专利名称：具有背侧沟槽的背侧照射式图像传感器的制作方法
技术领域：
本发明一般来说涉及供在数码相机及其它类型的成像装置中使用的电子图像传 感器，且更特定来说涉及供用于形成背侧照射式图像传感器的处理技术。
背景技术：
典型的电子图像传感器包含布置成二维阵列的若干个光敏图片元件(“像素”)。 此种图像传感器可经配置以通过在像素上方形成适当滤色器阵列(CFA)而产生彩色图 像。此类型的图像传感器的实例揭示于标题为“具有改善的光敏感度的图像传感器(Image Sensor with Improved Light Sensitivity) ” 的第 2007/0024931 号美国专利申请公开案 中，其以引用方式并入本文中。众所周知，图像传感器可使用互补金属氧化物半导体(CM0Q电路来实施。在此种 布置中，每一像素通常包含一光电二极管及形成于硅衬底上的硅传感器层中的其它电路元 件。一个或一个以上电介质层通常形成于硅传感器层上方且可并入有额外电路元件以及用 以形成互连件的多个金属化物层级。图像传感器的上面形成有电介质层及相关联金属化物 层级的侧通常称作前侧，而具有硅衬底的侧称作背侧。在前侧照射式图像传感器中，来自标的景物的光入射于图像传感器的前侧上，且 硅衬底相对厚。然而，与电介质层相关联的金属化物层级互连件及各种其它特征在图像传 感器的前侧上的存在可有害地影响图像传感器的填充因数及量子效率。背侧照射式图像传感器通过使厚硅衬底变薄或将其移除且将图像传感器布置成 使得来自标的景物的光入射于图像传感器的背侧上而解决与前侧电介质层相关联的填充 因数及量子效率问题。因此，入射光不再受电介质层的金属化物层级互连件及其它特征的 影响，且填充因数及量子效率得到改善。然而，在许多背侧照射式图像传感器中，与传感器光电二极管相关联的电荷存储 区远离背侧表面一实质距离而定位。此成问题，因为光电二极管从入射光产生的许多载流 子在其可被收集之前丢失，举例来说，此是由于与其它载流子的复合或邻近光电二极管之 间的串扰。相应地，需要一种不遭受上文所描述的过度载流子损失问题的经改善背侧照射式 图像传感器。
发明内容
本发明的说明性实施例提供具有降低的载流子复合及串扰且因此改善的性能的 背侧照射式图像传感器。根据本发明的一个方面，提供一种形成背侧照射式图像传感器的工艺。所述过程 为用于形成多个图像传感器的晶片级工艺，所述多个图像传感器每一者具有经配置以用于 背侧照射的像素阵列，其中所述图像传感器利用图像传感器晶片而形成。图像传感器晶片 包含衬底及形成于所述衬底上方的传感器层。所述工艺包括以下步骤在传感器层的背侧表面中形成背侧沟槽；通过背侧沟槽将掺杂剂植入到传感器层中以便形成对应于背侧沟槽 的背侧场隔离植入区；填充背侧沟槽；在经填充背侧沟槽上方形成至少一个抗反射层；及 进一步处理图像传感器晶片以形成多个图像传感器。图像传感器晶片可为(举例来说)具有布置于衬底与传感器层之间的掩埋氧化物 层的绝缘体上硅(SOI)晶片或具有形成于P+衬底上方的P-传感器层的外延晶片。在形成背侧沟槽之前，可在传感器层上方形成垫氧化物层，且可在垫氧化物层上 方形成垫氮化物层。然后可形成延伸穿过氧化物及氮化物层且延伸到传感器层中的对准标 记。可穿过氮化物及氧化物层蚀刻背侧沟槽，且可在背侧沟槽内形成衬里氧化物层。然后 可用例如氧化物或多晶硅等材料填充背侧沟槽。抗反射层可包含形成于传感器层的背侧表面上的抗反射氧化物层及形成于抗反 射氧化物层上方的抗反射氮化物层。在形成抗反射氧化物层之前或之后，可执行背侧钝化 植入操作。所述工艺可进一步包括背侧阱隔离植入操作。此可涉及(举例来说)在抗反射层 上方沉积光致抗蚀剂，将光致抗蚀剂图案化以在背侧沟槽上方形成开口，及通过开口植入 掺杂剂以形成对应于背侧沟槽的背侧阱隔离植入区。