专利名称：采用共形掺杂的图像传感器沟槽隔离的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种采用共形掺杂的图像传感器沟槽隔离。
背景技术：
半导体图像传感器用于感应诸如光的辐射。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器广泛用于各种用途，比如数码相机或移动电话相机用途。这些器件应用衬底(包括光电二极管和晶体管)中的像素阵列，其可以吸收投向衬底的辐射并将感应的辐射转换成电信号。近些年来，半导体集成电路(IC)产业经历了快速增长。IC材料和设计方面的技术进步产生了数代1C，其中，每代IC都具有比上一个代IC更小且更复杂的电路。作为IC发展的一部分，对于半导体图像传感器，辐射感应像素的尺寸稳步减小。随着像素和邻近像素之间的分离持续缩小，诸如过多的暗电流和串扰(cross-talk)的问题变得更难以控制。解决暗电流和串扰问题的常规方法成本一直都很高且需要复杂的实现方式。即使那样，采用常规方法制造的图像传感器仍可能具有较弱的暗电流和串扰性能。因此，虽然现有的半导体图像传感器大体上足以实现其预期用途，但在并非在每个方面都完全令人满意。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体图像传感器器件，包括:衬底；第一像素和第二像素，设置在所述衬底中，所述第一像素和所述第二像素是相邻像素；隔离结构，设置在所述衬底中以及所述第一像素和所述第二像素之间；以及掺杂隔离器件，设置在所述衬底中以及所述第一像素和所述第二像素之间，其中，所述掺杂隔离器件以共形方式围绕所述隔离结构。在该半导体图像传感器器件中，所述第一像素和所述第二像素均包括掺杂辐射感应区。在该半导体图像传感器器件中，所述掺杂隔离器件和所述掺杂辐射感应区具有不同的掺杂极性。在该半导体图像传感器器件中，所述第一像素的深度和所述第二像素的深度小于所述隔离结构的深度。在该半导体图像传感器器件中，所述隔离结构包含介电材料。在该半导体图像传感器器件中，所述隔离结构包括深沟槽隔离(DTI)器件。在该半导体图像传感器器件中，所述半导体图像传感器器件是背照式(BSI)图像传感器器件。在该半导体图像传感器器件中，所述半导体图像传感器器件是前照式(FSI)图像传感器器件。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体图像传感器器件，包括:衬底；多个辐射感应区，形成于所述衬底中，所述辐射感应区具有第一掺杂极性；多个深沟槽隔离(DTI)器件，形成在所述衬底中，其中，每对相邻的辐射感应区均通过相应的所述DTI器件之一相互分隔开；以及多个掺杂区，形成在所述衬底中，并且具有与所述第一掺杂极性相反的第二掺杂极性，其中，每个DTI器件均以共形方式被相应的所述掺杂区之一围绕。在该半导体图像传感器器件中，每个所述辐射感应区均包括具有作为掺杂剂的砷或磷的光电二极管，并且其中，所述掺杂区具有作为掺杂剂的硼。在该半导体图像传感器器件中，所述DTI器件延伸至比所述辐射感应区更深的所述衬底中。在该半导体图像传感器器件中，还包括:互连结构，形成在所述衬底的正面上；以及滤色器层和微透镜层，形成在所述衬底的与所述正面相对的背面上。在该半导体图像传感器器件中，还包括:互连结构，形成在所述衬底的正面上；以及滤色器层和微透镜层，形成在所述衬底的所述正面上方，所述滤色器层和所述微透镜层形成在所述正面上的所述互连结构上方。根据本发明的又一方面，提供了一种制造半导体图像传感器器件的方法，包括:在半导体衬底中形成开口；在所述衬底中采用固相掺杂工艺和气相掺杂工艺之一形成掺杂区，其中，以共形方式形成围绕所述开口的所述掺杂区；用介电材料填充所述开口 ；以及在所述衬底中形成第一辐射感应区和第二辐射感应区，其中，在所述开口的相对侧上形成所述第一辐射感应区和所述第二辐射感应区。