CN103258835A - Cis器件中光通道的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CIS器件中光通道的形成方法。该方法包括：在衬底中嵌设感光元件；在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应。本发明通过一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应，避免了现有技术中逐层刻蚀NDC层和金属层需要多部刻蚀步骤导致的工艺过程复杂、生产效率低、CIS器件的成本高等缺陷。

Description

CIS器件中光通道的形成方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体地说，涉及一种CIS器件中光通道的形成方法。

背景技术

目前电荷耦合器件（charge coupled device，CCD）是主要的实用化固态图像传感器，具有读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点，但是CCD器件同时难以与主流的的互补金属氧化物半导体（complementary-metal-oxide-semiconductor，CMOS）技术相兼容的缺点，即以带电荷耦合器件为基础的图像传感器难以实现单芯片一体化。而CMOS图像传感器（CMOS image sensor，CIS）由于采用与COMS相同的技术，可以有效将像素阵列与***电路集成在同一芯片上。与CCD器件相比，CIS器件具有体积小、重量轻、功耗低、编程方便、易于控制以及平均成本低的优点。另外，虽然说，在图像质量方面CCD器件可能会优于CIS器件，但是，随着CIS技术的不断提高，一部分CIS的图像质量已经接近于同规格的CCD。因此，CIS器件的使用越来越广泛。CIS器件的通用原理是利用COMS技术在半导体中形成感光结构并通过该感光结构将光电转换信号输送到***电路进行后续处理。而在CIS器件的制程中，光通道的形成成为制约器件性能的重要因素之一。

现有技术中，现有技术的CIS器件中光通道的形成方法，通常是在衬底上形成感光二极管后，在衬底上再分别形成若干层碳氮化硅NDC层和金属层的中间介质堆叠层，但是，由于这些中间介质堆叠层具有较高的反射率，影响通光效果，因此，通过逐层刻蚀的工艺分次去除掉位于感光二极管正上方的NDC层和金属层。但是，由于逐层刻蚀NDC层和金属层需要多部刻蚀步骤，工艺过程复杂，生产效率低，CIS器件的成本高，一定程度上制约了CIS器件的应用和发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种CIS器件中光通道的形成方法，用以至少解决上述技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种CIS器件中光通道的形成方法，其包括：

在衬底中嵌设感光元件；

在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；

一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应。

优选地，在本发明的一实施例中，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括多层NDC层以及金属层的叠层之前还包括：

在最顶层的NDC层上形成一光刻胶，以进行掩膜。

优选地，在本发明的一实施例中，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层时，采用等离子干法刻蚀。

优选地，在本发明的一实施例中，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层时，采用深度沟槽方式进行刻蚀。

优选地，在本发明的一实施例中，一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层包括：

一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层，以形成深度沟槽；

在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层；

在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料，以最终形成所述光通道。

优选地，在本发明的一实施例中，在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层时，选用SiN材料。

优选地，在本发明的一实施例中，在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料时，透光材料选用有机硅脂。

为解决上述技术问题，本发明又提供了一种CIS器件的形成方法，其包括：

在衬底中嵌设感光元件；

在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；

一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应；

在多层NDC层中顶层NDC层之上依次形成滤光层和微透镜层。

优选地，在本发明的一实施例中，一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层包括：

刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层，以形成深度沟槽；

在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层；

在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料，以最终形成所述光通道。

本发明中，通过在衬底中嵌设感光元件，在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应，避免了现有技术中逐层刻蚀NDC层和金属层需要多部刻蚀步骤导致的工艺过程复杂、生产效率低、CIS器件的成本高等缺陷。

附图说明

图1为本发明实施例一的CIS器件中光通道的形成方法流程图；

图2为步骤S101中在衬底中嵌设感光元件的剖面示意图；

图3为步骤S102中在衬底上分次形成多层NDC层和金属层的剖面示意图；

图4为本发明实施例二的形成光通道的具体流程图；

图5为形成深度沟槽的剖面示意图；

图6为在深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层的剖面示意图；

图7为在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料的剖面示意图；

图8为本发明实施例三CIS器件的形成方法流程图；

图9为形成滤光层和微透镜层的剖面示意图。

具体实施方式

以下将配合图式及实施例来详细说明本发明的实施方式，藉此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明的下述实施例中，通过在衬底中嵌设感光元件，在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应，避免了现有技术中逐层刻蚀NDC层和金属层需要多部刻蚀步骤导致的工艺过程复杂、生产效率低、CIS器件的成本高等缺陷。

如图1所示，为本发明实施例一的CIS器件中光通道的形成方法流程图，其可以包括：

步骤S101、在衬底中嵌设感光元件；

如图2所示，为步骤S101中在衬底中嵌设感光元件的剖面示意图，衬底101可以选用半导体材料制成，感光元件102比如为感光二极管。

步骤S102、在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式分次形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；