在说明性实施例中的一者中，所述进一步处理图像传感器晶片以形成多个图像传 感器的步骤进一步包含以下步骤在抗反射层上方形成氧化物层；将临时载体晶片附接到 氧化物层的背侧表面；移除衬底；在传感器层中形成像素阵列的光敏元件；在传感器层的 前侧表面中形成前侧沟槽；形成对应于前侧沟槽的前侧场隔离植入区；填充前侧沟槽；形 成对应于前侧沟槽的前侧阱隔离植入区；在传感器层的前侧表面上形成至少一个电介质 层；将支撑晶片附接到所述至少一个电介质层的前侧表面；移除临时载体晶片；及将图像 传感器晶片分离成多个图像传感器。根据本发明的另一方面，一种背侧照射式图像传感器包含传感器层，其实施像素 阵列的多个光敏元件；氧化物层，其邻近传感器层的背侧表面；及至少一个电介质层，其邻 近传感器层的前侧表面。传感器层进一步包含形成于传感器层的背侧表面中且经布置以提 供光敏元件的相应对之间的隔离的多个背侧沟槽。背侧沟槽具有形成于传感器层中的对应 背侧场隔离植入区。根据本发明的背侧照射式图像传感器可有利地实施于数码相机或其它类型的成 像装置中，且在此种装置中提供改善的性能而不显著增加图像传感器裸片大小或成本。
当结合以下说明及图式阅读时，本发明的以上及其它目标、特征及优点将更显而 易见，所述图式中使用相同参考数字(如果可能)来命名所述图所共有的相同特征，且其 中图1是具有根据本发明的说明性实施例配置的背侧照射式图像传感器的数码相 机的框图；图2到14是显示根据本发明的说明性实施例在用于形成背侧照射式图像传感器 的例示性工艺中的各步骤处的此种图像传感器的部分的横截面图；及图15是包含使用图2到14的例示性工艺形成的多个图像传感器的图像传感器晶片的平面图。
具体实施例方式本文将结合数码相机、背侧照射式图像传感器及用于形成此类图像传感器的处理 技术的特定实施例图解说明本发明。然而，应理解，这些说明性布置仅以举例方式呈现，且 不应被视为以任何方式限制本发明的范围。所属领域的技术人员将认识到，所揭示的布置 可以简单方式与各种各样的其它类型的成像装置及图像传感器一同使用。图1显示本发明的说明性实施例中的数码相机10。在所述数码相机中，来自标的 景物的光输入到成像级12。所述成像级可包含常规元件，例如透镜、中性密度滤光器、光圈 及快门。所述光由成像级12聚焦以在图像传感器14上形成图像，图像传感器14将入射光 转换成电信号。数码相机10进一步包括处理器16、存储器18、显示器20及一个或一个以 上额外输入/输出(I/O)元件22。尽管在图1的实施例中显示为单独元件，但成像级12可与图像传感器14及数码 相机10的可能一个或一个以上额外元件集成，以形成紧凑相机模块。假设图像传感器14在本实施例中为CMOS图像传感器，但其它类型的图像传感器 可用于实施本发明。更特定来说，图像传感器14包含背侧照射式图像传感器，其以下文将 结合图2到14描述的方式形成。所述图像传感器通常包含具有布置成行及列的多个像素的 像素阵列且可包括与像素阵列的取样与读出相关联的额外电路，例如信号产生电路、信号 处理电路、行及列选择电路等。此取样与读出电路可包含(举例来说)用于处理从所述像 素阵列读出的模拟信号的模拟信号处理器及用于将此类信号转换成数字形式的模/数转 换器。这些及其它类型的电路适于用于数码相机10中且为所属领域的技术人员所熟知且 因此在本文中将不再详细描述。所述取样与读出电路的部分可布置在图像传感器的外部， 或与像素阵列整体形成于(举例来说)具有光电二极管及像素阵列的其它元件的共用集成 电路上。图像传感器14通常将实施为具有相关联CFA图案的彩色图像传感器。可与图像 传感器14 一同使用的CFA图案的实例包括描述于上文所引用的第2007/0024931号美国专 利申请公开案中所描述的那些CFA图案，但可在本发明的其它实施例中使用其它CFA图案。 作为另一实例，可使用标题为“色彩成像阵列(Color Imaging Array) ”的第3，971，065号 美国专利中所揭示的常规贝尔图案(Bayer pattern)，所述美国专利以引用方式并入本文 中。处理器16可包含(举例来说)微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路 (ASIC)、数字信号处理器(DSP)或其它处理装置，或多个此类装置的组合。