本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及一种用于形成图像传感器的方法及图像传感器。
背景技术：
图像传感器用于将入射光转化为电信号。图像传感器包括光电二极管的阵列，入射光的光子到达光电二极管之后被吸收并产生载流子，从而产生电信号。
不同波长的光，在半导体材料中被完全吸收的深度是不同的。可利用该特性改进图像传感器的结构。
技术实现要素：
根据本公开的第一方面，提供了一种用于形成图像传感器的方法，包括：形成第一光电二极管；在所述第一光电二极管之上形成第二光电二极管；以及在所述第二光电二极管之上形成第三光电二极管，其中，通过在一个导电类型的半导体材料层上形成另一导电类型的半导体材料层来形成所述第一、第二和第三光电二极管中的一个或多个。
根据本公开的第二方面，提供了一种图像传感器，包括：第一光电二极管；第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第一光电二极管之上；以及第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第二光电二极管之上，其中，所述第一、第二和第三光电二极管中的一个或多个包括一个导电类型的半导体材料层以及形成在所述一个导电类型的半导体材料层之上的另一导电类型的半导体材料层。
根据本公开的第二方面，提供了一种图像传感器，包括：第一光电二极管；第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第一光电二极管之上；第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第二光电二极管之上；第一隔离层，所述第一隔离层位于所述第一和第二光电二极管之间；以及第二隔离层，所述第二隔离层位于所述第二和第三光电二极管之间。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
图2是示意性地示出图1的图像传感器中的一个光电二极管的结构的示意图。
图3是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
图4是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
图5是示意性地示出图4的图像传感器在与图像传感器的主表面平行的平面图中的结构的示意图。
图6至9是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面图的示意图。
图10至12是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的平面图的示意图。
图13是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
图14是示意性地示出图6中的a区域的结构的示意图。
图15至20是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面图的示意图。
图21至23是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的平面图的示意图。
图24至26是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面图的示意图。
图27是示意性地示出根据本公开的一些实施例的图像传感器的结构的示意图。
图28至53是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面图或平面图的示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
在本公开中，对“一个实施例”、“一些实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例、至少一些实施例中。因此，短语“在一个实施例中”、“在一些实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个或同一些实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。
