专利名称：Cmos图像传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及CMOS图像传感器。
背景技术：
图像传感器的作用是将光学图像转化为相应的电信号。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CCD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、 照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等。图1为现有技术的CMOS图像传感器的截面结构示意图，请参考图1，现有技术的图像传感器包括位于基底内(未示出)的多个感光单元101，多个感光单元形成感光单元阵列，位于感光单元101表面的互连层102以及位于互连层内的金属层103，位于互连层102 表面的第二平坦层104，位于第二平坦层104表面的彩色滤光片105，位于彩色滤光片105 表面的第一平坦层106，以及位于第一平坦层106表面的微透镜107。现有技术的CMOS图像传感器的形成方法，包括请参考图2，提供基底200，所述基底200内形成有感光单元201 ；形成位于所述基底200表面的第一层间介质层203 ；形成位于所述第一层间介质层203内的第一导电插塞 204 ；请参考图3，形成位于所述第一层间介质层203表面、与所述第一导电插塞204相连的第一金属层205 ；请参考图4 图5，形成覆盖所述第一层间介质层203和第一金属层205的第二层间介质层206，平坦化所述第二层间介质层206。现有技术的CMOS图像传感器的形成方法还包括后续步骤，形成图1所示的第二平坦层、彩色滤光片、第一平坦层以及微透镜。现有技术的CMOS图像传感器现有技术的CMOS 图像传感器成像质量较差，形成工艺复杂。更多关于图像传感器的结构，以及工作原理请参考公开号为CN1875486A的中国专利。
实用新型内容本实用新型解决的问题是提供一种提高成像质量的CMOS图像传感器。为解决上述问题，本实用新型提供一种CMOS图像传感器，包括基底；位于基底表面的层间介质层；第一导电插塞和与所述第一导电插塞相连的第一金属层，所述第一导电插塞和第一金属层均位于所述层间介质层内；[0015]位于所述层间介质层表面的隔离层，所述隔离层内具有暴露出所述第一金属层的通孔；填充满所述通孔的第二导电插塞；位于所述隔离层表面、与第二导电插塞相连的第二金属层。可选地，所述隔离层的厚度为500 2000 A,。可选地，所述第二导电插塞和第二金属层的材料为热铝。可选地，所述层间介质层的厚度为3000 6000人。可选地，所述层间介质层的材料为S^2 ；所述第一导电插塞和第一金属层的材料为钨；所述隔离层的材料为Si02。可选地，所述基底内包括至少一个感光单元。与现有技术相比，本实用新型的实施例具有以下优点一方面，本实用新型的实施例的第一导电插塞和第一金属层均形成在层间介质层内，且在同一工艺步骤中形成，节省了工艺步骤，形成工艺简单；并且本实用新型实施例的第一金属层表面与层间介质层表面齐平，使得后续形成的隔离层表面平整，避免了由于化学机械抛光的精度问题而对隔离层的厚度形成的限制，形成的隔离层的厚度比现有技术中的薄，减小了光线从微透镜到感光单元表面的距离，降低了光线的损失，提高了 CMOS图像传感器的成像质量。另一方面，本实用新型实施例的隔离层的厚度较薄，有助于形成深宽比较为合适的通孔，铝在所述通孔内更易填充，并且本实用新型实施例的发明人在沉积温度为420 460°C时，向所述通孔内和隔离层表面沉积填充性能更好的热铝形成第二导电插塞和第二金属层，既节省了工艺步骤，所述第二导电插塞和第二金属层之间连接强度和导电性能又好。
图1是现有技术的CMOS图像传感器的剖面结构示意图；图2 图5是现有技术的CMOS图像传感器的形成过程的剖面结构示意图；图6是本实用新型实施例的CMOS图像传感器的形成方法的流程示意图；图7 图11是本实用新型实施例的CMOS图像传感器的形成过程的剖面结构示意图。
具体实施方式
