减小图像传感器中的暗电流的装置和方法制造方法及图纸

一种减小图像传感器中的暗电流的方法包括：提供背照式图像传感器晶圆，在该背照式图像传感器晶圆的背面上沉积第一钝化层，在第一钝化层上沉积等离子体增强钝化层，以及在等离子体增强钝化层上沉积第二钝化层。本发明专利技术还提供了一种减小图像传感器中的暗电流的装置和方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，更具体地，本专利技术涉及一种。
技术介绍
随着技术的发展，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器由于CMOS图像传感器中的固有的特定的优点而比传统的带电耦合器件(CCD)更受欢迎。尤其是CMOS图像传感器可以具有高图像采集率、更低操作电压、更低功率损耗以及更高抗扰性。另外，可以在与逻辑和存储器件相同的高容量晶圆生产线上制造该CMOS图像传感器。因此，CMOS图像芯片可以包括图像传感器以及所有必要的逻辑器件，诸如，放大器、A/D转换器等。CMOS图像传感器是像素化的金属氧化物半导体。CMOS图像传感器通常包括光敏的图像元素(像素)阵列，其中每个均可以包括晶体管(开关晶体管和复位晶体管)、电容器以及光敏元件(例如，光电二极管)。CMOS图像传感器使用光敏的CMOS电路来将光子转化成电子。该光敏的CMOS电路通常包括形成在硅衬底中的光电二极管。由于光电二极管暴露在光中，所以电荷被引入到该光电二极管中。当光从主场景射到像素上时，每个像素均可以与射在该像素上的光量成正比地产生电子。另外，电子在像素中被转换成电压信号并且进一步通过A/D转换器转变成数字信号。多个外围电路可以接收该数字信号并且对其进行处理，从而显示出主场景的图像。 CMOS图像传感器可以包括多个额外的层，诸如，形成在衬底上的介电层和互连金属层，其中，互连层被用于将光电二极管与外围电路相连接。CMOS图像传感器的具有额外的层的那个面通常被称为正面，而具有衬底的那个面则被称为背面。根据光路径的差别，CMOS图像传感器可以进一步被分成两种主要的类别，S卩，前照式(FSI)图像传感器和背照式(BSI)图像传感器。在FSI图像传感器中，光从主场景入射到CMOS图像传感器的正面上，穿过介电层和互连层，并且最终落到光电二极管上。光路径中的额外的层(例如，不透明和反射的金属层)可以限制光电二极管所吸收的光量，由此降低了量子效率。与此相反，BSI图像传感器中不存在源于额外的层(例如，金属层)的阻碍。光入射到CMOS图像传感器的背面上。因此，光可以通过直接路径射向光电二极管。这种直接路径有助于增大光子到电子的转换量。光电二极管可以响应于入射到CMOS图像传感器的背面的光而生成电子。然而，在没有照明时可能生成不期望的电流。该不期望的电流被公知为暗电流。过量的暗电流可能导致图像劣化。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种方法，包括:提供背照式图像传感器晶圆；在所述背照式图像传感器晶圆的背面上沉积第一钝化层；在所述第一钝化层上沉积第一等离子体增强钝化层；在所述第一等离子体增强钝化层上沉积第二等离子体增强钝化层；以及在所述第二等离子体增强钝化层上沉积第二钝化层。在所述方法中，进一步包括:在所述背照式图像传感器晶圆中生长外延层，其中，光电二极管嵌在所述外延层中；在所述外延层中形成隔离区域，其中，所述隔离区域包围所述光电二极管；在所述背照式图像传感器晶圆的正面上方形成介电层；以及在所述介电层上方形成金属互连层。 在所述方法中，所述光电二极管包括:N型光电二极管区域；以及P型光电二极管区域。在所述方法中，所述第一钝化层由二氧化硅形成。在所述方法中，所述第一等离子体增强钝化层包括氮化硅；以及所述第二等离子体增强钝化层包括氮化硅。在所述方法中，进一步包括:在所述第二钝化层上形成P+层；以及对所述P+层应用激光退火工艺。在所述方法中，所述第一等离子体增强钝化层的厚度在大约1000A至大约10000A的范围内；以及所述第二等离子体增强钝化层的厚度在大约1000A至大约10000A的范围内。在所述方法中， 进一步包括:在所述第一钝化层上沉积氮化硅层；以及对所述氮化硅层执行等离子体处理，其中，所述氮化硅层与氨反应。根据本专利技术的另一方面，提供了一种装置，包括:背照式图像传感器晶圆，具有位于第一面上的互连层；第一二氧化硅层，形成在所述背照式图像传感器的第二面上；第一等离子体增强氮化硅层，形成在所述第一二氧化硅层上；第二等离子体增强氮化硅层，形成在所述第一等离子体增强氮化硅层上；以及第二二氧化硅层，形成在所述第二等离子体增强氮化硅层上。在所述装置中，进一步包括:p+层，形成在所述第二二氧化硅层上；抗反射涂层，形成在所述P+层上；滤色器层，形成在所述抗反射涂层上；以及微透镜层，形成在所述滤色器层上。