專利名稱：具有減小的暗電流的背側(cè)照明式圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及供在數(shù)碼相機(jī)及其它類型的成像裝置中使用的電子圖像傳 感器，且更明確地說(shuō)，涉及供在形成背側(cè)照明式圖像傳感器中使用的處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
典型的電子圖像傳感器包括布置成二維陣列的若干個(gè)光敏感像元(“像素”)。 此圖像傳感器可經(jīng)配置以通過(guò)在所述像素上方形成適當(dāng)濾色器陣列(CFA)來(lái)產(chǎn)生彩 色圖像。標(biāo)題為“具有經(jīng)改進(jìn)光敏感度的圖像傳感器(圖像傳感器with Improved LightSensitivity) ”的第2007/0024931號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開案中揭示此類型的圖像傳感 器的實(shí)例，所述公開案以引用的方式并入本文中。眾所周知，可使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)電路來(lái)實(shí)施圖像傳感器。在此布 置中，每一像素通常包括形成于硅襯底上的硅傳感器層中的光電二極管及其它電路元件。 一個(gè)或一個(gè)以上電介質(zhì)層通常形成于所述硅傳感器層上面且可并入有額外電路元件以及 用以形成互連件的多個(gè)金屬化物層級(jí)。所述圖像傳感器的其上形成有所述電介質(zhì)層及相關(guān) 聯(lián)金屬化物層級(jí)的側(cè)通常稱為前側(cè)，而具有所述硅襯底的側(cè)稱為背側(cè)。在前側(cè)照明式圖像傳感器中，來(lái)自被攝體場(chǎng)景的光入射于所述圖像傳感器的前側(cè) 上，且所述硅襯底相對(duì)較厚。然而，金屬化物層級(jí)互連件及所述圖像傳感器的前側(cè)上的與所 述電介質(zhì)層相關(guān)聯(lián)的各種其它特征的存在可不利地影響所述圖像傳感器的填充因數(shù)及量 子效率。背側(cè)照明式圖像傳感器通過(guò)使厚硅襯底變薄或移除厚硅襯底且布置所述圖像傳 感器以使得來(lái)自被攝體場(chǎng)景的光入射于所述圖像傳感器的背側(cè)上來(lái)解決與前側(cè)電介質(zhì)層 相關(guān)聯(lián)的填充因數(shù)及量子效率問(wèn)題。因此，所述入射光不再受金屬化物層級(jí)互連件及所述 電介質(zhì)層的其它特征的影響，且填充因數(shù)及量子效率得到改進(jìn)。背側(cè)照明式圖像傳感器可由于硅襯底的變薄或移除而難以處理。常規(guī)處理技術(shù)可 導(dǎo)致增加的裸片大小或較高成本，舉例來(lái)說(shuō)，例如標(biāo)題為“具有背側(cè)照明的光電傳感器及像 素陣列以及形成光電傳感器的方法”的第2007/0194397號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開案中所揭示的 那些常規(guī)處理技術(shù)。背側(cè)照明式圖像傳感器中出現(xiàn)的另一問(wèn)題與所謂的“暗”電流(即，甚至在完全不 存在入射光的情況下傳感器中也產(chǎn)生的電流)有關(guān)。暗電流因使傳感器較難以檢測(cè)入射光 而不利地影響傳感器性能。此電流在利用絕緣體上硅(SOI)圖像傳感器晶片形成的背側(cè)照 明式圖像傳感器中可尤其成問(wèn)題，因?yàn)榘惦娏魍趥鞲衅鲗优c隱埋氧化物層之間的界面 處產(chǎn)生。舉例來(lái)說(shuō)，參見T.喬伊(T.Joy)等人的“具有小像素的生產(chǎn)就緒背照式CMOS圖像
(Development of a Production-Ready, Back-Illuminated CMOS 器 with Small Pixels) ”，2007IEDM 技術(shù)文摘，第 1007 到 1009 頁(yè)。因此，存在對(duì)用于形成具有減小的暗電流的背側(cè)照明式圖像傳感器的處理技術(shù)的 需要，尤其是在使用SOI圖像傳感器晶片時(shí)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例提供具有減小的暗電流的背側(cè)照明式圖像傳感器。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種形成背側(cè)照明式圖像傳感器的工藝。所述工藝 為用于形成多個(gè)圖像傳感器的晶片級(jí)工藝，所述多個(gè)圖像傳感器中的每一者具有經(jīng)配置以 用于背側(cè)照明的像素陣列，其中利用圖像傳感器晶片來(lái)形成所述圖像傳感器。所述圖像傳 感器晶片包括襯底、形成于所述襯底上方的隱埋氧化物層及形成于所述隱埋氧化物層上方 的籽晶層。所述工藝包含以下步驟在所述籽晶層上方形成犧牲氧化物層；暴露所述圖像 傳感器晶片的像素陣列區(qū)域；在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中將摻雜劑植入到所述籽晶層 中；移除所述犧牲氧化物層；在所述經(jīng)摻雜籽晶層上方形成外延層；及進(jìn)一步處理所述圖 像傳感器晶片以形成所述多個(gè)圖像傳感器。