[发明专利]一种减小暗电流的背照式像素单元结构及其形成方法

权利要求书

1.一种减小暗电流的背照式像素单元结构，其特征在于，包括：

从上往下依次设于硅衬底正面的像素单元的光电二极管、位于硅衬底正面表面的第一介质层；设于第一介质层中的金属互连层；

从下往上依次设于硅衬底背面表面的第一绝缘层、电荷存储层、第二绝缘层、金属层；

位于光电二极管一侧并贯通第二绝缘层、电荷存储层、第一绝缘层设置的接地窗口；所述金属层通过接地窗口与硅衬底背面表面连接；

位于接地窗口外侧附近并环绕接地窗口设置的空腔隔离区，所述空腔隔离区的顶端连接金属层下表面、底端连接硅衬底背面表面，所述空腔隔离区具有小于常规接地窗口最小设计规则尺寸的线宽；所述空腔隔离区将位于其外侧的电荷存储层与接地窗口中的金属层金属电性隔离。

2.根据权利要求1所述的减小暗电流的背照式像素单元结构，其特征在于，所述第一介质层下方还堆叠设有载片硅片，所述载片硅片通过设于其上表面的第二介质层与第一介质层键合结合在一起。

3.根据权利要求1所述的减小暗电流的背照式像素单元结构，其特征在于，所述第一绝缘层、第二绝缘层为使用氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一种或多种形成的单一层或复合层结构；所述电荷存储层为使用二氧化铪、氧化铝、氧化钽中的一种或多种形成的单一层或复合层结构。

4.根据权利要求1所述的减小暗电流的背照式像素单元结构，其特征在于，所述金属层使用铝或钨形成。

5.一种如权利要求2所述的减小暗电流的背照式像素单元结构的形成方法，其特征在于，包括：

提供一硅衬底，在所述硅衬底正面使用常规的CMOS前道制造工艺形成构成像素单元结构的光电二极管、传输晶体管栅极结构；

在所述硅衬底正面表面形成第一介质层，使用后道制造工艺在所述第一介质层中形成金属互连层结构；

将硅衬底翻转后堆叠在表面具有第二介质层的载片硅片上，通过第一介质层、第二介质层之间的键合与载片硅片紧密结合在一起，然后，将硅衬底背面减薄到需要的厚度；

在硅衬底背面表面依次形成第一绝缘层、电荷存储层和第二绝缘层；

在硅衬底背面上形成接地窗口，以及形成环绕接地窗口且线宽小于常规接地窗口最小设计规则尺寸的空腔隔离区，包括：

通过版图设计，在定义的接地窗口图形周围形成一圈空腔隔离区图形，并使空腔隔离区图形具有小于常规接地窗口最小设计规则尺寸的线宽，以保证后续进行金属层淀积时、金属层金属无法填充空腔隔离区；

通过涂胶、曝光和显影，将版图上的图形转移到硅衬底背面上，以在第二绝缘层上方形成接地窗口掩模图形和空腔隔离区掩模图形；

通过各向异性的干法刻蚀进行第二绝缘层、电荷存储层和第二绝缘层的刻蚀，使刻蚀过程停止在硅衬底上，形成接地窗口和空腔隔离区；

在第二绝缘层表面淀积金属层金属，对接地窗口进行填充，形成连接硅衬底背面表面的金属层，同时，利用空腔隔离区与接地窗口之间线宽的明显差异，使金属层金属无法对空腔隔离区进行填充，以使得接地窗口中的金属层金属与空腔隔离区外侧的电荷存储层电性隔离。

6.根据权利要求5所述的减小暗电流的背照式像素单元结构的形成方法，其特征在于，还包括：对金属层进行光刻和刻蚀，形成金属图形。

7.根据权利要求5所述的减小暗电流的背照式像素单元结构的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘层、第二绝缘层为使用氮化硅、二氧化硅、氮氧化硅、碳化硅中的一种或多种形成的单一层或复合层结构；所述电荷存储层为使用二氧化铪、氧化铝、氧化钽中的一种或多种形成的单一层或复合层结构。

8.根据权利要求5所述的减小暗电流的背照式像素单元结构的形成方法，其特征在于，所述金属层使用铝或钨形成。