在所述装置中，进一步包括:外延层，生长在所述背照式图像传感器晶圆中；光电二极管，嵌在所述外延层中；隔离区域，嵌在所述外延层中，其中，所述光电二极管被所述隔离区域包围；介电层，形成在位于所述背照式图像传感器晶圆的第一面上方的外延层上；以及互连层，形成在所述介电层上。在所述装置中，所述第一二氧化硅层的第一厚度约为100A;所述第一等离子体增强氮化硅层的第二厚度约为500A;所述第二二氧化硅层的第三厚度约为100A;并且所述第二等离子体增强氮化硅层的第四厚度约为500A。根据本专利技术的又一方面，提供了一种方法，包括:提供具有第一导电性的衬底；在所述衬底上生长外延层；在所述外延层中注入具有第二导电性的离子，从而形成第一光电有源区域；在所述外延层中注入具有所述第一导电性的离子，从而形成第二光电有源区域；减薄所述衬底的背面，直至暴露出所述外延层；以及在位于所述外延层上方的背面上沉积多个等离子体增强钝化层。在所述方法中:所述第一导电性是P型的；并且所述第二导电性是η型的。在所述方法中，进一步包括:在所述多个等离子体增强钝化层上方形成P+层；以及对所述P+层应用激光退火工艺。在所述方法中，进一步包括:在所述P+层上沉积抗反射涂层；在所述抗反射涂层上形成滤色器层；以及在所述滤色器层上形成微透镜层。在所述方法中，所述多个等离子体增强钝化层包括氮化硅。在所述方法中，进一步包括:在位于所述外延层上方的所述衬底的背面上沉积第一钝化层；在所述第一钝化层上沉积第一等离子体增强钝化层；以及在所述第一等离子体增强钝化层上沉积第二钝化层。在所述方法中，所述第一钝化层由二氧化硅形成；以及所述第二钝化层由二氧化娃形成。 在所述方法中，所述等离子体增强钝化层的厚度约为500Α。附图说明为了更全面地理解实施例及其优势，现将结合附图所进行的描述作为参考，其中:图1示出了根据一个实施例的背照式图像传感器的简化的截面图；图2示出了根据一个实施例的具有复合钝化层的背照式图像传感器的截面图；图3示出了根据另一个实施例的背照式图像传感器的截面图；图4示出了根据一个实施例的在衬底上执行正面离子注入工艺之后背照式图像传感器晶圆的截面图；图5示出了根据一个实施例的在光电有源区域上方形成了额外的正面层之后的图4所示的半导体器件的截面图；图6是根据一个实施例的在将晶圆倒装和接合在载体上之后背照式图像传感器晶圆的截面图；图7是根据一个实施例的在向晶圆的背面应用完减薄工艺之后的图6所示的背照式图像传感器晶圆的截面图；图8是根据一个实施例的在涂敷复合钝化层之后的图7所示的背照式图像传感器晶圆的截面图；图9是根据一个实施例的在向晶圆的背面涂敷薄P+离子层之后的图8所示的背照式图像传感器晶圆的截面图；图10是根据一个实施例的在向晶圆的背面涂敷完抗反射涂布(ARC)层之后的图9所示的背照式图像传感器晶圆的截面图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：提供背照式图像传感器晶圆；在所述背照式图像传感器晶圆的背面上沉积第一钝化层；在所述第一钝化层上沉积第一等离子体增强钝化层；在所述第一等离子体增强钝化层上沉积第二等离子体增强钝化层；以及在所述第二等离子体增强钝化层上沉积第二钝化层。

【技术特征摘要】
2012.01.31 US 61/593,038;2012.03.30 US 13/436,3641.一种方法，包括:提供背照式图像传感器晶圆；在所述背照式图像传感器晶圆的背面上沉积第一钝化层；在所述第一钝化层上沉积第一等离子体增强钝化层；在所述第一等离子体增强钝化层上沉积第二等离子体增强钝化层；以及在所述第二等离子体增强钝化层上沉积第二钝化层。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括:在所述背照式图像传感器晶圆中生长外延层，其中，光电二极管嵌在所述外延层中；在所述外延层中形成隔离区域，其中，所述隔离区域包围所述光电二极管；在所述背照式图像传感器晶圆的正面上方形成介电层；以及在所述介电层上方形成金属互连层。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述光电二极管包括: N型光电二极管区域；以及P型光电二极管区域。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一钝化层由二氧化硅形成。5.根据权利要求1所述的方法，其中:所述第一等离子体增强钝化层包括氮化硅；以及所述第二等离子体增强钝化层包括氮化硅。6.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖茂成，梁晋魁，谢文杰，张简旭珂，葛翔翔，王英郎，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：