圖像傳感器及其形成方法技術

本發明專利技術公開了一種圖像傳感器以及形成方法，該方法包括：通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽；在所述溝槽表面形成第一介質層；在所述第一介質層表面形成第二介質層；去除所述溝槽開口附近的部分所述第一介質層和所述第二介質層；形成第一外延層，使所述溝槽的開口封閉；其中，所述溝槽對應的區域用于形成圖像傳感器的側向光學隔離結構。該側向光學隔離結構可以包括中空間隙結構。入射光線照射到中空間隙結構上將發生全反射，從而有效降低相鄰像素單元之間的光線串擾。通過外延工藝，在溝槽側壁形成側向PN結，實現相鄰像素單元之間的電學隔離。間的電學隔離。間的電學隔離。

【技術實現步驟摘要】
圖像傳感器及其形成方法


[0001]本專利技術涉及半導體
，特別涉及一種圖像傳感器及其形成方法。

技術介紹

[0002]CMOS圖像傳感器（CMOS Image Sensor, CIS）是將光學圖像轉化為電信號的半導體器件。CIS包括用于感光的光電二極管（photodiode, PD）和用于將所感測的光處理為電信號的邏輯電路。
[0003]對CIS的感光區域進行隔離，常見于背照式圖像傳感器工藝。通常的方法中，先進行襯底晶圓背面減薄工藝，再通過光刻工藝在晶圓表面形成用于圖像感光區域隔離的圖形，進而通過刻蝕工藝在襯底背面形成深溝槽，繼而在深溝槽中填充介質完成圖像傳感器感光區域的隔離。
[0004]但是，這種傳統方法仍存在以下問題：
①
在研磨襯底晶圓背面減薄過程中，晶圓襯底容易發生扭曲變形，而且光刻本身的對準誤差也會使得晶圓背面溝槽圖形與像素中心有較大的誤差，導致側向隔離的不均勻性，影響隔離效果；
②
在刻蝕工藝中用到的等離子體會損傷側壁，而在晶圓背面工藝中，沒有辦法承受高溫工藝，從而難以對側壁損傷進行修復；
③
相鄰的兩個像素單元側向隔離區和對角交叉區域的圖形線寬存在差異，會導致在相鄰像素側向區域和對角交叉區域的深度差異，影響隔離和噪點效果。

