图像传感器的形成方法技术

一种图像传感器的形成方法，包括：提供晶圆；在晶圆正面形成像素电路中的各个晶体管；在晶圆和晶体管的上形成介质层，和位于介质层中的互连结构，所述各个晶体管通过互连结构相连，形成像素电路；形成像素电路后，在介质层上形成承载结构；形成承载结构后，翻转晶圆，使晶圆的背面朝上；在晶圆的背面形成图形化的掩膜层，图形化的掩膜层定义扩散柱的位置；以所述图形化的掩膜层为掩膜，对晶圆进行掺杂，在晶圆内形成扩散柱，所述扩散柱与所述像素电路相连；去除图形化的掩膜层；去除图形化的掩膜层后，在晶圆的背面形成光电二极管。本发明专利技术图像传感器的形成方法工艺简单，成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括：提供晶圆；在晶圆正面形成像素电路中的各个晶体管；在晶圆和晶体管的上形成介质层，和位于介质层中的互连结构，所述各个晶体管通过互连结构相连，形成像素电路；形成像素电路后，在介质层上形成承载结构；形成承载结构后，翻转晶圆，使晶圆的背面朝上；在晶圆的背面形成图形化的掩膜层，图形化的掩膜层定义扩散柱的位置；以所述图形化的掩膜层为掩膜，对晶圆进行掺杂，在晶圆内形成扩散柱，所述扩散柱与所述像素电路相连；去除图形化的掩膜层；去除图形化的掩膜层后，在晶圆的背面形成光电二极管。本专利技术工艺简单，成本低廉。【专利说明】
本专利技术涉及半导体领域，特别涉及到一种。
技术介绍
图像传感器是一种能将光学图像转化成电信号的半导体器件，并以此捕获图像。 根据图像传感器元件的不同，图像传感器可分为电荷耦合元件（CCD)图像传感器和互补金 属氧化物半导体（CMOS)图像传感器两种。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器可利用 现有的半导体设备进行制作，不需要额外的设备投资。而且其品质可随着半导体技术的提 升而进步，能够更好地满足用户对品质不断提升的要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵 敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成。基于上述原 因，目前CMOS图像传感器的需求增长速率已达到C⑶传感器需求增长速率的七倍。 CMOS图像传感器可以分为前照式（FSI，Front side illumination)图像传感器和 背照式（BSI，Back side illumination)图像传感器。前照式图像传感器中，像素电路位于 光接收侧和光电二极管之间。光线从光接收侧进入CMOS图像传感器，在到达光电二极管之 前，需经过像素电路，像素电路阻挡了部分光线而使到达光电二极管的光线减少，使得CMOS 图像传感器的填充率(光电二极管面积对像素面积的比率）减小。 背照式图像传感器使光线从芯片的背面进入，光线经过衬底，然后传到光电二极 管，而无需穿过像素电路；或者，光电二极管直接形成于所述衬底的背面，光线直接进入所 述光电二极管。背照式图像传感器克服了前照式图像传感器填充率小的缺点。 现有技术中常用的，形成背照式图像传感器的方法如下： 参考图1，提供第一晶圆1，在第一晶圆1上形成η型掺杂层2和p型掺杂层3,所 述η型掺杂层2和ρ型掺杂层3构成图像传感器中的光电二极管。 参考图2,在所述ρ型掺杂层3上键合第二晶圆4,并通过抛光或刻蚀，减薄所述第 一晶圆1。 参考图3,翻转所述第一晶圆1，使所述第一晶圆1的背面朝上，并在所述第一晶圆 1的背面上形成图形化的掩膜层5,所述图形化的掩膜层5定义扩散柱（diffusion plug) 的位置。并以所述图形化的掩膜层5为掩膜，对第一晶圆1进行η型杂质掺杂，形成扩散柱 6,所述扩散柱6与所述η型掺杂层2相连。 然后，参考图4,去除所述图形化的掩膜层5,在所述第一晶圆1上形成像素电路。 图4中示意性地显示了像素电路中的传输晶体管7和源跟随晶体管8。其中光电二极管通 过所述扩散柱6与所述传输晶体管7的漏极（图4中传输晶体管7的漏极也就是扩散柱6) 相连。 接着，在所述第一晶圆1上形成介质层9,以及位于所述介质层9中的互连结构（图 中未标号)，所述互连结构连接像素电路中的各个晶体管。图4中示意性地显示了互连结构 连接了传输晶体管7和源跟随晶体管8。 参考图5,在所述介质层9上键合第三晶圆10,翻转所述第一晶圆1，使第三晶圆 10位于底部，然后刻蚀或抛光去除所述第二晶圆4。 最后在所述p型掺杂层3上形成滤光片11。 此形成背照式图像传感器的工艺非常复杂，需要使用至少三片晶圆才能形成所述 背照式图像传感器，使得工艺成本太高；而且得到的背照式图像传感器还存在较大的暗电 流。