CN104576660A - 背照式cmos传感器及制备该传感器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背照式CMOS传感器及制备该传感器的方法，本发明的背照式CMOS传感器包括：一晶圆，所述晶圆内具有数个光电二极管；设置于所述晶圆正面的介质层；设置于所述介质层内近晶圆处的沟槽，且所述沟槽位于所述光电二极管的下方，所述沟槽内设有反光物质；设置于所述介质层内的通孔和金属互连线，所述通孔一端连接所述晶圆的电极，另一端连接所述金属互连线，所述通孔内设有金属。采用本发明中的背照式CMOS传感器有效的提高了量子转换效率，进而提高了产品的成像质量，且与传统的工艺设备兼容性强，工艺简单易行。

Description

背照式CMOS传感器及制备该传感器的方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种背照式CMOS传感器及制备该传感器的方法。

背景技术

由于CMOS传感器在具有高图像采集速度和高抗干扰性的同时，还具有低操作电压、低功耗等特点，并可利用相同的高容量晶圆生产线上进行CMOS图像传感器的制备，使得CMOS传感器得到快速的发展，并广泛的应用于生产生活当中。

背照式CMOS传感器（BSI CMOS sensor）是通过将感光层的原件调转方向，使得光线从器件背面直射进去，从而有效的避免了传统CMOS传感器结构中，光线需经过位于微透镜和光电二极管之间的电路、晶体管等结构层才能到达感光层，进而，大大改善了低光照条件下的感光效果，提高了量子转换效率（QE）。

其中，量子转换效率（QE）是决定CMOS传感器成像质量的一个重要参数，通常的，量子转换效率越高，则CMOS传感器的成像质量越高。现有的背照式CMOS传感器的量子转换效率较传统的前照式CMOS传感器要好。但是，随着用户要求的愈发提高，现有的背照式CMOS传感器（BSI CMOS sensor）的成像质量已不再能满足用户的需求。为了获取更高的成像质量，仍需要提高背照式CMOS传感器的量子转换效率。

中国专利（公开号：CN102693994A）公开了一种背照式CMOS图像传感器的背面处理方法，包括，提供一衬底；在衬底的正面上形成图形化的研磨停止层；在衬底和图形化的研磨停止层上形成外延层，并进行化学机械研磨平坦化外延层；在外延层内形成光电二极管；在外延层上形成器件层；对衬底的背面进行背面抛光；对衬底的背面进行化学机械研磨直到暴露出图形化的研磨停止层；刻蚀去除图形化的研磨停止层，暴露出所外延层；进行化学机械研磨平坦化外延层。本发明采用了图形化的研磨停止层，保证了背照式CMOS图形传感器的背面处理后的TTV比较小。

中国专利（公开号：CN103165633A）涉及一种背照式CMOS图像传感器，包括使用正面离子注入工艺形成在衬底上方的光电有源区域以及与该光电有源区域相邻形成的延伸的光电有源区域，其中，通过使用背面离子注入工艺来形成延伸的光电有源区域。背照式CMOS图像传感器可以进一步包括位于衬底背面上的激光退火层。延伸的光电有源区域有助于增大光子到电子的转化量，从而改善了量子效率。

上述两件专利中：公开号为CN102693994A的专利未涉及到提高背照式CMOS传感器量子转换效率的问题，公开号为CN103165633A的专利虽然提出了提高量子转换效率的方法，但是其采取的技术方案与本发明中提出的提高量子转换效率的方法并不相同。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开了一种背照式CMOS传感器及制备该传感器的方法，以解决现有技术中背照式CMOS传感器量子转换效率有待提高的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种背照式CMOS传感器，包括：

一晶圆，所述晶圆内具有数个光电二极管；

设置于所述晶圆正面的介质层；

设置于所述介质层内近晶圆处的沟槽，且所述沟槽位于所述光电二极管的下方，所述沟槽内设有反光物质；

设置于所述介质层内的通孔和金属互连线，所述通孔一端连接所述晶圆的电极，另一端连接所述金属互连线，所述通孔内设有金属。

上述的背照式CMOS传感器，其中，所述介质层为氧化物介质层。

上述的背照式CMOS传感器，其中，所述沟槽内设有的反光物质为铝或钨。

上述的背照式CMOS传感器，其中，所述通孔内设有的金属为钨。

上述的背照式CMOS传感器，其中，还包括依次设置于所述晶圆背面的晶圆衬底、滤光镜和微透镜。

一种制备背照式CMOS传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，提供一具有数个光电二极管的晶圆；

