CN101752310A - Cmos图像传感器制造方法及cmos图像传感器 - Google Patents

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陈华伦
熊涛
陈瑜
陈雄斌
罗啸
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Abstract

本发明公开了一种CMOS图像传感器制造方法，其后段工艺中对感光二极管上方的介质层进行光刻、刻蚀，停止在阻挡层上，刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的介质层，然后淀积一金属层，刻蚀掉阻挡层表面以及介质层顶部表面淀积的所述金属层，再淀积钝化层。本发明还公开了一种CMOS图像传感器，在硅衬底之上为分布有感光二极管的感光层，感光层之上为一阻挡层，在阻挡层之上感光二极管对应的周边的介质层侧壁覆盖有一金属层，介质层顶部为钝化层，由阻挡层、介质层侧壁覆盖的金属层、钝化层构成一密闭空间。本发明能避免CMOS图像传感器的像素产生“光互扰”，提高像素的响应角度。

Description

CMOS图像传感器制造方法及CMOS图像传感器
技术领域
本发明涉及半导体工艺，特别涉及一种CMOS图像传感器制造方法及CMOS图像传感器。
背景技术
传统的CIS(CMOS Image Sensor，CMOS图像传感器)制造方法后段工艺如图1所示，它的后段工艺过程如下：
1.常规介质层(如PEOX(聚氧化乙烯)、HDP(高密度等离子体)、FSG(氟化玻璃)等等，折射系数RI为1.4～1.5)CVD淀积和平坦化；
2.完成后续通孔及金属层工艺；
3.重复步骤1、步骤2直到除钝化层的所有介质及金属层工艺完成；
4.一致性CVD钝化层(Passivation)；
5.完成后续其他工艺。
传统的CMOS图像传感器制造方法特点如下：
1.考虑到内部放大电路及其他外围电路晶体管的速度等特性，后段工艺(包括介质层和金属层厚度)往往与纯逻辑电路的后段工艺一致或者相当，从而整个后段介质层的厚度比较厚。
2.太厚的后段介质层厚度导致入射光通过微透镜要经过比较远的距离才能到达感光二极管(photo diode，PD)的表面，这样就有可能导致像素之间的“光互扰”以及降低CMOS图像传感器对光的响应角度，从而降低了图像的质量，特别是随着像素的尺寸日益缩小，这种现象越来越严重。
由图2可见，薄的介质层厚度能够得到更大的光的响应角度。由图3-A、图3-B可见，对同一角度的入射光，当H1＞H2时(H为介质厚度)，一定有D1＞D2(D为光线偏离选定感光二极管的距离)；因此，厚的介质层厚度容易发生像素之间的“光互扰”。
在传统的CIS(CMOS Image Sensor，CMOS图像传感器)制造方法后段工艺中，只有一种介质层，当入射光以大角度入射时，由于CIS的后段介质层及金属层有一定高度且很难降低，因此该入射光有可能入射到相邻的CIS像素，造成“光互扰”的产生，从而使相邻的CIS像素产生杂讯；同时，这也就表明对特定的像素来说，其光的响应角度不能太大，这就极大的限制了光的转换效率，降低了图像传感器成像的质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是避免CMOS图像传感器的像素产生“光互扰”，提高特定像素来的响应角度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种CMOS图像传感器制造方法，其特征在于，其后段工艺包括以下步骤：
步骤一.在分布有感光二极管的感光层之上淀积一层阻挡层；
步骤二.在上述阻挡层之上进行介质层淀积和平坦化、通孔及金属层工艺；
步骤三.对感光二极管上方的介质层进行光刻、刻蚀，停止在阻挡层上，刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的介质；
步骤四.淀积一金属层；
步骤五.刻蚀掉阻挡层表面以及介质层顶部表面淀积的所述金属层；
步骤六.淀积钝化层；
步骤七.进行后续工艺。
步骤二在阻挡层之上进行介质淀积和平坦化、通孔及金属层工艺之后，步骤三可以先淀积一钝化层，然后对感光二极管上方的该钝化层及介质层进行光刻、刻蚀，停止在阻挡层上，刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的该钝化层及介质层，步骤四淀积一金属层后，步骤五刻蚀掉阻挡层表面以及所述先淀积的钝化层顶部表面淀积的所述金属层。
为解决上述技术问题，本发明还公开了一种CMOS图像传感器，在硅衬底之上为分布有感光二极管的感光层，感光层之上为一阻挡层，在阻挡层之上感光二极管对应的周边的介质层侧壁覆盖有一金属层，介质层顶部为钝化层，由阻挡层、介质层侧壁覆盖的金属层、钝化层构成一密闭空间。该密闭空间内可以存留有空气。
本发明由于在感光二极管上面的介质层侧壁引入了反射金属层，因此，当入射光以大角度入射时，该入射光在感光二极管上面的介质层侧壁反射金属层发生全反射，从而该入射光也能到达该感光二极管，改善了像素之间的“光互扰”，并提高了CMOS图像传感器对光的响应角度，以及CMOS图像传感器的转换效率。在提高传感器成像质量的同时也不影响CMOS器件的性能。
附图说明
