固态成像器件制造技术

本发明专利技术提供一种固态成像器件，其具有衬底，在该衬底中形成具有多个像素的像素阵列部分和外围电路部分。该器件的特征在于第一多层金属化结构形成在该外围电路部分上方，以及比第一多层金属化结构薄的第二多层金属化结构形成在该像素阵列部分上方。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固态成像器件，尤其涉及一种基于CMOS技术的固态成像器件。
技术介绍
基于CMOS的固态成像器件通常指有源像素传感器或者CMOS图像传感器，其在像素阵列的每个像素中具有光电转换器和复位及放大该光电转换器的晶体管，并在外围电路中具有驱动单个像素及输出电路的驱动电路和放大从单个像素输出的电信号并执行图像处理的图像处理电路。预期这种CMOS图像传感器提供的固态成像器件在制造中使用的CMOS工艺成本较低并由于像素结构的改进能够获得较高的图像质量。由于CMOS图像传感器用于安装在如便携式电话和信息终端等移动装置上的摄像模块中，因此在此产业中对于更大规模的集成和更小的芯片尺寸具有强烈的需求。为了满足这种需求，需要在芯片中采用多层金属化结构。然而，使用多层金属化结构意味着在像素上方形成由多层金属化层(level)和位于所述金属化层之间的介电层的多层金属化结构，这使得难以将入射光引导至像素中的光电转换器。由于多层金属化层使入射光散射以及多层介电膜使入射光衰减，从而引起灵敏度下降和图像模糊。图1为现有技术的CMOS图像传感器的横截面示意图。由半导体衬底构成的芯片1在其中心处具有由多个像素构成的像素阵列10，而外围电路12形成在像素阵列10的周围。上多层金属化层22和下多层金属化层20形成在像素阵列10和外围电路12上方的衬底上。目前通用的CMOS图像传感器采用例如三层的多层金属化结构。除了外围电路之外，这种多层金属化结构也用于像素内晶体管的连接。然而，如上文中指出的，由于需要避免入射光的散射，因此日本专利申请特开No.2004-221527和日本专利申请特开No.2003-249632描述了采用如下结构其中，在像素中金属化层不形成于光电转换器上方，并且能够将入射光引导至光电转换器。根据该现有技术，沟槽状的孔形成在每个像素上方的多层金属化结构中，并且介电材料被埋入孔中以提供光导结构。此外，CMOS图像传感器在每个像素上方具有用以聚集入射光的微透镜和滤色镜。这种结构需要复杂的制造工艺。为了解决这个问题，例如日本专利申请特开No.2002-134726给出如下工艺的启示其中，去除像素上方的部分介电膜以形成一个沟槽，而凸形的滤色镜图案形成于沟槽中，兼用作微透镜和滤色镜。
技术实现思路
由此，以上专利文献中公开的现有技术提供用以引导光至单个像素的结构或者涉及形成沟槽结构。然而，这些结构非常难于制造。此外，如果用于摄像模块的图像传感器芯片设计为大规模集成电路，则可以避免使入射光通过比较厚的外围电路的多层金属化结构(例如五层结构)。因此，存在对简单且能够使入射光至像素的散射和衰减最小化的多层金属化结构的需求。因此，本专利技术的目的是提供一种固态成像器件，其具有较大规模集成和较小芯片尺寸所需的多层金属化结构，并具有能够有效抑制入射光至像素的散射和衰减的结构固态成像器件。根据本专利技术的第一个方案，为了实现上述目的，本专利技术提供一种固态成像器件，其包括衬底，在该衬底中形成具有多个像素的像素阵列部分和位于该像素阵列周围的外围电路部分。该器件的特征在于第一多层金属化结构形成在该外围电路部分上方，以及比该第一多层金属化结构薄的第二多层金属化结构形成在该像素阵列部分上方。根据本专利技术的所述第一个方案，在外围电路部分上方，第一多层金属化结构使得能够在小面积区域中设置高度集成的电路。同时，在具有多个像素的像素阵列部分上方，形成比第一多层金属化结构薄的第二多层金属化结构，这使得能够抑制入射光到像素的散射和衰减。此外，通过为像素阵列部分上方的多层金属化结构提供均匀且较薄的结构，能够简化制造工艺。在上述本专利技术第一个方案的优选实施例中，在像素阵列上方由位于外围电路部分上方的第一多层金属化结构和位于该像素阵列部分上方的第二多层金属化结构形成单沟槽结构，该沟槽结构在其至少一个拐角处具有突起。根据本实施例的固态成像器件还具有通过旋涂在该沟槽结构底部形成的滤色镜薄膜和位于每个像素上方的微透镜。在为形成滤色镜薄膜或微透镜而进行的旋涂期间所应用的树脂材料被推至突起处，这使得能够在沟槽结构的底部上形成均匀的膜。在上述本专利技术第一个方案的另一优选实施例中，在像素阵列上方由位于外围电路部分上方的第一多层金属化结构和位于该像素阵列部分上方的第二多层金属化结构形成单沟槽结构，该沟槽结构延伸覆盖包括该像素阵列部分的至少一部分的区域。该沟槽结构区域与该像素阵列部分除外围暗像素之外的光接收像素中心区尺寸等同。可替换地，该沟槽结构区域可以是比该像素阵列部分的光接收像素中心区更宽的区域，并且该区域的宽度为使通过聚光镜以一个角度进入封装中的入射光能够到达光接收像素区的程度。