技術實現思路

[0005]基于現有技術存在的技術問題，本專利技術提供了一種圖像傳感器的形成方法，包括：通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽；在所述溝槽表面形成第一介質層；在所述第一介質層表面形成第二介質層；去除所述溝槽開口附近的部分所述第一介質層和所述第二介質層；形成第一外延層，使所述溝槽的開口封閉；其中，所述溝槽對應的區域用于形成圖像傳感器的側向光學隔離結構。
[0006]可選的，所述第一介質層為氧化硅；所述第二介質層為氮化硅或氮氧化硅。
[0007]可選的，通過調整所述氮化硅生長工藝，使所述氮化硅帶負電荷，對所述溝槽側壁產生釘扎。
[0008]可選的，所述第一介質層或所述第二介質層作為半導體襯底背面減薄工藝的停止層。
[0009]可選的，所述半導體襯底包括像素區和非像素區；所述通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽包括：通過刻蝕和外延工藝，在所述像素區和所述非像素區同時形成所述溝槽。
[0010]可選的，所述通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽包括：在半導體襯底上形成圖案化的第一掩膜層；通過刻蝕工藝，在半導體襯底中形成第一溝槽；通過外延工藝，在所述第一溝槽表面形成至少一層外延層并形成側向PN結，使所述第一溝槽線寬變窄，形成所述溝槽。
[0011]可選的，所述去除所述溝槽開口附近的部分所述第一介質層和所述第二介質層包括：去除所述溝槽開口附近的部分所述第二介質層；通過第三介質層填充，使所述溝槽開口封閉；通過第二掩膜層覆蓋對準區和器件隔離區，去除像素區的第三介質層和所述溝槽開口附近的部分所述第一介質層；所述形成第一外延層，使所述溝槽的開口封閉包括：形成第一外延層，使所述像素區的溝槽開口封閉。
[0012]可選的，所述形成第一外延層，使所述溝槽的開口封閉之后還包括：去除第一掩膜層和第二掩膜層；在所述第一外延層上形成晶體管。
[0013]可選的，所述側向光學隔離結構包括中空間隙結構。
[0014]本專利技術還提供了一種圖像傳感器，通過上述圖像傳感器的形成方法形成。
[0015]與現有技術相比，本專利技術實施例的技術方案具有以下有益效果：本專利技術技術方案提供的圖像傳感器的形成方法中，通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽；在所述溝槽表面形成第一介質層；在所述第一介質層表面形成第二介質層；去除所述溝槽開口附近的部分所述第一介質層和所述第二介質層；形成第一外延層，使所述溝槽的開口封閉；其中，所述溝槽對應的區域用于形成圖像傳感器的側向光學隔離結構。該側向光學隔離結構可以包括中空間隙結構16（airgap）。入射光線照射到中空間隙結構16上將發生全反射，從而有效降低相鄰像素單元之間的光線串擾。在圖像傳感器的柵極完成前實現該結構，與現有工藝有非常好的工藝兼容性。
[0016]通過外延工藝，在溝槽側壁形成側向PN結，實現相鄰像素單元之間的電學隔離。
[0017]進一步的，第二介質層可以為氮化硅；可以通過調整氮化硅生長工藝，使氮化硅帶負電荷，對溝槽側壁產生釘扎，可以進一步降低相鄰像素單元之間的電學串擾；現有技術在研磨襯底晶圓背面減薄過程中，晶圓襯底容易發生扭曲變形，而且光刻本身的對準誤差也會使得晶圓背面溝槽圖形與像素中心有較大的誤差，導致側向隔離的不均勻性，影響隔離效果，而本專利技術的技術方案可以減小對準誤差、改善側向隔離的不均勻性，提高隔離效果。
附圖說明
[0018]通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實施例的詳細描述，本專利技術的其它特征、目的和優點將會變得更明顯。
[0019]圖1為本專利技術一實施例的一種圖像傳感器的形成方法；圖2至圖14為本專利技術一實施例的一種圖像傳感器的形成方法過程中的截圖結構示意圖。
具體實施方式
[0020]以下詳細說明都是例示性的，旨在對本專利技術提供進一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本專利技術所屬
的普通技術人員通常理解的相同含義。
[0021]需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施例，而非意圖限制根據本專利技術的示例性實施例。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數形式也意圖包括復數形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，
其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0022]圖1為本專利技術一實施例的一種圖像傳感器的形成方法，該方法包括以下步驟：步驟S1：通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽；步驟S2：在所述溝槽表面形成第一介質層；步驟S3：在所述第一介質層表面形成第二介質層；步驟S4：去除所述溝槽開口附近的部分所述第一介質層和所述第二介質層；步驟S5：形成第一外延層，使所述溝槽的開口封閉；其中，所述溝槽對應的區域用于形成圖像傳感器的側向光學隔離結構。
[0023]以下結合附圖2至圖14對圖1的圖像傳感器的形成方法進行詳細描述。
[0024]參考圖2至圖5，通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底11中形成溝槽131。
[0025]具體的，提供半導體襯底11；半導體襯底11可以是摻雜或未摻雜的半導體材料，諸如硅、鍺、硅鍺、絕緣體上鍺硅(SGOI)或其組合。半導體襯底11可以包括多層外延層的襯底。僅作為示例說明，在該實施例中，半導體襯底11可以在硅晶圓111上形成外延層112、外延層113。其中，外延層112可以是低摻雜的P型緩沖層；外延層113可以是N型外延層，用于形成感光單元，即光電二極管的N型區域。
[0026]參考圖3，在半導體襯底11上形成圖案化的第一掩膜層12。可選的，第一掩膜層12可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一種或多種組合本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種圖像傳感器的形成方法，其特征在于，包括：通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽；在所述溝槽表面形成第一介質層；在所述第一介質層表面形成第二介質層；去除所述溝槽開口附近的部分所述第一介質層和所述第二介質層；形成第一外延層，使所述溝槽的開口封閉；其中，所述溝槽對應的區域用于形成圖像傳感器的側向光學隔離結構。2.如權利要求1所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述第一介質層為氧化硅；所述第二介質層為氮化硅或氮氧化硅。3.如權利要求2所述的圖像傳感器的形成方法，所述第二介質層為氮化硅，其特征在于，通過調整所述氮化硅生長工藝，使所述氮化硅帶負電荷，對所述溝槽側壁產生釘扎。4.如權利要求1所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述第一介質層或所述第二介質層作為半導體襯底背面減薄工藝的停止層。5.如權利要求1所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述半導體襯底包括像素區和非像素區；所述通過刻蝕和外延工藝，在半導體襯底中形成溝槽包括：通過刻蝕和外延工藝，在所述像素區和所述非像素區同時形成所述溝槽。6.如權利要求5所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述通過刻蝕...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊瑞坤，
申請(專利權)人：格科微電子上海有限公司，
類型：發明
國別省市：