[发明专利]图像感测元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种感测元件及其制造方法，尤其涉及一种图像感测元件及其制造方法。

背景技术

光电二极管图像传感器是目前常见的一种图像感测元件。典型的光电二极管图像传感器，至少包括一个晶体管以及一个光电二极管。以n型掺杂区、p型基底(n+/p)所形成的光电二极管作为感光区域为例，光电二极管图像传感器在操作时，在晶体管的栅极施加一电压，使晶体管开启后，对n+/p光电二极管结电容充电。当充电到一高电位之后，关掉晶体管，使n+/p光电二极管产生逆偏而形成耗尽区。当光照射在此n+/p光电二极管感光区时，产生的电子空穴对会被耗尽区的电场分开，使电子往n型掺杂区移动，而使n型掺杂区的电位降低，至于空穴则会往p型基体流走。若n型掺杂区接到一个传送晶体管(transfer transistor)所形成的源极跟随器(source follower)，则可以利用源极跟随器所提供的大电流，快速地对输出端充放电，使输出端的电压稳定，噪声较小，此种光传感器则为有源式光电二极管传感器(active pixelphotodiode)。

近年来在许多低价位图像传感器的应用上，有源式光电二极管互补式金属氧化物半导体图像传感器已成为电荷耦合元件(charge coupled device，CCD)的替代品。由于有源式光电二极管互补式金属氧化物半导体图像传感器具有高量子率(quantum efficiency)、低读出噪声(read noise)、高动态范围(dynamic range)以及随机存取(random access)等特性，而且与互补式金属氧化物半导体(CMOS)元件的工艺具有百分之百的兼容性，因此可以很容易地将其与其它元件整合在同一片芯片之上，达到所谓的系统单一芯片(system on achip，SOC)。因此，有源式光电二极管互补式金属氧化物半导体图像传感器是未来发展图像传感器的一种趋势。

图1即为现有一种有源式光电二极管互补式金属氧化物半导体图像传感器的结构剖面图。图1中，基底100区分为光感测区(photo sensing region)102以及晶体管区(transistor region)104，基底100中有隔离结构106以隔离基底100中的不同元件。光感测区102的基底100中有光电二极管(photodiode)110，而晶体管区104的基底100上有晶体管120，晶体管120包括栅介电层122、栅导体层124以及源极与漏极区126。基底100上还有多层介电层130以及由导体插塞134与金属导线(metal conductive line)136连接而成的金属内连线(metal interconnects)132。在最上层的介电层130上有一层藉由沉积并经化学机械抛光后所形成的保护层(passivation layer)140，用来保护底下的结构并可减少光反射。保护层140上则是滤色层(color filter)150。元件中通常有三种或三种以上的滤色层150，以阵列形式组成滤色阵列，每种滤色层仅允许特定频率的可见光通过至其对应的图像传感器。滤色层150上有透镜平坦层160，而透镜平坦层160上则设置微透镜(microlens)170。

值得注意的是，光(图1中向下的箭头)到达上述元件中的光电二极管110的路径过长，使微透镜170无法有效的使光聚焦于光电二极管110，导致光电二极管互补式金属氧化物半导体图像传感器对光的灵敏度降低，而且在整合其它元件的制作后，会容易产生串扰(cross talk)。因此发展出在形成滤色层150前，会先对保护层140进行化学机械抛光，使其厚度降低，以缩短光的路径，但这种工艺较为复杂。所以欲改良此传感器对光的灵敏性，而不影响到此传感器预设的性能，是必须要面对的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像感测元件及其制造方法，可以降低光路径的长度，并加强滤色层的对准能力，以增加图像感测元件对光的灵敏度。

本发明提出一种图像感测元件，包括具有光感测区与晶体管区的基底、光电二极管、晶体管、介电层、金属内连线、金属导线、共形保护层(conformalpassivation layer)、滤色层、透镜平坦层以及微透镜。光电二极管配置于光感测区的基底中、晶体管配置于晶体管区的基底上、介电层配置于基底上。金属内连线和金属导线则分别位于光感测区以外的介电层中和介电层上。共形保护层则是配置于介电层上并覆盖金属导线。滤色层配置于光感测区中的共形保护层上，且滤色层的底部低于金属导线的顶部。而透镜平坦层与微透镜则依序配置于上述结构上。