固态成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及成像装置，特别涉及具有薄化尺寸的固态成像装置。
【背景技术】
[0002]图像传感器已经广泛地在各种图像拍摄设备中使用，例如摄影机、数字相机等设备，一般而言，固态成像装置例如电荷稱合元件(charge coupled device ;CCD)传感器或互补式金属氧化半导体(complementary metal oxide semiconductor ；CM0S)传感器，皆具有将光线转换成电荷的光电转换器例如光电二极管(photod1des)，这些光电二极管形成在半导体基底例如硅晶片上，并且通过CCD型或CMOS型的读取电路得到在光电二极管中产生的光电子所对应的信号电荷。
[0003]固态成像装置可依据光线入射至光接收单元的方向大致分为两个种类，一种是前照式(front-side illuminated ；FSI)成像装置,其接收入射至半导体基底正面上的光线，在半导体基底的正面上具有导线层；另一种是背照式(back-side illuminated ；BSI)成像装置，其接收入射至半导体基底背面上的光线，在半导体基底的背面上无导线层。
[0004]这些前照式(FSI)与背照式(BSI)成像装置通常具有遮光层，遮光层用于阻挡像素之间的光线，以改善成像装置的灵敏度并避免混色发生。参阅第I图，其显示成像装置10的剖面示意图，成像装置10包含半导体基底11，半导体基底11具有光电二极管(未绘出)形成于其中，遮光层13形成在半导体基底11上，并且在半导体基底11上还形成绝缘层15覆盖遮光层13，此外，成像装置10还包含彩色滤光层17和微透镜19形成于绝缘层15之上。
[0005]在成像装置10中，于彩色滤光层17与半导体基底11之间设置遮光层13和绝缘层15，因此，成像装置10的总厚度无法降低。除此之外，在背照式(BSI)成像装置中，入射光线并不会穿过位于半导体基底11正面上的导电层，而是从半导体基底11背面的方向抵达位于半导体基底11中的光电二极管，由于在背照式(BSI)成像装置中入射光线的光穿透路径较短，因此，相较于前照式(FSI)成像装置，在背照式(BSI)成像装置的相邻像素之间更容易发生光学串音干扰(cross-talk)问题。
【发明内容】
[0006]依据本公开的实施例，可通过将遮光膜与彩色滤光层设置在相同平面上，而降低固态成像装置的总厚度。此外，依据本公开的实施例，经由遮光膜的设置方式，以及提供低折射率的缓冲层填充在相邻彩色滤光部件之间的空间内，并且缓冲层设置于遮光膜上方，其中缓冲层的折射率低于彩色滤光层的折射率，如此可克服固态成像装置的相邻像素之间的光学串音干扰问题。
[0007]在一些实施例中，提供固态成像装置，此固态成像装置包含:基底，其含有第一光电转换兀件和第二光电转换兀件形成于基底中；彩色滤光层，其具有第一彩色滤光部件设置于第一光电转换元件之上，以及第二彩色滤光部件设置于第二光电转换元件之上；遮光分隔物，设置于第一彩色滤光部件与第二彩色滤光部件之间，遮光分隔物的高度低于第一和第二彩色滤光部件的高度；缓冲层，设置于第一彩色滤光部件与第二彩色滤光部件之间，并且位于遮光分隔物上方，此缓冲层的折射率低于彩色滤光层的折射率；以及微透镜结构，设置于彩色滤光层之上。
[0008]在一些实施例中，提供固态成像装置，此固态成像装置包含:基底，其含有第一、第二和第三光电转换兀件形成于基底中；彩色滤光层，其具有第一、第二和第三彩色滤光部件分别设置于第一、第二和第三光电转换元件之上；第一遮光分隔物设置于第一与第二彩色滤光部件之间，第二遮光分隔物设置于第二与第三彩色滤光部件之间，第一和第二遮光分隔物的高度低于彩色滤光层的高度；以及微透镜结构，设置于彩色滤光层之上，其中第二彩色滤光部件完全地覆盖第一和第二遮光分隔物，并且第二彩色滤光部件的折射率高于微透镜结构的折射率。
[0009]在一些实施例中，提供固态成像装置的制造方法，此方法包含:提供基底，其具有多个像素，每一个像素具有一个光电转换元件形成于其中；形成遮光膜于基底之上，遮光膜具有多个孔洞，每一个孔洞各自对应于一个像素；形成彩色滤光层，具有多个彩色滤光部件各自填充于每一个像素中遮光膜的个别孔洞内，并且遮光膜的高度低于彩色滤光层的高度；在相邻的这些彩色滤光部件之间形成缓冲层，并且缓冲层形成于遮光膜上方，此缓冲层的折射率低于彩色滤光层的折射率；以及在彩色滤光层之上形成微透镜结构。
