CN103346162B - 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，所述制造方法包括：提供晶圆，所述晶圆中形成有多个光电二极管；在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层，所述触蚀刻停止层的材料为SiN，形成所述触蚀刻停止层的工艺条件为：射频功率：2000W～3000W；间距：1000mil～2500mil；压力：4.1Torr～4.3Torr；温度：300℃～380℃。由此所形成的背照式CMOS影像传感器中的触蚀刻停止层具有较高的反射率，从而能够较好的将照射其上的光线反射进光电二极管中，提高了量子转换效率。

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。

传统的CMOS影像传感器系采用前面照明（Front Side Illumination，FSI）技术来制造像素阵列上的像素，其入射光需经过像素的前端（front side）才能到达光感测区域（photo-sensing area）。也就是说，传统的前面照明CMOS影像传感器的结构，使得入射光需要先通过介电层（dielectric layer）、金属层（metallayer）之后才会到达光感测区域，而这导致传统CMOS影像传感器需面临低量子转换效率（quantum efficiency）、像素间严重的交叉干扰（cross talk）以及暗电流（dark current）等等问题。

为此，现有技术中提出了另一种CMOS影像传感器，其为背面照明（BackSide Illumination，BSI）的CMOS影像传感器，也称背照式CMOS影像传感器。不同于前面照明技术，背照式CMOS影像传感器由硅晶（silicon）的前端构建影像传感器，其将彩色滤光片（color filter）以及微镜片（microlens）放置于像素的背部（back side），使得入射光由影像传感器的背部进入影像传感器。相较于前面照明CMOS影像传感器，这种背照式CMOS影像传感器具有较少的光损失（light loss）以及较高的量子转换效率。

其中，量子转换效率是CMOS影像传感器的一个重要参数，通常的，量子转换效率越高，则CMOS影像传感器的成像质量越高。现有的背照式CMOS影像传感器的量子转换效率虽较前面照明CMOS影像传感器要好，但是，为了获取更高的成像质量，仍希望提高背照式CMOS影像传感器的量子转换效率。

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，以提高现有的背照式CMOS影像传感器的量子转换效率。

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，所述晶圆中形成有多个光电二极管；

在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层，所述触蚀刻停止层的材料为SiN，形成所述触蚀刻停止层的工艺条件为：

射频功率：2000W～3000W；

间距：1000mil～2500mil；

压力：4.1Torr～4.3Torr；

温度：300℃～380℃。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层之前，还包括：

在所述晶圆的正面形成多晶硅层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层之后，还包括：

在所述触蚀刻停止层的表面形成金属互连层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，还包括：

刻蚀所述晶圆，在每相邻两个光电二极管之间形成沟槽，利用高K介质填充所述沟槽，形成隔离结构。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，利用高K介质填充所述沟槽的同时，在所述晶圆的背面形成高K介质层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，还包括：

在所述高K介质层的表面形成金属遮蔽层。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法中，还包括：

在所述金属遮蔽层的表面形成滤光片；及

在所述滤光片的表面形成微透镜。

本发明还提供一种通过上述的背照式CMOS影像传感器的制造方法所制得的背照式CMOS影像传感器，所述背照式CMOS影像传感器包括：

晶圆，所述晶圆中形成有多个光电二极管；

位于所述晶圆正面的触蚀刻停止层，所述触蚀刻停止层的材料为SiN。

在本发明提供的背照式CMOS影像传感器及其制造方法中，通过特定工艺条件形成触蚀刻停止层，所形成的触蚀刻停止层具有较高的反射率，从而能够较好的将照射其上的光线反射进光电二极管中，提高了量子转换效率。

附图说明

图1是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的制造方法的流程示意图；

图2a～2d是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的制造方法所形成的器件的结构示意图。

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。

请参考图1，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的制造方法的流程示意图。如图1所示，所述背照式CMOS影像传感器的制造方法包括：

S10：提供晶圆，所述晶圆中形成有多个光电二极管；

S11：在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层（contact etch stop layer，CESL），所述触蚀刻停止层的材料为SiN，形成所述触蚀刻停止层的工艺条件为：

射频功率：2000W～3000W；

间距：1000mil～2500mil；

压力：4.1Torr～4.3Torr；

温度：300℃～380℃。

现有工艺中，形成触蚀刻停止层的工艺条件通常为：

射频功率：400W；

间距：550mil；

压力：4.2Torr；

温度：400℃。

通过现有工艺所形成的触蚀刻停止层将照射其上的光线予以吸收或者透射了，由此造成了入射光的损失，不能够获取较高的量子转换效率。

本申请发明人发现，当形成触蚀刻停止层的工艺条件为射频功率：2000W～3000W；间距（即触蚀刻停止层材料的喷出面至晶圆间的距离）：1000mil～2500mil；压力：4.1Torr～4.3Torr；温度：300℃～380℃时，触蚀刻停止层的性能将发生质的改变，其能够较好的将照射其上的光线反射进光电二极管中，提高了量子转换效率。

