CN103390625B - 用于bsi图像传感器的背面结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于BSI图像传感器的背面结构和方法。在实施例中，提供衬底，该衬底具有传感器阵列区和外围区并且具有正面和背面；在背面上方形成底部抗反射涂层(BARC)至第一厚度，其位于传感器阵列区和外围区上方；在BARC上方形成第一介电层；形成金属覆盖物；从传感器阵列区上方选择性去除金属覆盖物；从传感器阵列区上方选择性去除第一介电层，其中，在选择性去除第一介电层的过程中还去除一部分第一厚度的BARC并且保留第一厚度BARC的剩余物；在BARC的剩余物上方和金属覆盖物上方形成第二介电层；以及在第二介电层上方形成钝化层。

Description

用于BSI图像传感器的背面结构和方法

相关交叉申请

本申请要求于2012年5月10日提交的序列号为61/645,376名称为“BacksideStructureforBSIImageSensor”的美国临时专利申请的权益，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种用于BSI图像传感器的背面结构和方法。

背景技术

因为具有与传统CMOS制造工艺的兼容性、低成本、小尺寸以及高性能的优点，诸如BSICMOS图像传感器的背照式(BSI)图像传感器日益普及。CMOS图像传感器取代更传统的电荷耦合器件(CCD)传感器是由于某些优点，包括CMOS图像传感器消耗能量较少、与CMOS半导体工艺的兼容性以及可以将该传感器与额外的CMOS逻辑器件集成在单个集成电路器件上。然而，不必为BSI图像传感器调整传统的CMOS制造工艺，并且目前的制造工艺可能产生不期望的器件性能，尤其是量子效率(QE)、信噪比(SNR)以及光平均值一致性的性能标准。

在形成BSI图像传感器中，半导体工艺用来在传感器阵列中形成用于半导体晶圆上的集成电路管芯的光电二极管(PD)和相应的MOS转移晶体管的阵列，以及在半导体晶圆上的集成电路管芯中形成诸如输入-输出缓冲器的外围电路MOS器件。由于光电二极管暴露于光下，因此，在光电二极管中产生与光强度对应的电荷。为进一步加工，MOS转移晶体管可以对电荷采样并且将电荷转移到存储节点。可以通过在光敏CMOS电路上方放置滤色器来形成彩色像素。

为了形成BSI图像传感器，在形成CMOS光电二极管和MOS晶体管之后，在半导体晶圆的背面(该面没有金属化层和层间电介质)上实施额外的半导体工艺。在传统的BSI工艺中，该工艺包括在晶圆上方形成缓冲氧化物和金属覆盖物。然后从集成电路管芯的传感器阵列区中选择性地去除缓冲氧化物和金属覆盖物，而在外围区上方仍保留金属覆盖物。

然而，在传统的半导体工艺中，用于从传感器阵列区去除金属覆盖物的蚀刻还去除一部分或者全部缓冲氧化物层。传统的蚀刻工艺导致在传感器阵列区上方非均匀的缓冲氧化物厚度或者没有氧化物层，这负面地影响了BSI图像传感器的性能。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于形成图像传感器的方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有传感器阵列区和外围区并且具有正面和相对的背面；在所述传感器阵列区和所述外围区上方形成底部抗反射涂层(BARC)，其中所述BARC在所述半导体衬底的背面上方具有第一厚度；在所述BARC上方形成第一介电层；在所述第一介电层上方形成金属覆盖物；从所述传感器阵列区上方选择性地去除所述金属覆盖物；从所述传感器阵列区上方选择性地去除所述第一介电层，其中，在选择性地去除所述第一介电层期间，还去除所述BARC的所述第一厚度的一部分并保留所述BARC的所述第一厚度的剩余部分；在所述BARC的所述第一厚度的所述剩余部分上方和所述外围区的所述金属覆盖物上方形成第二介电层；以及在所述第二介电层上方形成钝化层。

