图像感测装置及其制造方法

专利名称：图像感测装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置，特别涉及一种图像感测装置。
背景技术：
半导体图像感测装置用于感测例如光的辐射线。互补式金属氧化物半导体晶体管 (CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合元件(CCD)传感器广泛地使用于例如数码摄像机或移 动电话的摄像机元件等不同方面的应用。上述元件使用基板中的像素矩阵，其包括光二极 管和晶体管，上述光二极管和晶体管可以吸收朝基板投射的辐射线，且将感测的辐射线转 换为电子信号。然而，当图像传感器中的一像素吸收到预期朝向另一像素投射的光时，图像 传感器会产生干扰信号。这种干扰信号可视为光学串扰(optical cross-talk)，光学串扰 会使图像传感器的性能变差。另外，图像传感器可包括位于周边区中的元件，上述元件需保 持光学上的黑暗(optically dark)。当位于周边区中的上述元件暴露在光中时，也会使其 性能变差且会产生干扰信号。就背照式图像传感器(BSIimage sensor)而言，前述问题会 特别明显。因此，公知图像传感器的制造方法已可以满足一般需求，但却不能完全满足各方 面的需求。

发明内容
为解决前述问题，本发明的一实施例提供一种图像感测装置的制造方法，包括提 供一装置基板，其具有一前侧和一后侧；于上述装置基板中形成一第一辐射线感测区和一 第二辐射线感测区，上述第一辐射线感测区和上述第二辐射线感测区以一隔绝结构隔开； 于上述装置基板的上述后侧上方形成一透明层；于上述透明层中形成一开口，上述开口对 准上述隔绝结构；利用一不透明材料填入上述开口。本发明的另一实施例提供一种图像感测装置的制造方法，包括提供一装置基板， 其具有一前侧和一后侧；于上述装置基板中形成一辐射线感测区；于上述装置基板的上述 后侧上方形成一透明层；图案化上述透明层，以形成一透明物和邻接于上述透明物的一开 口，上述透明物对准上述辐射线感测区，且上述开口对准上述隔绝结构；利用一不透明材料 填入上述开口。本发明的又一实施例提供一种图像感测装置，包括一装置基板，其具有一前侧和 一后侧；一辐射线感测区，形成于上述装置基板中；一透明物，形成于上述装置基板的上述 后侧的上方，上述透明物对准上述辐射线感测区；一不透明物，形成于上述装置基板的上述 后侧的上方，且邻接于上述透明物，其中上述透明物的一表面和上述不透明物的一表面共 平面，且其中上述辐射线感测区、上述透明物和上述不透明物形成于上述图像感测装置的 一像素区中，上述图像感测装置更包括一周边区和一接合垫区。本发明可以降低图像感测装置中的光学串扰，提高图像感测装置的性能。以下以各实施例详细说明并伴随着


的范例，做为本发明的参考依据。

图1为本发明实施例的图像感测装置的制造方法的工艺流程图。图第2至图13为依据图1的本发明实施例的图像感测装置的制造方法的不同工 艺步骤的剖面图。主要附图标记说明11 方法；13、15、17、19、21、23、25、27、29 方块；30、270 图像感测装置；32 装置基板；34 前侧；36 后侧；38 起始厚度；40、42 像素；43、43A 光；44、45、50、51、63、64、130、133、135、136、138、139、160、163、168、183、185、245、 285,290 宽度；46 离子注入工艺；47、49 隔绝结构；52 像素区；54 周边区；56 接合垫区；59 切割道区；60、61 元件；65 内连线结构；66 导线；68 介层孔/接触孔；70 阻障层；75 承载基板；80 薄化工艺；85、105 厚度；90、100、250、260 透明层；95 底层抗反射层；100A、100B、100C、100D、100E、100F 透明物；107、107A、107B、107C 抗反射层；110、140 光刻工艺；115、120、125、126、145、150、153、156、145A、150A、153A、156A、255 开口 ；175 透明材料；275、280 光致抗蚀剂掩模；190 不透明材料；
190A、190B、190C、190D、295、300 不透明物；200 化学机械研磨工艺；215、220、225、226、230、235、240 表面；260A 残留透明层；265 导电层；265A 接合垫
具体实施例方式以下以各实施例详细说明并伴随着

