專利名稱：影像感測元件及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種影像感測元件，也涉及此種影像感測元件的制作方法。
背景技術：
影像感測元件的結(jié)構如圖1所示，其中包含光學像素與電子電路；電子電路目前 多采用CMOS制程來制作。形成光學像素的制作步驟剖面圖大致如圖2A至圖2D所示(一)如圖2A所示，在基板11內(nèi)部，形成影像感測區(qū)12，其上方分別為氧化層13a、 復晶硅層13b、以及多層介電層14 ；氧化層13a、復晶硅層13b的材質(zhì)配合電子電路的CMOS 制程而選用與柵極介電層和柵極導電層相同的材質(zhì)。(二)如圖2B所示，以復晶硅層13b作為蝕刻阻擋層(etch stop)，蝕刻影像感測 區(qū)12上方的介電層14以形成光通道15(light passage)，以使光能更充分地穿透介電層 14到達影像感測區(qū)12，使影像感測區(qū)12能接收更多的光。(三)如圖2C所示，因復晶硅層13b不透光，因此必須移除復晶硅層13b，以增加 影像感測區(qū)12的光感測能力。但此蝕刻制程會損害該影像感測區(qū)12表面，使影像感測能 力受到限制。(四)如圖2D所示，在完成蝕刻該復晶硅層13b后，在最上層介電層14的上方以 鈍化層(passivation layer) 19遮蔽，鈍化層19之上為濾色層(colorf ilter) 20，濾色層 20之上為微透鏡(micro-lens) 21。有關光通道及CMOS影像傳感器，在美國專利第6861686，7205623，7400003, 7462507，7193289，7342268 號，及公開案第 2007/0262366 號中均有論及。上述各現(xiàn)有技術中，多重的蝕刻制程會損傷影像感測區(qū)12的表面，使該表面粗 糙，因此其影像感測的效果較弱，是其缺點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于克服現(xiàn)有技術的不足與缺陷，提出一種影像感測元件，其能 保護影像感測區(qū)的表面，增加該影像感測元件的影像感測能力。本發(fā)明的另一目的在于，提出一種影像感測元件的制作方法。為達上述目的，就本發(fā)明的其中一個觀點而言，提供了一種影像感測元件，包含光 學像素與電子電路，其中該光學像素包含基板；影像感測區(qū)，形成于該基板內(nèi)部；屏蔽層， 該屏蔽層位于該影像感測區(qū)上方，且該屏蔽層是于該影像感測元件的電子電路制造過程中 所形成；以及光通道結(jié)構，該光通道結(jié)構位于該屏蔽層上方，用以增加該影像感測區(qū)的感測 能力。上述影像感測元件可更包含鈍化層，形成于該光通道結(jié)構上；濾色層，形成于該 鈍化層上；以及微透鏡，形成于該濾色層上。就本發(fā)明的另一個觀點而言，提供了一種影像感測元件的制作方法，包含下列步 驟提供一基板；于該基板內(nèi)部，形成一影像感測區(qū)；于該影像感測區(qū)上，形成一屏蔽層；于該屏蔽層上沉積介電層；蝕刻該介電層，停止于該屏蔽層，以于該屏蔽層上方形成一光通道 結(jié)構；以及保留而不完全移除該屏蔽層。上述影像感測元件與制作方法中，該影像感測區(qū)可為一光電二極管、或為一光柵 極。上述影像感測元件與制作方法中，該屏蔽層可由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成氧 化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、硅酸物、鋁酸物、復晶硅、或金屬。上述影像感測元件與制作方法中，影像感測區(qū)與該屏蔽層之間，可具有一中間層， 該中間層由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、或硅酸物。上述影像感測元件與制作方法中，影像感測元件可進一步包含一光諧振結(jié)構， 形成于該屏蔽層上方光通道結(jié)構內(nèi)部，該光諧振結(jié)構例如為一法布立-拍若諧振鏡 (Fabry-Perot resonator)0在其中一個實施例中，該光諧振結(jié)構包含上方反射層與下方反射層，該下方反射 層由前述屏蔽層構成，該上方反射層為一金屬層。在其中一個實施例中，該光諧振結(jié)構包含一第一金屬層，形成于該屏蔽層上方； 一第一非金屬層，形成于該第一金屬層上方；一第二金屬層，形成于該第一非金屬層上方； 以及一第二非金屬層，形成于該第二金屬層上方。在其中一個實施例中，屏蔽層與第一金屬 層之間尚可再包含一第三非金屬層。上述實施例中，各金屬層可由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成金、銀、鈦、鉭、銅、鋁、 或以上金屬的碳化物、氧化物、氮化物。上述影像感測元件與制作方法中，各非金屬層可由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成 氧化物、氮氧化物、或碳化物。下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發(fā)明的目的、技術內(nèi)容、特點及其 所達成的功效。
