本發(fā)明涉及圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種背照式圖像傳感器的制備方法。

背景技術(shù)：

伴隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展，人們對智能終端的需求愈來愈龐大，而有著智能終端“眼睛”之稱的圖像傳感器也迎來了前所未有的發(fā)展空間。傳統(tǒng)的CCD(Charge-coupled Device，電荷耦合元件)圖像傳感器由于其功耗較大，市場局限在高性能的數(shù)碼相機中；CMOS圖像傳感器(CMOS Image Sensor，簡稱CIS)不僅功耗低，速率快，而且易于與現(xiàn)有的半導體工藝相兼容，生產(chǎn)成本較低，這使得CMOS圖像傳感器占據(jù)了圖像傳感器市場的半壁江山。

CIS分為前照式和背照式兩種技術(shù)，前照式是指光線通過晶片正面的金屬互聯(lián)層間隙進入光電二極管(PD)的技術(shù)，該技術(shù)的工藝流程簡單，然而缺點是光線容易在金屬互聯(lián)層之間反射，造成圖像信息的串擾；背照式是指光線通過晶片背面進入PD的技術(shù)，該技術(shù)需要將晶片背面拋光減薄至合適的厚度，背面研磨拋光的準確度和均勻性是背照式技術(shù)的挑戰(zhàn)，然而該技術(shù)能夠有效地減少串擾，提高傳感器的靈敏度，增加金屬互聯(lián)層設(shè)計靈活性。因此，背照式技術(shù)成為目前主流的傳感器技術(shù)。

背照式技術(shù)中遇到的主要問題是紅外光的量子效率(QE，quantum efficiency)較低。量子效率是指一個光子轉(zhuǎn)變成為PD中光生電子的概率。為了提高紅外光的量子效率，現(xiàn)有技術(shù)中往往會增加半導體襯底的整體厚度，然而，這會減弱藍光的量子效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種背照式圖像傳感器的制備方法，可以提高紅外光的量子效率，同時改善藍光的量子效率。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種背照式圖像傳感器的制備方法，包括：

提供一半導體襯底，所述半導體襯底具有第一面以及與所述第一面相背的第二面，所述半導體襯底包括光電二極管區(qū)域以及隔離區(qū)域；

在所述半導體襯底的第一面上制備第一外延半導體層，所述第一外延半導體層為第一摻雜類型；

在所述第一外延半導體層背離所述半導體襯底的一側(cè)制備第二外延半導體層；

在所述光電二極管區(qū)域上的第二外延半導體層中形成第一離子注入?yún)^(qū)，在所述隔離區(qū)域上的第二外延半導體層中形成第一隔離結(jié)構(gòu)，所述第一離子注入?yún)^(qū)為第二摻雜類型，所述第一離子注入?yún)^(qū)位于背離所述第一外延半導體層的一側(cè)的表面；

對所述半導體襯底的第二面進行減薄，直至暴露出所述第一外延半導體層，或?qū)⑺霭雽w襯底減薄至一特定厚度；以及

在所述第一外延半導體層中制備第二隔離結(jié)構(gòu)，所述第二隔離結(jié)構(gòu)與所述第一隔離結(jié)構(gòu)的位置相對應(yīng)。

進一步的，所述第二外延半導體層為第二摻雜類型或第一摻雜類型；當所述第二外延半導體層為第二摻雜類型時，所述背照式圖像傳感器的制備方法還包括：

在暴露出的所述第二外延半導體層中形成第二離子注入?yún)^(qū)，所述第二離子注入?yún)^(qū)位于所述第一離子注入?yún)^(qū)和第一外延半導體層之間。

進一步的，所述背照式圖像傳感器的制備方法還包括：在所述第二外延半導體層背離所述第一外延半導體層的一側(cè)依次形成柵極和互連層。

進一步的，在對所述半導體襯底的第二面進行減薄的步驟之前，還包括：

在所述第二外延半導體層背離所述第一外延半導體層的一側(cè)鍵合一鍵合襯底。

進一步的，所述第二隔離結(jié)構(gòu)為深溝槽隔離。

進一步的，對所述第二外延半導體層進行離子注入形成所述第一隔離結(jié)構(gòu)，所述第一隔離結(jié)構(gòu)為第二摻雜類型。

進一步的，所述第一外延半導體層的摻雜濃度均勻分布；或，所述第一外延半導體層的摻雜濃度由面向所述半導體襯底的一側(cè)向背離所述半導體襯底的一側(cè)逐漸變??；或，所述第一外延半導體層的摻雜濃度由面向所述半導體襯底的一側(cè)向背離所述半導體襯底的一側(cè)逐漸變大。

進一步的，所述半導體襯底為第二摻雜類型，其中，摻雜濃度為1E16cm³～5E18cm³。

進一步的，所述第一外延半導體層的厚度為2um～7um，所述第一外延半導體層的摻雜濃度為1E15cm³～1E17cm³。

進一步的，所述第二外延半導體層的厚度為2um～3um，所述第二外延半導體層的摻雜濃度為1E15cm³～1E16cm³。

進一步的，所述特定厚度小于等于1μm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的背照式圖像傳感器的制備方法具有以下優(yōu)點：

