通过首先重度p型掺杂SOI晶片的薄顶部单晶硅衬底，接着在所述顶部硅衬底的顶表面上形成相对轻度p型掺杂外延层而制造图像传感器，其中控制此两个工艺期间的p型掺杂水平以在所述顶部硅衬底中产生p型掺杂剂浓度梯度。在所述外延层上制造感测(电路)元件及相关联金属互连件，接着至少部分移除所述SOI晶片的处置衬底及氧化物层以暴露所述顶部硅衬底或所述外延层的下表面，且接着在所述经暴露下表面上形成纯硼层。所述p型掺杂剂浓度梯度从顶部硅/外延层界面附近的最大水平单调递减到所述外延层的上表面处的最小浓度水平。延层的上表面处的最小浓度水平。延层的上表面处的最小浓度水平。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背照式传感器及使用绝缘体上硅晶片制造传感器的方法
[0001]相关申请案/专利
[0002]本申请案主张2020年4月8日申请且以引用的方式并入本文中的标题为“背照式传感器及使用绝缘体上硅晶片制造传感器的方法(BACK
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ILLUMINATED SENSOR AND A METHOD OF MANUFACTURING A SENSOR USING A SILICON ON INSULATING WAFER)”的第63/006,724号美国临时专利申请案的优先权。本申请案还与以下案相关：2019年9月5日申请的标题为“背照式传感器及制造传感器的方法(BACK
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ILLUMINATED SENSOR AND A METHOD OF MANUFACTURING A SENSOR)”的第16/562,396号美国申请案及第9,496,425号、第9,818,887号、第10,121,914号及第10,446,696号美国专利，所述专利全部颁予彻恩(Chern)等人且全部以“具有硼层的背照式传感器(Back
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illuminated sensor with boron layer)”为标题。这些专利及申请案以引用的方式并入本文中。
[0003]本申请案涉及适用于感测深UV(DUV)及真空UV(VUV)波长中的辐射的图像传感器，且涉及用于制造此类图像传感器的方法。这些传感器适合用于掩模、光罩或晶片检验系统中且用于其它应用。
技术介绍
[0004]集成电路产业需要具有越来越高分辨率的检验工具来解决集成电路、掩模、光罩、太阳能电池、电荷耦合装置等的越来越小的特征，以及检测其大小约等于或小于所述特征大小的缺陷。
[0005]在许多情况中，在短波长(例如，短于约250nm的波长)下操作的检验系统可提供此分辨率。特定来说，针对掩模或光罩检验，可期望使用与将用于光刻的波长相同或接近(即，针对当前代光刻接近193.4nm且针对未来EUV光刻接近13.5nm)的波长进行检验，这是因为由图案引起的检验光的相移将与在光刻期间引起的所述相移相同或非常类似。为了检验半导体图案化晶片，在相对广波长范围(例如包含在近UV、DUV及/或VUV范围中的波长的波长范围)内操作的检验系统可为有利的，这是因为广波长范围可降低对层厚度或图案尺寸的小改变的敏感性，所述小改变可在个别波长下引起反射率的大改变。
[0006]为了检测掩模、光罩及半导体晶片上的小缺陷或粒子，需要高信噪比。当高速检验时，需要高光子通量密度以确保高信噪比，这是因为经检测光子(泊松(Poisson)噪声)的数目的统计波动是对信噪比的基本限制。在许多情况中，需要每一像素近似100,000或更多的光子。由于检验系统通常每天24小时在使用中而仅具有非常短的停止，因此在仅数月的操作之后，传感器便暴露到大剂量的辐射。
[0007]具有250nm的真空波长的光子具有近似5eV的能量。二氧化硅的带隙为约10eV。虽然此波长的光子可能似乎无法由二氧化硅吸收，但如生长在硅表面上的二氧化硅在与硅的界面处必须具有一些悬键，这是因为二氧化硅结构无法完美匹配硅晶体的结构。另外，由于单个二氧化物是非晶的，因此在材料内将存在悬键。实际上，氧化物内以及在与下伏半导体
的界面处将存在不可忽略密度的缺陷及杂质，所述缺陷及杂质可吸收具有DUV波长的光子，尤其在波长上短于约250nm的光子。此外，在高辐射通量密度下，两个高能量光子可在非常短的时间间隔(纳秒或皮秒)内到达相同位置附近，这可导致电子通过快速连续的两个吸收事件或通过双光子吸收被激发到二氧化硅的导带。
[0008]用于检验、计量及相关应用的传感器的进一步要求是高灵敏度。如上文解释，需要高信噪比。如果传感器不将入射光子的大部分转换为信号，那么相较于具有更有效传感器的检验或计量系统，将需要更高强度光源以便维持相同检验或测量速度。更高强度光源将使仪器光学器件及经检验或测量样本暴露到更高光强度，从而可能随着时间引起损害或降级。更高强度光源也将更昂贵或特定来说，在DUV及VUV波长下可能不可用。硅反射入射于其上的DUV及VUV光的高百分比。例如，在波长接近193nm下，在其表面上具有2nm氧化物层(例如原生氧化物层)的硅反射入射于其上的光的近似65％。针对接近193nm的波长，在硅表面上生长约21nm的氧化物层将反射率减小到接近40％。具有40％反射率的检测器比具有65％反射率的检测器显著更有效，但可期望更低反射率及因此更高效率。