的范例，做为本发明的参考依据。在 附图或说明书描述中，相似或相同的部分皆使用相同的附图标记。且在附图中，实施例的 形状或是厚度可扩大，并以简化或是方便标示。并且，附图中各元件的部分将以分别描述 说明，值得注意的是，图中未绘示或描述的元件，为所属技术领域中普通技术人员所知的形 式，另外，特定的实施例仅为揭示本发明使用的特定方式，其并非用以限定本发明。 图1为本发明实施例的制造一背照式图像感测装置(BSI image sensor device)的方法11的工艺流程图，上述背照式图像感测装置可降低光学串扰(optical cross-talk)。请参考图1，方法11起始于方块13，方块13描述提供一装置基板，其具有一 前侧和一后侧。接着，方法11的方块15描述于装置基板中形成一第一辐射线感测区和一第 二辐射线感测区，上述第一辐射线感测区和上述第二辐射线感测区以一隔绝结构隔开。接 着，方法11的方块17描述将一承载基板接合至上述装置基板的前侧。接着，方法11的方 块19描述于上述装置基板的后侧上方形成一透明层。接着，方法11的方块21描述于上述 透明层中形成一开口，上述开口对准上述隔绝结构。接着，方法11的方块23描述利用一不 透明材料填入上述开口。接着，方法11的方块25描述对上述不透明材料进行一化学机械 研磨工艺，以形成一不透明物，上述不透明物具有实质上与上述透明层的表面共平面的一 表面。接着，方法11的方块27描述于上述图像感测装置的一接合垫区域中形成一另一开 口，上述另一开口延伸穿过上述装置基板且暴露出一内连线结构。接着，方法11的方块29 描述于上述另一开口中形成一接合垫，上述接合垫部分填入上述开口且耦接上述内连线结 构。图2至图11为依据图1的本发明实施例的背照式图像感测装置30的制造方法 11的不同工艺步骤的剖面图。图像感测装置30可包括一像素阵列或像素格栅(grid)，上 述像素阵列或像素格栅用来感测或记录直接朝向图像感测装置30 —后侧的辐射线(例如 光)的强度。图像感测装置30可包括一电荷耦合元件(CCD)、互补式金属氧化物半导体晶 体管(CMOS)图像传感器(CIS)、有源像素传感器(APS)或无源像素传感器。图像感测装置 30可更包括额外的电路或输入/输出连接，其邻接于像素格栅以提供像素的操作环境且支 援像素对外部的连接。可以了解的是，图2至图11的实施例的形状或是厚度可扩大，并以 简化或是方便标示。请参考图2，图像感测装置30包括一装置基板32。装置基板32可为掺杂例如硼 (以P型基板为例)的P型掺质的一硅基板。在其他实施例中，装置基板32可为另一适当 的半导体材料。举例来说，装置基板32可为掺杂例如磷(以n型基板为例)的n型掺质的 一硅基板。装置基板32可包括例如锗或金刚石的其他元素半导体。装置基板32可选择性地包括一化合物半导体及/或一合金半导体。另外，装置基板32可包括一外延层(印i layer)，为了增强基板的性能，装置基板32可为受应力的外延层，且装置基板32可包括一 绝缘层上覆硅(S0I)结构。请参考图2，装置基板32具有一前侧34和一后侧36。装置基 板32也具有一初始厚度38，其值介于100 y m至3000 y m之间。在本实施例中，初始厚度 38 约为 750 u mo例如像素40和42的辐射线感测区形成于装置基板32中。可操作像素40和42以 感测例如入射光43 (之后称为光43)的辐射线，光43朝装置基板32的后侧36投射。在本 实施例中，像素40和42可分别包括光电二极管(photodiode)。在其他实施例中，像素40 和42可分别包括针状光电二极管(pinned layer photodiode)、光栅极(photogate)、重设 晶体管(reset transistor)、源极追随晶体管(source follower transistor)或转换晶 体管(transfer transistor)。像素40和42各别具有宽度44和45。宽度44和45的范 围约从0. 5iim至7.0iim。在本实施例中，宽度44和45约为1. 1 y m。在一实施例中，宽度 44和45可彼此相等或彼此不相等，且可不等于1. 1 y m。另外，宽度44和45可彼此不同， 以具有不同的接面深度、厚度等等。为了简化起见，图2中仅显示像素40和42，但可以了解 的是，可于装置基板32中形成任意数目的辐射线感测区。请参考图2，可利用对装置基板 32进行一离子注入工艺46的方式形成像素40和42。上述离子注入工艺46可包括以例如 硼的P型掺质掺杂装置基板32。在另一实施例中，上述离子注入工艺46可包括以例如磷或 砷的n型掺质掺杂装置基板32。请再参考图2，装置基板32可包括隔绝结构，举例来说，隔绝结构47和49，以提供 像素40和42之间的电性和光学隔绝。隔绝结构47和49可包括浅沟槽隔绝物(STI)，其材 质可包括例如氧化硅或氮化硅的介电材料。在其他实施例中，隔绝结构47和49可包括例 如重掺杂n型区(heavily doped n-type region)的掺杂隔绝物。