用于CMOS图像传感器的无损杂质掺杂的方法技术

一种制造背照式像素的方法。该方法包括在基板的正面上或正面中形成像素的正面组件，正面组件包括具有第一极性的感光区。该方法进一步包括在该基板的背面上形成具有第二极性的纯掺杂剂区、将激光脉冲施加至该基板的背面以熔化该纯掺杂剂区，并且使该纯掺杂剂区再结晶化以形成背面掺杂层。也揭示并主张了对应的装置实施例。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般涉及图像传感器，并具体但非排它地涉及具有改良的背面表面掺杂的背照式(“BSI”)图像传感器。现有技术图像传感器已变得普遍存在。它们被广泛用于数字静态相机、蜂窝电话、安保相机、医学、汽车及其它应用中。用以制造图像传感器且特定是CMOS图像传感器(“CIS”)的技术已持续大步前进。举例而言，对较高分辨率及较低功率消耗的需求已助长了图像传感器的进一步小型化及集成化。因此，图像传感器的像素阵列中的像素的数目已增加，而每一像素单元的大小已减小。通常，图像传感器的每一像素包括诸如光电二极管的感光元件，以及用于从感光元件读出信号的一个或多个晶体管。随着像素单元大小的减小，晶体管大小亦可能减小。传送晶体管通常用在具有四晶体管设计的像素中。传送晶体管将感光元件与像素的其余部分分离。传送晶体管被形成于感光元件与浮动节点之间，且希望按比例缩小传送晶体管以具有短栅极长度，为了获得更大的集成度以及增强的像素填充因数。在大多数图像传感器中，每一像素的构成元件被形成于被视为硅基板的前表面的表面上或其附近，并且将由像素捕获的光入射于该前表面上。代替捕获入射于基板的正面上的光，或除了捕获入射于基板的正面上的光之外，被称作背照式(BSI)图像传感器的一些图像传感器可捕获入射于基板的后表面上的光。在BSI图像传感器中，背面照明使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而产生的电子-空穴对并将电子驱动朝向感光区，在硅后表面附近的电场是有帮助的。此电场可通过对硅的该后表面进行掺杂而产生。经掺杂的后表面的质量在图像传感器性能方面起到重要的作用。经掺杂的后表面区中的晶体缺陷及非活性掺杂剂可通过俘获电子并且不允许电子到达感光区(此可导致“热像素”缺陷)而使量子效率降级。CMOS图像传感器中的晶体缺陷的主要来源之一是常规离子注入过程的结果，常规离子注入过程涉及掺杂剂注入并且之后进行热退火以使所注入的掺杂剂活性化。热激光退火是被用以在离子注入之后减少晶体缺陷出现的一种方法，但激光退火造成局部加热，这可使BSI CIS的基板温度显著增加，因为在这些类型的图像传感器中，其中主要形成像素的外延(epi)层是薄的(例如，<4μπι厚)。基板温度的增加可导致不期望的掺杂剂扩散和 /或金属劣化/熔化。可通过使用更厚的最终外延层来减少不期望区域的过度加热的可能性，较厚的最终外延层可通过在基板薄化过程期间移除较少外延层而产生。然而，增加外延层的厚度导致图像传感器中的相邻像素之间的电串扰的增加。除了致使基板温度增加之外，激光退火也可能会无法使所有背面掺杂剂活性化， 这能导致非活性掺杂剂缺陷。与使用离子注入及激光热退火的当前制造过程相关联的这些问题可在结果图像传感器中引起不受欢迎的问题，诸如高的暗电流以及高的白像素计数。附图说明参看以下附图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中，除非另有指明，否则在各个视图通篇中相同参考数字指代相同部分。图1是具有背面掺杂剂层的背照式图像传感器的一实施例的横截面图。图2是示出用于制造背照式图像传感器的过程的一实施例的流程图。图3A是制造到正面互连完成之前的背照式图像传感器的部分制造实施例的横截面图。图;3B是制造到掺杂剂区及多晶硅罩盖膜的沉积之前的背照式图像传感器的部分制造实施例的横截面图。图3C是制造到背面掺杂层完成之前的背照式图像传感器的部分制造实施例的横截面图。图3D是背照式像素的制造完成的实施例的横截面图。