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)以下操作暴露所述圖像傳感器晶片的所述像素陣列區(qū)域在所 述犧牲氧化物層上方沉積光致抗蝕劑；及對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行圖案化以暴露所述圖像傳 感器晶片的所述像素陣列區(qū)域。在所述將所述摻雜劑植入到所述籽晶層中之后移除所述光 致抗蝕劑的剩余部分。舉例來(lái)說(shuō)，可通過(guò)在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中經(jīng)由所述犧牲氧化物層植入所述 摻雜劑并將其植入到所述籽晶層中而將所述摻雜劑植入到所述籽晶層中。作為另一實(shí)例， 可通過(guò)在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中的相應(yīng)區(qū)域中于所述犧牲氧化物層中蝕刻開口并經(jīng) 由所述經(jīng)蝕刻開口將所述摻雜劑植入到所述籽晶層中而將所述摻雜劑植入到所述籽晶層 中。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種背側(cè)照明式圖像傳感器包括傳感器層，其實(shí)施像素 陣列的多個(gè)光敏元件；及氧化物層，其鄰近所述傳感器層的背側(cè)表面。所述傳感器層包括籽 晶層及形成于所述籽晶層上方的外延層，其中所述籽晶層具有其中指定的摻雜劑大致局限 于所述傳感器層的像素陣列區(qū)域的橫截面摻雜輪廓。根據(jù)本發(fā)明的背側(cè)照明式圖像傳感器可有利地實(shí)施于數(shù)碼相機(jī)或其它類型的成 像裝置中且在不顯著增加圖像傳感器裸片大小或成本的情況下在此裝置中提供經(jīng)改進(jìn)性 能。


當(dāng)結(jié)合以下說(shuō)明及圖式閱讀時(shí)，本發(fā)明的上述及其它目標(biāo)、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得更 為顯而易見，其中在可能的情況下使用相同參考編號(hào)來(lái)指定各圖共有的相同特征，且其 中圖1為具有根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例配置的背側(cè)照明式圖像傳感器的數(shù)碼相 機(jī)的框圖；圖2顯示背側(cè)照明式圖像傳感器的部分在用于形成此圖像傳感器的實(shí)例性工藝 中的各種步驟處的橫截面圖，其圖解說(shuō)明用于形成經(jīng)摻雜硅籽晶層的技術(shù)；圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例的背側(cè)照明式圖像傳感器的部分在用于形 成此圖像傳感器的實(shí)例性工藝中的各種步驟處的橫截面圖；且圖4為包括使用圖3的實(shí)例性工藝形成的多個(gè)圖像傳感器的圖像傳感器晶片的平面圖。
具體實(shí)施例方式本文中將結(jié)合數(shù)碼相機(jī)、背側(cè)照明式圖像傳感器及用于形成此類圖像傳感器的處 理技術(shù)的特定實(shí)施例來(lái)圖解說(shuō)明本發(fā)明。然而，應(yīng)理解，這些說(shuō)明性布置僅以實(shí)例方式呈 現(xiàn)，且決不應(yīng)視為限定本發(fā)明的范圍。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，所揭示的布置可適于 以簡(jiǎn)單方式與各種各樣的其它類型的成像裝置及圖像傳感器一起使用。圖1顯示本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施例中的數(shù)碼相機(jī)10。在所述數(shù)碼相機(jī)中，來(lái)自被攝 體場(chǎng)景的光輸入到成像級(jí)12。所述成像級(jí)可包括例如透鏡、中性密度濾光器、光圈及快門的 常規(guī)元件。所述光由成像級(jí)12聚焦以在圖像傳感器14上形成圖像，所述圖像傳感器將入 射光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。數(shù)碼相機(jī)10進(jìn)一步包含處理器16、存儲(chǔ)器18、顯示器20及一個(gè)或一 個(gè)以上額外輸入/輸出(I/O)元件22。雖然在圖1的實(shí)施例中顯示為單獨(dú)的元件，但成像級(jí)12可與圖像傳感器14及(可 能地)數(shù)碼相機(jī)10的一個(gè)或一個(gè)以上額外元件集成在一起以形成緊致型相機(jī)模塊。在本實(shí)施例中假定圖像傳感器14為CMOS圖像傳感器，但可使用其它類型的圖像 傳感器來(lái)實(shí)施本發(fā)明。更明確地說(shuō)，圖像傳感器14包括背側(cè)照明式圖像傳感器，其以下文 將結(jié)合圖3描述的方式形成。