在所述方法中，所去除的所述BARC的所述第一厚度的部分至少是所述第一厚度的约10％。

在所述方法中，所保留的所述BARC的部分的厚度小于所述第一厚度的约90％。

在所述方法中，形成所述第一介电层包括形成缓冲氧化物。

在所述方法中，形成所述第二介电层包括：沉积选自基本上由SiO2、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质。

在所述方法中，形成所述第二介电层包括：沉积选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的层所构成的组中的一种物质。

在所述方法中，在形成所述钝化层之后，所述传感器阵列区上方的所述BARC的所述第一厚度的剩余部分、所述第二介电层和所述钝化层的总厚度介于约至约的范围内。

在所述方法中，形成所述第二介电层包括：形成厚度均匀性变化小于约7％的第二介电层。

在所述方法中，所述外围区进一步包括CMOS晶体管。

在所述方法中，所述第二介电层形成在所述传感器阵列区上方的部分具有第三厚度，并且在所述选择性去除之后，所述第二介电层形成在所述金属覆盖物的垂直侧壁上的部分具有第四厚度，并且所述第四厚度与所述第三厚度的比值大于约40％。

在所述方法中，所述选择性去除包括：实施干式蚀刻工艺，同时通过光刻胶层保护所述外围区。

根据本发明的另一方面，提供了一种BSI图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底中形成有传感器阵列区和外围区，并且所述半导体衬底具有正面和背面；多个金属化层，形成在覆盖所述半导体衬底的所述正面的介电层中；BARC层，形成在所述半导体衬底的所述背面上方，所述BARC层在所述传感器阵列区上方具有第一厚度并且在所述外围区上方具有更大的第二厚度；第一介电层，形成在所述外围区中的所述BARC层上方；金属覆盖物，形成在所述外围区中的所述第一介电层上方；第二介电层，形成在所述半导体衬底的所述背面上方，位于在所述传感器阵列区上方具有第一厚度的所述BARC层上方以及位于所述外围区的所述金属覆盖物上方；以及钝化层，形成在所述第二介电层上方；其中，所述传感器阵列区上方的所述BARC层、所述第二介电层和所述钝化层的总厚度介于约至约的范围内。

在所述BSI图像传感器中，所述第一介电层包括缓冲氧化物。

在所述BSI图像传感器中，所述第二介电层包括选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质。

在所述BSI图像传感器中，所述第二介电层包括氧化层。

在所述BSI图像传感器中，所述第二介电层在所述传感器阵列区上方的厚度为第一厚度，在所述外围区的所述金属覆盖物的垂直侧壁上方的厚度为第二厚度，所述第二厚度与所述第一厚度的比值大于约40％。

在所述BSI图像传感器中，所述BARC层的所述第一厚度小于所述BARC层的所述第二厚度的约90％。

在所述BSI图像传感器中，所述第二介电层具有均匀性变化小于7％的厚度。

根据本发明的又一方面，提供了一种BSI图像传感器，包括：半导体衬底，具有正面和背面；多个光电二极管，形成在所述半导体衬底的传感器阵列区中；多个CMOS晶体管，形成在邻近所述半导体衬底的传感器阵列区的外围区中；BARC层，覆盖所述半导体衬底的背面，在所述传感器阵列区中具有第一厚度并且在所述外围区中具有第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度；缓冲氧化层，在所述外围区但不在所述传感器阵列区中覆盖所述BARC层；金属覆盖层，覆盖所述外围区中的所述缓冲氧化层；第二介电层，覆盖所述传感器阵列区中的所述BARC层和所述外围区中的所述金属覆盖层，所述第二介电层是选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质；以及钝化层，位于所述第二介电层上方。

在所述BSI图像传感器中，所述传感器阵列区上方的所述BARC层的所述第一厚度、所述第二介电层和所述钝化层的总厚度介于约至约的范围内。

附图说明

为更充分地理解本发明及其优点，现将结合附图所作的以下描述作为参考，其中：

图1以俯视图示出了BSI图像传感器件；

图2示出了处于制造BSI图像传感器件的说明性实施例的中间阶段的截面图；

图3示出了经过额外处理步骤的图2的BSI图像传感器件的截面图；

图4示出了经过额外处理步骤的图3的BSI图像传感器件的截面图；

图5示出了经过额外处理步骤的图4的BSI图像传感器件的截面图；

图6示出了经过额外处理步骤图5的BSI图像传感器件的截面图；以及

图7示出了方法实施例的流程图。

除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常指相应部件。将附图绘制成清楚地示出实施例的相关方面而不必须成比例绘制。

