[发明专利]背部照明图像传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种背部照明图像传感器的制造方法。

背景技术

图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器 一般被划分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器或互补型金属氧化物半导体 (CMOS)图像传感器(CIS)。

在现有技术的图像传感器中，采用离子注入在衬底中形成光电二极管。 由于为了在不增加芯片尺寸的情况下增加像素的数目，光电二极管的尺寸越 来越减小，所以光接收部分的面积也减小，使得图像质量降低。

此外，因为堆叠高度减少不像光接收部分的面积一样减少的那么多，所 以由于称为艾里斑(airy disk)的光衍射，入射到光接收部分的光子数目也 减少。

作为克服这种局限的一种选择，进行了以下尝试：通过经由晶片的背部 接收光，最小化光接收部分的上表面的高度并且消除由于金属布线(metal routing)引起的光干涉。利用这种方法的图像传感器可称为背部(back side) 照明图像传感器。

在现有技术的背部照明图像传感器中，在衬底的前部(front side)执行 用于形成光接收器件和金属线的工艺，然后，，执行以预设厚度去除该衬底 背部的背部磨削。执行背部磨削是为了通过将衬底的背部磨削到适当的厚 度，调整外部模块与光学透镜之间的间隔。

根据现有技术的背部照明图像传感器，绝缘层上硅(SOI)晶片作为其上 形成有光接收器件和电路的原料晶片(donor wafer)。然后，将SOI晶片接 合至处理晶片。其后，对原料晶片执行背部磨薄工艺。

以下将描述现有技术的用于原料晶片的背部磨薄工艺。

首先，执行用于原料晶片的背部磨薄，使得隐埋氧化物(BOX)的上表面 只保留几十微米的厚度。其后，执行回蚀以完成背部磨薄工艺。

然而，由于现有技术的背部照明图像传感器采用昂贵的SOI晶片作为原 料晶片，所以制造成本非常高。

同样，根据现有技术的用于原料晶片的背部磨削可能引起晶片边缘变 薄。如果发生晶片边缘变薄，则位于晶片边缘的芯片可能失效，所以产量下 降。

另外，根据现有技术，由于在回蚀工艺中，也晶片的中心也被暴露于等 离子体损害下以将晶片蚀刻几十微米的厚度，因此图像传感器变化的可能性 增大。

根据现有技术的图像传感器的另一种方法是通过沉积非晶硅形成光电 二极管的图像传感器(参见“3D图像传感器”)。在硅衬底上形成读出电 路并在另一个晶片上形成光电二极管，执行晶片至晶片的接合，从而在读出 电路上形成光电二极管。该光电二极管和读出电路通过金属线相连接。

在将光电二极管设置在具有读出电路的晶片上之后，执行接合工艺。此 时，由于接合问题，读出电路可能不会与光电二极管正确电连接。例如，金 属线常常形成在读出电路上，然后，执行晶片至晶片的接合，使得金属线接 触光电二极管。然而，此时，可能很难正确地使金属线接触光电二极管，而 且可能很难提供金属线与光电二极管之间的欧姆接触。此外，根据现有技术， 与光电二极管连接的金属线可能被短路。尽管有研究致力于防止金属线之间 短路的缺陷，但是其问题在于需要复杂的工艺。

发明内容

本发明的实施例提供一种背部照明图像传感器的制造方法，能够稳定有 效地去除其衬底背部。

实施例也提供一种能够降低制造成本的背部照明图像传感器的制造方 法。

实施例也提供一种能够将入射光量最大化并且减少由于金属布线引起 的光的干涉和反射的背部照明图像传感器的制造方法。

在一个实施例中，一种背部照明图像传感器的制造方法，可包括如下步 骤：在第一衬底的前部的区域中形成离子注入层；在形成离子注入层之后， 在所述第一衬底的前部中形成器件隔离区域以定义像素区域；在所述像素区 域中形成光感测单元和读出电路；在所述第一衬底上形成层间绝缘层和金属 线；将第二衬底接合至其上形成有所述金属线的所述第一衬底的所述前部； 去除第一衬底位于所述离子注入层之下的下部(1ower side)；以及在所述第 一衬底的背部的光感测单元上形成微透镜。