圖1與2A-2D顯示現(xiàn)有技術； 圖3A-3C示出本發(fā)明的第一實施例 圖4A-4D示出本發(fā)明的第二實施例 圖5A-5D示出本發(fā)明的第三實施例 圖6A-6D示出本發(fā)明的第四實施例。 圖中符號說明
11基板12影像感測區(qū)13a柵極介電層13b柵極導電層13c屏蔽層14介電層15光通道16鈍化層
17濾色層
18微透鏡
19a第--透光層
19b反射層
19c第二二透光層
20a第--金屬層
20b第--非金屬層
20c第二二金屬層
20d第二二非金屬層
20e第三三非金屬層
具體實施例方式本發(fā)明中的圖式均屬示意，主要意在表示制程步驟以及各層之間的上下次序關 系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。本發(fā)明的特點之一為在影像感測區(qū)表面上形成一屏蔽層，且在最終所形成的影 像感測元件中，保留該屏蔽層而不完全移除，以節(jié)省蝕刻步驟，并可避免多重的蝕刻制程損 傷影像感測元件的表面。該屏蔽層宜為電子電路制造過程中所需要的一層，例如為柵極介 電層、柵極導電層、介電層、金屬層、犧牲層、或蝕刻阻擋層，因此形成該屏蔽層并不需要額 外增加沉積或蝕刻步驟。本發(fā)明的另一特點為可在影像感測區(qū)上方形成一光諧振結(jié)構，例如為法布 立-拍若諧振鏡(Fabry-Perot resonator)，以過濾特定頻率的光波。該法布立-拍若諧振 鏡可利用前述屏蔽層做為其下方反射層，或在屏蔽層上方另行形成下方反射層與上方反射層。以下舉數(shù)個實施例說明本發(fā)明的結(jié)構與制程。參閱實施例之后，本領域技術人員 當可作各種類推應用。請參照圖3A至圖3C，首先說明本發(fā)明的第一實施例。在本實施例中，以電子電路 的柵極介電層13a作為光學像素的屏蔽層。首先如圖3A所示，提供一基板11作為影像感 測區(qū)12與電子電路(例如為CMOS元件)的基板，在基板11上，形成影像感測區(qū)12，其上方 分別形成柵極介電層13a以及多層介電層14，介電層14例如為氧化硅(SiO2)或低介電常 數(shù)材料。柵極介電層13a則可為高介電常數(shù)材料，例如為氧化物如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿 (HfO2)、氧化鋯(&02)、氧化鑭(La2O3)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鈰(CeO2)；氮化 物如氮化硅(Si3N4)；、氮氧化物如氮氧化硅(SiOxNy)；碳化物如碳化硅(SiC)；硅酸物如硅 酸鋯(ZrSixOy)、硅酸鉿(HfSixOy)、硅酸鋁(AlSixOy)；及鋁酸物如鋁酸鋯(ZrAlxOy)、鋁酸鉿 (HfAlxOy)等、或以上材料的復合層。如圖3B所示，高介電常數(shù)材料相較于氧化硅(SiO2)或 低介電常數(shù)材料較不易蝕刻，因此可以柵極介電層13a作為蝕刻阻擋層，蝕刻影像感測區(qū) 12上方的介電層14以形成光通道15 (Iightpassage)，以使光能充分穿透介電層14到達影 像感測區(qū)12，使影像感測區(qū)12能接收更多的光。蝕刻介電層14時可以混用時間控制方式 (time-modeetch)，以使蝕刻停止在柵極介電層13a的上方，而不致?lián)p及影像感測區(qū)12。接 著如圖3C所示，沉積鈍化層16、濾色層17、以及微透鏡18，即完成了影像感測元件。
6
請參照圖4A至圖4D，以柵極導電層13b作為屏蔽層來說明本發(fā)明的第二實施例。 在本實施例中，如圖4A所示，首先提供一基板11作為影像感測區(qū)12與電子電路(例如為 CMOS元件)的基板，在基板11上，形成影像感測區(qū)12，其上方配合電子電路制程而分別形 成柵極介電層13a、柵極導電層13b、以及多層介電層14，其中，柵極介電層13a的材料可 為氧化硅或前述高介電常數(shù)材料，柵極導電層13b的材料可為復晶硅或金屬。如圖4B所 示，以柵極導電層13b作為蝕刻阻擋層，蝕刻影像感測區(qū)12上方的介電層14以形成光通道 15 (light passage)，以使光能充分穿透介電層14到達影像感測區(qū)12，使影像感測區(qū)12能 接收更多的光。接著如圖4C所示，保留該柵極導電層13b，并于其上依序沉積第一透光層 19a及反射層19b，該透光層19a例如可使用非金屬材質(zhì)制作，該反射層19b例如可使用金 屬材質(zhì)制作，此外為保護反射層1%，宜在反射層19b上再沉積第二透光層19c，此第二透光 層19c可為非金屬。