在该方法中，采用掺杂剂扩散工艺来实施所述固相掺杂工艺和所述气相掺杂工艺。在该方法中:采用硼硅酸盐玻璃(BSG)材料和热处理工艺来实施所述固相掺杂工艺；以及采用三乙基硼烷(TEB)气体来实施所述气相掺杂工艺。在该方法中，不采用离子注入来执行形成所述掺杂区的步骤。在该方法中:通过由所述介电材料填充所述开口来形成深沟槽隔离(DTI)器件的方式执行形成所述开口和填充所述开口的步骤。在该方法中:所述第一辐射感应区和所述第二辐射感应区均具有第一掺杂极性；以及所述掺杂区具有不同于所述第一掺杂极性的第二掺杂极性。在该方法中，所述衬底具有正面和与所述正面相对的背面，并且还包括:在所述衬底的所述正面上形成互连结构；将所述衬底接合至载体衬底，在所述衬底和所述载体衬底之间接合所述互连结构；之后，从所述背面减薄所述衬底；在经过减薄的衬底的所述背面上形成滤色器层；以及在所述滤色器层上方形成微透镜层。
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制。实际上，为了清楚论述起见，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。图1是示出了根据本发明的各个方面的用于制造图像传感器器件的方法的流程图。
图2至图9是根据本发明的各个方面的处于各个制造阶段的图像传感器器件的示意性部分横截面侧视图。
具体实施例方式应当了解为了实施本发明的不同部件，以下公开内容提供了许多不同的实施例或实例。在下面描述元件和布置的特定实例以简化本发明。当然这些仅仅是实例并不打算限定。再者，在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接触形成的实施例，并且也可以包括其中可以形成介入第一和第二部件之间的额外的部件，使得第一和第二部件可以不直接接触的实施例。为了简明和清楚，可以任意地以不同的比例绘制各种部件。图1中示出的是根据本发明的各个方面的用于制造半导体图像传感器器件的方法10的流程图。参考图1，方法10开始于框12，在框12中，在半导体衬底中形成开口。方法10继续到框14，在框14中，在衬底中采用固相掺杂工艺和气相掺杂工艺之一代替传统注入方法形成掺杂区。在一些实施例中，固相掺杂工艺和气相掺杂工艺均采用掺杂剂扩散工艺来实施。以共形方式形成围绕开口的掺杂区。在一些实施例中，使用硼硅酸盐玻璃(BSG)材料以及热处理工艺来实施固相掺杂工艺，以及使用三乙基硼烷(TEB)气体来实施汽相掺杂工艺。在一些实施例中，在不采用离子注入工艺的情况下形成掺杂区。方法10继续到框16，在框16中，用介电材料填充开口。在一些实施例中，由填充开口的介电材料形成深沟槽隔离器件。方法10继续到框18，在框18中，在衬底中形成第一辐射感应区和第二辐射感应区。在开口的相对侧上形成第一辐射感应区和第二辐射感应区。在一些实施例中，第一辐射感应区和第二辐射感应区均具有第一掺杂极性，掺杂区具有与第一掺杂极性不同的第二掺杂极性。在一些实施例中，图像传感器器件是前照式图像传感器。在一些实施例中，图像传感器器件是背照式图像传感器。可以理解，可以在图1的方法10之前、之中、或之后实施额外的加工步骤。但是出于简明的目的，在本文中不详细论述这些额外的加工步骤。图2至图9是根据图1的方法10的各个方面的处于各个制造阶段的装置背照式(BSI)图像传感器器件30的各个实施例的示意性部分横截面侧视图。图像传感器器件30包括用于感应和记录指向图像传感器器件30的背面的辐射(比如光)的强度的像素阵列或栅格。图像传感器器件30可以包括电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、有源像素传感器(APS)、或无源像素传感器。图像传感器器件30还包括邻近像素栅格提供的额外的电路和输入端/输出端，用于提供像素的运行环境以及用于支持像素与外部的通信。可以理解，为了更好地理解本发明的发明构思，已简化了图2至图9，并且图2至图9不是按比例绘制的。参考图2，图像传感器器件30包括器件衬底40。器件衬底40是掺杂有p型掺杂剂(比如硼)的硅衬底(例如P型衬底)。可选地，器件衬底40可以是另一适当半导体材料。例如，器件衬底40可以是掺杂有η型掺杂剂(比如磷或砷)的硅衬底(η型衬底)。器件衬底40可以包括其他元素半导体，比如锗和金刚石。器件衬底40可以可选地包括化合物半导体和/或合金半导体。而且，器件衬底40可以包括外延层(印i层)，可以为了增强性能而进行应变，并且可以包括绝缘体上硅(SOI)结构。