成像级12及图 像传感器14的各种元件可由从处理器16供应的计时信号或其它信号控制。存储器18可以任何组合形式包含任何类型的存储器，例如，举例来说，随机存取 存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、快闪存储器、基于磁盘的存储器、可拆卸式存储器或其它 类型的存储元件。与像素阵列的取样与读出及对应图像数据的处理相关联的功能性可至少部分地 以存储于存储器18中且由处理器16执行的软件的形式实施。由图像传感器14捕获的给定图像可由处理器16存储于存储器18中且呈现于显示器20上。显示器20通常为主动矩阵彩色液晶显示器(LCD)，但可使用其它类型的显示 器。额外I/O元件22可包含(举例来说)各种屏幕上控制、按钮或其它用户接口、网络接 口、存储器卡接口等。关于图1中所示的类型的数码相机的操作的额外细节可在(举例来说)上文所引 用的第2007/0024931号美国专利申请公开案中找到。应了解，图1中所示的数码相机可包含所属领域的技术人员已知的类型的额外或 替代元件。可从此项技术中已知的那些元件中选择本文中未明确显示或描述的元件。如先 前所注意，本发明可实施于各种各样的其它类型的数码相机或成像装置中。此外，如上所 述，本文中所描述的实施例的某些方面可至少部分地以由成像装置的一个或一个以上处理 元件执行的软件的形式实施。在本文中所提供的教示的情况下此种软件可以简单方式实 施，如所属领域的技术人员将了解。图像传感器14可制作于硅衬底或其它类型的衬底上。在典型CMOS图像传感器中， 像素阵列的每一像素包括光电二极管及用于测量所述像素处的光等级的相关联电路。此种 电路可包含(举例来说)传送门、复位晶体管、选择晶体管、输出晶体管及其它元件，其以众 所周知的常规方式配置。如先前所指示，过度载流子损失问题可发生于常规背侧照射式图像传感器中，此 是由于收集之前的载流子复合以及邻近光电二极管之间的串扰。解决此问题的一个可能方 法是利用其中形成有光电二极管的传感器层的低掺杂外延层，以便扩展与相应光电二极管 相关联的损耗区且从而降低载流子复合。然而，我们已发现此种方法可导致增加的“暗”电 流及量子效率的降级。现在将参照图2到14描述用于解决载流子损失问题而不增加暗电 流或使量子效率降级的技术。应注意，这些图中所示的横截面图经简化以便清楚地图解说 明本发明的各方面，且未必按比例绘制。给定实施例可包括各种其它特征或元件，其未明确 图解说明但将为所属领域的技术人员所熟悉且通常与所描述的一般类型的图像传感器相 关联。图2到14中所图解说明的技术通常涉及处理图像传感器晶片以形成多个每一者 具有经配置以用于背侧照射的像素阵列的图像传感器。图2到8中的每一者将显示应用于 两个单独图像传感器晶片的各种工艺步骤，所述两个单独图像传感器晶片一个为绝缘体上 硅(SOI)晶片200且另一个为外延晶片210。在完成图8中所图解说明的工艺步骤之后， 所得图像传感器晶片在所述点处具有大致相同的结构。因此，图9到14将显示应用于单个 图像传感器晶片的剩余工艺步骤。尽管将使用SOI及外延晶片200及210来图解说明本发 明，但应了解可使用其它类型的晶片。如图2中所示的图像传感器晶片200及210的部分通常对应于图像传感器中的特 定一者，且可被视为包括由外围区域包围的像素阵列区域。所述外围区域可包括接合垫区 域或图像传感器的其它部分或与其相关联。图像传感器晶片200或210还具有前侧及背侧。参照图2，这些图像传感器晶片的 背侧通常对应于晶片的顶部。因此，在图14中所示的完成的图像传感器晶片中，来自标的 景物的光将穿过在图中识别为背侧的侧入射于像素阵列的光电二极管或其它光敏元件上， 所述背侧又是晶片的顶部。术语“前侧”及“背侧”在本文中将用以表示图像传感器晶片或 从此种晶片形成的图像传感器的特定侧以及图像传感器晶片或对应图像传感器的特定层的侧。应注意，例如“在......上”或“在......上方”等术语在结合图像传感器晶片
