互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器及其制造方法技术

一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其包括光感测元件、至少一晶体管、第一介电层、环柱反射层、第二介电层、保护层、材料层、透明材料层、滤光膜以及聚光元件。其中，光感测元件配置于衬底的光感测区中，而晶体管配置于衬底的晶体管区上，且晶体管与光感测元件电性连接。第一介电层配置于衬底上，且覆盖晶体管与光感测元件，而环柱反射层配置于光感测区的第一介电层上。第二介电层配置于环柱反射层外侧的第一介电层上，保护层配置于第二介电层上，而材料层配置于环柱反射层内侧的第一介电层上。透明材料层配置于材料层、保护层与环柱反射层上，滤光膜配置于透明材料层上，聚光元件配置于对应至光感测区的滤光膜上。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光学装置及其制造方法，尤其涉及一种。
技术介绍
互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器(CMOS image sensor，CIS)是与互补式金属氧化物半导体晶体管的工艺相容，而能够很容易地与其他周边电路集成在同一晶片上，因此能够大幅降低影像感测器的成本以及消耗功率。因此近年来在低价位领域的应用上，互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器已成为电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)的代替品，进而使得互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的重要性与日俱增。美国专利第6,861,686B2号(U.S.Pat.No.6,861,686 B2)，其内容揭露一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的结构及其制造方法，用以解决以铜金属取代铝金属制作内连线时，所衍生的种种问题。但是，专利第6,861,686B2号仍然存在一些问题无法解决。举例来说，外界光线是经由透镜(lens)以及彩色滤光片(color filter)而入射至导电内连线(electrical interconnection line)中，进而被光电二极管(photodiode)所接收。然而，当外界光线在穿过导电内连线中的光线通道(light passageway)时，若未直接传递至光电二极管，则光线会被光线通道表面的介电层或保护层等膜层吸收，因而降低互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的感光效能。
技术实现思路
本专利技术的目的就是在提供一种，能够增加互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器所感测到的光线强度，进而提高其感光效能。本专利技术提出一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其包括光感测元件、至少一晶体管、第一介电层、环柱反射层、第二介电层、保护层、材料层、透明材料层、滤光膜以及聚光元件。其中，光感测元件配置于衬底的光感测区中，而晶体管配置于衬底的晶体管区上，且晶体管与光感测元件电性连接。另外，第一介电层配置于衬底上，且覆盖晶体管与光感测元件，而环柱反射层配置于光感测区的第一介电层上。此外，第二介电层配置于环柱反射层外侧的第一介电层上，保护层配置于第二介电层上，而材料层配置于环柱反射层内侧的第一介电层上。透明材料层配置于材料层、保护层与环柱反射层上，滤光膜配置于透明材料层上，聚光元件配置于对应至光感测区的滤光膜上。依照本专利技术的实施例所述，上述的环柱反射层例如是一导体层。其中，导体层的材质例如是铜、铝、钨。依照本专利技术的实施例所述，上述的环柱反射层为一环柱导体间隙壁结构。另外，环柱反射层是由多个环柱导体结构串联所组成。依照本专利技术的实施例所述，互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器还包括一金属内连线配置于晶体管区的第一介电层与第二介电层中，且金属内连线与晶体管电性连接。其中，环柱反射层的材质与金属内连线的材质相同。此外，上述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器还包括一焊垫配置于保护层中及部分保护层上，且焊垫与金属内连线电性连接。其中，环柱反射层的材质与焊垫的材质相同。依照本专利技术的实施例所述，上述的材料层的材质与透明材料层的材质相同。依照本专利技术的实施例所述，上述的材料层的材质为由第二介电层与保护层的材质所组成。依照本专利技术的实施例所述，上述的聚光元件例如是透镜。依照本专利技术的实施例所述，上述的光感测元件例如是光电二极管。本专利技术还提出一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，首先，于衬底的光感测区中形成光感测元件，并于衬底的晶体管区上形成电性连接光感测元件的至少一晶体管。