所述圖像傳感器大體來(lái)說(shuō)包括具有布置成若干行及若干列的 多個(gè)像素的像素陣列且可包含與所述像素陣列的取樣與讀出相關(guān)聯(lián)的額外電路，例如信號(hào) 產(chǎn)生電路、信號(hào)處理電路、行及列選擇電路等。舉例來(lái)說(shuō)，此取樣與讀出電路可包括模擬信 號(hào)處理器，其用于處理從所述像素陣列讀出的模擬信號(hào)；及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，其用于將此類信 號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。這些類型的及適于在數(shù)碼相機(jī)10中使用的其它類型的電路為所屬領(lǐng) 域的技術(shù)人員所熟知且因此將不在本文中加以詳細(xì)描述。所述取樣與讀出電路的若干部分 可布置在所述圖像傳感器的外部，或與所述像素陣列整體地形成(舉例來(lái)說(shuō))于具有光電 二極管及所述像素陣列的其它元件的共用集成電路上。圖像傳感器14通常將實(shí)施為具有相關(guān)聯(lián)CFA圖案的彩色圖像傳感器?？膳c圖像 傳感器14 一起使用的CFA圖案的實(shí)例包含上文引用的第2007/0024931號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公 開案中所描述的那些CFA圖案，但在本發(fā)明的其它實(shí)施例中可使用其它CFA圖案。作為另 一實(shí)例，可使用常規(guī)拜耳圖案，如標(biāo)題為“彩色成像陣列(Color ImagingArray)”、以引用方 式并入本文中的第3，971，065號(hào)美國(guó)專利中所揭示。舉例來(lái)說(shuō)，處理器16可包括微處理器、中央處理單元(CPU)、專用集成電路 (ASIC)、數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或其它處理裝置或者多個(gè)此類裝置的組合。成像級(jí)12及圖 像傳感器14的各種元件可由時(shí)序信號(hào)或從處理器16供應(yīng)的其它信號(hào)來(lái)控制。存儲(chǔ)器18可包括任一類型的存儲(chǔ)器，例如隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器 (ROM)、快閃存儲(chǔ)器、基于磁盤的存儲(chǔ)器、可裝卸存儲(chǔ)器或其它類型的存儲(chǔ)元件(以任一組 合方式)。與所述像素陣列的取樣與讀出以及對(duì)應(yīng)圖像數(shù)據(jù)的處理相關(guān)聯(lián)的功能性可至少 部分地以存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器18中且由處理器16執(zhí)行的軟件的形式實(shí)施。由圖像傳感器14捕獲的給定圖像可由處理器16存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器18中且呈現(xiàn)于顯 示器20上。顯示器20通常為有源矩陣彩色液晶顯示器(LCD)，但可使用其它類型的顯示器。舉例來(lái)說(shuō)，額外I/O元件22可包括各種屏幕上控制件、按鈕或其它用戶接口、網(wǎng)絡(luò)接口、 存儲(chǔ)器卡接口等。舉例來(lái)說(shuō)，可在上文引用的第2007/0024931號(hào)美國(guó)專利申請(qǐng)公開案中找到關(guān)于 圖1中所示類型的數(shù)碼相機(jī)的操作的額外細(xì)節(jié)。應(yīng)了解，如圖1中所示的數(shù)碼相機(jī)可包括為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的類型的 額外或替代元件。本文中未具體顯示或描述的元件可選自此項(xiàng)技術(shù)中已知的那些元件。如 先前所陳述，本發(fā)明可實(shí)施于各種各樣其它類型的數(shù)碼相機(jī)或成像裝置中。此外，如上文所 提及，本文所描述的實(shí)施例的某些方面可至少部分地以由成像裝置的一個(gè)或一個(gè)以上處理 元件執(zhí)行的軟件的形式實(shí)施。如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，鑒于本文中所提供的教示內(nèi) 容，可以簡(jiǎn)單方式實(shí)施此軟件。圖像傳感器14可制造于硅襯底或其它類型的襯底上。在典型的CMOS圖像傳感 器中，所述像素陣列的每一像素包含光電二極管及用于測(cè)量所述像素處的光級(jí)的相關(guān)聯(lián)電 路。舉例來(lái)說(shuō)，此電路可包括傳送柵極、復(fù)位晶體管、選擇晶體管、輸出晶體管及以眾所周知 的常規(guī)方式配置的其它元件。如先前所指示，在由SOI圖像傳感器晶片形成的背側(cè)照明式圖像傳感器中出現(xiàn)的 問(wèn)題與往往在傳感器層與隱埋氧化物層之間的界面處產(chǎn)生的暗電流有關(guān)?，F(xiàn)在將參考圖2 及3描述用于解決此問(wèn)題的技術(shù)。應(yīng)注意，這些圖中所示的橫截面經(jīng)簡(jiǎn)化以清晰地圖解說(shuō) 明本發(fā)明的各種方面且未必是按比例繪制。