[0009]DUV及VUV波长由硅强烈吸收。此类波长可主要在硅表面的约10nm或数十nm内被吸收。在DUV或VUV波长下操作的传感器的效率取决于在电子重组之前可收集通过经吸收光子产生的电子的多大部分。二氧化硅可与硅形成具有低缺陷密度的高质量界面。大多数其它材料(包含普遍用于抗反射涂层的许多材料)如果直接沉积于硅上，那么在硅表面处导致非常高电缺陷密度。硅表面上的高电缺陷密度对于旨在在可见波长下操作的传感器可能并非问题，这是因为此类波长在被吸收之前可通常行进约100nm或更多到硅中且因此，可较少受硅表面上的电缺陷影响。然而，DUV及VUV波长如此接近硅表面被吸收使得表面上的电缺陷及/或表面上的(若干)层内的捕集电荷可导致经产生电子的大部分在硅表面处或附近重组且损失，从而导致低效传感器。
[0010]全部颁予彻恩(Chern)等人的第9,496,425号、第9,818,887号及第10,121,914号美国专利描述图像传感器结构及制造图像传感器的方法，所述图像传感器包含至少沉积于图像传感器的经暴露背表面上的硼层。公开用于沉积硼的不同温度范围，包含约400℃到450℃的范围及约700℃到800℃的范围。专利技术者已发现，硼的更高沉积温度(例如在约600℃与约900℃之间的沉积温度)的一个优点是在此类温度下，硼扩散到硅中，从而在高敏感背表面上提供非常薄、重度p型掺杂硅层。此p型掺杂硅层对于确保DUV及VUV辐射的高量子效率是重要的，这是因为其在表面附近产生使电子加速远离表面到硅层中的静电场。p型硅还增加硅的背表面的导电率，这对于图像传感器的高速操作是重要的，这是因为由传感器的前表面上的电极上的信号的切换引发的接地电流需要返回路径。
[0011]然而，高于450℃的处理温度无法用于包含常规CMOS电路的半导体晶片上，这是因为450℃接近在制造CMOS装置时普遍使用的金属(例如铝及铜)的熔点。在高温(例如大于450℃的温度)下，这些金属膨胀，变软且可分层。此外，在高温下，铜可容易扩散通过硅，这将修改CMOS电路的电性质。在任何金属经沉积于晶片上之前使所述晶片薄化允许硼层如前述专利中描述那样在600℃与900℃之间的温度下沉积于背表面上，从而使硼能够在沉积硼层期间或之后扩散到表面中。随后，金属互连件可形成于前表面上。在已使晶片的图像传感器区域薄化(例如)到约25μm或更薄的厚度之后，薄化区域可显著翘曲且可具有数十微米或更多的峰谷不平坦度。因此，需要使用相对宽(例如数微米宽或更宽本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种在包含具有经暴露第一表面及通过中介绝缘体层附接到处置衬底的相对第二表面的顶部硅衬底的绝缘体上硅(SOI)晶片上制造图像传感器的方法，所述方法包括：利用第一硼层以在所述顶部硅衬底中产生第一硼掺杂浓度水平；在所述顶部硅衬底的第一表面上产生外延层；在所述外延层的第一表面上形成电路元件；移除所述处置衬底及所述中介绝缘体层，使得所述顶部硅衬底的所述第二表面经暴露；以及在所述顶部硅衬底的所述经暴露第二表面上形成纯硼层，其中共同执行利用所述硼层及产生所述外延层，使得从所述顶部硅衬底到所述外延层中的硼扩散产生从安置于所述顶部硅衬底内的最大硼浓度水平单调递减到邻近所述外延层的所述第一表面的最小硼掺杂浓度水平的硼掺杂浓度梯度。2.根据权利要求1所述的方法，其中利用所述非晶硼层以产生所述第一硼浓度水平包括：在顶部硅衬底的所述第一表面上形成第一硼层；处理所述SOI晶片，使得来自所述第一硼层的硼扩散在所述顶部硅衬底中产生初始硼掺杂浓度水平，且使得所述第一硼层从所述顶部硅衬底的所述第一表面完全移除。3.根据权利要求2所述的方法，其中形成所述第一硼层包括使用CVD工艺在600℃到800℃的范围中的温度下沉积硼。4.根据权利要求2所述的方法，其中处理以产生所述初始硼掺杂浓度水平包括在800℃到900℃的范围中的温度下执行驱入退火。5.根据权利要求2所述的方法，其中处理以移除所述第一硼层包括氢氛围中将所述SOI晶片维持于800℃到900℃的范围中的温度下。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述处理包括同时产生所述初始硼掺杂浓度水平且移除所述第一硼层。7.根据权利要求2所述的方法，其中在将所述SOI晶片维持于CVD腔室内的同时执行形成所述第一硼层、执行所述驱入退火、移除所述第一硼层及产生所述外延层中的每一者。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在所述纯硼层的表面上沉积抗反射层。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在移除所述处置衬底及所述中介绝缘体层之前在所述电路元件上方的所述外延层上形成保护层。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法进一步包括在移除所述处置衬底及所述中介绝缘体层之前将第二处置衬底附接到所述电路元件上方的所述外延层。11.根据权利要求1所述的方法，其中移除所述处置衬底及所述中介绝缘体层进一步包括移除所述顶部硅衬底的一部分。12.一种在包含具有经暴露第一表面及通过中介绝缘体层附接到处置衬底的相对第二表面的顶部硅衬底的绝缘体上硅(SOI)晶片上制造图像传感器的方法，所述方法包括：利用第一硼层以在所述顶部硅衬底中产生第一硼掺杂浓度水平；在所述顶部硅衬底的第一表面上产生外延层，使得来自所述顶部硅衬底的硼扩散产生在所述外延层中从邻近...
【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：科磊股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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