正如背景所述，现有技术的CMOS图像传感器的成像质量不够理想。本实用新型实施例的发明人经过研究后发现，现有技术的CMOS图像传感器，光线依次穿过微透镜、第二平坦层、彩色滤光片、第一平坦层、互连层后到达感光单元，光线的损失较为严重，影响了 CMOS图像传感器的成像质量。 经过研究后，本实用新型实施例的发明人发现可以通过减小光线从微透镜表面到达感光单元的表面的距离，减小光线的损失，从而达到提高CMOS图像传感器的成像质量的目的。本实用新型实施例的发明人经过进一步研究后发现，可以通过改善互连层的形成工艺来减小互连层的厚度，从而达到减小光线由微透镜表面到达感光单元的表面的距离。为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做详细的说明。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施方式
的限制。请参考图6，图6示出了本实用新型实施例的CMOS图像传感器的形成方法的流程示意图，包括步骤S301，提供基底，在所述基底表面形成层间介质层；步骤S303，形成第一导电插塞、与所述第一导电插塞相连的第一金属层，所述第一导电插塞和第一金属层均位于所述层间介质层内；步骤S305，在所述层间介质层表面形成隔离层，所述隔离层内形成有暴露出第一金属层的通孔；步骤S307，形成填充满所述通孔的第二导电插塞和位于所述隔离层表面、与第二导电插塞相连的第二金属层。图7 图11示出了本实用新型实施例的CMOS图像传感器的形成过程的剖面结构示意图。执行步骤S301，请参考图7，提供基底400，在所述基底400表面形成层间介质层 403。所述基底400的材料为半导体材料，例如硅，所述基底400内形成有与所述基底表面齐平的感光单元401，所述感光单元401用于接收光线产生电子。在所述基底400内形成感光单元401的工艺为离子注入。具体为在所述基底400 表面形成光刻胶层(未图示)，所述光刻胶层具有开口(未图示)，所述开口的位置与所述感光单元401的位置相对应；以所述光刻胶层为掩膜，向所述基底400内注入离子。在本实用新型的实施例中，所述基底400为N型掺杂，所述感光单元为P型掺杂； 或者所述基底400为P型掺杂，所述感光单元为N型掺杂。需要说明的是，在本实用新型的实施例中，所述基底400表面还形成有与所述感光单元401相连的多晶硅层404，用于形成晶体管或其他器件。所述层间介质层403用于隔离晶体管、感光单元和金属连线。在本实用新型的实施例中，所述层间介质层403的材料为SiO2，所述层间介质层403的厚度为3000 6000 A
；所述层间介质层403除覆盖基底400外，还覆盖所述多晶硅层404。执行步骤S303，请参考图8 图9，形成第一导电插塞406、与所述第一导电插塞 406相连的第一金属层407，所述第一导电插塞406和第一金属层407均位于所述层间介质层403内。请参考图8，在所述层间介质层403内形成开口 405，所述开口 405包括用于填充形成第一导电插塞的第一开口(未表示)和用于填充形成第一金属层的第二开口(未标示)°其中，所述第二开口的与基底表面平行的截面大于第一开口的与基底表面平行的截面；所述开口 405的形成步骤中，可以先形成第一开口，再形成第二开口，也可以先形成第二开口，再形成第一开口，在此不再赘述。
请参考图9，向所述开口 405内填充金属材料，形成第一导电插塞406、与所述第一导电插塞相连的第一金属层407。所述第一导电插塞406和第一金属层407用于与外界传递信号。在本实用新型的实施例中，所述层间介质层403内形成有多个第一导电插塞406和多个第一金属层407，其中一部分第一导电插塞406与所述基底400相连，另一部分第一导电插塞406与所述多晶硅层404相连。另外，在本实用新型的其他实施例中，所述第一导电插塞406还可以与基底 400、多晶硅层404中的一个相连。 在本实用新型的实施例中，在所述层间介质层403内形成第一导电插塞406和第一金属层407的工艺为大马士革工艺；所述第一导电插塞406和第一金属层407的材料为钨。