工艺中同步完成。
[0037] 7、沟槽5-1经过热氧化在内壁生长衬垫氧化层，再用高密度等离子（HDP)工艺淀 积Si02 (或其他低折射率绝缘介质材料)进行填充沟槽5-1，经氧化并填充的沟槽5-2与埋 入氧化层2连成一体，形成了完全隔离（Full-Isolated)的感光单元有源区6,如图6所示。 本发明中埋入氧化层2与沟槽5-2内绝缘介质直接连接的结构隔离了像素之间光线和电子 的传输途径，有效解决了混色问题，提高图像品质。
[0038] 8、通过CMOS工艺制造完成CIS(CMOSImageSensor，CMOS图像传感器）芯片。图 7显示一两层金属的4-TCIS芯片的光电二级管区域的截面结构，主要包括：光电二极管N 型掩埋区7,表面P+区8,Tx传输栅极9,N+型FD(FloatingDiffusion)区10,后道膜层 11，如图7所示。其中该结构的一特点是光电二极管的P极经过表面P+区8引出接地。
[0039] 9、键合（bonding)承载基片12与完成正面器件制造的娃基片，如图8所不。
[0040] 10、对键合为一体的基片进行背面薄化（thinning)工艺，采用对Si和Si02高选 择比的化学制剂进行湿法腐蚀（WetEtching)，埋入氧化层2(B0X)作为薄化工艺的刻蚀终 止层，去除硅基片1，如图9所示。根据本发明结构，采用埋入氧化层2(B0X)为薄化终止层 具有以下优点：（1)由于埋入氧化层的保护，薄化工艺对于芯片器件完全无损伤，器件厚度 与光电二极管的上下PN结深完全由外延厚度与器件掺杂设计决定，保证了像素的高量子 效率与高一致性好，直接提升了图像品质；（2)避免了通常薄化厚度控制精度要求高，面内 均匀性一致等技术障碍，背面工艺简化易控制，整个wafer(硅片）面内均匀性一致，提高产 品良率；（3)可选用湿法腐蚀，化学机械研磨CMP与湿法腐蚀组合，化学机械研磨CMP与干 法刻蚀组合等多种薄化方式实现。
[0041] 11、经过再次湿法腐蚀可调整埋入氧化层2膜厚到特定厚度，作为背面抗反射层。
[0042] 12、背面感光区域制作形成红色，绿色，蓝色不同彩色滤光片13(ColorFilter); 背面非感光区域制作不透光的黑色滤光片14,本发明采用黑色滤光片14替代通常的金属 淀积与刻蚀形成的遮光边墙，如图1所示。
[0043] 13、彩色滤光片上制作形成微透镜15 (Micro-lens)，如图1所示。
[0044] 采用本发明方法制造的全隔离背照式图像传感器结构如图1所示，该图像传感器 由上至下依次包括：承载基片12、后道膜层11、外延后的器件硅基3-2、埋入氧化层2、彩色 滤光片13、不透光的黑色滤光片14和微透镜15 ;所有器件制造在埋入氧化层2上的器件硅 基3-2上；该图像传感器感光单元的隔离采用沟槽5-2隔离，并且填充绝缘介质的沟槽5-2 与埋入氧化层2直接连接，将感光单元有源区彼此完全隔离；所述器件硅基3-2上形成有光 电二极管，该光电二级管区域的截面结构，主要包括：光电二极管N型掩埋区7、表面P+区 8、Tx传输栅极9、N+型FD区10、后道膜层11 ;该光电二极管的P极经过表面P+区8引出 接地。
[0045] 实施例2
[0046] 以采用P-type掩埋型（Pinned)光电二极管（PhotoDiode)的背照式（BSI)CMOS 图像传感器为实施例进行说明。与实施例1的区别在于：单晶硅基片1是无掺杂或N型轻 掺杂的（100)单晶硅基片，光电二极管N型掩埋区7是光电二极管P型掩埋区，表面P+区 8是表面N+区，N+型FD区10是P+型FD区。步骤4中，对器件硅基3-1进行N型注入并 完成退火激活，完成光电二级管背侧表面的N型掺杂。步骤5中，在器件硅基3-1上外延生 长0. 3~6iim的N型外延硅。步骤8中，光电二极管的N极经过表面N+区引出接地。
[0047] 以上对实施例便于本领域专业人士理解该发明结构和制造方法，并非限制为在本 说明书中揭示的特定实例。在不脱离本发明范围内，可有多种修改形式。
【主权项】
1. 一种全隔离背照式图像传感器结构，其特征在于：由上至下依次包括：承载基片、后 道膜层、外延后的器件硅基、埋入氧化层、滤光片和微透镜；所有器件制造在埋入氧化层上 的器件硅基上；该图像传感器感光单元的隔离采用沟槽隔离，并且填充绝缘介质的沟槽与 埋入氧化层直接连接，将感光单元有源区彼此完全隔离；所述器件硅基上形成有光电二极 管，光电二级管的接地通过正表面的浓掺杂区引出。
2. 按权利要求1所述的结构，其特征在于，所述滤光片包括彩色滤光片和不透光的黑 色滤光片。
3. 按权利要求1所述的结构，其特征在于，所述器件硅基上形成有光电二极管掩埋区、 表面浓掺杂区、传输栅极和浮置扩散区；光电二极管的P极经过表面P+区引出接地；或者 光电二极管的N极经过表面N+区引出接地。