上述隔绝结构47和49 分别具有宽度50和51。宽度50和51的范围约从0.05 iim至3. Oil m。在本实施例中，宽 度50和51可约为0. 1 ii m，其值分别小于像素40和42的宽度44和45。本发明实施例的图像感测装置30的性能部分与像素40和42吸收的辐射线的数 量有关。宽度较大的像素具有较佳的辐射线吸收能力。同时，图像感测装置30的总宽度 (或尺寸)典型依设计需求而定，且图像感测装置30的总宽度主要为像素和隔绝结构宽度 的总和。因此，需要降低或缩小隔绝结构(例如隔绝结构47和49)的宽度且同时增加像素 (例如像素40和42)的宽度，使固定宽度的图像感测装置30具有较宽的辐射线感测区，以 具有较佳的性能。因此，相比于像素40和42各别的宽度44和45，隔绝结构47和49分别 具有较小的宽度50和51。为了简单说明起见，图2仅显示两个隔绝结构47和49，但可以了解的是，在图像感 测装置30中可使用任意数目的隔绝结构，以便可以适当的隔绝例如像素40和42的辐射线 感测区。可以了解的是，在本实施例中，辐射线感测区和隔绝结构的特定的宽度值仅做为举 例，而辐射线感测区和隔绝结构的宽度可依据图像感测装置30的设计和应用需求而具有 其他数值。请再参考图2，像素40和42和隔绝结构47和49于图像感测装置30的视为像素 区52的区域中形成。图像感测装置30也包括一周边区54、一接合区56和一切割道区59。 图2中的虚线标示出介于像素区52、周边区54、接合区56和切割道区59的边界。周边区54包括需要保持光学上的黑暗的元件60和61。举例来说，在本实施例中的元件60可为例 如特殊应用集成电路(ASIC)元件或系统单晶片(S0C)元件的数码元件。元件61可为用来 建立图像感测装置30的光强度基准的参考像素(reference pixel)。当元件60和61暴 露在光43中时，元件60和61的性能可能会变差及/或可能会产生干扰信号(noise)。举 例来说，如果元件60为暴露在光(例如光43)中的数码元件时，由于光电效应，光中的光子 会激发位于元件60的有源区(active region)(例如源极和汲极区)中的电子。电子会产 生降低元件性能60的干扰信号或漏电流。因此，需要保持周边区54的元件60和61上方 部分的光学上的黑暗。后续会描述应用于使周边区54部分保持光学上黑暗的方法和结构。 请再参考图2，元件60的宽度63的范围约从1 y m至1000 u m,而元件61的宽度64的范围 约从0. 5 ii m至1000 u m。上述宽度的范围仅为举例，然而，在其他实施例中，宽度63和64 可具有不同的范围。请再参考图2，接合区56可包括具有于后续工艺步骤中形成的一或多个的图像感 测装置30的接合垫(图未显示)的区域，因而可以建立图像感测装置30与外部元件的电 性连结。切割道区59可包括用来隔开一半导体晶片(举例来说，包括接合区56、周边区54 和像素区52的半导体晶片)与一相邻半导体晶片(图未显示)的区域。在晶片尚未封装 及焊接为集成电路晶片时，可于后续工艺中经由切开切割道区59，以分开相邻的晶片。可以 上述方式切开切割道区59而不损伤每一个晶片中的半导体元件。可以了解的是，上述像素 区52、周边区54、接合区56和切割道区59垂直延伸至装置基板32的上方和下方。请参考图3，于装置基板32的前侧34的上方形成一内连线结构65。内连线结构 65可包括多个图案化介电层和导电层，上述图案化介电层和导电层可提供介于图像感测装 置30的不同掺杂物、电路和输入/输出之间的内连线(例如导线)。内连线结构65可包括 一层间介电层(ILD)和一多层内连线(multilayer interconnect,MLI)结构。上述多层内 连线结构可包括接触孔、介层孔和金属导线。为了显示起见，图3显示多个导线66和介层 孔/接触孔68。可以了解的是，显示的导线66和介层孔/接触孔68仅用于举例，而导线 66和介层孔/接触孔68的实际位置和配置可依据设计需要而变化。上述多层内连线结构可包括例如铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、多晶硅、金属 硅化物或其组合的导电金属，其可视为铝内连线结构。可利用包括物理气相沉积(PVD)(或 溅镀)、化学气相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或其组合的工艺形成铝内连线结构。形成 铝内连线结构的其他工艺可包括进行光刻和蚀刻工艺以图案化导电金属为垂直连线结构 (例如介层孔/接触孔68)或水平连线结构(例如导线66)。在其他实施例中，可使用铜多 层内连线结构以形成金属图案。上述铜多层内连线结构可包括铜、铜合金、钛、氮化钛、钽、 氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物或其组合。