專利名稱：減小圖像傳感器電學互擾的方法
技術領域：
本發明涉及一種圖像傳感器，尤其涉及一種減小圖像傳感器電學互擾的方法。
背景技術：
CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器由于其制造工藝和現有的集成電路制造工藝兼容，同時其性能上比原有的電荷耦合器件相比有很多優點。CMOS圖像傳感器可以將驅動電路和像素集成在一起，從而簡化了硬件設計，同時也降低了系統的功耗。CMOS圖像傳感器由于在采集光信號的同時就可以取出電信號，所以能夠實時處理圖像信息，速度比電荷耦合器圖像傳感器快。CMOS圖像傳感器還具有價格便宜、帶寬較大、防模糊、訪問靈活和填充系數較大等優點。傳統的有源像素是采用光電二極管作為圖像傳感器件。通常的有源像素單元是由三個晶體管和一個光電二極管構成，這種結構適合標準的CMOS制造工藝。在對于光電二極管的摻雜的空間分布設計中，還需要使空間電荷區避開晶體缺陷等復合中心集中的區域，以減小像素的暗電流。而現在像素的尺寸逐漸減小，光電二極管容納電子的阱容量也隨之減小，所以對光的捕獲和光電信號有一定的影響。現在對于CMOS圖像傳感器有兩種選擇，一種是與標準CMOS工藝兼容的光電二極管和3個晶體管相結合，以此保證光電二極管的面積。另一種是不與標準 CMOS工藝兼容的具有高阱容量的所謂釘扎光電二極管與4個晶體管結合的具有較低暗電流的像素結構。圖1是現有技術中CMOS圖像傳感器的結構示意圖；如圖所示，CMOS圖像傳感器的半導體結構包括P外延層101、淺溝槽隔離結構102、光電二極管103、轉移管104、漂浮節點105、復位晶體管106、電源接口 107、放大晶體管和選擇管(圖中未不)；在光照時,光電二極管103在N-處產生電荷，這時轉移管104是關閉狀態。然后轉移管104打開，將存儲在光電二極管103中的電荷傳輸到漂浮節點105，傳輸后，轉移管104關閉，并等待下一次光照的進入。在漂浮節點105上的電荷信號隨后用于調整放大晶體管。讀出后，帶有復位門的復位晶體管106將漂浮點復位到一個參考電壓。當入射光抵達感光二極管的空間電荷區以外的襯底區域，并通過光電效應產生電子空穴對時，其電子也會在襯底內擴散到空間電荷區邊緣而被空間電荷區所吸收。然而，由于電子擴散的無規則性，其可能在襯底內與空穴復合，也可能在襯底游走一段距離后被掃入其他像素的空間電荷區，從而引起像素間一種新的互擾，稱之為電學互擾。電學互擾同樣會給像素引入一些不真實的信號，使圖像傳感器信噪比降低，圖像質量變差。在強光的照射下，這種電學互擾會非常嚴重，此時不僅在感光二極管空間電荷區外產生的光生電子會在襯底擴散，而且被二極管空間電荷區已收集的電子也會重新擴散到襯底中，并在最終的圖像中引入一些缺陷，如光暈。原因在于對像素而言，其所能容納的電子個數有限，一旦P-N結收集足夠的電子后脫離反偏態而進入平衡態，其多余的電子將溢出而擴散到襯底中，并有很大部分將被鄰近的像素所吸收，使周邊像素亮度增加，從而形成光暈。中國專利(申請號:200910211968)公開了一種具有改進背側表面處理的CMOS圖像傳感器，具體為利用未活化的硼注入區域來捕獲擴散到襯底中的電子，從而減小像素間的電學互擾。該發明雖然通過未激活的硼來捕獲擴散到襯底中的電子，但是由于減薄后的外延層很接近STI (Shallow Trench Isolation淺溝道隔離結構)，對于采用HDP ( (HighDensity Plasma，高密度等離子)的方法來填充STI，STI會產生壓應力，使轉移管和其他晶體管中的電子轉移減慢，從而會影響光電二極管的響應速度。同時由于P型外延層中存在的壓應力，使電子的遷移率也會降低，從而使散射到襯底中的電子轉移速度減慢。在第二次光照前，仍有剩余的電子在外延層中游離，會進入臨近的像素單元，使臨近像素單元產生電學互擾。所以，該發明仍然未能解決現有技術中由于STI的壓應力導致電子轉移減慢，影響光電二極管中的響應速度的問題，同時也未能克服由于P型外延層存在壓應力導致電子遷移率降低，在進行第二次光照時，會產生電學互擾的問題。
發明內容
針對上述存在的問題，本發明提供一種減小圖像傳感器電學互擾的方法，以解決現有技術中由于STI的壓應力導致電子轉移減慢，影響光電二極管中的響應速度的問題，同時也克服現有技術中由于P型外延層存在壓應力導致電子遷移率降低，在進行第二次光照時，會產生電學互擾的問題。為了實現上述目的，本發明采取的技術方案為:
一種減小圖像傳感器電學互擾的方法，應用于制造圖像傳感器的工藝中，提供一所述圖像傳感器背面減薄前的半導體器件，所述半導體器件包括一襯底，且該襯底的上表面形成有所述圖像傳感器的結構，其中，包括:` 于所述襯底的下表面制備一應力層，以增大所述圖像傳感器結構的應力；
去除所述應力層后，繼續所述半導體器件背面的減薄工藝。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，還包括:于所述襯底的下表面制備所述應力層后，對所述應力層依次進行退火工藝和修復工藝，以增大所述應力層的應力。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，所述應力層為氮化硅層。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，所述應力層的厚度為300A飛00 L上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，所述應力層為拉應力層。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，所述應力層的拉應力為500MPa 1.2GPa。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，采用化學氣相淀積的方法制備所述應力層。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，采用分步多次淀積法制備所述應力層。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，采用含硅的氣體與含氮的氣體在溫度為300°C 500°C、壓強為50torr 500torr的反應條件下制備所述應力層；
其中，所述含硅的氣體流量為4(T70sccm，所述含氮的氣體流量為8(Tl20sccm。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，進行所述退火工藝的溫度為IOOO0C 1060°C。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，采用等離子體或者紫外光進行所述修復工藝。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，所述等離子體為含氫的等離子體。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，所述紫外光照射的時間為30秒 30分鐘，所述紫外光照射時的溫度為200°C 700°C。上述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其中，先采用干法刻蝕，再采用濕法刻蝕以去除所述應力層；
其中，采用含有三氟甲烷和氧氣的混合氣體或者含有二氟甲烷的混合氣體進行所述干法刻蝕；采用磷酸進行所述濕法刻蝕。上述發明具有如下優點或者有益效果:
本發明通過在圖像傳感器的工藝過程中，在背面減薄工藝前，淀積一具有拉應力的應力層，并經過退火，等離子或者紫外線修復獲得更大的拉應力，使襯底和外延層以及晶體管受到拉應力，從而克服現有技術中由于STI的壓應力導致電子轉移減慢，影響光電二極管中的響應速度的問題，同時也克服現有技術中由于P型外延層存在壓應力導致電子遷移率降低，在進行第二次光照時，會產生電學互擾的問題，進而提高電子遷移率，減小電學干擾問題的發生機率，提高CMOS圖 像傳感器的良率。
通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明及其特征、夕卜形和優點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本發明的主旨。圖1是現有技術中CMOS圖像傳感器的結構示意 圖2是本發明提供的減小圖像傳感器電學互擾的方法的流程示意 圖3是本發明實施例提供的圖像傳感器背面減薄前的半導體器件的結構示意 圖4是本發明實施例提供的在圖3的半導體器件的背面淀積一應力層的結構示意圖； 圖5是本發明實施例提供的去除半導體器件背面的襯墊層和襯底的結構示意 圖6是本發明實施例提供的在圖5的器件的背面進行硼離子注入工藝后的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體的實施例對本發明做進一步的發明，但是不作為本發明的限定。