的层或对应图像传感器使用时打算广义地解释，且因此不应被理解为排除一个或一个以上 介入层或其它介入图像传感器特征或元件的存在。因此，本文中描述为形成于另一层上或 形成于另一层上方的给定层可通过一个或一个以上额外层与所述另一层分离。现在参照图2，SOI图像传感器晶片200包括硅衬底202、形成于所述衬底上的掩 埋氧化物(BOX)层204及形成于所述掩埋氧化物层上的硅传感器层206。外延图像传感器 晶片210包含P+衬底212及形成于所述P+衬底上方的P-传感器层214。如上文所指示， 在本文中可将图像传感器晶片的各个层描述为具有前侧及背侧表面。举例来说，传感器层 206具有前侧表面206F及背侧表面206B。对于图2到8的剩余说明，将主要参照SOI图像传感器晶片200来描述所述工艺， 其中应理解，类似步骤适用于外延晶片210，如这些图中所图解说明。将使用类似参考数字 来表示SOI及外延晶片中的对应元件，其中后一晶片的参考数字与前者的参考数字通过撇 号符号(‘)区分。因此，举例来说，SOI晶片中的元件220对应于外延晶片中的元件220'。在图2中所图解说明的步骤中，在SOI晶片200的传感器层206上方形成垫氧化 物层220，且在垫氧化物层220上方形成垫氮化物层222。如将看到，图像传感器的像素阵 列区域中的这些层的部分最终被移除，但其它部分用于形成(举例来说)图像传感器的外 围区域中的接合垫结构。如图3中所示，图案化并形成对准标记300，此通常将涉及光刻操作，例如光致抗 蚀剂沉积，随后是暴露、显影及蚀刻。所述对准标记是根据所需对准标记图案而图案化，所 述所需对准标记图案通常将取决于用于处理图像传感器晶片的光刻装备的特定类型。在此 实例中，对准标记300延伸穿过垫氧化物及氮化物层220、222及传感器层206，到达掩埋氧 化物层204的下伏表面。因此，所述对准标记延伸穿过整个传感器层206。可使用这些对准 标记来提供前侧与背侧特征之间的对准，且使CFA元件及其相关联微透镜与像素阵列的对 应光电二极管或其它光敏元件对准。对准标记300可包含多晶硅。用于在背侧照射式图像传感器中形成此类型的多晶 硅对准标记的有利技术揭示于柯达(Kodak)档案号为94870的上文所引用美国专利申请案 中，但可使用各种各样的其它技术来形成对准标记300。然后在传感器层206的背侧表面206B中形成背侧沟槽400，如图4中所图解说明。 如向下指向的箭头所指示，通过背侧沟槽400将掺杂剂植入到传感器层中，以便形成背侧 场隔离植入区402。此实施例中的背侧沟槽通过穿过氮化物及氧化物层222、220蚀刻沟槽 而形成。所述说明性实施例中的沟槽为浅沟槽，且可具有大约0.1到0.5微米(μπι)的深 度。沟槽宽度通常为约0. 1到0. 2 μ m，但通常将取决于光电二极管的大小，其可随实施方案 而变化。较窄的宽度在提供改善的光电响应方面通常是优选的。背侧沟槽400及其相关联场隔离植入区402用于以介电方式隔离像素阵列的每一 像素的背侧，此产生图14中所示的完成的结构中的较少的载流子复合及降低的串扰。背侧沟槽400可经布置以便在给定图像传感器的像素阵列区的上下平面图中呈 现为栅格。在此种布置中，每一光电二极管可位于栅格位置中的一者中以便由背侧沟槽大 致包围。
衬里氧化物层可形成于背侧沟槽400内。通常，所述衬里氧化物将具有约50到 150埃的厚度。可在所述衬里氧化物层的形成之前或之后进行场隔离植入。如果像素阵列是基于ρ型金属氧化物半导体(PMOS)电路，那么用于场隔离植入的 掺杂剂为η型掺杂剂，例如砷或磷，而如果像素阵列是基于η型金属氧化物半导体(NMOS) 电路，那么将使用ρ型掺杂剂，例如硼或铟。用于场隔离植入的典型浓度范围为从约切1012 到 5χ1013 原子/cm3。现在参照图5，背侧沟槽400填充有材料500且经平面化，且垫氧化物及氮化物层 220、222被移除。填充材料500可包含(举例来说)氧化物或多晶硅。可使用经掺杂多晶 硅来在像素之间吸收蓝色光且进一步降低串扰。然而，当使用经掺杂多晶硅作为填充材料 时，蓝色光的量子效率也将较低。然后在传感器层206的经填充背侧沟槽上方形成抗反射层，如图6中所图解说明。 更特定来说，在传感器层的背侧表面上形成抗反射氧化物层600，且在抗反射氧化物层600 上方形成抗反射氮化物层602。所述抗反射氧化物层具有大约50埃的厚度且所述抗反射氮 化物层具有大约500埃的厚度，但可使用其它值。所述抗反射氧化物及氮化物层有助于改
