[发明专利]一种CMOS图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别涉及一种CMOS图像传感器。

背景技术

通常，图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置。图像传感器包括电荷耦合器件（CCD）和互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器芯片。

CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比具有的低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于消费电子领域，例如微型数码相机（DSC），手机摄像头，摄像机和数码单反（DSLR）中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。

CMOS图像传感器可以根据像素单元晶体管数目分类成三管，四管和五管式，三管式的CMOS图像传感器像素单元包括一个光电二极管和3个MOS晶体管，四管和五管式像素单元分别包括一个光电二极管和4个或5个MOS晶体管。这些器件中光电二极管是感光单元，实现对光线的收集和光电转换，其它的MOS晶体管是控制单元，主要实现对光电二极管的选中，复位和读出的控制。

常规的像素单元的截面图如图1所示，只有在没有金属层覆盖的光电二极管区域20的光线能够在光电转换中起作用，因此像素单元的灵敏度直接和像素单元中光电二极管区域20的面积占整个像素单元面积的比例成正比，我们把这个比例定义为填充因子。由于光电二极管区20之间存在用于信号控制的3个，4个或5个MOS晶体管，占用了大量的面积，而为了防止入射光到达MOS晶体管表面产生噪声和串扰，金属互连线1a，2a，3a将MOS晶体管区域10全部覆盖，因此造成金属互连线覆盖的MOS晶体管区域10的垂直入射光和斜入射光全部被反射，使得CMOS图像传感器中像素单元的填充因子在20%到50%之间，这就意味着50%到80%的面积上的入射光是被屏蔽掉的，不能参与光电转换的过程，因而造成了入射光的损失和像素单元灵敏度的降低。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，使得有更多的入射光能够到达光电二极管的感光区域，参与光电转换过程的目的，有效地提高了像素单元的灵敏度。

为达成上述目的，本发明提供一种CMOS图像传感器制造方法，包括如下步骤：在衬底上形成MOS晶体管区及光电二极管区；在所述MOS晶体管区上方形成金属互连结构，所述金属互连结构形成于互连介质层中，包括接触孔，N-1层金属互连线以及与所述金属互连线配套的通孔；其中，N为金属互连线层的总层数，且为大于等于2的正整数；淀积并刻蚀第N层金属，以形成上表面窄下表面宽即横截面为梯形的顶层金属互连线，所述顶层金属互连线环绕所述光电二极管区上方；在所述顶层金属互连线之间及上方淀积顶层互连介质层；刻蚀所述顶层互连介质层，在所述光电二极管区上方形成沟槽，所述沟槽包括由所述顶层金属互连线环绕而成的第一部分，以及位于所述顶层金属互连线上方的第二部分，其中所述第二部分的侧壁环绕所述光电二极管区上方；以及在所述第一部分与所述第二部分形成第一反射层与第二反射层。

可选的，在所述第一部分与所述第二部分形成第一反射层与第二反射层的步骤包括在所述沟槽进行反射层薄膜的淀积以形成反射层；以及移除所述顶层互连介质层上表面和所述沟槽底部的所述反射层，以形成所述第一反射层与所述第二反射层。

可选的，在形成所述第一反射层及所述第二反射层后，在所述沟槽淀积并平坦化介质材料，其中所述介质材料与所述顶层互连介质层的介质材料相同。

可选的，所述沟槽的底部面积大于或等于所述光电二极管区的面积。

可选的，所述沟槽的顶部面积大于其底部面积。

可选的，所述第二部分的侧壁与所述顶层金属互连线上表面垂直相接。

可选的，所述反射层薄膜的材料为氮化硅、碳化硅、多晶硅、钛、氮化钛或钨；所述反射层薄膜的厚度为20 ?到3000 ?之间。

可选的，所述沟槽的底部和顶部均为正方形，且其顶部正方形的边长大于底部正方形边长；所述顶层金属互连线为环绕所述沟槽的正方形互连线。

可选的，所述沟槽的底部位于所述顶层金属互连线下表面到其下层的所述金属互连线上表面之间。

可选的，通过反应聚合物的成分比调节所述顶层金属互连线横截斜面的角度。