[发明专利]感光成像装置、半导体器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种感光成像装置及其制作方法，尤其涉及一种可提高感光面积填充比，并提高制作精度的感光成像装置的制作方法，以及由上述方法形成的感光成像装置。本发明还涉及一种半导体器件的制作方法。

背景技术

图像传感器是一种将光学信息(optical information)转换为电信号的装置。目前，图像传感器已被广泛应用于摄像、图像采集、扫描仪以及工业测量等领域。现有的图像传感器可以分为CCD(Charge Coupled Device)型图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)型图像传感器。

CCD图像传感器是由微透镜层、彩色滤光层和像素单元(例如光敏二极管)阵列层叠组成，入射光线由微透镜聚焦到彩色滤光层上，经过彩色滤光层照射到像素单元上，像素单元获取入射光的光信号转换为电信号，再通过像素单元之间的栅极在像素单元之间传输，然后进行输出。

与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器具有更方便的驱动模式并且能够实现各种扫描类型；而且，将信号处理电路集成到单个芯片中使得小型化CMOS图像传感器成为可能。此外，通过使用广泛兼容的CMOS技术，CMOS图像传感器有助于更低的功耗并降低制造成本。因而，CMOS图像传感器具有更广泛的应用。

现有的CMOS图像传感器包括：FSI图像传感器和BSI图像传感器。

FSI图像传感器为前照式图像传感器，其由微透镜层、彩色滤光层、具有互连层的介质层和像素单元阵列及与像素单元相连且位于同一层的输出电路层叠组成。进入FSI像素的光线被带有防反射涂层的微透镜聚焦到彩色滤光层上，经过介质层照射到像素单元上，像素单元获取入射光的光信号转换为电信号，再通过相应的输出电路进行输出；对于FSI图像传感器，每一个像素单元的输出电路至少包括两个MOS单元。由于光首先会射入到互连层，而互连层内的金属层和层间介质层对光的衍射、吸收和遮挡作用不可避免要削弱像素单元对光的吸收，特别是像素单元缩小到1.1微米以内后，这种影响已严重影响到器件的正常工作。

针对上述缺陷，另一种BSI图像传感器应运而生，BSI图像传感器为背照式图像传感器，其由具有互连层的介质层和像素单元阵列、及与像素单元相连且位于同一层的输出电路、彩色滤光层、微透镜层层叠组成。光线从背面照射，进入BSI像素的光线被带有防反射涂层的微透镜聚焦到彩色滤光层上，穿过彩色滤光层照射到像素单元上，像素单元获取入射光的光信号转换为电信号，再通过相应的输出电路进行输出；对于BSI图像传感器，每一个像素单元的输出电路至少包括两个MOS单元。

但是现有的图像传感器，无论CCD型、FSI型或者BSI型都仍然存在许多不足之处：

第一，CCD型图像传感器感光像元之间需要通过栅极进行信号的传输，因此栅极的存在限制了感光面积填充比(Fill factor)，并且栅极还会对光线造成遮挡，这样使得光的利用率较低；而对于FSI型或BSI型图像传感器中，光敏单元与像素内输出电路的MOS单元位于同一层，这限制了感光面积填充比(Fill-factor)，并且对于FSI由于互连层会对光线造成遮挡，从而使得光的利用率降低，因此CCD型、FSI型和BSI型图像传感器对入射光的敏感度(Sensitivity)都较低。

第二，CCD型图像传感器的像素单元受到栅极工艺的限制，使得其工艺条件无法优化；而对于FSI型和BSI型图像传感器由于像素单元和MOS管在同一工艺中形成，因此像素单元受到MOS中的热工艺等限制，也无法优化。

第三，CCD型图像传感器的栅极和像素单元之间存在漏电，而且栅极下方的导电沟道也存在漏电；FSI型和BSI型图像传感器的像素单元和MOS管之间也存在漏电，而且由于像素单元之间的隔离结构的深度通常小于像素单元的深度，因此使得像素单元和衬底之间还存在了漏电。

另外，CCD型、FSI型和BSI型图像传感器受到制造工艺的影响，像素分辨率都较低；因为需要与额外的芯片一起封装，系统集成困难，且封装的尺寸较大。

为了解决上述像素单元感光面积填充比限制像素单元进一步等比例缩小，多芯片系统封装性能低，成本高，可靠性差等一系列技术问题，业界积极发展3D IC/CIS技术。该技术的核心是采用传统CMOS制造技术，或与传统CMOS制造技术完全兼容的制造技术，利用键合将多个功能相同或不同的芯片在垂直于芯片表面的方向堆叠在一起；芯片键合前必须减薄；利用TSV(Through Silicon Via)技术实现各芯片间的电学连接。