[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

说明书

本发明公开了一种减小暗电流的背照式像素单元结构及其形成方法，通过在接地窗口外侧附近贯通第二绝缘层、电荷存储层和第一绝缘层设置一圈环绕接地窗口的小线宽空腔隔离区，利用金属层在不同线宽图形中填充能力的不同，使得在空腔隔离区中无法实现金属填充，以通过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，因而保证了电荷存储层中存储的电荷不会被金属层中的电荷中和，从而减小了图像传感器的暗电流。

技术领域

本发明涉及CMOS图像传感器技术领域，更具体地，涉及一种可减小暗电流的背照式像素单元结构及其形成方法。

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。图像传感器可包括电荷耦合器件(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图像传感器按照入射光进入光电二极管的路径不同，可以分为前照式和背照式两种图像传感器，前照式是指入射光从硅片正面进入光电二极管的图像传感器，而背照式是指入射光从硅片背面进入光电二极管的图像传感器。通过采用背照式CMOS图像传感器工艺，使得入射光从硅片的背面进入光电二极管，从而减小介质层对入射光的损耗和增加CMOS图像传感器中光电二极管的面积，提高了像素单元的灵敏度，因此背照式工艺被越来越多的CMOS图像传感器所采用。

对CMOS图像传感器而言，用于感光的像素单元结构的特性直接决定了最终图像传感器的性能。通常用于定义像素单元性能的参数包括量子效率、暗电流、动态范围和信噪比等。其中暗电流指的是像素单元在没有入射光条件下的输出信号；暗电流越大，像素单元的信噪比越低，而且像素单元的暗电流随温度呈指数上升。在高温条件下，如果暗电流太大，则暗电流信号可能完全淹没像素单元的光电信号，造成图像失真，图像质量下降。因此，如何降低暗电流一直是CMOS图像传感器像素单元受到的最大挑战。

根据CMOS图像传感器制造工艺过程的不同，像素单元的暗电流可能来自用于感光的光电二极管周围和用于传输光电信号的传输管，而绝大部分暗电流通常由光电二极管周围的晶格缺陷造成。

请参阅图1，图1是一种常规背照工艺的像素单元结构示意图。如图1所示，其显示常规的背照式CMOS图像传感器在划片以后的像素单元截面图。为了减小暗电流，在背照工艺中，通常使用二氧化铪、氧化铝等高介电常数的材料制作电荷存储层12和抗反射层。其中通过工艺控制，在电荷存储层中可以存储负电荷(Θ)。这些负电荷将硅衬底10中的正电荷吸引到表面，造成光电二极管11表面正电荷(⊕)的积累，从而可屏蔽光电二极管表面的晶格缺陷和载流子产生复合中心，降低了背照式像素单元的暗电流。

同时，背照工艺中位于电荷存储层12上层的金属层13需要通过硅衬底接地，以防止金属层金属刻蚀中的等离子体损伤造成像素单元性能的退化。但金属层中由于经过了干法刻蚀工艺，其中会聚集正电荷(⊕)，而金属层金属由于可通过接地窗口14和电荷存储层12直接接触，因此容易造成电荷存储层中的负电荷被金属层中的正电荷中和，从而使得像素单元的光电二极管表面无法形成正电荷的积累，即无法形成用于屏蔽界面缺陷的正电荷积累层，造成了背照式像素单元的暗电流上升和白色像素增加等图像传感器性能的退化(劣化)。

因此，需要设计一种新的背照式像素单元结构和形成方法，来防止电荷存储层中的电荷被金属层中的电荷中和，以减小暗电流。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种减小暗电流的背照式像素单元结构及其形成方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：