專利名稱：帶有經(jīng)過改進的應力免疫的背面照明圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體上涉及ー種背面照明圖像傳感器及其制造方法。
背景技術：
半導體圖像傳感器通常用于感測諸如光的輻射?；パa金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)和電荷耦合器件(CCD)廣泛用于各種用途，比如用于數(shù)碼相機或者手機攝像頭。上述器件使用了基板中的像素陣列，包括光電ニ極管和晶體管，這些光電ニ極管和晶體管可以吸收射向該基板的輻射，并且將所感測到的輻射轉換為電信號。背面照明(BSI)圖像傳感器件是圖像傳感器件的ー種類型。這種BSI圖像傳感器件能夠通過運行檢測到從其背面投射來的光。BSI圖像傳感器件具有相對較薄的硅基板(例如，幾微米厚)，在該硅基板中形成有感光像素。各種后道エ藝和不同的圖案化設計可 能會產生應力，而硅基板的較薄的性質使得像素更容易受到這些應カ變化的影響。施加到硅基板上的應カ可能會増大漏電流，而應カ的變化可能會導致漏電流計算愈發(fā)困難。因此，盡管現(xiàn)有的BSI圖案傳感器件通常能夠達到其預期目的，但是并非在每個方面都完全令人滿意。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供了ー種圖像傳感器件，包括基板，具有正面和背面，所述背面與所述正面相對；輻射感應區(qū)域，設置在所述基板中，所述輻射感應區(qū)域能夠通過操作檢測出通過所述背面進入到所述基板的輻射波；互連結構，設置在所述基板的所述正面上方；材料層，設置在所述基板的所述背面上方，其中，所述材料層將張應カ傳遞到所述基板；以及輻射屏蔽器件，設置在所述材料層的至少一部分的上方。在該圖像傳感器件中，其中所述張應カ處于大約0. 01千兆帕斯卡至大約I千兆帕斯卡的范圍內。在該圖像傳感器件中，其中所述材料層包括等離子體增強型氮化硅材料。在該圖像傳感器件中，其中所述材料層所具有的吸收指數(shù)值處于大約0至大約
0.2的范圍內；且所述材料層所具有的折射率值處于大約I. 4至大約2. 5的范圍內。在該圖像傳感器件中，還包括防反射涂布(ARC)層，設置在所述材料層和所述基板之間；和鈍化層，設置在所述材料層上方，其中所述鈍化層和所述ARC層被設置在所述材料層的相對側。在該圖像傳感器件中，還包括防反射涂布(ARC)層，設置在所述材料層和所述基板之間；和鈍化層，設置在所述材料層上方，其中所述鈍化層和所述ARC層被設置在所述材料層的相對側，并且其中所述材料層所具有的第一折射率值是所述ARC層的第二折射率值的函數(shù)。在該圖像傳感器件中，其中所述圖像傳感器件包括像素區(qū)域和外圍區(qū)域；所述輻射感應區(qū)域被設置在所述像素區(qū)域中；并且所述輻射屏蔽器件被設置在所述外圍區(qū)域中。在該圖像傳感器件中，其中所述圖像傳感器件包括像素區(qū)域和外圍區(qū)域；所述輻射感應區(qū)域被設置在所述像素區(qū)域中；并且所述輻射屏蔽器件被設置在所述外圍區(qū)域中，并且該圖像傳感器件還包括參考像素，被設置在所述外圍區(qū)域中，其中，所述輻射屏蔽器件基本上防止了所述輻射波到達所述參考像素。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種圖像傳感器件，包括基板，具有正面和背面，所述背面與所述正面相對，所述基板具有像素區(qū)域和外圍區(qū)域；多個輻射感應區(qū)域，設置在所述基板的所述像素區(qū)域中，每個所述輻射感應區(qū)域都能夠通過操作感測出通過所述背面投射到所述輻射感應區(qū)域的輻射；參考像素，設置在所述外圍區(qū)域中；互連結構，與所述基板的所述正面連接，所述互連結構包括多個互連層；膜，形成在所述基板的所述背面上方，所述膜導致所述基板受到張應カ；以及輻射阻擋器件，設置在所述膜上方，并且與所述參考像素對齊。 在該圖像傳感器件中，其中所述膜所具有的吸收指數(shù)值大約為0 ;所述膜所具有的折射率值大約等于所述膜上面的層的折射率值和所述膜下面的層的折射率值的乘積的平方根；并且所述張應カ處于大約0. 01千兆帕斯卡至大約I千兆帕斯卡的范圍內。在該圖像傳感器件中，其中所述膜所包含的材料選自由等離子體增強型氮化硅、等離子體增強型氧化物、碳化硅、和等離子體增強型氮氧化硅組成的組。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造圖像傳感器件的方法，包括在器件基板中形成輻射檢測器件，其中所述器件基板具有正面和背面，所述背面與所述正面相對，并且其中所述輻射檢測器件能夠通過操作檢測通過所述背面進入所述器件基板的輻射波；在所述器件基板的所述正面上方形成互連結構；在所述器件基板的所述背面上方形成材料層，其中所述材料層將張應カ施加到所述器件基板；以及在所述材料層的至少一部分的上方形成輻射屏蔽元件。在該方法中，其中實施形成所述材料層的步驟，使得所述張應カ處于大約0.01千兆帕斯卡至大約I千兆帕斯卡的范圍內。在該方法中，其中實施形成所述材料層的步驟，使得所述材料層包括等離子體增強型氮化硅材料。在該方法中，其中實施形成所述材料層的步驟，使得所述材料層所具有的吸收指數(shù)值在大約0至大約0. 2的范圍內；以及所述材料層所具有的折射率值在大約I. 4至大約
