[发明专利]背照式CMOS光学传感器的制造方法

说明书

本发明提供了一种背照式CMOS光学传感器的制造方法，包括：提供第一衬底，在所述第一衬底表面沉积第一氧化物层，并通过化学机械研磨工艺进行表面抛光；提供第二衬底作为承载片，并在所述第二衬底表面沉积一层钝化介质层；在所述钝化介质层表面沉积第二氧化物层，并通过化学机械研磨工艺进行表面抛光；采用等离子体照射所述第一氧化物层和所述第二氧化物层表面，并且将所述第一氧化物层和所述第二氧化物层贴合到一起；将所述第一衬底、第一氧化物层、第二衬底、钝化介质层和第二氧化物层进行退火工艺。增加的钝化层可以减少背照式CMOS光学传感器键合工艺中残余气孔数量，最终，提高键合强度。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种背照式CMOS光学传感器的制造方法。

背景技术

随着CMOS工艺水平的提高，CMOS光学传感器凭借功耗低、成本低、体积小、可随机读取等一系列优点，实现了在平板电脑、智能手机等消费类电子领域的广泛应用。背面照射技术(BSI)是帮助CMOS光学传感器实现性能突破的关键因素之一。在传统的正照式(FSI)结构中，入射光要达到光电二极管并被其吸收，首先需要穿过至少2～3层绝缘介质组成的光路“隧道”及金属布线层。在此期间，部分入射光子将受到正面绝缘层和金属布线层的反射而返回空气中，造成填充因子的降低及低光照下灵敏度的减弱。BSI技术正是相对于FSI结构而提出的。该结构通过将正照结构中器件层与金属层整体翻转，将原本阻碍光路的金属布线层挪至光路另一侧，入射光可通过基板的背面直接到达光电二极管，如此大幅降低了金属布线层对光子的衍射与串扰，这些性能的改善使得BSI日益成为CMOS光学传感器中的主流像素结构。

然而BSI结构的工艺步骤比较复杂，其中一个步骤就是将具有光电二极管的器件晶圆片翻转后，与光板承载片合二为一的键合工艺，以保障器件晶圆片在后继减薄工艺中的机械强度。该工艺是把两片镜面抛光硅晶圆片(氧化或未氧化均可)经表面清洗和预处理后，在室温下直接贴合，再经过退火处理提高键合强度，进而将两片晶圆结合成为一个整体的技术。其工艺性能指标包括两大方面：一.键合强度接近硅母材的断裂能(2.5J/m2)；二.晶圆的键合界面间无残余气泡(孔洞)，这两方面指标将直接影响器件成品的最终性能。

目前晶圆键合最为主流的工艺方法是室温等离子体活化键合法，该方法的特点是在上述两片镜面抛光晶圆片表面清洗后，利用等离子体照射晶圆表面(或称之为活化)，而后将两晶圆再预键合到一起，经过低温退火后达到足够高的键合强度。由于等离子体的产生和全部的键合过程都可在低真空度环境或大气下进行，不需要高真空系统，操作方便且成本相对较低，受到了研究者和工业界的重视。但该工艺存在的问题是在低温退火过程中，两晶圆的键合界面中间往往出现大量的气泡，这些退火气泡严重降低了器件的质量和可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背照式CMOS光学传感器的制造方法，可以提供键合性能，从而提高CMOS光学传感器的质量和可靠性。

为了达到上述目的，本发明提供了一种背照式CMOS光学传感器的制造方法，包括：

提供第一衬底，在所述第一衬底表面沉积第一氧化物层，并通过化学机械研磨工艺进行表面抛光；

提供第二衬底作为承载片，并在所述第二衬底表面沉积一层钝化介质层；

在所述钝化介质层表面沉积第二氧化物层，并通过化学机械研磨工艺进行表面抛光；

采用等离子体照射所述第一氧化物层和所述第二氧化物层表面，并且将所述第一氧化物层和所述第二氧化物层贴合到一起；

将所述第一衬底、第一氧化物层、第二衬底、钝化介质层和第二氧化物层进行退火工艺。

可选的，在所述的背照式CMOS光学传感器的制造方法中，所述钝化介质层为具有疏水性的介质膜层。

可选的，在所述的背照式CMOS光学传感器的制造方法中，所述钝化介质层的材料包括氮化硅。