在一些实施例中，如图1所示，本公开的图像传感器可以包括第一光电二极管pd1、第二光电二极管pd2和第三光电二极管pd3。其中，第二光电二极管pd2位于第一光电二极管pd1之上，并且第三光电二极管pd3位于第二光电二极管pd2之上。其中，第一光电二极管pd1、第二光电二极管pd2和第三光电二极管pd3中的一个或多个形成为如图3所示的结构，即包括一个导电类型的半导体材料层(如pd1-1、pd2-1或pd3-1)以及形成在一个导电类型的半导体材料层之上的另一导电类型的半导体材料层(如pd1-2、pd2-2或pd3-2)。优选地，位于上面的另一导电类型的半导体材料层(如pd1-2、pd2-2或pd3-2)是通过在一个导电类型的半导体材料层(如pd1-1、pd2-1或pd3-1)上进行外延生长处理而形成的。
在一些实施例中，第一光电二极管pd1包括一个导电类型的半导体材料层pd1-1以及位于pd1-1之上的另一导电类型的半导体材料层pd1-2，第二光电二极管pd2包括一个导电类型的半导体材料层pd2-1以及位于pd2-1之上的另一导电类型的半导体材料层pd2-2，第三光电二极管pd3包括一个导电类型的半导体材料层pd3-1以及位于pd3-1之上的另一导电类型的半导体材料层pd3-2。其中，一个导电类型的半导体材料层pd1-1、pd2-1和pd3-1之间的导电类型可以相同或者不同，相应地，另一导电类型的半导体材料层pd1-2、pd2-2和pd3-2之间的导电类型可以相同或者不同。本领域技术人员可以理解，半导体材料并无限制，可以根据实际应用来选取，例如可以是硅、锗、锗硅等。
相比于现有技术中的通过在一个导电类型的半导体材料层中注入形成另一导电类型的区域而形成的光电二极管，本公开的这些实施例中的图像传感器中的光电二极管，能够容易地有效地控制两个半导体材料层的厚度，并且避免了离子注入过程对半导体材料的损伤，还使得pn结的面积增加从而对光生载流子的收集更为有效。
在一些实施例中，一个导电类型的半导体材料层(如pd1-1、pd2-1或pd3-1)可以是p型半导体材料层，另一导电类型的半导体材料层(如pd1-2、pd2-2或pd3-2)可以是n型半导体材料层。在一些实施例中，优选地，一个导电类型的半导体材料层(如pd1-1、pd2-1或pd3-1)可以是n型半导体材料层，另一导电类型的半导体材料层(如pd1-2、pd2-2或pd3-2)可以是p型半导体材料层，其中，更优地，n型半导体材料层的掺杂浓度高于p型半导体材料层的掺杂浓度，即光电二极管由n+型半导体材料层和p型半导体材料层构成，如图2所示。这样，当图像传感器在使用时，由于是背面接收入射光(如图26所示)，每个光电二极管均是n+型半导体材料层先接收入射光，这比起p型半导体材料层先接收入射光的情况，能够产生更多的光生电子(例如，若p型半导体材料层先接收入射光，则到达n+型半导体材料层的入射光会减少，从而n+型半导体材料层产生的光生电子也会减少)。
在一些实施例中，如图3所示，本公开的图像传感器还可以包括第一隔离层il1和第二隔离层il2。其中，第一隔离层il1位于第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2之间，第二隔离层il2位于第二光电二极管pd2和第三光电二极管pd3之间。第一隔离层il1和第二隔离层il2均为电介质材料(例如，氧化硅、氮化硅等)形成，能够防止在垂直方向上相邻的光电二极管中的光生载流子之间的干扰，例如，第一隔离层il1能够防止第一光电二极管pd1和第二光电二极管pd2中的光生载流子之间的干扰，第二隔离层il2能够防止第二光电二极管pd2和第三光电二极管pd3中的光生载流子之间的干扰。
在一些实施例中，如图4、5所示，本公开的图像传感器中的第一、第二和第三光电二极管pd1、pd2和pd3在与图像传感器的主表面平行的平面图中重合，该图像传感器还可以包括隔离区ir。在平面图中，如图5所示，隔离区ir围绕各光电二极管pd1、pd2和pd3；在截面图中，如图4所示，隔离区ir在图像传感器的厚度方向上延伸，其下部与第一光电二极管pd1的底面平齐或低于第一光电二极管pd1的底面，其上部与第三光电二极管pd3的顶面平齐或高于第三光电二极管pd3的顶面。隔离区ir为电介质材料(例如，氧化硅、氮化硅等)形成，能够防止在水平方向上图像传感器中相邻的像素单元的光生载流子之间的干扰。
