专利名称：图像传感器内的紫外光滤光层的制作方法
技术领域：
本发明大致上关于在数字相机及其它类型图像捕捉装置中使用的图像传感器，且更具体地关于在形成彩色滤光器阵列之前，在该图像传感器上形成一层或多层紫外光滤光层的图像传感器。
背景技术：
一种典型的电子图像传感器包含在一传感器层中配置成二维阵列的若干光敏图象元件「像素"pixels"」。此图像传感器可配置成藉由在像素上形成一彩色滤光器阵列(CFA)而产生一彩色图像。一常用的CFA图案类型为揭示于名为「“ Color Imaging Array (彩色成像阵列)“」的美国专利3，971，065中的Bayer图案，该专利以引用的方式并入本文中。Bayer CFA图案针对各像素提供色彩光响应性，该色彩光响应性对可见光谱的三个指定部分中的一者展现出突出的灵敏度。该三个指定部分可为(例如)红色、绿色及蓝色，或青绿色、洋红色及黄色。一给定的CFA图案的特征通常为一最小重复单元，该最小重复单元系以毗邻像素的子阵列的形式构成，该子阵列作为图案的基本建构区块。将该最小重复单元的多个副本并列而形成完整图案。将CFA沉积在图像传感器上时，该图像传感器通常被曝露于紫外(UV)光下。已知 UV光会引发直接潜在绝缘层中的电荷、及绝缘层与传感器层间的界面的缺陷状态。在绝缘层中引发的这些界面状态及电荷增加了背面照明成像器的暗电流电平且降低了量子效率。可执行高温退火以减少或消除这些所引发的缺陷，但是CFA层的低温需求会限制可执行退火的温度，因而减少退火工艺的有利效果。
发明内容
一图像传感器包含一层或多层紫外(UV)光滤光层，所述紫外(UV)光滤光层形成在一层或多层绝缘层上。然后在该一层或多层UV光滤光层上形成一彩色滤光器阵列(CFA) 层。该一层或多层UV光滤光层阻挡UV光接触到潜在层上。一个或多个UV光滤光层在透射可见光的同时反射或吸收UV光。仅举实例而言，在根据本发明的若干例示性实施例中， 若将一背面照明图像传感器建于SOI晶圆、0Ν0Ν0 二向色层叠结构、或有机或无机染色聚合物上，则藉由沉积在该绝缘层上的薄硅层或未蚀刻薄硅层而形成该一个或多个UV滤光层。 该图像传感器可经配置成正面照明图像传感器或背面照明图像传感器。有益效果本发明包含减少或消除由于曝露于UV光下而导致的绝缘体充电及绝缘体-传感器界面状态产生的优势。减少或消除这些效果可维持图像传感器的暗电流电平及量子效率。附图简述参考以下附图能更好地理解本发明的实施例。诸图的要素不必相对于彼此成比例。
图1是根据本发明一实施例中的图像捕捉装置的简化方框图；图2是根据本发明一实施例的图1所示的图像传感器106的简化方框图；图3是根据本发明一实施例的用于制造图像传感器的方法的流程图；图4是描绘不同光波长下的硅吸收系数的曲线图；图5是根据本发明一实施例中依照图4所示方法而制造的正面图像传感器的横截面图；以及图6是根据本发明一实施例中依照图4所示方法而制造的背面图像传感器的横截面图。
具体实施例方式贯穿说明书和权利要求书，除非文中明确指出其它形式，本文以下术语取其明显相关联的含义。“一〃、“一个〃及〃该〃的意思包含复数，〃在...之中〃的意思包含"在...之中"和"在...之上"。术语"连接的"表示物品之间的直接电连接或透过一个或多个被动或主动中间装置的间接连接，术语"电路"的意思是连接在一起以提供所要求功能的主动或被动的单一组件或多个组件。术语"信号"的意思是至少一电流、电压或数据信号。另外，诸如〃在...之上〃、术语〃在...上方〃、术语〃在...顶部〃及术语" 在...底部"的指向性术语参考所述附图的取向而使用。因为本发明实施例的组件可定位在许多不同的取向上，指向性术语仅用于解说目的且绝无限制之意。当结合图像传感器晶片的诸层或相应图像传感器使用时，指向性术语倾向于作广泛的解释，且因此不将其应解释为排除一个或多个中介层或其它中介图像传感器特征部或要素的存在。由此，如本文所述形成在另一层上或形成在另一层上方的给定层可经由一个或多个附加层而与后一层分