具体实施方式

在下面详细讨论实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明构思。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用实施例的示例性具体方式，而不用于限制本申请或所附权利要求的范围。

在具体论述示出的实施例之前，通常将论述各种实施例和它们的优点。例如，一些实施例的优点可以包括改进的QE、SNR和光平均值一致性以及光值性能。一些实施例允许图像传感器的光路中层厚度的微调从而来调整器件的色光平均值和色率。如以下所述，本文公开的实施例提供相对简单的结构和低成本的半导体工艺，但提供如本文所述的改进的性能。本领域普通技术人员将认识到，可以容易地将本文给出的教导应用到制造图像传感器现在和将来的形成工艺中。

前照式(FSI)和BSI图像传感器都是已知的。然而，当使用FSI图像传感器时，打在传感器中光电二极管上的光必须首先穿过覆盖在衬底正面的金属化层和层间介电材料，这减小了打在光电二极管上的光级度，降低了QE，增加了噪声(降低了SNR)，并且通常降低了传感器件的性能。因此，越来越多地使用BSI图像传感器。与FSI图像传感器形成鲜明对比，在诸如实施例中描述的BSI图像传感器中，光从背面射入半导体衬底，并且打在光电二极管上的光穿过相对薄的半导体层而没有穿过任何上覆的金属化层和层间介电层。因此，使用BSI图像传感器可以提高图像传感器的性能。

现参考示例性实施例，图1以俯视图的方式示出了BSI图像传感器100。图像传感器100可以是集成电路，其包括光电二极管103的阵列区和外围区101。每个光电二极管103均可以包括用于接收信号的光敏二极管(p-n结)和相关晶体管，该信号与光采样间隔期间通过光敏二极管接收的光强度成比例。提供不同于光电二极管的功能的电路(诸如输入输出缓冲器和逻辑电路)可以形成在外围区101中。这种额外的电路可以包括用于操作传感器阵列的逻辑电路，以及用于将与感测的光对应的数据传递到外部器件的电路。外围区101设置为邻近传感器阵列区103。集成电路器件100可以形成在诸如硅、砷化锗或其他半导体材料的半导体衬底上。在一个示例的实施例中，集成电路100可以形成在硅晶圆上。硅晶圆可以具有使用传统的半导体工艺在其上形成的诸如100的数百个或者数千个图像传感器集成电路。

图2示出了处于制造的中间阶段的示例性实施例器件200(BSI图像传感器)的截面图。图2仅示出了器件200的一部分。在一个实例中，图像传感器件将包括位于传感器阵列区205中的数百个或者数千个光电二极管。而且，器件200通常形成在半导体晶圆上，该半导体晶圆可以包括位于每个半导体晶圆上以单个管芯布置的数百个或者数千个BSI集成电路器件。为清楚起见，本文中省略了对理解实施例不必要的处理步骤和细节。

在中间加工阶段中，如图2的截面图所示，将半导体衬底201处理为包括传感器阵列区205和外围区207，对本领域普通技术人员来说它们的制造和功能将是显而易见的。

图2中，半导体衬底201具有正面202和背面204。半导体衬底201可以具有诸如硅、锗以及金刚石或者类似材料的半导体材料。半导体衬底可以使用诸如硅锗、碳化硅、砷化镓、砷化铟或者磷化铟以及它们的组合的化合物材料。在可选的实施例中，衬底201可以包括绝缘体上硅(SOI)衬底。