返回参考图2，器件衬底40具有正面(也被称为正面)50和背面(也被称为后面)60。对于BSI图像传感器器件，比如图像传感器器件30，在经减薄后从背面60投射辐射，并且辐射穿过后面进入剩余的外延层。通过载体晶圆支撑倒放的器件。在一些实施例中，初始厚度70处于约100微米(μπι)至约3000μπι的范围内，例如在约500μπι和约1000 μ m 之间。在衬底40中形成多个浅沟槽隔离(STI)结构。在一些实施例中，通过下列工艺步骤形成STI结构:在衬底40中从正面50蚀刻开口 ；用介电材料(比如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料、或另一适当介电材料)填充开口 ；之后实施抛光工艺(例如化学机械抛光(CMP)工艺)来平坦化填充开口的介电材料的表面。为了简明起见，在本文中没有示出这些STI结构。根据本发明的各个方面，在器件衬底40中还形成深沟槽隔离(DTI)结构。在一些实施例中，在形成STI结构之后形成DTI结构。现在将更详细地论述根据本发明的某些实施例的DTI结构的形成。对衬底40的正面50实施蚀刻工艺80以形成多个开口(或凹部/沟槽)。蚀刻工艺80包括干式蚀刻工艺。在实施蚀刻工艺80之前可以形成蚀刻掩模(例如硬掩模，在此处未示出)用于限定开口的尺寸和位置。出于提供说明的目的在图2中示出了 3个这样的开口，如开口 110。开口 110是用于DTI结构的沟槽，其可以在随后通过填充开口 110而形成。开口 110可以形成为具有梯形形状、略呈矩形的形状、或其他合适的形状。每一个开口 110都具有深度120，该深度120测量从正面50延伸进入衬底40的量。深度120大于STI结构的深度，这是由于，开口 110是用于深(与浅相反)沟槽隔离结构的沟槽。在实施例中，开口 110的深度120处于约0.2μπι至约3μπι的范围内。现在参考图3，根据本发明的一个实施例，以共形方式围绕开口 110形成掺杂区140。在图3中所示出的实施例中，在开口 110的暴露表面(包括侧壁)上形成含掺杂剂层160。含掺杂剂层160包含与衬底40具有相同掺杂极性的掺杂剂材料。在本实施例中，掺杂剂材料包括P型掺杂剂，比如硼。例如，在一些实施例中，含掺杂剂层160包含硼硅酸盐玻璃(BSG)。BSG材料可以具有处于以重量计的约2%和以重量计的约10%之间的硼含量。BSG材料的形成可以应用四乙基原硅酸酯(TEOS)作为前体。BSG材料的形成还可以涉及使用臭氧气体(O3)。在一些实施例中，臭氧气体的流速可以处于约3000标准立方厘米每分钟(sccm)至约7000sccm的范围内。使用臭氧气体形成氧化娃,然后通过BSG掺杂硼。BSG材料的形成也可以在具有处于约150Torr至约600Torr之间范围中的压强且处于约300摄氏度至约500摄氏度的温度下的加压加热环境中进行。对于臭氧TEOS BSG掺杂实施例，实施掺杂剂推进(drive-1n)工艺以便于掺杂剂从含掺杂剂层160扩散至衬底40的周围区域内，这是因为这是无氩或氦轰击的热工艺。在一些实施例中，掺杂剂推进工艺包括热工艺，比如快速退火工艺(RTA)。可以在大于约1000摄氏度的工艺温度下实施RTA工艺，工艺持续时间为约5秒-15秒。作为掺杂剂推进工艺的结果，在衬底40中通过掺杂剂材料(例如，对于所示出的实施例为硼)从含掺杂剂层160扩散至衬底40的周围区域内形成掺杂区140。