光并顯影，去除距離寬槽邊緣2?5um以內(nèi)的光刻膠；
[0035]H.采用刻蝕工藝去除無光刻膠區(qū)域的部分襯底硅，形成背面窄槽；
[0036]1.清洗光刻膠，將所有光刻膠去除；
[0037]J.在窄槽內(nèi)制作背面平坦層；
[0038]K.在背面平坦層上面制作背面微透鏡；
[0039]L.在背面微透鏡上面加載玻璃遮擋層；
[0040]M.在玻璃遮擋層上淀積介質(zhì)層直至填滿背面寬槽；
[0041 ] N.采用化學(xué)機(jī)械研磨和濕法腐蝕，對這個(gè)背面進(jìn)行化學(xué)機(jī)械研磨。
[0042]本實(shí)用新型的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，由于感光器件上面的正面介質(zhì)淺槽縮短了入射光到達(dá)感光器件的距離，因此入射光的吸收效率得以提高。同時(shí)，由于感光器件下面的背面微透鏡得存在，當(dāng)長波入射光穿過感光器件后被背面微透鏡進(jìn)一步匯聚返回至感光器件從而提高了入射光的吸收效率，因此，本實(shí)用新型提供的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)有效的提高了入射光的吸收效率，從而改善了圖像傳感器的靈敏度和圖像性能。能提高入射光吸收率和感光靈敏度。
[0043]具體實(shí)施例:
[0044]實(shí)施例一:
[0045]如圖2所示，本實(shí)施例的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)包括:硅基底310，相鄰的三個(gè)感光器件3121?3123，淺槽隔離槽311，正面的金屬互連線321?323，正面金屬互連線介質(zhì)層320，正面介質(zhì)淺槽330，正面平坦層340，正面彩色濾光片3501?3503，正面微透鏡3601?3603，背面寬槽3701，背面窄槽3702，背面平坦層380，背面微透鏡3811?3813，背面玻璃載體382，背面介質(zhì)層383，同時(shí)圖2給出了一組入射光線390。其中，正面介質(zhì)淺槽330位于像素陣列上方，其深度為I?2um，當(dāng)入射光390通過正面微透鏡3601匯聚到感光器件表面的距離縮短了，因此感光器件的靈敏度得以提高。背面寬槽3701覆蓋整個(gè)像素陣列，其深度約為100?300um，背面窄槽3702位于背面窄槽3701內(nèi)，3702邊緣距離3701約為2?5um，3702深度約為20?50um。背面玻璃載體382覆蓋3702，用以保護(hù)背面窄槽3702內(nèi)的背面微透鏡3811。背面介質(zhì)層383淀積在玻璃載體上面并填充整個(gè)背面寬槽3701，其目的在于是背面硅表面處于同一平面。由于背面微透鏡3811的制作，當(dāng)長波入射光穿過感光器件后被背面透鏡進(jìn)一步匯聚返回至感光器件從而提高了入射光的吸收效率，因此，本實(shí)用新型提供的圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)有效的提高了入射光的吸收效率，從而改善了圖像傳感器的靈敏度和圖像性能。
[0046]實(shí)施例二:
[0047]圖3至圖13詳細(xì)表征了本實(shí)用新型高靈敏度圖像傳感器像素的制作工藝流程之
O
[0048]圖3示出的是制作本實(shí)用新型圖像傳感器的基底210，按照傳統(tǒng)的集成電路經(jīng)過光刻、刻蝕等工藝步驟后形成用于隔離器件的淺槽隔離槽(STI)211，其深度約為
0.3um-0.5um。通過光刻、注入等工藝形成像素陣列，2121?2123分別代表紅色、綠色和藍(lán)色二種像素。
[0049]圖4示出的是基于圖3的進(jìn)一步制作工藝，當(dāng)器件和電路在基底210上面形成后，需要通過金屬連線221?223把信號源引致表面端口，金屬連線間需要淀積介質(zhì)層220用以隔離金屬。
[0050]圖5示出的是基于圖4的進(jìn)一步制作工藝，在圖4的基礎(chǔ)上通過光刻、刻蝕等工藝將像素區(qū)頂部的部分介質(zhì)去掉形成正面介質(zhì)淺槽230，所述正面介質(zhì)淺槽230的深度為l-2um。
[0051]圖6示出的是基于圖5的進(jìn)一步制作工藝，通過淀積、光刻、刻蝕等工藝在正面介質(zhì)淺槽230內(nèi)形成平坦層240，所述平坦層的厚度約為0.5?lum。
[0052]圖7示出的是基于圖6的進(jìn)一步制作工藝，在平坦層240上形成彩色濾光層2501?2503，分別代表紅色、綠色和藍(lán)色。
[0053]圖8示出的是基于圖7，進(jìn)一步的在彩色濾光層2501?2503上形成微透鏡2601?2603。
[0054]圖9示出的是基于圖8的進(jìn)一步制作工藝，首先，將襯底硅材料的厚度(一般來說，傳統(tǒng)集成電路上所用的直徑為8英寸的襯底硅的厚度約為730um)減薄400?600um，其次，如圖9所示，通過光刻、刻蝕等工藝將感光器件上面的硅基底打開，形成背面寬槽2701，所述背面寬槽2701的深度約為100?300um，進(jìn)一步的，在寬槽內(nèi)，距離寬槽2701邊緣約2?5um處，通過光刻、刻蝕等工藝形成背面窄槽2702，所述背面窄槽2702的深度約為20?50umo
[0055]進(jìn)一步的，如圖10所示，在背面窄槽2702內(nèi)形成背面平坦層280，所述背面平坦層280的厚度約為0.5?lum。
[0056]進(jìn)一步的，如圖11所示，在背面平坦層280上面形成背面微透鏡2811?2813。
[0057]如圖12所示，為了保護(hù)背面微透鏡2811?2813，進(jìn)一步的，在所述背面微透鏡上面嵌入玻璃載體282，所述玻璃載體的厚度約為50?200um。
[0058]圖13示出的是基于圖12的進(jìn)一步工藝，為了得到平整的硅基底底面，通過淀積工藝，將介質(zhì)材料283填充至玻璃載體282上面的寬槽2701，在通過化學(xué)機(jī)械研磨、腐蝕等工藝得到平整的基底底面。
[0059]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型披露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，包括硅基底，所述硅基底中設(shè)有多個(gè)感光器件，相鄰的感光器件之間設(shè)有淺槽隔離槽，所述多個(gè)感光器件的上方和下方分別設(shè)有正面平坦層和背面平坦層，其特征在于，所述正面平坦層的上面形成正面介質(zhì)淺槽，所述背面平坦層的下面依次形成背面窄槽和背面寬槽，所述背面窄槽中設(shè)有多個(gè)背面微透鏡，每個(gè)背面微透鏡對應(yīng)一個(gè)感光器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述正面介質(zhì)淺槽的深度為I?2um，所述背面寬槽的深度為100?300um，所述背面窄槽的深度為20?50umo
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述背面窄槽位于所述背面寬槽內(nèi)，所述背面窄槽邊緣距離所述背面寬槽的邊緣2?5um。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述背面平坦層位于所述背面窄槽內(nèi)，所述背面平坦層的厚度為0.5?lum。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高靈敏度圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述背面微透鏡位于所述背面平坦層的下面。
【文檔編號】H01L27/146GK204011428SQ201420467081
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年8月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月18日
【發(fā)明者】陳多金, 曠章曲, 陳杰, 劉志碧 申請人:北京思比科微電子技術(shù)股份有限公司