连金属层106位于浅沟槽隔离结构101和栅极102上，并不位于光电 二极管上，避免在光照过程中对入射光线造成干扰。
[0057] 多层互连金属层106和插塞层的形成方法为本领域技术人员所公知在此不再赘 述。在具体实施例中，互连金属层106的材料为铜或铝。
[0058] 参照图8,取第二晶圆200,将所述第一晶圆100正面Sl和第二晶圆200键合，也 就是层间介质层105上表面和第二晶圆200键合。
[0059] 在键合过程中，首先，对层间介质层105上表面和第二晶圆200的键合面进行清洁 和活化处理；
[0060] 之后，将第二晶圆200的键合面和层间介质层105的上表面对准、接触、键合。具 体键合工艺为本领域技术人员所熟知，在此不再详述。
[0061] 参照图9,将第一晶圆100翻转，第一晶圆100背面S2朝上；
[0062] 对第一晶圆100背面S2进行减薄处理。在图9中，虚线表示未减薄时的第一晶圆 100背面所在位置，可清楚显示减薄前和减薄后第一晶圆100的厚度。由于背照式CMOS图 像传感器工作时，入射光由第一晶圆100背面S2方向进入光电二极管，因此，需要对第一晶 圆100背面S2进行减薄处理，以缩短第一晶圆100中入射光的路径。
[0063] 在具体实施例中，使用化学机械研磨工艺，对第一晶圆100背面S2进行减薄处理。 减薄后的第一晶圆100非常薄，很难单独支撑第一晶圆100正面Sl的器件，这时第二晶圆 200起到足够的支撑作用。
[0064] 参照图10,减薄处理后，在第一晶圆100背面S2形成保护层107。
[0065] 在本实施例中，保护层107为氧化硅层，使用等离子体增强化学气相沉积形成保 护层107,在形成保护层107过程使用的材料为等离子体增强氧化娃（Plasma Enhanced Oxide, PEOX)。
[0066] 在等离子体增强化学气相沉积过程中，温度范围为350~450°C，在本实施例中， 温度为400°C。最终形成的保护层107的厚度范围为丨〇〇~600A。如果保护层107的厚 度小于100 A,则在后续离子注入过程中很难起到保护作用；如果保护层107的厚度大于 600 A，后续离子注入过程中的离子无法穿过保护层到达第一晶圆背面。
[0067] 参照图11，对第一晶圆100背面S2进行离子注入，注入离子束穿过保护层107扩 散进入第一晶圆100背面S2形成隔离层108,隔离层108的掺杂类型和第一掺杂区103的 掺杂类型相反，隔离层108和第一扩散区103之间形成PN结，防止光电二极管漏电；
[0068] 进行激光退火，激光退火过程用于激活隔离层108中掺杂的离子。
[0069] 在对第一晶圆100背面S2进行离子注入过程和激光退火过程，保护层107起到保 护作用，离子束和高温不会直接与第一晶圆100背面S2接触，而是穿过保护层107扩散进 入第一晶圆100背面S2,第一晶圆100背面S2不会遭到损伤，确保第一晶圆100背面S2平 坦，其上的入射光不会发生散射且利于后续封装制程。另外，考虑到保护层107的阻挡，离 子注入过程中的离子束可沿垂直于第一晶圆100背面S2方向注入，或倾斜注入，而不会发 生沟道燧穿效应。而且，保护层107可起到缓冲作用，达到有效控制离子注入深度的目的， 使得隔离层108的深度保证离子不会扩散到像素单元，且隔离层108中各个位置深度一致、 掺杂离子分布均匀，使得各个位置的光电二极管在无光照状态下的暗电流具有一致性，有 效避免漏电现象，这样在光照状态下得到的图像清晰。
[0070] 在本实施例中，激光过火过程使用紫外线（Ultraviolet ray, UV)。相比于传统的 绿光，紫外线的波长较短，穿透力弱，可避免紫外线穿过保护层107和隔离层108后进一步 对像素单元和互连金属层造成不必要的损伤。
[0071] 而且，参照图12,曲线Ll表示具有保护层的第一晶圆背面下不同深度处的温度变 化，曲线L2表示未形成有保护层的第一晶圆背面下不同深度处的温度变化，横坐标表示深 度变化，纵坐标表示温度变化。设置保护层材料的反射率比第一晶圆材料的反射率低，由于 保护层为氧化硅层，第一晶圆为硅片，保护层的反射率低于第一晶圆的反射率，保护层对紫 外线的吸收量较高，因此在距第一晶圆背面相同深度处、具有保护层的第一晶圆温度高于 未形成有保护层的第一晶圆温度，这样，较高温度可以在纳秒范围内更有效激活隔离层108 中的掺杂离子。虚线框109对应隔离层的温度，具有保护层的隔离层温度明显高于未形成 有保护层的隔离层温度。
[0072] 参照图12,对应曲线Ll的箭头dl为第一层互连金属层所在位置的温度，大约为 555°C，对应曲线L2的箭头d2为第一层互连金属层所在位置的温度，大约为431°C。当互连 金属层的材料为铝时，铝的熔点为660. 4°C，对具有保护层的第一晶圆进行激光退火过程不 会损伤到互连金属层。当互连金属层的材料为铜，铜的熔点高于铝，激光退火过程也不会损 伤到互连金属层。在本实施例中，保护层的厚度范围为100 ~40〇A，可在保持第一隔离层 具有较高温度的前提下，不会损伤到互连金属层。
[0073] 参照图13,在形成隔离层108后，在保护层107上形成多个滤光片110和位于滤光 片110上的透镜111。
[0074] 每个滤光片110只允许特定颜色的光通过，例如可为红光、蓝光或绿光中的一种。 使用光刻工艺形成滤光片110,每个滤光片110与一个像素单兀在垂直于第一晶圆100正面 Sl方向上对准，可准确捕捉入射光。
[0075] 在具体实施例中，形成所述透镜111的方法包括：