如图2所示，使用前段(FEOL)工艺处理半导体衬底201以形成扩散区215中的光电二极管，扩散区215包括位于传感器阵列区205中的第二扩散区225。外围区207中的扩散区221和223形成掺杂阱区，掺杂阱区可以用于例如形成外围区207中的CMOS逻辑晶体管。示出位于扩散区之间的隔离结构213，这些隔离结构可以是浅沟槽隔离(STI)或者LOCOS隔离。栅极结构217、219和229可以形成为覆盖扩散区(包括栅极电介质和导体)的图案化栅极导体，并且可以由例如掺杂的多晶硅材料形成或者通过使用金属栅极工艺形成。栅极介电材料(未示出)可以是氮化硅或者高或低k栅极介电材料。扩散区209和栅极229可以形成光电二极管转移晶体管。例如，转移晶体管可以用于将采样间隔期间与扩散区215中光电二极管感测的光对应的电荷转移到存储节点(未示出)。光电二极管可以形成为一种掺杂类型(诸如n型)的扩散区215，以及相反掺杂类型(诸如p型)的第二扩散区225，从而形成光电二极管的p-n结。可以使用针扎光电二极管(pinnedphotodiode)。传感器阵列区205还可以包括诸如转移栅极229的像素电路，此外，每个光电探测器的复位晶体管、源随器晶体管和选读晶体管均可以形成在传感器阵列区205中。例如，可以在传感器阵列区205中形成具有光电二极管的三晶体管(3T)和四晶体管(4T)像素电路。

如以下进一步描述，在制造BSI阵列之后，选择性传递某些频率的光(其包括红色、绿色和蓝色(R/G/B))的滤色器(未示出)形成在传感器阵列区205上方的半导体衬底201的背面204上方以产生彩色像素。微透镜材料(未示出)可以形成在滤色器上方以进一步改进光接收器。由于半导体工艺技术的改进，器件尺寸包括光电二极管的尺寸持续缩小，因此降低了生产的图像传感器的光敏感性。这使得量子效率(QE)和信噪比(SNR)特征更加关键。还增加了交叉效应尤其是对于诸如红光的较长波长光。调节到光电二极管的光路的能力使得能够完成用于各种应用的更高性能的图像传感器。本文提供的实施例使得能够调节光路的层。

图2中，示出了在正面202上覆盖半导体衬底201的金属化层211，并且金属化层211形成在介电层206内。钝化层203的正面位于衬底201正面202的上方。(注意，当半导体衬底201的正面202在附图中描述为朝上时，附图中衬底和覆盖层的位置是任意的，并且旋转器件200并不改变所示元件的功能和相对位置。如图所述，示出半导体衬底的背面204朝下；然而，即使方向是不同的，也不会改变哪一部分是器件200背面。)

图3示出了经过额外的处理步骤的图2的器件200的说明性实施例。图3中，示出底部抗反射涂层(BARC)231形成在半导体衬底201背面204上方。(注意，不管层是否增加到如图所示的器件名义上的“顶部”或“底部”，术语“在......上面”、“在......上方”、“在......之上”和“如同”都是相对关系。)例如，BARC层231可以是氮化硅、氮氧化硅或者诸如碳化硅的含碳层并且可以通过CVD或PVD沉积形成。选择BARC层从而使得它可以在用于覆盖诸如氧化物的电介质时充当蚀刻终止层。图3中，示出覆盖BARC层231的缓冲氧化层233。最后，形成覆盖缓冲氧化层233的金属覆盖层235。金属覆盖层235可以是钨、铝、铜或诸如AlCu的组合。可以用PVD工艺实施金属覆盖物的沉积。如本文中进一步描述，当完成器件200时，金属覆盖层235形成覆盖外围区207的遮光罩，从而使得外围区207中形成的电路并不暴露于打在图像传感器件的光下，因此外围区207中CMOS晶体管的操作将不受打在器件200上的光的影响。

