[发明专利]CMOS图像传感器结构及形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种以绝缘体上硅为衬底材料的CMOS图像传感器结构及形成方法。

背景技术

绝缘体上硅(SOI)衬底从下至上结构为晶圆背面吸杂层、作为支撑层的硅基底层、作为绝缘层的掩埋氧化物层、作为有源层的硅顶层。图1示意性地示出了根据现有技术的CMOS图像传感器结构的俯视图，图2示意性地示出了根据现有技术的CMOS图像传感器结构沿图1的线A-A’截取的截面图。

如图1和图2所示，根据现有技术的绝缘体上硅(SOI)晶圆上的CMOS图像传感器(CMOSImageSensor，CIS)结构包括从下至上依次为晶圆背面吸杂层10、作为支撑层的硅基底层20、作为绝缘层的掩埋氧化物层30、作为有源层的硅顶层40。在硅顶层40中形成有像素单元100，而且在像素单元100形成有传输管50、源跟随管60、复位管70和选择管80。其中，像素单元100中一般形成有被浅沟槽隔离(STI)结构41隔开的光电二极管42，传输管50和源跟随管60依次布置在光电二极管42的一侧；而且传输管50和源跟随管60之间布置有第一接触区51，源跟随管60相对于第一接触区51的一侧布置有第二接触区61。

如图2所示，由于绝缘体上硅晶圆有掩埋氧化物层30，掩埋氧化物层阻挡了杂质43(例如金属杂质)向晶圆背面吸杂层10的扩散(如图2中的虚线所示)，晶圆背面吸杂层10无法对顶层硅40中的杂质起到吸杂作用。硅顶层40中的杂质在工艺热处理过程中极易扩散到像素单元中的光电二极管区和晶体管接触区并被捕获，形成杂质能级，产生暗电流，影响图像质量。

对此，IBM提出了一种针对绝缘体上硅(SOI)晶圆顶层硅的吸杂方法(专利号US20020140030)，即在硅顶层中形成浅槽隔离(STI)结构后，通过干法蚀刻形成吸杂层沟槽，然后在吸杂层沟槽中填充多晶硅形成附加吸杂层结构。但是这种方法有很大的局限性，由于附加吸杂层结构在工艺初期形成，在随后的工艺过程中会经历很多的高温热处理过程。研究文献表明，多晶硅经过高温热处理后晶粒尺寸变大，吸杂能力大幅下降。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够有效吸收杂质的绝缘体上硅晶圆上的CMOS图像传感器吸杂层结构及其形成方法。

为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种以绝缘体上硅为衬底材料的CMOS图像传感器结构，包括：从下至上依次为晶背吸杂层、作为支撑层的硅基底层、作为绝缘层的掩埋氧化物层、作为有源层的硅顶层、层间电介质和氧化物覆盖层；在硅顶层中形成有像素单元；像素单元中形成有光电二极管。而且传输管和源跟随管布置在光电二极管的一侧；而且在硅顶层中，传输管和源跟随管之间布置有第一接触区，源跟随管相对于第一接触区的一侧布置有第二接触区；其中，在所述硅顶层和层间电介质中形成有用于吸收杂质的附加吸杂结构，所述附加吸杂结构包围像素单元。

优选地，所述附加吸杂结构的材料是多晶硅。

优选地，所述附加吸杂结构是由与晶圆平面垂直的四个侧壁包围而成的结构，所述附加吸杂结构的与晶圆平面平行的截面是矩形。

优选地，所述附加吸杂结构的与晶圆平面平行的截面是圆形。

优选地，所述杂质是金属杂质。

根据本发明，还提供了一种绝缘体上硅晶圆上的CMOS图像传感器结构的形成方法，包括：

第一步骤：在绝缘体上硅衬底顶层硅中形成器件单元和像素单元，在像素单元中形成光电二极管、传输管、复位管和源跟随管；而且在硅顶层中在传输管和源跟随管之间布置第一接触区，在源跟随管相对于第一接触区的一侧布置第二接触区；

第二步骤：在第一步骤形成的结构上形成层间电介质；

第三步骤：对层间电介质和硅顶层进行刻蚀以形成包围像素单元的沟槽，沟槽与掩埋氧化物层接触；

第四步骤：在沟槽中填充多晶硅，以形成用于吸收杂质的附加吸杂结构；

第五步骤：在第四步骤形成的结构上形成氧化物覆盖层。

优选地，所述附加吸杂结构是由与晶圆平面垂直的四个侧壁包围而成的结构，所述附加吸杂结构的与晶圆平面平行的截面是矩形。

优选地，所述附加吸杂结构的与晶圆平面平行的截面是圆形。

优选地，所述杂质是金属杂质。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：