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术中，形成图像传感器的工艺复杂、成本高，且存在较 大的暗电流。 为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括：提供晶圆；在所 述晶圆正面形成像素电路的各个晶体管；在所述晶圆和晶体管上形成介质层，和位于所述 介质层中的互连结构，所述各个晶体管通过所述互连结构相连，形成像素电路；形成像素电 路后，在所述介质层上形成承载结构；形成所述承载结构后，翻转所述晶圆，使所述晶圆的 背面朝上；在所述晶圆的背面形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层定义扩散柱的位 置；以所述图形化的掩膜层为掩膜，对所述晶圆进行掺杂，在所述晶圆内形成扩散柱，所述 扩散柱与所述像素电路相连；去除所述图形化的掩膜层；去除所述图形化的掩膜层后，在 所述晶圆的背面形成光电二极管。 可选的，所述承载结构为晶圆、多晶硅片或玻璃片。 可选的，形成所述光电二极管后，还包括：在所述光电二极管上形成滤光片。 可选的，形成所述滤光片后，还包括：在相邻两像素之间形成隔离结构，所述隔离 结构的底部位于所述光电二极管的底部；或者，所述隔离结构的底部位于所述晶圆内。 可选的，形成隔离结构的方法为：在所述滤光片上形成图形化的掩膜层，所述图形 化的掩膜层定义隔离结构的位置；以所述图形化的掩膜层为掩膜进行刻蚀，形成隔离沟槽； 去除所述图形化的掩膜层；在所述隔离沟槽内填充隔离材料，所述隔离材料与所述滤光片 的上表面相平；或者，在所述隔离沟槽内和所述滤光片上沉积隔离材料，所述隔离材料高出 所述隔离沟槽。 可选的，在形成隔离沟槽之后，填充隔离材料之前，还包括：在所述隔离沟槽侧壁 和底部形成P型掺杂区。 可选的，在所述隔离沟槽侧壁和底部形成P型掺杂区的方法为：对所述隔离沟槽 侧壁和底部进行P型掺杂形成P型掺杂区；或者，在所述隔离沟槽侧壁和底部沉积或外延生 长一层P型薄膜层作为P型掺杂区。 可选的，所述P型掺杂区的厚度为100A-500A。 可选的，所述P型掺杂区内掺杂的杂质为B或者BF2。 可选的，所述隔离材料为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或聚合物中的一种或几种。 可选的，所述隔离材料与所述滤光片的上表面相平，在形成隔离结构之后，还包 括：在所述滤光片上形成保护层。 可选的，所述保护层的材料为氧化硅、氮氧化硅、氮化硅或聚合物中的一种或几 种。 可选的，在翻转所述晶圆之后，在所述晶圆的背面形成图形化的掩膜层之前，还包 括：减薄所述晶圆。 可选的，形成光电二极管的方法为：使用外延生长法或沉积法在所述晶圆的背面 形成具有η型掺杂的第一薄膜层；使用外延生长法或沉积法在第一薄膜层上形成具有p型 掺杂的第二薄膜层，所述第一薄膜层和所述第二薄膜层构成所述光电二极管。 可选的，所述扩散柱内掺杂的杂质为η型杂质。 可选的，像素电路包括复位晶体管、传输晶体管、行选通晶体管和源跟随晶体管。 可选的，所述晶圆正面具有Ρ型薄膜层，所述复位晶体管、传输晶体管、行选通晶 体管和源跟随晶体管位于所述Ρ型薄膜层上。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点： 本技术方案先形成像素电路于所述晶圆，而将光电二极管的形成置于形成像素电 路之后。这种工艺调整至少具有以下优点： 首先，使形成所述图像传感器的工艺简化。现有技术中，先形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供晶圆；在所述晶圆正面形成像素电路的各个晶体管；在所述晶圆和晶体管上形成介质层，和位于所述介质层中的互连结构，所述各个晶体管通过所述互连结构相连，形成像素电路；形成像素电路后，在所述介质层上形成承载结构；形成所述承载结构后，翻转所述晶圆，使所述晶圆的背面朝上；在所述晶圆的背面形成图形化的掩膜层，所述图形化的掩膜层定义扩散柱的位置；以所述图形化的掩膜层为掩膜，对所述晶圆进行掺杂，在所述晶圆内形成扩散柱，所述扩散柱与所述像素电路相连；去除所述图形化的掩膜层；去除所述图形化的掩膜层后，在所述晶圆的背面形成光电二极管。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光宇，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31