專利名稱：圖像傳感器中的濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記形成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及供在數(shù)碼相機(jī)及其它類型的成像裝置中使用的電子圖像傳 感器，且更明確地說(shuō)，涉及供在形成背側(cè)照明式圖像傳感器中使用的處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
典型的電子圖像傳感器包括布置成二維陣列的若干個(gè)光敏感像元(“像素”)。 此圖像傳感器可經(jīng)配置以通過(guò)在所述像素上方形成適當(dāng)濾色器陣列(CFA)來(lái)產(chǎn)生彩 色圖像。標(biāo)題為“具有經(jīng)改進(jìn)光敏感度的圖像傳感器(Image Sensor with Improved LightSensitivity)，，的第2007/0024931號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案中揭示此類型的圖像傳感 器的實(shí)例，所述公開(kāi)案以引用的方式并入本文中。眾所周知，可使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q電路來(lái)實(shí)施圖像傳感器。在此布 置中，每一像素通常包括形成于硅襯底上的硅傳感器層中的光電二極管及其它電路元件。 一個(gè)或一個(gè)以上電介質(zhì)層通常形成于所述硅傳感器層上面且可并入有額外電路元件以及 用以形成互連件的多個(gè)金屬化物層級(jí)。所述圖像傳感器的其上形成有所述電介質(zhì)層及相關(guān) 聯(lián)金屬化物層級(jí)的側(cè)通常稱為前側(cè)，而具有所述硅襯底的側(cè)稱為背側(cè)。在前側(cè)照明式圖像傳感器中，來(lái)自被攝體場(chǎng)景的光入射于所述圖像傳感器的前側(cè)上， 且所述硅襯底相對(duì)較厚。然而，金屬化物層級(jí)互連件及所述圖像傳感器的前側(cè)上的與所述電介 質(zhì)層相關(guān)聯(lián)的各種其它特征的存在可不利地影響所述圖像傳感器的填充因數(shù)及量子效率。背側(cè)照明式圖像傳感器通過(guò)使厚硅襯底變薄或移除厚硅襯底且布置所述圖像傳 感器以使得來(lái)自被攝體場(chǎng)景的光入射于所述圖像傳感器的背側(cè)上來(lái)解決與前側(cè)電介質(zhì)層 相關(guān)聯(lián)的填充因數(shù)及量子效率問(wèn)題。因此，所述入射光不再受金屬化物層級(jí)互連件及所述 電介質(zhì)層的其它特征的影響，且填充因數(shù)及量子效率得到改進(jìn)。背側(cè)照明式圖像傳感器中可能出現(xiàn)的問(wèn)題與確保使用前側(cè)處理操作形成的圖像 傳感器特征與使用背側(cè)處理操作形成的圖像傳感器特征之間的適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)相關(guān)。舉例來(lái)說(shuō)， 可使用前側(cè)處理操作在傳感器層中形成光電二極管，而使用背側(cè)處理操作來(lái)形成上述CFA 的對(duì)應(yīng)濾色器元件。使用前側(cè)處理操作形成的特征稱為前側(cè)特征，而使用背側(cè)處理操作形 成的特征稱為背側(cè)特征。典型的常規(guī)方法利用前側(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記來(lái)對(duì)準(zhǔn)用以形成所述前側(cè)特征的各種前側(cè)處 理操作中所應(yīng)用的不同光刻標(biāo)記。然而，此類技術(shù)未能充分地解決背側(cè)特征與前側(cè)特征的 對(duì)準(zhǔn)。因此，在常規(guī)實(shí)踐下仍難以對(duì)準(zhǔn)背側(cè)特征(例如，CFA的濾色器元件)與前側(cè)特征 (例如，傳感器層的光電二極管)。所述CFA元件與所述光電二極管之間的任何對(duì)準(zhǔn)不匹配 可使所述圖像傳感器的性能顯著降級(jí)。因此，存在對(duì)用于形成背側(cè)照明式圖像傳感器的經(jīng)改進(jìn)處理技術(shù)的需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例通過(guò)使用多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記來(lái)提供具有經(jīng)改進(jìn)性能的背側(cè)照明式圖像傳感器，所述多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記減少CFA元件與其相應(yīng)光電二極管之間的對(duì)準(zhǔn)不 匹配。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種在背側(cè)照明式圖像傳感器中形成CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 的工藝。