2.5的范圍內。在該方法中，還包括在形成所述材料層之前，在所述器件基板的所述背面上方形成防反射涂布(ARC)層；以及在形成所述材料層之后，在所述材料層上方形成鈍化層。在該方法中，還包括在形成所述材料層之前，在所述器件基板的所述背面上方形成防反射涂布(ARC)層；以及在形成所述材料層之后，在所述材料層上方形成鈍化層，并且在該方法中實施形成所述材料層的步驟，使得所述材料層所具有的第一折射率值是所述ARC層的第二折射率值的函數(shù)。在該方法中，其中所述圖像傳感器件包括像素區(qū)域和外圍區(qū)域；實施形成所述輻射檢測器件的步驟，使得所述輻射檢測器件形成在所述像素區(qū)域中；以及實施形成所述輻射屏蔽元件的步驟，使得所述輻射屏蔽元件形成在所述外圍區(qū)域中。
在該方法中，其中所述圖像傳感器件包括像素區(qū)域和外圍區(qū)域；實施形成所述輻射檢測器件的步驟，使得所述輻射檢測器件形成在所述像素區(qū)域中；以及實施形成所述輻射屏蔽元件的步驟，使得所述輻射屏蔽元件形成在所述外圍區(qū)域中，并且該方法還包括在所述外圍區(qū)域中形成參考像素，其中，實施形成所述輻射屏蔽元件的步驟，使得所述輻射屏蔽元件基本上防止了所述輻射波到達所述參考像素。該方法中還包括將載體基板接合到所述器件基板；以及從所述背面減薄所述器件
基板。


根據(jù)以下結合附圖的詳細描述可以最好地理解本發(fā)明。需要強調的是，根據(jù)エ業(yè)中的標準實踐，各種不同部件沒有按比例繪制。實際上，為了使論述清晰，可以任意増加或減小各種部件的尺寸。圖I是示出了根據(jù)本公開的各個方面的制造圖像傳感器件的方法的流程圖。圖2-圖6是根據(jù)本發(fā)明的各個方面的處于各個制造階段的圖像傳感器件的示意性階段橫截面?zhèn)纫晥D。圖7A-圖7D是示出了本公開的圖像傳感器件與傳統(tǒng)的圖像傳感器件的暗電流表現(xiàn)的比較的圖表。
具體實施例方式應該理解，以下公開內容提供了許多用于實施本發(fā)明的不同特征的不同實施例或實例。以下描述組件和配置的具體實例以簡化本發(fā)明。當然，這僅僅是實例，并不是用于限制本發(fā)明。此外，在以下描述中，第一部件形成在第二部件上方或者之上可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實施例，還可以包括在第一部件和第二部件之間插入有附加部件的實施例，從而使得第一部件和第二部件不直接接觸的實施例。為了簡明和清晰，各個部件可以以不同比例任意進行繪制。圖I是示出了根據(jù)本公開的各個方面制造背面照明(BSI)圖像傳感器件的方法10的流程圖。參考圖1，方法10開始于框12，在該框12中，在器件基板中形成輻射檢測器件。該器件基板具有正面和相對于該正面的背面。輻射檢測器件能夠通過操作來檢測通過背面進入器件基板的輻射波。方法10繼續(xù)進行到框14，在該框14中，在器件基板的正面上方形成互連結構。方法10繼續(xù)進行到框16，在該框16中，將材料層形成在器件基板的背面上方。材料層對器件基板施加張應力。方法10繼續(xù)進行到框18，在該框18中，在材料層的至少一部分上方形成輻射屏蔽元件。圖2到圖6是根據(jù)圖I的方法10的多個方面的處于各個制造階段的BSI圖像傳感器件30的裝置的各個實施例的示意性階段橫截面?zhèn)纫晥D。圖像傳感器件30包括用于感測和記錄朝向圖像傳感器件30的背面的輻射(比如光)強度的像素的陣列或者網(wǎng)格。圖像傳感器件30可以包括電荷耦合器件(CCD)、互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器(CIS)、主動像素傳感器(APS)、或者被動像素傳感器。圖像傳感器件30進ー步包括附加電路和輸入/輸出端，為了向像素提供運行環(huán)境并且支持像素的外部通信，該附加電路和輸入/輸出端鄰近像素網(wǎng)格?？梢岳斫猓瑸榱烁玫乩斫獗竟_的發(fā)明構思，將圖2到圖6進行了簡化，并且該圖2到圖6沒有按比例繪制。