CMOS影像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种CMOS影像传感器及其制造方法。根据本发明专利技术的CMOS影像传感器制造方法包括步骤：在半导体衬底上形成CMOS处理电路结构；形成顶层通孔；形成顶层金属结构，所述顶层金属结构包括PN结上下电极和金属假图形；沉积第一导电类型非晶硅材料，并实现第一导电类型非晶硅材料的像元PN结结构图形化；以及沉积第二导电类型型非晶硅材料，并实现第二导电类型非晶硅材料的像元PN结结构图形化，其中通过第一导电类型非晶硅材料和第二导电类型非晶硅材料接触形成光敏二极管PN结。本发明专利技术大幅度增加耗尽区的体积，从而在不增加像元大小、不增加光刻工艺步骤和不增加工艺和工作电压的前提下，提高像元的灵敏度，从而提高产品的性能和可靠性，并大幅度降低探测器成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种CMOS影像传感器制造方法，并且涉及由此得到的CMOS影像传感器。
技术介绍
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CXD 工艺，其工艺完全与CMOS工艺兼容，但通过将光敏二极管和CMOS处理电路结构一起作在硅衬底上，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影像传感器使用正面光照的方法，将光敏二极管和CMOS处理电路结构一起作在硅衬底上使用同一层次实现，而芯片互连则制造在CMOS处理电路结构之上，光敏二极管之上为了光线的通过而不进行互连线的排布；这样整个布线密度全部集中在CMOS 处理电路结构部分，而光敏二极管占硅片面积要大于CMOS处理电路结构，这样需要更高的布线层次来实现功能，但更高的布线层次会引起光线的损耗，引起性能的下降；另外，CMOS 工作电压都比较低，如何在保持低电压情况下增加耗尽层体积是提高影像传感器的一个重要问题；近期有人提出使用背光照式技术，将硅片背面减薄，使光线通过硅片背面照射到光敏二极管上，从而提升性能，但整个工艺非常复杂，带来很高的工艺复杂性和成本。近期也有人提出将光敏二极管作在CMOS处理电路结构之上，但是如何解决光线入射衰减的问题，如何在不增加面积的前提下，增大PN结面积增加光线吸收体积，成为该技术面临的关键问题之一。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提出一种能够解决上述技术问题的CMOS影像传感器及其制造方法。本专利技术提供了一种CMOS影像传感器制造方法，包括步骤在半导体衬底上形成 CMOS处理电路结构；形成顶层通孔；形成顶层金属结构，所述顶层金属结构包括PN结上下电极和金属假图形；沉积第一导电类型非晶硅材料，并实现第一导电类型非晶硅材料的像元PN结结构图形化；以及沉积第二导电类型型非晶硅材料，并实现第二导电类型非晶硅材料的像元PN结结构图形化；其中，通过第一导电类型非晶硅材料和第二导电类型非晶硅材料接触形成光敏二极管PN结。本专利技术的CMOS影像传感器制造方法，通过第一导电类型非晶硅材料和第二导电类型非晶硅材料接触而形成光敏二极管PN结，从而大幅度增加耗尽区的体积，从而在不增加像元大小、不增加光刻工艺步骤和不增加工艺和工作电压的前提下，提高像元的灵敏度， 从而提高产品的性能和可靠性，并大幅度降低探测器成本。并且，上下式的分布结构解决了现有技术中存在的“需要更高的布线层次来实现功能从而引起光线的损耗记忆性能的下降”的问题。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，通过顶层金属假图形形成光敏二极管PN结的凹凸状接触，并且所述顶层金属假图形不作任何电连接使用。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，第一导电类型非晶硅材料是N型非晶硅材料，第二导电类型非晶硅材料是P型非晶硅材料；或者第一导电类型非晶硅材料是P 型非晶硅材料，第二导电类型非晶硅材料是N型非晶硅材料。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，采用CVD工艺制造非晶硅P型材料， 其中通过SiH4气体分解形成非晶硅，并通过IH6掺杂气体进行原位掺杂。 优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，采用CVD工艺制造非晶硅N型材料， 其中通过SiH4气体分解形成非晶硅，并通过PH3等掺杂气体进行原位掺杂。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，通过CVD工艺沉积非晶硅P型材料和非晶硅N型材料，并通过施主和受主的离子注入工艺来实现掺杂以形成N型和P型掺杂材料。