所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記形成工藝可為用于形成各自具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列 的多個(gè)圖像傳感器的晶片級(jí)工藝的一部分，其中利用圖像傳感器晶片來(lái)形成所述圖像傳感 器。所述圖像傳感器晶片至少包括襯底及形成于所述襯底上方的傳感器層。所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 形成工藝包括以下步驟在所述傳感器層中形成CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口及在所述傳感器層的前 側(cè)表面上形成外延層。所述外延層包括多晶硅CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，其形成于對(duì)應(yīng)于所述傳感器 層中的所述CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口中的相應(yīng)標(biāo)記開(kāi)口的位置中。在上文陳述的說(shuō)明性實(shí)施例中的一者中，所述圖像傳感器晶片包括絕緣體上硅 (SOI)晶片，其具有布置于所述襯底與所述傳感器層之間的隱埋氧化物層。在此實(shí)施例中， 可通過(guò)暴露所述氧化物層的背側(cè)表面且在所述氧化物層的所述背側(cè)表面上與所述CFA對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)地形成CFA來(lái)進(jìn)一步處理所述圖像傳感器晶片。此方法有利地提供所述圖像傳 感器的前側(cè)特征(即，所述CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記)與所述圖像傳感器的背側(cè)特征(即，形成于所述 氧化物層的所述背側(cè)表面上的CFA)之間的直接對(duì)準(zhǔn)。由于其它前側(cè)特征(例如，形成于所 述傳感器層中的光敏元件)也可與所述CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)，借此確保所述CFA的濾色器元 件與其相關(guān)聯(lián)光敏元件之間的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種背側(cè)照明式圖像傳感器包含傳感器層，其包括像素 陣列的光敏元件；外延層，其形成于所述傳感器層的前側(cè)表面上；及CFA，其形成于所述傳 感器層的背側(cè)表面上。所述外延層包括多晶硅CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，其形成于對(duì)應(yīng)于所述傳感器 層的所述前側(cè)表面中的相應(yīng)CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口的位置中。所述CFA與所述外延層的所述 CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的背側(cè)照明式圖像傳感器可有利地實(shí)施于數(shù)碼相機(jī)或其它類型的成 像裝置中。在不顯著地增加圖像傳感器裸片大小或成本的情況下，通過(guò)CFA與其相關(guān)聯(lián)光 敏元件的較佳對(duì)準(zhǔn)在此裝置中提供經(jīng)改進(jìn)性能。


當(dāng)結(jié)合以下說(shuō)明及圖式閱讀時(shí)，本發(fā)明的上述及其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更 為顯而易見(jiàn)，其中在可能的情況下使用相同參考編號(hào)來(lái)指定各圖共有的相同特征，且其 中圖1為具有根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例配置的背側(cè)照明式圖像傳感器的數(shù)碼相 機(jī)的框圖；圖2到5為顯示根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的背側(cè)照明式圖像傳感器的部分在用 于形成此圖像傳感器的實(shí)例性工藝中的各種步驟處的橫截面圖；且圖6為包括使用圖2到5的實(shí)例性工藝形成的多個(gè)圖像傳感器的圖像傳感器晶片 的平面圖。