圖2是本發明提供的減小圖像傳感器電學互擾的方法的流程示意圖；如圖所示，首先提供一圖像傳感器背面減薄前的半導體器件，該圖像傳感器優選為CMOS圖像傳感器，且該半導體器件包括一襯底，優選為P型襯底，在P型襯底上形成有CMOS圖像傳感器的結構,CMOS圖像傳感器的結構包括外延層,優選為P外延層,在P外延層中形成有一光電二極管、淺溝槽隔離結構、漂浮節點和電源接口，且該CMOS圖像傳感器結構還包括轉移管、復位管、放大管和選擇管；本發明提供的減小圖像傳感器電學互擾的方法包括:
在該襯底的下表面利用化學氣相淀積的方法，在溫度為300 V飛00 V，如300 V、350 0C>400 0C>450 °C>500 °C 等，壓力為 50torr 500torr 的條件下，如 50torr、IOOtorr、200torr、250torr、300torr、400torr、500torr等，利用含娃的氣體和含氮的氣體進行反應，且含娃的氣體流量為 40 70sccm,如 40 sccm、50 sccm、55 sccm、60 sccm、70 sccm 等，含氣的氣體流量為 80 120 sccm,如 80 sccm、90 sccm、100 sccm、110 sccm、120 sccm 等，以分步多次淀積法淀積一應力層，其中，該含硅的氣體如硅烷，含氮的氣體如氨氣等，并且該應力層為拉應力層，且該應力層為氮化硅層，該應力層的厚度為300A 600A，如300 A、400 A、500 A,550 A、600 A等，拉應力為 500MPa 1.2GPa，如 500 MPa,550 MPa,700 MPaU GPa、l.lGPa、l.2 GPa 等；
再對上述應力層進行退火工藝，且進行退火工藝時的溫度為1000°C 1060°C，如1000 0C >1010 0C >1020 0C >1030 0C >1040 0C >1050 0C >1060 0C ^ ；
然后對應力層進行修復工藝，修復工藝采用含氫的等離子體或者紫外光照射；其中，含氫的等離子體如氫氣等離子體、氨氣等離子體等；紫外光照射的時間為30秒 30分鐘，如30秒、40秒、60秒、2分鐘、10分鐘、15分鐘、30分鐘等，并且紫外光照射時的溫度為2000C 700°C，如 200°c、300°c、400°c、50(rc、60(rc、70(rc等，以提高多層氮化硅薄膜層的拉應力；
而后先采用干法刻蝕，再采用濕法刻蝕去除應力層，優選采用含有三氟甲烷和氧氣的混合氣體或者含有二氟甲烷的混合氣體進行干法刻蝕，進一步的，優選采用磷酸進行濕法刻蝕；
而后再對去除應力層后的半導體器件的背面進行減薄工藝，具體為去除上述襯底，與現有技術中的減薄工藝相同。 最后于完成減薄工藝后的半導體器件的背面進行硼離子注入工藝，使未激活的硼離子捕獲擴散到襯底中的電子，從而減小像素間的電學互擾。通過在圖像傳感器的工藝過程中，在背面減薄工藝前，淀積一具有拉應力的應力層，并經過退火工藝，等離子或者紫外線修復獲得更大的拉應力，使襯底和外延層以及晶體管受到拉應力，從而克服現有技術中由于STI的壓應力導致電子轉移減慢，影響光電二極管中的響應速度的問題，同時也克服了現有技術中由于P型外延層存在壓應力導致電子遷移率降低，在進行第二次光照時，會產生電學互擾的問題，進而提高電子遷移率，減小電學干擾問題的發生機率，提高圖像傳感器的良率。實施例:
圖3是本發明實施例提供的圖像傳感器的半導體器件的結構示意圖；如圖所示，圖像傳感器優選為CMOS圖像傳感器，CMOS圖像傳感器背面減薄前的半導體器件包括P型襯底200，在P型襯底200上形成有P外延層201，在P外延層201中形成有淺溝槽隔離結構202、光電二極管203、轉移管204、漂浮節點205、復位管206、電源接口 207、放大管和選擇管(圖中未示)；在光照時，光電二極管203在N-處產生電荷，這時轉移管204是關閉狀態。然后轉移管204打開，將存儲在光電二極管203中的電荷傳輸到漂浮節點205，傳輸后，轉移管204關閉，并等待下一次光照的進入。在漂浮節點205上的電荷信號隨后用于調整放大晶體管。讀出后，帶有復位門的復位管206將漂浮點復位到一個參考電壓。圖4是本發明實施例提供的在圖3的半導體器件的背面淀積一應力層的結構示意圖；如圖所示，在半導體器件的背面，即在P型襯底200的下表面利用化學氣相淀積的方法，在溫度為 3000C 500。。