图4是示出背照式图像传感器的实施例的方框图。图5是示出背照式成像阵列的实施例内的两个四晶体管(“4T”)像素的像素电路的电路图。具体实施例方式本文中描述了用于产生背照式(“BSI”)图像传感器的无损杂质掺杂的方法的实施例。在以下描述中，描述多种特定细节以提供对本专利技术的实施例的详尽理解，但本领域熟练技术人员将认识到，可在不需要一个或多个特定细节下、或藉由其它方法、组件、材料等来实践本专利技术。在其它例子中，已知的结构、材料或操作不进行详细展示或描述但仍被涵盖于本专利技术的范畴内。遍及本说明书的对“一个实施例”或“实施例”的引用表示与该实施例相关联描述的特定特征、结构或特性被包括于本专利技术的至少一个实施例中。因此，遍及本说明书各处的词组“在一实施例中”的出现未必均指相同实施例。此外，可在一个或多个实施例中以任何合适方式组合特定特征、结构或特性。使用诸如“顶部”、“底部”、“在...下面”的方向性术语来参考经描述的附图的方向，但其不应被理解为对实施例的定向的任何形式的限制。图1是具有背面掺杂剂的背照式(BSI)图像传感器的图像像素100的实施例的横截面图。图像像素100的所示实施例是在图像传感器的像素阵列内的像素的一个可能实施。图像像素100的所示实施例包括p型外延层110、p型钉扎层117、n型感光区115、传送晶体管120，以及形成于外延层110的正面上的浅沟槽隔离(“STI”)及η+源极/漏极扩散区130。N+源极/漏极扩散区130形成于ρ井140内。当然，在其它实施例中，像素100 的元件的传导类型可倒转。举例而言，在替代实施例中，区115、130可以是P型掺杂，而区 110、140及116可以是N型掺杂。层间介电质IM将外延层110的正面表面与金属堆栈150分离。尽管图1示出了两层金属堆栈，但金属堆栈150可包括更多或更少的金属层以用于将电信号在像素阵列的正面上导引。背面P+掺杂层116形成于厚度L的外延层110的背面上。可选的抗反射 (“AR”)层160可形成于背面ρ+掺杂层116的背面上。彩色滤光片165可形成于AR层 160的背面上，且可具有拜耳(Bayer)图案或包括红外线滤光片，或这两者的组合。在其它实施例中，彩色滤光片165可完全不存在。微透镜170形成于图像像素100的背面上，且将来自背面表面的光导向至η型感光区115。图2是示出用于制造BSI图像传感器的图像像素300(参见图3Α至图3D)的过程 200的实施例的流程图。在过程200中出现的一些或全部的过程块的次序不应视为限制性的。相反，受益于本专利技术的本领域普通技术人员将理解，一些过程块可按照未示出的多种次序来执行。在过程块205中，图像像素300的制造一直到生产线后道工序(“BE0L”)组件的制造之前都遵照常规技术，BEOL组件包括扩散注入物、硅化物、像素晶体管电路以及图3A 所示的金属堆栈350。图3A也示出了形成于ρ+基板305上的外延层310。在过程块207 中，处理晶圆(未示于图3A至图3D中)被接合至正面图像传感器晶圆。在过程块210中， 图像像素300被背面薄化以移除ρ+基板305且暴露ρ型外延层310的背面。在过程块215中，使用等离子浸入离子注入(“PIII”)过程将纯ρ型掺杂剂区390 形成在P型外延层310的背面中或背面上(参见图:3Β)。如本文中所使用，关于掺杂剂区所使用的术语“纯”不表示掺杂剂区必须由无杂质的100%的所选掺杂剂所制成。作为替代， “纯”表示掺杂剂区主要由所选掺杂剂素以组成但可含有任何量的一个或多个杂质，只要杂质不构成以下量将干扰使用PIII过程的掺杂剂区390的形成的量、干扰背面掺杂层316 的后序形成的量、或干扰结果像素的操作的量。在PIII中，将P型外延层310的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾克强，刘家颖，戴幸志，V·韦内齐亚，
申请(专利权)人：美商豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：