[发明专利]一种CMOS影像传感器光学增强结构及制备方法

说明书

本发明公开了一种CMOS影像传感器光学增强结构及制备方法，该结构包括硅衬底及其上的光敏元件和标准CMOS多层结构，该光敏元件上方具有形成透光空间的深沟槽，该深沟槽侧壁由金属反射层环绕，以反射入射到该金属反射层的光线。本发明的光学增强结构在光敏元件上面形成的深沟槽侧壁形成一层薄金属反射层，使入射光线完全反射到光敏元件上，屏蔽了相邻像元之间的光学串扰，增强了入射到光敏元件上的光线强度，从而提高了CMOS影像传感器的光学灵敏度，提升了芯片的性能和可靠性。

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影像传感器光学增强结构及制备方法。

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。

与此同时，随着像元尺寸减小，相邻像元之间的间距也随着急剧减小，入射光线可能会经过折射和多次反射才能进入相邻的像元，导致光学串扰的发生，便会引起像元的分辨率降低、芯片性能变差。因此，如如何减少相邻像元之间的光学串扰、增强入射光的量以提高像元分辨率和灵敏度是本领域的技术难点之一。

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影像传感器光学增强结构及制备方法。

本发明的CMOS影像传感器光学增强结构，包括硅衬底及其上的光敏元件和标准CMOS多层结构，该光敏元件上方具有形成透光空间的深沟槽，该深沟槽侧壁由金属反射层环绕，以反射入射到该金属反射层的光线，该多层结构的顶层之上也具有金属反射层，以反射从多层结构顶部入射到多层结构内部的光线，且该多层结构的顶层为介质层，用以将多层结构中的金属互连层与金属反射层相隔离，同时，深沟槽之间隔离区顶部金属反射层也被去除一部分，以避免相邻像元间的串联干扰；该深沟槽内填充透明材料以形成透光体，该透明材料是含碳、氢、氧的透明树脂材料，该透明材料所形成的透光体还覆盖该多层结构顶层的金属反射层；其中，通过去除由数个光敏元件组成的像元阵列区域之上的钝化层，使像元的光线入射角度变得更大，光线路程变得更短，以提高光的吸收能力。

其中，该多层结构包括标准CMOS多晶硅层、接触孔层、金属互连层、通孔层和互连介质层。

进一步地，该多层结构的顶层之上也具有金属反射层，且该多层结构的顶层为介质层，用以将多层结构中的金属互连层与金属反射层相隔离。在多层结构顶层也设置金属反射层的目的在于，反射从多层结构顶部入射到多层结构内部的光线，而进一步避免光线对相邻像元的光学串扰。

进一步地，该金属反射层材料包括Al、Cu、Pt、Ru、TaN、Ta、Ti、TiN等CMOS工艺中常用的金属材料及其叠层复合材料，如Ti\TiN\Al复合金属，且该金属反射层的厚度为50A-5000A，其是通过PVD(物理气相沉积，Physical Vapor Deposition)、CVD(化学气相沉积，Chemical Vapor Deposition)、ALD(原子层沉积，Atomic Layer Deposition)等成膜技术来制备的。

在深沟槽内透明材料的上表面还依次设置有彩色滤光层(colorfilter)和微透镜(microlens)。

进一步地，该光敏元件是光敏二极管。

本发明的CMOS影像传感器光学增强结构的制备方法包括以下步骤：