善量子效率。图6中的向下指向的箭头图解说明结合抗反射氧化物层600的形成的背侧钝化植 入操作的性能。此钝化植入操作可在氧化物层600的形成之前或之后执行，且形成用以淬 灭传感器层206的背侧表面处的表面状态的钝化植入区604。像图4的场隔离植入，图6的背侧钝化植入将针对PMOS像素阵列使用η型掺杂剂 或针对NMOS像素阵列使用ρ型掺杂剂。此外，用于钝化植入的合适浓度与上文针对场隔离 植入所述的浓度相同，也就是说，从切1012到切1013原子/cm3。图7图解说明背侧阱隔离植入操作的性能。此种操作被视为任选的，但可提供待 形成于传感器层206中的邻近光电二极管之间的额外横向隔离。在此实例中，在抗反射氮 化物层602上方沉积光致抗蚀剂700且将其图案化以在背侧沟槽400中的相应者上方形成 开口 702。然后，执行阱隔离植入操作，如向下指向的箭头所指示，以通过开口 702植入掺杂 剂。此操作形成与相应背侧沟槽相关联的背侧阱隔离植入区704。从背侧而非前侧形成区 704允许形成较窄的区，此可增强性能。用于阱隔离植入的掺杂剂(像用于先前所描述的其它植入的那些掺杂剂)将为用 于PMOS像素阵列的η型掺杂剂或用于NMOS像素阵列的ρ型掺杂剂。用于阱隔离植入的合 适浓度范围为从约hlO11到切1013原子/cm3。然后剥离光致抗蚀剂700的任何剩余部分，且在抗反射氮化物层602上方沉积氧 化物层800，如图8中所图解说明。可将氧化物层800沉积到约0. 1到0. 5 μ m的厚度。然 后，氧化物层800的背侧表面可经受化学机械抛光(CMP)操作以准备用于临时载体晶片的 接合的表面。图9显示在临时载体晶片900接合到氧化物层800的表面且衬底202及掩埋氧化 物层204被移除之后的图像传感器晶片结构。可以任何组合形式使用(举例来说)研磨、 抛光或蚀刻技术来移除所述衬底。对于SOI晶片200，将衬底202向下移除到掩埋氧化物层 204，且然后移除所述掩埋氧化物层。对于外延晶片210，所述衬底移除工艺经配置以在到达 对准标记300'时终止。如先前所指示，由于从SOI晶片200及外延晶片210形成的结构在此点处大致相同，因此将参照单个图像传感器晶片结构来描述所述工艺的剩余部分。在如 图9中所示的此结构中，更特定地将传感器层206或214识别(通过说明性实例的方式) 为P-传感器层。背侧临时载体晶片900可包含(举例来说)通常称作支撑晶片的晶片类型。所述 临时载体晶片可使用环氧树脂或另一合适粘合剂附接到图像传感器晶片。尽管临时载体晶片在此实施例中被显示为P-晶片，但此仅以举例的方式，且可使 用其它类型的掺杂。此外，传感器层可使用与图中所图解说明的掺杂不同的掺杂。举例来 说，如图9中所图解说明的传感器层具有P-掺杂，但可以简单方式修改处理操作以使用替 代掺杂，例如N-掺杂。在图2到14中邻近横截面图所示的其它掺杂指示在其它实施例中 可以类似方式变化，如所属领域的技术人员将了解。图10显示翻转以用于进一步处理的图像传感器晶片。如图11中所图解说明，此进一步处理通常涉及在传感器层206或214中形成像 素阵列的光敏元件1100 ；在所述传感器层的前侧表面中形成前侧沟槽1102 ；形成对应于所 述前侧沟槽的前侧场隔离植入区；填充所述前侧沟槽；形成对应于所述前侧沟槽的前侧阱 隔离植入区1104 ；及在所述传感器层的所述前侧表面上形成电介质层1106。如前文所指 示，所述说明性实施例中的所述像素阵列的所述光敏元件包含光电二极管。可使用类似于上文针对背侧沟槽400及其相关联植入区的形成所描述的那些技 术的技术来形成前侧沟槽1102及其相关联植入区。此实施例中的电介质层1106包含多个电介质材料层且可包括(举例来说)层间 电介质(ILD)及分离多个金属化物层级的金属间电介质(IMD)。