[发明专利]一种背照式全局快门像素结构及其制造方法

说明书

本发明提供一种背照式全局快门像素结构及其制造方法，该结构包括：半导体衬底；微透镜，设置于半导体衬底的背面；光电转换区，位于半导体衬底内；遮光结构，邻近光电转换区，所述遮光结构的底部位于半导体衬底的背面，所述遮光结构的侧壁由半导体衬底的背面向上延伸至半导体衬底的正面，所述遮光结构的侧壁在靠近所述光电转换区的一侧设有缺口；电荷存储区，位于半导体衬底内，收容于遮光结构中；介质遮蔽区，嵌于半导体衬底的正面，且覆盖电荷存储区的上表面，并由电荷存储区的上表面延伸至遮光结构的缺口处；以及转移栅，嵌于介质遮蔽区内。本发明的利用遮光结构和介质遮蔽区，可以有效消除寄生光效应，且结构简单，制作工艺易于实现。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别是涉及一种背照式全局快门像素结构及其制造方法。

背景技术

CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)是指基于CMOS工艺制造的图像传感器，通过将模拟光信号转换成数字电信号实现图像拍摄功能。CMOS图像传感器可采用两种曝光方式，即全局快门(Global Shutter)模式与滚筒式快门(Rolling Shutter)模式。全局快门模式是指所有像素的曝光时刻均相同，同时开始曝光，同时结束曝光。全局快门CMOS图像传感器广泛应用于高速运动物体的成像，包括机器视觉、工业测量、航空航天，以及军事应用等领域。

全局快门像素依据存储节点的类型不同可以分为电荷域(Charge Domain)和电压域(Voltage Domain)两种类型。电荷域全局快门像素在曝光结束时，将光生信号电荷转移至存储区进行储存。而电压域全局快门像素是在曝光结束时，将光生信号电荷经过转换节点转换为电压，储存在电容之中。全局快门CMOS图像传感器工作时，阵列中的所有像素同时开始和停止曝光，曝光收集的光生信号电荷储存在如上所述的电荷域或电压域存储节点之中。对于一定阵列规模的图像传感器，全部像素的读出需要一定的时间，面阵规模越大，读出的时间也就越长，因此第一个像素的读出和最后一个像素的读出就存在时间差。在这段时间差内，如果存在MOS管漏电以及存储节点受寄生光干扰，即光照产生的光生信号被吸引至存储节点等情况，都会对存储节点的信号造成影响。

对于电荷域全局快门像素，为了提高光电二极管(Photo Diode，PD)的填充系数，可以采用背照式(Back Side Illuminated，BSI)的结构，但在目前的背照式像素单元结构中，其背面的遮光板和下方的电荷存储区的距离较远，大角度的光线很容易在电荷存储区中产生寄生光电荷，干扰存储节点信号，从而使器件性能难以满足高端应用的需求。因此，如何设计像素结构，以有效防止寄生光效应，已成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术，本发明的目的在于提供一种背照式全局快门像素结构及其制造方法，应用于CMOS图像传感器中，用于解决现有技术中寄生光电荷干扰存储节点信号等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种背照式全局快门像素结构，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底具有一背面及一正面；

光电转换区，位于所述半导体衬底内；

遮光结构，包括底部以及由所述底部边缘向上延伸的侧壁，所述遮光结构邻近所述光电转换区，所述遮光结构的底部位于所述半导体衬底的背面，所述遮光结构的侧壁由所述半导体衬底的背面向上延伸至所述半导体衬底的正面，所述遮光结构的侧壁在靠近所述光电转换区的一侧由所述半导体衬底的正面向下设有缺口；

电荷存储区，位于所述半导体衬底内，收容于所述遮光结构中，且所述电荷存储区靠近所述遮光结构的底部；

介质遮蔽区，嵌于所述半导体衬底的正面，且覆盖所述电荷存储区的上表面，并由所述电荷存储区的上表面延伸至所述遮光结构的所述缺口处；以及

转移栅，嵌于所述介质遮蔽区内。