參考圖2，圖像傳感器件30包括器件基板32。器件基板32是用諸如硼的p型摻雜劑摻雜的硅基板(例如，P型基板)。可選地，器件基板32可以是另一種適當?shù)陌雽w材料。例如，器件基板32可以是用諸如憐或者神的n型慘雜劑慘雜的娃基板(例如，n型基板)。器件基板32可以包括其他元素半導體，比如，鍺和金剛石。器件基板32可以可選地包括化合物半導體和/或合金半導體。另外，器件基板32可以包括外延層(epi層)，為了提升性能，可以將該器件基板32進行應變，并且，該器件基板32可以包括絕緣體上硅(SOI)結構。再次參考圖2，器件基板32具有正面(還稱為正面)34和背面(還稱為背面)36。器件基板32所具有的初始厚度38處于大約100微米(ii m)至大約3000 y m的范圍內。在本實施例中，初始厚度38處于大約500 u m至大約1000 y m的范圍內。輻射感應區(qū)域(例如，像素40和42)形成在器件基板32中。像素40和42能夠通過操作來感測從背面36投射到器件基板32的輻射，比如入射光43。在本實施例中，像素40和42每個都包括光電ニ極管。在其他實施例中，像素40和42可以包括固定層光電 ニ極管、光電門、復位晶體管、源極跟隨器晶體管、以及傳輸晶體管。像素40和42還可以稱為輻射檢測器件或者光敏傳感器。像素40和42可以相互改變，從而具有不同的結深度、結厚度、結寬度等等。為了簡明，在圖2中僅僅示出了兩個像素40和42，但是可以理解，可以在器件基板23中實現(xiàn)任意數(shù)量的像素。在所示實施例中，通過從正面34在器件基板32上實施注入エ藝46來形成像素40和42。注入エ藝46包括用諸如硼的p型摻雜劑來摻雜器件基板32。在可選實施例中，注入エ藝46可以包括用諸如磷或者砷的n型摻雜劑來摻雜器件基板32。在其他實施例中，還可以通過擴散エ藝來形成像素40和42。再次參考圖2，器件基板32包括在像素40和42之間提供電隔離和光隔離的隔離結構(例如，隔離結構47和49)。隔離結構47和49包括由諸如氧化硅或者氮化硅的介電材料形成的淺溝槽隔離(STI)結構。通過以下方法形成STI結構從正面34在基板32中蝕刻開ロ，然后用介電材料填充該開ロ。在其他實施例中，隔離結構47和49可以包括摻雜的隔離部件，比如重摻雜n型區(qū)域或者重摻雜p型區(qū)域?？梢岳斫猓诒緦嵤├?，在像素40和42之前形成隔離結構47和49。同樣，為了簡明，在圖2中僅僅示出了兩個隔離結構47和49，但是可以理解，可以在器件基板32中實現(xiàn)任意數(shù)量的隔離結構，從而使得諸如像素40和42的輻射感應區(qū)域可以被適當?shù)叵嗷ジ綦x。仍參考圖2，像素40和42以及隔離結構47和49形成在圖像傳感器件30的稱為像素區(qū)域52的區(qū)域中。圖像傳感器30還包括外圍區(qū)域54、接合焊盤區(qū)域(bonding padregion) 56(還稱為接合焊盤區(qū)域(bond pad region))、以及劃片槽區(qū)域59。圖2中的虛線表示出區(qū)域52、54、56、和59之間的近似邊界。外圍區(qū)域54包括需要保持暗光的器件60和61。例如，本實施例中的器件60可以是數(shù)字器件，比如特定用途集成電路(ASIC)器件或者片上系統(tǒng)(SOC)器件。器件61可以是用于為圖像傳感器件30建立光強度的基準線的參考像素。在后續(xù)エ藝階段中，在接合焊盤區(qū)域56所包括的區(qū)域上將形成圖像傳感器件30的ー個或者多個接合焊盤(未示出)，從而可以在圖像傳感器件30和外部器件之間建立電連接。劃片槽區(qū)域59包括將ー個半導體管芯(例如，包括接合焊盤區(qū)域56、外圍區(qū)域54、和像素區(qū)域52的半導體管芯)和鄰近的半導體管芯(未示出)分隔開的區(qū)域。在管芯被封裝并且作為集成電路芯片售出之前，在后續(xù)制造エ藝中，將劃片槽區(qū)域59切割開，從而將鄰近的管芯分隔開。切割劃片槽區(qū)域59的方式不會損壞每個管芯中的半導體器件。還可以理解，上述區(qū)域52-59在器件基板32上面和下面在垂直方向上延展。現(xiàn)在參考圖3，互連結構65形成在器件基板32的正面34上方。互連結構65包括多個經(jīng)過圖案化的介電層和在圖像傳感器件30的各個摻雜部件、電路、以及輸入/輸出端之間提供互連(例如，布線)的導電層?；ミB結構65包括層間介電(ILD)結構和多層互連(MLI)結構。MLI結構包括接觸件、通孔和金屬線。為了示出目的，在圖3中示出了多條導電線66和多個通孔/接觸件68，可以理解，所示出的導電線66和通孔/接觸件68僅僅是示例性的，并且可以根據(jù)設計需要而改變導電線66和通孔/接觸件68的實際位置和配置。