S2，于所述晶圆正面淀积第一介质层，并于所述光电二极管下方蚀刻所述第一介质层形成沟槽。

S3，于所述沟槽淀积反光物质，并进行抛光；

S4，于所述第一介质层上淀积第二介质层，依次蚀刻所述第二介质层、所述第一介质层至所述晶圆的电极形成通孔，所述通孔一端连接晶圆的电极，于所述通孔淀积金属，并进行抛光；

S5，于所述第二介质层上淀积第三介质层，于第三介质层内形成金属互连线，所述通孔另一端连接所述金属连接线。

上述的制备背照式CMOS传感器的方法，其中，所述第一介质层、所述第二介质层以及所述第三介质层均为同种氧化物介质层。

上述的制备背照式CMOS传感器的方法，其中，所述S3步骤中，所述沟槽淀积的反光物质为铝或钨。

上述的制备背照式CMOS传感器的方法，其中，所述S4步骤中，所述通孔淀积的金属为钨。

上述的制备背照式CMOS传感器的方法，其中，还包括：S6，减薄所述晶圆背面，并于所述晶圆背面形成晶圆衬底，继续后续滤光镜和微透镜工艺，在所述晶圆衬底上表面依次形成滤光镜和微透镜。

上述发明具有如下优点或者有益效果：

本发明采用的背照式CMOS传感器及该传感器的制备方法，在介质层蚀刻出沟槽且在沟槽内填充反光物质，可以将通过晶圆进入介质层的光线通过沟槽中的反射物质反射回晶圆内重新进行转换，从而提高了量子转换效率。

具体附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。

图1～5是本发明实施例中制备背照式CMOS传感器的方法的流程结构示意图；

图6是本发明实施例中背照式CMOS传感器的结构示意图。

其中：1是晶圆；2是光电二极管；3是介质层；31是第一介质层；32是第二介质层；33是第三介质层；4是沟槽；5是通孔；6是金属互连线；7是滤光镜；8是微透镜。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。

实施例一：

图6是本发明实施例中背照式CMOS传感器的结构示意图；如图6所示，一种背照式CMOS传感器（BSI CMOS sensor），该传感器包括，具有数个光电二极管2的晶圆1及设置于晶圆1正面的介质层3，介质层3内近晶圆1的位置设有沟槽4且沟槽4位于光电二极管2的下方，沟槽4内设有反光物质，其中沟槽4为长方形结构，其宽度大于光电二极管2的宽度，介质层3内还设有通孔5和金属互连线6，通孔5一端连接晶圆1的电极，另一端连接金属互连线6，通孔5内设有金属，一晶圆衬底11位于所述晶圆1的背面，滤光镜7设置于器件衬底11上，若干微透镜8设置于滤光镜7的上表面。

其中，介质层3采用氧化物介质层，例如，SiO₂，可起隔离作用；沟槽4中的反光物质可为铝和钨，因为铝和钨对光的反射性能都很好；通孔5中的金属为钨，因钨的导电性好且具有较强的稳定性；

光线依次经过上述微透镜8、滤光镜7和晶圆衬底11后至晶圆1，其中大部分光线由晶圆1中的光电二极管2接收，将光信息转化为电信号经输出，进而完成图像的拍摄等；小部分光线经晶圆1到达介质层3，由沟槽4中的反射物质将这部分光线反射回晶圆1中，由晶圆1中的光电二极管2将接收的光信息转化为电信号输出。

在本实施例中，由于可以将进入介质层中的一部分光线经由沟槽4反射回晶圆1中的光电二极管2中，由光电二极管2将接收的光信息转化为电信号输出，从而提高了背照式CMOS传感器的量子转换效率，进而提高了背照式CMOS传感器的成像质量。

