專利名稱:背面照光的cmos圖像傳感器的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及CMOS圖像傳感器,特別涉及背面照光的CMOS圖像傳感器。
背景技術:
圖像傳感器是組成數字攝像頭的重要組成部分,根據元件不同分為電荷耦合 (CCD, Charge Coupled Device)圖像傳感器和金屬氧化物半導體(CMOS,Complementary Metal-Oxide Semiconductor)圖像傳感器。其中,由于CMOS圖像傳感器集成度高,容易與 標準的CMOS制作工藝兼容,并且功耗低,隨著CMOS制作工藝的改進,CMOS圖像傳感器成為 目前圖像傳感器的主流技術。在申請號為200710148796. 5的中國專利申請中公開了一種現有的CMOS圖像傳感 器。現有的CMOS圖像傳感器包括半導體襯底,所述半導體襯底通常包括若干呈矩陣排布的 像素單元區域,相鄰的像素單元區域之間具有淺溝槽隔離結構(STI)。請參考圖1,圖1是 現有的背面照光的CMOS圖像傳感器結構示意圖,所述CMOS圖像傳感器包括半導體襯底 100,所述半導體襯底100包括若干像素單元區域103,圖中以2個像素單元區域103為例進 行說明;相鄰像素單元區域103之間具有淺溝槽隔離結構106。其中所述像素單元區域103 用于形成像素,通常所述像素單元區域103包括光電二極管區域104和晶體管區域105,所 述光電二極管區域104用于形成光電二極管,所述光電二極管用于光電轉換;所述晶體管 區域105用于形成晶體管,所述晶體管用于將光電二極管轉換的電信號放大后輸出。所述 淺溝槽隔離結構106用于相鄰像素的隔離。所述半導體襯底100包括第一表面101和與之 相對的第二表面102。光線從第二表面102進入像素單元區域103內。本領域技術人員將 所述CMOS圖像傳感器稱為背面照光的(Backside illuminated)CMOS圖像傳感器。上述背面照光的CMOS圖像傳感器的缺點是入射光線的強度較大時,圖像傳感器 的顯示模糊,成像質量不高。因此,需要一種背面照光的CMOS圖像傳感器,能夠解決入射光線的強度較大時圖 像傳感器的顯示模糊的問題,改善圖像傳感器的成像質量。
實用新型內容本實用新型解決的問題是提供了一種背面照光的CMOS圖像傳感器,能夠解決入 射光線的強度較大時圖像傳感器的顯示模糊的問題,改善了圖像傳感器的成像質量。為解決上述問題,本實用新型提供了一種背面照光的CMOS圖像傳感器,包括半導體襯底,具有第一表面和與之相對的第二表面;所述半導體襯底包括至少一個像素單元區域;深溝槽結構,位于相鄰像素單元區域之間;其中,所述深溝槽結構貫穿所述半導體襯底的第一表面和第二表面,所述深溝槽 結構包括填充層和第一絕緣層,其中第一絕緣層位于填充層和相鄰像素單元區域之間,所 述填充層材料為N型摻雜物質,所述深溝槽結構上輸入控制信號,所述控制信號的電位為0. 5 IV。可選的,所述深溝槽結構的深度范圍為1. 5 4微米,寬度小于等于0. 25微米。可選的,所述N型摻雜物質為N型重摻雜多晶硅。可選的,所述N型重摻雜多晶硅的摻雜雜質為P、AS、Sb,摻雜雜質的劑量范圍為 5E13 lE16cnT2。可選的,還包括導電栓塞,所述導電栓塞位于所述深溝槽結構上方,所述導電栓塞 上方具有金屬互聯線,所述金屬互聯線與所述控制信號電連接,所述控制信號經過所述金 屬互聯線、導電栓塞輸入所述深溝槽結構。可選的,所述導電栓塞的材質為金屬,所述金屬為鎢。可選的,所述金屬互聯線的材質為金屬,所述金屬包括鋁、鋁合金、銅。可選的,所述第一絕緣層的材質為氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅。可選的,所述第一絕緣層的厚度范圍為30 200埃。與現有技術相比,本發明具有以下優點在相鄰像素單元區域之間設置貫穿半導體襯底的第一表面和第二表面的深溝槽 結構,所述深溝槽結構包括填充層和第一絕緣層,其中第一絕緣層位于填充層和相鄰像素 單元區域之間,所述填充層材料為N型摻雜物質,所述深溝槽結構上輸入電位為0. 5 IV 的控制信號。由于填充層的材料為N型導電物質,相鄰像素單元區域為半導體襯底的一部 分,因此,填充層與第一絕緣層、相鄰像素單元區域構成MOS電容結構。在正常工作時,半導 體襯底接地(由于像素單元區域是半導體襯底的一部分內,從而像素單元區域接地),所述 填充層的N型摻雜物質由于輸入電位為0. 5 IV的控制信號,從而在所述填充層與相鄰像 素單元區域之間形成電場,所述電場吸引像素單元區域的浮動的光生載流子經過第一絕緣 層進入深溝槽結構,并且經過深溝槽結構上方的導電栓塞、金屬互聯線向外部傳輸,消除了 像素單元區域內的浮動的光生載流子,改善了浮像現象,從而改善了 CMOS圖像傳感器的顯 示模糊的問題,提高了 CMOS圖像傳感器的成像質量。