具體實(shí)施例方式本文中將結(jié)合數(shù)碼相機(jī)、背側(cè)照明式圖像傳感器及用于形成此類圖像傳感器的處理技術(shù)的特定實(shí)施例來(lái)圖解說(shuō)明本發(fā)明。然而，應(yīng)理解，這些說(shuō)明性布置僅以實(shí)例方式呈 現(xiàn)，且決不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所揭示的布置可適于 以簡(jiǎn)單方式與各種各樣的其它類型的成像裝置及圖像傳感器一起使用。圖1顯示本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例中的數(shù)碼相機(jī)10。在所述數(shù)碼相機(jī)中，來(lái)自被攝 體場(chǎng)景的光輸入到成像級(jí)12。所述成像級(jí)可包括例如透鏡、中性密度濾光器、光圈及快門的 常規(guī)元件。所述光由成像級(jí)12聚焦以在圖像傳感器14上形成圖像，所述圖像傳感器將入 射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。數(shù)碼相機(jī)10進(jìn)一步包含處理器16、存儲(chǔ)器18、顯示器20及一個(gè)或一 個(gè)以上額外輸入/輸出(I/O)元件22。雖然在圖1的實(shí)施例中顯示為單獨(dú)的元件，但成像級(jí)12可與圖像傳感器14及(可 能地)數(shù)碼相機(jī)10的一個(gè)或一個(gè)以上額外元件集成在一起以形成緊致型相機(jī)模塊。在本實(shí)施例中假定圖像傳感器14為CMOS圖像傳感器，但可使用其它類型的圖像 傳感器來(lái)實(shí)施本發(fā)明。更明確地說(shuō)，圖像傳感器14包括背側(cè)照明式圖像傳感器，其以下文 將結(jié)合圖2到5描述的方式形成。所述圖像傳感器大體來(lái)說(shuō)包括具有布置成若干行及若干 列的多個(gè)像素的像素陣列且可包含與所述像素陣列的取樣與讀出相關(guān)聯(lián)的額外電路，例如 信號(hào)產(chǎn)生電路、信號(hào)處理電路、行及列選擇電路等。舉例來(lái)說(shuō)，此取樣與讀出電路可包括模 擬信號(hào)處理器，其用于處理從所述像素陣列讀出的模擬信號(hào)；及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其用于將此 類信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。這些類型的及適于在數(shù)碼相機(jī)10中使用的其它類型的電路為所 屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知且因此將不在本文中加以詳細(xì)描述。所述取樣與讀出電路的若干 部分可布置在所述圖像傳感器的外部，或與所述像素陣列整體地形成(舉例來(lái)說(shuō))于具有 光電二極管及所述像素陣列的其它元件的共用集成電路上。圖像傳感器14通常將實(shí)施為具有相關(guān)聯(lián)CFA圖案的彩色圖像傳感器?？膳c圖像 傳感器14 一起使用的CFA圖案的實(shí)例包含上文引用的第2007/0024931號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公 開(kāi)案中所描述的那些CFA圖案，但在本發(fā)明的其它實(shí)施例中可使用其它CFA圖案。作為另 一實(shí)例，可使用常規(guī)拜耳圖案，如標(biāo)題為“彩色成像陣列(Color ImagingArray)”、以引用方 式并入本文中的第3，971，065號(hào)美國(guó)專利中所揭示。舉例來(lái)說(shuō)，處理器16可包括微處理器、中央處理單元(CPU)、專用集成電路 (ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其它處理裝置或者多個(gè)此類裝置的組合。成像級(jí)12及圖 像傳感器14的各種元件可由時(shí)序信號(hào)或從處理器16供應(yīng)的其它信號(hào)來(lái)控制。存儲(chǔ)器18可包括任一類型的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、快閃存儲(chǔ)器、基于磁盤的存儲(chǔ)器、可裝卸存儲(chǔ)器或其它類型的存儲(chǔ)元件(以任一組 合方式)。與所述像素陣列的取樣與讀出以及對(duì)應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的處理相關(guān)聯(lián)的功能性可至少 部分地以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器18中且由處理器16執(zhí)行的軟件的形式實(shí)施。由圖像傳感器14捕獲的給定圖像可由處理器16存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器18中且呈現(xiàn)于顯 示器20上。顯示器20通常為有源矩陣彩色液晶顯示器(LCD)，但可使用其它類型的顯示 器。舉例來(lái)說(shuō)，額外I/O元件22可包括各種屏幕上控制件、按鈕或其它用戶接口、網(wǎng)絡(luò)接口、 存儲(chǔ)器卡接口等。舉例來(lái)說(shuō)，可在上文引用的第2007/0024931號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開(kāi)案中找到關(guān)于 圖1中所示類型的數(shù)碼相機(jī)的操作的額外細(xì)節(jié)。
