[發(fā)明專利]一種CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)及制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911334363.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-23
• 公開（公告）號(hào): CN111129054B
• 公開（公告）日: 2023-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 顧學(xué)強(qiáng);王瑋;李夢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司;成都微光集電科技有限公司
• 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;張磊

本發(fā)明公開了一種CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)及制造方法，CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)包括位于硅襯底上的像素單元陣列區(qū)域和位于像素單元陣列區(qū)域周圍的外圍電路區(qū)域，像素單元陣列區(qū)域的硅襯底中設(shè)有第一埋氧層，外圍電路區(qū)域的硅襯底中設(shè)有第二埋氧層，第一埋氧層距離硅襯底正面的深度大于第二埋氧層距離硅襯底正面的深度，第一埋氧層與硅襯底正面表面之間的硅襯底中設(shè)有硅外延層，硅外延層中設(shè)有像素單元陣列的多個(gè)感光部，第二埋氧層與硅襯底正面表面之間的硅襯底上設(shè)有外圍電路。本發(fā)明可在外圍電路使用低功耗SOI器件的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)背照式圖像傳感器像素單元的制造，并可避免常規(guī)背照式工藝容易造成雜質(zhì)自摻雜和減薄后厚度均勻性較差的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)及制造方法。

背景技術(shù)

半個(gè)世紀(jì)以來，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)一直按照摩爾定律進(jìn)行著晶體管尺寸的微縮、晶體管密度的提高和性能的提升。然而，隨著平面結(jié)構(gòu)的體硅晶體管器件尺寸越來越接近物理極限，摩爾定律也就越來越接近于它的終結(jié)；因此，一些被稱為“非經(jīng)典CMOS”的半導(dǎo)體器件新結(jié)構(gòu)被提出。這些技術(shù)包括FinFET、碳納米管、絕緣體上硅(silicon?on?insulator，SOI)，絕緣體上的鍺硅(SiGe?on?insulator，SiGeOI)和絕緣體上的鍺(Ge?on?insulator，GeOI)等。

通過這些新結(jié)構(gòu)，可以將半導(dǎo)體器件的性能進(jìn)一步提升。其中，在絕緣體上硅襯底(SOI)材料上制造的半導(dǎo)體器件，由于其工藝簡單和性能優(yōu)越，引起了廣泛關(guān)注。

絕緣體上的半導(dǎo)體，是一種將器件制作在絕緣層之上的硅層中而非制作在傳統(tǒng)硅襯底上，從而實(shí)現(xiàn)不同晶體管之間的全介質(zhì)隔離的技術(shù)。相比傳統(tǒng)的平面體硅工藝，SOI技術(shù)具有高速、低功耗和集成度高的優(yōu)勢。與體硅器件相比，其獨(dú)特的絕緣埋氧層把器件與襯底隔開，實(shí)現(xiàn)單個(gè)晶體管的全介質(zhì)隔離，消除了襯底對(duì)器件的影響(即體效應(yīng))，從根本上消除了體硅CMOS器件的閂鎖(Latch-Up)，并在很大程度上抑制了體硅器件的寄生效應(yīng)，充分發(fā)揮了硅集成技術(shù)的潛力，大大提高了電路的性能，工作性能接近于理想器件。

絕緣體上的半導(dǎo)體無論是在器件的尺寸減小還是在射頻亦或是在低壓、低功耗等應(yīng)用方面都表明它將是未來SOC的主要技術(shù)。利用絕緣體上半導(dǎo)體技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)邏輯電路、模擬電路、RF電路在很小的互擾情況下集成在一個(gè)芯片上，具有非常廣闊的發(fā)展前景，因此成為研究和開發(fā)高速度、低功耗、高集成度及高可靠性大規(guī)模集成電路的重要技術(shù)。

同時(shí)，CMOS圖像傳感器是CMOS工藝的一個(gè)重要應(yīng)用方向。圖像傳感器是指將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，其中大規(guī)模商用的圖像傳感器芯片包括電荷耦合器件(CCD)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器芯片兩大類。CMOS圖像傳感器和傳統(tǒng)的CCD傳感器相比具有低功耗，低成本和與CMOS工藝兼容等特點(diǎn)，因此得到越來越廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)在，CMOS圖像傳感器不僅用于微型數(shù)碼相機(jī)(DSC)，手機(jī)攝像頭，攝像機(jī)和數(shù)碼單反(DSLR)等消費(fèi)電子領(lǐng)域，而且在汽車電子，監(jiān)控，生物技術(shù)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。

為了實(shí)現(xiàn)有效的光電轉(zhuǎn)換，CMOS圖像傳感器的感光用硅層厚度通常在幾微米到幾十微米。但SOI用于制造器件的硅層厚度通常在幾個(gè)納米到幾百納米之間，遠(yuǎn)低于CMOS圖像傳感器感光所需的厚度。

請(qǐng)參考圖1，圖1是一種常規(guī)絕緣體上硅襯底內(nèi)制造的CMOS晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，絕緣體上硅襯底(SOI)包括位于底層的硅基底10，位于上層的器件用硅襯底12，以及位于硅基底10和器件用硅襯底12之間用于隔離的埋氧層11。晶體管13形成在埋氧層11上方的器件用硅襯底12中。器件用硅襯底12和硅基底10之間的埋氧層11通常使用二氧化硅層，器件用硅襯底12的厚度通常在幾納米到幾百納米之間。由于器件用硅襯底12的厚度太薄，因而無法在其中制作CMOS圖像傳感器的像素單元結(jié)構(gòu)。因此，SOI硅片并不適合制造CMOS圖像傳感器。