一種cmos圖像傳感器及cmos圖像傳感器的製造方法
2023-05-25 07:32:51 1
專利名稱：一種cmos圖像傳感器及cmos圖像傳感器的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種CMOS圖像傳感器及CMOS圖像傳感器的製造方法，屬於圖像傳感器技術領域。
背景技術：
現代圖像傳感器的廣泛應用驅使CMOS圖像傳感器向越來越小的尺寸發展。隨著像素尺寸的縮小，與之密切相關的感光二極體電容、靈敏度、量子效率等參數面臨著嚴峻的挑戰。因此，使得光能夠更加有效的被感光二極體吸收的方法或者設備成為了小尺寸像素成像質量的關鍵因素之一。傳統的CMOS圖像傳感器(以三層金屬的像素結構為例)如圖I所示，在P型襯底材料100上通過光刻，離子注入，腐蝕和擴散等傳統的集成電路製造工藝形成光電二極體 102，光電二極體之間用淺溝槽絕緣(STI) 101結構隔離。通過濺射工藝在光電二極體102上面形成控制信號的金屬線。通過化學氣相澱積(CVD)工藝形成介質層作為金屬與金屬，金屬與矽的隔離層。光電二極體102表面自下而上的介質層是ILD-Si3N4103a，ILD-Si02103b、 第一 MD105、第二 MD107、第三MD109a和鈍化層_Si3N4109b，其中鈍化層-Si3N4109b有兩個作用，一是保護表面，二是作為彩色濾光片陣列Illa和Illb的平坦層。在介質層間分布著控制光電二極體102正常工作的第一金屬線metall06、第二金屬線metall08、第三金屬線metal 110,其中第一金屬線metal 106通過接觸孔104與P型外延層100上形成的器件相連接。圖像傳感器另外一個重要的組成部分是彩色濾光片陣列(color filter array) Illa 和111b,其作用是將入射光分解成紅、綠、藍三種基本單色光,在color filter array上面是微透鏡(micro lens) 112。傳統的圖像傳感器的入射光在折射率較大的光密介質Si3N4109b和折射率較小的光疏介質SiO2 109a的界面時，入射光將發生全反射(Color filter材料的折射率約為
I.5，介質材料SiO2折射率約為I. 45，Si3N4折射率約為2. 0)，從而影響了入射光的利用率。 其次，傳統圖像傳感器從微透鏡(micro lens) 112底部到光電二極體102的上表面總的介質厚度約在2微米以上，如此長的光路通道不利於入射光有效的到達像素表面，並且傳統的圖像傳感器結構無法避免入射光到達金屬表面或側面，如圖I中的入射光103經金屬反射最終到達相鄰的photodiode表面引起串擾。另外，介質層(ILD-SiO2 103b，第一 MD105， 第二 MD107，第三MD109a)雖然都是SiO2材料，但是在實際的集成電路工藝製程中，介質層的澱積常常採用不同的化學氣相澱積(CVD)設備和方法來完成，如等離子體化學氣相澱積(PECVD)、低溫氣相化學澱積(LPCVD)等。因此，介質層實際是一種特殊的複合層，層內的折射率存在微小的差異，當入射光經過複合層時會發生不同程度的反射。
發明內容
本發明提供了一種CMOS圖像傳感器及CMOS圖像傳感器的製造方法，能夠有效的將入射光引導至光電二極體的表面，從而改善了光電二極體的靈敏度和量子效率，同時該結構感光通道和平坦層抑制了入射光在通道外的介質中發生折射，從而有效的屏蔽了光的串擾。本發明的目的是通過以下技術方案實現的—種CMOS圖像傳感器，包括高反射率薄膜和兩層金屬連線，用於屏蔽入射光的高反射率薄膜設置在兩層金屬連線的四周和頂部。一種CMOS圖像傳感器的製造方法，包括在矽襯底材料上通過預定的集成電路製造工藝將As或P離子植入襯底材料形成
N型感光二極體；相鄰的光電二極體之間的襯底材料採用腐蝕工藝蝕刻開並用SiO2材料填充形成淺溝槽絕緣；在襯底表面逐層澱積介質層和金屬層，在襯底材料表面澱積一層Si3N4作為阻止層和防反射層；米用預定工藝製成金屬一和金屬二，將Si3N4和SiO2構成的複合層作為金屬層一的介質層，將摻有硼和磷的SiO2作為金屬層二的介質層；將光電二極體表面的介質材料腐蝕至Si3N4上表面，形成凹槽側壁及凹槽狀，在所述凹槽側壁及凹槽外部介質上表面形成一層高反射率薄膜；在所述凹槽中澱積彩色濾光片材料並在彩色濾光片材料上面製作微透鏡。由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明採用的高反射率薄膜包圍著金屬層，有效的避免了入射光在金屬間反射而造成的串擾，該結構圖像傳感器只採用兩層金屬線，減薄的金屬連線和介質層有效的縮短了入射光到達像素表面的距離。
