[发明专利]一种全隔离背照式图像传感器及其制造方法

权利要求书

1.一种全隔离背照式图像传感器结构，其特征在于：由上至下依次包括：承载基片、后道膜层、外延后的器件硅基、埋入氧化层、滤光片和微透镜；所有器件制造在埋入氧化层上的器件硅基上；该图像传感器感光单元的隔离采用沟槽隔离，并且填充绝缘介质的沟槽与埋入氧化层直接连接，将感光单元有源区彼此完全隔离；所述器件硅基上形成有光电二极管，光电二级管的接地通过正表面的浓掺杂区引出。

2.按权利要求1所述的结构，其特征在于，所述滤光片包括彩色滤光片和不透光的黑色滤光片。

3.按权利要求1所述的结构，其特征在于，所述器件硅基上形成有光电二极管掩埋区、表面浓掺杂区、传输栅极和浮置扩散区；光电二极管的P极经过表面P+区引出接地；或者光电二极管的N极经过表面N+区引出接地。

4.一种如权利要求1所述的全隔离背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在单晶硅基片上形成埋入氧化层和氧化层上器件硅基；

步骤2，对器件硅基进行掺杂，之后通过外延增加器件硅基厚度，满足器件设计需求；

步骤3，传感器感光单元的隔离采用沟槽工艺，沟槽底部完全接触到埋入氧化层，沟槽内绝缘介质与埋入氧化层连为一体，将相邻像素的有源区完全隔离；

步骤4，通过CMOS工艺制造完成CIS芯片，包括前道器件和后道金属互联，其中光电二级管的接地通过正表面的浓掺杂区引出；

步骤5，完成承载基片与器件硅基片的键合；

步骤6，对键合为一体的基片进行背面薄化，埋入氧化层作为薄化工艺的刻蚀终止层；

步骤7，背面感光区域制作形成三原色彩色滤光片以及微透镜。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤1中，在单晶硅基片上形成埋入氧化层之前，对单晶硅基片进行能量120～200keV，剂量4E17～1E18ions/cm²的O⁺离子注入，单晶硅基片的温度稳定在550～650℃。

6.按权利要求4或5所述的方法，其特征在于，步骤1中，单晶硅基片经过两阶段的1300～1350℃的高温退火和氧化：第一阶段在Ar中退火形成埋入氧化层；第二阶段在Ar与O₂混合气氛下氧化，埋入氧化层厚度增加，同时埋入氧化层上器件硅基形成表面氧化层；然后，采用湿法腐蚀去除表面氧化层，形成厚度为的埋入氧化层与厚度为0.15～0.25μm的器件硅基。

7.按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤2中，对器件硅基进行P型注入并完成退火激活，完成光电二级管在背侧的表面钝化；然后，依据不同器件的设计需求，在器件硅基上外延生长0.3～6μm的P型外延硅。

8.按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤3中，所述沟槽工艺采用浅沟槽隔离或者深沟槽隔离刻蚀工艺，背面工艺的套准图形在该步沟槽工艺中同步完成；沟槽经过热氧化在内壁生长衬垫氧化层，再用高密度等离子工艺淀积绝缘介质填充沟槽，经氧化并填充的沟槽与埋入氧化层连成一体，形成了完全隔离的感光单元有源区。

9.按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤4中，所述光电二级管区域主要包括：光电二极管N型掩埋区，表面P+区，Tx传输栅极，N+型FD区，后道膜层；光电二极管的P极经过表面P+区引出接地。

10.按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤6中，所述对键合为一体的基片进行背面薄化，采用Si对SiO₂高选择比的干法刻蚀或湿法腐蚀进行背面薄化，埋入氧化层作为薄化工艺的刻蚀终止层，去除单晶硅基片。

11.按权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤6和步骤7之间增加如下步骤：湿法腐蚀调整埋入氧化层的最终厚度，作为背面抗反射层。

12.按权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤7中，背面感光区域制作形成红色，绿色，蓝色不同彩色滤光片；背面非感光区域覆盖不透光的黑色滤光片；所述彩色滤光片上制作形成微透镜。