[发明专利]图像传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，本发明涉及一种图像传感器及其制作方法。

背景技术

随着半导体技术的迅速发展，CMOS图像传感器广泛应用在各种电子设备中，作为提供数字成像功能的图像采集设备使用。

对于典型的CMOS图像传感器，其一般包括感光元件(即光电二极管)以及控制元件。其中，感光元件用于收集光能并转换为电荷信号，而控制元件则用于控制所生成的电荷信号的信号处理。这些控制元件需要通过金属互连结构来互相电连接，并被引出到图像传感器外，以实现图像传感器的信号输出。

根据金属互连结构与感光元件相对位置的不同，CMOS图像传感器可以分为正面照射式图像传感器与背面照射式(背照式)图像传感器。其中，背照式图像传感器的金属互连结构(包括钝化层以及钝化层中的金属互连)与感光元件的感光面位于图像传感器芯片的两侧。在感光时，光线由背照式图像传感器的背面，而非金属互连结构所在的正面，照射到感光元件上。这种背照式图像传感器制作时需要减薄硅片，因而产品良率较低。正面照射式图像传感器的金属互连结构与感光元件的感光面位于图像传感器芯片的同一侧。在感光时，光线透过金属互连结构照射到感光元件上。金属互连结构会部分地吸收光线，这会影响光线的采集效率，从而降低图像传感器的灵敏度。

发明内容

因此，需要提供一种具有较高灵敏度的图像传感器。

为了解决上述问题，根据本发明的一个方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括一个或多个像素单元与外围电路区域，每个像素单元包括感光区域与像素电路区域，其中所述感光区域的表面高于所述像素电路区域与所述外围电路区域的表面。

不同于现有技术，在上述方面的图像传感器中，其感光区域由图像传感器的感光面向外突起，这缩短了感光区域(即光电二极管)感光的光程，从而减少了感光面上的金属互连结构对光线采集的影响，进而有效地提高了图像传感器的灵敏度。

在一个实施例中，所述感光区域的表面比所述像素电路区域与所述外围电路区域的表面至少高1000埃。

在一个实施例中，所述感光区域呈台状凸起。台状凸起的感光区域易于形成，制作成本较低。

在一个实施例中，所述台状凸起的感光区域的侧面相对于其底面的斜率小于90度。这种形状的感光区域可以避免导电材料残留在感光区域的侧面，而使得光电二极管与像素控制电路中的部分器件之间不会发生短路。

在一个实施例中，所述图像传感器还包括钝化层以及所述钝化层中的一层或多层金属互连，其中，所述感光区域的表面高于所述一层或多层金属互连中的最底层金属互连的底部。这使得感光区域表面到钝化层之间的距离可以降低到1微米以下，从而进一步缩短了光程并提高了图像传感器的灵敏度。

在一个实施例中，所述外围电路区域与所述像素电路区域的表面平齐。这可以降低制作该图像传感器的工艺复杂度，从而降低制作成本。

根据本发明的一个方面，还提供了一种图像传感器的制作方法，包括下述步骤：a.提供衬底，所述衬底包括感光区域、像素电路区域以及外围电路区域；c.部分刻蚀所述衬底，在所述像素电路区域形成第二沟槽并在所述外围电路区域形成第三沟槽，以使得所述感光区域的表面高于所述像素电路区域以及所述外围电路区域的表面；e.在所述感光区域形成光电二极管，在所述像素电路区域形成像素控制电路，并在所述外围电路区域形成外围控制电路。

不同于现有技术，通过采用上述方面的图像传感器的制作方法，可以形成具有较短的感光光程的正面照射式图像传感器。由于减小了感光面上的金属互连结构对光线采集的影响，所形成的图像传感器具有较高的灵敏度。

在一个实施例中，在所述步骤c之前，还包括：b.在所述像素电路区域与所述外围电路区域形成第一沟槽，所述第一沟槽的底部低于所述第二沟槽与所述第三沟槽的底部；以及在所述步骤c之后，还包括：d.在所述第一沟槽中填充介电材料以形成介电隔离区。

在一个实施例中，所述步骤b包括：在所述衬底上形成硬掩膜层；图形化所述硬掩膜层；部分刻蚀所述衬底，以在所述衬底中形成第一沟槽。

在一个实施例中，所述步骤c包括：在所述第一沟槽中填充有机光阻材料；刻蚀所述衬底与所述有机光阻材料，以在所述像素电路区域形成第二沟槽，并在所述外围电路区域形成第三沟槽，其中所述第二沟槽与所述第三沟槽浅于所述第一沟槽；移除所述有机光阻材料。

在一个实施例中，所述步骤d包括：在所述第一沟槽、第二沟槽以及所述第三沟槽中填充介电材料；移除所述第二沟槽以及所述第三沟槽中的介电材料。