[发明专利]背照式CMOS图像传感器

说明书

相关申请的交叉参考

本发明基于2011年12月9日提交的第61/569,018号美国在先申请“Back-Side Illumination Sensor and Method of Manufacture”，该专利申请的全部公开内容通过引用结合到本文中。

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种背照式CMOS图像传感器。

背景技术

随着技术的革新，由于CMOS图像传感器中的固有的特定优点，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器比传统的电荷耦合器件(CCD)更为普及。尤其是CMOS图像传感器可以具有高图像采集速度、低操作电压、低功耗以及高抗扰性。另外，可以如逻辑和存储器件那样，在相同的高容量晶圆生产线上制造CMOS图像传感器。因此，CMOS图像芯片可以包括图像传感器和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图像元素(像素)阵列，每个像素均可以包括晶体管(开关晶体管和复位晶体管)。CMOS图像传感器使用光敏CMOS电路来将光子转化成电子。光敏CMOS电路通常包括形成在硅衬底中的光电二极管。当光电二极管暴露在光中时，电负荷被引入到光电二极管中。每个像素都可以与当光从对象场景入射到像素上时落在像素上的光量成比例地产生电子。另外，在像素中可以将电子转化成电信号并且进一步通过A/D转换器转换成数字信号。多个外围电路可以接收该数字信号并且对其进行处理，从而播放出对象场景图像。

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以及互连金属层，其中，互连金属层被用于连接光电二极管和外围电路。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，即，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，光从对象场景入射到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加光子到电子的转换量。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种方法，包括：使用正面离子注入工艺在衬底上方形成光电有源区域；以及使用背面离子注入工艺邻近所述光电有源区域形成延伸的光电有源区域。

在所述方法中，进一步包括：形成外延层，其中，所述光电有源区域和所述延伸的光电有源区域嵌在所述外延层中；在所述外延层中形成隔离区域，其中，所述隔离区域围绕所述光电有源区域和所述延伸的光电有源区域；在所述光电有源区域上方形成介电层；以及在所述介电层上方形成金属互连层。

在所述方法中，所述外延层是轻掺杂p型层。

在所述方法中，所述光电有源区域是光电二极管，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，进一步包括：在所述衬底的背面上形成P+层；以及对所述P+层应用激光退火工艺。

在所述方法中，所述衬底从所述衬底的正面到所述衬底的背面的厚度约等于4um。

在所述方法中，进一步包括：形成背照式图像像素，所述背照式图像像素用于使用所述光电有源区域和所述延伸的光电有源区域将光子转化成电子。

根据本发明的另一方面，提供了一种方法，包括：提供具有第一导电性的重掺杂衬底；在所述重掺杂衬底上生长轻掺杂外延层；从所述衬底的正面将具有第二导电性的离子注入到所述外延层中；从所述衬底的正面将具有所述第一导电性的离子注入到所述外延层中；减薄所述重掺杂衬底，直到露出所述轻掺杂外延层；以及从所述衬底的背面将具有所述第二导电性的离子注入到所述外延层中。

在所述方法中，所述第一导电性是p型；以及所述第二导电性是n型。

在所述方法中，进一步包括：在所述外延层上形成P+层；以及对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+层上形成滤色器层；以及在所述滤色器层上形成微透镜层。