CN103094296A - 背照式cmos影像传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种背照式CMOS影像传感器及其制造方法，其中，所述背照式CMOS影像传感器包括：晶圆；形成于所述晶圆上的蒸气氧化层；形成于所述蒸气氧化层上的热膨胀缓冲层；形成于所述热膨胀缓冲层上的高K介质层；其中，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间。在本发明提供的背照式CMOS影像传感器及其制造方法中，在晶圆和高K介质层之间形成有热膨胀缓冲层，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间，由此，通过所述热膨胀缓冲层能够减小膜层与膜层之间的热膨胀差异，进而避免薄膜剥离现象的发生，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性及良率。

Description

背照式CMOS影像传感器及其制造方法

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影像传感器及其制造方法。

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前照式CMOS影像传感器及背照式CMOS影像传感器，其中，背照式CMOS影像传感器与前照式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，即将感光层的元件入射光路调转方向，让光线能从背面直射进去，避免了在前照式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和厚度的影响，提高了光线接收的效能。

请参考图1，其为现有的背照式CMOS影像传感器的膜堆叠示意图。如图1所示，背照式CMOS影像传感器1包括晶圆10；形成于所述晶圆10上的蒸气氧化层11；形成于所述蒸气氧化层11上的高K介质层12；形成于所述高K介质层12上的金属遮蔽层13；及形成于所述金属遮蔽层13上的滤光片及微透镜组合14。在所述背照式CMOS影像传感器1中，经常会发生薄膜剥落的现象，具体的，请参考图2，其为发生薄膜剥落现象的背照式CMOS影像传感器的透射电子显微镜（TEM）图。如图2所示，背照式CMOS影像传感器出现了薄膜剥离区100，由此该具有薄膜剥离区100的背照式CMOS影像传感器将被报废，从而降低背照式CMOS影像传感器的良率。为了提高背照式CMOS影像传感器的可靠性及良率，本领域技术人员一直在寻找导致薄膜剥离现象产生的原因以及其解决方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背照式CMOS影像传感器及其制造方法，以解决现有的背照式CMOS影像传感器极易产生薄膜剥离现象，从而导致背照式CMOS影像传感器的可靠性及良率低的问题。

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：晶圆；形成于所述晶圆上的蒸气氧化层；形成于所述蒸气氧化层上的热膨胀缓冲层；形成于所述热膨胀缓冲层上的高K介质层；其中，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数为2.5~5.8。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述热膨胀缓冲层包括多层热膨胀缓冲子层，其中，靠近所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于远离所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述热膨胀缓冲层包括两层热膨胀缓冲子层，其中，靠近所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为2.5~4.1，远离所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为4.1~5.8。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述热膨胀缓冲层的厚度为50埃~100埃。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述热膨胀缓冲层的材料为氧化物、氮化物或者氮氧化物。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，还包括：形成于所述高K介质层上的金属遮蔽层；及形成于所述金属遮蔽层上的滤光片及微透镜组合。

本发明还提供一种背照式CMOS影像传感器的制造方法，所述背照式CMOS影像传感器的制造方法包括：

提供晶圆；

在所述晶圆上形成蒸气氧化层；

在所述蒸气氧化层上形成热膨胀缓冲层；

在所述热膨胀缓冲层上形成高K介质层；

其中，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数为2.5~5.8。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，所述热膨胀缓冲层包括两层热膨胀缓冲子层，在所述蒸气氧化层上形成热膨胀缓冲层包括：

在所述蒸气氧化层上形成第一层热膨胀缓冲子层；

在所述第一层热膨胀缓冲子层上形成第二层热膨胀缓冲子层；

其中，第一层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于第二层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数。

发明人发现，造成现有的背照式CMOS影像传感器极易产生薄膜剥离现象的原因在于，晶圆的热膨胀系数与高K介质层的热膨胀系数相差非常大，从而在高温环境中，两者的热膨胀程度相差非常大，进而就容易导致薄膜剥离现象的发生。在本发明提供的背照式CMOS影像传感器及其制造方法中，在晶圆和高K介质层之间形成有热膨胀缓冲层，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间，由此，通过所述热膨胀缓冲层能够减小膜层与膜层之间的热膨胀差异，进而避免薄膜剥离现象的发生，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性及良率。

附图说明

图1是现有的背照式CMOS影像传感器的膜堆叠示意图；

图2是发生薄膜剥落现象的背照式CMOS影像传感器的透射电子显微镜（TEM）图；

图3是本发明实施例一的背照式CMOS影像传感器的膜堆叠示意图；

图4是本发明实施例二的背照式CMOS影像传感器的膜堆叠示意图。

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影像传感器及其制造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。

