[发明专利]用于BSI图像传感器的背面结构和方法

说明书

相关交叉申请

本申请要求于2012年5月10日提交的序列号为61/645,376名称为“Backside Structure for BSI Image Sensor”的美国临时专利申请的权益，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种用于BSI图像传感器的背面结构和方法。

背景技术

因为具有与传统CMOS制造工艺的兼容性、低成本、小尺寸以及高性能的优点，诸如BSI CMOS图像传感器的背照式(BSI)图像传感器日益普及。CMOS图像传感器取代更传统的电荷耦合器件(CCD)传感器是由于某些优点，包括CMOS图像传感器消耗能量较少、与CMOS半导体工艺的兼容性以及可以将该传感器与额外的CMOS逻辑器件集成在单个集成电路器件上。然而，不必为BSI图像传感器调整传统的CMOS制造工艺，并且目前的制造工艺可能产生不期望的器件性能，尤其是量子效率(QE)、信噪比(SNR)以及光平均值一致性的性能标准。

在形成BSI图像传感器中，半导体工艺用来在传感器阵列中形成用于半导体晶圆上的集成电路管芯的光电二极管(PD)和相应的MOS转移晶体管的阵列，以及在半导体晶圆上的集成电路管芯中形成诸如输入-输出缓冲器的外围电路MOS器件。由于光电二极管暴露于光下，因此，在光电二极管中产生与光强度对应的电荷。为进一步加工，MOS转移晶体管可以对电荷采样并且将电荷转移到存储节点。可以通过在光敏CMOS电路上方放置滤色器来形成彩色像素。

为了形成BSI图像传感器，在形成CMOS光电二极管和MOS晶体管之后，在半导体晶圆的背面(该面没有金属化层和层间电介质)上实施额外的半导体工艺。在传统的BSI工艺中，该工艺包括在晶圆上方形成缓冲氧化物和金属覆盖物。然后从集成电路管芯的传感器阵列区中选择性地去除缓冲氧化物和金属覆盖物，而在外围区上方仍保留金属覆盖物。

然而，在传统的半导体工艺中，用于从传感器阵列区去除金属覆盖物的蚀刻还去除一部分或者全部缓冲氧化物层。传统的蚀刻工艺导致在传感器阵列区上方非均匀的缓冲氧化物厚度或者没有氧化物层，这负面地影响了BSI图像传感器的性能。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种用于形成图像传感器的方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有传感器阵列区和外围区并且具有正面和相对的背面；在所述传感器阵列区和所述外围区上方形成底部抗反射涂层(BARC)，其中所述BARC在所述半导体衬底的背面上方具有第一厚度；在所述BARC上方形成第一介电层；在所述第一介电层上方形成金属覆盖物；从所述传感器阵列区上方选择性地去除所述金属覆盖物；从所述传感器阵列区上方选择性地去除所述第一介电层，其中，在选择性地去除所述第一介电层期间，还去除所述BARC的所述第一厚度的一部分并保留所述BARC的所述第一厚度的剩余部分；在所述BARC的所述第一厚度的所述剩余部分上方和所述外围区的所述金属覆盖物上方形成第二介电层；以及在所述第二介电层上方形成钝化层。

在所述方法中，所去除的所述BARC的所述第一厚度的部分至少是所述第一厚度的约10％。

在所述方法中，所保留的所述BARC的部分的厚度小于所述第一厚度的约90％。

在所述方法中，形成所述第一介电层包括形成缓冲氧化物。

在所述方法中，形成所述第二介电层包括：沉积选自基本上由SiO2、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的复合膜所构成的组中的一种物质。

在所述方法中，形成所述第二介电层包括：沉积选自基本上由SiO₂、SiN、SiC、SiON、Ta₂O₅、Al₂O₃、HfO和这些成分的组合形成的层所构成的组中的一种物质。

在所述方法中，在形成所述钝化层之后，所述传感器阵列区上方的所述BARC的所述第一厚度的剩余部分、所述第二介电层和所述钝化层的总厚度介于约至约的范围内。

在所述方法中，形成所述第二介电层包括：形成厚度均匀性变化小于约7％的第二介电层。

在所述方法中，所述外围区进一步包括CMOS晶体管。