如图3所示，为步骤S102中在衬底上分次形成多层NDC层和金属层的剖面示意图，每层NDC层103中设置了金属层104和形成在金属层104之下的介质层105。需要说明的是，金属层104的作用是将光电转换后的电信号输出到***电路进行后续处理，至于设置基层金属层104取决于实际的工艺需要，本领域普通技术人员可以根据实际要求进行灵活设计，在此不再赘述。

需要说明的是，在形成金属层时，可以利用物理溅射沉积和电镀沉积技术，通过磁控溅射机台和ECP机台形成Cu材质的金属层。但是，在形成金属层时也不限于这些具体的工艺设备和工艺条件，也可以利用其他设备，只要可以形成金属层即可。

步骤S103、一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应。

本实施例中，步骤S103中，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括多层NDC层以及金属层的叠层之前还包括：在最顶层的NDC层上形成一层光刻胶PR，以进行掩膜处理。本实施例中，步骤S103中，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层时，采用等离子干法刻蚀。本实施例中，步骤S103中，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层时，采用深度沟槽方式进行刻蚀。在刻蚀多层NDC层，NDC层可以兼做阻挡层之用，从而节省了成本。

如图4所示，为本发明实施例二的形成光通道的具体流程图，其可以包括：

步骤S113、一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层，以形成深度沟槽；

如图5所示，为形成深度沟槽的剖面示意图，去除了位于所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层，从而形成了深度沟槽106。

步骤S123、在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层；

如图6所示，为在深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层的剖面示意图，在深度沟槽106的内壁上沉积了半导体材料层107，本实施例中，步骤S123中在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层时，选用SiN材料。需要说明的是，在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层，其材料不局限于SiN材料，也可以选用其他性能更好、成本更低的材料，在此不再赘述。沉积半导体材料层时，可以利用化学气相沉积机台，在N气氛下降硅有机物如SiN沉积到内壁上。

步骤S133、在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料，以最终形成所述光通道。

如图7所示，为在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料的剖面示意图，在深度沟槽106中，在沉积半导体材料层107后，在深度沟槽106中填满了透光材料。本实施例中，步骤S133中在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料时，透光材料选用有机硅脂。需要说明的是，在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料时，透光材料不局限于有机硅脂，也可以选用其他性能更好、成本更低的材料，在此不再赘述。

在现有技术中，为了避免位于光通道上的多层NDC层和金属层对光线的反射，影像入射率，需要经过多次刻蚀，以分别去除掉位于光通道上的多层NDC层和金属层，由此导致的工艺步骤繁琐。而本实施例中，则是，基于一次性刻蚀掉光通道上的多层NDC层和金属层，优选采用深度沟槽（DT，deeptrench），从而一次性刻蚀掉光通道上的所有NDC层和金属层，从而减少光通道上的光损耗，提高感光元件的感光性能，提高CIS器件的分辨率。

需要说明的是，在深度沟槽时，使用什么样的设备，什么样的工艺条件，同时还要注意其他什么问题，从而才能有效的完成一次性刻蚀。

如图8所示，为本发明实施例三CIS器件的形成方法流程图，其可以包括：

步骤S301、在衬底中嵌设感光元件；

步骤S302、在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；

步骤S303、一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应；

本实施例中的步骤S301-步骤S303在此不再赘述，可参见上述图1-图6有关的记载。

步骤S304、在多层NDC层中顶层NDC层之上依次形成滤光层和微透镜层。

如图9所示，为形成滤光层和微透镜层的剖面示意图，在顶层NDC层103上形成了滤光层108和微透镜层109，从而最终完成CIS器件的制程。具体有关如何形成滤光层108和微透镜层109可参照现有技术有关记载，在此不再赘述。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种CIS器件中光通道的形成方法，其特征在于，包括：

在衬底中嵌设感光元件；

在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；

一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括多层NDC层以及金属层的叠层之前还包括：

在最顶层的NDC层上形成一光刻胶PR，以进行掩膜。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层时，采用等离子干法刻蚀。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层时，采用深度沟槽方式进行刻蚀。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层包括：

一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层，以形成深度沟槽；

在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层；

在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料，以最终形成所述光通道。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层时，选用SiN材料。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料时，透光材料选用有机硅脂。

8.一种CIS器件的形成方法，其特征在于，包括：

在衬底中嵌设感光元件；

在嵌设了所述感光元件的所述衬底上通过叠层的方式形成多层NDC层，并在每层NDC层中形成一金属层，并在除最下层金属层之外其他每层金属层之下的介质层；

一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层，以形成光通道，使入射光被所述感光元件感应；

在多层NDC层中顶层NDC层之上依次形成滤光层和微透镜层。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，一次性刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层的叠层包括：

刻蚀掉所述感光元件正上方包括的多层NDC层以及金属层，以形成深度沟槽；

在所述深度沟槽的内壁上沉积半导体材料层；

在沉积了半导体材料层的深度沟槽中填充透光材料，以最终形成所述光通道。

Images