图4示出了在用蚀刻工艺去除传感阵列区205上方的某些层期间的图像传感器件200实施例的截面图。光刻胶层311形成在半导体衬底201上方并且通过光刻图案化以暴露位于传感器阵列区205上方的金属覆盖层235。光刻胶311保留在外围区207上方。蚀刻工艺用于选择性去除传感器阵列区205上方的金属覆盖物235，而光刻胶311用作外围区207上方的蚀刻掩模。诸如示出的光刻胶层311或者硬掩模层的掩模层形成在全部或者部分外围区207上方，但是使得传感器阵列区205暴露。本领域普通技术人员将认识到，以这种方式如何形成和图案化掩模层。使用一种或多种湿式和/或干式蚀刻工艺，去除暴露的传感器阵列区205中的金属覆盖层235和缓冲氧化层233，以及外围区207的任何暴露部分。在示例实施例中，使用干式蚀刻。如图4所示，蚀刻工艺还去除BARC层231的暴露区的一部分(即，传感器阵列区205中的这些部分和外围区207中暴露的部分)。在预期的实施例中，为了保证去除保留的全部缓冲氧化层233，将至少去除BARC层231原始厚度的10％。这通常被称为过蚀刻步骤或工艺。完成BARC层231的一部分的去除从而完全去除位于传感器阵列区205的所有部分中BARC层上方的缓冲氧化层。在示例的工艺中，蚀刻持续至至少去除BARC层原始厚度的10％。在其他实施例中，可以通过过蚀刻工艺去除BARC层原始厚度的10％以上。如图4所示，蚀刻工艺还在氧化层233和金属覆盖物235中形成垂直侧壁。

图5是进一步示出图4的器件200的另一截面图，具体示出了BARC层231的过蚀刻结果。厚度t0是通过蚀刻工艺去除的BARC层231的厚度，并且厚度t0可以至少是位于外围区207上方BARC层231厚度t2的10％，厚度t2是蚀刻之前BARC层231的厚度。图5示出的厚度t1表示蚀刻之后保留在阵列区205上方BARC层231的厚度。厚度t2表示外围区上方BARC层的厚度，也就是说该部分没有被过蚀刻。在示例性实施例中，t1可以是t2的90％或者更小。

图6示出了经过额外处理的图像传感器件200实施例的另一截面图。如上所述，在完成BARC层231的蚀刻之后，介电层237沉积在半导体衬底201背面204的上方。介电层237还可以是氧化物，并且由于层237取代了通过上述蚀刻工艺从传感器阵列区205去除的缓冲氧化物233，这可以被描述为氧化物再沉积步骤。可以通过CVD工艺沉积介电层237。在传感器阵列区205中，氧化层237现位于BARC层231上方。在外围区207中，第二介电层或氧化层237位于金属覆盖层235上方。层237还在金属覆盖层235的垂直侧壁上形成厚度t3。由于再沉积氧化层沉积之后不进行后续蚀刻，所以使用已知的半导体工艺容易获得层237的均匀厚度t4。层237的厚度t4在整个传感器阵列205、整个特定的集成电路管芯以及整个半导体晶圆上高度一致。在预期的实施例中，层237的厚度在半导体晶圆上方可能有小于7％的变化。

图6中，t4表示位于BARC层231(在传感器阵列区205中)和金属覆盖物235(在外围区207中)的表面(即，水平表面)上介电层237的厚度，而厚度t3表示位于图案化层(外围区207中的金属覆盖层235、缓冲氧化层233和BARC层231)的垂直侧壁上介电层237的厚度。在预期的实施例中，t3/t4的比值大于约40％。

在一个示例的实施例中，介电层237是氧化层。但本领域普通技术人员将认识到，介电膜237可以使用各种额外的材料，实例包括SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO或者通过这些成分的组分形成的复合膜。通过控制电介质沉积的工艺来控制第二介电层237的厚度，并且通过对材料的选择，能够控制位于半导体衬底201背面204上方的材料的厚度和特性。这些控制参数提供用于调整不同应用中图像传感器的调试机制，从而控制获得的光平均值。

图6还示出沉积在衬底上方的钝化层239。在图像传感器阵列区205中，钝化层239形成在氧化层237和BARC层231的上方。在外围区207中，钝化层239形成在氧化层237、金属覆盖层235、缓冲氧化层233和BARC层231的上方。例如，钝化层可以是氮化硅。例如，可以通过CVD沉积钝化层239。

