[发明专利]用于图像传感器的改良的激光退火

说明书

技术领域

本发明大体而言涉及图像传感器，且具体地(但非排他地)，本发明涉及背面照射式CMOS图像传感器。

背景技术图1说明常规的包括像素电路101及周边电路102的背面照射式(“BSI”)图像传感器100。像素电路101包括置于P型硅外延(“epi”)层110内的光电二极管(“PD”)区域105。晶体管像素电路至少部分地形成在P阱115中或P阱115上。为清楚起见且免得附图混乱，仅说明像素电路101的转移晶体管(T1)及复位晶体管(T2)。用于耦合至转移晶体管及复位晶体管的栅极的第一金属层M1置于层间介电层120内。

周边电路102也置于外延层110中或外延层110上，且可作为控制电路、读出电路、逻辑电路、暗电流基准单元等。将周边电路定义为不是像素电路101的部分的任何互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。在图1中，像素电路101示成紧邻于周边电路102；然而，像素电路101与周边电路102可由外延层110内的浅沟槽隔离(STI)和/或掺杂阱分隔开，这些浅沟槽隔离(STI)和/或掺杂阱隔离像素阵列与图像传感器100的其余部分。

BSI图像传感器100对入射在传感器管芯的背面上的光具有光敏感性。对于BSI图像传感器，大部分的光子吸收发生在背面硅表面附近。为了分离由光子吸收所产生的电子-空穴对且将电子驱赶至PD区域105，背硅表面附近的电场是有帮助的。可通过对背表面进行掺杂及激光退火来产生该电场。激光退火是形成局部加热的退火工艺。

对于厚P-外延层110，激光脉冲使背表面温度大大升高(例如，超过1000C)，但归因于短脉冲，温度在外延层110体(bulk)中迅速降低。然而，当外延层110薄(例如，P-外延层110＜4微米厚)时，层间介电层120与后端工艺(“BEOL”)元件的剩余部分的绝缘可造成衬底及外延层温度在激光退火期间的显著增加，此可导致不利的影响，诸如大于800C的温度下的掺杂剂扩散和/或大于400C的温度下的BEOL金属劣化/熔融。

可通过使用较厚的P-外延层110来解决此问题，可通过在背面薄化工艺期间移除较少外延层来产生较厚的P-外延层。在背面与前侧之间保留厚硅层使激光辐照的高温背表面远离前侧上的掺杂剂分布及金属/硅化物触点。然而，增加厚度导致图像传感器阵列中邻近像素之间的电串扰增加。因此，趋势已变成使P-外延层110较薄。

附图简述

参照以下诸附图来描述本发明的非限制性及非详尽的实施例，其中除非另有规定，否则相似附图标记在各种视图中始终指代相似部分。

图1(现有技术)是常规背面照射式图像传感器的截面图。

图2是说明根据本发明的一实施例的背面照射式成像系统的框图。

图3是说明根据本发明的一实施例的背面照射式成像系统内的两个4T像素的像素电路的框图。

图4是根据本发明的一实施例的背面照射式图像传感器的截面图。

图5是说明根据本发明的一实施例的用于制造背面照射式图像传感器的工艺的流程图。

图6A是根据本发明的一实施例的直至BEOL完成所制造的部分制造的背面照射式成像传感器的截面图。

图6B是根据本发明的一实施例的部分制造的背面照射式成像传感器的截面图，其说明背面上的掺杂剂层植入物。

图6C是根据本发明的一实施例的部分制造的背面照射式成像传感器的截面图，其说明背面上的激光退火工艺。

图6D是根据本发明的一实施例的部分制造的背面照射式成像传感器的截面图，其说明金属光屏蔽物的形成。

图6E是根据本发明的一实施例的部分制造的背面照射式成像传感器的截面图，其说明背面上的氮化硅层的沉积。

图6F是完全制造的背面照射式成像传感器的截面图。

具体实施方式

本文中描述用于制造背面照射式(“BSI”)成像传感器的系统及方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到，可在没有这些特定细节之一或多个的情况下或用其它方法、组件、材料等来实践本文中所描述的技术。在其它实例中，未展示或详细描述熟知结构、材料或操作以避免混淆某些方面。

贯穿本说明书引用“一项实施例”或“一实施例”意味着结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一实施例中。因此，贯穿本说明书在各处出现的短语“在一项实施例中”或“在一实施例中”未必均指代同一实施例。此外，在一或多个实施例中可按照任何合适方式组合特定特征、结构或特性。