背照式低串扰图像传感器像素结构及制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种背照式低串扰图像传感器像素结构及其制作方法，包括硅基底，硅基底中设有多个感光器件，相邻的感光器件之间及边部的感光器件的外侧分别设有防串扰层。防串扰层的深度为2um到4um，防串扰层的位置位于从所述硅基底的正表面至距离所述硅基底的背表面0.05um～0.2um处。防串扰层的材料的折射率小于硅材料的折射率。当入射光进入感光器件中，部分角度的入射光会在防串扰层表面发生全反射，有效的避免了入射光进入相邻的感光器件而发生串扰不仅遏制了相邻感光器件间的串扰，并且提高了入射光的吸收效率，进而提高了感光灵敏度。
【专利说明】背照式低串扰图像传感器像素结构及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种背照式图像传感器，尤其涉及一种背照式低串扰图像传感器像素结构及制作方法。
【背景技术】
[0002]CMOS (互补型金属氧化物半导体)图像传感器被广泛地应用于数码相机、移动手机、儿童玩具、医疗器械、汽车电子、安防及其航空航天等诸多领域。CMOS图像传感器的广泛应用驱使其尺寸向越来越小的方向发展。然而像素(Pixel)尺寸的缩小使得感光二极管(Photodiode)的灵敏度(Sensitivity)下降,导致图像质量在低照度下出现很大程度的恶化，为了提高小尺寸(pixel尺寸小于1.4um)图像传感器的感光灵敏度,现有CMOS图像传感器制造技术中出现了背照式像素结构，其优点在于感光区以上由于没有金属布线的遮挡而使得感光灵敏度大幅度提高。
[0003]然而，现有背照式CMOS图像传感器也存在其不足之处，如图1所示，示出了现有技术中的一种背照式图像传感器像素结构示意图，包括硅基底101，相邻的三个感光器件1021?1023，浅槽隔离槽112，正面的金属互连线103?105，正面金属互连线介质层106，背面抗反射涂层107，背面平坦层108，背面彩色滤光片1091?1093，背面微透镜1101?1103，同时图1给出了一组入射光线1111?1114，当入射光经过微透镜1101?1103汇聚，依次穿过彩色滤光片1091?1093、背面平坦层108、背面抗反射涂层107到达感光器件1021?1023，由于浅槽隔离槽112的深度的不够深，部分角度的光会到达相邻的感光区，比如入射光1111通过彩色滤光片1091后进入相邻的感光器件1022并在其内产生了额外的光电信号，这一额外的信号影响了 1022自身的光电信号，我们将这种现象称之为相邻感光器件的串扰。图1还给出了其他相邻感光器件间的串扰现象，如1113对1021产生串扰，1112对1023产生串扰，1114对1022产生串扰。串扰的产生将造成图像色彩的差异导致图像失真，因此，消除相邻感光器件间的串扰对高性能CMOS图像传感器很有必要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种能避免入射光进入相邻的感光器件而发生串扰的背照式低串扰图像传感器像素结构及制作方法。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]本发明的背照式低串扰图像传感器像素结构，包括硅基底，所述硅基底中设有多个感光器件，相邻的感光器件之间及边部的感光器件的外侧分别设有防串扰层。
[0007]本发明的上述的背照式低串扰图像传感器像素结构的制作方法，采用注入工艺在所述像素结构中形成防串扰层，包括步骤:
[0008]A.遵循传统的集成电路制造工艺，采用光刻和刻蚀的方法，形成用于隔离器件的浅槽隔离槽；
[0009]B.旋涂光刻胶；[0010]c.曝光并显影，去除像素阵列区域上面的光刻胶；
[0011]D.采用注入工艺，注入氧离子；
[0012]E.清洗光刻胶，将所有光刻胶去除；
[0013]F.遵循传统集成电路完成后续工艺。
[0014]G.在器件硅背面制造抗反射涂层；
[0015]H.在抗反射涂层上面制作平坦层；
[0016]1.在平坦层上制作彩色滤光片；