給定實(shí)施例可包含未明確地圖解說(shuō)明但因通常 與所描述的一般類型的圖像傳感器相關(guān)聯(lián)而為所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的多種其它特 征或元件。圖2及3中所圖解說(shuō)明的技術(shù)通常涉及處理圖像傳感器晶片以形成多個(gè)圖像傳感 器，所述多個(gè)圖像傳感器中的每一者具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列。圖2及3中 所示的圖像傳感器晶片200的部分通常對(duì)應(yīng)于所述圖像傳感器中的特定圖像傳感器且可 視為包含由外圍區(qū)域環(huán)繞的像素陣列區(qū)域。所述外圍區(qū)域可包含接合墊區(qū)域或所述圖像傳 感器的其它部分或者與接合墊區(qū)域或所述圖像傳感器的其它部分相關(guān)聯(lián)。單獨(dú)的像素陣列 區(qū)域通常將與使用圖像傳感器晶片形成的圖像傳感器中的每一者相關(guān)聯(lián)。圖像傳感器晶片200還具有前側(cè)及背側(cè)。如本文中先前所描述，所述前側(cè)通常是 指圖像傳感器的其上形成有電介質(zhì)層及相關(guān)聯(lián)金屬化物層級(jí)的側(cè)，而具有硅襯底的側(cè)稱為 背側(cè)。術(shù)語(yǔ)“前側(cè)”及“背側(cè)”在本文中將用以表示圖像傳感器晶片或由此晶片形成的圖像 傳感器的特定側(cè)，以及所述圖像傳感器晶片或?qū)?yīng)圖像傳感器的特定層的側(cè)。如上文所提及，說(shuō)明性實(shí)施例涉及背側(cè)照明式圖像傳感器，即，其中來(lái)自被攝體場(chǎng) 景的光從所述傳感器的背側(cè)入射于光電二極管或像素陣列的其它光敏元件上的圖像傳感器。應(yīng)注意，當(dāng)結(jié)合圖像傳感器晶片或?qū)?yīng)圖像傳感器的層使用時(shí)例如“在…上(on)，， 或“在…上方(over) ”等術(shù)語(yǔ)既定被廣泛地理解，且因此不應(yīng)解釋為排除一個(gè)或一個(gè)以上介 入層或者其它介入圖像傳感器特征或元件的存在。因此，可通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上額外層將 本文中描述為形成于另一層上或形成于另一層上方的給定層與所述另一層分離。圖2及3中所示的圖像傳感器晶片200為絕緣體上硅(SOI)晶片的實(shí)例。本發(fā)明 的替代實(shí)施例可利用其它類型的晶片(例如不包含隱埋氧化物層的外延晶片或體半導(dǎo)體晶片)來(lái)形成背側(cè)照明式圖像傳感器，但SOI晶片通常提供用于背側(cè)處理的較平滑表面。圖2顯示用于在圖像傳感器晶片200的隱埋氧化物層的前側(cè)表面上形成經(jīng)摻雜硅 籽晶層的一種可能晶片級(jí)工藝。所述工藝包含表示為(1)、(2)及(3)的步驟。步驟(1)顯示開始SOI圖像傳感器晶片200，其包括硅襯底202、形成于所述襯底 上的隱埋氧化物(BOX)層204及形成于所述隱埋氧化物層上的硅籽晶層205。如上文所指 示，本文中可將所述圖像傳感器晶片的各種層描述為具有前側(cè)及背側(cè)表面。舉例來(lái)說(shuō)，隱埋 氧化物層204具有前側(cè)表面204F及背側(cè)表面204B在步驟O)中，執(zhí)行對(duì)硅籽晶層205的原位摻雜以形成如所示的N+硅籽晶層 205'。如果像素陣列是基于ρ型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)電路，那么使用N+硅籽晶層， 而如果像素陣列是基于η型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)電路，那么使用P+硅籽晶層。對(duì)于 此實(shí)例，假定PMOS電路，且因此經(jīng)摻雜硅籽晶層為如先前所提及的N+硅籽晶層。在步驟(3)中，在N+硅籽晶層205'上方生長(zhǎng)硅外延層210且在所述硅外延層中 形成若干個(gè)阱212。阱212通常形成于所述圖像傳感器晶片的對(duì)應(yīng)于給定圖像傳感器的外 圍區(qū)域的部分中而非所述傳感器的像素陣列區(qū)域中。圖2中所圖解說(shuō)明的工藝可提供背側(cè)照明式圖像傳感器中的傳感器層與隱埋氧 化物層之間的界面處的暗電流的減小。然而，已發(fā)現(xiàn)此特定技術(shù)可導(dǎo)致外圍阱212與N+硅 籽晶層205'及彼此的短接，如所述圖的步驟(3)中所圖解說(shuō)明。雖然可通過(guò)增加硅外延 層210的厚度來(lái)防止外圍阱的此短接，但此可不合意地增加將形成于外延層210中的像素 陣列的鄰近光電二極管之間的串?dāng)_。圖3顯示用于形成減小暗電流但也在不大致增加外延層厚度的情況下避免外圍 阱的短接的背側(cè)照明式圖像傳感器的晶片級(jí)工藝。所述工藝包含表示為(1)到(10)的步
