[發明專利]背照式CMOS圖像傳感器及其形成方法

在審

• 申請號: 201310745770.4
• 申請日: 2013-12-30
• 公開（公告）號: CN104752448A
• 公開（公告）日: 2015-07-01
• 發明（設計）人: 王沖;奚民偉
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種BSI（Back-Side?Illumination，BSI）圖像傳感器及其形成方法。

背景技術

圖像傳感器是數字攝像頭的重要組成部分，其作用是將光信號轉化為相應的電信號。根據構成元件不同，圖像傳感器分為電荷耦合（Charge?Coupled?Device，CCD）圖像傳感器和金屬氧化物半導體（Complementary?Metal-Oxide?Semiconductor，CMOS）圖像傳感器。

與CCD圖像傳感器相比，CMOS圖像傳感器（具有更方便的驅動模式并且能夠實現各種掃描類型。而且，將信號處理電路集成到單個芯片中使得小型化CMOS圖像傳感器成為可能。此外，通過使用廣泛兼容的CMOS技術，CMOS圖像傳感器有助于降低功耗和制造成本。因而，CMOS圖像傳感器具有更廣泛的應用。

背照式CMOS圖像傳感器因其更高的光子捕獲效率而代替了正面發光（Front-Side?Illumination，FSI）的CMOS圖像傳感器。

現有的背照式CMOS圖像傳感器的形成方法包括：

參照圖1，提供第一晶圓1，在第一晶圓1正面S1中形成有淺溝槽隔離結構2，相鄰兩淺溝槽隔離結構2之間為一像素單元3，第一晶圓1包括若干像素單元3，淺溝槽隔離結構2將相鄰像素單元3相互隔開；

每個像素單元3包括一個發光二極管和多個MOS晶體管（圖中未示出），在第一晶圓1正面S1還形成有外圍電路（periphery?circuit），所述發光二極管可吸收光信號并將其轉化為電信號，位于同一像素單元的MOS晶體管接收并處理該電信號后輸出，外圍電路接收MOS晶體管輸出的處理電信號并進行轉換、運算處理等；

在第一晶圓1正面S1上形成互連結構（圖中未示出）。

參照圖2，取第二晶圓4，將第二晶圓4與第一晶圓1在第一晶圓1正面S1方向鍵合，并對第一晶圓1背面S2減薄，減薄后的第一晶圓1很薄，第二晶圓4將起到主要的支撐作用。

參照圖3，將第二晶圓4翻轉，使背面S2朝上，對第一晶圓1背面S2進行離子注入，并進行激光退火處理，在第一晶圓1背面S2形成隔離層5，激光退火用于激活隔離層5中的離子。隔離層5與光電二極管的隔離層的摻雜類型相反，起到絕緣隔離作用，避免出現漏電。在對第一晶圓1背面S2進行離子注入時，是采用傾斜注入法，即離子束與第一晶圓1背面S2之間的夾角不為90°，以避免離子沿第一晶圓1的晶格之間的空隙進入像素單元，引發溝道燧穿效應（channeling?effect）。

參照圖4，在第一晶圓1背面S2形成濾光片6、位于濾光片6上的透鏡7，每個濾光片6與一個像素單元相對，入射光經透鏡7進入濾光片6，濾光片6允許特定顏色的光進入光電二極管。

但是，使用現有技術形成的背照式CMOS圖像傳感器的性能不佳。

發明內容

本發明解決的問題是，使用現有技術形成的背照式CMOS圖像傳感器的性能不佳。

為解決上述問題，本發明提供一種背照式CMOS圖像傳感器的形成方法，該背照式CMOS圖像傳感器的形成方法包括：

提供第一晶圓和第二晶圓，在所述第一晶圓正面形成有多個像素單元，所述第一晶圓正面和所述第二晶圓鍵合；

對所述第一晶圓背面進行減薄處理；

減薄處理后，在所述第一晶圓背面形成保護層；

對所述第一晶圓背面進行離子注入，注入離子穿過所述保護層擴散進入第一晶圓背面形成隔離層；

在形成所述隔離層后，在所述保護層上形成多個濾光片和位于所述濾光片上的透鏡，每個濾光片與一個像素單元對準。

可選地，所述保護層材料的反射率比第一晶圓材料的反射率低。

可選地，所述第一晶圓為硅片，所述保護層為氧化硅層。

可選地，使用等離子體增強化學氣相沉積，在所述第一晶圓背面形成保護層。

可選地，在形成所述保護層過程，使用的材料為等離子體增強氧化硅。

可選地，在所述等離子體增強化學氣相沉積過程，溫度范圍為350～450℃。

可選地，所述保護層的厚度范圍為。

可選地，在形成所述隔離層后，進行激光退火。

可選地，在激光退火過程使用紫外線。

可選地，使用化學機械研磨，對所述第一晶圓背面進行減薄處理。

本發明還提供一種新的背照式CMOS圖像傳感器，該背照式CMOS圖像傳感器包括：