[0017]J.在滤光片上面制作微透镜。
[0018]由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的背照式低串扰图像传感器像素结构及制作方法，由于相邻的感光器件之间及边部的感光器件的外侧分别设有防串扰层，当入射光进入感光器件中，部分角度的入射光会在防串扰层表面发生全反射，有效的避免了入射光进入相邻的感光器件而发生串扰，不仅遏制了相邻感光器件间的串扰，并且提闻了入射光的吸收效率，进而提闻了感光灵敏度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为现有技术中的背照式图像传感器像素结构示意图。
[0020]图2为本发明实施例提供的背照式低串扰图像传感器像素结构的示意图。
[0021]图3?图8为本发明实施例二中背照式低串扰图像传感器像素结构制作方法的流程不意图。
[0022]图9?图11为本发明实施例三中背照式低串扰图像传感器像素结构制作方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0023]下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。
[0024]本发明的背照式低串扰图像传感器像素结构，其较佳的【具体实施方式】是:
[0025]包括硅基底，所述硅基底中设有多个感光器件，相邻的感光器件之间及边部的感光器件的外侧分别设有防串扰层。
[0026]所述防串扰层的深度为2um到4um。
[0027]所述防串扰层的位置位于从所述硅基底的正表面至距离所述硅基底的背表面
0.05um ?0.2um 处。
[0028]所述防串扰层的材料的折射率小于硅材料的折射率。
[0029]所述防串扰层的材料为折射率1.45的二氧化硅材料。
[0030]本发明的上述的背照式低串扰图像传感器像素结构的制作方法，其较佳的【具体实施方式】是:
[0031]采用注入工艺在所述像素结构中形成防串扰层，包括步骤:
[0032]A.遵循传统的集成电路制造工艺，采用光刻和刻蚀的方法，形成用于隔离器件的浅槽隔离槽；
[0033]B.旋涂光刻胶；
[0034]C.曝光并显影，去除像素阵列区域上面的光刻胶；[0035]D.采用注入工艺，注入氧离子；
[0036]E.清洗光刻胶，将所有光刻胶去除；
[0037]F.遵循传统集成电路完成后续工艺。
[0038]G.在器件硅背面制造抗反射涂层；
[0039]H.在抗反射涂层上面制作平坦层；
[0040]1.在平坦层上制作彩色滤光片；
[0041]J.在滤光片上面制作微透镜。
[0042]所述步骤A中形成浅槽隔离槽的深度为0.3um-0.5um。
[0043]所述步骤D还包括:
[0044]对所述浅槽隔离槽进行填充，所述浅槽隔离槽填充后与注入形成的二氧化硅连成防串扰层，填充所述浅槽隔离槽的材料为二氧化硅；
[0045]通过光刻和刻蚀工艺形成所需感光器件，并进行逐层的介质淀积和金属布线；
[0046]对所述娃基底的背表面进行减薄，最终厚度为2.0um?5um。
[0047]本发明的背照式图像传感器像素结构及其制作方法，在相邻像素间通过注入工艺生成一层防串扰层，当入射光进入感光器件中，部分角度的入射光会在防串扰层表面发生全反射，有效的避免了入射光进入相邻的感光器件而发生串扰。因此，本发明的背照式图像传感器结构不仅遏制了相邻感光器件间的串扰，并且提高了入射光的吸收效率，进而提高了感光灵敏度。
[0048]实施例一:
[0049]如图2所示，本实施例的背照式低串扰图像传感器像素结构包括:硅基底201，相邻的三个感光器件2021?2023，正面的金属互连线203?205，正面金属互连线介质层206，背面抗反射涂层207，背面平坦层208，背面彩色滤光片2091?2093，背面微透镜2101?2103，防串扰层212，同时图2给出了一组入射光线2111?2113。其中，防串扰层212位于相邻感光器件2021、2022、2023之间，其深度为2?4um，覆盖范围从硅基底正表面到距离硅基底背表面0.05um?0.2um处，远远大于传统集成电路浅槽隔离槽的深度0.3?
