[发明专利]背照式CMOS图像传感器的背面处理方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，特别涉及一种背照式CMOS图像传感器的背面处理方法。

背景技术

CMOS图像传感器是近年来得到快速发展的一种新型固态图像传感器。由于采用了CMOS技术，可以将图像传感器部分和控制电路高度集成在同一芯片里，体积明显减小、功耗也大大降低，满足了对高度小型化、低功耗成像系统的要求。与传统的CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器还具有集成度高、控制简单、体积小、功耗低、价格低廉等诸多优点。因此随着CMOS集成电路工艺的不断进步和完善，CMOS图像传感器已经广泛应用于各种通用图像采集系统中。

背照式(Backside Illumination，BSI)图像传感器是是相对于正照式（Frontside Illumination，FSI）而提出的一种图像传感器，是指采用从背面对传感器进行照明，即采用背面照度技术的传感器。采用BSI构建像素，光线无需穿过金属互连层。BSI图像传感器的主要优势是能够使电气组件与光线分离，使光路径能够被独立地优化，反之亦然。而且，这无需在金属层或光导管中创建一个孔径，从而消除了入射光的损耗机理。随着半导体工艺的逐渐成熟，出现了背照式CMOS图像传感器。

具体的说，背照技术是指光线从原先作为衬底的硅基层入射到达感光区。为了使光线尽可能多的入射，需要对硅基层进行减薄，减薄后的硅基层厚度大概是传统的正照式CMOS图像传感器硅基层厚度的1/100，这给衬底生产工艺以及装配带来了极大的困难。背照式CMOS图像传感器对半导体生产工艺和微处理技术的要求非常高，具体表现为，原来厚度为725μm左右的衬底经过背面减薄处理后厚度要小于5μm，并且要求总厚度偏差（total thickness variation，TTV）小于1μm。因此在背照式CMOS图像传感器的制造过程中，背面减薄处理是非常重要的工艺步骤，背面减薄后衬底的总厚度偏差（TTV）成为检验背面减薄处理工艺的重要指标之一。

目前，对于背面减薄处理大多采用背面抛光（back grind）与化学机械研磨（Chemical Mechanical Polishing，CMP）相结合的方式，即，先利用背面抛光方法减薄大部分的厚度，然后再利用CMP工艺进行精细减薄，直至达到预定厚度。例如，先使用背面抛光方法将厚度为725μm的衬底薄化到10μm的厚度，然后再采用CMP工艺去除5μm的厚度，最终剩余5μm的厚度。然而，由于背面抛光减薄的厚度比较大（多达几百微米），导致背面抛光后的衬底的TTV比较大（1.5μm~3μm），即便之后采用CMP工艺进一步平坦化衬底背面，但是由于CMP前衬底的TTV已经很大，因而经过CMP后衬底的TTV也不会有很大改善，而且因为大厚度的减薄会导致衬底背面的划伤增多，且衬底表面的光滑度下降，对背照式CMOS图像传感器的入射光的损耗也会随之上升。

为此，需要提供一种保证背面减薄处理后衬底的TTV足够小、对衬底表面损伤小、经济实用的背照式CMOS图像传感器的背面处理方法。

发明内容

本发明提供一种背照式CMOS图像传感器的背面处理方法，以解决背照式CMOS图像传感器的背面衬底TTV偏大。

为解决上述技术问题，本发明一种背照式CMOS图像传感器的背面处理方法，包括：

提供一衬底；

在所述衬底的正面上形成图形化的研磨停止层；

在所述衬底和所述图形化的研磨停止层上形成外延层，并进行化学机械研磨平坦化所述外延层；

在所述外延层内形成光电二极管；

在所述外延层上形成器件层；

对所述衬底的背面进行背面抛光；

对所述衬底的背面进行化学机械研磨直到暴露出图形化的研磨停止层；

刻蚀去除所述图形化的研磨停止层，暴露出所述外延层；

进行化学机械研磨平坦化所述外延层。

可选的，所述衬底为硅衬底，所述图形化的研磨停止层为氧化硅或者氮化硅。

可选的，所述图形化的研磨停止层的厚度范围为

可选的，在所述衬底和所述图形化的研磨停止层上形成外延层，并进行化学机械研磨平坦化所述外延层的步骤包括：

在所述衬底和图形化的研磨停止层上依次形成第一外延层和第二外延层；

进行化学机械研磨平坦化所述第二外延层，直至形成平坦化的表面。

可选的，在所述衬底和所述图形化的研磨停止层上形成外延层，并进行化学机械研磨平坦化所述外延层的步骤包括：

在所述衬底和图形化的研磨停止层上依次形成第一外延层和第二外延层；