[发明专利]像素区域上具有电容器的背照式图像传感器

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器，更特别地，涉及背照式图像传感器及形成该背照式图像传感器的制造方法。

背景技术

由于互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器固有的某些优势，CMOS图像传感器越来越比传统的电荷耦合器件(CDDs)通用。尤其是，CMOS图像传感器通常需要较低电压，消耗较少的能量，能够随机存取图像数据，可以使用兼容的CMOS工艺制造，以及能够被集成为单片照相机。通常，CMOS图像传感器利用感光CMOS电路将光能转换成电能。感光CMOS电路通常包括在硅衬底中形成的光电二极管。当光电二极管暴露于光时，在光电二极管中感应出电荷。光电二极管通常被连接到MOS开关晶体管，用来采样光电二极管的电荷。可以通过在感光CMOS电路上方放置滤色器来确定颜色。

通常，利用光电二极管内的电容和各个晶体管连接之间产生的浮地电容制造CMOS图像传感器。然而，这些电容的特征在于具有较小的电容值，导致对于噪声的高敏感度并且减小了最大输出信号。已经做了努力试图增大光电二极管产生的信号，但是这也增多了光电二极管产生的电荷，并且不必要地增大了输出信号。而且，通常利用具有多晶硅栅极和氮化硅隔离件的MOS晶体管制造CMOS图像传感器。然而，这种类型的晶体管引入了硅表面陷阱和泄漏。结果，增大了输出信号上的噪声和暗信号。

CMOS图像传感器通常每个像素阵列中需要有一个或多个电容器。在传统的前照式(FSI)图像传感器应用中，在相同的制造工艺期间，在一个晶片上实现光电二极管区域、晶体管区域和电容器区域，并且由于在晶体管区域和电容器区域上形成的后段制程(BEOL)金属线使得透镜到光电二极管的距离变大，所以进入到光电二极管区域的光信号的损失很大。晶体管区域和电容器区域共存于一个图像传感器器件中，导致入射在区域中的光不能完全被吸收而是有所损失。

发明内容

考虑到上述问题而做出本发明，为此，本发明提供了一种背照式图像传感器，包括：半导体衬底，具有正面和背面；传感器元件，上覆半导体衬底的正面而形成；以及电容器，上覆传感器元件而形成。

在该背照式图像传感器中，电容器包括MIM电容器。可选地，电容器包括MOM电容器。半导体衬底包括像素区域，并且传感器元件形成在像素区域中。电容器形成在像素区域中。传感器元件包括在半导体衬底的正面上的像素区域中的感光区域。传感器元件包括在半导体衬底的正面上的晶体管结构。

此外，该背照式图像传感器还包括：多个介电层，上覆传感器元件；以及互连结构，形成在多个介电层中，其中，互连结构的至少两个金属层和在至少两个金属层之间的多个介电层中的至少一个形成电容器。

在该背照式图像传感器中，电容器被电连接到传感器元件，并且互连结构的至少一个金属层包括铜。

此外，本发明还提供另一种背照式图像传感器，包括：半导体衬底，具有正面和背面，其中像素区域限定在正面上；晶体管结构，在上覆半导体衬底的正面的像素区域中，其中晶体管结构包括形成在半导体衬底的正面上的栅电极和在半导体衬底的正面中横向邻近栅电极形成的源极/漏极区域；感光元件，形成在源极/漏极区域中的一个上；以及电容器，上覆晶体管结构而形成并电连接到晶体管结构。

在该背照式图像传感器中，电容器包括MIM电容器。可选地，电容器包括MOM电容器。电容器形成在像素区域中，并且感光区域是光电二极管区域。

此外，该背照式图像传感器还包括：多个介电层，上覆晶体管结构和感光元件；以及互连结构，形成在多个介电层中，其中，互连结构的至少两个金属层和在至少两个金属层之间的多个介电层中的至少一个形成电容器。

在该背照式图像传感器中，电容器包括底部电极、顶部电极和形成在底部电极和顶部电极之间的电容器介电层，并且底部电极和顶部电极中的至少一个包括铜。

由此可知，本发明中的背照式图像传感器克服了现有技术中入射在区域中的光不能完全被吸收而是有所损失的缺陷。

附图说明

通过下面结合附图具体描述的示例性实施例，本发明的上述目的和特征将变得显而易见，其中：

图1为描述具有MIM电容器的背照式图像传感器的示例性实施例的截面图；以及

图2为描述具有MOM电容器的背照式图像传感器的示例性实施例的截面图。

具体实施方式

在下面的描述中，详细地阐述了很多具体细节以提供本发明提供的全面理解。然而，本领域的普通技术人员应认识到，本发明可以脱离这些具体细节而实现。在一些实例中，没有详细描述熟知结构和工艺以避免对本发明造成不必要的混淆。