现有的背照式CMOS影像传感器极易发生薄膜剥离现象，造成背照式CMOS影像传感器的可靠性及良率较低。发明人对此进行了深入的研究，发现造成现有的背照式CMOS影像传感器极易产生薄膜剥离现象的原因在于，晶圆的热膨胀系数与高K介质层的热膨胀系数相差非常大，通常的，晶圆（主要材料为硅）的热膨胀系数在2.5（测定温度：20℃；单位10^-6/K，本申请文件中的热膨胀系数的测定温度及单位均相同）左右，高K介质层（主要材料为HfO₂）的热膨胀系数在5.8左右；而在制造背照式CMOS影像传感器的过程中，器件一直处于较高的温度环境中，由此，晶圆与高K介质层之间较大的热膨胀系数差异将导致晶圆与高K介质层之间较大的热膨胀程度差异，由于热膨胀程度的不同，高K介质层将极易从晶圆上脱离，即造成薄膜剥离现象。

在现有的背照式CMOS影像传感器中，晶圆和高K介质层之间形成有蒸气氧化层（steam oxide），该蒸气氧化层通过高温工艺形成，能够修复/减少晶圆的表面缺陷，通常的，该蒸气氧化层的厚度在10埃左右，即该蒸气氧化层是一层非常薄的膜层。因此，在关于前述提到的热膨胀这一问题上，由于该蒸气氧化层非常薄，其对于晶圆或者高K介质层的影响可以忽略不计。

综上，造成现有的背照式CMOS影像传感器极易产生薄膜剥离现象的原因在于，晶圆的热膨胀系数与高K介质层的热膨胀系数相差非常大，从而在高温环境中，两者的热膨胀程度相差非常大，进而就容易导致薄膜剥离现象的发生。为了解决上述问题，本申请提出了如下技术方案：

【实施例一】

请参考图3，其为本发明实施例一的背照式CMOS影像传感器的膜堆叠示意图。如图3所示，所述背照式CMOS影像传感器3包括：晶圆30；形成于所述晶圆上的蒸气氧化层31；形成于所述蒸气氧化层上的热膨胀缓冲层32；形成于所述热膨胀缓冲层上的高K介质层33；其中，所述热膨胀缓冲层32的热膨胀系数介于晶圆30的热膨胀系数和高K介质层33的热膨胀系数之间。

优选的，所述热膨胀缓冲层32的热膨胀系数为2.5~5.8，进一步的，所述热膨胀缓冲层32的热膨胀系数为3.0~5.2，例如所述热膨胀缓冲层32的热膨胀系数为3.2、3.4、3.6、3.8、4.0、4.2、4.4、4.6、4.8或者5.0。通过所述热膨胀缓冲层32能够减小膜层与膜层之间的热膨胀差异，特别的，减小晶圆30与高K介质层33之间的热膨胀差异，进而避免薄膜剥离现象的发生，提高背照式CMOS影像传感器3的可靠性及良率。

优选的，所述热膨胀缓冲层32的厚度为50埃~100埃，例如所述热膨胀缓冲层32的厚度为60埃、65埃、70埃、75埃、80埃、85埃、90埃或者95埃。所述热膨胀缓冲层32的材料为氧化物、氮化物或者氮氧化物，例如，所述热膨胀缓冲层32的材料为氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅。

在本实施例中，所述背照式CMOS影像传感器3还包括：形成于所述高K介质层33上的金属遮蔽层34；及形成于所述金属遮蔽层34上的滤光片及微透镜组合35。其中，所述金属遮蔽层34能够防止色彩串扰，提高背照式CMOS影像传感器3的质量。

相应的，本实施例还提供了一种背照式CMOS影像传感器的制造方法。请继续参考图3，所述背照式CMOS影像传感器的制造方法包括：

提供晶圆30；

在所述晶圆30上形成蒸气氧化层31；

在所述蒸气氧化层31上形成热膨胀缓冲层32；

在所述热膨胀缓冲层32上形成高K介质层33；

其中，所述热膨胀缓冲层32的热膨胀系数介于晶圆30的热膨胀系数和高K介质层33的热膨胀系数之间。

在本实施例中，所述热膨胀缓冲层32通过热生长或者化学气相沉积的方式形成。在本实施例中，还在所述高K介质层33上形成金属遮蔽层34，在所述金属遮蔽层34上形成滤光片及微透镜组合35。

在本实施例中，通过所述热膨胀缓冲层32能够减小膜层与膜层之间的热膨胀差异，特别的，减小晶圆30与高K介质层33之间的热膨胀差异，进而避免薄膜剥离现象的发生，提高背照式CMOS影像传感器3的可靠性及良率。

