[发明专利]增强近红外感光性能的背照式像素单元结构及形成方法

权利要求书

1.一种增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，包括：

硅衬底，其包括设于正面硅衬底中的正面光电二极管、正面悬浮漏极和正面硅衬底上的正面传输管，设于背面硅衬底中的背面光电二极管、背面悬浮漏极和背面硅衬底上的背面传输管，设于硅衬底中并位于像素之间的双深槽隔离结构，以及设于背面硅衬底上并位于像素之间的金属挡光结构；

设于正面硅衬底上的后道介质层，其设有金属互连布线；

所述正面光电二极管和背面光电二极管在竖直方向上叠设并相连；所述双深槽隔离结构包括第一深槽隔离和第二深槽隔离，所述第一深槽隔离和第二深槽隔离内部填充有金属；所述背面悬浮漏极通过第一深槽隔离内部填充的金属、金属互连布线与正面悬浮漏极相连，所述背面传输管通过第二深槽隔离内部填充的金属、金属互连布线与正面传输管相连；所述正面悬浮漏极依次连接正面传输管、正面光电二极管，所述背面悬浮漏极依次连接背面传输管、背面光电二极管。

2.根据权利要求1所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述硅衬底背面表面与金属挡光结构之间设有高K介质层，并且，所述高K介质层在背面传输管位置构成背面传输管的栅氧层。

3.根据权利要求1所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述后道介质层还设有接触孔、通孔，所述金属互连布线至少设有两层；其中，所述第一深槽隔离通过其内部填充的金属、接触孔、第一层金属互连布线与正面悬浮漏极相连，所述第二深槽隔离通过其内部填充的金属、接触孔、第一层金属互连布线、通孔、第二层金属互连布线与正面传输管相连。

4.根据权利要求1所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述正面光电二极管和背面光电二极管在竖直方向填满整个硅衬底。

5.根据权利要求1所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述第一深槽隔离由第一正面深槽隔离和第一背面深槽隔离竖直相连构成，所述第二深槽隔离由第二正面深槽隔离和第二背面深槽隔离竖直相连构成。

6.根据权利要求5所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述第一背面深槽隔离通过设于背面硅衬底上的背面悬浮漏极互连与背面悬浮漏极相连，所述第二背面深槽隔离通过设于背面硅衬底上的背面传输管互连与背面传输管相连。

7.根据权利要求6所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述金属挡光结构与背面传输管的栅极、背面悬浮漏极互连、背面传输管互连在背面硅衬底表面同层设置。

8.根据权利要求6或7所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述背面传输管互连在背面传输管的栅极两侧连接形成暴露背面光电二极管的封闭结构。

9.根据权利要求8所述的增强近红外感光性能的背照式像素单元结构，其特征在于，所述金属挡光结构环绕背面传输管互连、背面传输管的栅极设置，并连接背面悬浮漏极互连。

10.一种增强近红外感光性能的背照式像素单元结构的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：

提供一硅衬底，在所述硅衬底正面采用常规CMOS前道制造工艺形成构成像素单元结构的正面光电二极管、正面悬浮漏极、正面传输管以及用于像素之间电学隔离的第一正面深槽隔离沟槽、第二正面深槽隔离沟槽，所述第一正面深槽隔离沟槽、第二正面深槽隔离沟槽的深度大于等于正面光电二极管的深度；在第一正面深槽隔离沟槽、第二正面深槽隔离沟槽中填充金属材料，形成第一正面深槽隔离、第二正面深槽隔离的双深槽隔离结构；

在所述硅衬底正面表面形成后道介质层，采用后道制造工艺在后道介质层中形成接触孔、至少两层金属互连布线和通孔，并使第一正面深槽隔离通过其内部填充的金属、接触孔、第一层金属互连布线与正面悬浮漏极相连，使第二正面深槽隔离通过其内部填充的金属、接触孔、第一层金属互连布线、通孔、第二层金属互连布线与正面传输管相连；

将所述硅衬底翻转，并将后道介质层粘合到载片上，然后进行硅衬底背面的减薄工艺，使减薄后的硅衬底厚度为常规背照工艺厚度的两倍左右；

在对应第一正面深槽隔离、第二正面深槽隔离位置的背面硅衬底中形成第一背面深槽隔离沟槽和第二背面深槽隔离沟槽；在第一背面深槽隔离沟槽、第二背面深槽隔离沟槽中填充金属材料，形成第一背面深槽隔离、第二背面深槽隔离的双深槽隔离结构，并使第一正面深槽隔离与第一背面深槽隔离相连实现电学连接，使第二正面深槽隔离与第二背面深槽隔离相连实现电学连接；

在对应正面光电二极管位置的背面硅衬底中形成背面光电二极管，使背面光电二极管与正面光电二极管相连，并在竖直方向填满整个硅衬底；

在硅衬底的背面表面形成高K介质层，然后将用于形成背面悬浮漏极互连的第一背面深槽隔离上方和部分背面悬浮漏极上方的高K介质材料移除，露出第一背面深槽隔离内的金属材料和背面悬浮漏极位置上的硅衬底，并将用于形成背面传输管互连的第二背面深槽隔离上方的高K介质材料移除，露出第二背面深槽隔离内的金属材料，形成背面悬浮漏极互连孔和背面传输管互连孔；

在硅衬底背面全片形成金属挡光层，然后通过光刻和刻蚀工艺图形化金属挡光层，形成背面悬浮漏极互连、背面传输管互连、背面传输管的栅极以及像素单元之间的金属挡光结构，并使背面传输管互连在背面传输管的栅极两侧连接形成暴露背面光电二极管的封闭结构，以及使金属挡光结构环绕背面传输管互连、背面传输管的栅极设置，并连接背面悬浮漏极互连；

最后在硅衬底背面形成背面悬浮漏极。