MLI結構可以包括導電材料，比如招、招/娃/銅合金、欽、氣化欽、鶴、多晶娃、金屬硅化物、或者上述的組合，被稱為鋁互連件。鋁互連件可以通過以下エ藝形成物理汽相沉積(PVD)(或者濺射)、化學汽相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、或者上述的組合。用于形成鋁互連件的其他制造技術可以包括光刻處理和蝕刻，從而為了垂直連接(例如，通孔/接觸 件68)和水平連接(例如，導線66)而將導電材料圖案化?？蛇x地，可以使用銅多層互連件來形成金屬圖案。銅互連結構可以包括銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金屬硅化物、或者上述的組合。銅互連結構可以通過以下技術形成CVD、濺射、電鍍、或者其他適當エ藝。仍參考圖3，緩沖層70形成在互連結構65上。在本實施例中，緩沖層70包括諸如氧化硅的介電材料?？蛇x地，緩沖層70可以可選地包括氮化硅。緩沖層70通過CVD、PVD、或者其他適當技術形成。通過化學機械拋光(CMP)エ藝來平坦化緩沖層70，從而形成光滑表面。然后，通過緩沖層70將載體基板75與器件基板32相接合，從而可以對器件基板32的背面36實施處理。在本實施例中，載體基板75類似于基板32,并且包括娃材料?？蛇x地，載體基板75可以包括玻璃基板或者另ー適當材料?？梢酝ㄟ^分子力(被稱為直接接合或者光學融合接合的技木)或者本領域所公知的其他接合技術(比如金屬擴散或者陽極接合)將載體基板75接合到器件基板32。再次參考圖3，緩沖層70在器件基板32和載體基板75之間提供電隔離。載體基板75為形成在器件基板32的正面34上的各個部件(比如像素40和42)提供保護。如下所述，載體基板75還為處理器件基板32的背面36提供了機械強度和機械支撐?？蛇x地，在接合之后，可以將器件基板32和載體基板75退火，從而增強接合強度。仍舊參考圖3，在接合載體基板75之后，實施減薄エ藝80，從而將器件基板32從背面36減薄。減薄エ藝80可以包括機械研磨エ藝和化學減薄エ藝。在機械研磨エ藝期間，可以首先將大量基板材料從器件基板32移除。然后，通過化學減薄エ藝可以將蝕刻化學品施加到器件基板32的背面36，從而將器件基板32進ー步減薄到厚度85，該厚度85大約為幾微米。在本實施例中，厚度85小于大約5iim，例如為大約在實施例中，厚度85大于至少大約I Pm。還可以理解，本公開中所公開的特定厚度僅僅是實例，可以根據(jù)圖像傳感器件30的應用類型和設計需求而實現(xiàn)為其他厚度?，F(xiàn)在參考圖4，在器件基板32的背面36上方形成防反射涂布(ARC)層100。ARC層100可以通過諸如CVD、PVD、ALD、或者上述的組合的適當沉積エ藝形成。ARC層100可以包括用于降低從背面36投射到器件基板32的輻射波的反射的適當材料。例如，ARC層100可以包含硅或者氮。ARC層所具有的厚度105處于大約100埃到大約3500埃的范圍內。然后，在ARC層105上方形成層110。可以通過諸如CVD、PVD、ALD、或者上述的組合的適當沉積エ藝形成層110。層110將張應力傳送到下面的層，該下面的層包括經(jīng)過減薄的器件基板32。張應カ是在材料上導致擴大的應カ類型，這意味著材料的長度趨向于在拉伸方向上増大。相反，壓應カ與張應カ相反，是在材料上導致緊縮的應カ類型，這意味著材料的長度在壓縮方向減小。在這里，層110將張應力傳送到下面的層，從而將壓應カ從層110下面的層施加到層110。這樣，層110還可以稱為壓縮層/薄膜或者壓縮應カ層/薄膜。在實施例中，通過層110傳送的張應カ的大小處于大約0. 01千兆帕斯卡(GPa)到大約I. OGpa的范圍內。因此，層110是壓縮薄膜(其內在應カ相對于硅是壓縮的)，并且該層110將張應カ傳送到硅。為了確保能夠傳送期望數(shù)量的張應力，層110需要具有足夠的厚度。在實施例中，層110所具有的厚度115處于大約100埃到大約3500埃的范圍內，例 如大約1200埃。同樣，由于BSI圖像傳感器件30感測出從背面36投射的輻射波，因此，層110位于輻射的路徑中。為了防止干擾輻射方向，所選擇的層110的材料具有較低的吸收指數(shù)(K)值和適當?shù)恼凵渎?N)值。另外，為了降低輻射的無意吸收，層110所具有的吸收指數(shù)值接近于(或者將近)O。在實施例中，層110的吸收指數(shù)值處于大約0至大約0. 2的范圍內。為了降低輻射的無意反射和折射，層110所具有的折射率值通過以下方程計算得到N(S11Q)=(N(層Ii 下面的層)*N(層n 上面的層))的平方根。換曰之，層110的折射率值等于層100下面的層的折射率值和層110上面的層的折射率值的乘積的平方根。