可使用常规技术在电介质 层1106内形成各种图像传感器特征，例如互连件、门或其它电路元件。尽管图11的图示中 仅显示单个电介质层1106，但其它实施例可包含可能通过一个或一个以上介入层彼此分离 的多个电介质层。形成于电介质层1106的前侧表面上的金属导体1108表示图像传感器晶 片中的最后金属层。在电介质层1106及金属导体1108上方沉积氧化物层1200，且然后使用CMP操作 将其平面化。图12显示所得结构。在图13中，前侧支撑晶片1300附接到最后金属层上方的氧化物层1200，且背侧 临时载体晶片900被移除。可使用(举例来说)低温氧化物到氧化物接合来附接支撑晶片 1300。图14显示再次翻转以用于进一步背侧处理的图像传感器晶片。前侧支撑晶片 1300用作衬底，从而为用于进一步背侧处理的结构提供支撑。此进一步处理可包括(举例 来说)针对像素阵列中的相应者在氧化物层800的背侧表面上形成CFA。一般来说，图像 传感器晶片的像素阵列中的每一者具有对应CFA，其包括布置于传感器层的相应光敏元件 1100上方的滤色器元件。也可在CFA的相应滤色器元件上方形成微透镜。图中未显示CFA 及其相关联微透镜，但其可以众所周知的常规方式布置。所述滤色器元件及相关联微透镜与对准标记300对准，以便提供传感器层的光电 二极管与CFA的对应滤色器元件之间的准确对准。然后，将所得经处理图像传感器晶片切割成经配置以用于背侧照射的多个图像传 感器，其中一者为数码相机10中的图像传感器14。下文将结合图15更详细描述所述晶片
11切割操作。此实施例中的支撑晶片1300在切割之前不被移除，而是用作永久性支撑晶片， 其若干部分保持为在切割操作中彼此分离的图像传感器中的相应者的部分。在替代实施例中，可使用第二临时载体晶片代替支撑晶片1300。可使用环氧树脂 或另一合适粘合剂附接第二临时载体晶片(像第一临时载体晶片900)。在第二临时载体晶 片的附接之后，可在移除第二临时载体晶片之前将上覆于CFA中的相应者上的包含透明覆 盖物的透明覆盖片附接到图像传感器晶片的背侧表面。每一此种玻璃覆盖物可包含布置于 其对应CFA上方的中心腔且进一步包含经由环氧树脂固定到氧化物层800的背侧表面的外 围支撑物。所述透明覆盖片可由玻璃或另一透明材料形成。此种覆盖片可作为单个片附接 到晶片，当从晶片切割图像传感器时其被划分成单独覆盖物。关于此种临时载体晶片及透 明覆盖片的使用的进一步细节可在柯达档案号为94872的上文所引用美国专利申请案中 找到。然而，应了解，使用此类元件及相关联处理操作并非本发明的要求。可在本发明的给定实施例中执行的其它说明性操作包括(举例来说)重新分布层 (RDL)导体的形成、钝化层的形成及接触金属化物的形成。如上文所指示，图2到14中所图解说明的处理操作为应用于图像传感器晶片的晶 片级处理操作。图15显示包含多个图像传感器1502的图像传感器晶片1500的平面图。图 像传感器1502通过结合图2到14所描述的图像传感器晶片1500的晶片级处理形成。然 后，所述图像传感器通过沿切割线1504切割晶片而彼此分离。图像传感器1502中的给定 一者对应于图1的数码相机10中的图像传感器14。上文所描述的说明性实施例有利地提供用于形成背侧照射式图像传感器的经改 善处理布置。举例来说，结合图2到14所描述的工艺提供额外背侧特征，例如具有相关联 背侧场隔离、钝化及阱隔离植入的浅背侧沟槽，其大致降低载流子复合及邻近光电二极管 之间的串扰。此提供在检测入射光的能力增强而不显著增加图像传感器裸片大小或成本方 面展现经改善的性能的背侧照射式图像传感器。尽管已特定参照本发明的某些说明性实施例详细描述了本发明，但将理解，可在 论述于所附权利要求书中的本发明的范围内实施变化及修改。举例来说，本发明可使用替 代材料、晶片、层、工艺步骤等实施于其它类型的图像传感器及数字成像装置中。因此，可在 替代实施例中变化结合所述说明性实施例所描述的各种工艺参数，例如层厚度及掺杂剂浓 度。所属领域的技术人员将易于明了这些及其它替代实施例。部件列表10数码相机12成像级14背侧照射式图像传感器16处理器18存储器20显示器22输入/输出(I/O)元件200绝缘体上硅(SOI)晶片202 衬底204掩埋氧化物(BOX)层0083]