[0076] 在保护层107上表面沉积透镜材料层，该透镜材料可以是氧化物或有机材料；使 用曝光和显影工艺对透镜材料层进行图形化；之后，使用回流工艺得到背向所述保护层 107上表面的表面为凸面的透镜111，控制回流工艺中的温度实现控制凸面曲率半径。
[0077] 本发明实施例还提供一种背照式CMOS图像传感器。
[0078] 参照图13,该背照式CMOS图像传感器包括：
[0079] 第一晶圆100和第二晶圆200,第一晶圆100正面Sl形成有多个像素单元，且第一 晶圆100正面Sl和第二晶圆200键合；
[0080] 位于第一晶圆100背面S2上的保护层107 ;
[0081] 位于保护层107下的第一晶圆100背面S2的隔离层108 ;
[0082] 位于保护层107上的多个滤光片110和位于滤光片110上的透镜111，每个滤光片 110与一个像素单兀在垂直于第一晶圆100背面S2方向上对准。
[0083] 在具体实施例中，保护层107材料的反射率比第一晶圆100材料的反射率低。第 一晶圆100为娃片，而保护层107为氧化娃层。
[0084] 虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本 发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所 限定的范围为准。
【主权项】
1. 一种背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，包括： 提供第一晶圆和第二晶圆，在所述第一晶圆正面形成有多个像素单元，所述第一晶圆 正面和所述第二晶圆键合； 对所述第一晶圆背面进行减薄处理； 减薄处理后，在所述第一晶圆背面形成保护层； 对所述第一晶圆背面进行离子注入，注入离子穿过所述保护层扩散进入第一晶圆背面 形成隔离层； 在形成所述隔离层后，在所述保护层上形成多个滤光片和位于所述滤光片上的透镜， 每个滤光片与一个像素单元对准。
2. 如权利要求1所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述保护层 材料的反射率比第一晶圆材料的反射率低。
3. 如权利要求1所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一晶 圆为硅片，所述保护层为氧化硅层。
4. 如权利要求3所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，使用等离子 体增强化学气相沉积，在所述第一晶圆背面形成保护层。
5. 如权利要求4所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述 保护层过程，使用的材料为等离子体增强氧化硅。
6. 如权利要求4所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述等离 子体增强化学气相沉积过程，温度范围为350~450°C。
7. 如权利要求1所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，所述保护层 的厚度范围为100~600A。
8. 如权利要求1所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述 隔离层后，进行激光退火。
9. 如权利要求8所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，在激光退火 过程使用紫外线。
10. 如权利要求1所述的背照式CMOS图像传感器的形成方法，其特征在于，使用化学机 械研磨，对所述第一晶圆背面进行减薄处理。
11. 一种背照式CMOS图像传感器，其特征在于，包括： 第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆正面形成有多个像素单元，且所述第一晶圆正面 和所述第-晶圆键合； 位于所述第一晶圆背面上的保护层； 位于保护层下的第一晶圆背面的隔离层； 位于所述保护层上的多个滤光片和位于滤光片上的透镜，每个滤光片与一个像素单元 对准。
12. 如权利要求11所述的背照式CMOS图像传感器，其特征在于，所述保护层材料的反 射率比第一晶圆材料的反射率低。
13. 如权利要求12所述的背照式CMOS图像传感器，其特征在于，所述第一晶圆为硅片， 所述保护层为氧化硅层。
【专利摘要】一种背照式CMOS图像传感器及其形成方法，其中背照式CMOS图像传感器的形成方法包括：提供第一晶圆和第二晶圆，在第一晶圆正面形成有多个像素单元，第一晶圆正面和第二晶圆键合；对第一晶圆背面进行减薄处理；在第一晶圆背面形成保护层；对第一晶圆背面进行离子注入，注入离子穿过保护层扩散进入第一晶圆背面形成隔离层；在形成隔离层后，在保护层上形成多个滤光片和位于滤光片上的透镜，每个滤光片与一个像素单元对准。保护层使第一晶圆背面免遭离子束损伤。而且，保护层可有效控制离子注入深度的目的，保证离子不会扩散到像素单元，光电二极管在无光照状态下的暗电流具有一致性，避免漏电现象，在光照状态下得到的图像清晰。
【IPC分类】H01L27-146
【公开号】CN104752448
【申请号】CN201310745770
【发明人】王冲, 奚民伟
【申请人】中芯国际集成电路制造(上海)有限公司
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2013年12月30日