CN102945852A

CN102945852A - 背照式cmos影像传感器及其形成方法

Info

Publication number: CN102945852A
Application number: CN2012105252851A
Authority: CN
Inventors: 费孝爱; 肖海波; 洪齐元
Original assignee: Omnivision Technologies Shanghai Co Ltd
Current assignee: Omnivision Technologies Shanghai Co Ltd
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2012-12-07
Publication date: 2013-02-27

Abstract

本发明提供了一种背照式CMOS影像传感器及其形成方法，其中，所述背照式CMOS影像传感器包括：硅基底；形成于所述硅基底中的光电二极管及隔离结构，其中，所述光电二极管及隔离结构靠近所述硅基底的正面；形成于所述硅基底背面上的应力膜层。通过所述应力膜层能有效地降低载流子的迁移，从而能够减轻/避免背照式CMOS影像传感器中的暗电流问题，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性。

Description

背照式CMOS影像传感器及其形成方法

技术领域

本发明涉及影像传感器技术领域，特别涉及一种背照式CMOS影像传感器及其形成方法。

背景技术

影像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓影像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。影像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见影像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。可以说，现代人类活动已经无法离开影像传感器了。

影像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置（Charge-CoupledDevice）影像传感器（亦即俗称CCD影像传感器）以及CMOS（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）影像传感器，其中CMOS影像传感器即基于互补型金属氧化物半导体（CMOS）技术而制造。由于CMOS影像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将影像传感器以及其所需要的外围电路加以整合，从而使得CMOS影像传感器具有更广的应用前景。

按照接收光线的位置的不同，CMOS影像传感器可以分为正照式CMOS影像传感器及背照式CMOS影像传感器，其中，背照式CMOS影像传感器与正照式CMOS影像传感器相比，最大的优化之处就是将元件内部的结构改变了，即将感光层的元件调转方向，让光线能从背面直射进去，避免了在正照式CMOS影像传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的结构的影响，提高了光线接收的效能。

但是，背照式CMOS影像传感器同样面临着一些困扰，其中，比较严重的一个问题就是暗电流（dark current）问题。暗电流问题是指在无光线照射的情况下，由于载流子的迁移，光电二极管检测到了电流，从而降低了光电二极管的可靠性，进而降低了背照式CMOS影像传感器的可靠性。

为此，现有技术在形成背照式CMOS影像传感器的过程中采用了离子注入及退火工艺，以期减轻暗电流问题。请参考图1，其为现有工艺形成的背照式CMOS影像传感器的结构示意图。如图1所示，现有工艺形成的背照式CMOS影像传感器1包括：硅基底10；形成于所述硅基底10中的光电二极管11及隔离结构12，其中，所述光电二极管11及隔离结构12靠近所述硅基底10的正面；形成于所述硅基底10正面上的介质金属层13；及形成于所述硅基底10中的离子注入层14，其中，所述离子注入层14靠近所述硅基底10的背面。

通过所述离子注入层14能够在一定程度上抑制载流子的迁移，从而减轻暗电流问题，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性。其中，所述离子注入层14具体需要通过如下两步工艺形成：1、对硅基底10执行离子注入工艺，以形成离子注入材料层（图1中未示出）；2、对离子注入材料层执行退火工艺，以激活注入离子，形成离子注入层。

在该离子注入层14的形成过程中，面临两个问题：1、无法精确控制离子注入的深度，从而将导致离子注入层14的深度不可控（或者说较难控制）；2、需要较为复杂的退火工艺激活注入离子，工艺成本较高。

综上，形成一种暗电流问题较轻的背照式CMOS影像传感器，特别的，该背照式CMOS影像传感器所需的制造工艺简单、可靠，成了本领域技术人员不断追求的一个目标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背照式CMOS影像传感器及其形成方法，以解决现有的背照式CMOS影像传感器中存在的暗电流问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式CMOS影像传感器，所述背照式CMOS影像传感器包括：硅基底；形成于所述硅基底中的光电二极管及隔离结构，其中，所述光电二极管及隔离结构靠近所述硅基底的正面；形成于所述硅基底背面上的应力膜层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，在所述硅基底和应力膜层之间形成有氧化硅层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，当所述硅基底为N型硅基底时，所述应力膜层为拉应力膜层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述拉应力膜层经过了紫外线照射。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，当所述硅基底为P型硅基底时，所述应力膜层为压应力膜层。