每个掺杂区140都具有与其相对应的开口 110基本上共形的形状。在一些实施例中，掺杂区的共形形状可以意味着每个掺杂区140的轮廓遵循或呈现为其相对应的开口110的轮廓。在某些情况下，整个掺杂区140的厚度无明显的变化。例如，掺杂区140的垂直深度170与掺杂区140的水平宽度180基本上无差别。在一些实施例中，厚度变化小于约5%掺杂区140。可以理解，在完成掺杂剂扩散工艺之后，最终去除含掺杂剂层160。可以通过湿式蚀刻工艺去除含掺杂剂层160。在上面参考图3所论述的实施例应用固体材料(即含掺杂剂层160)来实施掺杂剂扩散，从而形成共形形状的掺杂区140。因为使用固体材料进行掺杂剂扩散，所以图3的实施例也可以被称为固相掺杂方法。接下来，参考图4论述气相掺杂方法实施例。参考图4，在开口 110中不形成含掺杂剂的层。相反，首先实施等离子体预处理工艺，以预处理开口 Iio的表面。在一些实施例中，等离子体预处理工艺包括氩(Argon)或氦(Helium)轰击。U1或氦可以具有处于约4000sccm至约8000sccm范围内的流速。注意,相比之下，上面在图3中所论述的固相掺杂方法不包括氩/氦预处理工艺。在氩/氦预处理工艺之后，使用含掺杂剂气体180将掺杂剂扩散至围绕开口 110的衬底40的区域内。与含掺杂剂层160相似，含掺杂剂气体180也包括具有与衬底40相同的掺杂极性的掺杂材料。因此，在所示出的实施例中，含掺杂剂气体180包含硼。在一些实施例中，含掺杂剂气体包括三乙基硼烷(TEB)，并具有处于约20毫升每分钟(mgm)至约200mgm范围内的质量流速。掺杂剂从含掺杂剂气体180扩散至围绕开口 110的衬底40的区域内还导致以共形方式围绕开口 110形成掺杂区140。因为使用气体材料而不使用固体材料实施掺杂剂扩散，所以上面参考图4所论述的实施例可以称为气相掺杂方法。现在参考图5，在采用图3的固相掺杂方法或图4的气相掺杂方法形成掺杂区140之后，在衬底40上从正面50形成介电材料190。介电材料190填充开口 110。在一些实施例中，介电材料包括氧化娃、氮化娃、氮氧化娃、低k电介质、或另一适当介电材料。现在参考图6，如果对DTI使用共形间隙填充工艺(比如炉HDP)，则例如通过适当回蚀刻工艺去除开口 Iio外部的介电材料190的一部分。或者可以替换为实施用于传统间隙填充平坦化的CMP工艺。因而，由填充开口 110的介电材料的剩余部分形成DTI结构200。由图6中所示，每一个DTI结构200都被相应的一个掺杂区140共形围绕。现在参考图7，在衬底40中形成多个像素。在图7中示出了两个这样的像素，如像素210。像素210包含辐射感应掺杂区。通过一个或多个离子注入工艺形成这些辐射感应掺杂区，并且这些辐射感应掺杂区掺杂有与衬底40 (或者掺杂区140)的掺杂极性相反的掺杂极性。因此，在所示出的实施例中，像素210包含η型掺杂区。对于BSI图像传感器器件(比如图像传感器器件30)，像素210用于检测从背面60投向器件衬底40的辐射，比如入射光230。在一些实施例中，每个像素210都包括光电二极管。在一些实施例中,可以在每个光电二极管下方形成深注入区。在其他实施例中，像素210可以包括固定层光电二极管、光栅极、重置晶体管(reset transistor)、源极跟随器晶体管和转移晶体管(transfertransistor)。像素210还可以称为辐射检测器件或光传感器。像素210可以彼此不同以具有不同的结深度、厚度、宽度等等。在一些实施例中，像素210具有处于约I μ m至约4 μ m的范围内的深度240 (垂直尺寸)以及处于约0.5 μ m至约2μπι范围内的宽度250(水平尺寸)。然而，像素210的深度240小于每个DTI结构200及其周围的掺杂区140的合并深度。在一些实施例中，DTI结构200的深度120 (在图2中示出)单个就超过了像素210的深度240。邻近的像素210也被距离260分隔开。