專利名稱：背照式cmos影像傳感器及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及影像傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種背照式CMOS影像傳感器及其形成方法。
背景技術(shù)：
影像傳感器是在光電技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所謂影像傳感器，就是能夠感受光學(xué)圖像信息并將其轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的傳感器。影像傳感器可以提高人眼的視覺范圍，使人們看到肉眼無法看到的微觀世界和宏觀世界，看到人們暫時(shí)無法到達(dá)處發(fā)生的事情，看到超出肉眼視覺范圍的各種物理、化學(xué)變化過程，生命、生理、病變的發(fā)生發(fā)展過程，等等?？梢娪跋駛鞲衅髟谌藗兊奈幕?、體育、生產(chǎn)、生活和科學(xué)研究中起到非常重要的作用?？梢哉f，現(xiàn)代人類活動(dòng)已經(jīng)無法離開影像傳感器了。
影像傳感器可依據(jù)其采用的原理而區(qū)分為電荷稱合裝置(Charge-CoupledDevice)影像傳感器(亦即俗稱CCD影像傳感器)以及CMOS (Complementary Metal OxideSemiconductor)影像傳感器，其中CMOS影像傳感器即基于互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)而制造。由于CMOS影像傳感器是采用傳統(tǒng)的CMOS電路工藝制作，因此可將影像傳感器以及其所需要的外圍電路加以整合，從而使得CMOS影像傳感器具有更廣的應(yīng)用前景。按照接收光線的位置的不同，CMOS影像傳感器可以分為正照式CMOS影像傳感器及背照式CMOS影像傳感器，其中，背照式CMOS影像傳感器與正照式CMOS影像傳感器相比，最大的優(yōu)化之處就是將元件內(nèi)部的結(jié)構(gòu)改變了，即將感光層的元件調(diào)轉(zhuǎn)方向，讓光線能從背面直射進(jìn)去，避免了在正照式CMOS影像傳感器結(jié)構(gòu)中，光線會受到微透鏡和光電二極管之間的結(jié)構(gòu)的影響，提高了光線接收的效能。但是，背照式CMOS影像傳感器同樣面臨著一些困擾，其中，比較嚴(yán)重的一個(gè)問題就是暗電流(dark current)問題。暗電流問題是指在無光線照射的情況下，由于載流子的遷移，光電二極管檢測到了電流，從而降低了光電二極管的可靠性，進(jìn)而降低了背照式CMOS影像傳感器的可靠性。為此，現(xiàn)有技術(shù)在形成背照式CMOS影像傳感器的過程中采用了離子注入及退火工藝，以期減輕暗電流問題。請參考圖1，其為現(xiàn)有工藝形成的背照式CMOS影像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖I所示，現(xiàn)有工藝形成的背照式CMOS影像傳感器I包括硅基底10 ;形成于所述硅基底10中的光電二極管11及隔離結(jié)構(gòu)12，其中，所述光電二極管11及隔離結(jié)構(gòu)12靠近所述硅基底10的正面；形成于所述硅基底10正面上的介質(zhì)金屬層13 ;及形成于所述硅基底10中的離子注入層14，其中，所述離子注入層14靠近所述硅基底10的背面。通過所述離子注入層14能夠在一定程度上抑制載流子的遷移，從而減輕暗電流問題，提高背照式CMOS影像傳感器的可靠性。其中，所述離子注入層14具體需要通過如下兩步工藝形成1、對硅基底10執(zhí)行離子注入工藝，以形成離子注入材料層(圖I中未示出)；
2、對離子注入材料層執(zhí)行退火工藝，以激活注入離子，形成離子注入層。
在該離子注入層14的形成過程中，面臨兩個(gè)問題1、無法精確控制離子注入的深度，從而將導(dǎo)致離子注入層14的深度不可控(或者說較難控制)；2、需要較為復(fù)雜的退火工藝激活注入離子,工藝成本較高。綜上，形成一種暗電流問題較輕的背照式CMOS影像傳感器，特別的，該背照式CMOS影像傳感器所需的制造工藝簡單、可靠，成了本領(lǐng)域技術(shù)人員不斷追求的一個(gè)目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種背照式CMOS影像傳感器及其形成方法，以解決現(xiàn)有的背照式CMOS影像傳感器中存在的暗電流問題。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種背照式CMOS影像傳感器，所述背照式CMOS影像傳感器包括硅基底；形成于所述硅基底中的光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)靠近所述硅基底的正面；形成于所述硅基底背面上的應(yīng)力膜層。
·
可選的，在所述的背照式CMOS影像傳感器中，在所述硅基底和應(yīng)力膜層之間形成
