[發明專利]像素區域上具有電容器的背照式圖像傳感器

有效

• 申請號: 201010272246.6
• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN102005464A
• 公開（公告）日: 2011-04-06
• 發明（設計）人: 莊俊杰;楊敦年;劉人誠;林政賢;王文德
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京市德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;熊須遠

技術領域

本發明涉及圖像傳感器，更特別地，涉及背照式圖像傳感器及形成該背照式圖像傳感器的制造方法。

背景技術

由于互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器固有的某些優勢，CMOS圖像傳感器越來越比傳統的電荷耦合器件(CDDs)通用。尤其是，CMOS圖像傳感器通常需要較低電壓，消耗較少的能量，能夠隨機存取圖像數據，可以使用兼容的CMOS工藝制造，以及能夠被集成為單片照相機。通常，CMOS圖像傳感器利用感光CMOS電路將光能轉換成電能。感光CMOS電路通常包括在硅襯底中形成的光電二極管。當光電二極管暴露于光時，在光電二極管中感應出電荷。光電二極管通常被連接到MOS開關晶體管，用來采樣光電二極管的電荷。可以通過在感光CMOS電路上方放置濾色器來確定顏色。

通常，利用光電二極管內的電容和各個晶體管連接之間產生的浮地電容制造CMOS圖像傳感器。然而，這些電容的特征在于具有較小的電容值，導致對于噪聲的高敏感度并且減小了最大輸出信號。已經做了努力試圖增大光電二極管產生的信號，但是這也增多了光電二極管產生的電荷，并且不必要地增大了輸出信號。而且，通常利用具有多晶硅柵極和氮化硅隔離件的MOS晶體管制造CMOS圖像傳感器。然而，這種類型的晶體管引入了硅表面陷阱和泄漏。結果，增大了輸出信號上的噪聲和暗信號。

CMOS圖像傳感器通常每個像素陣列中需要有一個或多個電容器。在傳統的前照式(FSI)圖像傳感器應用中，在相同的制造工藝期間，在一個晶片上實現光電二極管區域、晶體管區域和電容器區域，并且由于在晶體管區域和電容器區域上形成的后段制程(BEOL)金屬線使得透鏡到光電二極管的距離變大，所以進入到光電二極管區域的光信號的損失很大。晶體管區域和電容器區域共存于一個圖像傳感器器件中，導致入射在區域中的光不能完全被吸收而是有所損失。

發明內容

考慮到上述問題而做出本發明，為此，本發明提供了一種背照式圖像傳感器，包括：半導體襯底，具有正面和背面；傳感器元件，上覆半導體襯底的正面而形成；以及電容器，上覆傳感器元件而形成。

在該背照式圖像傳感器中，電容器包括MIM電容器。可選地，電容器包括MOM電容器。半導體襯底包括像素區域，并且傳感器元件形成在像素區域中。電容器形成在像素區域中。傳感器元件包括在半導體襯底的正面上的像素區域中的感光區域。傳感器元件包括在半導體襯底的正面上的晶體管結構。

此外，該背照式圖像傳感器還包括：多個介電層，上覆傳感器元件；以及互連結構，形成在多個介電層中，其中，互連結構的至少兩個金屬層和在至少兩個金屬層之間的多個介電層中的至少一個形成電容器。

在該背照式圖像傳感器中，電容器被電連接到傳感器元件，并且互連結構的至少一個金屬層包括銅。

此外，本發明還提供另一種背照式圖像傳感器，包括：半導體襯底，具有正面和背面，其中像素區域限定在正面上；晶體管結構，在上覆半導體襯底的正面的像素區域中，其中晶體管結構包括形成在半導體襯底的正面上的柵電極和在半導體襯底的正面中橫向鄰近柵電極形成的源極/漏極區域；感光元件，形成在源極/漏極區域中的一個上；以及電容器，上覆晶體管結構而形成并電連接到晶體管結構。

在該背照式圖像傳感器中，電容器包括MIM電容器。可選地，電容器包括MOM電容器。電容器形成在像素區域中，并且感光區域是光電二極管區域。

此外，該背照式圖像傳感器還包括：多個介電層，上覆晶體管結構和感光元件；以及互連結構，形成在多個介電層中，其中，互連結構的至少兩個金屬層和在至少兩個金屬層之間的多個介電層中的至少一個形成電容器。

在該背照式圖像傳感器中，電容器包括底部電極、頂部電極和形成在底部電極和頂部電極之間的電容器介電層，并且底部電極和頂部電極中的至少一個包括銅。

由此可知，本發明中的背照式圖像傳感器克服了現有技術中入射在區域中的光不能完全被吸收而是有所損失的缺陷。

附圖說明

通過下面結合附圖具體描述的示例性實施例，本發明的上述目的和特征將變得顯而易見，其中：

圖1為描述具有MIM電容器的背照式圖像傳感器的示例性實施例的截面圖；以及

圖2為描述具有MOM電容器的背照式圖像傳感器的示例性實施例的截面圖。

具體實施方式

在下面的描述中，詳細地闡述了很多具體細節以提供本發明提供的全面理解。然而，本領域的普通技術人員應認識到，本發明可以脫離這些具體細節而實現。在一些實例中，沒有詳細描述熟知結構和工藝以避免對本發明造成不必要的混淆。