背照式CMOS图像传感器及其形成方法技术

一种背照式CMOS图像传感器及其形成方法，其中背照式CMOS图像传感器的形成方法包括：提供第一晶圆和第二晶圆，在第一晶圆正面形成有多个像素单元，第一晶圆正面和第二晶圆键合；对第一晶圆背面进行减薄处理；在第一晶圆背面形成保护层；对第一晶圆背面进行离子注入，注入离子穿过保护层扩散进入第一晶圆背面形成隔离层；在形成隔离层后，在保护层上形成多个滤光片和位于滤光片上的透镜，每个滤光片与一个像素单元对准。保护层使第一晶圆背面免遭离子束损伤。而且，保护层可有效控制离子注入深度的目的，保证离子不会扩散到像素单元，光电二极管在无光照状态下的暗电流具有一致性，避免漏电现象，在光照状态下得到的图像清晰。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种BSI (Back-Side Illumination,BSI) 图像传感器及其形成方法。
技术介绍
图像传感器是数字摄像头的重要组成部分，其作用是将光信号转化为相应的电信 号。根据构成元件不同，图像传感器分为电荷稱合（Charge Coupled Device, CCD)图像传 感器和金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS)图像传感 器。 与C⑶图像传感器相比，CMOS图像传感器(具有更方便的驱动模式并且能够实现 各种扫描类型。而且，将信号处理电路集成到单个芯片中使得小型化CMOS图像传感器成为 可能。此外，通过使用广泛兼容的CMOS技术，CMOS图像传感器有助于降低功耗和制造成本。 因而，CMOS图像传感器具有更广泛的应用。 背照式CMOS图像传感器因其更高的光子捕获效率而代替了正面发光 (Front-Side Illumination，FSI)的 CMOS 图像传感器。 现有的背照式CMOS图像传感器的形成方法包括： 参照图1，提供第一晶圆1，在第一晶圆1正面Sl中形成有浅沟槽隔离结构2,相邻 两浅沟槽隔离结构2之间为一像素单元3,第一晶圆1包括若干像素单元3,浅沟槽隔离结 构2将相邻像素单元3相互隔开； 每个像素单元3包括一个发光二极管和多个MOS晶体管（图中未示出），在第一晶 圆1正面Sl还形成有外围电路（periphery circuit),所述发光二极管可吸收光信号并将 其转化为电信号，位于同一像素单元的MOS晶体管接收并处理该电信号后输出，外围电路 接收MOS晶体管输出的处理电信号并进行转换、运算处理等； 在第一晶圆1正面Sl上形成互连结构（图中未示出）。 参照图2,取第二晶圆4,将第二晶圆4与第一晶圆1在第一晶圆1正面Sl方向键 合，并对第一晶圆1背面S2减薄，减薄后的第一晶圆1很薄，第二晶圆4将起到主要的支撑 作用。 参照图3,将第二晶圆4翻转，使背面S2朝上，对第一晶圆1背面S2进行离子注 入，并进行激光退火处理，在第一晶圆1背面S2形成隔离层5,激光退火用于激活隔离层5 中的离子。隔离层5与光电二极管的隔离层的掺杂类型相反，起到绝缘隔离作用，避免出现 漏电。在对第一晶圆1背面S2进行离子注入时，是采用倾斜注入法，即离子束与第一晶圆1 背面S2之间的夹角不为90°，以避免离子沿第一晶圆1的晶格之间的空隙进入像素单元， 引发沟道燧穿效应（channeling effect)。 参照图4,在第一晶圆1背面S2形成滤光片6、位于滤光片6上的透镜7,每个滤光 片6与一个像素单元相对，入射光经透镜7进入滤光片6,滤光片6允许特定颜色的光进入 光电二极管。 但是，使用现有技术形成的背照式CMOS图像传感器的性能不佳。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是，使用现有技术形成的背照式CMOS图像传感器的性能不佳。 为解决上述问题，本专利技术提供一种背照式CMOS图像传感器的形成方法，该背照式 CMOS图像传感器的形成方法包括： 提供第一晶圆和第二晶圆，在所述第一晶圆正面形成有多个像素单元，所述第一 晶圆正面和所述第二晶圆键合； 对所述第一晶圆背面进行减薄处理； 减薄处理后，在所述第一晶圆背面形成保护层； 对所述第一晶圆背面进行离子注入，注入离子穿过所述保护层扩散进入第一晶圆 背面形成隔离层； 在形成所述隔离层后，在所述保护层上形成多个滤光片和位于所述滤光片上的透 镜，每个滤光片与一个像素单元对准。 可选地，所述保护层材料的反射率比第一晶圆材料的反射率低。 可选地，所述第一晶圆为硅片，所述保护层为氧化硅层。 