在一些实施例中，该距离处于约0.05 μ m至约0.2μπι的范围内。根据上面所论述的实施例围绕DTI结构200形成的共形掺杂区140提供了优于常规图像传感器器件的优点，例如，在暗电流和串扰性能方面的优点。然而，可以理解，在本文中不必需论述所有的优点，并且其他实施例可以提供不同的优点，并且无特定的优点对于所有实施例都是必需的。两种常见的图像传感器缺陷是暗电流和串扰。暗电流可以被定义为当不存在实际照明时存在像素电流。换句话说，像素在其不应该检测到光时“检测到”光。串扰是指与邻近像素的电干扰，降低感光可靠性和像素的准确性。常规图像传感器制造的各个方面都可能引起或者至少有助于引起暗电流和串扰两种缺陷。例如，通常采用干式蚀刻进行介电沟槽的形成。干式蚀刻工艺可能导致将要在沟槽的表面上，尤其是在沟槽的侧壁和角部区域中形成的缺陷。这些表面缺陷可能引起自由电荷载流子(例如电子)的运动。当这些自由电荷载流子被像素感应到时，可能会出现暗电流缺陷。一些常规图像传感器依靠介电沟槽来防止电荷载流子漂移进入邻近的像素内。然而，很多时候介电沟槽单独不足以用作电荷载流子的阻挡件，尤其是当介电沟槽是浅沟槽时。因此，当电荷载流子在介电沟槽周围运动，随后被邻近的像素检测到时，可能会出现串扰缺陷。一些图像传感器器件试图通过在相邻像素之间形成掺杂隔离区来补救上面所论述的这些问题。例如，可以通过离子注入工艺形成深阱隔离器件。然而，这些解决方案同样也具有许多弊端。例如，掺杂隔离器件的形成可能需要多个注入步骤，从而增加了工艺复杂度和制造成本。作为另一个实例，为了达到足够的阻挡深度，掺杂隔离区的形成可能需要高注入能量。这些高注入能量可以导致图像传感器器件中的注入损伤，然后，其可能导致暗电流缺陷。而且，因为通过通常是单向的注入形成这些掺杂隔离区，所以未以共形方式围绕介电沟槽形成掺杂隔离区。相反，很多时候在介电沟槽下方注入掺杂隔离区，或者掺杂隔离区可以通过不均匀的厚度和/或不一致的掺杂浓度水平围绕介电沟槽。不存在围绕介电沟槽的共形形状的掺杂隔离区域可能致使掺杂隔离区无法作为电荷载流子的阻挡件。因此，可能仍存在诸如暗电流和串扰的缺陷。形成掺杂隔离区的注入方法的另一个问题与实施注入工艺所需的注入掩模有关。在一方面，为了承受高注入能量，掩模的高度(或垂直尺寸)需要保持足够大。例如，为了形成具有足够深度的有效掺杂隔离区以阻挡载流子漂移，注入能量可能达到I兆电子伏(MeV)或更大。如此高的注入能量可能需要几微米厚的注入掩模。随后可能难以去除厚注入掩模(例如，具有大于约2 μ m厚度的硬掩模)，从而增加了制造工艺的难度和导致损伤图像传感器的可能性。另一方面，随着图像像素尺寸和相邻像素之间的间隔持续缩小，注入掩模的宽度(或水平尺寸)同样也缩小。注入掩模的不断降低的宽度可能遇到光刻工艺困难，这是因为这些小宽度可能超出许多现有光刻工艺和设备的能力。因此，可能需要先进的(和昂贵的)光刻工艺来准确实施注入工艺，从而甚至进一步提高了制造成本和制造难度。相比之下，本文不采用直接离子注入，但通过掺杂剂扩散形成掺杂隔离区140。用于掺杂剂扩散工艺的工具与现有的加工设备兼容(或能够被现有的加工设备使用)。因此，不需要昂贵的光刻工具来实施精确和/或冗长的注入工艺。而且在本文中所公开的实施例也不难去除厚注入掩模(因为未使用注入掩模)。而且，在本文中所论述的掺杂剂扩散工艺形成围绕介电沟槽的共形掺杂隔离区，从而由于上面所论述的原因相对于非共形掺杂隔离区改善暗电流和串扰性能。可以实施额外的制造工艺以完成BSI图像传感器器件30的制造，如下面所论述的。参考图8，在器件衬底40的正面50上方形成互连结构280。互连结构280包括多个经图案化的介电层和在图像传感器器件30的各种掺杂部件、电路和输入端/输出端之间提供互连(例如，布线)的导电层。互连结构280包括层间电介质(ILD)和多层互连(MLI)结构。MLI结构包括互连件、通孔和金属线。用于说明的目的，在图8中示出了多个导线290和通孔/接触件295。