本发明还提供一种背照式CMOS影像传感器的形成方法，所述背照式CMOS影像传感器的形成方法包括：

提供硅基底，所述硅基底中形成有光电二极管及隔离结构，其中，所述光电二极管及隔离结构靠近所述硅基底的正面；

在所述硅基底的背面上形成应力膜层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法中，利用化学气相沉积工艺形成所述应力膜层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法中，在所述硅基底的背面上形成应力膜层之前，还包括：

对所述硅基底执行热氧化工艺，以在所述硅基底的背面上形成氧化硅层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法中，当所述硅基底为N型硅基底时，所述应力膜层为拉应力膜层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法中，在所述硅基底的背面上形成拉应力膜层之后，还包括：

对所述拉应力膜层执行紫外线照射工艺。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法中，当所述硅基底为P型硅基底时，所述应力膜层为压应力膜层。

在本发明提供的背照式CMOS影像传感器及其形成方法中，通过所述应力膜层能有效地降低载流子的迁移，从而能够减轻/避免背照式CMOS影像传感器中的暗电流问题，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性。

附图说明

图1是现有工艺形成的背照式CMOS影像传感器的结构示意图；

图2是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法的流程示意图；

图3a~3c是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法所形成的器件的结构示意图；

图4是本发明实施例中的拉应力膜层经过紫外线照射后的参数变化示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的背照式CMOS影像传感器及其形成方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图2，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法的流程示意图。如图2所示，在本实施例中，所述背照式CMOS影像传感器的形成方法包括：

S20：提供硅基底，所述硅基底中形成有光电二极管及隔离结构，其中，所述光电二极管及隔离结构靠近所述硅基底的正面；

S21：对所述硅基底执行热氧化工艺，以在所述硅基底的背面上形成氧化硅层；

S22：在所述氧化硅层上形成拉应力膜层；

S23：对所述拉应力膜层执行紫外线照射工艺。

在本实施例中，所选取的硅基底为N型硅基底，由此，所选取的应力膜层为拉应力膜层；在本发明的其他实施例中，所选取的硅基底可以为P型硅基底，由此，所选取的应力膜层为压应力膜层。

在此，通过所述应力膜层能有效地降低载流子的迁移，从而能够减轻/避免背照式CMOS影像传感器中的暗电流问题，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性。

接下去，本实施例将针对所选取的硅基底为N型硅基底，所选取的应力膜层为拉应力膜层的情况予以进一步描述，同时，关于所选取的硅基底为P型硅基底，所选取的应力膜层为压应力膜层的情况亦可适应性的参考下述描述，本申请对此不再赘述。

请参考图3a~3c，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的形成方法所形成的器件的结构示意图。所述背照式CMOS影像传感器的形成方法具体如下：

如图3a所示，提供硅基底30，所述硅基底30中形成有光电二极管31及隔离结构32，其中，所述光电二极管31及隔离结构32靠近所述硅基底30的正面。在图3a中示意性地示出了一个光电二极管31及两个隔离结构32，该两个隔离结构32以将光电二极管31与其他光电二极管相隔离，从而保证光电二极管31的可靠性。

在本实施例中，所述硅基底30的正面上还形成有介质金属层33，所述介质金属层33具体可包括多层金属层及多层介质层，所述介质层用以隔离金属层，各金属层之间可通过接触孔连接，以实现信号的传递。此为现有技术，本申请对此不再赘述。

在本实施例中，所述硅基底30为N型硅基底，在所述N型硅基底中所形成的光电二极管31为P型光电二极管。由此可知，对于光电二极管31而言，空穴作为电荷载流子。

基此，发明人考虑到，为了避免背照式CMOS影像传感器中的暗电流问题，则需要降低硅基底30中空穴的迁移率，即降低硅基底30中的空穴进入光电二极管中，由此，本申请的发明人提出了下述工艺/结构，以降低硅基底30中的空穴的迁移率，从而避免/减轻背照式CMOS影像传感器中的暗电流问题。

同时，根据上述表述可知，当硅基底为P型硅基底时，在所述P型硅基底中所形成的光电二极管为N型光电二极管。由此可知，对于光电二极管而言，电子作为电荷载流子，那么相应的就需要降低硅基底中的电子的迁移率。因此，关于硅基底为P型硅基底的情况，可相应参考硅基底为N型硅基底的情况。在本实施例所公开的基础上，本领域技术人员可十分方便的实现降低P型硅基底所形成的背照式CMOS影像传感器中的暗电流。

在本实施例中，在硅基底30的背面形成拉应力膜层之前，先对硅基底30执行了一道热氧化工艺。

如图3b所示，对所述硅基底30执行热氧化工艺，以在所述硅基底30的背面上形成氧化硅层34。通常的，在形成了如图3a所示的结构之后，将对硅基底30执行减薄工艺，一般减薄至2.5微米左右，以提高光电二极管31对于光线的接收。减薄工艺往往会造成硅基底30背面的晶格损坏，因此，在本实施例中，对硅基底30执行热氧化工艺，在硅基底30的背面形成氧化硅层34，对晶格损坏进行修复。

