可提高红光量子效率的cmos图像传感器及其集成工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种可提高红光量子效率的CMOS图像传感器及其集成工艺。
【背景技术】
[0002]伴随着移动互联网的飞速发展，人们对智能终端的需求愈来愈庞大，而有着智能终端“眼睛”之称的图像传感器也迎来了前所未有的发展空间。传统的CCD图像传感器由于其功耗较大，市场局限在高性能的数码相机中；CM0S图像传感器(CIS)不仅功耗低，速率快，而且易于与现有的半导体工艺相兼容，生产成本较低，这使得CMOS图像传感器占据了图像传感器市场的半壁江山。
[0003]CIS分为前照式和背照式两种技术，前照式是指光线通过晶片正面的金属互联层间隙进入光电二极管(PD)的技术，该技术的工艺流程简单，然而缺点是光线容易在金属互联层之间反射，造成图像信息的串扰；背照式是指光线通过晶片背面进入ro的技术，该技术需要将晶片背面抛光减薄至合适的厚度，背面研磨抛光的准确度和均匀性是背照式技术的挑战，然而该技术能够有效地减少串扰，提高传感器的灵敏度，增加金属互联层设计灵活性。因此，背照式技术成为目前主流的传感器技术。
[0004]背照式技术中遇到的主要问题是红光量子效率(QE，quantum efficiency)相对于蓝绿光较低。量子效率是指一个光子转变成为ro中光生电子的概率，它不仅与ro的结构有关，也与光线在硅中的吸收系数有关。如图1所示，光线在硅中的吸收系数(Absorpt1n)与波长(Wavelength)成反比，且随着波长的增加，吸收系数急剧降低。因此，同样数目的光子通过相同长度的PD，红光光子转变成光生电子的概率相对于蓝绿光就较低。
[0005]如图2所示，在光强(Photon Flux)相同的条件下，光线可随着波长的增加而到达硅中更深的深度(D印th)。因此，为了提高ro对红光的吸收，可以通过增加ro的深度来实现。ro深度的增加需要提高离子注入的能量，但是光刻胶的厚度和曝光的线宽却限制了离子注入能量的进一步提高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，针对现有背照式CMOS图像传感器红光量子效率较低的问题，提供一种可提高红光量子效率的CMOS图像传感器及其集成工艺。
[0007]为实现上述目的，本发明的技术方案如下:
[0008]一种可提高红光量子效率的CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器为背照式，包括位于硅基底中的光电二极管、浮动扩散极，以及位于基底上方的传输栅、接触孔层和金属互连层，在光电二极管的上方、间距光电二极管水平设有金属反光层，以对由光电二极管下方入射并穿透的部分红光进行反射，并被光电二极管二次吸收。
[0009]优选地，所述金属反光层与金属互连层同层设置。
[0010]优选地，所述金属反光层在光电二极管上方水平设置一至若干层。
[0011 ] 优选地，所述金属反光层与金属互连层采用同种金属制作形成。
[0012]—种可提高红光量子效率的CMOS图像传感器集成工艺，包括:
[0013]步骤S01:提供一硅基底，在所述基底中形成光电二极管，并形成其外围的CMOS管；
[0014]步骤S02:在所述基底上沉积第一层间电介质层并图形化，形成接触孔层；
[0015]步骤S03:沉积第二层间电介质层并图形化，形成第一金属互连层和位于光电二极管上方的金属反光层。
[0016]优选地，步骤S01包括:在P型的硅基底中，形成浅沟槽隔离；通过多道离子注入工艺形成由深及浅的光电二极管PN结，并通过多道离子注入工艺形成由深及浅的光电二极管侧面P+阱隔离，以及在硅基底表面注入P+层，将硅表面与光电二极管隔离；形成光电二极管所必需的外围CMOS管，包括在硅基底中形成N+浮动扩散极、在硅基底上形成传输栅。
[0017]优选地，步骤S02包括:在所述基底上沉积第一层间电介质层，并通过化学机械抛光进行平坦化处理；刻蚀出接触孔，并在接触孔中填充金属阻挡层和导电金属，最后再进行化学机械抛光平坦化处理。