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0110] 0111] 0112]
206传感器层 206B传感器层背侧表[ 206F传感器层前侧表[ 210外延晶片 衬底
传感器层 垫氧化物层 垫氮化物层 对准标记
212 214 220 222 300 400 402 500 600 602 604 700 702 704 800 900
背侧沟槽
场隔离植入区 沟槽填充材料 抗反射氧化物层 抗反射氮化物层 背侧钝化植入区 光致抗蚀剂 开口
背侧阱隔离植入区 背侧氧化物层 背侧临时载体晶片 1100光敏元件 1102前侧沟槽 1104前侧阱隔离植入区 1106电介质层 1108最后金属层导体 1200氧化物层 1300前侧支撑晶片 1500图像传感器晶片 1502图像传感器 1504切割线
权利要求
1.一种用于形成多个图像传感器的晶片级处理方法，每一图像传感器具有经配置以用 于背侧照射的像素阵列，所述图像传感器利用图像传感器晶片而形成，所述图像传感器晶 片包含衬底及形成于所述衬底上方的传感器层，所述方法包含以下步骤在所述传感器层的背侧表面中形成背侧沟槽；通过所述背侧沟槽将掺杂剂植入到所述传感器层中以便形成对应于所述背侧沟槽的 背侧场隔离植入区； 填充所述背侧沟槽；在所述经填充背侧沟槽上方形成至少一个抗反射层；及 进一步处理所述图像传感器晶片以形成所述多个图像传感器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像传感器晶片包含具有布置于所述衬底与 所述传感器层之间的掩埋氧化物层的绝缘体上硅(SOI)晶片。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述图像传感器晶片包含具有形成于P+衬底上方 的P-传感器层的外延晶片。
4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含以下步骤 在所述传感器层上方形成氧化物层；在所述氧化物层上方形成氮化物层；形成延伸穿过所述氧化物及氮化物层且延伸到所述传感器层中的对准标记。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述在所述传感器层的所述背侧表面中形成背侧 沟槽的步骤进一步包含穿过所述氮化物及氧化物层蚀刻所述背侧沟槽的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在所述背侧沟槽内形成衬里氧化物层的步骤。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述填充所述背侧沟槽的步骤包含用氧化物及多 晶硅中的一者填充所述背侧沟槽。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述在所述传感器层的所述背侧表面上的所述经 填充背侧沟槽上方形成至少一个抗反射层的步骤包含以下步骤在所述传感器层的所述背侧表面上形成抗反射氧化物层；及 在所述抗反射氧化物层上方形成抗反射氮化物层。
9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包含结合所述抗反射氧化物层的所述形成而 执行钝化植入操作的步骤。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述抗反射氧化物层具有大约50埃的厚度，且所 述抗反射氮化物层具有大约500埃的厚度。
