【专利解密】韦尔股份致力于图像传感技术发展

【嘉勤点评】韦尔股份的图像传感器专利，通过将金属遮蔽结构与衬底相连，可以减小在进行光通道蚀刻过程中等离子体对硅表面的损伤，从而减小暗电流和噪声。同时，金属遮蔽结构可以将斜入射光折射到像素单元表面，减小串扰。

集微网消息，近日，首届集微汽车半导体生态峰会在上海正式举办。上海韦尔半导体股份有限公司总经理王崧发表了题为《感知无限，先进的图像传感技术赋能自动驾驶》的演讲。

图像传感器是常用的半导体器件，为了减少像素堆叠高度使微透镜更加贴近光电传感器，目前普遍是将彩色滤光片阵列和微透镜埋入内嵌区。然而缺点在于：内嵌区底部不平，图像传感器四周与中心厚度不同，光通路发生变化，造成色差现象。内嵌过程中所使用等离子体的电荷累积会对硅衬底损伤，形成缺陷。而光电二极管表面的区域的缺陷是暗电流和噪声的来源之一。所以，内嵌工艺导致图像传感器暗电流和噪声偏大，影响图像传感器性能。

为此，韦尔股份于2021年4月12日申请了一项名为“高性能图像传感器及其制备方法”的发明专利（申请号: 202110389664.1），申请人为上海韦尔半导体股份有限公司。

图1 高性能图像传感器结构示意图

图1为本发明提出的高性能图像传感器结构示意图，包括像素结构，像素结构使用沟槽式通孔连接上、下两层金属，该沟槽式通孔与上层金属形成与像素大小相同的网格，作为金属遮蔽结构。下层金属上方设有SiN衬底，金属遮蔽结构与SiN衬底相连。

图2 光通道结构蚀刻过程示意图

图2为本发明提出的光通道结构蚀刻过程示意图，该过程包括以下步骤：在下层金属制程之后，沉积一层SiN衬底，作为像素区的沟槽式通孔和逻辑区的金属孔的终止层；在孔刻蚀制程过程最后增加一步对SiN具有高选择比的蚀刻工艺，使沟槽式通孔和金属孔既与下层金属链接，又停留在介质氧化层上，形成金属遮蔽；之后，在沟槽式通孔上溅射上层金属，并通过光刻形成相同宽度的金属遮蔽结构。

本发明的高性能图像传感器，像素结构使用沟槽式通孔替代金属孔连接两层金属。沟槽式通孔与上层金属形成与像素大小相同的网格，作为金属遮蔽。将金属遮蔽结构与衬底相连，可以减小在进行光通道蚀刻过程中等离子体对硅表面的损伤，减小暗电流和噪声。同时，金属遮蔽结构可以将斜入射光折射到像素单元表面，减小串扰。

本发明像素结构是在金属制程之后,沉积一层氮化硅，作为像素区沟槽式通孔和逻辑区金属孔的终止层。原有孔刻蚀制程过程最后增加一步对SiN具有高选择比的蚀刻工艺，使沟槽式通孔和金属孔可以既与下层金属链接，又可以停留在介质氧化层上，形成金属遮蔽。之后在沟槽式通孔上溅射上层金属，并通过光刻形成相同宽度的金属遮蔽。之后的制程与传统图像传感器相同。

简而言之，韦尔股份的图像传感器专利，通过将金属遮蔽结构与衬底相连，可以减小在进行光通道蚀刻过程中等离子体对硅表面的损伤，从而减小暗电流和噪声。同时，金属遮蔽结构可以将斜入射光折射到像素单元表面，减小串扰。

韦尔股份通过自主研发，在适用于汽车市场的高端宽动态范围图像传感器等领域中有着明显的竞争优势。公司将紧跟半导体市场发展趋势及客户需求，不断研发新产品和新工艺，提升公司产品在汽车等领域的技术实力和市场占有率。

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（校对/holly）