[發明專利]CMOS影像傳感器像元結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201210575311.1
• 申請日: 2012-12-26
• 公開（公告）號: CN103066089B
• 公開（公告）日: 2018-08-28
• 發明（設計）人: 康曉旭;趙宇航
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;林彥之

本發明公開了一種CMOS影像傳感器的像元結構及其制備方法，該結構包括硅襯底上的光敏元件和用于標準CMOS器件的多層結構，在所述光敏元件的上方具有形成透光空間的深溝槽，其中，所述深溝槽的側壁由光線反射屏蔽層環繞，所述光線反射屏蔽層在縱向上連續排布，以反射入射到所述光線反射屏蔽層的光線。本發明將深溝槽被環形的金屬互連線、通孔、接觸孔和多晶硅所包圍，使入射到上面的光線基本被完全反射，避免了光學出串擾的發生，有效地提高了像元的光學分辨率和靈敏度，提升了芯片的性能和可靠性。

技術領域

本發明涉及CMOS影像傳感器技術領域，尤其涉及一種可提高光學性能的CMOS影像傳感器的像元結構及其制造方法。

背景技術

CMOS影像傳感器由于其與CMOS工藝兼容的特點，從而得到快速發展。相對于CCD工藝，其工藝完全與CMOS工藝兼容，其通過將光敏元件和CMOS處理電路一起做在硅襯底上，從而在保證性能的基礎上大幅度降低了成本，同時可以大幅度提高集成度，制造像素更高的產品。

傳統CMOS影像傳感器是使用正面光照的方法，將光敏元件和CMOS處理電路一起做在硅襯底上使用同一層次實現，而芯片互連則制造在CMOS處理電路之上，光敏元件之上為了光線的通過而不進行互連線的排步。然而，常規半導體材料的透光性較差，因此需要把光敏元件上面的介質層次全部去除，并填充透光材料，以增強其光吸收。

然而，隨著像元尺寸減小，相鄰像元之間的間距也隨著急劇減小，當光線入射時，會使光線經過折射和多次反射穿過相鄰像元之間區域到達旁邊一個像元，這會引起像元之間的光學串擾，導致像元圖像信號靈敏度、分辨率和清晰度變差，芯片性能變差。因此，如何減小相鄰像元之間的光學串擾、增強入射光的量以提高像元分辨率和靈敏度，是本領域技術人員亟待解決的技術難題之一。

發明內容

本發明的目的在于彌補上述現有技術的不足，提供一種CMOS影像傳感器的像元結構及其制造方法。

本發明的CMOS影像傳感器的像元結構，其包括硅襯底上的光敏元件和用于標準CMOS器件的多層結構，在所述光敏元件的上方具有形成透光空間的深溝槽，其中，所述深溝槽的側壁由光線反射屏蔽層環繞，所述光線反射屏蔽層在縱向上連續排布，以反射入射到所述光線反射屏蔽層的光線。

進一步地，所述深溝槽在縱向方向的投影面完全覆蓋所述光敏元件，以使所有入射到深溝槽內的光線都可被光敏元件所吸收。

其中，該多層結構包括第一多晶硅層、第一金屬互連層、第一接觸孔層、第一通孔層和第一互連介質層。

在第一個應用中，所述光線反射屏蔽層是一層金屬反射層。

進一步地，所述金屬反射層貼著深溝槽的側壁向內而設。此處“向內”指從深溝槽外部朝深溝槽內部的方向。

進一步地，所述金屬反射層自深溝槽底端向上延伸至深溝槽頂端，并進一步延伸覆蓋所述多層結構。較佳地，所述多層結構中的頂層為介質層，用以將金屬反射層與多層結構中的金屬互連層相隔開。在多層結構頂層也設置金屬反射層的目的在于，反射從多層結構頂部入射到多層結構內部的光線，而進一步避免光線對相鄰像元的光學串擾。

進一步地，所述金屬反射層的材料包括Al、Cu、Pt、Ru、TaN、Ta、Ti、TiN等CMOS工藝中常用的金屬材料及其疊層復合材料，如Ti\TiN\Al復合金屬，且該金屬反射層的厚度為50A-5000A，其是通過PVD（物理氣相沉積，Physical Vapor Deposition）、CVD（化學氣相沉積，Chemical Vapor Deposition）、ALD（原子層沉積，Atomic Layer Deposition）等成膜技術來制備的。

在第二個應用中，所述光線反射屏蔽層是一層金屬反射層，其沿著深溝槽的側壁向外而設，使得金屬反射層與深溝槽側壁之間具有介質層。此處的“向外”指從深溝槽內部朝深溝槽外部的方向。