11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含以下步骤 在所述抗反射层上方沉积光致抗蚀剂；将所述光致抗蚀剂图案化以在所述背侧沟槽上方形成开口 ；及通过所述开口植入掺杂剂以形成对应于所述背侧沟槽的背侧阱隔离植入区。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述进一步处理所述图像传感器晶片以形成所 述多个图像传感器的步骤进一步包含以下步骤在所述至少一个抗反射层上方形成氧化物层； 将临时载体晶片附接到所述氧化物层的背侧表面；移除所述衬底；在所述传感器层中形成所述像素阵列的光敏元件； 在所述传感器层的前侧表面中形成前侧沟槽； 形成对应于所述前侧沟槽的前侧场隔离植入区； 填充所述前侧沟槽；形成对应于所述前侧沟槽的前侧阱隔离植入区； 在所述传感器层的所述前侧表面上形成至少一个电介质层； 将支撑晶片附接到所述至少一个电介质层的前侧表面； 移除所述临时载体晶片；及 将所述图像传感器晶片分离成所述多个图像传感器。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述至少一个电介质层包含层间电介质，且进 一步包含分离多个金属化物层级的金属间电介质。
14.一种具有经配置以用于背侧照射的像素阵列的图像传感器，其包含 传感器层，其包含所述像素阵列的多个光敏元件；氧化物层，其邻近所述传感器层的背侧表面；及 至少一个电介质层，其邻近所述传感器层的前侧表面；其中所述传感器层包含形成于所述传感器层的所述背侧表面中且经布置以提供所述 光敏元件的相应对之间的隔离的多个背侧沟槽，所述背侧沟槽具有形成于所述传感器层中 的对应背侧场隔离植入区。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其进一步包含布置于所述氧化物层与所述传 感器层之间的至少一个抗反射层。
16.根据权利要求14所述的图像传感器，其中所述传感器层进一步包含与所述背侧沟 槽中的对应者对准地形成于所述传感器层的所述前侧表面中且布置于所述光敏元件的相 应对之间的多个前侧沟槽，所述前侧沟槽具有形成于所述传感器层中的对应前侧场隔离植 入区。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中所述背侧沟槽具有与所述背侧沟槽对准 地形成于所述传感器层中的对应背侧阱隔离植入区，且所述前侧沟槽具有与所述前侧沟槽 对准地形成于所述传感器层中的对应前侧阱隔离植入区。
18.根据权利要求14所述的图像传感器，其中所述图像传感器包含CMOS图像传感器。
19.一种数字成像装置，其包含图像传感器，其具有经配置以用于背侧照射的像素阵列；及一个或一个以上处理元件，其经配置以处理所述图像传感器的输出以产生数字图像；其中所述图像传感器包含传感器层，其包含所述像素阵列的多个光敏元件；氧化物层，其邻近所述传感器层的背侧表面；及至少一个电介质层，其邻近所述传感器层的前侧表面；其中所述传感器层包含形成于所述传感器层的所述背侧表面中且经布置以提供所述 光敏元件的相应对之间的隔离的多个背侧沟槽，所述背侧沟槽具有形成于所述传感器层中 的对应背侧场隔离植入区。
20.根据权利要求19所述的数字成像装置，其中所述成像装置包含数码相机。
全文摘要
本发明揭示一种背侧照射式图像传感器，其包含传感器层，其实施像素阵列的多个光敏元件(1100)；氧化物(800)层，其邻近所述传感器层的背侧表面；及至少一个电介质层(1200)，其邻近所述传感器层的前侧表面。所述传感器层进一步包含形成于所述传感器层的所述背侧表面中且经布置以提供所述光敏元件的相应对之间的隔离的多个背侧沟槽。所述背侧沟槽具有形成于所述传感器层中的对应背侧场隔离植入区，且所得结构提供载流子复合及邻近光敏元件之间的串扰的降低。所述图像传感器还可实施于数码相机或其它类型的数字成像装置中。
文档编号H01L27/146GK102067316SQ200980123136
公开日2011年5月18日 申请日期2009年7月7日 优先权日2008年7月9日
发明者弗雷德里克·T·布雷迪 申请人:柯达公司