可利用包括化学气相沉积(CVD)、溅镀、电镀或其 他适合工艺等工艺形成上述铜多层内连线结构。请再参考图3，于内连线结构65上形成一阻障层70。在本实施例中，阻障层70可 包括例如氧化硅的介电材料。在其他实施例中，阻障层70可选择性地包括氮化硅。利用化 学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或其他适合工艺形成阻障层70。可利用化学机械 研磨(CMP)工艺平坦化阻障层70以形成一平滑表面。因此，可通过阻障层70将一承载基 板75与装置基板32接合，使位于装置基板32的背侧36的工艺可以进行。在本实施例中 的承载基板75可类似于装置基板32，且可包括硅材料。在其他实施例中，承载基板75可包括一玻璃基板或其他适合的材料。可利用分子力(molecular force)将承载基板75与装 置基板32接合，上述分子力接合工艺为公知的直接接合或光学融合接合(optical fusion bonding)工艺。或可利用例如金属扩散接合(metal diffusion bonding)或阳极接合 (anodic bonding)的其他接合工艺将承载基板75与装置基板32接合。请再参考图3，阻 障层70提供装置基板32和承载基板75之间的电性隔绝。承载基板75保护形成于装置基 板32的前侧34上的不同元件，举例来说，像素40和42。承载基板75也可对如后所述的对 装置基板32的后侧36进行的工艺提供机械强度和支撑。进行接合工艺之后，可选择性地对装置基板32和承载基板75退火以增加接合强 度。请再参考图3，可从后侧36进行一薄化工艺80以薄化装置基板32。薄化工艺80可包 括一机械研磨工艺和一化学薄化工艺。首先，在机械研磨工艺期间，可从装置基板32移除 大量的基板材料。之后，可进行化学薄化工艺，以对装置基板32的后侧36进行化学蚀刻， 以更进一步薄化装置基板32至厚度85。在本实施例中，厚度85约小于5 iim。可以了解的 是，本实施例中的厚度85仅用于举例，可依据应用类型和设计需要而具有其他的厚度。请参考图4，可利用例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积 (ALD)或其组合的常用的适当工艺，选择性地于装置基板32的后侧36上方形成一透明层 90。透明层90可包括氧化硅。然后，可利用例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、 原子层沉积(ALD)或其组合的常用的适当工艺，选择性地于透明层90上方形成一底层抗反 射层(BARC)95。之后，于底层抗反射层(BARC)95上方形成一透明层100。透明层100可包 括氧化硅，可利用例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或其组 合的常用的适当工艺形成透明层100。透明层100也具有一厚度105，在本实施例中，厚度 105的范围约从500A至5000A。在其他实施例中，透明层100可包括其他适当的透明材料， 且其厚度105可具有不同的数值。请再参考图4，可利用例如化学气相沉积(CVD)、物理气 相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或其组合的常用的适当工艺，选择性地于透明层100上方 形成一抗反射层(ARC) 107。抗反射层(ARC) 107可包括氮氧化硅，且其厚度范围约从300A 至500A。抗反射层(ARC) 107可帮助降低后续光刻工艺的光反射。接着，图案化透明层100以形成开口。图5显示依据本发明实施例，于透明层100 中形成开口。请参考图5，对抗反射层(ARC) 107和其下的透明层100进行一光刻工艺110。 光刻工艺110可包括于抗反射层(ARC) 107和其下的透明层100上形成一光致抗蚀剂层 (图未显示)，且进行光罩、曝光、烘干和浸润工艺以形成一图案化光致抗蚀剂掩模(图未显 示)。于另一蚀刻工艺中，图案化光致抗蚀剂掩模保护抗反射层(ARC) 107和其下的透明层 100，以形成开口 115、120、125和126。上述开口 115、120、125和126分别完全垂直地延伸 穿过抗反射层(ARC) 107和透明层100。可以了解的是，于形成开口 115、120、125和126之 后，剥除上述光致抗蚀剂掩模。请再参考图5，开口 115、120、125和126分别具有宽度130、133、135和136。开口 115和120分别对准隔绝结构47和49，且开口 115和120的宽度130和133分别与宽度50 和51大致相等。图2所述的宽度50和51大致等于0.1 iim。因此，宽度130和133大致 等于0. lym，此一较小尺寸会促使光刻工艺110接近其极限值。举例来说，为了形成小于 0. lym的开口 115和120，用于光刻工艺110的工具需要较高的精确度且其成本较高。举 例来说，可能需要相当昂贵的193nm光刻工具来形成开口 115和120。开口 125和126分别