可选地，使用等离子体增强化学气相沉积，在所述第一晶圆背面形成保护层。 可选地，在形成所述保护层过程，使用的材料为等离子体增强氧化硅。 可选地，在所述等离子体增强化学气相沉积过程，温度范围为350~450°C。 可选地，所述保护层的厚度范围为100~600人。 可选地，在形成所述隔离层后，进行激光退火。 可选地，在激光退火过程使用紫外线。 可选地，使用化学机械研磨，对所述第一晶圆背面进行减薄处理。 本专利技术还提供一种新的背照式CMOS图像传感器，该背照式CMOS图像传感器包 括： 第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆正面形成有多个像素单兀，且所述第一晶圆 正面和所述第二晶圆键合； 位于所述第一晶圆背面上的保护层； 位于保护层下的第一晶圆背面的隔离层； 位于所述保护层上的多个滤光片和位于滤光片上的透镜，每个滤光片与一个像素 单元对准。 可选地，所述保护层材料的反射率比第一晶圆材料材料的反射率低。 可选地，所述第一晶圆为硅片，所述保护层为氧化硅层。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点： 在对第一晶圆背面进行离子注入过程，离子束不会直接与第一晶圆背面接触，而 是穿过保护层扩散进入第一晶圆背面，保护层使第一晶圆背面免遭离子束损伤，确保第一 晶圆背面平坦，利于后续封装制程。而且，保护层可起到缓冲作用，达到有效控制离子注入 深度的目的，使得隔离层的深度保证离子不会扩散到像素单元，且隔离层中各个位置深度 一致、掺杂离子分布均匀，使得各个位置的光电二极管在无光照状态下的暗电流具有一致 性，有效避免漏电现象，这样在光照状态下得到的图像清晰。 进一步，在离子注入形成隔离层后，进行激光退火处理。由于保护层材料相比于第 一晶圆材料具有较低反射率，保护层对激光光线的吸收量较高。这样，相比于现有的激光退 火过程，保护层和隔离层的温度较高，较高的温度可以在纳秒范围内更有效激活隔离层中 的掺杂离子，并使掺杂离子聚集在距第一晶圆背面较浅位置处，避免扩散到像素单元，确保 像素单元的性能较佳。【附图说明】 图1~图4是现有技术的背照式CMOS图像传感器在形成过程中的剖面结构示意 图； 图5~图11、图13是本专利技术具体实施例的背照式CMOS图像传感器在形成过程中 的剖面结构示意图； 图12是本专利技术具体实施例的具有保护层的第一晶圆背面下不同深度处、现有的 未形成有保护层的第一晶圆背面下不同深度处的温度值曲线。【具体实施方式】 针对现有技术存在的问题，经分析发现：参照图3,第一晶圆1背面S2裸露。一方 面，在离子注入过程和激光退火过程，第一晶圆1背面S2会遭到损伤，第一晶圆1背面S2 凹凸不平，会使入射光在背面S2发生散射并影响后续封装制程。另一方面，离子注入的深 度很难得到有效控制，隔离层5中掺杂离子分布不够均匀，各个位置的深度不一致，这使得 所有光电二极管在无光照的静态下的暗电流并不一致，会出现漏电现象，这样在光照状态 下得到的图像不清晰，出现因漏电产生的暗点。 对此，本专利技术技术方案提出一种新的背照式CMOS图像传感器的形成方法。使用该 方法，在对减薄后的第一晶圆背面进行离子注入之前，在所述第一晶圆背面形成保护层。保 护层用于保护第一晶圆背面免遭离子注入损伤，而且还可控制离子注入的深度。 为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术 的具体实施例做详细的说明。 参照图5,提供第一晶圆100,在所述第一晶圆100正面Sl形成有多个浅沟槽隔 离结构101，相邻两浅沟槽隔离结构101之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供第一晶圆和第二晶圆，在所述第一晶圆正面形成有多个像素单元，所述第一晶圆正面和所述第二晶圆键合；对所述第一晶圆背面进行减薄处理；减薄处理后，在所述第一晶圆背面形成保护层；对所述第一晶圆背面进行离子注入，注入离子穿过所述保护层扩散进入第一晶圆背面形成隔离层；在形成所述隔离层后，在所述保护层上形成多个滤光片和位于所述滤光片上的透镜，每个滤光片与一个像素单元对准。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王冲，奚民伟，
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