柵極導電層13b與反射層19b構成一法布立-拍若諧振鏡，此為光諧 振結(jié)構的一種，在柵極導電層13b與反射層19b間構成反射腔，僅具有特定頻率的光波才能 穿透。其中，該反射層19b例如可由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成金、銀、鈦、鉭、銅、鋁或以 上金屬的碳化物、氧化物、氮化物；該第一透光層19a及第二透光層19c例如可由下列材質(zhì) 的至少一材質(zhì)形成氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiOxNy)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等。如 圖4D所示，接著于該光諧振結(jié)構上，沉積鈍化層16、濾色層17、以及微透鏡18，即完成了影 像感測元件。請參照圖5A至圖5D，以下說明本發(fā)明的第三實施例。在本實施例中，于屏蔽層上 方另形成光諧振結(jié)構。首先如圖5A所示，提供一基板11作為影像感測區(qū)12與電子電路 (例如為CMOS元件)的基板，在基板11上，形成影像感測區(qū)12，其上方分別形成柵極介電 層13a、屏蔽層13c、以及多層介電層14，其中柵極介電層13a的材料可為氧化硅或前述高介 電常數(shù)材料，屏蔽層13c的材料可為柵極導電層的材料如復晶硅或金屬；或是，柵極介電層 13a的材料可為氧化硅，而屏蔽層13c的材料可為前述高介電常數(shù)材料。在前者情況下，屏 蔽層13c將與光諧振結(jié)構的下方金屬層構成復合反射層的一部份，而在前者情況下，屏蔽 層13c將與柵極介電層13a構成復合透光層的一部份。接著如圖5B所示，蝕刻影像感測區(qū) 12上方的介電層14以形成光通道15(light passage)，以使光能充分穿透介電層14到達 影像感測區(qū)12，使影像感測區(qū)12能接收更多的光。如圖5C所示，保留該屏蔽層13c，并于 其上依序沉積第一金屬層20a、第一非金屬層20b、第二金屬層20c、以及第二非金屬層20d 于該光通道15中，以形成一光諧振結(jié)構，其具有過濾特定頻率光波的功能，且該光諧振結(jié) 構為一法布立-拍若諧振鏡。其中，該第一金屬層20a及第二金屬層20c例如可由下列材 質(zhì)的至少一材質(zhì)形成金、銀、鈦、鉭、銅、鋁或以上金屬的碳化物、氧化物、氮化物；該第一 非金屬層20b以及第二非金屬層20d例如可由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成氧化硅(SiO2)、 氮氧化硅(SiOxNy)、碳化硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等。如圖5D所示，于該光諧振結(jié)構上，沉 積鈍化層16、濾色層17、以及微透鏡18，即完成了影像感測元件。圖6A至圖6D顯示本發(fā)明的第四實施例，本實施例與第三實施例的結(jié)構與制程步 驟大致相同，僅在屏蔽層13c與第一金屬層20a之間再設置一第三非金屬層20e，該第三非 金屬層20e例如可由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成氧化硅(SiO2)、氮氧化硅(SiOxNy)、碳化 硅(SiC)、氮化硅(Si3N4)等。以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領域技術人員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權利范圍。對于本領域技術人員，當可在本發(fā) 明精神內(nèi)，立即思及各種等效變化。舉例而言，以上所述各實施例中的材料、金屬層數(shù)等皆 為舉例，還有其它各種等效變化的可能。又，與光學像素整合的電子電路不限于以CMOS元 件制作，亦可包含雙極晶體管等。又如，屏蔽層亦可為其它材料層如柵極結(jié)構完成前的犧牲 層、或阻障層等。再如，屏蔽層可為復合結(jié)構層而不限于為單一材料層。故凡依本發(fā)明的概 念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括于本發(fā)明的權利要求書的范圍內(nèi)。
權利要求
一種影像感測元件，包含光學像素與電子電路，其特征在于，該光學像素包含基板；影像感測區(qū)，形成于該基板內(nèi)部；一屏蔽層，該屏蔽層位于該影像感測區(qū)的一表面上，該屏蔽層是于該影像感測元件的電子電路制造過程中所形成；以及光通道結(jié)構，該光通道結(jié)構位于該屏蔽層上方，用以增加該影像感測區(qū)的感測能力。