有氧化娃層?？蛇x的，在所述的背照式CMOS影像傳感器中，當(dāng)所述硅基底為N型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為拉應(yīng)力膜層?？蛇x的，在所述的背照式CMOS影像傳感器中，所述拉應(yīng)力膜層經(jīng)過了紫外線照射?？蛇x的，在所述的背照式CMOS影像傳感器中，當(dāng)所述硅基底為P型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為壓應(yīng)力膜層。本發(fā)明還提供一種背照式CMOS影像傳感器的形成方法，所述背照式CMOS影像傳感器的形成方法包括提供硅基底，所述硅基底中形成有光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)靠近所述硅基底的正面；在所述硅基底的背面上形成應(yīng)力膜層?？蛇x的，在所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法中，利用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述應(yīng)力膜層?？蛇x的，在所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法中，在所述硅基底的背面上形成應(yīng)力膜層之前,還包括對所述硅基底執(zhí)行熱氧化工藝，以在所述硅基底的背面上形成氧化硅層。可選的，在所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法中，當(dāng)所述硅基底為N型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為拉應(yīng)力膜層?？蛇x的，在所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法中，在所述硅基底的背面上形成拉應(yīng)力膜層之后，還包括對所述拉應(yīng)力膜層執(zhí)行紫外線照射工藝?？蛇x的，在所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法中，當(dāng)所述硅基底為P型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為壓應(yīng)力膜層。在本發(fā)明提供的背照式CMOS影像傳感器及其形成方法中，通過所述應(yīng)力膜層能有效地降低載流子的遷移，從而能夠減輕/避免背照式CMOS影像傳感器中的暗電流問題，提高背照式CMOS影像傳感器的可靠性。


圖I是現(xiàn)有工藝形成的背照式CMOS影像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的背照式CMOS影像傳感器的形成方法的流程示意圖；圖3a 3c是本發(fā)明實(shí)施例的背照式CMOS影像傳感器的形成方法所形成的器件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的拉應(yīng)力膜層經(jīng)過紫外線照射后的參數(shù)變化示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提出的背照式CMOS影像傳感器及其形成方 法作進(jìn)一步詳細(xì)說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。請參考圖2，其為本發(fā)明實(shí)施例的背照式CMOS影像傳感器的形成方法的流程示意圖。如圖2所示，在本實(shí)施例中，所述背照式CMOS影像傳感器的形成方法包括S20:提供硅基底，所述硅基底中形成有光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)靠近所述硅基底的正面；S21 :對所述硅基底執(zhí)行熱氧化工藝，以在所述硅基底的背面上形成氧化硅層；S22 :在所述氧化硅層上形成拉應(yīng)力膜層；S23 :對所述拉應(yīng)力膜層執(zhí)行紫外線照射工藝。在本實(shí)施例中，所選取的硅基底為N型硅基底，由此，所選取的應(yīng)力膜層為拉應(yīng)力膜層；在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所選取的硅基底可以為P型硅基底，由此，所選取的應(yīng)力膜層為壓應(yīng)力膜層。在此，通過所述應(yīng)力膜層能有效地降低載流子的遷移，從而能夠減輕/避免背照式CMOS影像傳感器中的暗電流問題，提高背照式CMOS影像傳感器的可靠性。接下去，本實(shí)施例將針對所選取的硅基底為N型硅基底，所選取的應(yīng)力膜層為拉應(yīng)力膜層的情況予以進(jìn)一步描述，同時(shí)，關(guān)于所選取的硅基底為P型硅基底，所選取的應(yīng)力膜層為壓應(yīng)力膜層的情況亦可適應(yīng)性的參考下述描述，本申請對此不再贅述。請參考圖3a 3c，其為本發(fā)明實(shí)施例的背照式CMOS影像傳感器的形成方法所形成的器件的結(jié)構(gòu)示意圖。