[發(fā)明專利]一種背照式CMOS圖像傳感器的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210413778.6
• 申請(qǐng)日: 2012-10-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102891158B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李琛;康曉旭;顧學(xué)強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及圖像傳感器領(lǐng)域，特別涉及一種背照式CMOS圖像傳感器的制造方法。

背景技術(shù)

圖像傳感器是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）兩大類。CMOS圖像傳感器和傳統(tǒng)的CCD傳感器相比具有的低功耗，低成本和與CMOS工藝兼容等特點(diǎn)，因此得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。CMOS傳感器獲得廣泛應(yīng)用的一個(gè)前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸。

其中,CMOS圖像傳感器重要的性能指標(biāo)之一的像素靈敏度主要由填充因子（感光面積與整個(gè)像素面積之比）與量子效率（由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量）的乘積來(lái)決定。在CMOS圖像傳感器中，為了實(shí)現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標(biāo)和靈敏度水平，在CMOS圖像傳感器中應(yīng)用了有源像素。然而有源像素（像素單元）的應(yīng)用卻不可避免地導(dǎo)致填充因子降低，因?yàn)橄袼乇砻嫦喈?dāng)大的一部分面積被放大器晶體管所占用，留給感光二極管的可用空間較小。所以，當(dāng)今CMOS傳感器的一個(gè)重要的研究方向就是擴(kuò)大填充因子。

隨著像素尺寸的變小，提高填充因子所來(lái)越困難，目前最流行的技術(shù)是從傳統(tǒng)的前感光式（FSI，F(xiàn)ront Side Illumination）變?yōu)楸巢扛泄馐剑˙SI，Back Side Illumination），放大器等晶體管以及互連電路置于背部，前部全部留給感光二極管，這樣就實(shí)現(xiàn)了100%的填充因子。

為了實(shí)現(xiàn)背部感光式CMOS傳感器，其中一項(xiàng)重要的技術(shù)便是硅通孔技術(shù)（TSV，Through-Silicon-Via）。硅通孔技術(shù)是通過(guò)在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)芯片之間互連的最新技術(shù)。硅通孔技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是外觀尺寸較小，可按需集成在CMOS工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)。圖1所示為現(xiàn)有技術(shù)中基于硅通孔技術(shù)制造的圖像傳感器像素單元。硅通孔技術(shù)主要是這樣實(shí)現(xiàn)的：在按照標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝流程制作完圖像傳感器的感光二極管、金屬層1、金屬層2、金屬層3等層次以后，首先通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光減薄（CMP）工藝將硅襯底底部厚度進(jìn)行減薄；然后在芯片底部需要通孔引出連線的區(qū)域（即需要通孔引出區(qū)域）進(jìn)行光刻標(biāo)識(shí)；接著在這些光刻標(biāo)識(shí)區(qū)域用反應(yīng)離子刻蝕（RIE）技術(shù)挖深槽；進(jìn)一步在深槽槽壁上形成絕緣層，絕緣層的作用在于將每個(gè)通孔內(nèi)部的導(dǎo)電材料與外界相互隔離；最后在每個(gè)由硅通孔技術(shù)產(chǎn)生的深槽內(nèi)部填充通孔導(dǎo)電材料。這樣形成的基于TSV技術(shù)的硅通孔。

然而，雖然硅通孔技術(shù)可按需集成在CMOS工藝的各個(gè)環(huán)節(jié)，但其難度較高，對(duì)設(shè)備的要求較高，其成本也相對(duì)較高。因此，如果能實(shí)現(xiàn)一種方便、低成本的背部通孔技術(shù)，對(duì)于背部感光式CMOS傳感器將會(huì)有很大好處。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種背照式CMOS圖像傳感器的制造方法，解決了傳統(tǒng)硅通孔技術(shù)對(duì)深槽刻蝕設(shè)備要求較高的問(wèn)題，也降低了制造傳感器的成本。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種背照式CMOS圖像傳感器制造方法，包括如下步驟：在襯底上表面依次形成感光二極管區(qū)及至少一層金屬互連層；在所述襯底下表面形成并刻蝕介質(zhì)層，以使所述介質(zhì)層間形成開(kāi)口區(qū)域，所述金屬互連層的金屬互連線通過(guò)所述開(kāi)口區(qū)域引出；在所述襯底下表面的所述開(kāi)口區(qū)域形成多孔硅結(jié)構(gòu)，所述多孔硅結(jié)構(gòu)的深度為所述襯底下表面至所述金屬互連線的深度；去除所述介質(zhì)層；以及在所述多孔硅結(jié)構(gòu)中填充導(dǎo)電材料。

可選的，在所述襯底下表面形成并刻蝕介質(zhì)層的步驟后，還包括研磨所述襯底下表面，使所述襯底底部的厚度與所述多孔硅結(jié)構(gòu)的深度匹配。

可選的，在所述襯底下表面的所述開(kāi)口區(qū)域形成多孔硅結(jié)構(gòu)的步驟包括：通過(guò)電化學(xué)腐蝕工藝形成多孔硅深槽；以及在所述多孔硅深槽槽壁形成隔離層。

可選的，所述多孔硅深槽的孔徑為所述開(kāi)口區(qū)域的寬度，所述多孔硅深槽的深度為所述襯底下表面至所述金屬互連線的深度。

可選的，所述電化學(xué)腐蝕工藝采用的腐蝕溶液為氫氟酸（40%）和乙醇（99.7%）的混合溶液，其中氫氟酸和乙醇的體積比為1:1~1:10，優(yōu)選為1:4；電化學(xué)腐蝕電流密度為10~50mA/cm²，優(yōu)選為30mA/cm²。