9对准元件60和61，且开口 125和126的宽度135和136分别大于或等于元件60和61的宽 度63和64。请再参考图5，进行过光刻工艺110之后残留的部分透明层100可视为透明物 100A、100B禾口 100C (类似地，抗反射层107分为107A、107B禾口 107C)。透明物100A禾口 100B 分别具有宽度138和139。在图5所示的实施例中，透明物100A和100B分别对准像素40 和42，且透明物100A和100B的宽度138和139分别等于像素40和42的宽度44和45。 在本实施例中，图2所述的宽度44和45大致等于1. liim。因此，宽度138和139大致等 于1. 1 y m。为了简单化和清楚化起见，图5并未显示内连线结构65中的导线66和介层孔 /接触孔68。图6和7显示依据本发明另一实施例，于透明层100中形成开口。请参考图6，对 抗反射层(ARC) 107和其下的透明层100进行一光刻工艺140。光刻工艺140包括的工艺步 骤类似于光刻工艺110的工艺步骤，且图案化一光致抗蚀剂掩模(图未显示)。然后，使用 图案化的光致抗蚀剂掩模图案化抗反射层107和透明层100，以形成开口 145、150、153和 156。上述开口 145、150、153和156分别完全垂直地延伸穿过抗反射层(ARC) 107和透明层 100。开口 145和150分别具有宽度160和163。开口 145和150分别对准隔绝结构47和 49，但开口 145和150的宽度160和163分别大于宽度50和51。在图6所示的实施例中， 宽度160和163大致等于0. 16um0为了形成宽度大致等于0. 16iim的开口 145和150，用 于进行光刻工艺140的工具的精确度不需像用于光刻工艺110的工具一样高且其价格较不 昂贵。举例来说，在光刻工艺140中，可使用248nm光刻工具(较193nm光刻工具便宜)，以 形成开口 145和150。请再参考图6，进行过光刻工艺140之后残留的部分透明层100可视为透明物 100DU00E和100F。透明物100D对准像素40且具有宽度168，但透明物100D的宽度168 小于像素402的宽度44。在图6所示的实施例中，宽度168大致等于1.04i!m。须注意的 是形成于周边区54的开口 153和156对准元件60和61，但开口 153和156的宽度大于元 件60和61的宽度。请参考图7，顺应性地于透明物100D、100E和100F上形成一透明材料175，且部 分填入开口 145、150、153和156。透明材料175可包括氧化硅，可利用例如化学气相沉积 (CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或其组合的常用的沉积工艺形成透明材料 175。透明材料175具有一厚度178，在图7所示的实施例中，厚度178大致等于0. 03 y m。 因此，开口 145、150、153和156会分别缩小成为较小的开口 145A、150A、153A和156A。开口 145A和150A分别具有宽度183和185。在图7所示的实施例中，宽度183和185大致等于 0. lum(0. 16 u m-0. 03 u m-0. 03 ii m = 0. 1 ii m)。图 5 所述的开口 115 禾口 120 的宽度 130 和 133大致等于0. liim，其实质上等于开口 145A和150A的宽度183和185。因此，在图6和 7所示的另一实施例揭示形成较小的开口的方法，其宽度(或尺寸)依据设计需要而定，但 并非被工艺容许度和成本考虑限制。相比于图5所示的实施例，图6和7所示的实施例可 使用具有较差精确度的较便宜的光刻工具且合并一额外的沉积工艺，以形成开口尺寸实质 上与图5所示的开口尺寸相等的开口。可以了解的是，在继续进行图像感测装置30的工艺 之前，可利用常用的剥除或灰化工艺移除光致抗蚀剂掩模。注意如图7所示的实施例，元件60和61各别的宽度63和64需够大以便可以使