馬聚O應(yīng)注意，將要描述的圖像傳感器形成工藝將集中于在圖像傳感器晶片上形成經(jīng)摻 雜硅籽晶層?？墒褂脼樗鶎兕I(lǐng)域的技術(shù)人員所熟悉的常規(guī)技術(shù)來(lái)實(shí)施圖像傳感器形成的其 它方面，例如圖像傳感器晶片的傳感器層中的像素陣列的光電二極管及相關(guān)聯(lián)電路的形成 以及額外特征(例如電路、導(dǎo)體、接合墊等等)的形成。步驟(1)同樣顯示開始SOI圖像傳感器晶片200，其包括硅襯底202、形成于所述 襯底上的隱埋氧化物層204及形成于所述隱埋氧化物層上的硅籽晶層205。此實(shí)施例中的 硅籽晶層可具有約50埃到約0. 2微米(μ m)的厚度。在步驟( 中，在硅籽晶層205上方形成犧牲氧化物層300。此實(shí)施例中的犧牲氧 化物層可具有約50埃到約200埃的厚度。在步驟(3)中，圖案化并形成對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記302，此通常將涉及光刻操作，例如進(jìn)行光 致抗蝕劑沉積，隨后進(jìn)行曝光、顯影及蝕刻。根據(jù)所要的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記圖案來(lái)對(duì)所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記進(jìn) 行圖案化，所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記圖案通常將取決于正用以處理所述圖像傳感器晶片的光刻設(shè)備的 特定類型。在此實(shí)例中，對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記302經(jīng)由犧牲氧化物層300及籽晶層205延伸到隱埋氧 化物層204的下伏前側(cè)表面。所述對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記可包括多晶硅。上文引用的柯達(dá)檔案號(hào)94870的美國(guó)專利申請(qǐng)案中 揭示用于在背側(cè)照明式圖像傳感器中形成此類型的多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的有利技術(shù)。在本文中 所揭示的一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記開口以暴露隱埋氧化物層的下伏前側(cè)表面，且通過(guò)經(jīng)由所述開口在所述隱埋氧化物層的經(jīng)暴露表面上進(jìn)行外延生長(zhǎng)來(lái)形成多晶硅對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。在步驟(4)中，從犧牲氧化物層300剝除來(lái)自對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記302的圖案化的任何剩余 光致抗蝕劑。在步驟(5)中，在 犧牲氧化物層300上方沉積光致抗蝕劑304并與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記302 對(duì)準(zhǔn)地對(duì)其進(jìn)行圖案化以暴露像素陣列區(qū)域305。像素陣列區(qū)域305與將由所述圖像傳感 器晶片形成的給定圖像傳感器相關(guān)聯(lián)，而所述給定圖像傳感器的外圍區(qū)域保持不暴露且由 所述光致抗蝕劑覆蓋。替代實(shí)施例可利用除了光致抗蝕劑的沉積及圖案化以外的技術(shù)來(lái)暴 露所述圖像傳感器晶片的像素陣列區(qū)域。在步驟(6)中，在經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域305中將摻雜劑植入到籽晶層205中。此 實(shí)例中的摻雜劑為η型摻雜劑(即砷)，但在其它實(shí)施例中可使用例如磷的其它η型摻雜 齊U。如上文所指示，η型摻雜劑用于基于PMOS電路的像素陣列，而ρ型摻雜劑將用于基于 NMOS電路的像素陣列。實(shí)例性ρ型摻雜劑包含硼及銦。同樣，對(duì)于此實(shí)例，假定PMOS電路 且因此摻雜劑為η型摻雜劑。用于籽晶層植入的摻雜劑濃度可大于或等于約5χ1014原子/ cm3，但在其它實(shí)施例中可使用其它摻雜劑濃度。在所述圖中所圖解說(shuō)明的布置中，步驟(6)涉及在經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域305中經(jīng) 由犧牲氧化物層300植入摻雜劑并將其植入到籽晶層205中。舉例來(lái)說(shuō)，其它實(shí)施例可涉 及在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中于所述犧牲氧化物層中蝕刻開口并經(jīng)由所述經(jīng)蝕刻開口 將摻雜劑植入到所述籽晶層中。后一經(jīng)蝕刻開口方法可用于提供比可通過(guò)經(jīng)由所述犧牲氧 化物層植入而實(shí)現(xiàn)的植入深度大的植入深度。在完成摻雜操作之后，硅籽晶層205在本文 中將表示為經(jīng)摻雜硅籽晶層310。在步驟(7)中，從犧牲氧化物層300剝除光致抗蝕劑304的任何剩余部分。在步驟(8)中，清潔所述晶片的上表面，且接著對(duì)其進(jìn)行退火以修復(fù)任何損壞。在步驟(9)中，移除犧牲氧化物層300。