[发明专利]一种背照式CMOS图像传感器的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，特别涉及一种背照式CMOS图像传感器的制造方法。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比具有的低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。

其中,CMOS图像传感器重要的性能指标之一的像素灵敏度主要由填充因子（感光面积与整个像素面积之比）与量子效率（由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量）的乘积来决定。在CMOS图像传感器中，为了实现堪与CCD转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平，在CMOS图像传感器中应用了有源像素。然而有源像素（像素单元）的应用却不可避免地导致填充因子降低，因为像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给感光二极管的可用空间较小。所以，当今CMOS传感器的一个重要的研究方向就是扩大填充因子。

随着像素尺寸的变小，提高填充因子所来越困难，目前最流行的技术是从传统的前感光式（FSI，Front Side Illumination）变为背部感光式（BSI，Back Side Illumination），放大器等晶体管以及互连电路置于背部，前部全部留给感光二极管，这样就实现了100%的填充因子。

为了实现背部感光式CMOS传感器，其中一项重要的技术便是硅通孔技术（TSV，Through-Silicon-Via）。硅通孔技术是通过在芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间制作垂直导通，实现芯片之间互连的最新技术。硅通孔技术的优点是外观尺寸较小，可按需集成在CMOS工艺的各个环节。图1所示为现有技术中基于硅通孔技术制造的图像传感器像素单元。硅通孔技术主要是这样实现的：在按照标准CMOS工艺流程制作完图像传感器的感光二极管、金属层1、金属层2、金属层3等层次以后，首先通过化学机械抛光减薄（CMP）工艺将硅衬底底部厚度进行减薄；然后在芯片底部需要通孔引出连线的区域（即需要通孔引出区域）进行光刻标识；接着在这些光刻标识区域用反应离子刻蚀（RIE）技术挖深槽；进一步在深槽槽壁上形成绝缘层，绝缘层的作用在于将每个通孔内部的导电材料与外界相互隔离；最后在每个由硅通孔技术产生的深槽内部填充通孔导电材料。这样形成的基于TSV技术的硅通孔。

然而，虽然硅通孔技术可按需集成在CMOS工艺的各个环节，但其难度较高，对设备的要求较高，其成本也相对较高。因此，如果能实现一种方便、低成本的背部通孔技术，对于背部感光式CMOS传感器将会有很大好处。

发明内容

本发明的主要目的在克服现有技术的缺陷，提供一种背照式CMOS图像传感器的制造方法，解决了传统硅通孔技术对深槽刻蚀设备要求较高的问题，也降低了制造传感器的成本。

为达成上述目的，本发明提供一种背照式CMOS图像传感器制造方法，包括如下步骤：在衬底上表面依次形成感光二极管区及至少一层金属互连层；在所述衬底下表面形成并刻蚀介质层，以使所述介质层间形成开口区域，所述金属互连层的金属互连线通过所述开口区域引出；在所述衬底下表面的所述开口区域形成多孔硅结构，所述多孔硅结构的深度为所述衬底下表面至所述金属互连线的深度；去除所述介质层；以及在所述多孔硅结构中填充导电材料。

可选的，在所述衬底下表面形成并刻蚀介质层的步骤后，还包括研磨所述衬底下表面，使所述衬底底部的厚度与所述多孔硅结构的深度匹配。

可选的，在所述衬底下表面的所述开口区域形成多孔硅结构的步骤包括：通过电化学腐蚀工艺形成多孔硅深槽；以及在所述多孔硅深槽槽壁形成隔离层。

可选的，所述多孔硅深槽的孔径为所述开口区域的宽度，所述多孔硅深槽的深度为所述衬底下表面至所述金属互连线的深度。

可选的，所述电化学腐蚀工艺采用的腐蚀溶液为氢氟酸（40%）和乙醇（99.7%）的混合溶液，其中氢氟酸和乙醇的体积比为1:1~1:10，优选为1:4；电化学腐蚀电流密度为10~50mA/cm²，优选为30mA/cm²。