[0018]优选地，步骤S03包括:在第一层间电介质层上依次沉积刻蚀截止层和第二层间电介质层，并通过化学机械抛光进行平坦化处理；刻蚀出第一金属互连层和金属反光层图形沟槽，并填充金属阻挡层和导电金属，最后再进行化学机械抛光平坦化处理。
[0019]优选地，步骤S03后包括:
[0020]步骤S04:在第一金属互连层和金属反光层之上，继续形成后段的金属互连层。
[0021]优选地，步骤S04包括:在金属反光层之上，分别形成与对应的若干后段金属互连层同层的金属反光层，其层数为一至多层。
[0022]从上述技术方案可以看出，本发明通过在光电二极管上方间距设置金属反光层，可将由光电二极管下方入射并穿透光电二极管的部分红光反射回光电二极管中，并被光电二极管二次吸收，从而能够提高CMOS图像传感器的红光量子效率，且其集成工艺可利用金属互连层同层形成金属反光层，方法简单。
【附图说明】
[0023]图1是光线在硅中的吸收系数曲线图；
[0024]图2是硅中光强随深度变化的曲线图；
[0025]图3是本发明一较佳实施例的可提高红光量子效率的CMOS图像传感器结构示意图；
[0026]图4a_图4d是本发明一较佳实施例根据可提高红光量子效率的CMOS图像传感器集成工艺制作CMOS图像传感器时的工艺步骤示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步的详细说明。
[0028]需要说明的是，在下述的【具体实施方式】中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
[0029]在以下本发明的【具体实施方式】中，请参阅图3，图3是本发明一较佳实施例的可提高红光量子效率的CMOS图像传感器结构示意图。如图3所示，本发明的一种可提高红光量子效率的CMOS图像传感器，采用了背照式结构，包括位于硅基底1中的N+型光电二极管(PD) 1UN+型浮动扩散极9，以及位于基底上方的传输栅8、接触孔层7和金属互连层6。硅基底1中还可具有浅沟槽隔离结构2，以及在光电二极管侧面及上面的P+型隔离10、3。
[0030]作为可选的实施方式，可采用二氧化硅作为浅沟槽隔离的填充材料。传输栅可采用多晶硅制作形成顶栅结构，其与硅基底之间具有栅氧层。光电二极管可由缓变PN结构成，基体为P型，从深到浅施主型杂质浓度逐渐增加，依次从N型过渡到N+型。光电二极管侧面的P+型隔离可在各个像素区之间形成隔离，光电二极管上面的P+型隔离形成于硅表面，将硅表面与光电二极管隔离开来，可减少表面的暗电流。
[0031]请参阅图3。在光电二极管的上方、并与光电二极管保持一定的间距状态，水平设有一层金属反光层5。可在硅基底上填充层间电介质层4，将接触孔层7、金属互连层6以及金属反光层5置于其中，使金属反光层5不会与光电二极管11直接接触，以避免金属离子扩散到光电二极管中。金属反光层5位于光电二极管11入光侧的另一面，当入射光线(如图示向上方向的箭头所指)从背照式CMOS图像传感器的背面进入ro区域时，绝大多数波长较短的蓝光和绿光将会在ro中被吸收；而波长较长的红光则会有一部分穿透ro区域，那么穿透ro区域的这部分红光将被金属反光层反射(如图示向下方向的箭头所指)，并重新进入ro区域中，被ro 二次吸收。这样就可提高cmos图像传感器的红光量子效率。层间电介质层4可采用二氧化硅进行填充。接触孔7可采用填充钨作为导电金属。
[0032]作为一优选的实施方式，可以将金属反光层5与金属互连层6按照同层方式设置。并且，金属反光层与金属互连层可采用同种金属制作形成，例如采用金属铜制作。金属互连层根据需要可为多层，相应地，金属反光层也可设置一至若干层，例如，可在自第一层金属互连层6向上与对应的金属互连层进行同层设置，并可根据需要设置一定的层数，从而可形成在光电二极管上方水平设置的一至若干层金属反光层，以适应不同的反射红光的需求。
[0033]下面通过一【具体实施方式】，并结合图4a