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是传统的CIS剖面图及入射角
图2是后段工艺介质层厚薄对光的响应角度的影响示意图；
图3-A是较厚的后段工艺介质层对产生光干扰的影响；
图3-B是较薄的后段工艺介质层对产生光干扰的影响；
图4是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺淀积阻挡层示意图；
图5是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺传统介质淀积和平坦化示意图；
图6是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺完成后续通孔及金属层示意图；
图7是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺重复进行传统介质淀积和平坦化、完成后续通孔及金属层，进行钝化层淀积之前的示意图；
图8是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺淀积部分钝化层并平坦化示意图；
图9是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺对感光二极管上方进行光刻、刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的介质到阻挡层的示意图；
图10是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺淀积金属层示意图；
图11是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺刻蚀掉阻挡层表面及介质层顶部表面的金属层示意图；
图12是本发明的CMOS图像传感器制造方法后段工艺以非一致性的CVD淀积另一部分钝化层并进行后续工艺示意图；
图13是本发明的CMOS图像传感器一像素单元的俯视图。
具体实施方式
本发明的CMOS图像传感器制造方法的一实施方式的后段工艺过程如图4～图12所示，包括以下步骤：
1.在感光层之上CVD(化学气相淀积)淀积一层阻挡层(如500～1000埃SIOxNy)；
2.在上述阻挡层之上进行常规介质层(如PEOX、HDP、FSG等，折射系数RI为1.4～1.5)CVD淀积和平坦化；
3.进行通孔及金属层工艺；
4.重复进行常规介质淀积和平坦化、通孔及金属层工艺，直到除钝化层的所有介质及金属层工艺完成；
5.CVD淀积一部分钝化层(30％～60％的常规总钝化层厚度)并平坦化；
6.对感光二极管上方的所述钝化层及介质层进行光刻、刻蚀，停止在阻挡层上，刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的所述钝化层及介质层；
7.淀积一层金属层，如PVD(物理气象淀积)50～100埃的钛/氮化钛黏附层/阻挡层以及50～200埃的铝金属；
8.干法刻蚀掉阻挡层表面以及所述淀积的一部分钝化层顶部表面的所述金属层；
9.以非一致性CVD(化学气相淀积)的方式淀积剩下的钝化层并保持总的钝化层厚度同传统工艺的厚度基本一致；
10.进行后续工艺。
本发明的CMOS图像传感器制造方法，在感光层之上CVD淀积一层阻挡层，在完成了所有除钝化层之外的传统介质层及金属层工艺之后，先利用一次光刻和刻蚀/去胶，将像素单元上层的介质层刻蚀掉，并停止在阻挡层上，然后淀积一层金属层，接下来用干法刻蚀掉阻挡层表面以及介质层顶部表面的这些金属层(介质层侧壁的金属层保留)，最后以非一致性CVD(化学气相淀积)的方式淀积钝化层并保持钝化层厚度同传统工艺的厚度基本一致，后续的工艺同传统工艺一致。
在阻挡层之上进行介质淀积和平坦化、通孔及金属层工艺之后，可以先淀积一钝化层，然后对感光二极管上方的该钝化层及介质层进行光刻、刻蚀，停止在阻挡层上，刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的该钝化层及介质层，然后淀积金属层，再刻蚀掉阻挡层表面以及所述先淀积的钝化层顶部表面淀积的所述金属层，最后以非一致性CVD(化学气相淀积)的方式淀积剩下的钝化层并保持总的钝化层厚度同传统工艺的厚度基本一致。
本发明的CMOS图像传感器的一实施方式的剖面图如图12所示，在硅衬底之上为分布有感光二极管的感光层，感光层之上为一阻挡层(如500～1000埃SIOxNy)，在阻挡层之上感光二极管对应的周边的介质层侧壁覆盖有一金属层，介质层顶部为钝化层，由阻挡层、介质层侧壁覆盖的金属层、钝化层构成一密闭空间(该空间内通常存留有空气)。图13所示为本发明的CMOS图像传感器的像素单元俯视图，在一个像素单元中，位于中间位置的感光二极管对应上方的区域为介质侧壁覆盖有金属层的区域，周边为常规介质层。
本发明由于在感光二极管上面的介质层侧壁引入了反射金属层，因此，如图13所示，当入射光以大角度入射时(如光线A、光线B)，该入射光在感光二极管上面的介质层侧壁反射金属层发生全反射，从而该入射光也能到达该感光二极管，改善了像素之间的“光互扰”，并提高了CMOS图像传感器对光的响应角度，以及CMOS图像传感器的转换效率。在提高传感器成像质量的同时也不影响CMOS器件的性能。

