[发明专利]一种CMOS影像传感器的后端平坦化方法及像元结构

说明书

技术领域

本发明涉及CMOS影像传感器技术领域，尤其涉及一种CMOS影像传感器的后端平坦化方法及像元结构。

背景技术

CMOS影像传感器由于其与CMOS工艺兼容的特点，从而得到快速发展。相对于CCD工艺，其工艺完全与CMOS工艺兼容，其通过将光敏二极管和CMOS处理电路一起做在硅衬底上，从而在保证性能的基础上大幅度降低了成本，同时可以大幅度提高集成度，制造像素更高的产品。

传统CMOS影像传感器是使用正面光照的方法，将光敏二极管和CMOS处理电路一起做在硅衬底上使用同一层次实现，而芯片互连则制造在CMOS处理电路之上，光敏二极管之上为了光线的通过而不进行互连线的排步。然而，常规半导体材料的透光性较差，因此需要把光敏二极管上面的介质层次全部去除，并填充透光材料，以增强其光吸收。同时，由于后道互连层次较多，厚度较厚，导致光敏二极管上面介质层去除后，形成很深的沟槽，如何实现平坦化，并完成后续的彩色滤光层(color-filter)和微透镜(microlens)等工艺是传统工艺、产品的技术难点。

同时传统CIS(CMOS图像传感器)结构彩色滤光层(color-filter)上制作的微透镜(microlens)是平凸透镜结构，限于其材料和结构等限制，需要一定的距离才能将光线较好地汇聚在光敏二极管上，而光线在媒质中随传输距离增加而损失增加，因此，如何提高微透镜(microlens)的汇聚能力也是提高CIS性能的瓶颈之一。

发明内容

本发明的目的在于弥补上述现有技术的不足，提供一种CMOS影像传感器的后端平坦化的方法。

本发明的CMOS影像传感器的后端平坦化的方法，包括以下步骤：

a.通过深沟槽刻蚀工艺去除硅衬底上光敏元件上方的介质层，包括栅极氧化层之上的金属前介质层、互连介质层及钝化介质层，以形成深沟槽；

b.利用第一透光材料对该深沟槽进行一次或多次填充，形成凹形的半填充结构；所述第一透光材料为含有透明树脂的负性透光光敏材料；

c.使用与深沟槽刻蚀工艺同一张光刻板对该第一透光材料进行曝光显影，去除深沟槽外围的第一透光材料；

d.利用第二透光材料对凹形半填充结构进行填充，实现硅片表面平坦化；所述第二透光材料为在无光照时溶解于显影液中、光照后发生胶联的负性透光非光敏材料。

其中，本发明的方法是在标准CMOS工艺器件、互连层次以及PAD(焊盘)钝化层次完成后再进行的。

进一步地，步骤a中深沟槽刻蚀工艺去除介质层后停留在栅极氧化层(如SiO₂)上面。具体地，去除的介质层包括栅极氧化层之上的金属前介质层(如SiO₂)、互连介质层(如SiO₂)及钝化介质层(如SiO₂)。

进一步地，步骤a包括依次去除金属前介质中接触孔刻蚀阻挡层(如SiN或SiON)之上的互连层介质，以及去除金属前介质中接触孔刻蚀阻挡层，最终停留在栅极氧化层之上。本工艺利用的是SiO₂对SiN的高刻蚀选择比以及SiN对SiO₂的高刻蚀选择比。

进一步地，步骤b中的第一透光材料为负性透光光敏材料。具体地，该负性透光光敏材料的主要成分是透明树脂，具体地是由C、H、O组成的有机大分子链结构，并含有光敏成分，如聚异戊二烯、线性酚醛树脂的酚醛甲醛、重氮萘醌(DNQ)等等。

进一步地，步骤c使用与深沟槽刻蚀工艺同一张光刻板进行曝光显影，实现成本的控制，也不会带来由于光刻板自身误差带来的影响，故而可以达到更好的光刻效果。

其中，步骤c通过曝光工艺，利用透光光敏材料的负性效果，使深沟槽外围及深沟槽内边缘的第一透光材料都被曝光并被显影去除，且步骤c可以包括在每次用第一透光材料对深沟槽填充之后，都使用光刻板对该第一透光材料进行曝光显影，去除深沟槽外围的第一透光材料。

其中，步骤b和c的多次填充和光刻是为了适用于沟槽较深的情况，其次数只要保证深沟槽内可以形成凹形的半填充结构即可，以便于后续的平坦化步骤。

进一步地，步骤d中的第二透光材料为负性透光非光敏材料，如合成环化橡胶树脂和双芳化基类光敏材料，其在无光照时，可以溶解于显影液中，光照后，该材料发生胶联，不再溶解于显影液中，且该第二透光材料的折射率高于第一透光材料。

进一步地，该第一透光材料填充后形成的凹形半填充结构，以及第二透光材料填充平坦化而形成的平凸透镜结构，共同构成一个CMOS影像传感器的第一微透镜。