10用较便宜的光刻工具(例如248nm光刻工具)形成开口 125和126。因此，不需要于周边 区54中形成透明材料以缩小开口 125和126。然而，可以了解的是，在一实施例中，元件60 和61各别的宽度63和64太小而不能使用较便宜的光刻工具(例如248nm光刻工具)形 成时，则不需要形成光致抗蚀剂掩模来保护周边区54，且可于周边区54中形成透明材料以 缩小开口 125和126至想要的宽度(或尺寸)。为了简单化和清楚化起见，图6和7并未显 示内连线结构65中的导线66和介层孔/接触孔68。在利用图5所示的实施例或图6和7所示的另一实施例所述的方式，于透明层100 中形成开口之后，于图8中继续进行图像感测装置30的工艺。请参考图8，于开口 115、120、 125和126中形成一不透明材料190，且位于部分抗反射层(ARC) 107A至107C上。不透明 材料190可包括例如铝、铜、铝铜、钛、钽、氮化钛、氮化钽、钨或其合金的金属。可利用物理 气相沉积(PVD)(或溅镀)、化学气相沉积(CVD)或其组合的常用沉积工艺形成。在其他实 施例中，可利用其他适当的工艺形成不透明材料190，且不透明材料190可包括除了金属的 不透明物。请参考图9，对不透明材料190进行一化学机械研磨(CMP)工艺200。化学机械研 磨工艺200移除部分不透明材料和部分抗反射层107A至107C。当完成化学机械研磨工艺 200时，残留的部分不透明材料190形成为不透明物190A、190B、190C和190D，且分别填入 开口 115、120、125和126中。如图9所示，不透明物190A邻接于透明物100A，而不透明物 190B邻接于透明物100A和lOOBo不透明物190A、190B、190C和190D各别的表面215、220、 225和226实质上与透明物100A、100B和100C的各别表面230、235和240共平面。不透明 物190A和190B分别实质上对准隔绝结构47和49。不透明物190C和190D分别实质上对 准位于周边区54中的元件60和61。不透明物190A和190B可降低光学串扰(optical cross-talk)。举例来说，虽然 光43A预期为像素42接收和吸收，但由于例如反射、折射或光43A与接收光43A的图像感 测装置30之间有夹角等原因，光43A会朝像素40传导。如果没有不透明物190B，光43A会 穿过透明层100且会被像素40吸收。被像素40吸收的光43A会由于光电效应激发出像素 40中的电子且产生电流。然而，由于光43A并无预期为像素40接收，所以产生的电流会视 为干扰信号，其可视为光学串扰。在图9所示的实施例中，光43A会被不透明物190B阻挡 而会反射回来，使光43A会继续朝预期的像素42传导。就其本身而言，可以降低图像感测 装置30中的光学串扰。不透明物190C和190D可以增强元件60和61的性能，且可降低元件60和61产 生的干扰信号。由于当元件60和61暴露在光43中时，元件60和61 (可为特殊应用集成 电路(ASIC)元件或参考像素(reference pixel))的性能可能会变差及/或可能会产生干 扰信号(noise)，图2所述的位于元件60和61上方的部分周边区54需保持光学上的黑暗。 在图9所示的实施例中，不透明物190C和190D各别阻挡其下的元件60和61不受光43的 影响，因此可达到元件60和61的光学上黑暗的要求。因此，可降低元件60和61产生的干 扰信号，且可增强元件60和61的性能。可以了解的是，在另一实施例中，为了取代不透明 物190C和190D的形成方式，可形成单一不透明物以遮蔽元件60和61不受光43的影响。 举例来说，单一不透明物可大到足以实质上覆盖整个周边区54。然而，如果周边区54的宽 度245够大的话，在另一实施例中形成的单一不透明物的内部会存在应力，例如为金属应力(metal stress) 0本发明实施例可通过形成两个分开且具有较小宽度的不透明物190C 和190D以减轻潜在的应力问题。不过，在另一实施例中，当周边区54的宽度245不会大到 产生例如金属应力的问题时，可以使用单一不透明物。请参考图10，可于不透明物190A、190B、190C和190D以及透明物100A、100B和 100C的上方形成一透明层250。透明层250可包括氧化硅，且可利用例如化学气相沉积 (CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或其组合的常用的适当工艺形成透明层 250。因此，可通过不同的蚀刻工艺移除接合垫区56内部的部分材料，以形成一开口 255，开 口 255暴露出位于接合垫区56内部的内连线结构65的最上方的导线66。可于透明层250 上方形成一透明层260，且部分填入开口 255。透明层260可包括氧化硅，且可利用例如化 学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或其组合的常用的适当工艺形 成透明层260。之后，可利用例如湿蚀刻或干蚀刻的常用的蚀刻工艺，移除位于接合垫区56 内部的导线66上方的部分透明层260。