在所述背照式圖像傳感器的制備方法中，通過外延工藝制備第一外延半導體層，所述第一外延半導體層的摻雜濃度可控，可以提高器件結(jié)構(gòu)中光電二極管底部的第一摻雜類型的離子濃度，從而彌補了現(xiàn)有離子注入工藝的限制，可以提高藍光的量子效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例中背照式圖像傳感器的制備方法的流程圖；

圖2至圖7為本發(fā)明一實施例的背照式圖像傳感器的制備方法中器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實施方式

現(xiàn)有的背照式圖像傳感器中紅外光和藍光的量子效率不能同時提高。發(fā)明人對現(xiàn)有的背照式圖像傳感器研究發(fā)現(xiàn)，為了提高紅外光的量子效率，會增加半導體襯底的整體厚度，一般半導體襯底的厚度會從2μm～3μm增加到5μm～10μm。但是由于現(xiàn)有離子注入和光刻膠工藝設(shè)備的限制，不能將離子注入到所需要的深度，從而導致二極管區(qū)域底部的離子濃度偏低，減弱藍光的量子轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明人深入研究發(fā)現(xiàn)，如果利用多層外延工藝，提高光電二級管底部摻雜濃度，則可以提高近紅外光的量子效率的同時，改善藍光的量子效率。

根據(jù)上述研究，本發(fā)明提供一種背照式圖像傳感器的制備方法，提供一種背照式圖像傳感器的制備方法，如圖1所示，包括如下步驟：

步驟S11，提供一半導體襯底，所述半導體襯底具有第一面以及與所述第一面相背的第二面，所述半導體襯底包括光電二極管區(qū)域以及隔離區(qū)域；

步驟S12，在所述半導體襯底的第一面上制備第一外延半導體層，所述第一外延半導體層為第一摻雜類型；

步驟S13，在所述第一外延半導體層背離所述半導體襯底的一側(cè)制備第二外延半導體層；

步驟S14，在所述光電二極管區(qū)域上的第二外延半導體層中形成第一離子注入?yún)^(qū)，在所述隔離區(qū)域上的第二外延半導體層中形成第一隔離結(jié)構(gòu)，所述第一離子注入?yún)^(qū)為第二摻雜類型，所述第一離子注入?yún)^(qū)位于背離所述第一外延半導體層的一側(cè)的表面；

步驟S15，對所述半導體襯底的第二面進行減薄，直至暴露出所述第一外延半導體層；以及

步驟S16，在暴露出的所述第一外延半導體層中制備第二隔離結(jié)構(gòu)，所述第二隔離結(jié)構(gòu)與所述第一隔離結(jié)構(gòu)的位置相對應(yīng)。

通過外延工藝制備第一外延半導體層，所述第一外延半導體層的摻雜濃度可控，可以提高器件結(jié)構(gòu)中光電二極管底部的第一摻雜類型的離子濃度，從而彌補了現(xiàn)有離子注入工藝的限制，可以提高藍光的量子效率。

下面將結(jié)合示意圖對本發(fā)明的背照式圖像傳感器的制備方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應(yīng)當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現(xiàn)開發(fā)者的特定目標，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應(yīng)當認為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費時間的，但是對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

以下結(jié)合圖2至圖7，具體說明本發(fā)明的背照式圖像傳感器的制備方法，圖2至圖7為本發(fā)明一實施例的背照式圖像傳感器的制備方法中器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

首先，進行步驟S11，如圖2所示，提供一半導體襯底100，所述半導體襯底100具有第一面100a以及與所述第一面100a相背的第二面100b，所述半導體襯底100包括光電二極管區(qū)域101以及隔離區(qū)域102，其中，所述隔離區(qū)域102用于隔離相鄰的所述光電二極管區(qū)域101。其中，所述光電二極管區(qū)域101上方用于形成光電二極管，所述隔離區(qū)域102上方用于形成隔離所述光電二極管的隔離結(jié)構(gòu)。此外，所述半導體襯底100中還可以形成其他區(qū)域，例如另一器件區(qū)103，所述另一器件區(qū)103可以圍繞所述光電二極管區(qū)域101和隔離區(qū)域102。所述半導體襯底100一般為硅襯底，此外，所述半導體襯底100還可以為硅鍺襯底等等。

在本實施例中，第一摻雜類型為N型，第二摻雜類型為P型，在其它實施例中，還可以第一摻雜類型為P型，第二摻雜類型為N型。其中，所述半導體襯底100為第二摻雜類型(P型)，其中，摻雜離子的摻雜濃度為1E16cm³～5E18cm³。