0.5um。所述防串扰层212采用离子注入工艺将氧离子注入基底201中形成折射率约为1.45的二氧化硅材料，当一定角度的光从折射率约为3.4的光密材料硅基底201进入折射率约为1.45的防串扰层212后将在212表面发生全反射并回到感光器件内部。因此，本发明的背照式图像传感器结构不仅遏制了相邻感光器件间的串扰，并且提高了入射光的吸收效率，进而提闻了感光灵敏度。
[0050]实施例二:
[0051]为了进一步清楚地阐述本发明特征，图3至图8详细表征了本发明背照式图像传感器像素的制作工艺流程之一。
[0052]图3示出的是制作背照式图像传感器的基底1301，按照传统的集成电路经过光刻、刻蚀等工艺步骤后形成用于隔离器件的浅槽隔离槽(STI) 1302，其深度约为
0.3um-0.5um。
[0053]图4示出的是基于图3的进一步制作工艺，基底1401上面形成STI1402后进一步在STI区进行光刻胶1403的涂覆，经过曝光显影后将STI上面的光刻胶去除形成1404的开口区，进一步的通过离子注入工艺将氧离子1405注入基底1401内形成二氧化硅隔离层1406，注入能量约为300KeV到1500KeV，注入剂量约为lEll/cm2?5E12/cm。
[0054]图5示出的是基于图4的进一步制作工艺，在图4的基础上进一步的去除基底1501表面之上的光刻胶并对STI进行填充，按照传统集成电路，STI所填充的材料也为二氧化硅，因此STI填充后与注入形成的二氧化硅连成1502，1502即为图2中的防串扰层212。
[0055]图6示出的是基于图5的进一步制作工艺，基底1601上面形成统一的防串扰层1602后，进一步的，通过光刻和刻蚀工艺形成所需感光器件1603，进一步的，按照传统集成电路制造工艺进行逐层的介质1607的淀积和金属1604?1606的布线。
[0056]图7示出的是基于图6的进一步制作工艺，在图6的基础上，进一步的，将基底1701的正面与载体硅1708粘贴在一起，进一步的，对基底1701的背表面进行减薄至减薄线1709，基底1701的最终厚度约为2.0um到5um。
[0057]图8示出的是基于图7的进一步制作工艺，基底硅1801减薄后，进一步的，在其背表面依次淀积抗反射涂层1809和平坦层1810，进一步的，在平坦层1801之上制作彩色滤光片阵列1811和微透镜1812。进一步的，去除载体硅1808形成如图2所示的最终结构。
[0058]实施例三:
[0059]为了进一步清楚地阐述本发明特征，图9至图11详细表征了本发明背照式图像传感器像素的另一制作工艺流程。
[0060]图9示出的是按照传统集成电路制造工艺制作背照式图像传感器至基底2301减薄后的示意图。
[0061]图10示出的是基于图9的进一步制作工艺，首先在减薄后的基底2401表面均匀涂覆光刻胶2409，进一步的，通过光刻、显影等工艺将STI上面的光刻胶去除，进一步的，采用注入工艺将一定能量和一定剂量的氧离子注入到基底2401内部形成防串扰层2402。进一步的，去除载体硅2408形成如图2所示的最终结构。
[0062]以上所述，仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种背照式低串扰图像传感器像素结构，包括硅基底，所述硅基底中设有多个感光器件，其特征在于，相邻的感光器件之间及边部的感光器件的外侧分别设有防串扰层。
2.根据权利要求1所述的背照式低串扰图像传感器像素结构，其特征在于，所述防串扰层的深度为2um到4um。
3.根据权利要求2所述的背照式低串扰图像传感器像素结构，其特征在于，所述防串扰层的位置位于从所述硅基底的正表面至距离所述硅基底的背表面0.05um?0.2um处。
4.根据权利要求3所述的背照式低串扰图像传感器像素结构，其特征在于，所述防串扰层的材料的折射率小于硅材料的折射率。
5.根据权利要求4所述的背照式低串扰图像传感器像素结构，其特征在于，所述防串扰层的材料为折射率1.45的二氧化硅材料。
6.一种权利要求1至5任一项所述的背照式低串扰图像传感器像素结构的制作方法，其特征在于，采用注入工艺在所述像素结构中形成防串扰层，包括步骤: A.遵循传统的集成电路制造工艺，采用光刻和刻蚀的方法，形成用于隔离器件的浅槽隔离槽； B.旋涂光刻胶； C.曝光并显影，去除像素阵列区域上面的光刻胶； D.采用注入工艺，注入氧离子； E.清洗光刻胶，将所有光刻胶去除； F.遵循传统集成电路完成后续工艺。 G.在器件硅背面制造抗反射涂层； H.在抗反射涂层上面制作平坦层； 1.在平坦层上制作彩色滤光片； J.在滤光片上面制作微透镜。
7.根据权利要求6所述的背照式低串扰图像传感器像素结构的制作方法，其特征在于，所述步骤A中形成浅槽隔离槽的深度为0.3um-0.5um。
8.根据权利要求7所述的背照式低串扰图像传感器像素结构的制作方法，其特征在于，所述步骤D还包括: 对所述浅槽隔离槽进行填充，所述浅槽隔离槽填充后与注入形成的二氧化硅连成防串扰层，填充所述浅槽隔离槽的材料为二氧化硅； 通过光刻和刻蚀工艺形成所需感光器件，并进行逐层的介质淀积和金属布线； 对所述娃基底的背表面进行减薄，最终厚度为2.0um?5um。
【文档编号】H01L27/146GK103985724SQ201410234484
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年5月29日 优先权日:2014年5月29日
【发明者】陈多金, 陈杰, 刘志碧, 旷章曲 申请人:北京思比科微电子技术股份有限公司