专利名称：尺寸减小的背面照射图像传感器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种图像传感器及其制造方法，更具体地涉及一种芯片尺寸减小的背 面照射图像传感器，该背面照射图像传感器具有设置在该背面照射图像传感器中的像素区 域的垂直上部的电容，在该背面照射图像传感器中，光从用户的背面照射，从而减小了芯片 尺寸，并且涉及一种制造该背面照射图像传感器的方法。
背景技术：
通常，图像传感器是将光图像信号转换为电信号的半导体装置。电荷耦合装置 (CCD)包括各自的金属氧化物半导体(M0Q电容，这些电容彼此紧邻以储存并转移电荷载 体。CMOS图像传感器已经适应了通过CMOS技术制造与像素一样多的MOS晶体管、并且随后 通过MOS晶体管检测输出的切换方案，CMOS技术使用控制电路和信号处理电路作为外围电路。图1是示意性地图示传统CMOS图像传感器的配置的视图，并且图2是示意性地图 示传统CMOS图像传感器的配置的剖视图。如图1和2所示，传统CMOS图像传感器100包括像素区域120、外围电路130以及 电容器区域140。像素区域120包括接收光并产生光电荷的光电二极管，以及将光电荷转 移至像素的感应节点的转移晶体管。外围电路区域130通过电信号将感应到的光转换为数 据。在像素区域120中，具有光电二极管PD的像素形成于半导体基底110的表面下 方；并且多层绝缘层和多层金属布线层Ml和M2连同转移晶体管Tx —起形成于半导体基底 110顶部；并且光从半导体基底110的正面照射(正面照射)。也就是说，由于传统的正面照射图像传感器从基底正面收集光信号(即从光电二 极管顶部)，故可能阻碍光的入射的金属布线层不能形成于光电二极管的垂直顶部。因此， 除了形成于不阻碍光入射至光电二极管的区域的金属布线层外，其它金属布线和电容器均 形成于像素区域外部。如上所述，传统CMOS图像传感器需要用于在像素区域外部形成电容器的单独区 域，因此增加了单位像素的尺寸，故很难减小芯片的尺寸。
发明内容
因此，本发明致力于解决在本领域中出现的问题，本发明的目的是提供一种芯片 尺寸减小的背面照射图像传感器，该背面照射图像传感器具有形成于该背面照射图像传感 器中的像素区域上部的电容器区域，该像素区域中形成有光电二极管，在该背面照射图像 传感器中，光从基底的背面照射，以及一种制造该背面照射图像传感器的方法。为了实现上述目的，根据本发明的一方面，提供了一种芯片尺寸减小的背面照射 图像传感器，该背面照射图像传感器接收从半导体基底背面照射的光，该半导体基底中形 成有像素区域和外围电路区域，该像素区域包括光电二极管，形成于半导体基底正面表面下方并被配置为接收从半导体基底背面照射的光并产生光电荷；转移晶体管，被配置为转 移由光电二极管产生的光电荷；层间绝缘层，形成于半导体基底正面上方，该半导体基底中 形成有光电二极管；至少一个金属布线层，形成于层间绝缘层中并被配置为电连接光电二 极管与外围电路区域；以及电容器区域，形成在至少一个金属布线层的最上面的金属布线 层上方。根据本发明的另一个方面，提供了一种制造芯片尺寸减小的背面照射图像传感器 的方法，该方法包括第一步，在半导体基底中区分像素区域和外围电路区域；第二步，在 像素区域中的半导体基底正面表面下方形成光电二极管，该光电二极管接收从半导体基底 背面照射的光并产生光电荷，并且形成转移由光电二极管产生的光电荷的转移晶体管；第 三步，在半导体基底正面上方形成层间绝缘层，该半导体基底中形成有光电二极管；第四 步，在层间绝缘层中形成至少一个金属布线层，该金属布线层电连接光电二极管与外围电 路区域；以及第五步，在该至少一个金属布线层的最上面的金属布线层上方形成电容器。
在结合附图阅读以下详细描述之后，本发明的上述目的、其它特征和优点将变得 更加显而易见，在附图中图1是示意性地图示传统CMOS图像传感器的配置的视图；图2是示意性地图示传统CMOS图像传感器的配置的剖视图；图3是示意性地图示根据本发明的实施方式的芯片尺寸减小的背面照射图像传 感器的配置的视图；图4是示意性地图示根据本发明的实施方式的芯片尺寸减小的背面照射图像传 感器的配置的剖视图；图5是解释根据本发明的实施方式的制造芯片尺寸减小的背面照射图像传感器 的方法的流程图。
具体实施例方式更详细地参照本发明的优选实施方式，在附图中示出了本发明的示例。在可能的 情况下，在附图和说明书中相同的标号用于指示相同或相似的部件。图3是示意性地图示根据本发明的实施方式的芯片尺寸减小的背面照射图像传 感器的配置的视图；并且图4是示意性地图示根据本发明的实施方式的芯片尺寸减小的背 面照射图像传感器的配置的剖视图。如图3和4中所示，根据本发明的实施方式的尺寸减小的背面照射图像传感器300 包括像素区域320和外围电路区域330。此外，光从半导体基底310背面照射，并且电容器 区域340形成于像素区域320顶部。在该情况下，像素区域320包括光电二极管PD、转移晶体管Tx、层间绝缘层350、金 属布线层Ml和Μ2以及电容器区域340。光电二极管PD形成于半导体基底310正面的表面下方，并且从半导体基底310的 背面接收光并产生光电荷。同时，转移晶体管"Tx转移由光电二极管PD产生的光电荷。层间绝缘层350形成于半导体基底310正面，半导体基底310下方已经形成有光
