[发明专利]一种用低温裂片硅晶圆制备背照射CMOS图像传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造技术领域，尤其涉及一种用低温裂片硅晶圆制备背照式CMOS图像传感器的方法。

背景技术

图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器一般被划分为电荷耦合器件（CCD）图像传感器和互补型金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器（CIS）。

在现有技术的图像传感器中，采用离子注入在衬底中形成光电二极管。由于为了在不增加芯片尺寸的情况下增加像素的数目，光电二极管的尺寸越来越小，每个光电二极管的光接收部分的面积也越来越小，导致图像质量极大下降。

业界为克服上述局限，进行了以下尝试：通过经由晶片的背部接收光，最小化光接收部分的上表面的高度并且消除由于金属布线引起的光干涉。利用这种方法的图像传感器称为背照式（BSI）图像传感器。

背照式图像传感器是指采用从背面对传感器进行照明的图像传感器，光线首先进入感光二极管，感光二极管从入射方向上来看位于金属互联层的上方；而正照式图像传感器的感光二极管从光线入射方向上看，位于金属互联层的下方。采用BSI构建像素，光线无需穿过金属互连层。

背照式图像传感器相较于正照式图像传感器具有如下优点：背照式图像传感器的主要优势在于能够使电气组件与光线分离，使光路和电路能够被独立地优化，从而无需在金属层或者光导管中创建一个孔径，从而减小了入射光的损耗，同时，背照式图像传感器的量子效率较正照式图像传感器要高。另外，由于背照式图像传感器由于不受金属线路和晶体管的阻碍，开口率（即光电转换部分在一个像素中所占的面积比例）可提高至近100%，背照式图像传感器在灵敏度上具有很大优势，从而改善了正照式图像传感器的感光度，显著提高低光照条件下的拍摄效果。随着像素的不断增加，感光元件尺寸的不断缩小，背照式图像传感器的优势越来越明显。

背照式图像传感器虽然具有很大的优势，但是在器件制造方面也面临着很多挑战，例如晶圆贴片和减薄、背面处理对准以及背面界面钝化对准等制造工艺。在背照式图像传感器的制造工艺中，通常使用硅绝缘体（SOI）晶片作为主要晶片，在SOI晶片上形成光接收装置和电路有其独特的优势。

美国专利（公开号：US7582502B1）公开了一种背部照明图像传感器的制造方法，包括：在第一衬底的前部的整个区域中形成离子注入区；在所述第一衬底的前部中形成器件隔离区域以定义像素区域；在所述像素区域中形成光感测单元和读出电路；在所述第一衬底上形成层间绝缘层和金属线；将第二衬底接合至其上形成有金属线的所述第一衬底的前部；除去第一衬底位于所述离子注入层之下的下部，使得在第一衬底的背部的光感测单元是可用的。

该发明在形成离子注入区，将第一衬底和第二衬底键合后，采用高温退火的方法使离子注入区中的离子成为气体并膨胀，从而使得第一衬底在离子注入区崩裂剥离，最后在剥离的表面制备滤光片阵列和微透镜阵列及芯片焊盘开孔，该发明所提供的技术方法能够直接使用第一衬底制备背照式CMOS图像传感器，省略了制备埋层氧化层的步骤，能够节约器件的制造成本，但是该发明直接在第一衬底中形成离子注入区，整片晶圆离子注入的均匀性及纵向深度分布的均匀性都有很大的挑战；另外，为使离子注入区能够崩裂，从而需要进行高温退火工艺，而高温退火的温度通常在500℃～600℃，而此时图像传感器的感光二极管阵列和电路部分CMOS工艺均已完成，而一般CMOS后道工艺要求温度低于450℃，否则将造成芯片失效。

所以，在目前主流的背照式CMOS图像传感器的制造工艺中，并不使用该发明提供的制备方法，而是采用对厚的晶圆进行长时间抛光减薄，再进行激光退火来保证晶圆表面平整度，该方法虽然可以保证芯片性能不受影响，但是成本消耗较大。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供一种用低温裂片硅晶圆制备背照射CMOS图像传感器的方法，以克服现有技术中由于高温退火使得器件性能失效的问题，也克服现有技术中由于采用长时间背面减薄工艺，导致器件生产成本巨大的问题，既降低了器件的生产成本，又能保证器件的良好性能。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种用低温裂片硅晶圆制备背照式CMOS图像传感器的方法，其中，包括以下步骤：

提供一晶圆衬底；

于所述晶圆衬底上沉积一收集层；

于所述收集层上生长一外延层后，对所述外延层和所述收集层进行离子注入工艺；