CN103077883B - 一种背照式cmos影像传感器制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种晶圆表面缺陷修复方法，利用等离子体将氧气进行去耦合化，形成高能的氧自由基，与基底硅进行反应，形成氧化物，修复表面缺陷。本发明利用去耦合等离子氧化物方法，降低硅基底背面减薄造成的表面缺陷，通过在硅基底背面减薄后的表面上形成一层去耦合等离子氧化物DPO，降低硅基底背面减薄造成的表面缺陷，解决了因表面缺陷所引起的传感器的暗电流和白像素等问题，使得能够制造出优质的背照式CMOS影像传感器。

Description

一种背照式CMOS影像传感器制作方法

技术领域

本发明涉及半导体器件制造工艺领域，尤其涉及一种背照式CMOS影像传感器制作方法。

背景技术

在制造背照式CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor/互补金属氧化物)影像传感器的方法过程中，需要将器件晶圆的背面减薄，以使入射光从背面摄入光电二极管，在减薄的过程中往往会造成硅基底的破坏，产生表面缺陷，造成传感器的暗电流和白像素等问题。现有技术中是采用在晶圆背面减薄后淀积蒸汽氧化物的方式来解决表面缺陷的问题。淀积蒸汽氧化物是使用携带水蒸气的氧气代替干氧作为氧化气体，水蒸汽也常由蒸汽供给，称为热蒸汽。在氧化生长中，湿氧反应会产生一层二氧化硅膜。潮湿环境有更快的生长速率是由于水蒸汽比氧气在二氧化硅中扩散更快、溶解度更高。虽然采用蒸汽氧化物可以在一定程度上缓解表面缺陷的问题，但是反应生成的氢分子会束缚在固态的二氧化硅层中，使得表面缺陷修复的效果仍然不佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种背照式CMOS影像传感器制作方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种背照式CMOS影像传感器制作方法，包括如下步骤：

步骤201:器件晶圆平坦化；

步骤202:载片与晶圆键合；

步骤203：器件晶圆背面减薄；

步骤204：在基底硅的表面形成去耦合等离子氧化物对晶圆表面缺陷修复；

步骤205：淀积高介质层；

其中在步骤204中，对晶圆表面缺陷修复为：通过射频使氧气分子在室温下去耦合化，形成高能的氧自由基，所述氧自由基与放置在反应腔中的基底硅进行反应，在基底硅的表面上形成去耦合等离子氧化物。

本发明的有益效果是：通过在硅基底背面减薄后的表面上形成一层去耦合等离子氧化物DPO(decoupled Plasma oxide，简称DPO)层，降低硅基底背面减薄造成的表面缺陷(surface defect)，解决了因表面缺陷所引起的传感器的暗电流(dark current)和白像素(white pixel)等问题，使得能够制造出优质的背照式CMOS影像传感器。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，通过高能等离子体的作用，使氧气分子在室温下去耦合。

进一步，所述反应腔的腔体压力为10到90mT(milli Torr/毫托，1托＝133.3223684帕)。

进一步，所述反应腔腔体内通入的氧气气体流量为120到280sccm(standard cubic centimeter per minute标准状态毫升/分，标准状态为0摄氏度，1个标准大气压)。

进一步，与所述反应腔连接的射频源的射频功率为1至3kW(千瓦)。

采用上述进一步方案的有益效果是:通过将反应腔的腔体压力控制到10-90mT，氧气气体流量控制到120-280sccm和射频源的射频功率控制到1-3kW之间来提高去耦合等离子氧化物的质量。

附图说明

图1为实施例背照式CMOS影像传感器结构示意图；

图2为背照式CMOS影像传感器传统制作方法流程图；

图3为本发明实施例背照式CMOS影像传感器制作方法流程图；

图4为本发明实施例去耦合等离子氧化物DPO淀积示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、镜片，2、受光面，3、衬底，4、金属电路层，5、光电二极管，6、彩色滤光片，7、表面缺陷，8、氧化层。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

图1为背照式影像CMOS传感器结构示意图，如图1所示，背照式CMOS影像传感器包括镜片1，透镜下面依次设置有彩色滤光片6，彩色滤光片6下面依次设置有光电二极管5和金属电路层4，受光面2位于彩色滤光片6与衬底3之间，衬底3上形成有光电二极管5。由于晶硅的前端构建影像传感器，其将彩色滤光片以及镜片放置于像素的背部，光线通过镜片后就可以直接到达感光层的背面，完成光电反应。