，如 300°C、330°C、425°C、48(TC、50(rC等，壓力為 50torr"500torr的條件下，如 50torr、60torr、150torr、225torr、325torr、475torr、500torr 等，利用含娃的氣體和含氮的氣體進行反應，且含娃的氣體流量為40 70sccm,如40 sccm、45 seem、53 sccm、65 sccm、70 sccm m 等,含氣的氣體流量為 80 120 sccm,如 80 sccm、85 seem、95 sccm、115 sccm、120 sccm等，以分步多次淀積法淀積一應力層208,其中，該含娃的氣體如硅烷，含氮的氣體如氨氣等，并且該應力層208為氮化硅層，該應力層層的厚度為300A 600A，如300 A、350 A,450 A,580 A,600 A等，該應力層為拉應力層，拉應力為500MPa 1.2GPa，如 500 MPa,520 MPa,600 MPa、1.05GPa、1.15 GPa、1.2 GPa 等。其中，在淀積完應力層208后，還需要進行退火工藝和修復工藝，退火工藝時的溫度為 IOOO0C 1060。。，如 1000°C、1005°C、1015°C、1025°C、1045°C、1055°C、1060°C等;修復工藝采用含氫的等離子體或者紫外光照射；其中，含氫的等離子體如氫氣等離子體、氨氣等離子體等，紫外光照射的時間為30秒 30分鐘，如30秒、35秒、50秒、3分鐘、15分鐘、25分鐘、30分鐘等，并且紫外光照射時的溫度為200°C 700°C，如200°C、250°C、350°C、550°C、650°C、700°C等，進行修復工藝能夠增大氮化硅薄膜層中凈含氫量的損失度，以提高多層氮化娃薄膜層的拉應力。另外，采用修復工藝能夠使P型襯底200和P外延層201和各個晶體管受到拉應力；并且在背面減薄工藝前進行退火工藝，能夠使熱量被厚的應力層208阻擋，從而防止了高溫對像素單元摻雜物的擴散和邏輯區后段金屬的影響。圖5是本發明實施例提供的去除半導體器件背面的襯墊層和襯底的結構示意圖；如圖所示，先采用干法刻蝕，再采用濕法刻蝕的方法去除應力層208，在本發明的實施例中，優選采用含有三氟甲烷和氧氣的混合氣體或者含有二氟甲烷的混合氣體進行干法刻蝕；進一步的，優選采用磷酸進行濕法刻蝕；而去除P型襯底200采用現有技術中的去除工藝，在此本發明不再贅述。圖6是本發明實施例提供的在圖5的器件的背面進行硼離子注入工藝后的結構示意圖，如圖所示，采用離子注入的方法進行硼離子209的注入工藝，通過未激活的硼來捕獲擴散到P外延層201中的電子，由于P外延層201中存在拉應力，使得擴散到P外延層201中的電子能夠更快的被未激活的硼捕獲，從而減少了像素間的電學互擾。本發明實施例通過在制備圖像傳感器的工藝過程中，在背面減薄工藝前，淀積一具有拉應力的應力層，如氮化硅層，并經過退火工藝，修復工藝以獲得更大的拉應力，使襯底和外延層以及晶體管受到拉應力，從而克服現有技術中由于STI的壓應力導致電子轉移減慢，影響光電二極管中的響應速度的問題，同時也克服現有技術中由于P型外延層存在壓應力導致電子遷移率降低，在進行第二次光照時，會產生電學互擾的問題，進而提高電子遷移率，減小電學干擾問題的發生機率，提高圖像傳感器的良率。綜上所述，本發明通過在制備圖像 傳感器的工藝過程中，在背面減薄工藝前，淀積一具有拉應力的應力層，并經過退火，等離子或者紫外線修復獲得更大的拉應力，使襯底和外延層以及晶體管受到拉應力，從而克服現有技術中由于STI的壓應力導致電子轉移減慢，影響光電二極管中的響應速度的問題，同時也克服現有技術中由于P型外延層存在壓應力導致電子遷移率降低，在進行第二次光照時，會產生電學互擾的問題，進而提高電子遷移率，減小電學干擾問題的發生機率，提高圖像傳感器的良率。本領域技術人員應該理解，本領域技術人員在結合現有技術以及上述實施例可以實現所述變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發明的實質內容，在此不予贅述。以上對本發明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設備和結構應該理解為用本領域中的普通方式予以實施；任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發明的實質內容。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護 的范圍內。