然后，于透明层260和导线66上方形成一导电层 265。导电层265可包括例如铝、铜、铝铜、钛、钽、氮化钛、氮化钽、钨或其合金的金属材料， 且可利用例如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或其组合的常 用的适当工艺形成导电层265。如图10所示，导电层265接触位于接合垫区56内部的导线 66。因此，可经由导电层265建立图像感测装置30和装置外部之间的电性连接。可以了解 的是，透明层260将导电层265与装置基板32隔开。请参考图11，可利用例如湿蚀刻或干蚀刻的常用的不同工艺，移除位于接合垫区 56外部的部分导电层265和其下的部分透明层260。残留的部分导电层265可视为一接合 垫265A，残留的部分透明层260可视为一残留透明层260A，残留透明层260A可以隔离导电 层265与装置基板32，以防止任意两个接合垫区56透过装置基板32而有短路的可能性。 可以了解的是，可于接合垫265A上方形成额外的导电材料以完成图像感测装置30的形成 方式。虽然图未显示，但可进行额外的工艺以完成图像感测装置30的形成方式。举例 来说，可于像素区52中形成彩色滤光片。可将彩色滤光片放在的适当位置，以使光43直 接位于彩色滤光片正上方或直接穿过彩色滤光片。彩色滤光片可包括染料型(dye-based) (或颜料型(pigment-based))的聚合物(polymer)或树脂(resin)，以过滤与色谱(color spectrum)符合的光43的特定波长带(例如红色、绿色和蓝色)。因此，于彩色滤光片上方 形成微透镜，上述微透镜用以侦测及聚焦朝向位于装置基板32中的例如像素40和42的特 定辐射线感测区的光43。可以不同的排列方式设置上述微透镜，且上述微透镜可依据使用 于微透镜的材料的反射系数和与感测装置表面的距离而具有不同的形状。可于形成不透明 物之前，形成彩色滤光片和微透镜。可以了解的是，可于形成滤光片和微透镜之前，对装置 基板32选择性地进行一激光退火工艺。图12和13显示本发明其他实施例的图像感测装置270，其利用不同的方法和结构 遮蔽元件60和61不受光43的影响。在其他实施例中，图像感测装置270的周边区54中 没有形成开口，但除此的外图像感测装置270依据如图5至图10所示的工艺形成。请参考 图12，于透明层260上方形成一导电层265。导电层265也为不透明，且可防止光波传导穿 过导电层265。之后，于导电层265上方形成一光致抗蚀剂层且利用一光刻工艺图案化导电 层265，以于周边区54中形成光致抗蚀剂掩模275和280。光致抗蚀剂掩模275和280分
12别对准元件60和61。光致抗蚀剂掩模275和280分别具有宽度285和290。宽度285和 290分别大于或等于宽度63和64。请参考图13，使用光致抗蚀剂掩模275和280以保护位于其下的部分导电层265。 利用光刻工艺图案化导电层265，在移除位于接合垫区56外部的残留导电层265时，形成 不透明物295和300。由于于形成光致抗蚀剂掩模275和280之后图案化不透明物295和 300，不透明物295和300的宽度实质上等于光致抗蚀剂掩模275和280的宽度285和290， 且不透明物295和300也会对准元件60和61。基于如前所述的同样理由(请参考图9的 描述)，不透明物295和300会遮蔽元件60和61使其不会暴露于光中，因此可以增强元件 60和61的性能，且可降低元件60和61产生的干扰信号。可以了解的是，当周边区54的宽 度245不会大到产生例如金属应力的问题时，可以图案化导电层265以于周边区中形成单 一不透明物，以遮蔽元件60和61使其不会暴露于光中，其中单一不透明物大到足以上覆盖 元件60和61两者。可以了解的是，在继续进行形成接合垫的工艺之前，可利用常用的剥除 或灰化工艺移除光致抗蚀剂掩模275和280。虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人 员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作适当的更动与润饰，因此本发明的保护范围当 以所附的权利要求所界定为准。
权利要求
一种图像感测装置的制造方法，包括下列步骤提供一装置基板，其具有一前侧和一后侧；于该装置基板中形成一第一辐射线感测区和一第二辐射线感测区，该第一辐射线感测区和该第二辐射线感测区以一隔绝结构隔开；于该装置基板的该后侧上方形成一透明层；于该透明层中形成一开口，该开口对准该隔绝结构；以及利用一不透明材料填入该开口。