所述背照式CMOS影像傳感器的形成方法具體如下如圖3a所示，提供硅基底30，所述硅基底30中形成有光電二極管31及隔離結(jié)構(gòu)32，其中，所述光電二極管31及隔離結(jié)構(gòu)32靠近所述硅基底30的正面。在圖3a中示意性地示出了一個(gè)光電二極管31及兩個(gè)隔離結(jié)構(gòu)32，該兩個(gè)隔離結(jié)構(gòu)32以將光電二極管31與其他光電二極管相隔離，從而保證光電二極管31的可靠性。在本實(shí)施例中，所述娃基底30的正面上還形成有介質(zhì)金屬層33,所述介質(zhì)金屬層33具體可包括多層金屬層及多層介質(zhì)層，所述介質(zhì)層用以隔離金屬層，各金屬層之間可通過接觸孔連接，以實(shí)現(xiàn)信號的傳遞。此為現(xiàn)有技術(shù)，本申請對此不再贅述。在本實(shí)施例中，所述硅基底30為N型硅基底，在所述N型硅基底中所形成的光電二極管31為P型光電二極管。由此可知，對于光電二極管31而言，空穴作為電荷載流子?；耍l(fā)明人考慮到，為了避免背照式CMOS影像傳感器中的暗電流問題，則需要降低硅基底30中空穴的遷移率，即降低硅基底30中的空穴進(jìn)入光電二極管中，由此，本申請的發(fā)明人提出了下述工藝/結(jié)構(gòu)，以降低硅基底30中的空穴的遷移率，從而避免/減輕背照式CMOS影像傳感器中的暗電流問題。同時(shí)，根據(jù)上述表述可知，當(dāng)硅基底為P型硅基底時(shí)，在所述P型硅基底中所形成的光電二極管為N型光電二極管。由此可知，對于光電二極管而言，電子作為電荷載流子，那么相應(yīng)的就需要降低硅基底中的電子的遷移率。因此，關(guān)于硅基底為P型硅基底的情況，可相應(yīng)參考硅基底為N型硅基底的情況。在本實(shí)施例所公開的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可十分方便的實(shí)現(xiàn)降低P型硅基底所形成的背照式CMOS影像傳感器中的暗電流。在本實(shí)施例中，在娃基底30的背面形成拉應(yīng)力膜層之前,先對娃基底30執(zhí)行了一道熱氧化工藝。 如圖3b所示，對所述硅基底30執(zhí)行熱氧化工藝，以在所述硅基底30的背面上形成氧化硅層34。通常的，在形成了如圖3a所示的結(jié)構(gòu)之后，將對硅基底30執(zhí)行減薄工藝，一般減薄至2. 5微米左右，以提高光電二極管31對于光線的接收。減薄工藝往往會造成硅基底30背面的晶格損壞，因此，在本實(shí)施例中，對硅基底30執(zhí)行熱氧化工藝，在硅基底30的背面形成氧化硅層34，對晶格損壞進(jìn)行修復(fù)。接著，如圖3c所示，在所述硅基底30的背面上形成應(yīng)力膜層35(也就是拉應(yīng)力膜層35)。當(dāng)然，在本實(shí)施例中，更具體的是在氧化硅層34的表面形成拉應(yīng)力膜層35，即間接的在所述硅基底30的背面形成拉應(yīng)力膜層35，易知的，若沒有上述熱氧化工藝，則將直接的在所述硅基底30的背面形成拉應(yīng)力膜層35。其中，所述拉應(yīng)力膜層35的材料可以為金屬、氧化物等，例如氮化硅、含氮的碳化硅(NDC)等。拉應(yīng)力膜層35的材料可以在現(xiàn)在已知的可以形成拉應(yīng)力膜層的材料中任意選取，本申請對此并不做限定。通過所述拉應(yīng)力膜層35將抑制/降低硅基底30中空穴的遷移率，從而降低了空穴進(jìn)入光電二極管31的幾率，進(jìn)而便可減少(背照式CMOS影像傳感器中的)暗電流，提高背照式CMOS影像傳感器的可靠性。此外，所述拉應(yīng)力膜層35還能夠促使光生電荷載流子向光電二極管31移動(dòng)，從而增加光電二極管31對光線捕捉的準(zhǔn)確性和靈敏度，進(jìn)而提高背照式CMOS影像傳感器對圖像顯示的準(zhǔn)確性和靈敏度。在本實(shí)施例中，所述拉應(yīng)力膜層35通過化學(xué)氣相沉積工藝形成，優(yōu)選的，通過增強(qiáng)型等離子體化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)形成。所述PECVD工藝，工藝簡單，且成膜質(zhì)量可靠，從而能夠保證所形成的拉應(yīng)力膜層35的可靠性。進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，還對所形成的拉應(yīng)力膜層35執(zhí)行紫外線照射工藝，由此，可進(jìn)一步提高拉應(yīng)力膜層35的應(yīng)力，進(jìn)而更好地抑制硅基底30中空穴的遷移率，從而避免/減輕背照式CMOS影像傳感器中的暗電流問題。請參考圖4，其為本發(fā)明實(shí)施例中的拉應(yīng)力膜層經(jīng)過紫外線照射后的參數(shù)變化示意圖。如圖4所示，其中，LI表示隨著紫外線的照射，拉應(yīng)力膜層35中氫的減少量(單位為百分比)；L2表示隨著紫外線的照射,拉應(yīng)力膜層35的應(yīng)力大小(單位為MPa)。從圖4中可見，在經(jīng)過f 2分鐘的紫外線照射之后，拉應(yīng)力膜層35的應(yīng)力得到了極大的提供，由此可進(jìn)一步降低硅基底30中的空穴的遷移率，從而避免/減輕背照式CMOS影像傳感器中的暗電流問題。