然后，于衬底上形成一介电层，其中晶体管区上方的介电层中形成有与晶体管电性连接的金属内连线。之后，于衬底上方形成一保护层，覆盖介电层与金属内连线。接着，移除部分保护层与部分介电层，以于光感测元件上方形成第一开口，并于第一开口侧壁形成一环柱反射层。然后，形成一透明材料层，以覆盖保护层与环柱反射层，且填满第一开口。随后，于透明材料层上形成滤光膜，并于对应至光感测区的部分滤光膜上形成一聚光元件。依照本专利技术的实施例所述，上述的环柱反射层例如是导体层。其中，导体层的材质例如是铜、铝、钨。依照本专利技术的实施例所述，上述的环柱反射层的形成方法例如是先于衬底上方形成一第一导体材料层，覆盖保护层，且填满第一开口。然后，进行一非等向性蚀刻工艺，移除部分第一导体材料层，于第一开口侧壁形成一环柱导体间隙壁结构，以作为环柱反射层。依照本专利技术的实施例所述，上述的环柱反射层与焊垫同时形成，而其形成方法例如是，于形成第一开口的同时，在晶体管区的保护层中形成底部暴露出金属内连线的第二开口。然后，于衬底上方形成一第二导体材料层，覆盖保护层，且填满第一开口与第二开口。之后，于对应至第二开口的部分第二导体材料层上形成一光致抗蚀剂层。接着，进行一蚀刻工艺，以光致抗蚀剂层为掩模，移除部分第二导体材料层，以于晶体管区的第二开口中及其两侧的部分保护层上形成焊垫，且同时于光感测区的第一开口侧壁形成环柱反射层。依照本专利技术的实施例所述，上述的金属内连线的形成方法例如是，(a)于衬底上形成一第一介电材料层，覆盖晶体管与光感测元件；(b)于第一介电材料层中形成电性连接晶体管的至少一插塞；(c)于部分第一介电材料层上形成电性连接插塞的至少一导线；(d)于未被导线所覆盖的第一介电材料层上形成一第二介电材料层；以及(e)重复步骤(a)～(d)，以形成具有预定层数的金属内连线。依照本专利技术的实施例所述，上述的金属内连线的形成方法例如是双镶嵌的方式。依照本专利技术的实施例所述，上述的聚光元件例如是透镜。依照本专利技术的实施例所述，上述的光感测元件例如是光电二极管。本专利技术又提出一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，首先于衬底的光感测区中形成光感测元件，并于衬底的晶体管区上形成电性连接光感测元件的至少一晶体管。然后，于衬底上形成一介电层，其中晶体管区的介电层中形成有与晶体管电性连接的一金属内连线，且在形成金属内连线同时，于光感测区的部分介电层中形成未与光感测元件连接的至少一第一环柱导体结构。之后，于衬底上方形成一保护层，覆盖介电层、环柱导体结构与金属内连线，并于保护层上形成一透明材料层。然后，于透明材料层上形成一滤光膜，并于对应至光感测区的部分滤光膜上形成一聚光元件。依照本专利技术的实施例所述，上述的第一环柱导体结构的材质例如是导体层。其中，导体层的材质例如是铜、铝、钨。依照本专利技术的实施例所述，上述的第一环柱导体结构与金属内连线是同时形成，其形成方法例如是，(a)于衬底上形成一第一介电材料层；(b)于第一介电材料层中形成电性连接晶体管的一插塞；(c)于晶体管区的第一介电材料层上形成与插塞电性连接的一导线，且同时于光感测区的第一介电材料层上形成一环柱导体结构；(d)于未被导线与环柱导体结构所覆盖的第一介电材料层上形成一第二介电材料层；以及(e)重复步骤(a)～(d)，以形成具有预定层数的金属内连线。其中，金属内连线的形成方法例如是以双镶嵌的方式形成。依照本专利技术的实施例所述，还包括于光感测区的保护层中形成一第二环柱导体结构，且第二环柱导体结构是对应形成于第一环柱导体结构上。其中，第二环柱导体结构的形成方法例如是于光感测区的保护层上形成一第三开口或一第三环形沟渠。然后，于衬底上方形成一第三导体材料层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，包括：一光感测元件，配置于一衬底的一光感测区中；至少一晶体管，配置于该衬底的一晶体管区上，且该晶体管与该光感测元件电性连接；一第一介电层，配置于该衬底上，覆盖该晶体管与该光 感测元件；一环柱反射层，配置于该光感测区的该第一介电层上；一第二介电层，配置于该环柱反射层外侧的该第一介电层上；一保护层，配置于该第二介电层上；一材料层，配置于该环柱反射层内侧的该第一介电层上；一透明 材料层，配置于该材料层、该保护层与该环柱反射层上；一滤光膜，配置于该透明材料层上；以及一聚光元件，配置于对应至该光感测区的该滤光膜上。

【技术特征摘要】