應(yīng)了解，如圖1中所示的數(shù)碼相機(jī)可包括為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的類型的 額外或替代元件。本文中未具體顯示或描述的元件可選自此項(xiàng)技術(shù)中已知的那些元件。如 先前所陳述，本發(fā)明可實(shí)施于各種各樣其它類型的數(shù)碼相機(jī)或成像裝置中。此外，如上文所 提及，本文所描述的實(shí)施例的某些方面可至少部分地以由成像裝置的一個(gè)或一個(gè)以上處理 元件執(zhí)行的軟件的形式實(shí)施。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，鑒于本文中所提供的教示內(nèi) 容，可以簡(jiǎn)單方式實(shí)施此軟件。圖像傳感器14可制造于硅襯底或其它類型的襯底上。在典型的CMOS圖像傳感 器中，所述像素陣列的每一像素包含光電二極管及用于測(cè)量所述像素處的光級(jí)的相關(guān)聯(lián)電 路。舉例來(lái)說(shuō)，此電路可包括傳送柵極、復(fù)位晶體管、選擇晶體管、輸出晶體管及以眾所周知 的常規(guī)方式配置的其它元件。如上文所指示，圖2到5圖解說(shuō)明在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中形成背側(cè)照明式圖像 傳感器14的工藝。應(yīng)注意，這些圖經(jīng)簡(jiǎn)化以清晰地圖解說(shuō)明本發(fā)明的各種方面且未必是按 比例繪制。給定實(shí)施例可包含未明確地圖解說(shuō)明但因通常與所描述的一般類型的圖像傳感 器相關(guān)聯(lián)而為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的多種其它特征或元件。圖2顯示在完成常規(guī)CMOS工藝流程的若干個(gè)初始步驟處的圖像傳感器晶片200 的一部分。由于這些步驟在此項(xiàng)技術(shù)中為眾所周知的，因此本文中將不對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。 此階段處的圖像傳感器晶片200包括硅襯底202、形成于所述襯底上方的隱埋氧化物(BOX) 層204及形成于所述氧化物層上方的硅傳感器層206。如將描述，圖像傳感器晶片200進(jìn)一步經(jīng)處理以形成各自具有經(jīng)配置以用于背側(cè) 照明的像素陣列的多個(gè)圖像傳感器。應(yīng)注意，將描述的圖像傳感器形成工藝將集中于CFA 對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的形成上?？墒褂脼樗鶎兕I(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的常規(guī)技術(shù)來(lái)實(shí)施圖像傳感器形 成的其它方面，例如傳感器層206中的像素陣列的光電二極管及相關(guān)聯(lián)電路的形成以及額 外特征(例如電路、導(dǎo)體、接合墊等等)的形成。圖像傳感器晶片200具有如圖2中所指示的前側(cè)及背側(cè)。如本文中先前所描述， 所述前側(cè)通常是指圖像傳感器的其上形成有電介質(zhì)層及相關(guān)聯(lián)金屬化物層級(jí)的側(cè)，而具有 硅襯底的側(cè)稱為背側(cè)。術(shù)語(yǔ)“前側(cè)”及“背側(cè)”在本文中將用以表示圖像傳感器晶片或由此 晶片形成的圖像傳感器的特定側(cè)，以及所述圖像傳感器晶片或?qū)?yīng)圖像傳感器的特定層的 側(cè)。舉例來(lái)說(shuō)，傳感器層206具有前側(cè)表面206F及背側(cè)表面206B。如上文所提及，說(shuō)明性實(shí)施例涉及背側(cè)照明式圖像傳感器，S卩，其中來(lái)自被攝體場(chǎng) 景的光從所述傳感器的背側(cè)入射于光電二極管或像素陣列的其它光敏元件上的圖像傳感
ο應(yīng)注意，當(dāng)結(jié)合圖像傳感器晶片或?qū)?yīng)圖像傳感器的層使用時(shí)例如“在…上(on)，， 或“在…上方(over) ”等術(shù)語(yǔ)既定被廣泛地理解，且因此不應(yīng)解釋為排除一個(gè)或一個(gè)以上介 入層或者其它介入圖像傳感器特征或元件的存在。因此，可通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上額外層將 本文中描述為形成于另一層上或形成于另一層上方的給定層與所述另一層分離。圖2中所圖解說(shuō)明的圖像傳感器晶片200為絕緣體上硅(SOI)晶片的實(shí)例。在此 晶片中，硅傳感器層206的厚度可為約1到6微米(μ m)，且隱埋氧化物層204的厚度可為 約.1到.5 μ m，但可使用其它厚度。硅襯底202通常顯著厚于所述傳感器層或隱埋氧化物 層。本發(fā)明的替代實(shí)施例可利用其它類型的晶片(例如不包含隱埋氧化物層的外延晶片或體半導(dǎo)體晶片)來(lái)形成背側(cè)照明式圖像傳感器，但SOI晶片通常提供用于背側(cè)處理的較平