4. 一种如权利要求1所述的全隔离背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，包括 如下步骤： 步骤1，在单晶硅基片上形成埋入氧化层和氧化层上器件硅基； 步骤2,对器件硅基进行掺杂，之后通过外延增加器件硅基厚度，满足器件设计需求； 步骤3,传感器感光单元的隔离采用沟槽工艺，沟槽底部完全接触到埋入氧化层，沟槽 内绝缘介质与埋入氧化层连为一体，将相邻像素的有源区完全隔离； 步骤4,通过CMOS工艺制造完成CIS芯片，包括前道器件和后道金属互联，其中光电二 级管的接地通过正表面的浓掺杂区引出； 步骤5,完成承载基片与器件硅基片的键合； 步骤6,对键合为一体的基片进行背面薄化，埋入氧化层作为薄化工艺的刻蚀终止层； 步骤7,背面感光区域制作形成三原色彩色滤光片以及微透镜。
5. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中，在单晶硅基片上形成埋入氧化层 之前，对单晶硅基片进行能量120~200keV，剂量4E17~lE18ions/cm 2的0+离子注入，单 晶硅基片的温度稳定在550~650°C。
6. 按权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤1中，单晶硅基片经过两阶段的 1300~1350°C的高温退火和氧化：第一阶段在Ar中退火形成埋入氧化层；第二阶段在Ar 与O2混合气氛下氧化，埋入氧化层厚度增加，同时埋入氧化层上器件硅基形成表面氧化 层；然后，采用湿法腐蚀去除表面氧化层，形成厚度为1000~2000A的埋入氧化层与厚度为 0. 15~0. 25 μ m的器件娃基。
7. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2中，对器件硅基进行P型注入并完成 退火激活，完成光电二级管在背侧的表面钝化；然后，依据不同器件的设计需求，在器件硅 基上外延生长0. 3~6 μ m的P型外延硅。
8. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述沟槽工艺采用浅沟槽隔离或 者深沟槽隔离刻蚀工艺，背面工艺的套准图形在该步沟槽工艺中同步完成；沟槽经过热氧 化在内壁生长衬垫氧化层，再用高密度等离子工艺淀积绝缘介质填充沟槽，经氧化并填充 的沟槽与埋入氧化层连成一体，形成了完全隔离的感光单元有源区。
9. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述光电二级管区域主要包括： 光电二极管N型掩埋区，表面P+区，Tx传输栅极，N+型FD区，后道膜层；光电二极管的P极 经过表面P+区引出接地。
10. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤6中，所述对键合为一体的基片进行背 面薄化，采用Si对SiO2高选择比的干法刻蚀或湿法腐蚀进行背面薄化，埋入氧化层作为薄 化工艺的刻蚀终止层，去除单晶硅基片。
11. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤6和步骤7之间增加如下步骤：湿 法腐蚀调整埋入氧化层的最终厚度，作为背面抗反射层。
12. 按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤7中，背面感光区域制作形成红色，绿 色，蓝色不同彩色滤光片；背面非感光区域覆盖不透光的黑色滤光片；所述彩色滤光片上 制作形成微透镜。
【专利摘要】本发明公开一种全隔离背照式图像传感器结构，由上至下依次包括：承载基片、后道膜层、外延后的器件硅基、埋入氧化层、滤光片和微透镜；所有器件制造在埋入氧化层上的器件硅基上；该图像传感器感光单元的隔离采用沟槽隔离，并且填充绝缘介质的沟槽与埋入氧化层直接连接，将感光单元有源区彼此完全隔离；所述器件硅基上形成有光电二极管，光电二级管的接地通过正表面的浓掺杂区引出。此外，本发明还公开了该全隔离背照式图像传感器的制造方法。本发明解决了现有工艺易发生的混色(cross talk)问题；埋入氧化层简化了BSI（背照式CMOS）背面工艺的复杂度，对器件进行了无损保护，避免了背面薄化均匀性不好，量子效率不一致等问题。
【IPC分类】H01L27-146
【公开号】CN104659040
【申请号】CN201310586603
【发明人】刘华明
【申请人】上海华虹宏力半导体制造有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2013年11月20日