[發明專利]增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構及形成方法

有效

• 申請號: 201710419265.9
• 申請日: 2017-06-06
• 公開（公告）號: CN107302008B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 顧學強;范春暉;奚鵬程
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司;成都微光集電科技有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 31275 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 吳世華;張磊

1.一種增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，包括：

硅襯底，其包括設于正面硅襯底中的正面光電二極管、正面懸浮漏極和正面硅襯底上的正面傳輸管，設于背面硅襯底中的背面光電二極管、背面懸浮漏極和背面硅襯底上的背面傳輸管，設于硅襯底中并位于像素之間的雙深槽隔離結構，以及設于背面硅襯底上并位于像素之間的金屬擋光結構；

設于正面硅襯底上的后道介質層，其設有金屬互連布線；

所述正面光電二極管和背面光電二極管在豎直方向上疊設并相連；所述雙深槽隔離結構包括第一深槽隔離和第二深槽隔離，所述第一深槽隔離和第二深槽隔離內部填充有金屬；所述背面懸浮漏極通過第一深槽隔離內部填充的金屬、金屬互連布線與正面懸浮漏極相連，所述背面傳輸管通過第二深槽隔離內部填充的金屬、金屬互連布線與正面傳輸管相連；所述正面懸浮漏極依次連接正面傳輸管、正面光電二極管，所述背面懸浮漏極依次連接背面傳輸管、背面光電二極管。

2.根據權利要求1所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述硅襯底背面表面與金屬擋光結構之間設有高K介質層，并且，所述高K介質層在背面傳輸管位置構成背面傳輸管的柵氧層。

3.根據權利要求1所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述后道介質層還設有接觸孔、通孔，所述金屬互連布線至少設有兩層；其中，所述第一深槽隔離通過其內部填充的金屬、接觸孔、第一層金屬互連布線與正面懸浮漏極相連，所述第二深槽隔離通過其內部填充的金屬、接觸孔、第一層金屬互連布線、通孔、第二層金屬互連布線與正面傳輸管相連。

4.根據權利要求1所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述正面光電二極管和背面光電二極管在豎直方向填滿整個硅襯底。

5.根據權利要求1所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述第一深槽隔離由第一正面深槽隔離和第一背面深槽隔離豎直相連構成，所述第二深槽隔離由第二正面深槽隔離和第二背面深槽隔離豎直相連構成。

6.根據權利要求5所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述第一背面深槽隔離通過設于背面硅襯底上的背面懸浮漏極互連與背面懸浮漏極相連，所述第二背面深槽隔離通過設于背面硅襯底上的背面傳輸管互連與背面傳輸管相連。

7.根據權利要求6所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述金屬擋光結構與背面傳輸管的柵極、背面懸浮漏極互連、背面傳輸管互連在背面硅襯底表面同層設置。

8.根據權利要求6或7所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述背面傳輸管互連在背面傳輸管的柵極兩側連接形成暴露背面光電二極管的封閉結構。

9.根據權利要求8所述的增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構，其特征在于，所述金屬擋光結構環繞背面傳輸管互連、背面傳輸管的柵極設置，并連接背面懸浮漏極互連。

10.一種增強近紅外感光性能的背照式像素單元結構的形成方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供一硅襯底，在所述硅襯底正面采用常規CMOS前道制造工藝形成構成像素單元結構的正面光電二極管、正面懸浮漏極、正面傳輸管以及用于像素之間電學隔離的第一正面深槽隔離溝槽、第二正面深槽隔離溝槽，所述第一正面深槽隔離溝槽、第二正面深槽隔離溝槽的深度大于等于正面光電二極管的深度；在第一正面深槽隔離溝槽、第二正面深槽隔離溝槽中填充金屬材料，形成第一正面深槽隔離、第二正面深槽隔離的雙深槽隔離結構；

在所述硅襯底正面表面形成后道介質層，采用后道制造工藝在后道介質層中形成接觸孔、至少兩層金屬互連布線和通孔，并使第一正面深槽隔離通過其內部填充的金屬、接觸孔、第一層金屬互連布線與正面懸浮漏極相連，使第二正面深槽隔離通過其內部填充的金屬、接觸孔、第一層金屬互連布線、通孔、第二層金屬互連布線與正面傳輸管相連；

將所述硅襯底翻轉，并將后道介質層粘合到載片上，然后進行硅襯底背面的減薄工藝，使減薄后的硅襯底厚度為常規背照工藝厚度的兩倍左右；

在對應第一正面深槽隔離、第二正面深槽隔離位置的背面硅襯底中形成第一背面深槽隔離溝槽和第二背面深槽隔離溝槽；在第一背面深槽隔離溝槽、第二背面深槽隔離溝槽中填充金屬材料，形成第一背面深槽隔離、第二背面深槽隔離的雙深槽隔離結構，并使第一正面深槽隔離與第一背面深槽隔離相連實現電學連接，使第二正面深槽隔離與第二背面深槽隔離相連實現電學連接；

在對應正面光電二極管位置的背面硅襯底中形成背面光電二極管，使背面光電二極管與正面光電二極管相連，并在豎直方向填滿整個硅襯底；

在硅襯底的背面表面形成高K介質層，然后將用于形成背面懸浮漏極互連的第一背面深槽隔離上方和部分背面懸浮漏極上方的高K介質材料移除，露出第一背面深槽隔離內的金屬材料和背面懸浮漏極位置上的硅襯底，并將用于形成背面傳輸管互連的第二背面深槽隔離上方的高K介質材料移除，露出第二背面深槽隔離內的金屬材料，形成背面懸浮漏極互連孔和背面傳輸管互連孔；

在硅襯底背面全片形成金屬擋光層，然后通過光刻和刻蝕工藝圖形化金屬擋光層，形成背面懸浮漏極互連、背面傳輸管互連、背面傳輸管的柵極以及像素單元之間的金屬擋光結構，并使背面傳輸管互連在背面傳輸管的柵極兩側連接形成暴露背面光電二極管的封閉結構，以及使金屬擋光結構環繞背面傳輸管互連、背面傳輸管的柵極設置，并連接背面懸浮漏極互連；

最后在硅襯底背面形成背面懸浮漏極。