本实用新型的实施例的第一导电插塞406和第一金属层407均形成在层间介质层内，且在同一工艺步骤中形成，而不用在第一层间介质层内形成第一导电插塞，再在所述第一层间介质层表面形成第一金属层，然后形成覆盖第一层间介质层和第一金属层的第二层间介质层，最后还要化学机械抛光所述第二层间介质层(详情见图2 5)，节省了工艺步骤，形成工艺简单；并且本实用新型的实施例在层间介质层内形成第一导电插塞和第一金属层，有助于后续形成较薄的隔离层和电连接性能好的第二导电插塞、第二金属层，详情请参考后续步骤。执行步骤S305，请参考图10，在所述层间介质层403表面形成隔离层408，所述隔离层408内形成有通孔411。在所述层间介质层403表面形成隔离层408前，还包括平坦化所述第一金属层 407使所述第一金属层407与所述层间介质层403齐平。其中，平坦化采用化学机械抛光工艺。在本实用新型的实施例中，由于采用大马士革工艺形成第一导电插塞406和第一金属层407，经过平坦化后所述第一金属层407与层间介质层403的表面已经齐平，所以在采用高密度等离子体化学气相沉积或TEOS工艺沉积SiO2薄膜形成隔离层408后，无需对所述隔离层408进行化学机械抛光，所述隔离层408的表面也很平整。避免了如图5所示的需要对第二层间介质层206进行化学机械抛光，而由于化学机械抛光本身存在的精度问题，被抛光物体表面的中心与边缘的厚度存在差异，使得抛光后的第二层间介质层206表面到第一金属层表面的部分的厚度至少大于3500人，才能保证化学机械抛光后第一金属层不会暴露出。因此，本实用新型实施例中形成的隔离层408的厚度不受化学机械抛光精度的限制，可以形成更薄的隔离层408，而所述更薄的隔离层408更有助于后续形成满足工艺要求的通孔411。本实用新型实施例的发明人经过研究后发现，当隔离层408的厚度在500 2000 A范围内时，形成的满足工艺要求的通孔411的深宽比小，有助于后续填充形成第二
导电插塞和第二金属层。需要说明的是，在本实用新型的实施例中，所述通孔411的工艺为干法刻蚀，所述通孔411暴露出第一金属层407表面，用于后续形成第二导电插塞409。[0058]本实用新型实施例的隔离层的厚度小于现有技术中第二层间介质层的厚度，与现有技术相比，本实用新型的实施例中减少了入射光线从微透镜表面到感光单元表面的距离，入射光光程缩短，减少了光在传输过程的损失，改善了相邻像素之间由于散射光而造成的串扰；进一步的，由于入射光线从微透镜表面到感光单元表面的距离减小，有效减小了由于光程差所造成的暗角和颜色不均勻等问题，提高了 CMOS图像传感器的成像质量。需要说明的是，在本实用新型的实施例中，所述互连层包括层间介质层、位于所述层间介质层内的第一导电插塞和第一金属层、隔离层、位于所述隔离层内的第二导电插塞、 与所述第二导电插塞相连的第二金属层。本实用新型的实施例中是通过减小隔离层的厚度达到减小互连层的厚度的目的的。执行步骤S307，请参考图11，形成填充满所述通孔的第二导电插塞409和位于所述隔离层408表面、与第二导电插塞409相连的第二金属层410。所述第二导电插塞409和第二金属层410的材料相同，均为铝，用于与外界的信号相连。在本实用新型的实施例中，为节省工艺步骤，所述第二导电插塞409和第二金属层410在同一工艺步骤中采用沉积工艺形成。考虑到铝在所述通孔内的填充性能会影响到第二导电插塞409和第二金属层410的连接强度和导电性能，为使铝更好的填充满所述通孔，使得形成的第二导电插塞409和第二金属层410的导电性能更好且第二导电插塞409 与第二金属层410之间连接的更好，本实用新型实施例的发明人选择在沉积温度为420 460°C时，向所述通孔内和隔离层408表面沉积填充性能更好的热铝，然后采用刻蚀工艺， 例如干法刻蚀，刻蚀所述热铝以形成第二导电插塞409和与所述第二导电插塞409相连的第二金属层410，所述第二金属层410定义出金属连线。需要说明的是，根据实际需要，CMOS图像传感器中还可以形成与所述第二金属层相连的第三导电插塞和与所述第三导电插塞相连的第三金属层、甚至还可以形成第四导电插塞和第四金属层或者更多，所述第三导电插塞、第三金属层以及第四导电插塞、第四金属层的形成步骤请参考上述步骤中的步骤S305和步骤S307，在此不再赘述。