背照式像元结构及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种背照式像元结构及其制备方法，该背照式像元结构包括半导体衬底，感光单元设于半导体衬底内，且靠近半导体衬底的正表面；金属互连层及介质层叠加覆盖于半导体衬底的正表面；光线入射层覆盖于半导体衬底的背表面；微透镜覆盖于光线入射层；深槽隔离位于半导体衬底内，且位于感光单元旁侧，并靠近半导体衬底的背表面；光线入射层包括金属栅格，且金属栅格与深槽隔离对应设置，金属栅格沿着由底部指向顶部的方向，金属栅格的关键尺寸逐渐缩小。因金属栅格的关键尺寸沿着由底部指向顶部的方向逐渐缩小，所以可以有效地将感光单元四周的入射光线折射至微透镜，进而提高微透镜的入射光量，提高量子效率。提高量子效率。提高量子效率。

【技术实现步骤摘要】
背照式像元结构及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体集成电路
，尤其涉及一种背照式像元结构及其制备方法。

技术介绍

[0002]目前，随着互补金属氧化物半导体(complementarymetal oxide semiconductor，CMOS)图像传感器在工业、车载、道路监控和高速相机中越来越广泛的应用，对于可以捕捉高速运动物体图像的图像传感器的需求进一步提高。为了监控高速运动的物体，就需要使用全局曝光式快门像元结构，其中，寄生光灵敏度是全局曝光式快门像元结构中一个非常重要的指标。
[0003]图1示出了传统的背照式像元结构示意图，传统的背照式图像传感器包括光电二极管(photo diode，PD)、传输管(Transmission tube，TX)、复位管(Restore tube，RST)和电荷存储的浮置扩散区(floating diffusion，FD)。如图1所示的背照式结构，光线直接入射到感光单元，无需经过金属互连层和介质层，这极大提高了入射光量。随着像元尺寸的不断减小，感光单元上可接受到的光更少，目前主要通过添加微透镜的方式，将光线集中到感光单元中，进而提高进光量。但是，如图2所示，现有微透镜一般都是半圆形的结构，其存在的问题是每个感光单元四周无微透镜，导致感光单元四周入射的光线无法被微透镜收集，进而导致入射光线损失，量子效率降低。
[0004]因此，如何改善感光单元四周因没有微透镜而导致入射光线损失的问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种背照式像元结构及其制备方法，用改善光损失问题，增加感光单元的入射光量，提高量子效率。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种背照式像元结构，包括：半导体衬底100，所述半导体衬底100具有正表面101和背表面102；感光单元200设于半导体衬底100内，且靠近半导体衬底100的正表面；金属互连层300及介质层400，叠加覆盖于所述半导体衬底100的正表面；光线入射层500，覆盖于所述半导体衬底100的背表面；微透镜600，覆盖于所述光线入射层且微透镜600位置与所述感光单元200相对应；深槽隔离103位于所述半导体衬底100内，且位于感光单元200旁侧，并靠近半导体衬底100的背表面；所述光线入射层500包括金属栅格501，且所述金属栅格501与所述深槽隔离103对应设置，所述金属栅格501沿着由底部指向顶部的方向，金属栅格501的关键尺寸逐渐缩小，所述金属栅格501的顶部远离感光单元200，所述金属栅格501的底部靠近感光单元200。
[0007]本专利技术提供的背照式像元结构的有益效果在于：因金属栅格501的关键尺寸沿着由底部指向顶部的方向逐渐缩小，所以可以有效地将感光单元四周的入射光线折射至微透镜，进而提高微透镜的入射光量，提高量子效率。
[0008]可选地，金属栅格为金属堆叠结构，所述金属堆叠结构包括至少两层长度不等的金属层。
[0009]可选地，金属堆叠结构的每层金属层的剖面形状为底部宽且顶部窄的梯形状，所述金属层的底部靠近感光单元200，所述金属层的底部远离感光单元200，梯形状进一步地有助于将感光单元四周的入射光线折射至微透镜。
[0010]可选地，所述金属堆叠结构中的第二金属层的关键尺寸小于第一金属层的关键尺寸，所述第一金属层和所述第二金属层为金属堆叠结构中任意相邻的两金属层。
[0011]可选地，所述金属层的梯形形状的倾斜角度落入区间[45
°
,90
°
)。
[0012]可选地，所述金属栅格501的厚度大于0.1um。