在實施例中，層110的折射率值處于大約I. 4至大約2. 5的范圍內。以下描述了層110及其形成エ藝的多個實施例。在一個實施例中，選擇等離子體增強型氮化硅材料作為層110的材料。SiH4、NH3、和N2用作在具有大約3torr和大約IOtorr之間的形成壓カ以及大約350攝氏度和大約400攝氏度之間的形成溫度的形成エ藝中的形成氣體。結果，在本實施例中，層110所具有的吸收指數(shù)值大約為0，折射率值處于大約1.9和大約2之間。在本實施例中，層110可以傳送的張應カ處于大約0. 2GPa和大約0. 3GPa之間。在另ー實施例中，選擇等離子體增強型氧化物材料作為層110的材料。SiH4和N2O用作在具有大約3torr和大約IOtorr之間的形成壓カ以及大約350攝氏度和大約400攝氏度之間的形成溫度的形成エ藝中的形成氣體。結果，在本實施例中，層110所具有的吸收指數(shù)值大約為0，折射率值處于大約I. 46和I. 5之間。在本實施例中，層110可以傳送的張應カ處于大約0. OlGPa和大約0. IGPa之間。在又一實施例中，選擇碳化硅材料作為層110的材料。Si (CH3)4用作在具有大約3torr和大約IOtorr之間的形成壓カ以及大約350攝氏度和大約400攝氏度之間的形成溫度的形成エ藝中的形成氣體。結果，在本實施例中，層110所具有的吸收指數(shù)值大約為0，折射率值大約為2. 3。在本實施例中，層110可以傳送的張應カ大約為0. 7GPa。在又一個實施例中，選擇等離子體增強型氮氧化硅材料作為層110的材料。SiH4、N2、和N2O用作在具有大約3torr和大約IOtorr之間的形成壓カ以及大約350攝氏度和大約400攝氏度之間的形成溫度的形成エ藝中的形成氣體。結果，在本實施例中，層110所具有的吸收指數(shù)值大約為0. 2，折射率值大約為2。在本實施例中，層110可以傳送的張應カ處于大約0. OlGPa和大約0. IGPa之間。還可以理解，盡管層110和ARC層100示出為圖4中示出的實施例中的單獨層，但是，在可選實施例中，這些層可以集成到單個層中。換言之，可以通過某種方式選擇ARC層100的材料成分，從而使得ARC層100具有較低的吸收指數(shù)值、適當?shù)恼凵渎手?，并且能夠將足夠?shù)量的張應カ傳送到器件基板32。不管特定實施例，通過層110傳送到器件基板32的張應カ將有助于抵消通過后續(xù)制造エ藝的附加層傳送的壓應力，從而將有助于降低漏電流，對此，將在下文中進行更詳細地描述?，F(xiàn)在參考圖5，將輻射屏蔽(或者輻射阻擋)器件130形成在外圍區(qū)域54中和層 110上方。如前所述，需要外圍區(qū)域54來保持暗光。ー個原因是外圍區(qū)域可以包含參考像素(比如參考像素61),該參考像素不應該接收輻射,從而該參考像素可以建立像素區(qū)域52中的像素的輻射強度的準確的基準線。因此，輻射屏蔽器件130位于下面的器件60-61上方，并且該輻射屏蔽器件130所包括的材料是輻射基本難以穿過的。在圖5中所示出的實施例中，輻射屏蔽器件130與器件60-61對齊，并且包括金屬材料，例如AlCu。在其他實施例中，輻射屏蔽器件130可以包括能夠阻擋輻射的其他類型的材料。輻射屏蔽器件130所具有的厚度135處于大約1000埃至大約5000埃的范圍內。輻射屏蔽器件130自身經(jīng)歷了張應力，這意味著該輻射屏蔽器件130會將壓應力施加到該輻射屏蔽器件130下面的層。如果沒有實現(xiàn)層110，則輻射屏蔽器件130會將相對較大的壓應カ傳送到器件基板32。該壓應力使得器件基板具有縮短(較窄的)的帶隙。帶隙縮短意味著載體諸如像素中的電子可以較容易地從價帶跳躍到導帯，從而產生漏電流。如果上述漏電流導致產生了暗光環(huán)境，則漏電流可以稱為暗電流。對于傳統(tǒng)的BSI圖像傳感器件，通過光屏蔽元件產生的壓應カ意味著像素區(qū)域中的帶隙與外圍區(qū)域中的帶隙不同。因此，外圍區(qū)域中的參考像素所具有的漏電流可能比像素區(qū)域中的傳感器像素所具有的漏電流大。該漏電流差會導致基準線輻射強度計算不準確，從而降低了傳統(tǒng)BSI圖像傳感器件的性能。在比較中，本文中的BSI圖像傳感器件30利用層110來傳送張應力，用來抵消由輻射屏蔽器件130產生的壓應力。如上所述，張應力與壓應カ相反，并且使得帶隙較寬。因此，由層110傳送的張應カ基本上抵消或者降低了由輻射屏蔽器件130產生的壓應力。因此，BSI圖像傳感器件30的漏電流降低，并且能夠使得基線輻射強度計算更準確?，F(xiàn)在參考圖6，可以實施附加工藝來完成BSI圖像傳感器件30的制造。例如，可以將鈍化層140形成在輻射屏蔽器件130上方。