本实用新型实施例的发明人还提供了一种采用上述形成方法形成的CMOS图像传感器，请继续参考图11，包括基底400，所述基底400内包括至少一个感光单元401 ；位于基底400表面且与所述感光单元401相连的多晶硅层404，覆盖所述基底400 和多晶硅层404表面的层间介质层403 ；位于所述层间介质层403内的第一导电插塞406和与所述导电插塞406相连的第一金属层407 ；位于所述层间介质层403表面的隔离层408，所述隔离层408内有通孔(未标示)； 填充满所述通孔的第二导电插塞409 ；位于所述隔离层408表面、与第二导电插塞409相连的第二金属层410。 其中，所述层间介质层的材料为SiO2,厚度为3000 6000 A ；所述第一导电插塞和第一金属层的材料为钨；所述隔离层的材料为SiO2,厚度为500 2000 A ；所述第二导电插塞和第二金属层的材料为热铝。[0070]综上，一方面，本实用新型的实施例的第一导电插塞和第一金属层均形成在层间介质层内，且在同一工艺步骤中形成，节省了工艺步骤，形成工艺简单；并且本实用新型实施例的第一金属层表面与层间介质层表面齐平，使得后续形成的隔离层表面平整，避免了由于化学机械抛光的精度问题而对隔离层的厚度形成的限制，形成的隔离层的厚度比现有技术中的薄，减小了光线从微透镜到感光单元表面的距离，降低了光线的损失，提高了 CMOS 图像传感器的成像质量。另一方面，本实用新型实施例的隔离层的厚度较薄，有助于形成深宽比较为合适的通孔，铝在所述通孔内更易填充，并且本实用新型实施例的发明人在温度为420 460°C 的环境下向所述通孔内和隔离层表面沉积填充性能更好的热铝形成第二导电插塞和第二金属层，既节省了工艺步骤，所述第二导电插塞和第二金属层之间连接强度和导电性能又好。本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
权利要求1.一种CMOS图像传感器，包括基底；位于所述基底表面的层间介质层； 其特征在于，还包括第一导电插塞和与所述第一导电插塞相连的第一金属层，所述第一导电插塞和第一金属层均位于所述层间介质层内；位于所述层间介质层表面的隔离层，所述隔离层内具有暴露出所述第一金属层的通孔；填充满所述通孔的第二导电插塞；位于所述隔离层表面、与第二导电插塞相连的第二金属层。
2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述隔离层的厚度为500 2000 Α,ο
3.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述第二导电插塞和第二金属层的材料为热铝。
4.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述层间介质层的厚度为 3000 6000
5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述层间介质层的材料为S^2； 所述第一导电插塞和第一金属层的材料为钨；所述隔离层的材料为Si02。
6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述基底内包括至少一个感光单元。
专利摘要本实用新型的实施例提供了一种CMOS图像传感器，包括基底；位于基底表面的层间介质层；第一导电插塞和与所述导电插塞相连的第一金属层，所述第一导电插塞和第一金属层均位于所述层间介质层内；位于所述层间介质层表面的隔离层，所述隔离层内具有暴露出所述第一金属层的通孔；填充满所述通孔的第二导电插塞；位于所述隔离层表面、与第二导电插塞相连的第二金属层。采用本实用新型的实施例形成的CMOS图像传感器的成像质量高，形成工艺简单。
文档编号H01L23/528GK202111094SQ20112020459
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者霍介光 申请人:格科微电子(上海)有限公司