4电二极管PD，并且层间绝缘层350中设置有至少一个金属布线层Ml和M2，该至少一个金属 布线层Ml和M2电连接光电二极管和外围电路区域330。此外，包括多个电容器的电容器区域340形成于金属布线层Ml和M2的最上面的 金属布线层M2上方，该多个电容器包含电容器M3和M4。在该情况下，电容器可以形成于像素区域320的垂直上部的全部中或一部分中。如上所述，根据基于本发明的实施方式的芯片尺寸减小的背面照射图像传感器， 由于光从基底背面入射，故电容器能够形成于像素区域的垂直上部，该像素区域中形成有 光电二极管，因此外围电路区域所需的面积减小了，从而减小了总体芯片尺寸。图5是解释根据本发明的实施方式的制造芯片尺寸减小的背面照射图像传感器 的方法的流程图。如图5所示，制造芯片尺寸减小的背面照射图像传感器的方法包括从第一步SlOO 至第五步S500的五个步骤。第一步SlOO是在半导体基底中区分像素区域和外围电路区域的过程。这一步属 于传统技术，故将省略其详细说明。在第二步S200中，在像素区域内的半导体基底正面表面下方形成接收从半导体 基底背面照射的光并产生光电荷的光电二极管，并且形成转移由光电二极管产生的光电荷 的转移晶体管。在第三步S300中，层间绝缘层形成于光电二极管和转移晶体管上，该光电二极管 和转移晶体管已经形成于像素区域中。在第四步S400中，在层间绝缘层中形成至少一个金 属布线层Ml和M2，该至少一个金属布线层Ml和M2电连接光电二极管与外围电路区域。在第五步S500中，电容器区域形成于金属布线层的最上面的金属布线层之上。在 该情况下，至少一个电容器形成于电容器区域中。电容器可以依靠金属布线工艺形成于像 素区域的垂直上部的全部中或一部分中。优选地，通过利用金属工艺形成第三金属层M3和第四金属层M4，并且在金属层M3 和M4之间形成绝缘层“a”，电容器被形成为金属-绝缘体-金属(MIM)型电容器。必要时， 电容器可以形成为聚合物-绝缘体-聚合物(PIP)型电容器。同时，优选地，还包括在半导体基底背面上形成滤色片的第六步，以及在滤色片上 形成微透镜的第七步。如上述说明书所显而易见，本发明提供一种芯片尺寸减小的背面照射图像传感 器，在该背面照射图像传感器中，电容器形成于像素区域的垂直上部，而不在像素区域外 部，因此不再需要形成该电容器的像素区域的外部面积，从而减小了芯片尺寸。尽管已经出于说明目的对本发明的优选实施方式进行了描述，但是本领域技术人 员可以理解，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的范围和精神的前提下可以进行各种 修改、添加和替换。
权利要求
1.一种芯片尺寸减小的背面照射图像传感器，所述背面照射图像传感器接收从半导体 基底背面照射的光，所述半导体基底中形成有像素区域和外围电路区域，所述像素区域包 括光电二极管，形成于所述半导体基底正面表面下方并被配置为接收从所述半导体基底 背面照射的光并产生光电荷；转移晶体管，被配置为转移由所述光电二极管产生的光电荷；层间绝缘层，形成于所述半导体基底正面上方，所述半导体基底中形成有所述光电二 极管；至少一个金属布线层，形成于所述层间绝缘层中并被配置为电连接所述光电二极管与 所述外围电路区域；以及电容器区域，形成在所述至少一个金属布线层的最上面的金属布线层上方。
2.根据权利要求1所述的背面照射图像传感器，其中所述电容器区域形成于所述像素 区域的垂直上部的全部中或一部分中。
3.根据权利要求2所述的背面照射图像传感器，其中所述电容器区域包括至少一个金 属-绝缘体-金属(MIM)型电容器。
4.一种制造芯片尺寸减小的背面照射图像传感器的方法，所述方法包括第一步，在半导体基底中区分像素区域和外围电路区域；第二步，在所述像素区域中的所述半导体基底正面表面下方形成接收从所述半导体基 底背面照射的光并产生光电荷的光电二极管，并且形成转移由所述光电二极管产生的光电 荷的转移晶体管；第三步，在所述半导体基底正面上方形成层间绝缘层，所述半导体基底中形成有所述 光电二极管；第四步，在所述层间绝缘层中形成至少一个金属布线层，所述金属布线层电连接所述 光电二极管与所述外围电路区域；以及第五步，在所述至少一个金属布线层的最上面的金属布线层上方形成电容器。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在第五步中，使用金属布线工艺在所述像素区域 的垂直上部的全部中或一部分中形成所述电容器。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述电容器对应于金属-绝缘体-金属(MIM)型 电容器。
7.根据权利要求5所述的方法，还包括第六步，在所述半导体基底背面上形成滤色片；以及第七步，在所述滤色片上形成微透镜。
8.根据权利要求5所述的方法，其中所述电容器对应于聚合物-绝缘体-聚合物(PIP) 型电容器。
全文摘要
一种芯片尺寸减小的背面照射图像传感器具有设置在该背面照射图像传感器中的像素区域的垂直上部的电容器，在该背面照射图像传感器中，光从用户的背面照射，从而减小了芯片尺寸，以及一种制造该背面照射图像传感器的方法。该芯片尺寸减小的背面照射图像传感器的电容器形成在像素区域的垂直上部，而不在像素区域外部，因此不再需要形成该电容器的像素区域的外部面积，从而减小了芯片尺寸。
文档编号H01L27/146GK102130142SQ20101060927
公开日2011年7月20日 申请日期2010年12月28日 优先权日2009年12月29日
发明者元俊镐, 全寅均, 吴世仲, 安熙均 申请人:(株)赛丽康