[发明专利]具有改进背侧表面处理的CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及图像传感器，且具体来说但非独占地，涉及背侧照明CMOS图像 传感器。

背景技术

图1说明包括安置在外延(“epi”)层110内的光电二极管(“PD”)区域105的背 侧照明(“BSI”)图像传感器100。BSI图像传感器100对入射于传感器裸片背侧上的光 感光。用于操作BSI图像传感器的像素电路形成于阱115上方。仅说明像素电路的转移 晶体管和复位晶体管。在金属间介电层120内安置用于耦合到转移晶体管和复位晶体管 的栅极的第一金属层M1。

在BSI图像传感器的制造期间进行的背侧处理可极大地升高背侧表面温度(例如， 超过1000C)，然而对于厚P-epi层110，高温迅速耗散到硅块中。当硅较薄时，与金属 间介电层120和线路后端(“BEOL”)的剩余部分的绝缘可能引起epi层110的温度的显 著提高，这可导致有害的影响，例如在高于800C的温度下的掺杂剂扩散和/或在高于 400C的温度下的BEOL金属劣化/熔融。此问题可通过使用较厚的最终epi层110来解 决，可通过在背侧薄化工艺期间仅移除块状衬底的一部分来制造较厚的最终epi层110。 在背侧与前侧之间保留厚硅层使高温背侧表面远离前侧的掺杂剂分布和金属/硅化物触 点。然而，增加此厚度导致了图像传感器阵列中邻近像素之间的增加的电串扰。

与BSI CMOS图像传感器(“CIS”)的制造相关联的难题包括：1)植入的掺杂剂渗 透过深并危害到装置在短波长下的量子效率；2)活化所有背侧掺杂剂来避免/减少未活 化的缺陷；以及3)用高能激光退火熔融衬底表面，这会产生表面缺陷。这些缺陷或表 面状态可能导致高的暗电流和高的白像素计数。典型的BSI CIS具有比前侧照明CIS的 暗电流电平大100倍以上的暗电流电平。

发明内容

根据一个方面，一种制造背侧照明(“BSI”)图像传感器的阵列的方法，其包含：

将所述BSI图像传感器的前侧组件制造于所述阵列的前侧中；

将掺杂剂层植入到所述阵列的背侧中，所述掺杂剂层建立掺杂剂梯度以促进光生电 荷载流子朝向所述阵列的所述前侧迁移；

使所述掺杂剂层的至少一部分退火；以及

在所述掺杂剂层的所述背侧上形成表面处理以处置表面缺陷。

根据另一方面，一种背侧照明(“BSI”)互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传 感器阵列，其包含：

感光区域阵列，其安置在半导体层内，所述感光区域对入射于所述BSI CMOS图像 传感器阵列的背侧上的光敏感；

掺杂剂层，其安置在所述半导体层的背侧中，其建立掺杂剂梯度以促进光生电荷载 流子朝向所述阵列的前侧迁移；以及

表面处理层，其位于所述掺杂剂层的所述背侧上，用以处置表面缺陷。

附图说明

参看以下各图描述本发明的非限制性和非详尽实施例，其中除非另有规定，否则在 全部各个视图中，相同参考数字指代相同零件。

图1是背侧照明图像传感器的横截面图。

图2是说明根据本发明的实施例的背侧照明成像系统的框图。

图3是说明根据本发明的实施例的背侧照明成像系统内的两个4T像素的像素电路 的电路图。

图4是根据本发明的实施例的具有改进背侧表面处理的背侧照明图像传感器的横截 面图。

图5是说明根据本发明的实施例的用于制造具有改进背侧表面处理的背侧照明图像 传感器的工艺的流程图。

图6A是根据本发明的实施例的直至BEOL完成所制造的部分所制造背侧照明图像 传感器的横截面图。

图6B是根据本发明的实施例的部分所制造背侧照明图像传感器的横截面图，其说 明背侧上的掺杂剂层植入物。

图6C是根据本发明的实施例的部分所制造背侧照明图像传感器的横截面图，其说 明激光退火过程。

图6D是根据本发明的实施例的部分所制造背侧照明图像传感器的横截面图，其说 明改进表面处理工艺。

具体实施方式