滑表面。以圖3到5中所示的方式進(jìn)一步處理圖像傳感器晶片200來(lái)形成圖1的背側(cè)照明 式圖像傳感器14。參考圖3，在傳感器層206中形成CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口 302及304，如所示。舉例來(lái) 說(shuō)，可使用常規(guī)光刻操作來(lái)形成這些開(kāi)口，例如進(jìn)行光致抗蝕劑沉積，隨后進(jìn)行曝光、顯影、 蝕刻及剝除。根據(jù)所要的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記圖案來(lái)對(duì)所述開(kāi)口進(jìn)行圖案化，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記圖案通常 將取決于正用以處理所述圖像傳感器晶片的光刻設(shè)備的特定類型。CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口 302及304在圖3中說(shuō)明性地顯示為經(jīng)蝕刻穿過(guò)傳感器層206 以暴露隱埋氧化物層204的下伏前側(cè)表面。此為其中將所述開(kāi)口向下蝕刻到所述氧化物層 的布置的實(shí)例。在其它實(shí)施例中，所述蝕刻操作的深度可經(jīng)調(diào)整以使得所述開(kāi)口終止于所 述傳感器層內(nèi)或延伸穿過(guò)所述傳感器層且終止于所述氧化物層中。接著，在傳感器層206的前側(cè)表面上形成外延層400，如圖4中所圖解說(shuō)明。舉例 來(lái)說(shuō)，可通過(guò)硅的外延生長(zhǎng)(通過(guò)沉積于傳感器層206的前側(cè)表面上方)來(lái)形成此層。所 述傳感器層的前側(cè)表面的未經(jīng)蝕刻部分通常包括單晶硅，而經(jīng)蝕刻開(kāi)口 302、304暴露下伏 隱埋氧化物層204的前側(cè)表面。單晶硅上方的外延生長(zhǎng)將產(chǎn)生具有與下伏單晶硅相同的定 向的單晶硅，而氧化物上方的外延生長(zhǎng)將不展示特定定向，而是將改為呈多晶硅(“多晶硅 (polysilicon)")的形式。因此，外延層400的形成導(dǎo)致在對(duì)應(yīng)于所述傳感器層中的CFA對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口 302、304中的相應(yīng)者的位置中形成多晶硅CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記402、404。還可看出，所 述外延生長(zhǎng)在多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記402及404上方的表示為412、414的相應(yīng)區(qū)域中產(chǎn)生間隙， 如所示。此實(shí)例中的多晶硅CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記402、404顯示為具有大致梯形的橫截面形狀。可 使用其它標(biāo)記形狀，其又取決于用以處理所述圖像傳感器晶片的光刻設(shè)備的特定特性及要 求。圖5圖解說(shuō)明在進(jìn)一步處理操作之后的圖像傳感器晶片200。在外延層400的前 側(cè)表面上形成電介質(zhì)層500。此實(shí)施例中的電介質(zhì)層包括多個(gè)電介質(zhì)材料層且可包含(舉 例來(lái)說(shuō))層間電介質(zhì)(ILD)及分離多個(gè)金屬化物層級(jí)的金屬間電介質(zhì)(IMD)?？墒褂贸Ｒ?guī) 技術(shù)在電介質(zhì)層500內(nèi)形成各種圖像傳感器特征，例如互連件、柵極或其它電路元件?？煽?出，電介質(zhì)層500的至少一部分填充區(qū)域412、414中的間隙。雖然在圖5的圖示中僅顯示 單個(gè)電介質(zhì)層500，但其它實(shí)施例可包括可能通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上介入層彼此分離的多個(gè) 電介質(zhì)層。在形成電介質(zhì)層500之后，將處置晶片502附接到層500的前側(cè)表面。舉例來(lái)說(shuō)， 可使用低溫氧化物到氧化物接合來(lái)附接處置晶片502。接著，移除襯底202以暴露隱埋氧化物層204的背側(cè)表面。舉例來(lái)說(shuō)，可以任一組 合方式使用研磨、拋光或蝕刻技術(shù)來(lái)移除所述襯底。通常，將所述襯底全部移除，從而在所 述晶片的背側(cè)處暴露隱埋氧化物層204。在替代實(shí)施例(例如涉及外延晶片或體半導(dǎo)體晶 片的實(shí)施例)中，可使所述襯底變薄而非完全地移除。在移除所述襯底之后，將所述結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)且在隱埋氧化物層204的背側(cè)表面上的 CFA層504中形成CFA及相關(guān)聯(lián)微透鏡，如圖5中所示。