圖1是現有技術背面照光的CMOS圖像傳感器的像素結構示意圖。圖2是本實用新型一個實施例的背面照光的CMOS圖像傳感器的結構示意圖。
具體實施方式
發明人發現,現有的背面照光的CMOS圖像傳感器成像模糊的原因是其存在圖像 浮散(blooming)的缺陷。而所述圖像浮散的原因是由于入射光的強度較大時,像素的光電 二極管產生大量的光生載流子,造成部分光生載流子溢出,在像素單元區域內浮動,成為浮 動的光生載流子,對像素的電信號產生干擾,從而產生圖像浮散問題,從而導致CMOS圖像 傳感器成像模糊。本實用新型提供了一種背面照光的CMOS圖像傳感器,解決了圖像浮散的問題,改 善了 CMOS圖像傳感器的成像質量。所述CMOS圖像傳感器包括半導體襯底,具有第一表面和與之相對的第二表面;所述半導體襯底包括至少一個像素單元區域;[0028]深溝槽結構,位于相鄰像素單元區域之間;其中,所述深溝槽結構貫穿所述半導體襯底的第一表面和第二表面,所述深溝槽 結構包括填充層和第一絕緣層,其中第一絕緣層位于填充層和相鄰像素單元區域之間,所 述填充層材料為N型摻雜物質,所述深溝槽結構上輸入控制信號,所述控制信號的電位為 0. 5 IV。下面將結合實施例對本實用新型的技術方案進行詳細的說明。請參考2,圖2是本 實用新型一個實施例的背面照光的CMOS圖像傳感器的結構示意圖。如圖2所示,所述CMOS圖像傳感器包括半導體襯底200。所述半導體襯底200具 有第一表面201和與之相對的第二表面202。所述半導體襯底200包括至少一個像素單元 區域203,為了便于說明,本實施例以2個像素單元區域203為例進行說明。相鄰的像素單 元區域203之間具有深溝槽結構204,所述深溝槽結構204內包括填充層2041和第一絕緣 層2042。所述第一絕緣層2042位于填充層2041和相鄰像素單元區域203之間。所述填充 層2041的材質為N型摻雜物質,所述深溝槽結構204貫穿半導體襯底200的第一表面201 和第二表面202。所述深溝槽結構204上輸入控制信號,所述控制信號的電位為0. 5 IV。其中,所述半導體襯底200的材質可以為硅、S0I、氮化鎵或者砷化鎵。本實施例 中,所述半導體襯底200為具有P型硅襯底。所述像素單元區域203用于形成像素,所述像素通常包括光電二極管和若干晶體 管。所述光電二極管用于對入射像素單元區域203內的光線進行光電轉換,產生光生載流 子;所述晶體管用于傳輸光生載流子。為了節約芯片的面積,通常所述深溝槽結構204的寬度應小于等于現有的淺溝槽 隔離結構的寬度,作為一個實施例,所述深溝槽結構204的寬度小于等于0. 25微米。所述深溝槽結構204的深度應滿足貫穿所述半導體襯底200的第一表面201和第 二表面202。由于通常所述半導體襯底200的厚度范圍為1. 5 5微米,因此所述深溝槽結 構204的深度等于所述半導體襯底200的厚度,即為1. 5 5微米。優選地,為了提高像素 的光電二極管對光線的吸收效率,所述半導體襯底200的厚度范圍優選為2 3微米。從 而,所述深溝槽結構204的深度等于半導體襯底200的厚度,即為2 3微米。所述深溝槽結構204的填充層的材質可以為N型重摻雜多晶硅(N+doped poly), 所述N型重摻雜多晶硅的摻雜雜質可以為P、As或者Sb,摻雜雜質的摻雜劑量范圍為 5E14 lE16cnT2。所述深溝槽結構204的第一絕緣層2042的材質可以為氧化硅、氮化硅或 氮氧化硅,其厚度范圍為30 200埃。作為一個實施例,所述深溝槽結構204上方具有導電栓塞205,所述導電栓塞205 上方具有金屬互聯線208,所述導電栓塞205用于將深溝槽結構204與金屬互聯線208電連 接,所述金屬互聯線208與控制信號電連接,從而所述控制信號經過所述金屬互聯線208、 導電栓塞205輸入所述深溝槽結構204。所述導電栓塞205的材質為鎢。所述金屬互聯層 208的材質為金屬,如鋁、鋁合金、銅等。作為本實用新型的又一實施例,所述深溝槽結構可 以直接經過導電栓塞與外部控制信號電連接。所述填充層2041具有N型摻雜類型,像素單元區域203是半導體襯底200的一 部分而具有P型導電類型,因此所述填充層2041與相鄰的第一絕緣層2042、像素單元區域 203構成MOS電容結構。由于正常工作時,半導體襯底200接地,即像素單元區域203接地,所述填充層2041上輸入電位為0. 5 1. OV的控制信號,從而在填充層2041與像素單元區 域203之間產生電場,所述電場吸引像素單元區域203內的浮動光生載流子經過第一絕緣 層2042進入深溝槽結構204,并且經過深溝槽結構204上方的導電栓塞205、金屬互聯線 208向外部輸出,將浮動的光生載流子消除,改善了浮像現象,改善了 CMOS圖像傳感器的成