1 O且最终，术语「“晶片"」及术语「“衬底"」应理解为在一半导体衬底及其它半导体结构上形成基于半导体的材料，包含(但不限于)硅、绝缘体上覆硅(SOI)技术、兰宝石上覆硅(S0Q技术、掺杂和未掺杂半导体、外延层。参考诸图，图中各处的相同附图标记指示相同部分。现参考图1，其示出根据本发明一实施例中的图像捕捉装置的简化方框图。在图1 中，图像捕捉装置100实现为数字相机。本领域内技术人员将清楚直到数字相机仅为可利用包含本发明的图像传感器的图像捕捉装置的一个实例。诸如(例如)手机相机及数字视频摄像机等其它类型的图像捕捉装置可结合本发明使用。在数字相机100中，来自主题场景的光102入射至成像台104上。成像台104可包含传统元件，诸如透镜、中性密度滤光器、光圈及快门。光102由成像台104聚焦以在图像传感器106上形成一图像。图像传感器106藉由将该入射光转换为电信号而捕捉一个或多个图像。数字相机100进一步包含处理器108、存储器110、显示器112及一个或多个附加输入/输出(I/O)元件114。虽然在图1实施例中将成像台104图示为独立元件，但成像台104可与图像传感器106 —体化形成，且可能整合数字相机100的一个或多个附加组件而形成一紧凑的相机模块。处理器108可实现为例如微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或其它处理装置，或多个该装置的组合。成像台104及图像传感器 106的各个元件可由提供自处理器108的时序信号或其它信号予以控制。存储器110可配置成任意组合的任意类型存储器，诸如(例如)随机存取存储器 (RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、基于盘的存储器、可移动式存储器或其它类型的储存元件。 由图像传感器106捕捉的给定图像可由处理器108而储存在存储器110中且呈现在显示器 112上。虽然可使用其它类型的显示器，然而显示器112通常为主动矩阵彩色液晶显示器 (LCD)。附加I/O元件114可包含(例如)多种屏幕上控件、按钮或其它使用者接口、网络接口或记忆卡接口。应理解，图1所示的数字相机可包括本领域内技术人员熟知类型的其它元件或替代元件。本文未明确展示或描述的元件可选自本领域内技术人员熟知的组件。如上所述， 可通过许多种图像捕捉装置来实施本发明。另外，本文所述实施例的某些方面可至少部分地通过由一图像捕捉装置的一个或多个处理元件执行的软件形式而实现。本领域内技术人员也应当明白，这样的软件可以以本文提供之所给定教示的直接方式实施。图2是根据本发明一实施例的图1所示的图像传感器106的简化方框图。图像传感器106包含通常以行列排列而形成成像区域202的数个像素200。图像传感器106进一步包含列译码器204、行译码器206、数字逻辑208及模拟或数字输出电路210。在根据本发明的一实施例中，将图像传感器106实现为背面照明或正面照明互补金属氧化物半导体 (CMOS)图像传感器。由此，可将列译码器204、行译码器206、数字逻辑208、及模拟或数字输出电路210实施为电连接至成像区域202的标准CMOS电子电路。与成像区域202的采样与读出相关联的功能性及相应图像数据的处理，可至少部分地以储存于存储器110内并由处理器108执行的软件形式而实施(参看图1)。该采样与读出电路的诸个部分可配置于图像传感器106的外部，或与成像区域202 —体化地形成在例如具有光检测器及该成像区域的其它组件的一共同集成电路上。本领域内技术人员将明白其它周边电路配置或架构可实现在根据本发明的其它实施例中。现参考图3，其示出为在根据本发明一实施例中的用于制造一图像传感器的方法的流程图。首先，如方框300所示，制造一包含传感器层及电路层之图像传感器。可使用用于制造图像传感器的任意已知技术来建构包含传感器层和电路层的图像传感器。该图像传感器可配置成正面照明图像传感器或背面照明图像传感器。该传感器层包含通常以行列排列而形成一阵列的若干光检测器或其它光敏元件。 该电路层包含形成在一层或多层绝缘层中的导电互连件。可包含于该电路层中的层类型之实例有层间电介质(ILD)及金属间电介质(IMD)层。接着如方框302所示，在图像传感器的表面上形成一绝缘层。对于背面照明图像传感器，绝缘层形成在该传感器层的背面侧。