權利要求
1.一種減小圖像傳感器電學互擾的方法，應用于制造圖像傳感器的工藝中，提供一所述圖像傳感器背面減薄前的半導體器件，所述半導體器件包括一襯底，且該襯底的上表面形成有所述圖像傳感器的結構，其特征在于，包括: 于所述襯底的下表面制備一應力層，以增大所述圖像傳感器結構的應力； 去除所述應力層后，繼續所述半導體器件背面的減薄工藝。
2.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器。
3.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，還包括:于所述襯底的下表面制備所述應力層后，對所述應力層依次進行退火工藝和修復工藝，以增大所述應力層的應力。
4.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，所述應力層為氮化娃層。
5.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，所述應力層的厚度為300A 600 Ao
6.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，所述應力層為拉應力層。
7.如權利要求6所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，所述應力層的拉應力為500MPa 1.2GPa。
8.如權利要求 1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，采用化學氣相淀積的方法制備所述應力層。
9.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，采用分步多次淀積法制備所述應力層。
10.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，采用含硅的氣體與含氮的氣體在溫度為300°c 500°C、壓強為50torr 500torr的反應條件下制備所述應力層； 其中，所述含硅的氣體流量為4(T70sccm，所述含氮的氣體流量為8(Tl20sccm。
11.如權利要求3所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，進行所述退火工藝的溫度為1000°C 1060°C。
12.如權利要求3所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，采用等離子體或者紫外光進行所述修復工藝。
13.如權利要求12所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，所述等離子體為含氫的等離子體。
14.如權利要求12所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，所述紫外光照射的時間為30秒 30分鐘，所述紫外光照射時的溫度為200°C 700°C。
15.如權利要求1所述的減小圖像傳感器電學互擾的方法，其特征在于，先采用干法刻蝕，再采用濕法刻蝕以去除所述應力層； 其中，采用含有三氟甲烷和氧氣的混合氣體或者含有二氟甲烷的混合氣體進行所述干法刻蝕；采用磷酸進行所述濕法刻蝕。
全文摘要
本發明公開了一種減小圖像傳感器電學互擾的方法，通過在制備圖像傳感器的工藝過程中的背面減薄工藝前，淀積一具有拉應力的應力層，并經過退火工藝，等離子或者紫外線修復工藝以獲得更大的拉應力，使襯底和外延層以及晶體管受到拉應力，從而克服現有技術中由于STI的壓應力導致電子轉移減慢，影響光電二極管中的響應速度的問題，同時也克服現有技術中由于外延層存在壓應力導致電子遷移率降低，在進行第二次光照時，會產生電學互擾的問題，進而提高電子遷移率，減小電學干擾問題的發生機率，提高圖像傳感器的良率。
文檔編號H01L27/146GK103247649SQ201310164259
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月7日 優先權日2013年5月7日
發明者田志, 金秋敏 申請人:上海華力微電子有限公司