像質量。綜上,本實用新型提供了一種背面照光的CMOS圖像傳感器,在相鄰像素單元區域 之間設置貫穿半導體襯底的第一表面和第二表面的深溝槽結構,所述深溝槽結構包括填充 層和第一絕緣層,其中第一絕緣層位于填充層和相鄰像素單元區域之間,所述填充層材料 為N型摻雜物質,所述深溝槽結構上輸入電位為0. 5 IV的控制信號。由于填充層的材料 為N型導電物質,相鄰像素單元區域為半導體襯底的一部分,因此,填充層與第一絕緣層、 相鄰像素單元區域構成MOS電容結構。在正常工作時,半導體襯底接地(由于像素單元區 域是半導體襯底的一部分內,從而像素單元區域接地),所述填充層的N型摻雜物質由于輸 入電位為0. 5 IV的控制信號,從而在所述填充層與相鄰像素單元區域之間形成電場,所 述電場吸引像素單元區域的浮動的光生載流子經過第一絕緣層進入深溝槽結構,并且經過 深溝槽結構上方的導電栓塞、金屬互聯線向外部傳輸,消除了像素單元區域內的浮動的光 生載流子,改善了浮像現象,從而改善了 CMOS圖像傳感器的顯示模糊的問題,提高了 CMOS 圖像傳感器的成像質量。本實用新型雖然已以較佳實施例公開如上,但其并不是用來限定本實用新型,任 何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內,都可以利用上述揭示的方法和技 術內容對本實用新型技術方案做出可能的變動和修改,因此,凡是未脫離本實用新型技術 方案的內容,依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及 修飾,均屬于本實用新型技術方案的保護范圍。
權利要求一種背面照光的CMOS圖像傳感器,包括半導體襯底,具有第一表面和與之相對的第二表面;所述半導體襯底包括至少一個像素單元區域;深溝槽結構,位于相鄰像素單元區域之間;其特征在于,所述深溝槽結構貫穿所述半導體襯底的第一表面和第二表面,所述深溝槽結構包括填充層和第一絕緣層,其中第一絕緣層位于填充層和相鄰像素單元區域之間,所述填充層材料為N型摻雜物質,所述深溝槽結構上輸入控制信號,所述控制信號的電位為0.5~1V。
2.如權利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述深溝槽結構的 深度范圍為1. 5 4微米,寬度小于等于0. 25微米。
3.如權利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述N型摻雜物質 為N型重摻雜多晶硅。
4.如權利要求3所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述N型重摻雜多 晶硅的摻雜雜質為P、AS、Sb,摻雜雜質的劑量范圍為5E13 lE16cm-2。
5.如權利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,還包括導電栓塞,所 述導電栓塞位于所述深溝槽結構上方,所述導電栓塞上方具有金屬互聯線,所述金屬互聯 線與所述控制信號電連接,所述控制信號經過所述金屬互聯線、導電栓塞輸入所述深溝槽 結構。
6.如權利要求5所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述導電栓塞的材 質為金屬,所述金屬為鎢。
7.如權利要求5所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述金屬互聯線的 材質為金屬,所述金屬包括鋁、鋁合金、銅。
8.如權利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述第一絕緣層的 材質為氧化硅、氮氧化硅或者氮化硅。
9.如權利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器,其特征在于,所述第一絕緣層的 厚度范圍為30 200埃。
專利摘要本實用新型提供一種背面照光的CMOS圖像傳感器,包括半導體襯底,具有第一表面和與之相對的第二表面;所述半導體襯底包括至少一個像素單元區域;深溝槽結構,位于相鄰像素單元區域之間;其中,所述深溝槽結構貫穿所述半導體襯底的第一表面和第二表面,所述深溝槽結構包括填充層和第一絕緣層,其中第一絕緣層位于填充層和相鄰像素單元區域之間,所述填充層材料為N型摻雜物質,所述深溝槽結構上輸入控制信號,所述控制信號的電位為0.5~1V。本實用新型改善了CMOS圖像傳感器的浮像的缺陷,提高了CMOS圖像傳感器的成像質量。
文檔編號H01L27/146GK201741698SQ20102028199
公開日2011年2月9日 申請日期2010年7月26日 優先權日2010年7月26日
發明者李 杰, 霍介光 申請人:格科微電子(上海)有限公司