處置晶片502充當(dāng)襯底，從而在移除原始襯底202之后提供對(duì)所述結(jié)構(gòu)的支撐。通常，所述圖像傳感器晶片的像素陣列中的 每一者具有對(duì)應(yīng)CFA，其包含布置于傳感器層206的相應(yīng)光敏元件512上方的濾色器元件 510。如本文中別處所指示，所述光敏元件可包括光電二極管。雖然未明確地顯示于所述圖 中，但微透鏡可與CFA層504的濾色器元件510中的每一者相關(guān)聯(lián)。與多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記402、404對(duì)準(zhǔn)地形成濾色器元件510及其相關(guān)聯(lián)微透鏡。也與 多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記402、404對(duì)準(zhǔn)地形成光敏元件512。此布置確保傳感器層206的光敏元件 512與CFA層504的對(duì)應(yīng)濾色器元件510之間的準(zhǔn)確對(duì)準(zhǔn)。可用以將所述CFA、微透鏡及光 敏元件與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記(例如多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記402、404)對(duì)準(zhǔn)的特定光刻技術(shù)在此項(xiàng)技術(shù)中為 眾所周知的且因此本文中未詳細(xì)地描述。接著，使如圖5中所示的圖像傳感器晶片經(jīng)受進(jìn)一步處理操作以形成圖1的數(shù)碼 相機(jī)10中所利用的圖像傳感器14。通常，將所得經(jīng)處理圖像傳感器晶片切割成經(jīng)配置以 用于背側(cè)照明的多個(gè)圖像傳感器，所述多個(gè)圖像傳感器中的一者為數(shù)碼相機(jī)10中的圖像 傳感器14。下文將結(jié)合圖6更詳細(xì)地描述所述晶片切割操作。此實(shí)施例中的處置晶片502 在切割之前不被移除，而是充當(dāng)永久性處置晶片，其部分保持為所述圖像傳感器的在所述 切割操作中彼此分離的相應(yīng)圖像傳感器的一部分。在替代實(shí)施例中，可使用暫時(shí)載體晶片代替處置晶片502。可使用環(huán)氧樹(shù)脂或另 一適合粘合劑來(lái)附接所述暫時(shí)載體晶片。在附接所述暫時(shí)載體晶片之后，移除襯底202，如 上文所描述。接著，可在移除所述暫時(shí)載體晶片之前將透明蓋板附接到所述圖像傳感器晶 片的背側(cè)表面，所述透明蓋板包括上覆于所述CFA中的相應(yīng)CFA上的透明蓋。每一此玻璃 蓋可包括布置于其對(duì)應(yīng)CFA上方的中心腔且進(jìn)一步包括經(jīng)由環(huán)氧樹(shù)脂緊固到氧化物層204 的背側(cè)表面的外圍支撐件。所述透明蓋板可由玻璃或另一透明材料形成?？蓪⒋松w板作為 單個(gè)板附接到所述晶片，所述單個(gè)板在從所述晶片切割出所述圖像傳感器時(shí)被分割成單獨(dú) 蓋?？稍谏衔囊玫目逻_(dá)檔案號(hào)94872的美國(guó)專利申請(qǐng)案中找到關(guān)于暫時(shí)載體晶片及透明 蓋板的使用的其它細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)了解，此類元件及相關(guān)聯(lián)處理操作的使用并非本發(fā)明的要 求。如上文所指示，在圖2到5中所圖解說(shuō)明的處理操作為應(yīng)用于圖像傳感器晶片的 晶片級(jí)處理操作。圖6顯示包括多個(gè)圖像傳感器602的圖像傳感器晶片600的平面圖。通 過(guò)對(duì)圖像傳感器晶片600的晶片級(jí)處理來(lái)形成圖像傳感器602，如結(jié)合圖2到5所描述。接 著，通過(guò)沿切割線604切割所述晶片來(lái)將所述圖像傳感器彼此分離。圖像傳感器602中的 給定圖像傳感器對(duì)應(yīng)于圖1的數(shù)碼相機(jī)10中的圖像傳感器14。上文描述的說(shuō)明性實(shí)施例有利地提供用于形成背側(cè)照明式圖像傳感器的經(jīng)改進(jìn) 處理布置。舉例來(lái)說(shuō)，CFA對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記402及404為前側(cè)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，其可用以直接對(duì)準(zhǔn)背側(cè)特 征(說(shuō)明性地為CFA層504的濾色器元件510)。此允許所述濾色器元件與其相關(guān)聯(lián)光敏元 件的較佳對(duì)準(zhǔn)，借此改進(jìn)圖像傳感器性能。雖然已特別參考本發(fā)明的某些說(shuō)明性實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但將理解，可 在如所附權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)若干變化及修改。舉例來(lái)說(shuō)，可使用替 代材料、晶片、層、工藝步驟等以其它類型的圖像傳感器及數(shù)字成像裝置來(lái)實(shí)施本發(fā)明。所 屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于明了這些及其它替代實(shí)施例。部件列表