图6中的厚度t5表示阵列区205之上的总厚度，即在上述过蚀刻之后BARC层231的保留厚度、介电膜237的厚度t4以及钝化层239的厚度。如果厚度t5太小，则不能调整所得的图像传感器的色光平均值。另一方面，如果厚度t5太大，则可能引起颜色串扰。虽然t5的各种厚度范围在权利要求的预期范围内，但是示出的实施例可以具有介于约至约范围的厚度t5。

如图6所示在钝化层239沉积之后，将继续处理BSI图像传感器。滤色器结构和微透镜器件(未示出)可以形成在BSI器件200的钝化层239上方。滤色器结构将选择性地传递红色、绿色和蓝色(R/G/B)频率的光到图像传感器阵列区205中对应的光电二极管上，从而可以形成彩色像素。

图7以流程图的方式示出了方法实施例。开始于步骤61，提供半导体衬底，其具有光电二极管的传感器阵列区和电路的外围区。步骤63中，在半导体衬底背面上方形成抗反射涂层。步骤65中，在抗反射涂层上方形成第一介电层。步骤67中，在第一介电层上方形成金属覆盖层。

步骤69中，光刻图案化和蚀刻工艺用于从传感器阵列上方的BARC层选择性地去除金属覆盖层和缓冲氧化层，而金属覆盖物和缓冲氧化层保留在外围区中的器件上方。继续蚀刻工艺以去除传感器阵列区上方的部分BARC层，从而确保从传感器阵列区上方的BARC层中完全去除缓冲氧化层。

步骤71中，在衬底上方形成第二介电层，其可以是氧化层。在传感器阵列区中，在BARC层上方沉积第二介电层。在外围区中，第二介电层位于金属覆盖层上方。

步骤73中，在介电层上方形成钝化层。半导体衬底背面上方的钝化层、第二介电层和BARC层的厚度形成介于约至约的范围的厚度。

实施例的使用导致位于光电二极管的传感器阵列上方的介电层具有均匀的厚度。而且，可以控制传感器阵列上方层的厚度和所使用的材料，因此可以调整到达传感器阵列中光电二极管的光路。这与先前的方法形成鲜明的对比。可以微调用于图像传感器的R/G/B光平均比值。可以改善光平均值的一致性和光平均值，以及QE和SNR。实施例中所使用的工艺是易于提供并且易于延伸至将来工艺节点的传统的半导体工艺。

在实施例中，一种形成图像传感器的方法包括：提供半导体衬底，其具有传感器阵列区和外围区以及具有正面和相对的背面；在半导体衬底的背面上方形成底部抗反射涂层(BARC)至第一厚度，其位于传感器阵列区和外围区上方；在BARC上方形成第一介电层；在第一介电层上方形成金属覆盖物；从传感器阵列区上方选择性去除金属覆盖物；从传感器阵列区上方选择性去除第一介电层，其中在选择性去除第一介电层的过程中还去除BARC第一厚度的一部分并且保留BARC第一厚度的剩余部分；在BARC第一厚度的剩余部分上方和外围区上方金属覆盖物的上方形成第二介电层；以及在第二介电层上方形成钝化层。在进一步的实施例中，以上方法中所去除的BARC第一厚度的部分至少是第一厚度的约10％。在另外的实施例中，在以上方法中，保留的BARC部分的厚度具有小于第一厚度的约90％。在另外的其他实施例中，以上方法中形成第一介电层包括形成缓冲氧化物。

在另外的实施例中，以上方法进一步包括形成第二介电层，其中包含沉积选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和由这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质。仍在进一步的实施例中，以上方法中，形成第二介电层包括沉积选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些的组合形成的层所构成的组中的一种物质。