可以理解，示出的导线290和通孔/接触件295仅仅是示例性的，并且导线290和通孔/接触件295的实际定位和配置可以根据设计需要和制造关注点而发生变化。MLI结构可以包括被称为铝互连件的导电材料，比如铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、多晶硅、金属硅化物、或其组合。可以通过工艺(包括物理汽相沉积(PVD)(或溅射)、化学汽相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)、或其组合)形成铝互连件。用于形成铝互连件的其他制造技术可以包括光刻加工和蚀刻，以图案化用于纵向连接(例如通孔/接触件295)和横向连接(例如，导线290)的导电材料。可选地，可以使用铜多层互连件形成金属图案。铜互连结构可以包括铜、铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物、或其组合。可以通过包括CVD、溅射、电镀、或其他合适工艺的技术形成铜互连结构。仍参考图8，在互连结构280上形成缓冲层300。在本实施例中，缓冲层300包括诸如氧化硅的介电材料。可选地，缓冲层300可以任选地包括氮化硅。通过CVD、PVD、或其他合适的技术形成缓冲层300。通过CMP工艺平坦化缓冲层300以形成光滑表面。之后，载体衬底310通过缓冲层300与器件衬底40相接合，以使能够实施器件衬底40的背面60的加工。在本实施例中的载体衬底310与衬底40相似，并包括硅材料。可选地，载体衬底310可以包括玻璃衬底或另一合适的材料。载体衬底310可以通过分子力(公知为直接接合或光学熔接的技术)或通过本领域中已知的其他接合技术(比如金属扩散或阳极接合)接合至器件衬底40。返回参考图8，缓冲层300在器件衬底40和载体衬底310之间提供电隔离。载体衬底310对在器件衬底40的正面50上形成的各种部件(比如像素210)提供保护。载体衬底310还提供如下面所论述的用于加工器件衬底40的背面60的机械强度和支撑。接合后，可以任选地对器件衬底40和载体衬底310进行退火以增强接合强度。仍参考图8，在接合载体衬底310之后，然后从背面60实施减薄工艺320以减薄器件衬底40。减薄工艺320可以包括机械研磨工艺和化学减薄工艺。在机械研磨工艺期间，可以首先从器件衬底40去除大量的衬底材料。然后，化学减薄工艺可以对器件衬底40的背面60应用蚀刻化学品以进一步减薄器件衬底40至厚度330，该厚度处于几微米的数量级。在一些实施例中，厚度330大于约I μπι但小于约5μπι。还可以理解，本发明所公开的特定厚度仅仅是实例，并且根据图像传感器器件30的应用类型和设计要求可以应用其他厚度。参考图9，可以在衬底40的背面60上形成滤色器层340。滤色器层340可以包含多个滤色器，该多个滤色器可以定位为使入射辐射朝向该滤色器上或穿过该滤色器。滤色器可以包括基于染料(或基于色素)的聚合物或树脂用于过滤入射辐射的特定波长带，其对应于颜色色谱(例如，红色、绿色和蓝色)。之后，在滤色器层340上方形成包含多个微透镜的微透镜层350。微透镜将入射辐射朝向并聚焦于器件衬底40中的特定辐射感应区，如像素210。可以以各种布置定位微透镜，并且微透镜根据用于微透镜的材料的折射率和离传感器表面的距离而具有各种形状。器件衬底40还可以在形成滤色器层340或微透镜层350之前进行任选的激光退火工艺。可以理解，上面所描述的制造工艺的顺序预期并不用于限制。在除本文所示的实施例之外的其他实施例中，可以根据不同加工顺序形成一些层或器件。而且，可以形成一些其他层，但为了简明的目的，在本文中未示出。例如，在形成滤色器层340和/或微透镜层350之前可以在衬底40的背面60上形成抗反射涂料(ARC)层。还可以理解，上面的论述主要是关于图像传感器器件30的像素区。除了像素区之夕卜，图像传感器30还包括外围区、接合焊盘区、和划片槽区。