從所述圖可看出，在完成這些步驟時(shí)，經(jīng)摻雜硅籽晶層310具有其中η型摻雜劑 (在此實(shí)例中為砷)大致局限于像素陣列區(qū)域305的橫截面摻雜輪廓。因此，經(jīng)摻雜硅籽晶 層310包括給定圖像傳感器的外圍區(qū)域中的未經(jīng)摻雜部分312及給定圖像傳感器的像素陣 列區(qū)域中的N+經(jīng)摻雜部分314。此背側(cè)摻雜輪廓用于減小與隱埋氧化物層204的界面處的 暗電流，同時(shí)避免先前結(jié)合圖2所描述的類型的外圍阱短接。在步驟(10)中，在包含未經(jīng)摻雜部分312及N+經(jīng)摻雜部分314的經(jīng)摻雜硅籽晶 層310上方生長(zhǎng)硅外延層320。所得圖像傳感器晶片包含包括經(jīng)摻雜硅籽晶層310及硅外 延層320的傳感器層330?？墒顾鐾庋訉由L(zhǎng)到約1 μ m到20 μ m的厚度。舉例來(lái)說(shuō)，后續(xù)處理操作可涉及在外延層320中形成像素陣列340的部分，包括光 電二極管或其它光敏元件342。與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記302直接或間接對(duì)準(zhǔn)地形成此類元件。雖然未顯示于所述圖中，但其它處理操作應(yīng)用于所述圖像傳感器晶片以產(chǎn)生包含 數(shù)碼相機(jī)10的圖像傳感器14的多個(gè)背側(cè)照明式圖像傳感器。借助說(shuō)明性實(shí)例，這些額外 操作可包含在外延層320的前側(cè)表面上形成至少一個(gè)電介質(zhì)層。此實(shí)施例中的電介質(zhì)層可 包括多個(gè)電介質(zhì)材料層且可包含(舉例來(lái)說(shuō))層間電介質(zhì)(ILD)及分離多個(gè)金屬化物層級(jí) 的金屬間電介質(zhì)(IMD)。可使用常規(guī)技術(shù)在電介質(zhì)層內(nèi)形成各種圖像傳感器特征，例如互連 件、柵極或其它電路元件。其它實(shí)施例可包括可能通過(guò)一個(gè)或一個(gè)以上介入層彼此分離的多個(gè)電介質(zhì)層。所述電介質(zhì)層及在所述其它處理操作中形成的其它層也與對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記302直 接或間接對(duì)準(zhǔn)。在形成所述電介質(zhì)層之后，將處置晶片附接到所述電介質(zhì)層的前側(cè)表面。舉例來(lái) 說(shuō)，可使用低溫氧化物到氧化物接合來(lái)附接所述處置晶片。接著，移除襯底202以暴露隱埋氧化物層204的背側(cè)表面。舉例來(lái)說(shuō)，可以任一組 合方式使用研磨、拋光或蝕刻技術(shù)來(lái)移除所述襯底。通常，將所述襯底全部移除，從而在所 述晶片的背側(cè)處暴露隱埋氧化物層204。在替代實(shí)施例(例如涉及外延晶片或體半導(dǎo)體晶 片的實(shí)施例)中，可使所述襯底變薄而非完全地移除。
在移除所述襯底之后，將所述結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)且在隱埋氧化物層204的背側(cè)表面上的 CFA層中形成CFA及相關(guān)聯(lián)微透鏡。所述處置晶片充當(dāng)襯底，從而在移除原始襯底202之后 提供對(duì)所述結(jié)構(gòu)的支撐。通常，所述圖像傳感器晶片的像素陣列中的每一者具有對(duì)應(yīng)CFA， 其包含布置于傳感器層330的相應(yīng)光敏元件342上方的濾色器元件。接著將所得的經(jīng)處理圖像傳感器晶片切割成經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的多個(gè)圖像 傳感器，所述多個(gè)圖像傳感器中的一者為數(shù)碼相機(jī)10中的圖像傳感器14。下文將結(jié)合圖4 更詳細(xì)地描述所述晶片切割操作。此實(shí)施例中的處置晶片在切割之前不被移除，而是充當(dāng) 永久性處置晶片，其部分保持為所述圖像傳感器的在所述切割操作中彼此分離的相應(yīng)圖像 傳感器的一部分。在替代實(shí)施例中，可使用暫時(shí)載體晶片代替所述處置晶片。可使用環(huán)氧樹脂或另 一適合粘合劑來(lái)附接所述暫時(shí)載體晶片。在附接所述暫時(shí)載體晶片之后，移除襯底202，如 上文所描述。接著，可在移除所述暫時(shí)載體晶片之前將透明蓋板附接到所述圖像傳感器晶 片的背側(cè)表面，所述透明蓋板包括上覆于所述CFA中的相應(yīng)CFA上的透明蓋。每一此類玻璃 蓋可包括布置于其對(duì)應(yīng)CFA上方的中心腔且進(jìn)一步包括經(jīng)由環(huán)氧樹脂緊固到氧化物層204 的背側(cè)表面的外圍支撐件。所述透明蓋板可由玻璃或另一透明材料形成?？蓪⒋松w板作為 單個(gè)板附接到所述晶片，所述單個(gè)板在從所述晶片切割出所述圖像傳感器時(shí)被分割成單獨(dú) 蓋?？