為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。圖I為現有技術中的CMOS圖像傳感器感光結構示意圖；圖2為本發明具體實施方式
提供的CMOS圖像傳感器結構示意圖；圖3為本發明具體實施方式
提供的CMOS圖像傳感器中入射光光路示意圖；圖4-圖7為本發明實施方式提供的CMOS圖像傳感器製造分步驟成型示意圖。
具體實施例方式下面結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明的保護範圍。本具體實施方式
提供了一種CMOS圖像傳感器，如圖2所示，包括高反射率薄膜207 和兩層金屬連線204，用於屏蔽入射光的高反射率薄膜207設置在兩層金屬連線204的四周和頂部。
具體的，本具體實施方式
是在傳統的CMOS圖像傳感器的基礎上採用兩層金屬連線204，且金屬連線204及介質層均進行減薄，因此，入射光到達光電二極體表面的距離可縮短lum-2um。金屬連線204的四周和頂部澱積一層高反射率薄膜207，用於屏蔽入射光因金屬層反射引起的串擾。光電二極體的表面澱積著折射率相對較高的Si3N4薄膜201作為防反射層，防反射層上面分布著彩色濾光片陣列208，將彩色濾光片陣列208置於光電二極體102的表面，一方面避免了入射光在不同介質中發生反射，同時也簡化了工藝。而本具體實施方式
提供的CMOS圖像傳感器中的P型襯底材料100、淺溝槽絕緣101、光電二極體102、 接觸孔202和微透鏡209與圖I中現有的CMOS圖像傳感器相同，在此不再敷述。結合圖3入射光示意圖進一步說明本具體實施方式
的CMOS圖像傳感器的結構， 第一入射光301和第二入射光302是兩束不同位置的入射光,第一入射光301以一定的傾斜角度經過彩色濾光片陣列208入射到高反射率薄膜207的表面，高反射率薄膜207具有高的反射從而使第一入射光301發生反射，反射後光線到達彩色濾光片陣列材料208和防反射薄膜Si3N4 201a界面，界面材料Si3N4的折射率(約為2. O)高於彩色濾光陣列材料的折射率(約為I. 5)，因此光線在此界面發生折射後到達光電二極體102表面。第二入射光 302以一定的角度照射到金屬層上方的高反射率薄膜207上面，高反射係數的高反射率薄膜207使其發生反射,從而抑制了入射光到達金屬表面和側面。本具體實施方式
還提供了一種CMOS圖像傳感器的製造方法，具體步驟如下如圖4所示，首先選擇矽襯底材料100，一般是重摻雜P型矽上外延輕摻雜P型矽， 通過光刻、注入、擴散等傳統集成電路製造工藝將As或P離子植入襯底材料100內形成N 型光電二極體102。相鄰的光電二極體之間的襯底材料採用腐蝕工藝蝕刻開並用SiO2材料填充形成淺溝槽絕緣101 ;其次，在襯底表面逐層澱積介質層和金屬層，如圖5所示，為了防止矽表面在後續接觸孔202腐蝕時受到損傷，需要在襯底材料100表面澱積約35-40nm的 Si3N4 201a作為介質SiO2 201b腐蝕時的阻止層，同時Si3N4 201a也作為入射光進入光電二極體102的防反射層。為了使絕緣層平坦的覆蓋，需要在SiO2 201b中添加B或P以提高其流動性，工藝上將Si3N4 201a和SiO2 201b構成的複合層稱為層間介質(ILD)，用以多晶矽電極的隔離層和接觸孔202的絕緣層。在層間介質(ILD)表面上採用濺射、光刻、腐蝕等工藝形成金屬連線204，經過澱積、光刻、腐蝕等工藝形成隔離金屬連線204的絕緣層203， 再經光刻、腐蝕後在絕緣層203上形成互聯孔，採用金屬連線204和絕緣層203相同的工藝再自上而下依次再形成第二金屬連線206和第二絕緣層205。然後，採用幹法腐蝕將光電二極體102表面的介質材料腐蝕至Si3N4 201a上表面， 刻蝕後的結構如圖6所示，本具體實施方式