仍在进一步的实施例中，以上方法中，在形成钝化层之后，位于传感器阵列区上方的BARC的第一厚度的剩余部分、第二介电层和钝化层的总厚度介于约至约的范围内。在另外的实施例中，以上方法中，形成第二介电层包括形成厚度均匀性变化小于7％的第二介电层。在另外的实施例中，以上方法中，外围区进一步包括CMOS晶体管。仍在另一实施例中，以上方法包括：第二介电层形成在传感器阵列区上方的部分具有第三厚度，并且在选择性去除后，第二介电层形成在金属覆盖物的垂直侧壁上的部分具有第四厚度，并且第四厚度与第三厚度的比值大于约40％。在又一实施例中，以上方法包括：其中选择性去除包括实施干法蚀刻工艺，而通过光刻胶层保护外围区。

在另一实施例中，BSI图像传感器包括半导体衬底，具有形成在半导体衬底中的传感器阵列区和外围区，并且具有正面和背面；覆盖半导体衬底正面的介电层中形成的多个金属化层；形成在半导体衬底背面上方的BARC层，其具有在传感器阵列区上方的第一厚度和外围区上方的第二较大的厚度；形成在外围区中BARC层上方的第一介电层；形成在外围区中第一介电层上方的金属覆盖层；形成在半导体衬底背面上方的第二介电层，其位于传感器阵列区上方第一厚度的BARC层上方以及位于外围区上方金属覆盖物的上方；以及形成在第二介电层上方的钝化层；其中传感器阵列区上方的BARC层、第二介电层和钝化层的总厚度介于约至约的范围内。

在另一实施例中，提供BSI图像传感器，其中第一介电层包括缓冲氧化物。仍在进一步的实施例中，在以上的BSI图像传感器中，第二介电层包括选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质。在进一步的实施例中，提供BSI图像传感器，其中第二介电层包括氧化层。在又一实施例中，提供BSI图像传感器并且第二介电层具有传感器阵列区上方的第一厚度，以及外围区上方金属覆盖物的垂直侧壁上方的第二厚度，并且第二厚度与第一厚度的比值大于约40％。仍在进一步的实施例中，提供BSI图像传感器，其中BARC层的第一厚度小于BARC层第二厚度的约90％。在又一实施例中，提供BSI图像传感器，其中第二介电层具有均匀性变化小于7％的厚度。

在又一实施例中，提供BSI图像传感器，包括具有正面和背面的半导体衬底；形成在半导体衬底的传感器阵列区中的多个光电二极管；形成在邻近半导体衬底传感器阵列区的外围区中的多个CMOS晶体管；覆盖半导体衬底背面的BARC层，其在传感器阵列区中具有第一厚度和在外围区中具有厚于第一厚度的第二厚度；覆盖位于外围区中但不在传感器阵列区中BARC层的缓冲氧化层；覆盖外围区中缓冲氧化层的金属覆盖层；覆盖传感器阵列区中BARC层和覆盖外围区中金属覆盖层的第二介电层，第二介电层是选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合的膜所构成的组中的一种物质。在进一步的实施例中，BSI图像传感器包括其中传感器阵列区上方BARC层的第一厚度、第二介电层和钝化层的总厚度介于约至约的范围内。

虽然本文参考示例性实施例描述了实施例，但本说明书并不打算作限制性解释。参考本说明书，示例性实施例的各种修改和组合以及其他实施例对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，尽管在示例性实施例中将CMOS光电二极管描述为光敏元件，但也可以使用CCD器件。因此，所附权利要求意图涵盖任何这样的修改或实施例。

Claims (20)

1.一种用于形成图像传感器的方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底具有传感器阵列区和外围区并且具有正面和相对的背面；

在所述传感器阵列区和所述外围区上方形成底部抗反射涂层(BARC)，其中所述底部抗反射涂层在所述半导体衬底的背面上方具有第一厚度；

在所述底部抗反射涂层上方形成第一介电层；

在所述第一介电层上方形成金属覆盖物；

从所述传感器阵列区上方选择性地去除所述金属覆盖物；

从所述传感器阵列区上方选择性地去除所述第一介电层，其中，在选择性地去除所述第一介电层期间，还去除所述底部抗反射涂层的所述第一厚度的一部分并保留所述底部抗反射涂层的所述第一厚度的剩余部分；