在上述本专利技术第一个方案的另一优选实施例中，在像素阵列上方由位于外围电路部分上方的第一多层金属化结构和位于该像素阵列部分上方的第二多层金属化结构形成单沟槽结构，光学滤色镜薄膜形成在该沟槽结构中，每个像素的微透镜形成在光学滤色镜薄膜上方，并且该光学滤色镜薄膜的厚度实质上等于该沟槽结构的深度。可替换地，该光学滤色镜薄膜的厚度小于该沟槽结构的深度。根据第二个方案，本专利技术提供一种固态成像器件，包括衬底，其中形成具有多个像素的像素阵列部分和位于该像素阵列部分周围的外围电路部分；第一多层金属化结构，其形成在该外围电路部分上方，并具有多个连接层；以及第二多层金属化结构，其形成在该像素阵列部分上方，并具有比该第一多层金属化结构少的连接层。根据第三个方案，本专利技术提供一种固态成像器件，包括衬底，其中形成具有多个像素的像素阵列部分和位于该像素阵列部分周围的外围电路部分；第一多层金属化结构，其形成在该外围电路部分上方，并具有多个连接层；以及第二多层金属化结构，其形成在该像素阵列部分上方，具有比该第一多层金属化结构少的连接层，在对应于该第一多层金属化结构的最顶层的一层上形成滤色镜薄膜。根据第四个方案，本专利技术提供一种固态成像器件的制造方法，该固态成像器件具有衬底，在该衬底中形成具有多个像素的像素阵列部分和位于该像素阵列部分周围的外围电路部分，该方法包括如下步骤在该衬底的表面上形成多层金属化结构，该多层金属化结构在该外围电路部分上方具有下多层金属化层及其层间介电层、上多层金属化层及其层间介电层，并且在该象素阵列部分上方具有下多层金属化层及其层间介电层、以及该上多层金属化层的层间介电层；去除在该像素阵列部分上方形成的上多层金属化的层间介电层；以及在该像素阵列部分上方的下多层金属化层上形成像素的光学滤色镜。在本专利技术的固态成像器件中，在外围电路部分上方设置较厚的多层金属化结构，这使得能够获得更高集成的电路和更小的芯片尺寸。同时，在像素阵列上方设置较薄的多层金属化结构，这使得能够抑制入射光的散射和衰减。附图说明图1为现有技术的CMOS图像传感器的横截面示意图；图2示出本专利技术的原理；图3为CMOS图像传感器的电路图，其为固态成像器件的一个实例；图4A-图4B为根据本专利技术第一实施例的图像传感器的示图；图5A-图5B为根据本专利技术第二实施例的图像传感器的示图；图6A-图6B为根据本专利技术第三实施例的图像传感器的示图；图7示出在本专利技术的第三实施例中用以在沟槽结构上形成液态材料层的旋涂方法；图8A-图8B示出根据本专利技术第四实施例的图像传感器的结构及其制造方法；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像器件，包括：衬底，其中形成具有多个像素的像素阵列部分和位于该像素阵列部分周围的外围电路部分；第一多层金属化结构，其形成在该外围电路部分上方；以及第二多层金属化结构，其比第一多层金属化结构薄，且形成在该像素阵列部分上方。

【技术特征摘要】
JP 2005-3-25 2005-0892681.一种固态成像器件，包括衬底，其中形成具有多个像素的像素阵列部分和位于该像素阵列部分周围的外围电路部分；第一多层金属化结构，其形成在该外围电路部分上方；以及第二多层金属化结构，其比第一多层金属化结构薄，且形成在该像素阵列部分上方。2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中在该像素阵列部分上方由位于该外围电路部分上方的第一多层金属化结构和位于该像素阵列部分上方的第二多层金属化结构形成单沟槽结构，该沟槽结构在其至少一个拐角处具有突起，以及该器件还包括通过旋涂在该沟槽结构底部形成的滤色镜薄膜和位于每个像素上方的微透镜。3.如权利要求1所述的固态成像器件，其中在该像素阵列部分上方由位于该外围电路部分上方的第一多层金属化结构和位于该像素阵列部分上方的第二多层金属化结构形成单沟槽结构，该沟槽结构延伸覆盖包括该像素阵列部分的至少一部分的区域。4.如权利要求3所述的固态成像器件，其中该沟槽结构区域的尺寸与该像素阵列部分除外围暗像素之外的光接收像素中心区的尺寸等同。5.如权利要求3所述的固态成像器件，其中该沟槽结构区域比该像素阵列部分除外围暗像素之外的光接收像素中心区更宽。6.如权利要求1所述的固态成像器件，其中在该像素阵列部分上方由位于该外围电路部分上方的第一多层金属化结构和位于该像素阵列部分上方的第二多层金属化结构形成单沟槽结构，光学滤色镜薄膜形成在该沟槽结构中，每个像素的微透镜形成在该光学滤色镜薄膜上方，并且该光学滤色镜薄膜的厚度等于该沟槽结构的深度。7.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林博，山本克义，井上忠夫，水口寿孝，
申请(专利权)人：富士通微电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]