请参考下表一，申请人发现，当形成触蚀刻停止层的工艺条件在如下参数：射频功率：2000W～3000W；间距：1000mil～2500mil；压力：4.2Torr（可上下略有浮动）；温度：300℃～380℃范围内时，参数每发生10个单位的上升，能够造成折射系数n与消光系数k的变化，例如，射频功率每发生10个单位的上升，将导致折射系数n下降0.05、消光系数k下降0.02；间距每发生10个单位的上升，将导致折射系数n下降0.03、消光系数k下降0.01；温度每发生10个单位的上升，将导致折射系数n上升0.02、消光系数k上升0.02。

表一

具体的，请参考图2a～2d，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的制造方法所形成的器件的结构示意图。

如图2a所示，提供晶圆20，所述晶圆20中形成有多个光电二极管21。

接着，如图2b所示，在所述晶圆20的正面形成触蚀刻停止层22，所述触蚀刻停止层22的材料为SiN，形成所述触蚀刻停止层22的工艺条件为：射频功率：2000W～3000W；间距：1000mil～2500mil；压力：4.1Torr～4.3Torr；温度：300℃～380℃。在本实施例中，在所述晶圆20的正面形成触蚀刻停止层22之前，还包括：在所述晶圆20的正面形成多晶硅层23。通过所述多晶硅层23形成背照式CMOS影像传感器所需的功能器件，例如晶体管等。

接着，如图2c所示，在所述晶圆20的正面形成触蚀刻停止层22之后，在所述触蚀刻停止层22的表面形成金属互连层24。其中，所述金属互连层24包括介质层及形成于所述介质层中的金属互连线240，所述金属互连线240与所述多晶硅层23相连（相接触）。通过所述金属互连线240的连接，实现功能器件的互连，以形成不同性能的功能电路。

接着，如图2d所示，在本实施例中，进一步包括：刻蚀所述晶圆20，在每相邻两个光电二极管21之间形成沟槽，利用高K介质填充所述沟槽，形成隔离结构25。由于所述隔离结构25的材料为高K介质层，其提高了电子跃迁势垒，从而能够阻挡光电二极管21之间的电学串扰。在本实施例中，利用高K介质填充所述沟槽的同时，在所述晶圆20的背面形成高K介质层26。

在本实施例中，在形成高K介质层26之后，接着在所述高K介质层26的表面形成金属遮蔽层（图2d中未示出）；在所述金属遮蔽层的表面形成滤光片27；及在所述滤光片27的表面形成微透镜28。

通过上述背照式CMOS影像传感器的制造方法将形成如下背照式CMOS影像传感器，其包括：

晶圆20，所述晶圆20中形成有多个光电二极管21；

位于所述晶圆20正面的触蚀刻停止层22，所述触蚀刻停止层11的材料为SiN。

上述背照式CMOS影像传感器中的触蚀刻停止层具有较高的反射率，从而能够较好的将照射其上的光线反射进光电二极管中，提高了量子转换效率。

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 (8)

1.一种背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，包括：

提供晶圆，所述晶圆中形成有多个光电二极管；

在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层，所述触蚀刻停止层的材料为SiN，形成所述触蚀刻停止层的工艺条件为：

射频功率：2000W～3000W；

间距：1000mil～2500mil；

压力：4.1Torr～4.3Torr；

温度：300℃～380℃。

2.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层之前，还包括：

在所述晶圆的正面形成多晶硅层。

3.如权利要求2所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，在所述晶圆的正面形成触蚀刻停止层之后，还包括：

在所述触蚀刻停止层的表面形成金属互连层。

4.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，还包括：

刻蚀所述晶圆，在每相邻两个光电二极管之间形成沟槽，利用高K介质填充所述沟槽，形成隔离结构。

5.如权利要求4所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，利用高K介质填充所述沟槽的同时，在所述晶圆的背面形成高K介质层。

6.如权利要求5所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，还包括：

在所述高K介质层的表面形成金属遮蔽层。

7.如权利要求6所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法，其特征在于，还包括：

在所述金属遮蔽层的表面形成滤光片；及

在所述滤光片的表面形成微透镜。

8.一种如权利要求1～7中任一项所述的背照式CMOS影像传感器的制造方法所制得的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，包括：

晶圆，所述晶圆中形成有多个光电二极管；

位于所述晶圆正面的触蚀刻停止层，所述触蚀刻停止层的材料为SiN。