稍谏衔囊玫目逻_(dá)檔案號(hào)為94872的美國(guó)專利申請(qǐng)案中找到關(guān)于暫時(shí)載體晶片及透 明蓋板的使用的另外細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)了解，此類元件及相關(guān)聯(lián)處理操作的使用并非為本發(fā)明 的要求。舉例來(lái)說(shuō)，可在本發(fā)明的給定實(shí)施例中執(zhí)行的其它說(shuō)明性操作包含重分布層 (RDL)導(dǎo)體的形成、鈍化層的形成及接觸金屬化物的形成。如上文所指示，在圖3中所圖解說(shuō)明的處理操作為應(yīng)用于圖像傳感器晶片的晶片 級(jí)處理操作。圖4顯示包括多個(gè)圖像傳感器402的圖像傳感器晶片400的平面圖。通過(guò)對(duì) 圖像傳感器晶片400的晶片級(jí)處理來(lái)形成圖像傳感器402，如結(jié)合圖3所描述。接著，通過(guò) 沿切割線404切割所述晶片來(lái)將所述圖像傳感器彼此分離。圖像傳感器402中的給定一者 對(duì)應(yīng)于圖1的數(shù)碼相機(jī)10中的圖像傳感器14。上文描述的說(shuō)明性實(shí)施例有利地提供用于形成背側(cè)照明式圖像傳感器的經(jīng)改進(jìn) 處理布置。舉例來(lái)說(shuō)，圖3工藝產(chǎn)生其中經(jīng)摻雜籽晶層310經(jīng)配置以在不短接外圍阱或不 過(guò)度加厚外延層320的情況下減小傳感器層330與隱埋氧化物層204之間的界面處的暗側(cè) 電流的布置。此提供在檢測(cè)入射光的增強(qiáng)的能力方面展示出經(jīng)改進(jìn)性能的背側(cè)照明式圖像 傳感器。
雖然已特別參考本發(fā)明的某些說(shuō)明性實(shí)施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但將理解，可在如所附權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)若干變化及修改。舉例來(lái)說(shuō)，可使用替代材料、晶片、層、工藝步驟等以其它類型的圖像傳感器及數(shù)字成像裝置來(lái)實(shí)施本發(fā)明。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于明了這些及其它替代實(shí)施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于明了這些及其它替代實(shí)施例。
部件列表
lo數(shù)碼相機(jī)
12成像級(jí)
14背側(cè)照明式圖像傳感器
16處理器
18存儲(chǔ)器
20己示器
22輸入／輸出(工／。)元件
200圖像傳感器晶片
202襯底
204隱埋氧化物(B。X)層
204B隱埋氧化物層背側(cè)表面
204f；隱埋氧化物層前側(cè)表面
205籽晶層
205’經(jīng)摻雜籽晶層
210外延層
212阱
300曬牲氧化物層
302對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記
304光致抗蝕劑
305像素陣列區(qū)域
310經(jīng)摻雜籽晶層
312籽晶層的未經(jīng)摻雜部分
314籽晶層的經(jīng)摻雜部分
320外延層
330傳感器層
340像素陣列
342光敏元件
100圖像傳感器晶片
102圖像傳感器
404切割線
權(quán)利要求
1.一種用于形成多個(gè)圖像傳感器的晶片級(jí)處理方法，所述多個(gè)圖像傳感器中的每一者 具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列，利用圖像傳感器晶片來(lái)形成所述圖像傳感器，所 述圖像傳感器晶片包括襯底、形成于所述襯底上方的隱埋氧化物層及形成于所述隱埋氧化 物層上方的籽晶層，所述方法包括以下步驟在所述籽晶層上方形成犧牲氧化物層；暴露所述圖像傳感器晶片的像素陣列區(qū)域；在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中將摻雜劑植入到所述籽晶層中；移除所述犧牲氧化物層；及在所述經(jīng)摻雜籽晶層上方形成外延層；及進(jìn)一步處理所述圖像傳感器晶片以形成所述多個(gè)圖像傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述暴露所述圖像傳感器晶片的像素陣列區(qū)域的 步驟進(jìn)一步包括以下步驟在所述犧牲氧化物層上方沉積光致抗蝕劑；及對(duì)所述光致抗蝕劑進(jìn)行圖案化以暴露所述圖像傳感器晶片的所述像素陣列區(qū)域； 其中在所述將所述摻雜劑植入到所述籽晶層中之后移除所述光致抗蝕劑的剩余部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括形成經(jīng)由所述犧牲氧化物層及所述籽晶 層延伸到所述隱埋氧化物層的前側(cè)表面的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述摻雜劑為包括砷及磷中的一者的η型摻雜劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述摻雜劑為包括硼及銦中的一者的ρ型摻雜劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中將摻雜劑植入 