CIS传感器的形成方法与流程

文档序号:26054656发布日期:2021-07-27 15:31阅读:716来源:国知局
CIS传感器的形成方法与流程

本发明涉及半导体技术领域,尤其是涉及一种cis传感器的形成方法。



背景技术:

随着cis(cmosimagesensor)传感器芯片向前照式(fsi)向背照式(bsi)和堆栈式(stacked)技术转移,使得cis的市场应用场景越来越广。cis传感器芯片趋势是更高的像素和更小的像素,像素的尺寸已经由1.75um的fsi缩小至1.12um的bsi,甚至是0.8um的bsi的尺寸。

随着像素(pixel)尺寸逐渐变小,像素(pixel)之间隔离的区域也同步缩小,从0.5um逐渐缩小到0.2um左右。这时像素(pixel)之间的电学串扰十分严重。尤其是对于穿透力强的红光,在衬底很深的区域,依然会激发电子-空穴对,产生漏电。甚至,红光的穿透力高达100um,远远超过离子注入(imp)的深度和深槽隔离(dti)深度的极限。如图1所示,如图1是现有技术的cis传感器芯片的结构示意图,包括:衬底110、位于衬底110内像素区域的光电二极管120、以及间隔光电二极管120的绝缘区130、与绝缘区130相对的深沟槽隔离结构(dti)140,以及位于衬底表面的滤光片150,以及位于滤光片150上的透镜160,滤光片150包括红光滤光片151、与红光滤光片151相邻的绿光滤光片152,以及与绿光滤光片152相邻的蓝光滤光片153。深沟槽隔离结构(dti)刻蚀深度达到5um已经非常困难,而在feol工艺中选出绝缘区时,imp深度受制于光阻厚度和designrule限制,无法再深。dti和绝缘区之间存在间距,透镜160收集光线传给滤光片150,在红光滤光片151过滤后得到的红光可能在衬底110深处产生电子,而电子可能通过dti和绝缘区之间的空隙进入绿光滤光片152对应的像素区域,导致漏电。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种cis传感器的形成方法,可以防止电子穿过通过dti和绝缘区之间的空隙串扰相邻的像素区域,从而防止漏电的产生。

为了达到上述目的,本发明提供了一种cis传感器的形成方法,包括:

提供半导体基底,所述半导体基底包括相对设置的正面和背面;

在所述正面的所述半导体基底内形成多个绝缘区;

在正面的所述半导体基底上形成栅极结构;

在所述背面的所述半导体基底内刻蚀形成多个深沟槽;

通过所述深沟槽向所述半导体基底内注入三价离子,以形成三价离子区,其中,所述三价离子区位于所述绝缘区和所述沟槽之间;

在所述深沟槽中填充高k物质,以形成深沟槽隔离结构;

在背面的所述半导体基底上依次形成滤光器和镜片。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,所述半导体基底包括硅衬底和位于所述硅衬底内的多个光电二极管。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,多个所述绝缘区将多个所述光电二极管分别隔开。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,在所述正面的所述半导体基底内形成多个绝缘区的方法包括:

从所述半导体基底的正面注入三价离子,以形成绝缘区。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,所述深沟槽正对所述绝缘区。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,所述三价离子区填充所述深沟槽和所述绝缘区之间的空隙。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,在所述半导体基底内刻蚀形成多个深沟槽的方法包括:

在所述背面形成硬掩膜层;

以所述硬掩膜层为掩膜,刻蚀所述半导体基底形成深沟槽。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,在向所述深沟槽内填充高k物质,以形成深沟槽隔离结构之后,还包括:去除所述硬掩膜层。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,在正面的所述半导体基底上形成栅极结构的方法包括:

在所述半导体基底的正面形成栅极;

在所述栅极两侧形成侧墙。

可选的,在所述的cis传感器的形成方法中,所述三价离子包括硼离子。

在本发明提供的cis传感器的形成方法中,通过从半导体基底背面开始在半导体基底内刻蚀深沟槽,通过所述深沟槽向所述半导体基底内注入三价离子,以形成三价离子区,其中,所述三价离子区位于所述绝缘区和所述沟槽之间,三价离子区可以阻挡光线在衬底内产生的电子串扰相邻的光电二极管区域中,从而防止漏电的产生。

附图说明

图1是现有技术的cis传感器芯片的结构示意图;

图2是本发明实施例的cis传感器芯片的形成方法的流程图;

图3-图9是本发明实施例的cis传感器芯片的形成方法的示意图;

图中:110-衬底、120-光电二极管、130-绝缘区、140-深沟槽隔离结构、150-滤光片、151-红光滤光片、152-绿光滤光片、153-蓝光滤光片、160-透镜、210-半导体基底、211-衬底、212-光电二极管、220-绝缘区、230-硬掩膜层、241-深沟槽、242-深沟槽隔离结构、250-三价离子区、260-栅极结构、261-栅极、262-侧墙、270-金属互联层、280-氧化物层、290-滤光片、291-红光滤光片、292-绿光滤光片、293-蓝光滤光片、300-金属侧壁、310-透镜。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

在下文中,术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分,且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解,在适当情况下,如此使用的这些术语可替换。类似的,如果本文所述的方法包括一系列步骤,且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序,且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。

