[發明專利]一種CMOS圖像傳感器制造方法

有效

• 申請號: 201210508955.9
• 申請日: 2012-12-03
• 公開（公告）號: CN102938410B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 李琛;顧學強
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發明涉及圖像傳感器領域，特別涉及一種CMOS圖像傳感器的制造方法。

背景技術

圖像傳感器是組成數字攝像頭的重要組成部分。根據元件的不同，可分為CCD（ChargeCoupled Device，電荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導體元件）兩大類。CMOS傳感器獲得廣泛應用的一個前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時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之一的像素靈敏度主要由填充因子（感光面積與整個像素面積之比）與量子效率（由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數量）的乘積來決定。在CMOS圖像傳感器中，為了實現堪與CCD轉換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平，在CMOS圖像傳感器中應用了有源像素。然而有源像素（像素單元）的應用卻不可避免地導致填充因子降低，因為像素表面相當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，當今CMOS傳感器的一個重要的研究方向就是擴大填充因子。

傳統的CMOS圖像傳感器采用的前感光式（FSI，Front Side Illumination）技術，即前照技術。如圖1所示，前照技術的主要特點是在硅片正面按順序制作感光二極管、金屬互連層以及彩色濾鏡。其優點是：工藝簡單，與CMOS工藝完全兼容；成本較低；彩色濾鏡填充材料折射率可調；有利于提高入射光的透射率，減少串擾等。前照技術是一種與CMOS標準工藝兼容的技術，廣泛應用于各種（尤其是大像素）CMOS圖像傳感器芯片的制作。然而，由于光線首先需要經過上層的金屬互連層才能照射到下方的感光二極管，因此前照技術的填充因子和靈敏度通常較低。

隨著像素尺寸的變小，提高填充因子所來越困難，目前另一種技術是從傳統的前感光式變為背部感光式（BSI，Back Side Illumination），即背照技術。如圖2所示，背照技術的主要特點是首先在硅片正面按順序制作感光二極管、金屬互連層，然后對硅片背面進行減薄（通常需要減薄至20um以下），并通過對于背部感光式CMOS傳感器最重要的硅通孔技術（TSV，Through-Silicon-Via）將感光二極管進行互連引出。硅通孔技術是通過在芯片和芯片之間、晶圓和晶圓之間制作垂直導通，實現芯片之間互連的最新技術。由于互連電路置于背部，前部全部留給感光二極管，這樣就實現了盡可能大的填充因子。硅通孔技術的優點是照射到感光二極管的入射光不受金屬互連影響，靈敏度較高，填充因子較高。然而，硅通孔技術難度較高，對設備的要求較高，其成本也相對較高。而且由于對于超薄硅片的減薄工藝的限制，通常背照技術應用于小像素的圖像傳感器中，如智能手機的中小像素攝像頭，而無法應用于大像素的圖像傳感器制造。

發明內容

為達成上述目的，本發明提供一種CMOS圖像傳感器制造方法，包括如下步驟：提供SOI襯底，所述SOI襯底包括薄體硅襯底，厚體硅襯底以及二氧化硅層；在所述薄體硅襯底上依次形成感光二極管區及第一金屬鍵合層；沿所述SiO2層將所述厚體硅襯底剝離；提供體硅襯底，所述體硅襯底包括感光二極管對應區及其他電路區；在所述體硅襯底上的感光二極管對應區依次形成多晶硅層、至少一層金屬互連層，并在頂層金屬互連層上方形成第二金屬鍵合層；以及對所述薄體硅襯底與所述體硅襯底進行金屬鍵合。

可選的，對所述薄體硅襯底與所述體硅襯底進行金屬鍵合的步驟包括：將所述薄體硅襯底翻轉；將所述薄體硅襯底與所述體硅襯底對準；通過金屬鍵合工藝對所述薄體硅襯底與所述體硅襯底進行金屬鍵合。

可選的，將所述薄體硅襯底與所述體硅襯底對準的步驟包括：在所述感光二極管區之外形成第一對準標記；在所述感光二極管對應區之外形成第二對準標記；通過所述第一對準標記與所述第二對準標記將所述薄體硅襯底與所述體硅襯底對準。

可選的，將所述第一金屬鍵合層與所述第二金屬鍵合層對準的步驟包括在形成所述第一金屬鍵合層時，在所述感光二極管區之外形成第一對準標記；在形成所述第二金屬鍵合層時，在所述感光二極管對應區之外形成第二對準標記；通過所述第一對準標記與所述第二對準標記將所述薄體硅襯底與所述體硅襯底對準。

可選的，所述第一鍵合層和所述第二鍵合層包括Ti層和Au層。

可選的，通過蒸鍍金屬膜形成所述第一金屬鍵合層及所述第二金屬鍵合層。

可選的，對所述薄體硅襯底與所述體硅襯底進行金屬鍵合的鍵合時間為30~120分鐘，鍵合溫度為420℃。