到所述籽晶層中的步驟進(jìn)一步包括在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中經(jīng)由所述犧牲氧化物層 植入所述摻雜劑且將其植入到所述籽晶層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中將摻雜劑植入 到所述籽晶層中的步驟進(jìn)一步包括在所述經(jīng)暴露像素陣列區(qū)域中的相應(yīng)區(qū)域中于所述犧 牲氧化物層中蝕刻開口并經(jīng)由所述經(jīng)蝕刻開口將所述摻雜劑植入到所述籽晶層中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在移除所述犧牲氧化物層之前對(duì)所述圖 像傳感器晶片進(jìn)行退火的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括在所述外延層中形成所述像素陣列的光 敏元件的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括移除所述襯底以暴露所述隱埋氧化物 層的背側(cè)表面的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其進(jìn)一步包括將所述圖像傳感器晶片分離成所述多 個(gè)圖像傳感器的步驟。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述圖像傳感器晶片包括絕緣體上硅(SOI)晶片。
13.一種具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列的圖像傳感器，其包括 傳感器層，其包括所述像素陣列的多個(gè)光敏元件；及氧化物層，其鄰近所述傳感器層的背側(cè)表面；其中所述傳感器層包括籽晶層及形成于所述籽晶層上方的外延層，所述籽晶層具有其中指定的摻雜劑大致局限于所述傳感器層的像素陣列區(qū)域的橫截面摻雜輪廓。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中所述摻雜劑為包括砷及磷中的一者的η 型摻雜劑。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中所述摻雜劑為包括硼及銦中的一者的ρ 型摻雜劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中所述摻雜劑是經(jīng)由犧牲氧化物層植入到 所述籽晶層中的，所述犧牲氧化物層形成于所述籽晶層上方且在于所述籽晶層上方形成所 述外延層之前被移除。
17.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中所述摻雜劑是經(jīng)由在所述像素陣列區(qū)域 中于犧牲 氧化物層中蝕刻的開口植入到所述籽晶層中的，且其中所述犧牲氧化物層是在于 所述籽晶層上方形成所述外延層之前被移除。
18.根據(jù)權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其中所述圖像傳感器包括CMOS圖像傳感器。
19.一種數(shù)字成像裝置，其包括圖像傳感器，其具有經(jīng)配置以用于背側(cè)照明的像素陣列；及一個(gè)或一個(gè)以上處理元件，其經(jīng)配置以處理所述圖像傳感器的輸出來(lái)產(chǎn)生數(shù)字圖像；其中所述圖像傳感器包括；傳感器層，其包括所述像素陣列的多個(gè)光敏元件；及氧化物層，其鄰近所述傳感器層的背側(cè)表面；其中所述傳感器層包括籽晶層及形成于所述籽晶層上方的外延層，所述籽晶層具有其 中指定的摻雜劑大致局限于所述傳感器層的像素陣列區(qū)域的橫截面摻雜輪廓。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的數(shù)字成像裝置，其中所述成像裝置包括數(shù)碼相機(jī)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種背側(cè)照明式圖像傳感器，其包括傳感器層，其實(shí)施像素陣列的多個(gè)光敏元件；及氧化物層，其鄰近所述傳感器層的背側(cè)表面。所述傳感器層包括籽晶層及形成于所述籽晶層上方的外延層，其中所述籽晶層具有其中指定的摻雜劑大致局限于所述傳感器層的像素陣列區(qū)域的橫截面摻雜輪廓。所述摻雜輪廓有利地減小在所述傳感器層與所述氧化物層之間的界面處產(chǎn)生的暗電流。所述圖像傳感器可實(shí)施于數(shù)碼相機(jī)或其它類型的數(shù)字成像裝置中。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102077350SQ200980124904
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2009年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月9日
發(fā)明者弗雷德里克·T·布雷迪, 約翰·P·麥卡滕 申請(qǐng)人:柯達(dá)公司