將601定義為光路通道。再採用化學氣相澱積和腐蝕等工藝在光路通道601側壁及介質第二絕緣層205上表面形成一層高反射率薄膜207， 如圖7所示。最後在光路通道601中澱積彩色濾光片材料，並在彩色濾光片材料上面製作微透鏡，製成的CMOS圖像傳感器如圖2所示。從圖2所示的結構可以看出，高反射率薄膜層包圍著金屬連線，有效的避免了入射光在金屬間反射而造成的串擾，該結構圖像傳感器採用減薄的金屬連線和介質層，有效的縮短了入射光到達像素表面的距離。該結構圖像傳感器將彩色濾光陣列材料替代傳統結構的介質材料避免了入射光因介質折射率差異造成的反射。該結構圖像傳感器像素表面的防反射層薄膜屏蔽了光的反射，從而提高了入射光的利用效率。
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護範圍並不局限於此， 任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換， 都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種CMOS圖像傳感器，包括高反射率薄膜和兩層金屬連線，其特徵在於，用於屏蔽入射光的高反射率薄膜設置在兩層金屬連線的四周和頂部。
2.根據權利要求I所述的CMOS圖像傳感器，其特徵在於，所述CMOS圖像傳感器的光電二極體表面澱積有一層高折射率薄膜。
3.根據權利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其特徵在於，所述高折射率薄膜採用 Si3N4。
4.根據權利要求2所述的CMOS圖像傳感器，其特徵在於，在所述高折射率薄膜上設置有彩色濾光陣列。
5.一種CMOS圖像傳感器的製造方法，其特徵在於，包括在娃襯底材料上通過預定的集成電路製造工藝將As或P離子植入襯底材料形成N型光電二極體；相鄰的光電二極體之間的襯底材料採用腐蝕工藝蝕刻開並用SiO2材料填充形成淺溝槽絕緣；在襯底表面逐層澱積介質層和金屬層，在襯底材料表面澱積一層Si3N4作為阻止層和防反射層；米用預定工藝製成金屬一和金屬二，將Si3N4和SiO2構成的複合層作為金屬層一的介質層，將摻有硼和磷的SiO2作為金屬層二的介質層；將光電二極體表面的介質材料腐蝕至Si3N4上表面，形成凹槽側壁及凹槽狀，在所述凹槽側壁及凹槽外部介質上表面形成一層高反射率薄膜；在所述凹槽中澱積彩色濾光片材料並在彩色濾光片材料上面製作微透鏡。
6.根據權利要求5所述的CMOS圖像傳感器的製造方法，其特徵在於，所述矽襯底材料採用重摻雜P型矽上外延輕摻雜P型矽。
7.根據權利要去5所述的CMOS圖像傳感器的製造方法，其特徵在於，所述襯底材料表面澱積的Si3N4厚度為35-40nm。
8.根據權利要求5所述的CMOS圖像傳感器的製造方法，其特徵在於，所述SiO2材料中添加B或者P。
9.根據權利要求5所述的CMOS圖像傳感器的製造方法，其特徵在於，所述凹槽側壁及凹槽外部介質上表面形成一層高反射率薄膜。
10.根據權利要求5所述的CMOS圖像傳感器的製造方法，其特徵在於，所述凹槽內部填充彩色濾光片材料。
全文摘要
本發明提供了一種CMOS圖像傳感器及CMOS圖像傳感器的製造方法，相應的CMOS圖像傳感器包括高反射率薄膜和兩層金屬連線，用於屏蔽入射光的高反射率薄膜設置在兩層金屬連線的四周和頂部。相應的方法包括在矽襯底材料上將As或P離子植入襯底材料形成N型光電二極體；光電二極體之間的襯底材料採用腐蝕工藝蝕刻開並填充形成淺溝槽絕緣；在襯底表面逐層澱積介質層和金屬層，複合層作為金屬的介質層；將光電二極體表面的介質材料腐蝕，形成凹槽側壁及凹槽狀，在凹槽側壁及凹槽外部介質上表面形成一層高反射率薄膜；在凹槽中澱積彩色濾光片材料並在其上製作微透鏡。本發明避免了入射光在金屬間反射而造成的串擾，縮短了入射光到達像素表面的距離。
文檔編號H01L27/146GK102593138SQ20121001814
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月19日 優先權日2012年1月19日
發明者劉志碧, 唐冕, 曠章曲, 趙建波, 趙文霖, 陳多金, 陳杰 申請人:北京思比科微電子技術股份有限公司