[發明專利]一種CMOS圖像傳感器結構及制造方法

有效

• 申請號: 201911334363.8
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111129054B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發明（設計）人: 顧學強;王瑋;李夢
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司;成都微光集電科技有限公司
• 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;張磊

1.一種CMOS圖像傳感器結構，其特征在于，包括：位于硅襯底上的像素單元陣列區域和位于所述像素單元陣列區域周圍的外圍電路區域，所述像素單元陣列區域的所述硅襯底中設有第一埋氧層以作為后續硅襯底背面減薄工藝的停止層，所述外圍電路區域的所述硅襯底中設有第二埋氧層以制造后續的SOI晶體管，所述第一埋氧層距離所述硅襯底正面的深度大于所述第二埋氧層距離所述硅襯底正面的深度；其中，所述第一埋氧層與所述硅襯底正面表面之間的所述硅襯底中設有硅外延層，所述硅外延層中設有像素單元陣列的多個感光部，所述第二埋氧層與所述硅襯底正面表面之間的所述硅襯底上設有外圍電路。

2.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器結構，其特征在于，所述像素單元陣列區域的所述硅襯底正面中設有溝槽，所述硅外延層設于所述溝槽中，所述外圍電路位于所述溝槽外的周圍區域。

3.根據權利要求1或2所述的CMOS圖像傳感器結構，其特征在于，所述硅外延層具有朝向所述硅襯底正面表面的漸變的摻雜濃度。

4.根據權利要求1或2所述的CMOS圖像傳感器結構，其特征在于，所述感光部的底部由所述硅外延層穿出至所述硅外延層與所述第一埋氧層之間的所述硅襯底中。

5.根據權利要求1或2所述的CMOS圖像傳感器結構，其特征在于，還包括設于所述硅外延層正面表面上的像素單元控制晶體管，以及設于所述第二埋氧層與所述硅襯底正面表面之間的所述硅襯底上的外圍電路晶體管。

6.根據權利要求1或2所述的CMOS圖像傳感器結構，其特征在于，還包括設于所述硅襯底正面上的后道介質層，以及設于所述后道介質層中的金屬互連層。

7.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器結構，其特征在于，所述感光部為光電二極管。

8.一種CMOS圖像傳感器結構制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

提供一硅襯底，在所述硅襯底正面中形成溝槽；其中，定義所述溝槽區域為CMOS圖像傳感器的像素單元陣列區域，所述溝槽以外的周圍區域為CMOS圖像傳感器的外圍電路區域；

對整個所述硅襯底正面進行氧離子注入，在所述溝槽底部下方以及所述溝槽周圍的所述硅襯底中形成氧離子層；

通過高溫退火，在所述溝槽底部下方的所述硅襯底中形成第一埋氧層，以及在所述溝槽周圍的所述硅襯底中形成第二埋氧層；

在所述溝槽內進行硅外延層的生長，直至將所述溝槽填滿；

在所述硅外延層正面上形成像素單元的光電二極管和控制晶體管，以及在所述第二埋氧層上方的所述硅襯底正面上形成外圍電路晶體管；其中，使形成的所述光電二極管的底部位于所述硅外延層與所述第一埋氧層之間的所述硅襯底中；

在整個所述硅襯底正面上形成后道介質層，以及在所述后道介質層中形成金屬互連層；

將所述硅襯底正面倒置，使所述后道介質層與一載片進行鍵合；

對整個所述硅襯底背面進行減薄，并使減薄停止在所述第一埋氧層上方；

繼續對整個所述硅襯底背面進行減薄，去除所述第一埋氧層；

繼續對整個所述硅襯底背面進行減薄，去除所述硅外延層上方剩余的所述硅襯底材料，暴露出所述硅外延層和所述光電二極管的表面。

9.根據權利要求8所述的CMOS圖像傳感器結構制造方法，其特征在于，高溫退火后，具體還包括：

通過高溫氧化，在整個所述硅襯底正面表面上形成氧化層；

將所述溝槽內壁表面上的所述氧化層去除；以及

在所述溝槽內進行所述硅外延層的生長后，將所述溝槽以外的所述硅襯底正面表面上的剩余所述氧化層去除。

10.根據權利要求8或9所述的CMOS圖像傳感器結構制造方法，其特征在于，進行所述硅外延層的生長時，還包括：對所述硅外延層進行摻雜，并使所述硅外延層具有朝向所述硅襯底正面表面的漸變的摻雜濃度。