[0010]在一些实施例中，提供固态成像装置的制造方法，此方法包含:提供基底，其具有多个像素，每一个像素具有一个光电转换元件形成于其中；于基底之上形成遮光膜，遮光膜具有多个孔洞，每一个孔洞各自对应于一个像素；形成彩色滤光层，其具有第一、第二和第三彩色滤光部件分别填充在位于每一个像素中遮光膜的个别孔洞内，其中第二彩色滤光部件完全地覆盖遮光膜，并且遮光膜的高度低于彩色滤光层的高度；以及形成微透镜结构于彩色滤光层之上，其中第二彩色滤光部件的折射率高于微透镜结构的折射率。
【附图说明】
[0011]为了让本公开的各种实施例的目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合所附附图作详细说明如下:
[0012]图1显示成像装置的局部剖面示意图；
[0013]图2、图4、图6、图8、图10、图12和图14显示依据本公开的一些实施例，固态成像装置的局部剖面示意图；以及
[0014]图3A-3E、图 5A-5D、图 7A-7B、图 9A-9B、图 11A-11B、图 13A-13B 和图 15A-15B 显示依据本公开的一些实施例，制造固态成像装置的工艺的各阶段的局部剖面示意图。
[0015]其中，附图标记说明如下:
[0016]10?成像装置；
[0017]11?半导体基底；
[0018]13?遮光层；
[0019]15?绝缘层；
[0020]17?彩色滤光层；
[0021]19?微透镜；
[0022]100?固态成像装置；
[0023]101 ?基底；
[0024]1lA?基底的正面；
[0025]1lB?基底的背面；
[0026]102?入射光线；
[0027]103A、103B、103C?光电转换元件；
[0028]105?高介电常数膜；
[0029]107?第一护层；
[0030]109?遮光膜；
[0031]109P?遮光分隔物；
[0032]110、112 ?孔洞；
[0033]111?第二护层；
[0034]113?彩色滤光层；
[0035]113R、113G、113B?彩色滤光部件；
[0036]114?低折射率材料层；
[0037]115?缓冲层；
[0038]116?微透镜材料层；
[0039]117?微透镜结构；
[0040]117ML?微透镜元件；
[0041]118?微透镜元件的上方部分；
[0042]119?突起物；
[0043]120、130?图案化步骤。
【具体实施方式】
[0044]参阅图2，其显示依据本公开的一些实施例，固态成像装置100的局部剖面示意图，固态成像装置100可由互补式金属氧化半导体(CMOS)图像传感器或电荷耦合元件(CXD)图像传感器形成，固态成像装置100包含基底101，例如为半导体基底，其具有正面1lA和背面101B，半导体基底可以是晶圆或晶片。固态成像装置100包含多个光电转换元件形成在基底101中，光电转换元件例如为光电二极管103A、103B和103C，每一个光电二极管103A-103C各自设置在固态成像装置100的一个像素中，并且这些光电二极管互相隔离，虽然图2中仅显示出三个像素，然而实际上固态成像装置100具有数百万或更多的像素。
[0045]在一些实施例中，光电二极管103AU03B和103C形成在基底101的背面1lB上，而固态成像装置100所需的各种导线和电子电路的导线层(未绘出)则形成在基底101的正面1lA上。入射光线102照射在基底101的背面1lB上，并且被光电二极管103AU03B和103C接收，因此，固态成像装置100也称为背照式(BSI)成像装置。在一些其他实施例中，固态成像装置100可以是前照式(FSI)成像装置，入射光线照射在基底101的正面1lA上，穿透过导线层并且被光电二极管接收，因为入射光线穿透过前照式(FSI)成像装置抵达光电二极管的路径比背照式(BSI)成像装置更远，因此前照式(FSI)成像装置的光学串音干扰(cross-talk)效应比背照式(BSI)成像装置小。
[0046]再参阅图2，高介电常数(high-k)膜105形成在基底101的背面1lB上，并覆盖光电二极管103AU03B和103C。高介电常数膜105的材料包含氧化铪(Hf02)、氧化铪钽(HfTaO)、氧化铪钛(HfT1)、氧化铪锆(HfZrO)或其他合适的高介电常数的介电材料，高介电常数膜105具有高的折射率和光吸收能力，可通过沉积工艺形成高介电常数膜105。
[0047]第一护层(first passivat