10數(shù)碼相機(jī)
12成像級(jí)
14背側(cè)照明式圖像傳感器
16處理器
18存儲(chǔ)器
20顯不器
22輸入/輸出(I/O)元件
200圖像傳感器晶片
202襯底
204隱埋氧化物(BOX)層
206傳感器層
206B傳感器層背側(cè)表面
206F傳感器層前側(cè)表面
302,304開(kāi)口
400外延層
402,404濾色器陣列(CFA)對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記
412,414間隙區(qū)域
500電介質(zhì)層
502處置晶片
504CFA層
510濾色器元件
512光敏元件
600圖像傳感器晶片
602圖像傳感器
604切割線
權(quán)利要求
1.一種在圖像傳感器晶片中形成濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的方法，所述圖像傳感器晶片用 以形成各自具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列的多個(gè)圖像傳感器，所述圖像傳感器晶 片至少包括襯底及傳感器層，所述方法包括以下步驟在所述傳感器層中形成濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口 ；及 在所述傳感器層的前側(cè)表面上形成外延層；其中所述外延層包括多晶硅濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，其形成于對(duì)應(yīng)于所述傳感器層中的 所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口中的相應(yīng)標(biāo)記開(kāi)口的位置中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖像傳感器晶片包括布置于所述襯底與所述 傳感器層之間的氧化物層，所述方法進(jìn)一步包括以下步驟暴露所述氧化物層的背側(cè)表面；及在所述氧化物層的所述背側(cè)表面上與所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)地形成濾色器陣列。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述暴露所述氧化物層的背側(cè)表面的步驟進(jìn)一步 包括以下步驟在所述外延層的前側(cè)表面上形成電介質(zhì)層； 將處置晶片附接到所述電介質(zhì)層的前側(cè)表面；及 移除所述襯底以暴露所述氧化物層的所述背側(cè)表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其進(jìn)一步包括將所得經(jīng)處理晶片分離成所述多個(gè)圖像 傳感器的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述在所述傳感器層中形成濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 開(kāi)口的步驟進(jìn)一步包括蝕刻所述開(kāi)口以使得所述開(kāi)口終止于所述傳感器層中。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述在所述傳感器層中形成濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 開(kāi)口的步驟進(jìn)一步包括蝕刻所述開(kāi)口以使得所述開(kāi)口延伸穿過(guò)所述傳感器層且終止于所 述氧化物層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中所述在所述傳感器層中形成濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記 開(kāi)口的步驟進(jìn)一步包括蝕刻所述開(kāi)口以使得所述開(kāi)口延伸穿過(guò)所述傳感器層且終止于所 述氧化物層的前側(cè)表面處。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述濾色器陣列的相應(yīng)濾色器元件上 方與所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)地形成微透鏡的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述電介質(zhì)層包括層間電介質(zhì)且進(jìn)一步包括分離 多個(gè)金屬化物層級(jí)的金屬間電介質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖像傳感器晶片包括絕緣體上硅(SOI)晶片。