[0013]第二方面，本专利技术提供一种背照式像元结构的制备方法，该方法包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面101和背表面102；在所述半导体衬底100的正表面101形成感光单元200；在所述半导体衬底100的正表面101上形成金属互连层300及介质层400；在所述半导体衬底100内形成深槽隔离103，所述深槽隔离103靠近半导体衬底100的背表面；在所述半导体衬底100的背表面102上形成光线入射层500，所述光线入射层500包括金属栅格501，所述金属栅格501与所述深槽隔离103对应设置，所述金属栅格501沿着由底部指向顶部的方向，金属栅格501的关键尺寸逐渐缩小，所述金属栅格501的顶部远离感光单元200，所述金属栅格501的底部靠近感光单元200；在所述光线入射层500的背表面102上形成微透镜600；所述微透镜600置于相邻的金属栅格501之间，且微透镜600位置与所述感光单元200相对应。
[0014]可选地，在所述半导体衬底100的背表面102上形成光线入射层500，包括：在所述半导体衬底100的背表面102上沉积阻挡层；在所述阻挡层上方沉积金属并刻蚀，形成一金属层；在所述一金属层上方沉积介质层并平坦化；在所述一金属层上方沉积金属并刻蚀，形成另一金属层；在所述二金属层上方沉积介质层并平坦化；重复执行在所述阻挡层上方沉积金属并刻蚀，直至金属层达到预设层数。
[0015]可选地，在所述光线入射层500的背表面102上形成微透镜600，包括：通过光刻胶回流方式，在所述光线入射层500的背表面102上形成微透镜600。
[0016]可选地，所述金属堆叠结构中的第二金属层的关键尺寸小于第一金属层的关键尺寸，所述第一金属层和所述第二金属层为金属堆叠结构中任意相邻的两金属层。
[0017]本专利技术提供的制备方法的有益效果可以参见上述结构部分的描述，该制备方法通过在感光单元周围形成金属栅格501，有效地将感光单元四周的入射光线折射至微透镜，进而提高微透镜的入射光量，提高量子效率。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1和图2为现有技术提供的一种背照式像元结构示意图；
[0020]图3为本专利技术实施例提供的一种背照式像元结构示意图；
[0021]图4为本专利技术实施例提供的另一种背照式像元结构示意图；
[0022]图5为本专利技术实施例提供的一种金属层的剖面结构示意图；
[0023]图6为本专利技术实施例提供的背照式像元结构的金属栅格的剖面结构示意图；
[0024]图7为本专利技术实施例提供的背照式像元结构的金属栅格的另一种剖面结构示意图；
[0025]图8为本专利技术实施例提供的一种背照式像元结构的制备方法流程示意图；
[0026]图9A和图9E为本专利技术实施例提供的形成金属栅格的工艺制备各中间阶段示意图。
[0027]元件标号说明
[0028]100半导体衬底；101半导体衬底的正面；102半导体衬底的背面；103深槽隔离；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背照式像元结构，其特征在于，包括：半导体衬底100，所述半导体衬底100具有正表面101和背表面102；感光单元200设于半导体衬底100内，且靠近半导体衬底100的正表面；金属互连层300及介质层400，叠加覆盖于所述半导体衬底100的正表面；光线入射层500，覆盖于所述半导体衬底100的背表面；微透镜600，覆盖于所述光线入射层500，且微透镜600位置与所述感光单元200相对应；深槽隔离103位于所述半导体衬底100内，且位于感光单元200旁侧，并靠近半导体衬底100的背表面；所述光线入射层500包括金属栅格501，且所述金属栅格501与所述深槽隔离103对应设置，所述金属栅格501沿着由底部指向顶部的方向，金属栅格501的关键尺寸逐渐缩小，所述金属栅格501的顶部远离感光单元200，所述金属栅格501的底部靠近感光单元200。2.根据权利要求1所述的背照式像元结构，其特征在于，所述金属栅格501为金属堆叠结构，所述金属堆叠结构包括至少两层长度不等的金属层。3.根据权利要求2所述的背照式像元结构，其特征在于，所述金属堆叠结构的每层金属层的剖面形状为底部宽且顶部窄的梯形形状，所述金属层的底部靠近感光单元200，所述金属层的底部远离感光单元200。4.根据权利要求3所述的背照式像元结构，其特征在于，所述金属堆叠结构中的第二金属层的关键尺寸小于第一金属层的关键尺寸，所述第一金属层和所述第二金属层为金属堆叠结构中任意相邻的两金属层。5.根据权利要求3所述的背照式像元结构，其特征在于，所述金属层的梯形形状的倾斜角度落入区间[45
°
,90
°
)。6.根据权利要求1所述的背照式像元结构，其特征在于，所述金属栅格501的厚度大于0.1um。7.一种背照式像元结构的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦，
申请(专利权)人：上海微阱电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：