图2为背照式CMOS影像传感器传统制作方法流程图，背照式CMOS影像传感器传统制作方法中包括如下步骤：步骤101，器件晶圆平坦化；步骤102，载片与晶圆键合；步骤103，器件晶圆背面减薄；步骤104，淀积蒸汽氧化物；步骤105，淀积高介质层；步骤106，后续工艺步骤。具体的，通过化学机械抛光的方法将晶圆表面平坦化，器件晶圆键合于载片上之后，通过研磨和湿法刻蚀方法进形背面减薄。在晶圆背面减薄过程中，由于晶圆表面会产生表面缺陷，表面缺陷会造成传感器的暗电流(dark current)和白像素(white pixel)等问题，因而需要进行修复缺陷的处理，传统方法是通过其上面淀积蒸汽氧化物进行修复。淀积蒸汽氧化物之后再继续淀积一高介质层，接着进行其它后续方法步骤。

图3为本发明实施例背照式CMOS影像传感器制作方法流程图，如图3所示，背照式CMOS影像传感器制作方法流程图，包括如下步骤：步骤201，器件晶圆平坦化；步骤202，载片与晶圆键合；步骤203，器件晶圆背面减薄；步骤204，在基底硅的表面形成去耦合等离子氧化物；步骤205，淀积高介质层；步骤206，后续工艺步骤。对照步骤104和步骤204，在器件晶圆背面减薄方法之后，采用本发明的缺陷修复方法，通过利用去耦合等离子体氧化物来替代传统的蒸气氧化物的方法降低器件晶圆的背面缺陷。形成去耦合等离子体氧化物具体过程是，通过高能等离子体将氧气进行去耦合化，形成高能、活性强的氧自由基与放置在反应腔中的基底硅进行反应，形成氧化物以修复硅基底背面减薄造成的表面缺陷。射频源(或射频发生器)在反应腔中施加射频，使进入反应腔气体分子分解，产生高能等离子体。射频功率的频率大小取决于实际应用中的需要，典型的值为40kHz(千赫兹)，40kHz。

等离子体是由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，由离子、电子以及未电离的中性粒子的集合组成，整体呈中性。

自由基(free radical)是指含有未成对电子的原子、原子团、分子或离子，氧自由基是指含有不成对电子的氧。

图4是本发明实施例去耦合等离子氧化物DPO淀积示意图，如图4所示，晶圆背面减薄后，产生表面缺陷7，通过高能等离子体作用，使氧气分子在较低温度(室温)下去耦合，形成高能、活性强的氧自由基，与放置在反应腔中的基底硅进行反应，形成氧化物8，修复硅基底背面减薄造成表面缺陷。修复表面缺陷的同时，避免过高温度对传感器的损伤，过高温度是指400摄氏度以及400摄氏度以上的温度。其它具体参数如下：反应腔的腔体压力(pressure)：10～90mT(毫托)，气体流量(gas flow):120～280sccm(标准毫升/分)，产生等离子体的射频功率(RF power):1～3kW(千瓦特)。

通过实验证明，在实验参数为：腔体压力(pressure)：20mT，气体流量(gas flow):200sccm(标准毫升/分)，射频功率(RF power):2kW(2千瓦特)的条件下，生成耦合等离子氧化物的中间厚度为29埃，边缘厚度为33埃，达到了修复缺陷的目的，并且修复效果较佳。

通过在硅基底背面减薄后的表面上形成一层去耦合等离子氧化物DPO(decoupled Plasma oxide，简称DPO)层，降低硅基底背面减薄造成的表面缺陷(surface defect)，解决了因表面缺陷所引起的传感器的暗电流(darkcurrent)和白像素(white pixel)等问题，使得能够制造出优质的背照式CMOS影像传感器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种背照式CMOS影像传感器制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤201:器件晶圆平坦化；

步骤202:载片与晶圆键合；

步骤203：器件晶圆背面减薄；

步骤204：在基底硅的表面形成去耦合等离子氧化物对晶圆表面缺陷修复；

步骤205：淀积高介质层；

其中在步骤204中，对晶圆表面缺陷修复为：通过射频使氧气分子在室温下去耦合化，形成高能的氧自由基，所述氧自由基与放置在反应腔中的基底硅进行反应，在基底硅的表面上形成去耦合等离子氧化物。

2.根据权利要求1所述的一种背照式CMOS影像传感器制作方法，其特征在于：所述反应腔内腔体压力为10至90milliTorr。

3.根据权利要求1或2所述的一种背照式CMOS影像传感器制作方法，其特征在于：所述反应腔腔体内通入的氧气气体流量为120到280sccm。

4.根据权利要求1或2所述的一种背照式CMOS影像传感器制作方法，其特征在于：所述射频由等离子体射频发生器产生。

5.根据权利要求4所述的一种背照式CMOS影像传感器制作方法，其特征在于：所述等离子体射频发生器产生的射频功率为1至3kW。