11.一種具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列的圖像傳感器，其包括 傳感器層，其包括所述像素陣列的多個(gè)光敏元件；外延層，其形成于所述傳感器層的前側(cè)表面上，所述外延層包括多晶硅濾色器陣列對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記形成于對(duì)應(yīng)于所述傳感器層的所述前側(cè)表面中的相應(yīng)濾色器陣列對(duì) 準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口的位置中；及濾色器陣列，其形成于所述傳感器層的背側(cè)表面上；其中所述濾色器陣列與所述外延層的所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括形成于所述外延層的前側(cè)表面 上的電介質(zhì)層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其中所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口終止于所 述傳感器層中。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其進(jìn)一步包括布置于所述濾色器陣列與所述 傳感器層的所述背側(cè)表面之間的氧化物層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像傳感器，其中所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口延伸穿過(guò) 所述傳感器層且終止于所述氧化物層中。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的圖像傳感器，其中所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口延伸穿過(guò) 所述傳感器層且終止于所述氧化物層的前側(cè)表面處。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其中所述多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記中的至少給定一者 具有為大致梯形的橫截面形狀。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器包括CMOS圖像傳感器。
19.一種數(shù)字成像裝置，其包括圖像傳感器，其具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列；及一個(gè)或一個(gè)以上處理元件，其經(jīng)配置以處理所述圖像傳感器的輸出來(lái)產(chǎn)生數(shù)字圖像；其中所述圖像傳感器包括傳感器層，其包括所述像素陣列的多個(gè)光敏元件；外延層，其形成于所述傳感器層的前側(cè)表面上，所述外延層包括多晶硅濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記形成于對(duì)應(yīng)于所述傳感器層的所述前側(cè)表面中的相應(yīng)濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口的位置中；及濾色器陣列，其形成于所述傳感器層的背側(cè)表面上；其中所述濾色器陣列與所述外延層的所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的數(shù)字成像裝置，其中所述成像裝置包括數(shù)碼相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種背側(cè)照明式圖像傳感器，其包含傳感器層，其包括像素陣列的光敏元件；外延層，其形成于所述傳感器層的前側(cè)表面上；及濾色器陣列，其形成于所述傳感器層的背側(cè)表面上。所述外延層包括多晶硅濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，其形成于對(duì)應(yīng)于所述傳感器層的所述前側(cè)表面中的相應(yīng)濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開(kāi)口的位置中。所述濾色器陣列與所述外延層的所述濾色器陣列對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記對(duì)準(zhǔn)。所述圖像傳感器可實(shí)施于數(shù)碼相機(jī)或其它類型的數(shù)字成像裝置中。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102077349SQ200980124862
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者弗雷德里克·T·布雷迪 申請(qǐng)人:柯達(dá)公司