然后，進行步驟S12，繼續(xù)參考圖2，在所述半導體襯底100的第一面100a上制備第一外延半導體層110，其中，所述第一外延半導體層110為第一摻雜類型(N型)，所述第一外延半導體層110的厚度較厚，以提高紅外光的量子效率，優(yōu)選的所述第一外延半導體層110的厚度為2um～7um，例如，3um、4um、5um、6um，所述第一外延半導體層110的摻雜濃度為1E15cm³～1E17cm³。

進一步的，所述第一外延半導體層110的摻雜濃度均勻分布；或，所述第一外延半導體層110的摻雜濃度由面向所述半導體襯底100的一側(cè)向背離所述半導體襯底100的一側(cè)逐漸變??；或，所述第一外延半導體層110的摻雜濃度由面向所述半導體襯底100的一側(cè)向背離所述半導體襯底100的一側(cè)逐漸變大，所述第一外延半導體層110的摻雜濃度的分布可以根據(jù)需要進行選擇。

所述第一外延半導體層110由外延工藝形成，所述第一外延半導體層110的摻雜濃度可控，可以提高器件結(jié)構(gòu)中光電二極管底部的第一摻雜類型的離子濃度，從而彌補了現(xiàn)有離子注入工藝的限制，可以提高藍光的量子效率。

接著，進行步驟S13，繼續(xù)參考圖2，在所述第一外延半導體層110背離所述半導體襯底100的一側(cè)制備第二外延半導體層120。在本實施例中，所述第二外延半導體層120為第二摻雜類型(P型)，所述第二外延半導體層120的厚度較厚，以提高紅外光的量子效率，優(yōu)選的所述第二外延半導體層120的厚度為2um～3um，所述第二外延半導體層120的摻雜濃度為1E15cm³～1E16cm³。

由于在本實施例中所述第二外延半導體層120為第二摻雜類型(P型)，所以，如圖3所示，在所述第二外延半導體層120中形成第二離子注入?yún)^(qū)124，所述第二離子注入?yún)^(qū)124位于所述光電二極管區(qū)域101的上方。在其它實施例中，當所述第二外延半導體層120為第一摻雜類型(N型)時，還可以不形成所述第二離子注入?yún)^(qū)124。

之后，進行步驟S14，如圖3所示，在所述光電二極管區(qū)域101上的第二外延半導體層120中形成第一離子注入?yún)^(qū)122，所述第一離子注入?yún)^(qū)122位于背離所述第一外延半導體層110的一側(cè)的表面，即所述第二離子注入?yún)^(qū)124位于第一離子注入?yún)^(qū)122和第一外延半導體層110之間，所述第一離子注入?yún)^(qū)122為第二摻雜類型(P型)。

在所述隔離區(qū)域102上的第二外延半導體層120中形成第一隔離結(jié)構(gòu)123，較佳的，對所述第二外延半導體層120進行離子注入形成所述第一隔離結(jié)構(gòu)123，所述第一隔離結(jié)構(gòu)123為第二摻雜類型(P型)，可以很好的隔離相鄰的光電二極管之間的電性能。在其他實施例中，所述第一隔離結(jié)構(gòu)123還可以為深溝槽隔離等結(jié)構(gòu)。

然后，如圖4所示，在所述第二外延半導體層120背離所述第一外延半導體層110的一側(cè)依次形成柵極和互連層130，在圖4中未示出柵極，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解柵極的結(jié)構(gòu)和位置，在此不作贅述。此外，所述互連層130中可以包括互連結(jié)構(gòu)或墊片等結(jié)構(gòu)，此為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解的，在此不作贅述。

之后，在所述第二外延半導體層120背離所述第一外延半導體層110的一側(cè)鍵合一鍵合襯底，在本實施例中，如圖5所示，所述鍵合襯底200位于所述互連層130背離所述第二外延半導體層120的一側(cè)鍵合所述鍵合襯底200。

隨后，進行步驟S15，如圖6所示，對所述半導體襯底100的第二面100b進行減薄，直至暴露出所述第一外延半導體層110，或?qū)⑺霭雽w襯底100減薄至一特定厚度，將所述半導體襯底100的厚度減薄至1μm以下，其中，可以采用機械研磨和化學刻蝕等工藝進行減薄。

接著，進行步驟S16，如圖7所示，在暴露出的所述第一外延半導體層110中制備第二隔離結(jié)構(gòu)111，所述第二隔離結(jié)構(gòu)111與所述第一隔離結(jié)構(gòu)123的位置相對應(yīng)。較佳的，所述第二隔離結(jié)構(gòu)111為深溝槽隔離，可以達到很好的隔離效果。

在圖7中，所述第一離子注入?yún)^(qū)122、第二離子注入?yún)^(qū)124以及與所述第一離子注入?yún)^(qū)122相對應(yīng)的第一外延半導體層110形成光電二極管10。所述第一外延半導體層110由外延工藝形成，所述第一外延半導體層110的摻雜濃度可控，可以提高器件結(jié)構(gòu)中光電二極管底部的第一摻雜類型的離子濃度，從而彌補了現(xiàn)有離子注入工藝的限制，可以提高藍光的量子效率。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。