鈍化層140可以包括具有良好密封性能的材料來防止潮濕、灰塵、或者其他污染進入到BSI圖像傳感器件30的內部。在實施例中，鈍化層140可以包括氮化硅材料，例如紫外線氮化硅(UVSN)。但是，鈍化層140由于吸收輻射而無法形成在層110上方。這樣，層110可以被看作鈍化層，并且提供了良好的密封性能。在以下エ藝中，濾色器層150形成在層110上面，ARC層100形成在層110下面，將層110的折射率值計算為等于ARC層100的折射率值和濾色器層150的折射率值的乘積的平方根。因此，層110的折射率值是ARC層100的折射率值的函數(shù)。層110的折射率值也是濾色器150的折射率值的函數(shù)。濾色器層150可以形成在像素區(qū)域52中。濾色器層150可以包含多個濾色器，該多個濾色器所放置的位置使得進入的輻射被引導到該多個濾色器上并且穿過該多個該濾色器。濾色器可以包括基于染料的(或者基于顏料的)聚合物或者樹脂，用于過濾進入的輻射的特定波長帶，該特定的波長帶對應于彩色光譜(例如，紅、綠、和藍)。然后，包含多個微透鏡的微透鏡層160形成在濾色器層150上方。微透鏡將進入的輻射引導和聚焦到器件基板32的特定輻射感應區(qū)域，比如像素40和42。根據(jù)用于微透鏡的材料的折射率和離傳感器的距離，微透鏡可以以各種布置方式進行放置，并且可以具有各種形狀。還可以理解，在形成濾色器層150和微透鏡層160之前，還可以對器件基板32實施可選的激光退火エ藝。另外，接合焊盤170可以形成在接合焊盤區(qū)域56中?？梢酝ㄟ^以下エ藝形成接合 焊盤170 :在接合焊盤區(qū)域56中蝕刻開ロ，并且用導電材料至少部分地填充該開ロ。導電材料可以包括金屬或者金屬化合物，比如AlCu。接合焊盤170電連接到互連結構65，例如連接到導線66之一。通過接合焊盤170，可以在BSI圖像傳感器件30和外部器件之間建立電連接?？梢岳斫?，上述制造エ藝的順序并不g在進行限定。在除本文所示出的實施例之外的其他實施例中，可以根據(jù)不同的エ藝順序來形成一些層或者器件。例如，可以使用相同的制造エ藝來形成接合焊盤170和輻射屏蔽器件130。而且，可以形成ー些其他層，但是為了簡明并未在本文中示出。例如，可以在層110上方和/或輻射屏蔽器件130下面形成一個或者多個介電層。本公開的實施例相比于傳統(tǒng)BSI圖像傳感器提供了多個優(yōu)點，可以理解，其他實施例可以提供不同的優(yōu)點，而沒有哪ー個具體優(yōu)點是所有實施例都具備的。ー個優(yōu)點是，由于層110將張應力傳送給了器件基板32，因此，層110抵消了將要施加到器件基板32的壓應力。換言之，器件基板32更不容易受到壓應カ的影響。利用這種方式，可以減小漏電流，并且可以更加準確地實施輻射強度計算。另ー個優(yōu)點是，層110的形成與現(xiàn)有的BSI圖像傳感器エ藝流程相兼容。可以使用生產線上現(xiàn)有的エ藝處理室形成層110。同時，層110的吸收指數(shù)值和折射率值被調整為處于適當范圍，從而不會干擾輻射方向。圖7A、圖7B、圖7C、和圖7D是示出本公開的實施例相比于傳統(tǒng)BSI圖像傳感器件所提供的改進的圖表，其中，每幅附圖都對應于不同的情況。特別地，圖7A對應于濾色器層形成之前的參考像素暗電流表現(xiàn)；圖7B對應于濾色器層形成之后的參考像素暗電流表現(xiàn)；圖7C對應于濾色器層形成之前的傳感器像素暗電流表現(xiàn)；圖7D對應于濾色器層形成之后的傳感器像素暗電流表現(xiàn)。圖7A示出了兩條標繪曲線200A和21OA，圖7B示出了兩條標繪曲線200B和21OB，圖7C示出了兩條標繪曲線200C和210C，圖7D示出了兩條標繪曲線200D和210D。標繪曲線200A-200D代表根據(jù)本公開的實施例制造的BSI圖像傳感器件的暗電流表現(xiàn)，標繪曲線210A-210D代表了傳統(tǒng)BSI圖像傳感器件的暗電流表現(xiàn)。在每幅附圖中，X軸以電子/秒作為單位度量暗電流(漏電流)，Y軸度量芯片的分布百分比。因此，標繪曲線上給定的點表示出滿足特定暗電流閾值或者處于特定暗電流限值以下的芯片(BSI圖像傳感器件)的分布百分比。