对于正面照明图像传感器，该绝缘层形成在该电路层之正面侧。接着在该绝缘层(方框304)上形成一层或多层紫外(UV)光滤光层。该一层或多层紫外(UV)光滤光层阻挡光接触潜在层。该一个或多个紫外光滤光层在透射可见光的同时反射或吸收UV光。可用于形成该一个或多个UV光滤光层的材料的一实例是薄硅层。在根据本发明的一个或多个实施例中，该薄硅层可具有数十奈米的厚度。图4系描绘对于不同光波长的硅吸收系数的曲线图。可以看出，UV光在硅中具有高吸收系数。由此，一薄硅层将吸收在CFA沉积期间产生的UV光的大部分或全部。在根据本发明的其它实施例中，一个或多个UV光滤光层可实现为0Ν0Ν0 二向色层叠结构(0表示氧、N表示氮)、染色有机或无机聚合物层、UV吸收材料、或包含在第二材料中的UV吸收材料。第二材料的一实例是玻璃。该UV吸收材料可包含(但不限于)染料、有机或无机颜料， 及脱水颜料。再次参考图3，在该UV光滤光层上形成彩色滤光器阵列(CFA)(方框306)。该CFA 可包含任意色彩组合的滤色元件的任意图案。如先前谈到的那样，一常用类型的CFA图案是揭示于题为「“ Color Imaging Array (彩色成像阵列)“J的美国专利3，971，065中的 Bayer图案，该专利以引用的方式并入本文中。最后，如方框308所示，在该CFA图案上形成微透镜。这些微透镜通常形成为对应于像素阵列的阵列形式。该微透镜阵列通常用于增加一图像传感器的集光效率。如先前所讨论，在根据本发明之诸实施例中，可将图像传感器制成正面照明图像传感器或背面照明图像传感器。传感器层的“正面侧”通常认为是传感器层邻近电路层的一侧，而传感器层的"背面"是该传感器与该正面侧相对的一侧。图5是根据本发明一实施例中依照图3所示方法而制造的正面照明的图像传感器的横截面图。图像传感器500包含形成于传感器层504及电路层506中的像素502。在传感器层504中形成有光敏位点508。在根据本发明的一个实施例中，用硅材料形成传感器层504。在传感器层504上方形成电路层506。一正面照明图像传感器以使来自主题场景的光510入射在传感器层504的正面侧的方式制造。在根据本发明的一个实施例中，电路层506包含形成在一介电材料中的诸如栅极及连接器的导电互连件514、516。通过一些导电互连件514、516将电路层506电连接至传感器层504。电路层506中的互连件514、516通常与多个金属化水平相关联。在电路层506上形成绝缘层518。在根据本发明的一实施例中，可用氧化硅或二氧化硅材料形成绝缘层518。在绝缘层518上形成一个或多个UV光滤光层520。在根据本发明的诸实施例中，UV滤光层520吸收或反射UV光并透射可见光。UV滤光层520用任意已知的滤光材料实现。仅举实例而言，在根据本发明的若干例示性实施例中，若一背面照明图像传感器建立在绝缘体上覆硅(SOI)晶片、0Ν0Ν0 二向色层叠结构、或有机或无机染色聚合物上，则用沉积在该绝缘层518顶上的薄硅层或未蚀刻薄硅层形成UV滤光层520。在UV滤光层520上形成CFA 522。CFA 522包含若干彩色滤光器元件524、526、 528。如先前所谈论那样，彩色滤光器元件5对、5沈、5观针对各像素提供色彩光响应性，该色彩光响应性对可见光谱之两个或更多个的指定部分之一者展现出突出的灵敏度。这些指定部分可为(例如)红色、绿色及蓝色，或青绿色、洋红色及黄色。最终，在CFA 522上形成微透镜530。现参考图6，其示出根据本发明的一实施例中依照图3所示方法而制造的背面照明图像传感器的横截面图。图像传感器600包含在传感器层504及电路层506中形成的像素602。传感器层504、电路层506、光检测器508、导电互连件514、516、绝缘层518、UV滤光层520、CFA 522及微透镜530被实现为如结合图5展示和描述的那些部件。电路层506布置在传感器层504和处理或支撑晶片604之间。这容许光510接触到传感器层504的背面侧606，光在该处由光检测器508侦测出。背面照明图像传感器的一个优点是电路层506的导电互连件及其它特征部不会影响光检测器508对光510的侦测。