1.一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，包括一光感测元件，配置于一衬底的一光感测区中；至少一晶体管，配置于该衬底的一晶体管区上，且该晶体管与该光感测元件电性连接；一第一介电层，配置于该衬底上，覆盖该晶体管与该光感测元件；一环柱反射层，配置于该光感测区的该第一介电层上；一第二介电层，配置于该环柱反射层外侧的该第一介电层上；一保护层，配置于该第二介电层上；一材料层，配置于该环柱反射层内侧的该第一介电层上；一透明材料层，配置于该材料层、该保护层与该环柱反射层上；一滤光膜，配置于该透明材料层上；以及一聚光元件，配置于对应至该光感测区的该滤光膜上。2.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该环柱反射层包括一导体层。3.如权利要求2所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该导体层的材质包括铜、铝、钨。4.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该环柱反射层为一环柱导体间隙壁结构。5.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该环柱反射层是由多个环柱导体结构串联所组成。6.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，还包括一金属内连线，配置于该晶体管区的该第一介电层与该第二介电层中，且电性连接该晶体管。7.如权利要求6所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该环柱反射层的材质与该金属内连线的材质相同。8.如权利要求6所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，还包括一焊垫，配置于该保护层中并延伸至该保护层上的该透明材料层中，且与该金属内连线电性连接。9.如权利要求8所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该环柱反射层的材质与该焊垫的材质相同。10.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该材料层的材质与该透明材料层的材质相同。11.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该材料层的材质由两种材质所组成，其材质分别与该第二介电层和该保护层的材质相同。12.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该聚光元件包括透镜。13.如权利要求1所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器，其中该光感测元件包括光电二极管。14.一种互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，包括以下步骤于一衬底的一光感测区中形成一光感测元件；于该衬底的一晶体管区上形成电性连接该光感测元件的至少一晶体管；于该衬底上形成一介电层，其中该晶体管区上方的该介电层中形成有与该晶体管电性连接的一金属内连线；于该衬底上方形成一保护层，覆盖该介电层与该金属内连线；移除部分该保护层与部分该介电层，以于该光感测元件上方形成一第一开口；于该第一开口侧壁形成一环柱反射层；形成一透明材料层，覆盖该保护层与该环柱反射层，且填满该第一开口；于该透明材料层上形成一滤光膜；以及于对应至该光感测区的部分该滤光膜上形成一聚光元件。15.如权利要求14所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，其中该环柱反射层包括一导体层。16.如权利要求15所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，其中该导体层的材质包括铜、铝、钨。17.如权利要求14所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，其中该环柱反射层的形成方法包括于该衬底上方形成一第一导体材料层，覆盖该保护层，且填满该第一开口；以及进行一非等向性蚀刻工艺，移除部分该第一导体材料层，于该第一开口侧壁形成一环柱导体间隙壁结构，以作为该环柱反射层。18.如权利要求14所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，其中该环柱反射层与一焊垫同时形成。19.如权利要求18所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，其中该焊垫的形成方法包括于形成该光感测区的该第一开口的同时，在该晶体管区的该保护层中形成底部暴露出该金属内连线的一第二开口；于该衬底上方形成一第二导体材料层，覆盖该保护层，且填满该第一开口与该第二开口；于对应至该第二开口的部分该第二导体材料层上形成一光致抗蚀剂层；进行一蚀刻工艺，以该光致抗蚀剂层为掩模，移除部分该第二导体材料层，以于该晶体管区的该第二开口中及其两侧的部分该保护层上形成该焊垫，且同时于该光感测区的该第一开口侧壁形成该环柱反射层；以及移除该光致抗蚀剂层。20.如权利要求14所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，其中该聚光元件包括透镜。21.如权利要求14所述的互补式金属氧化物半导体晶体管影像感测器的制造方法，其中该光感测元件包括光电二极管。2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秋德，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]