【实施例二】

请参考图4，其为本发明实施例二的背照式CMOS影像传感器的膜堆叠示意图。如图4所示，所述背照式CMOS影像传感器4包括：晶圆40；形成于所述晶圆上的蒸气氧化层41；形成于所述蒸气氧化层上的热膨胀缓冲层42；形成于所述热膨胀缓冲层上的高K介质层43；形成于所述高K介质层；其中，所述热膨胀缓冲层42的热膨胀系数介于晶圆40的热膨胀系数和高K介质层43的热膨胀系数之间。

在本实施例中，所述热膨胀缓冲层42包括两层热膨胀缓冲子层，具体的，包括第一层热膨胀缓冲子层420及第二层热膨胀缓冲子层421，其中，所述第一层热膨胀缓冲子层420形成于所述蒸气氧化层41上，所述第二层热膨胀缓冲子层421形成于所述第一层热膨胀缓冲子层420上，即所述第一层热膨胀缓冲子层420靠近晶圆40，所述第二层热膨胀缓冲子层421远离所述晶圆40。在此，第一层热膨胀缓冲子层420的热膨胀系数小于第二层热膨胀缓冲子层421的热膨胀系数，也即靠近所述晶圆40的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于远离所述晶圆40的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数。由此，能够使得所述晶圆40和高K介质层43之间的热膨胀系数的变化更加平缓，从而进一步缩小膜层与膜层之间的热膨胀差异，进而避免薄膜剥离现象的发生，提高背照式CMOS影像传感器4的可靠性及良率。

在此，优选的，第一层热膨胀缓冲子层420的热膨胀系数为2.5~4.1，即靠近所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为2.5~4.1；第二层热膨胀缓冲子层421的热膨胀系数为4.1~5.8，即远离所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为4.1~5.8。进一步的，每层热膨胀缓冲子层的厚度为25埃~50埃。

在本发明的其他实施例中，所述热膨胀缓冲层可以包括更多层热膨胀缓冲子层，例如，包括三层热膨胀缓冲子层、四层热膨胀缓冲子层或者五层热膨胀缓冲子层。其中，靠近所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于远离所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数。例如，所述热膨胀缓冲层可以包括三层热膨胀缓冲子层，依次为第一次热膨胀缓冲子层、第二层热膨胀缓冲子层及第三层热膨胀缓冲子层，则优选的，第一次热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于第二层热膨胀缓冲子层，第二层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于第三层热膨胀缓冲子层。优选的，第一层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为2.5~3.6，第二层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为3.6~4.7，第三层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为4.7~5.8；每层热膨胀缓冲子层的厚度为15埃~35埃。

综上，在本发明实施例提供的背照式CMOS影像传感器及其制造方法中，在晶圆和高K介质层之间形成有热膨胀缓冲层，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间，由此，通过所述热膨胀缓冲层能够减小膜层与膜层之间的热膨胀差异，进而避免薄膜剥离现象的发生，提高背照式CMOS影像传感器的可靠性及良率。

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 (10)

1.一种背照式CMOS影像传感器，其特征在于，包括：晶圆；形成于所述晶圆上的蒸气氧化层；形成于所述蒸气氧化层上的热膨胀缓冲层；形成于所述热膨胀缓冲层上的高K介质层；其中，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间。

2.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数为2.5~5.8。

3.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述热膨胀缓冲层包括多层热膨胀缓冲子层，其中，靠近所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于远离所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数。

4.如权利要求3所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述热膨胀缓冲层包括两层热膨胀缓冲子层，其中，靠近所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为2.5~4.1，远离所述晶圆的热膨胀缓冲子层的热膨胀系数为4.1~5.8。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述热膨胀缓冲层的厚度为50埃~100埃。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述热膨胀缓冲层的材料为氧化物、氮化物或者氮氧化物。

7.如权利要求1至4中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，还包括：形成于所述高K介质层上的金属遮蔽层；及形成于所述金属遮蔽层上的滤光片及微透镜组合。

8.一种背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，包括：

提供晶圆；

在所述晶圆上形成蒸气氧化层；

在所述蒸气氧化层上形成热膨胀缓冲层；

在所述热膨胀缓冲层上形成高K介质层；

其中，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数介于晶圆的热膨胀系数和高K介质层的热膨胀系数之间。

9.如权利要求8所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，所述热膨胀缓冲层的热膨胀系数为2.5~5.8。

10.如权利要求8所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，所述热膨胀缓冲层包括两层热膨胀缓冲子层，在所述蒸气氧化层上形成热膨胀缓冲层包括：

在所述蒸气氧化层上形成第一层热膨胀缓冲子层；

在所述第一层热膨胀缓冲子层上形成第二层热膨胀缓冲子层；

其中，第一层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数小于第二层热膨胀缓冲子层的热膨胀系数。

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