請繼續(xù)參考圖3c，通過上述背照式CMOS影像傳感器的形成方法，便可得到背照式CMOS影像傳感器3，所述背照式CMOS影像傳感器3包括硅基底30 ;形成于所述硅基底30中的光電二極管31及隔離結(jié)構(gòu)32，其中，所述光電二極管31及隔離結(jié)構(gòu)32靠近所述硅基底30的正面；形成于所述硅基底30背面上的應(yīng)力膜層35。在此，所述背照式CMOS影像傳感器3還包括氧化硅層34，所述氧化硅層34位于硅基底30和應(yīng)力膜層35之間。在本實(shí)施例提供的背照式CMOS影像傳感器3及其形成方法中，通過所述應(yīng)力膜層35能有效地降低載流子的遷移，從而能夠減輕/避免背照式CMOS影像傳感器3中的暗電流問題，提高背照式CMOS影像傳感器3的可靠性。 上述描述僅是對本發(fā)明較佳實(shí)施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，包括硅基底；形成于所述硅基底中的光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)靠近所述硅基底的正面；形成于所述硅基底背面上的應(yīng)力膜層。
2.如權(quán)利要求I所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，在所述硅基底和應(yīng)力膜層之間形成有氧化硅層。
3.如權(quán)利要求I或2所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，當(dāng)所述硅基底為N型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為拉應(yīng)力膜層。
4.如權(quán)利要求3所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，所述拉應(yīng)力膜層經(jīng)過了紫外線照射。
5.如權(quán)利要求I或2所述的背照式CMOS影像傳感器，其特征在于，當(dāng)所述硅基底為P型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為壓應(yīng)力膜層。
6.一種背照式CMOS影像傳感器的形成方法，其特征在于，包括 提供硅基底，所述硅基底中形成有光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)靠近所述硅基底的正面； 在所述硅基底的背面上形成應(yīng)力膜層。
7.如權(quán)利要求6所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法，其特征在于，利用化學(xué)氣相沉積工藝形成所述應(yīng)力膜層。
8.如權(quán)利要求6所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法，其特征在于，在所述硅基底的背面上形成應(yīng)力膜層之前，還包括 對所述硅基底執(zhí)行熱氧化工藝，以在所述硅基底的背面上形成氧化硅層。
9.如權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法，其特征在于，當(dāng)所述硅基底為N型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為拉應(yīng)力膜層。
10.如權(quán)利要求9所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法，其特征在于，在所述硅基底的背面上形成拉應(yīng)力膜層之后，還包括 對所述拉應(yīng)力膜層執(zhí)行紫外線照射工藝。
11.如權(quán)利要求6至8中的任一項(xiàng)所述的背照式CMOS影像傳感器的形成方法，其特征在于，當(dāng)所述硅基底為P型硅基底時(shí)，所述應(yīng)力膜層為壓應(yīng)力膜層。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種背照式CMOS影像傳感器及其形成方法，其中，所述背照式CMOS影像傳感器包括硅基底；形成于所述硅基底中的光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)，其中，所述光電二極管及隔離結(jié)構(gòu)靠近所述硅基底的正面；形成于所述硅基底背面上的應(yīng)力膜層。通過所述應(yīng)力膜層能有效地降低載流子的遷移，從而能夠減輕/避免背照式CMOS影像傳感器中的暗電流問題，提高背照式CMOS影像傳感器的可靠性。
文檔編號H01L27/146GK102945852SQ20121052528
公開日2013年2月27日 申請日期2012年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月7日
發(fā)明者費(fèi)孝愛, 肖海波, 洪齊元 申請人:豪威科技(上海)有限公司