[發(fā)明專利]一種高填充因子的CMOS成像傳感器及其制作方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910133346.1
• 申請(qǐng)日: 2019-02-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109904181B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-09-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 康曉旭;李銘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;張磊

1.一種高填充因子的CMOS成像傳感器，其特征在于，所述CMOS成像傳感器設(shè)于一SOI襯底上，所述SOI襯底依次包括襯底硅層、埋氧層和外延硅層，所述CMOS成像傳感器包括：

設(shè)于所述外延硅層上的電路器件區(qū)域和設(shè)于所述襯底硅層上的感光區(qū)域；所述電路器件區(qū)域與所述感光區(qū)域之間通過(guò)穿過(guò)所述埋氧層的一通孔相電連接，所述通孔沿所述外延硅層的表面垂直延伸至所述感光區(qū)域內(nèi)，且側(cè)壁電連接所述電路器件區(qū)域，所述電路器件區(qū)域與所述襯底硅層之間通過(guò)穿過(guò)所述埋氧層的另一通孔相電連接以接地，且另一所述通孔間距所述感光區(qū)域；

所述CMOS成像傳感器的每個(gè)像元中設(shè)有一個(gè)所述電路器件區(qū)域和一個(gè)所述感光區(qū)域，所述電路器件區(qū)域和所述感光區(qū)域分別設(shè)于所述外延硅層上和所述襯底硅層上，且上下位置對(duì)應(yīng)；

所述CMOS成像傳感器的每個(gè)像元之間通過(guò)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)相隔離，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括設(shè)于所述外延硅層上的第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)和設(shè)于所述襯底硅層上的第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)和所述第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的一端同時(shí)與所述埋氧層相連，另一端分別露出于所述外延硅層和所述襯底硅層的表面，所述第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上下位置對(duì)應(yīng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高填充因子的CMOS成像傳感器，其特征在于，所述通孔自所述外延硅層的表面穿過(guò)所述埋氧層，并停止于所述襯底硅層中，所述通孔通過(guò)其位于所述外延硅層中的部分連接所述電路器件區(qū)域，且所述通孔通過(guò)其位于所述襯底硅層中的部分連接所述感光區(qū)域。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的高填充因子的CMOS成像傳感器，其特征在于，所述通孔為填充有金屬的金屬通孔或填充有多晶硅的多晶硅通孔。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高填充因子的CMOS成像傳感器，其特征在于，所述金屬通孔的內(nèi)壁上依次形成有金屬硅化物層和金屬氮化物層，所述金屬氮化物層上的所述金屬通孔內(nèi)填充有電極金屬。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高填充因子的CMOS成像傳感器，其特征在于，所述金屬硅化物層為通過(guò)沉積在所述金屬通孔內(nèi)壁上的鈦或鉭經(jīng)熱處理與所述外延硅層和所述襯底硅層中的硅反應(yīng)所形成的硅化鈦層或硅化鉭層。

6.一種高填充因子的CMOS成像傳感器的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供一SOI襯底，所述SOI襯底依次包括襯底硅層、埋氧層和外延硅層；

在所述外延硅層上形成用于隔離CMOS成像傳感器各像元的第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，使所述第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的上端露出于所述外延硅層的表面，下端與所述埋氧層相連；

在各像元中形成自所述外延硅層的表面穿過(guò)所述埋氧層，并停止于所述襯底硅層中的通孔；

在所述外延硅層上形成各像元的電路器件區(qū)域，并使所述電路器件區(qū)域與所述通孔的側(cè)壁位于所述外延硅層中的部分相連；

將所述SOI襯底倒置，并對(duì)所述襯底硅層進(jìn)行減薄；

在減薄后的所述襯底硅層上形成用于隔離CMOS成像傳感器各像元的第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，使所述第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的上端露出于所述襯底硅層的表面，下端與所述埋氧層相連，且所述第一淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)及第二淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)上下位置對(duì)應(yīng)；

在所述襯底硅層上注入形成各像元的感光區(qū)域，并使所述感光區(qū)域與所述通孔位于所述襯底硅層中的部分相連，所述通孔沿所述外延硅層的表面垂直延伸至所述感光區(qū)域內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高填充因子的CMOS成像傳感器的制作方法，其特征在于，形成所述通孔時(shí)，具體包括以下步驟：

形成自所述外延硅層的表面穿過(guò)所述埋氧層，并停止于所述襯底硅層中的通孔溝槽；

在所述溝槽的內(nèi)壁上沉積形成鈦層或鉭層；

在所述鈦層或鉭層上沉積形成氮化鈦層或氮化鉭層；

在所述氮化鈦層或氮化鉭層上的所述溝槽內(nèi)填充鎢或銅，作為電極金屬；

對(duì)上述器件進(jìn)行熱處理，使鈦層或鉭層材料與所述外延硅層和所述襯底硅層中的硅反應(yīng)，在所述溝槽的內(nèi)壁上形成硅化鈦層或硅化鉭層，從而形成金屬通孔。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的高填充因子的CMOS成像傳感器的制作方法，其特征在于，形成所述通孔時(shí)，具體包括以下步驟：

形成自所述外延硅層的表面穿過(guò)所述埋氧層，并停止于所述襯底硅層中的通孔溝槽；

在所述溝槽內(nèi)沉積多晶硅，從而形成多晶硅通孔。