Claims (8)

1.一种CMOS图像传感器制造方法，其特征在于，其后段工艺包括以下步骤：
步骤一.在分布有感光二极管的感光层之上淀积一层阻挡层；
步骤二.在上述阻挡层之上进行介质层淀积和平坦化、通孔及金属层工艺；
步骤三.对感光二极管上方的介质层进行光刻、刻蚀，停止在阻挡层上，刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的介质；
步骤四.淀积一金属层；
步骤五.刻蚀掉阻挡层表面以及介质层顶部表面淀积的所述金属层；
步骤六.淀积钝化层。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器制造方法，其特征在于，步骤二在阻挡层之上进行介质淀积和平坦化、通孔及金属层工艺之后，步骤三先淀积一钝化层，然后对感光二极管上方的该钝化层及介质层进行光刻、刻蚀，停止在阻挡层上，刻蚀掉感光二极管上方的阻挡层之上的该钝化层及介质层，步骤四淀积一金属层后，步骤五刻蚀掉阻挡层表面以及所述先淀积的钝化层顶部表面淀积的所述金属层。
3.根据权利要求1或2所述的CMOS图像传感器制造方法，其特征在于，步骤六以非一致性CVD方式淀积钝化层。
4.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器制造方法，其特征在于，步骤三先淀积的一钝化层同步骤六中淀积的钝化层厚度之比为0.5～2。
5.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器制造方法，其特征在于，步骤四淀积的金属层为PVD的钛、氮化钛以及铝金属。
6.根据权利要求5所述的CMOS图像传感器制造方法，其特征在于，步骤五中干法刻蚀掉阻挡层表面以及介质层顶部表面淀积的金属层。
7.一种CMOS图像传感器，其特征在于，在硅衬底之上为分布有感光二极管的感光层，感光层之上为一阻挡层，在阻挡层之上感光二极管对应的周边的介质层侧壁覆盖有一金属层，介质层顶部为钝化层，由阻挡层、介质层侧壁覆盖的金属层、钝化层构成一密闭空间。
8.根据权利要求7所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述密闭空间内存留有空气。
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PB01 Publication
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