实施例二：

图1～5是本发明实施例中制备背照式CMOS传感器的方法的流程结构示意图，图6是本发明实施例中背照式CMOS传感器的结构示意图，如图1～6所示：

首先提供一具有数个光电二极管2的晶圆1，如图1所示的结构；

其次，于晶圆1正面淀积第一介质层31，并于光电二极管2下方蚀刻第一介质层31形成沟槽4，可采用干法蚀刻或湿法蚀刻，沟槽4为长方形结构，且宽度大于所述光电二极管的宽度，如图2所示的结构；

然后，于沟槽4淀积反光物质如铝或钨，并进行抛光，可采取化学机械研磨（CMP）抛光，如图3所示的结构；

然后，于第一介质层31上淀积第二介质层32，依次蚀刻第二介质层32、第一介质层31至晶圆1的电极形成通孔5，可采取干法蚀刻或湿法蚀刻，通孔5一端连接晶圆1的电极，于通孔8淀积金属，并进行抛光，可采取化学机械研磨（CMP）抛光，如图4所示的结构；

然后，于所述第二介质层32上淀积第三介质层33，于第三介质层33内形成金属互连线6，通孔5另一端连接金属互连线6，如图5所示的结构；

最后减薄晶圆1背面，以于晶圆1上方形成晶圆衬底11，依次进行后续的滤光镜工艺和微透镜工艺，即在暴露的晶圆衬底11的表面制备滤光镜7，并在上述滤光镜7的上方设置若干微透镜8，进而形成背照式CMOS传感器（参见图6所示的结构）。

上述中的第一介质层、第二介质层和第三介质层采用同种氧化物介质层，如SiO₂等。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明一种背照式CMOS传感器及制备该传感器的方法，通过于介质层上蚀刻一个或多个沟槽，并在沟槽中淀积反光物质，从而可以将进入介质层的光线通过沟槽中的反光物质反射回晶圆中，由光电二极管将光信息转化为电信号输出，有效的提高了量子转换效率，进而提高了产品的成像质量，且与传统的工艺设备兼容性强，工艺简单易行。

本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。

以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种背照式CMOS传感器，其特征在于，包括：

一晶圆，所述晶圆内具有数个光电二极管；

设置于所述晶圆正面的介质层；

设置于所述介质层内近晶圆处的沟槽，且所述沟槽位于所述光电二极管的下方，所述沟槽内设有反光物质；

设置于所述介质层内的通孔和金属互连线，所述通孔一端连接所述晶圆的电极，另一端连接所述金属互连线，所述通孔内设有金属。

2.根据权利要求1所述的背照式CMOS传感器，其特征在于，所述介质层为氧化物介质层。

3.根据权利要求1所述的背照式CMOS传感器，其特征在于，所述沟槽内设有的反光物质为铝或钨。

4.根据权利要求1所述的背照式CMOS传感器，其特征在于，所述通孔内设有的金属为钨。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的背照式CMOS传感器，还包括依次设置于所述晶圆背面的晶圆衬底、滤光镜和微透镜。

6.一种制备背照式CMOS传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：

S1，提供一具有数个光电二极管的晶圆；

S2，于所述晶圆正面淀积第一介质层，并于所述光电二极管下方蚀刻所述第一介质层形成沟槽。

S3，于所述沟槽淀积反光物质，并进行抛光；

S4，于所述第一介质层上淀积第二介质层，依次蚀刻所述第二介质层、所述第一介质层至所述晶圆的电极形成通孔，所述通孔一端连接晶圆的电极，于所述通孔淀积金属，并进行抛光；

S5，于所述第二介质层上淀积第三介质层，于第三介质层内形成金属互连线，所述通孔另一端连接所述金属连接线。

7.根据权利要求6所述的制备背照式CMOS传感器的方法，其特征在于，所述第一介质层、所述第二介质层以及所述第三介质层均为同种氧化物介质层。

8.根据权利要求6所述的制备背照式CMOS传感器的方法，其特征在于，所述S3步骤中，所述沟槽淀积的反光物质为铝或钨。

9.根据权利要求6所述的制备背照式CMOS传感器的方法，其特征在于，所述S4步骤中，所述通孔淀积的金属为钨。

10.根据权利要求6-9任意一项所述的制备背照式CMOS传感器的方法，其特征在于，还包括：S6，减薄所述晶圆背面，并于所述晶圆背面形成晶圆衬底，继续后续滤光镜和微透镜工艺，在所述晶圆衬底上表面依次形成滤光镜和微透镜。