作為ー個實例，參考圖7A中的標繪曲線200A上的點230，該點230的X軸值為X(A)，該點230的Y軸值為大約96%。這意味著，在濾色器形成之前，對于根據(jù)本公開的實施例制造的BSI圖像傳感器件，大約96%的芯片將包括暗電流級別小于或者等于大約X(A)的參考像素。作為另ー個實例，參考圖7B中的標繪曲線210B上的點235，該點235的X軸值為X (B)，該點235的Y軸值為大約90%。這意味著，對于傳統(tǒng)BSI圖像傳感器，在形成濾色器之后，大約90%的芯片將包括暗電流級別小于或者等于X(B)的參考像素。作為又ー個實例，參考圖7D中的標繪曲線200D上的點240，該點240的X軸為大約X (D)，該點240的Y軸值為大約80%。這意味著，對于根據(jù)本公開的實施例制造的BSI圖像傳感器，在濾色器形成之后，大于80%的芯片將包括暗電流級別小于或者等于大約X(D)的傳感器像素。不管涉及每個標繪曲線的具體值，可以看出，標繪曲線200A-200D所具有的暗電流表現(xiàn)比相應附圖中的標繪曲線210A-210D所具有的暗電流表現(xiàn)更好。換言之，不管エ藝 階段處于濾色器層形成階段之前還是之后，也不管是參考像素還是傳感器像素，根據(jù)本公開的實施例制造的BSI圖像傳感器都將具有比傳統(tǒng)的BSI圖像傳感器更好的的暗電流表現(xiàn)。特別地，根據(jù)本公開的實施例制造的BSI圖像傳感器件將比傳統(tǒng)的BSI圖像傳感器具有更高百分比的滿足給定暗電流閾值(無論該閾值是多少)的芯片。本公開的較廣泛形式涉及ー種圖像傳感器件，包括基板，具有正面和背面，背面相對于正面；輻射感應區(qū)域，設置在基板中，輻射感應區(qū)域能夠通過操作檢測出通過背面進入到基板的輻射波；互連結構，設置在基板的正面上方；材料層，設置在基板的背面上方，其中，材料層將張應カ傳送到基板；以及輻射屏蔽器件，設置在材料層的至少一部分的上方。本公開的另ー個較寬泛的形式涉及ー種圖像傳感器件，包括基板，具有正面和背面，背面相對于正面，基板具有像素區(qū)域和外圍區(qū)域；多個輻射感應區(qū)域，設置在基板的像素區(qū)域中，每個輻射感應區(qū)域都能夠通過操作感測出通過背面投射到輻射感應區(qū)域的輻射；參考像素，設置在外圍區(qū)域中；互連結構，連接到基板的正面，互連結構包括多個互連層；壓縮應力的薄膜；形成在基板的背面上方，薄膜使得基板受到張應カ；以及輻射阻擋器件，設置在薄膜上方，并且與參考像素對齊。本公開的又ー個較寬泛的形式涉及ー種制造圖像傳感器件的方法，該方法包括在器件基板上形成輻射檢測器件，其中，器件基板具有正面和背面，背面相對于正面，并且其中，輻射檢測器件能夠通過操作檢測通過背面進入到器件基板的輻射波；在器件基板的正面上方形成互連結構；在器件基板的背面上方形成材料層，其中，材料層將張應カ施加到器件基板；以及在材料層的至少一部分的上方形成輻射屏蔽元件。上面論述了多個實施例的部件，使得本領域普通技術人員可以更好地理解以下的詳細描述。本領域普通技術人員應該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎來設計或修改其他用于執(zhí)行與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現(xiàn)相同優(yōu)點的處理和結構。本領域普通技術人員還應該意識到，這種等效構造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進行多種變化、替換以及改變。
權利要求
1.一種圖像傳感器件，包括 基板，具有正面和背面，所述背面與所述正面相對； 輻射感應區(qū)域，設置在所述基板中，所述輻射感應區(qū)域能夠通過操作檢測出通過所述背面進入到所述基板的輻射波； 互連結構，設置在所述基板的所述正面上方； 材料層，設置在所述基板的所述背面上方，其中，所述材料層將張應カ傳遞到所述基板；以及 輻射屏蔽器件，設置在所述材料層的至少一部分的上方。
2.根據(jù)權利要求I所述的圖像傳感器件，其中所述張應カ處于大約0.01千兆帕斯卡至大約I千兆帕斯卡的范圍內；或者 其中所述材料層包括等離子體增強型氮化硅材料；或者 其中所述材料層所具有的吸收指數(shù)值處于大約0至大約0. 2的范圍內且所述材料層所具有的折射率值處于大約I. 4至大約2. 5的范圍內；或者 所述圖像傳感器件還包括設置在所述材料層和所述基板之間的防反射涂布(ARC)層，和設置在所述材料層上方的鈍化層，其中所述鈍化層和所述ARC層被設置在所述材料層的相對側；或者 所述圖像傳感器件還包括設置在所述材料層和所述基板之間的防反射涂布(ARC)層和設置在所述材料層上方的鈍化層，且所述鈍化層和所述ARC層被設置在所述材料層的相對側，且其中所述材料層所具有的第一折射率值是所述ARC層的第二折射率值的函數(shù)；或者 其中所述圖像傳感器件包括像素區(qū)域和外圍區(qū)域，且所述輻射感應區(qū)域被設置在所述像素區(qū)域中，并且所述輻射屏蔽器件被設置在所述外圍區(qū)域中；或者 所述圖像傳感器件包括像素區(qū)域和外圍區(qū)域且所述輻射感應區(qū)域被設置在所述像素區(qū)域中且所述輻射屏蔽器件被設置在所述外圍區(qū)域中，并且所述圖像傳感器件還包括被設置在所述外圍區(qū)域中的參考像素，其中所述輻射屏蔽器件基本上防止了所述輻射波到達所述參考像素。