以上已参考本发明的特定实施例描述了本发明。然而应当理解，本领域内一般技术人员可在不脱离本发明范围的情况下作出变动及修改。举例而言，一图像传感器可包含比图5及图6所示层或组件更多、更少或不同的层或组件。另外，具有共享架构的一图像传感器可在根据本发明的其它实施例中使用。共享架构的一个实例揭示于美国专利 6，107，655中。最后，本发明可搭配使用诸如(例如)电荷耦合器件(CCD)图像传感器的不同类型的图像传感器。尽管本文已描述本发明的特定实施例，然应注意本申请不限于这些实施例。具体地说，参考一实施例所描述的任意特征部亦可在其它实施例中视情况使用。且不同实施例的特征部可视情况互换。部件列表一览
100图像捕捉装置
102光
104成像台
106图像传感器
108处理器
110存储器
112显不器
114其它输入/输出(I/O)
200像素
202成像区域
204列译码器
206行译码器
208数字逻辑
210输出通道
500图像传感器
502像素
504传感器层
506电路层
508光检测器
510光
512传感器层正面侧
514导电互连件
516导电互连件
518绝缘层
520UV滤光层
522彩色滤光器阵列(CFA)
524彩色滤光元件
526彩色滤光元件
528彩色滤光元件
530微透镜
600图像传感器
602像素
604支撑晶片
606传感器背面侧
权利要求
1.一种图像传感器，包括至少一紫外光滤光层，其布置在彩色滤光器阵列与绝缘层之间，其中所述至少一紫外光滤光层在透射可见光的同时阻挡UV光。
2.如权利要求1所述图像传感器，其中所述紫外光滤光层包括硅层。
3.如权利要求1所述图像传感器，其特征在于，所述紫外光滤光层包括UV吸收材料。
4.如权利要求3所述图像传感器，其特征在于，所述UV吸收材料包含于另一材料中。
5.如权利要求3所述图像传感器，其特征在于，所述UV吸收材料包括脱水颜料与染料中的一个。
6.如权利要求5所述图像传感器，其特征在于，所述染料包括有机颜料与无机颜料中的一个。
7.一种背面照明图像传感器，包括传感器层，所述传感器层布置在绝缘层与电连接至所述传感器层的电路层之间，所述传感器层的正面侧邻近于所述电路层，且所述传感器层的背面侧邻近于所述绝缘层；一个或多个紫外光滤光层，其覆盖在所述绝缘层上方，其中所述至少一个紫外光滤光层在透射可见光的同时阻挡UV光；及彩色滤光器阵列，其形成在所述一个或多个紫外光滤光层的上方。
8.如权利要求7所述背面照明图像传感器，其特征在于，所述紫外光滤光层包括一硅层。
9.如权利要求7所述背面照明图像传感器，其特征在于，所述紫外光滤光层包括UV吸收材料。
10.如权利要求9所述背面照明图像传感器，其特征在于，所述UV吸收材料包含于另一材料中。
11.如权利要求9所述背面照明图像传感器，其特征在于，所述UV吸收材料包括脱水颜料与染料中的一个。
12.如权利要求11所述背面照明图像传感器，其特征在于，所述染料包括有机颜料与无机颜料中的一个。
13.一种用于制造图像传感器的方法，所述图像传感器具有包含复数个像素的成像区域，所述方法包括在所述成像区域上方形成绝缘层；在所述绝缘层上方形成一个或多个紫外光滤光层，其中所述至少一个紫外光滤光层在透射可见光的同时阻挡UV光；以及在所述一个或多个紫外光滤光层上方形成一彩色滤光器阵列。
14.如权利要求13所述方法，其特征在于，在所述绝缘层上方形成一个或多个紫外光滤光层的步骤包括在所述绝缘层上方形成硅层。
15.如权利要求13所述方法，其特征在于，在所述绝缘层上方形成一个或多个紫外光滤光层的步骤包括在所述绝缘层上方形成UV吸收材料。
全文摘要
本发明揭示一种图像传感器，其包含布置在绝缘层与彩色滤光器阵列(CFA)层之间的一个或多个紫外光(UV)滤光层。该一个或多个UV光滤光层系在透射可见光的同时反射或吸收UV光。
文档编号H01L23/552GK102246300SQ200980151552
公开日2011年11月16日 申请日期2009年12月10日 优先权日2008年12月15日
发明者C·A·蒂瓦拉斯, J·P·麦卡特恩, J·R·萨马 申请人:美商豪威科技股份有限公司