2.如权利要求1所述的图像感测装置的制造方法，更包括 于该前侧上方形成一内连线结构；于形成该透明层之前，接合一承载基板至该装置基板的该前侧； 对该不透明材料进行一化学机械研磨工艺，以形成一不透明物，该不透明物具有与该 透明层的表面共平面的一表面；于该图像感测装置的一接合垫区域中形成一另一开口，该另一开口延伸穿过该装置基 板且暴露出该内连线结构；以及于该另一开口中形成一接合垫，该接合垫部分填入该开口且直接接触该内连线结构。
3.如权利要求1所述的图像感测装置的制造方法，其中形成该开口的步骤包括于该透 明层中形成一另一开口，该开口于该图像感测装置的一像素区中形成，且该另一开口于该 图像感测装置的一周边区中形成。
4.如权利要求3所述的图像感测装置的制造方法，其中填入该开口的步骤包括利用该 不透明材料填入该另一开口，其中该不透明材料包括金属。
5.如权利要求3所述的图像感测装置的制造方法，更包括 于该装置基板中，且于该周边区中形成一周边元件，其中完成形成该另一开口的步骤，以使该另一开口的宽度不小于该周边元件的宽度。
6.如权利要求1所述的图像感测装置的制造方法，其中完成形成该开口的步骤，以使 该开口垂直地延伸穿过该透明层以使该开口的宽度等于该隔绝结构的宽度。
7.如权利要求1所述的图像感测装置的制造方法，填入该开口的步骤之前更包括利用 一另一透明层部分填入该开口以形成一较小开口，其中该较小开口的宽度等于该隔绝结构 的宽度。
8.一种图像感测装置的制造方法，包括下列步骤 提供一装置基板，其具有一前侧和一后侧；于该装置基板中形成一辐射线感测区； 于该装置基板的该后侧上方形成一透明层；图案化该透明层，以形成一透明物和邻接于该透明物的一开口，该透明物对准该辐射 线感测区，且该开口对准该隔绝结构；以及 利用一不透明材料填入该开口。
9.如权利要求8所述的图像感测装置的制造方法，更包括 于该图像感测装置的该周边区中形成一周边元件；形成该透明层之前形成邻接于该辐射线感测区的一隔绝结构； 该不透明材料进行一化学机械研磨工艺，以形成一不透明物，该不透明物的表面与该透明层共平面；形成该不透明物之后，于该图像感测装置的一接合垫区中形成一另一开口 ； 于该透明物和该不透明物上方形成一金属层，该金属层对准于该周边元件，且该金属 层用以定义部分填入该另一开口的一接合垫，其中完成该隔绝结构和该辐射线感测区的步骤，以使该隔绝结构和该辐射线感测区形 成于该图像感测装置的一像素区，且其中完成图案化该透明层的步骤，以使该不透明物实 质上对准该隔绝结构。
10.一种图像感测装置，包括一装置基板，其具有一前侧和一后侧； 一辐射线感测区，形成于该装置基板中；一透明物，形成于该装置基板的该后侧的上方，该透明物对准该辐射线感测区；以及 一不透明物，形成于该装置基板的该后侧的上方，且邻接于该透明物， 其中该透明物的一表面和该不透明物的一表面共平面，且其中该辐射线感测区、该透 明物和该不透明物形成于该图像感测装置的一像素区中，该图像感测装置更包括一周边区 和一接合垫区。
11.如权利要求10所述的图像感测装置，更包括 一内连线结构，形成于该前侧的上方；一承载基板，接合至该装置基板的该前侧；一开口，形成于该接合垫区中，该开口延伸穿过该装置基板到该内连线结构；以及一接合垫，部分填入该开口，其中该透明物和该不透明物形成于该像素区中。
12.如权利要求10所述的图像感测装置，其中该辐射线感测区邻接形成于该装置基板 中的一隔绝结构，该隔绝结构对准该不透明物，其中该透明物的宽度与该辐射线感测区的 宽度相等，且该不透明物的宽度与该隔绝结构的宽度相等。
13.如权利要求10所述的图像感测装置，其中该不透明物包括金属，且该透明物包括氧化硅。
14.如权利要求10所述的图像感测装置，更包括 一周边元件，形成于该周边区中；以及一另一不透明物，形成于该周边区中，该另一不透明物对准于该周边元件， 其中该另一不透明物的宽度不小于该周边元件的宽度。
15.如权利要求14所述的图像感测装置，其中该另一不透明物具有一表面，其与该透 明物的表面共平面。
全文摘要
本发明提供一种图像感测装置及其制造方法，上述图像感测装置的制造方法包括提供一装置基板，其具有一前侧和一后侧；于上述装置基板中形成一第一辐射线感测区和一第二辐射线感测区，上述第一辐射线感测区和上述第二辐射线感测区以一隔绝结构隔开；于上述装置基板的上述后侧上方形成一透明层；于上述透明层中形成一开口，上述开口对准上述隔绝结构；利用一不透明材料填入上述开口。本发明可以降低图像感测装置中的光学串扰，提高图像感测装置的性能。
文档编号H01L21/82GK101853812SQ20091016818
公开日2010年10月6日 申请日期2009年9月3日 优先权日2009年3月30日
发明者刘人诚, 庄俊杰, 杨敦年, 林政贤, 王文德 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司