3.一種圖像傳感器件，包括 基板，具有正面和背面，所述背面與所述正面相對，所述基板具有像素區(qū)域和外圍區(qū)域； 多個輻射感應區(qū)域，設置在所述基板的所述像素區(qū)域中，每個所述輻射感應區(qū)域都能夠通過操作感測出通過所述背面投射到所述輻射感應區(qū)域的輻射； 參考像素，設置在所述外圍區(qū)域中； 互連結構，與所述基板的所述正面連接，所述互連結構包括多個互連層； 膜，形成在所述基板的所述背面上方，所述膜導致所述基板受到張應カ；以及 輻射阻擋器件，設置在所述膜上方，并且與所述參考像素對齊。
4.根據(jù)權利要求3所述的圖像傳感器件，其中 所述膜所具有的吸收指數(shù)值大約為0， 所述膜所具有的折射率值大約等于所述膜上面的層的折射率值和所述膜下面的層的折射率值的乘積的平方根，并且所述張應カ處于大約0.01千兆帕斯卡至大約I千兆帕斯卡的范圍內；或者其中所述膜所包含的材料選自由等離子體增強型氮化硅、等離子體增強型氧化物、碳化硅、和等離子體增強型氮氧化硅組成的組。
5.一種制造圖像傳感器件的方法，包括 在器件基板中形成輻射檢測器件，其中，所述器件基板具有正面和背面，所述背面與所述正面相対，并且其中，所述輻射檢測器件能夠通過操作檢測通過所述背面進入所述器件基板的輻射波； 在所述器件基板的所述正面上方形成互連結構； 在所述器件基板的所述背面上方形成材料層，其中，所述材料層將張應カ施加到所述器件基板；以及 在所述材料層的至少一部分的上方形成輻射屏蔽元件。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中實施形成所述材料層的步驟，使得所述張應カ處于大約0. 01千兆帕斯卡至大約I千兆帕斯卡的范圍內；或者 其中實施形成所述材料層的步驟，使得所述材料層包括等離子體增強型氮化硅材料；或者其中實施形成所述材料層的步驟，使得所述材料層所具有的吸收指數(shù)值在大約0至大約0. 2的范圍內，且所述材料層所具有的折射率值在大約I. 4至大約2. 5的范圍內；或者所述的方法還包括將載體基板接合到所述器件基板，且從所述背面減薄所述器件基板。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，還包括 在形成所述材料層之前，在所述器件基板的所述背面上方形成防反射涂布(ARC)層；以及 在形成所述材料層之后，在所述材料層上方形成鈍化層。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其中實施形成所述材料層的步驟，使得所述材料層所具有的第一折射率值是所述ARC層的第二折射率值的函數(shù)。
9.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中 所述圖像傳感器件包括像素區(qū)域和外圍區(qū)域； 實施形成所述輻射檢測器件的步驟，使得所述輻射檢測器件形成在所述像素區(qū)域中；以及 實施形成所述輻射屏蔽元件的步驟，使得所述輻射屏蔽元件形成在所述外圍區(qū)域中。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，還包括 在所述外圍區(qū)域中形成參考像素，其中，實施形成所述輻射屏蔽元件的步驟，使得所述輻射屏蔽元件基本上防止了所述輻射波到達所述參考像素。
全文摘要
提供了一種圖像傳感器件。該圖像傳感器件包括具有正面和背面的基板，該背面相對于正面。該基板具有像素區(qū)域和外圍區(qū)域。該圖像傳感器件包括設置在基板的像素區(qū)域中的多個輻射感應區(qū)域。每個輻射感應區(qū)域都能夠通過操作感測出通過背面投射到輻射感應區(qū)域的輻射。該圖像傳感器件包括設置在外圍區(qū)域中的參考像素。該圖像傳感器件包括連接到基板的正面的互連結構。該互連結構包括多個互連層。該圖像傳感器件包括形成在基板的背面上方的薄膜。該薄膜使得基板受到張應力。該圖像傳感器件包括設置在薄膜上方的輻射阻擋器件。本發(fā)明還提供了一種帶有經(jīng)過改進的應力免疫的背面照明圖像傳感器。
文檔編號H01L31/0352GK102769021SQ201110241590
公開日2012年11月7日 申請日期2011年8月17日 優(yōu)先權日2011年5月2日
發(fā)明者劉人誠, 周耕宇, 莊俊杰, 楊敦年, 王文德, 陳保同, 高敏峰 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司