在所述底部抗反射涂层的所述第一厚度的所述剩余部分上方和所述外围区的所述金属覆盖物上方形成第二介电层；以及

在所述第二介电层上方形成钝化层。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所去除的所述底部抗反射涂层的所述第一厚度的部分至少是所述第一厚度的10％。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所保留的所述底部抗反射涂层的部分的厚度小于所述第一厚度的90％。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述第一介电层包括形成缓冲氧化物。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述第二介电层包括：沉积选自由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述第二介电层包括：沉积选自由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的层所构成的组中的一种物质。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在形成所述钝化层之后，所述传感器阵列区上方的所述底部抗反射涂层的所述第一厚度的剩余部分、所述第二介电层和所述钝化层的总厚度介于至的范围内。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述第二介电层包括：形成厚度均匀性变化小于7％的第二介电层。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外围区进一步包括CMOS晶体管。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二介电层形成在所述传感器阵列区上方的部分具有第三厚度，并且在所述选择性去除之后，所述第二介电层形成在所述金属覆盖物的垂直侧壁上的部分具有第四厚度，并且所述第四厚度与所述第三厚度的比值大于40％。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述选择性去除包括：实施干式蚀刻工艺，同时通过光刻胶层保护所述外围区。

12.一种背照式图像传感器，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底中形成有传感器阵列区和外围区，并且所述半导体衬底具有正面和背面；

多个金属化层，形成在覆盖所述半导体衬底的所述正面的介电层中；

底部抗反射涂层，形成在所述半导体衬底的所述背面上方，所述底部抗反射涂层在所述传感器阵列区上方具有第一厚度并且在所述外围区上方具有更大的第二厚度；

第一介电层，形成在所述外围区中的所述底部抗反射涂层上方；

金属覆盖物，形成在所述外围区中的所述第一介电层上方；

第二介电层，形成在所述半导体衬底的所述背面上方，位于在所述传感器阵列区上方具有第一厚度的所述底部抗反射涂层上方以及位于所述外围区的所述金属覆盖物上方；以

钝化层，形成在所述第二介电层上方；

其中，所述传感器阵列区上方的所述底部抗反射涂层、所述第二介电层和所述钝化层的总厚度介于至的范围内。

13.根据权利要求12所述的背照式图像传感器，其中，所述第一介电层包括缓冲氧化物。

14.根据权利要求12所述的背照式图像传感器，其中，所述第二介电层包括选自由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质。

15.根据权利要求12所述的背照式图像传感器，其中，所述第二介电层包括氧化层。

16.根据权利要求12所述的背照式图像传感器，其中，所述第二介电层在所述传感器阵列区上方的厚度为第一厚度，在所述外围区的所述金属覆盖物的垂直侧壁上方的厚度为第二厚度，所述第二厚度与所述第一厚度的比值大于40％。

17.根据权利要求12所述的背照式图像传感器，其中，所述底部抗反射涂层的所述第一厚度小于所述底部抗反射涂层的所述第二厚度的90％。

18.根据权利要求12所述的背照式图像传感器，其中，所述第二介电层具有均匀性变化小于7％的厚度。

19.一种背照式图像传感器，包括：

半导体衬底，具有正面和背面；

多个光电二极管，形成在所述半导体衬底的传感器阵列区中；

多个CMOS晶体管，形成在邻近所述半导体衬底的传感器阵列区的外围区中；

底部抗反射涂层，覆盖所述半导体衬底的背面，在所述传感器阵列区中具有第一厚度并且在所述外围区中具有第二厚度，所述第二厚度大于所述第一厚度；

缓冲氧化层，在所述外围区但不在所述传感器阵列区中覆盖所述底部抗反射涂层；

金属覆盖层，覆盖所述外围区中的所述缓冲氧化层；

第二介电层，覆盖所述传感器阵列区中的所述底部抗反射涂层和所述外围区中的所述金属覆盖层，所述第二介电层是选自由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质；以及

钝化层，位于所述第二介电层上方。

20.根据权利要求19所述的背照式图像传感器，其中，所述传感器阵列区上方的所述底部抗反射涂层的所述第一厚度、所述第二介电层和所述钝化层的总厚度介于至的范围内。