接着，如图3c所示，在所述硅基底30的背面上形成应力膜层35（也就是拉应力膜层35）。当然，在本实施例中，更具体的是在氧化硅层34的表面形成拉应力膜层35，即间接的在所述硅基底30的背面形成拉应力膜层35，易知的，若没有上述热氧化工艺，则将直接的在所述硅基底30的背面形成拉应力膜层35。其中，所述拉应力膜层35的材料可以为金属、氧化物等，例如：氮化硅、含氮的碳化硅（NDC）等。拉应力膜层35的材料可以在现在已知的可以形成拉应力膜层的材料中任意选取，本申请对此并不做限定。

通过所述拉应力膜层35将抑制/降低硅基底30中空穴的迁移率，从而降低了空穴进入光电二极管31的几率，进而便可减少（背照式CMOS影像传感器中的）暗电流，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性。此外，所述拉应力膜层35还能够促使光生电荷载流子向光电二极管31移动，从而增加光电二极管31对光线捕捉的准确性和灵敏度，进而提高背照式CMOS影像传感器对图像显示的准确性和灵敏度。

在本实施例中，所述拉应力膜层35通过化学气相沉积工艺形成，优选的，通过增强型等离子体化学气相沉积工艺（PECVD）形成。所述PECVD工艺，工艺简单，且成膜质量可靠，从而能够保证所形成的拉应力膜层35的可靠性。

进一步的，在本实施例中，还对所形成的拉应力膜层35执行紫外线照射工艺，由此，可进一步提高拉应力膜层35的应力，进而更好地抑制硅基底30中空穴的迁移率，从而避免/减轻背照式CMOS影像传感器中的暗电流问题。

请参考图4，其为本发明实施例中的拉应力膜层经过紫外线照射后的参数变化示意图。如图4所示，其中，L1表示随着紫外线的照射，拉应力膜层35中氢的减少量（单位为：百分比）；L2表示随着紫外线的照射，拉应力膜层35的应力大小（单位为：MPa）。从图4中可见，在经过1~2分钟的紫外线照射之后，拉应力膜层35的应力得到了极大的提供，由此可进一步降低硅基底30中的空穴的迁移率，从而避免/减轻背照式CMOS影像传感器中的暗电流问题。

请继续参考图3c，通过上述背照式CMOS影像传感器的形成方法，便可得到背照式CMOS影像传感器3，所述背照式CMOS影像传感器3包括：

硅基底30；形成于所述硅基底30中的光电二极管31及隔离结构32，其中，所述光电二极管31及隔离结构32靠近所述硅基底30的正面；形成于所述硅基底30背面上的应力膜层35。

在此，所述背照式CMOS影像传感器3还包括氧化硅层34，所述氧化硅层34位于硅基底30和应力膜层35之间。

在本实施例提供的背照式CMOS影像传感器3及其形成方法中，通过所述应力膜层35能有效地降低载流子的迁移，从而能够减轻/避免背照式CMOS影像传感器3中的暗电流问题，提高背照式CMOS影像传感器3的可靠性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种背照式CMOS影像传感器，其特征在于，包括：硅基底；形成于所述硅基底中的光电二极管及隔离结构，其中，所述光电二极管及隔离结构靠近所述硅基底的正面；形成于所述硅基底背面上的应力膜层。

2.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，在所述硅基底和应力膜层之间形成有氧化硅层。

3.如权利要求1或2所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，当所述硅基底为N型硅基底时，所述应力膜层为拉应力膜层。

4.如权利要求3所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述拉应力膜层经过了紫外线照射。

5.如权利要求1或2所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，当所述硅基底为P型硅基底时，所述应力膜层为压应力膜层。

6.一种背照式CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，包括：

在所述硅基底的背面上形成应力膜层。

7.如权利要求6所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，利用化学气相沉积工艺形成所述应力膜层。

8.如权利要求6所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，在所述硅基底的背面上形成应力膜层之前，还包括：

9.如权利要求6至8中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，当所述硅基底为N型硅基底时，所述应力膜层为拉应力膜层。

10.如权利要求9所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，在所述硅基底的背面上形成拉应力膜层之后，还包括：

对所述拉应力膜层执行紫外线照射工艺。

11.如权利要求6至8中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器的形成方法，其特征在于，当所述硅基底为P型硅基底时，所述应力膜层为压应力膜层。