请参照图2,本发明提供了一种cis传感器的形成方法,包括:

s11:提供半导体基底,所述半导体基底包括相对设置的正面和背面;

s12:在所述正面的所述半导体基底内形成多个绝缘区;

s13:在正面的所述半导体基底上形成栅极结构;

s14:在所述背面的所述半导体基底内刻蚀形成多个深沟槽;

s15:通过所述深沟槽向所述半导体基底内注入三价离子,以形成三价离子区,其中,所述三价离子区位于所述绝缘区和所述沟槽之间;

s16:在所述深沟槽中填充高k物质,以形成深沟槽隔离结构;

s17:在背面的所述半导体基底上依次形成滤光器和镜片。

参照图3和图4,首先提供一半导体基底210,所述半导体基底包括相对设置的正面和背面,并且,半导体基底210包括:衬底211、位于衬底210内的多个光电二极管212,多个光电二极管212的相邻光电二极管212之间具有一定的距离,光电二极管212位于像素区域内,每个光电二极管212对应一个像素区域。接着,从半导体基底210的正面向所述半导体基底210内形成多个绝缘区220,形成的方法可以是从半导体基底210正面开始向所述半导体基底210内刻蚀形成多个沟槽,向沟槽内填充三价离子,例如硼,以形成多个绝缘区220。多个绝缘区220分别将光电二极管212分隔,即,一个绝缘区220位于相邻的两个光电二极管212之间,绝缘区220与光电二极管212不接触。

接着,请参照图5,在半导体基底正面210形成栅极结构260,形成栅极结构260的具体方法为:在所述半导体基底210背面形成一多晶硅层,部分刻蚀多晶硅层露出部分半导体基底210正面形成多个栅极261,形成一层氧化物层覆盖栅极和半导体基底210正面,部分刻蚀氧化物层露出半导体基底正面210形成覆盖栅极两侧的侧墙262,接着,在栅极结构260上形成金属互联层270。最后形成氧化物层300覆盖栅极结构260和金属互联层270。

接着,请参照图6,将晶圆翻转180°,即将晶圆的正面和背面翻面,进行背面的工艺,接着,在半导体基底210的背面形成一层硬掩膜层230,硬掩膜层230的材料是硅酸乙酯,硬掩膜层230的厚度至少为3000埃。从半导体基底310的背面开始以硬掩膜层230为掩膜向半导体基底210内刻蚀形成多个深沟槽241,用etch机台刻蚀深沟槽241,深沟槽241的深度一般大于4um,多个深沟槽241与多个绝缘区220分别一一对应,即一个深沟槽241对应一个绝缘区220,并且深沟槽241的横截面尺寸与绝缘区220的横截面的尺寸相当。

接着,从深沟槽241内开始向半导体基底内注入三价离子形成三价离子区250,例如硼离子,注入的硼离子将深沟槽241和绝缘区220之间的部分填满,注入的硼离子的量使得硼离子与绝缘区220接触,即三价离子区250位于深沟槽241和绝缘区220之间并与深沟槽241的底部和绝缘区220的顶部接触。

接着,请参照图7,向深沟槽241填充高k材料,以形成深沟槽隔离结构242,高k材料将深沟槽241填充满。请参照图8,接着去除硬掩膜层230露出半导体基底210背面,去除硬掩膜层230的方法可以是机械研磨的方法。

接着,请参照图9,在半导体基底210背面形成滤光片290,在滤光片290两侧形成金属侧壁300,滤光片290用于过滤光线,滤光片290分为红光滤光片291、绿光滤光片292和蓝光滤光片293。红光滤光片291和绿光滤光片292为相邻的两个滤光片,之间使用金属侧壁300隔开,绿光滤光片292和蓝光滤光片293为相邻的两个滤光片,之间使用金属侧壁300隔开,金属侧壁300和深沟槽隔离结构242一一对应,一个金属侧壁300对应一个深沟槽隔离结构242。一个滤光片260对应一个光电二极管212。红光滤光片291用于过滤掉其他光线使得红光穿过,绿光滤光片292用于过滤掉其他光线使得绿光穿过,蓝光滤光片293用于过滤掉其他光线使得蓝光穿过。而对于穿透力强的红光,在很深的衬底211区域,依然会激发电子-空穴对,产生电子。此时在红光滤光片291对应的衬底区域可能出现了多个电子,而现有技术中,由于在刻蚀形成绝缘区的沟槽时,若要有更深的沟槽就必须有更大面积的光刻胶,然而光刻胶面积过大容易造成坍塌,所以最终导致不能形成太深的沟槽。被光刻胶厚度限制的原因,形成的沟槽深度不够深,最后得到的绝缘区的长度不够长,导致绝缘区和深沟槽之间有一定的距离,因此,电子可能通过深槽和绝缘区之间的空隙串扰到临近的光电二极管,造成漏电。本发明实施例中,在深沟槽隔离结构242和绝缘区220之间注入了三价离子,例如硼离子,硼离子充满了深沟槽隔离结构242和绝缘区220之间的衬底211的部分,即,三价离子区250接触深沟槽隔离结构242的底部和绝缘区220的顶部。因此,红光在衬底211深处产生的电子可以被三价离子区250阻挡,无法移动到相邻光电二极管212(像素)的区域,也就是说红光在衬底211深处产生的电子不会再串扰到相邻光电二极管212的区域,不会再造成漏电。最后,提高了cis传感器的质量。

最后,在滤光片290上形成透镜310,透镜310用于收集光线并汇聚向下入射,供光电二极管212使用,透镜310和滤光片290的形成方法是现有技术,在此不做赘述。以上步骤为形成本发明实施例的cis传感器的一个例子。

综上,在本发明实施例提供的cis传感器的形成方法中,通过从半导体基底背面开始在半导体基底内刻蚀深沟槽,通过所述深沟槽向所述半导体基底内注入三价离子,以形成三价离子区,其中,所述三价离子区位于所述绝缘区和所述沟槽之间,三价离子区可以阻挡光线在衬底内产生的电子串扰相邻的光电二极管区域中,从而防止漏电的产生。

上述仅为本发明的优选实施例而已,并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员,在不脱离本发明的技术方案的范围内,对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动,均属未脱离本发明的技术方案的内容,仍属于本发明的保护范围之内。

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