外围区可以包括需要保持光学暗(optically dark)的器件。这些器件可以包括数字器件，比如专用集成电路(ASIC)器件或芯片上系统(SOC)器件，或用于建立图像传感器器件30的光强度的基线的参考像素。保留接合焊盘区用于形成接合焊盘，以使可以建立图像传感器器件30和外部器件之间的电连接。划片槽区包括使一个半导体管芯与邻近的半导体管芯分隔开的区域。在随后的制造工艺中通过其切割划片槽区以在封装管芯之前分离邻近的管芯并作为集成电路芯片出售。为了简明的目的，在本文中没有示出或描述图像传感器器件30的这些其他区域的具体详情。上面的论述还涉及BSI图像传感器器件。然而，可以预期本发明的各方面也可以应用于前照式(FSI)图像传感器器件。例如，FSI图像传感器器件还使用了与本文所论述的像素210相似的像素来检测光，不过光从正面而不是从后面投射(或进入衬底)。FSI图像传感器不涉及晶圆背面减薄工艺，并替代为在正面上形成滤色器和微透镜。以不阻碍或者阻挡入射光从正面投射的路径的方式实现互连结构。可以看到，使用本文所论述的固相或气相掺杂剂扩散方法在相邻的像素之间还可以形成与介电沟槽共形的掺杂区。如BSI图像传感器器件的情况，共形掺杂隔离区还可以增强FSI图像传感器器件的暗电流和串扰的性能。为了简明的目的，在本文中没有论述FSI图像传感器器件的加工细节。本发明的一个更宽泛的形式涉及一种图像传感器器件，该图像传感器器件包括:衬底；设置在衬底中的第一像素和第二像素，第一像素和第二像素是相邻像素；设置在衬底中以及在第一像素和第二像素之间的隔离结构；以及设置在衬底中以及在第一像素和第二像素之间的掺杂隔离器件，其中，掺杂隔离器件以共形方式围绕该隔离结构。在一些实施例中，第一像素和第二像素均包括掺杂辐射感应区。在一些实施例中，掺杂隔离器件和掺杂辐射感应区具有不同的掺杂极性。在一些实施例中，第一像素的深度和第二像素的深度小于隔离结构的深度。在一些实施例中，隔离结构包含介电材料。在一些实施例中，隔离结构包括深沟槽隔离(DTI)器件。在一些实施例中，半导体图像传感器器件是背照式(BSI)图像传感器器件。在一些实施例中，半导体图像传感器器件是前照式(FSI)图像传感器器件。本发明的另一更宽泛形式涉及一种图像传感器器件，该图像传感器器件包括:衬底；形成在衬底中的多个福射感应区，该福射感应区具有弟一惨杂极性；形成在衬底中的多个深沟槽隔离(DTI)器件，其中，每对相邻的辐射感应区均通过相应的DTI器件之一相互分隔开；以及形成在衬底中并且具有与第一掺杂极性相反的第二掺杂极性的多个掺杂区，其中，每个DTI器件以共形方式被相应的一个掺杂区围绕。在一些实施例中，辐射感应区均包括具有作为掺杂剂的砷或磷的光电二极管，并且其中，掺杂区具有作为掺杂剂的硼。在一些实施例中，DTI器件进一步延伸至除辐射感应区之外的衬底中。在一些实施例中，半导体图像传感器器件进一步包括:形成在衬底的正面上的互连结构；以及在衬底的与正面相对的背面上形成滤色器层和微透镜层。在一些实施例中，半导体图像传感器器件还包括:形成在衬底的正面上的互连结构；以及形成在衬底的正面的上方的滤色器层和微透镜层，该滤色器层和该微透镜层形成在位于正面上的互连结构的上方。本发明的又一更宽泛形式涉及一种制造图像传感器器件的方法，该方法包括:在半导体衬底中形成开口 ；在衬底中采用固相掺杂工艺和气相掺杂工艺之一形成掺杂区，其中，以共形方式形成围绕开口的掺杂区；用介电材料填充开口 ；以及在衬底中形成第一辐射感应区和第二辐射感应区，其中，在开口的相对侧上形成第一辐射感应区和第二辐射感应区。在一些实施例中，固相掺杂工艺和气相掺杂工艺均采用掺杂剂扩散工艺来实施。在一些实施例中，采用硼硅酸盐玻璃(BSG)材料和热处理工艺来实施固相掺杂工艺；并且采用三乙基硼烷(TEB)气体来实施气相掺杂工艺。在一些实施例中，不采用离子注入来执行形成掺杂区的步骤。在一些实施例中，通过由介电材料填充开口来形成深沟槽隔离(DTI)器件的方式执行形成开口和填充开口的步骤。