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，进一步包括在沉积第二导电类型型非晶硅材料，并实现第二导电类型非晶硅材料的像元PN结结构图形化之后，通过退火工艺形成金属与硅Si的良好接触，退火温度为350°C -450°C。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，在半导体衬底上形成的CMOS处理电路是铜工艺CMOS处理电路或者Al工艺CMOS处理电路。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，通过顶层金属一步成膜工艺和图形化工艺来实现顶层金属结构。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，顶层通孔用于将光敏二极管PN结的信号传输到芯片互连线以及CMOS处理电路结构。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，PN结上下电极布置在顶层通孔上方并与顶层通孔接触。优选地，在上述CMOS影像传感器制造方法中，通过单层底电极形成金属半导体的接触。本专利技术同时还提供了一种根据所述的CMOS影像传感器制造方法制成的CMOS影像传感器，其中，在衬底上布置了 CMOS处理电路结构，并且在所述CMOS处理电路结构上布置了通过第一导电类型非晶硅材料和第二导电类型非晶硅材料接触而形成的光敏二极管PN 结。并且，上下式的分布结构解决了现有技术中存在的“需要更高的布线层次来实现功能从而引起光线的损耗记忆性能的下降”的问题。同样，本专利技术的CMOS影像传感器，通过第一导电类型非晶硅材料和第二导电类型非晶硅材料接触(尤其是利用了顶层金属凹凸状假图形)来形成光敏二极管PN结，从而大幅度增加耗尽区的体积，从而在不增加像元大小、不增加光刻工艺步骤和不增加工艺和工作电压的前提下，提高像元的灵敏度，从而提高产品的性能和可靠性，并大幅度降低探测器成本。 并且，优选地，所述CMOS影像传感器是根据本专利技术的CMOS影像传感器制造方法制造的。 优选地，在所述的CMOS影像传感器中，顶层金属假图形形成光敏二极管PN结的凹凸状接触，并且顶层金属假图形不作任何电连接使用。优选地，在所述的CMOS影像传感器中，第一导电类型非晶硅材料是N型非晶硅材料，第二导电类型非晶硅材料是P型非晶硅材料；或者第一导电类型非晶硅材料是P型非晶硅材料，第二导电类型非晶硅材料是N型非晶硅材料。优选地，在所述的CMOS影像传感器中，通过单层底电极形成金属半导体的接触， 通过顶层金属凹凸状假图形来形成光敏二极管PN结。优选地，在上述CMOS影像传感器中，顶层通孔用于将光敏二极管PN结的信号传输到芯片互连线以及CMOS处理电路结构。优选地，在上述CMOS影像传感器中，PN结上下电极布置在顶层通孔上方并与顶层通孔接触。本领域技术人员可以理解的是，根据本专利技术所述的CMOS影像传感器同样能够实现根据本专利技术所述CMOS影像传感器制造方法所能实现的有益技术效果。附图说明结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本专利技术有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中图1示出了根据本专利技术一个具体实施例的CMOS影像传感器的结构的剖面图；图2示出了根据本专利技术另一具体实施例的CMOS影像传感器的结构的剖面图；以及图3示出了根据本专利技术实施例的CMOS影像传感器制造方法的流程图。需要说明的是，附图用于说明本专利技术，而非限制本专利技术。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。具体实施例方式为了使本专利技术的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本专利技术的内容进行详细描述。图1示出了根据本专利技术实施例的CMOS影像传感器的结构的剖面图。在该实施例中，该CMOS影像传感器的光敏二极管位于CMOS处理电路结构1之上， 且通过单层底电极方案形成金属半导体的良好接触。光敏二极本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＣＭＯＳ影像传感器制造方法，其特征在于包括步骤：在半导体衬底上形成ＣＭＯＳ处理电路结构；形成顶层通孔；形成顶层金属结构，所述顶层金属结构包括ＰＮ结上下电极和金属假图形；沉积第一导电类型非晶硅材料，并实现第一导电类型非晶硅材料的像元ＰＮ结结构图形化；以及沉积第二导电类型型非晶硅材料，并实现第二导电类型非晶硅材料的像元ＰＮ结结构图形化，其中，通过第一导电类型非晶硅材料和第二导电类型非晶硅材料接触形成光敏二极管ＰＮ结。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：康晓旭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：31