2.如權利要求1所述的影像感測元件，其中，該屏蔽層由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成 氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、硅酸物、鋁酸物、復晶硅、或金屬。
3.如權利要求1所述的影像感測元件，其中，該影像感測區(qū)與該屏蔽層之間，具有一中 間層，該中間層由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成氧化物、氮化物、氮氧化 物、碳化物、硅酸物、 或鋁酸物。
4.如權利要求1所述的影像感測元件，其中，進一步包含一光諧振結(jié)構，該光諧振結(jié)構 形成于該屏蔽層上方光通道結(jié)構內(nèi)部。
5.如權利要求4所述的影像感測元件，其中，該光諧振結(jié)構為一法布立_拍若諧振鏡。
6.如權利要求4所述的影像感測元件，其中，該光諧振結(jié)構包含上方反射層與下方反 射層，該下方反射層由前述屏蔽層構成。
7.如權利要求4所述的影像感測元件，其中，該光諧振結(jié)構包含 一第一金屬層，形成于該屏蔽層上方；一第一非金屬層，形成于該第一金屬層上方； 一第二金屬層，形成于該第一非金屬層上方；及 一第二非金屬層，形成于該第二金屬層上方。
8.如權利要求7所述的影像感測元件，其中，該光諧振結(jié)構還包含 一第三非金屬層，形成于該屏蔽層與第一金屬層之間。
9.如權利要求7或8所述的影像感測元件，其中，各金屬層由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形 成金、銀、鈦、鉭、銅、鋁、以上金屬的碳化物、以上金屬的氧化物、或以上金屬的氮化物。
10.如權利要求7或8所述的影像感測元件，其中，各非金屬層由下列材質(zhì)的至少一材 質(zhì)形成氧化物、氮化物、氮氧化物、或碳化物。
11.一種影像感測元件的制作方法，其特征在于，包含下列步驟 提供一基板；于該基板內(nèi)部，形成一影像感測區(qū)； 于該影像感測區(qū)上方，形成一屏蔽層； 于該屏蔽層上沉積介電層；蝕刻該介電層，停止于該屏蔽層，以于該屏蔽層上方形成一光通道結(jié)構；以及 保留而不完全移除該屏蔽層。
12.如權利要求11所述的影像感測元件的制作方法，其中，該影像感測元件包含光學 像素與電子電路，且該屏蔽層是于電子電路制造過程中所形成。
13.如權利要求11所述的影像感測元件的制作方法，其中，該屏蔽層由下列材質(zhì)的至 少一材質(zhì)形成氧化物、氮化物、氮氧化物、碳化物、硅酸物、鋁酸物、復晶硅、或金屬。
14.如權利要求11所述的影像感測元件的制作方法，其中，該影像感測區(qū)與該屏蔽層之間，具有一中間層，該中間層由下列材質(zhì)的至少一材質(zhì)形成氧化物、氮化物、氮氧化物、 碳化物、硅酸物、或鋁酸物。
15.如權利要求11所述的影像感測元件的制作方法，其中，進一步包含于該屏蔽層上 方光通道結(jié)構內(nèi)部形成一光諧振結(jié)構。
16.如權利要求15所述的影像感測元件的制作方法，其中，該光諧振結(jié)構為一法布 立-拍若諧振鏡。
17.如權利要求15所述的影像感測元件的制作方法，其中，該光諧振結(jié)構包含上方反 射層與下方反射層，該下方反射層由前述屏蔽層構成。
18.如權利要求15所述的影像感測元件的制作方法，其中，形成該光諧振結(jié)構的步驟 包含于該屏蔽層上方，形成一第一金屬層；于該第一金屬層上方，形成一第一非金屬層；于該第一非金屬層上方，形成一第二金屬層；及于該第二金屬層上方，形成一第二非金屬層。
19.如權利要求18所述的影像感測元件的制作方法，其中，形成該光諧振結(jié)構的步驟 還包含于該屏蔽層與第一金屬層間，形成一第三非金屬層。
20.如權利要求18或19所述的影像感測元件的制作方法，其中，各金屬層由下列材質(zhì) 的至少一材質(zhì)形成金、銀、鈦、鉭、銅、鋁、以上金屬的碳化物、以上金屬的氧化物、或以上金 屬的氮化物。
21.如權利要求18或19所述的影像感測元件的制作方法，其中，各非金屬層由下列材 質(zhì)的至少一材質(zhì)形成氧化物、氮化物、氮氧化物、或碳化物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種影像感測元件及其制作方法。該影像感測元件包含光學像素與電子電路，其中該光學像素包含基板；影像感測區(qū)，形成于該基板內(nèi)部；屏蔽層，該屏蔽層位于該影像感測區(qū)上方，且該屏蔽層是于該影像感測元件的電子電路制造過程中所形成；以及光通道結(jié)構，該光通道結(jié)構位于該屏蔽層上方，用以增加該影像感測區(qū)的感測能力。
文檔編號H01L27/146GK101944533SQ20101019628
公開日2011年1月12日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權日2009年7月6日
發(fā)明者曾乙峰, 曾建賢, 李瑞康 申請人:原相科技股份有限公司