在一些实施例中，第一辐射感应区和第二辐射感应区均具有第一掺杂极性；并且掺杂区具有不同于第一掺杂极性的第二掺杂极性。在一些实施例中，衬底具有正面和与正面相对的背面，并且该方法还包括:在衬底的正面上形成互连结构；将衬底接合至载体衬底，在衬底和载体衬底之间接合互连结构；之后，从背面减薄衬底；在经过减薄的衬底的背面上形成滤色器层；以及在滤色器层上方形成微透镜层。上面论述了若干实施例的部件，使得本领域技术人员可以更好地理解随后的详细说明。本领域技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他用于达到与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的工艺和结构。本领域技术人员还应该意识到，这种等效结构并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、替换以及改变。
权利要求
1.一种半导体图像传感器器件，包括: 衬底； 第一像素和第二像素，设置在所述衬底中，所述第一像素和所述第二像素是相邻像素； 隔离结构，设置在所述衬底中以及所述第一像素和所述第二像素之间；以及掺杂隔离器件，设置在所述衬底中以及所述第一像素和所述第二像素之间，其中，所述掺杂隔离器件以共形方式围绕所述隔离结构。
2.根据权利要求1所述的半导体图像传感器器件，其中，所述第一像素和所述第二像素均包括掺杂辐射感应区。
3.根据权利要求2所述的半导体图像传感器器件，其中，所述掺杂隔离器件和所述掺杂辐射感应区具有不同的掺杂极性。
4.根据权利要求1所述的半导体图像传感器器件，其中，所述第一像素的深度和所述第二像素的深度小于所述隔离结构的深度。
5.根据权利要求1所述的半导体图像传感器器件，其中，所述隔离结构包含介电材料。
6.根据权利要求1所述的半导体图像传感器器件，其中，所述隔离结构包括深沟槽隔离(DTI)器件。
7.根据权利要求1所述的半导体图像传感器器件，其中，所述半导体图像传感器器件是背照式(BSI)图像传感器器件。
8.根据权利要求1所述的半导体图像传感器器件，其中，所述半导体图像传感器器件是前照式(FSI)图像传感器器件。
9.一种半导体图像传感器器件，包括: 衬底； 多个辐射感应区，形成于所述衬底中，所述辐射感应区具有第一掺杂极性； 多个深沟槽隔离(DTI)器件，形成在所述衬底中，其中，每对相邻的辐射感应区均通过相应的所述DTI器件之一相互分隔开；以及 多个掺杂区，形成在所述衬底中，并且具有与所述第一掺杂极性相反的第二掺杂极性，其中，每个DTI器件均以共形方式被相应的所述掺杂区之一围绕。
10.一种制造半导体图像传感器器件的方法，包括: 在半导体衬底中形成开口； 在所述衬底中采用固相掺杂工艺和气相掺杂工艺之一形成掺杂区，其中，以共形方式形成围绕所述开口的所述掺杂区； 用介电材料填充所述开口 ；以及 在所述衬底中形成第一辐射感应区和第二辐射感应区，其中，在所述开口的相对侧上形成所述第一辐射感应区和所述第二辐射感应区。
全文摘要
本发明提供了一种半导体图像传感器器件。该图像传感器器件包括衬底。该图像传感器器件包括设置在衬底中的第一像素和第二像素。第一和第二像素是相邻的像素。该图像传感器器件包括设置在衬底中以及第一和第二像素之间的隔离结构。该图像传感器器件包括设置在衬底中以及第一和第二像素之间的掺杂隔离器件。该掺杂隔离器件以共形方式围绕隔离结构。本发明还提供了一种采用共形掺杂的图像传感器沟槽隔离。
文档编号H01L27/146GK103094290SQ20121020782
公开日2013年5月8日 申请日期2012年6月18日 优先权日2011年11月7日
发明者赖志育, 杜友伦, 黄志辉, 吴政达, 蔡嘉雄, 陈昆仑 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司