下面结合图6至12来描述根据本公开的一些实施例的形成图像传感器的方法。
在一些实施例中，第一、第二和第三光电二极管pd1、pd2和pd3的材料均为第一半导体材料(例如硅)，可以通过如下处理来形成第一隔离层il1：
步骤s1-1：在第一光电二极管pd1上通过外延生长第二半导体材料(例如锗硅)而形成第一牺牲层ml1。在第一光电二极管pd1包括第一导电类型的第一半导体材料层pd1-1和位于pd1-1之上的第二导电类型的第一半导体材料层pd1-2的情况下，可以通过在第二导电类型的第一半导体材料层pd1-2上通过外延生长第二半导体材料(例如锗硅)而形成第一牺牲层ml1。
步骤s1-2：在第一牺牲层ml1上通过外延生长第一半导体材料(例如硅)来形成第二光电二极管pd2。在第二光电二极管pd2包括第一导电类型的第一半导体材料层pd2-1和位于pd2-1之上的第二导电类型的第一半导体材料层pd2-2的情况下，可以通过在第二半导体材料(例如锗硅)的第一牺牲层ml1上通过外延生长第一导电类型的第一半导体材料而形成pd2-1，再在pd2-1上通过外延生长第二导电类型的第一半导体材料而形成pd2-2，从而在第一牺牲层ml1上形成第二光电二极管pd2。
步骤s1-3：通过刻蚀处理将第一牺牲层ml刻蚀掉而形成第一空腔ca1。在一些实施例中，该步骤可通过如下处理实现：在各光电二极管pd1、pd2和pd3的边缘处通过刻蚀处理形成一个或多个第一凹槽g1以暴露出第一牺牲层ml1，如图7所示。第一凹槽g1在平面图中的形状可以如图10所示，本领域技术人员可以理解，第一凹槽g1也可以是其他合适的形状。然后通过湿法刻蚀处理将第一牺牲层ml1刻蚀掉而形成第一空腔ca1，如图8所示。其中，湿法刻蚀处理所使用的刻蚀溶液被配制为对第二半导体材料(即第一牺牲层ml1的材料，例如锗硅)的去除率大于对第一半导体材料(即各光电二极管pd1、pd2和pd3的材料，例如硅)的去除率。优选地，刻蚀溶液被配制为对第二半导体材料的去除率与对第一半导体材料的去除率之比(即选择比)大于300:1。由于刻蚀溶液的这种特性，使得由第二半导体材料形成的第一牺牲层ml1被刻蚀掉，而留下由第一半导体材料形成的各光电二极管pd1、pd2和pd3，从而形成了第一空腔ca1。
步骤s1-4：在第一空腔ca1中填充电介质材料，以形成第一隔离层il1，如图9所示。填充电介质材料后的平面图可以如图11所示。电介质材料可以为氧化硅或氮化硅等，可以通过原子层沉积(ald)处理或高深宽比处理(harp)等在第一空腔ca1中填充电介质材料，从而形成第一隔离层il1。
类似地，可以通过如下处理来形成第二隔离层il2：在第二光电二极管pd2上通过外延生长第二半导体材料(例如锗硅)而形成第二牺牲层ml2；在第二牺牲层ml2上通过外延生长第一半导体材料(例如硅)而形成第三光电二极管pd3；通过刻蚀处理将第二牺牲层ml2刻蚀掉而形成第二空腔ca2；以及在第二空腔ca2中填充电介质材料从而形成第二隔离层il2。由于第二隔离层il2的形成处理与第一隔离层il1的形成处理类似，因此此处省略了对第二隔离层il2的形成处理的细节的描述。
本领域技术人员可以理解，可以通过同一个处理过程来一起形成第一隔离层il1和第二隔离层il2。如图6至9所示，在各光电二极管pd1、pd2和pd3的边缘处通过刻蚀处理形成一个或多个第一凹槽g1以暴露出第一牺牲层ml1和第二牺牲层ml2，如图7所示；然后通过湿法刻蚀处理将第一牺牲层ml1刻蚀掉而形成第一空腔ca1，同时将第二牺牲层ml2刻蚀掉而形成第二空腔ca2，如图8所示；同时在第一空腔ca1和第二空腔ca2中填充电介质材料，例如，将反应气体从第一凹槽g1中通入并使反应气体到达第一空腔ca1和第二空腔ca2中进行反应以沉积电介质材料，从而形成第一隔离层il1和第二隔离层il2，如图9所示。
在一些实施例中，当在各光电二极管pd1、pd2和pd3的边缘处刻蚀形成的第一凹槽g1在平面图中的形状如图10所示时，即在平面图中的形状为沿着各光电二极管pd1、pd2和pd3的边缘延伸，则可以通过以上处理，在形成第一隔离层il1和/或第二隔离层il2的同时形成隔离区ir，即在第一空腔ca1和/或第二空腔ca2中填充电介质材料的同时，也在第一凹槽g1中填充介质材料，从而形成隔离区ir，如图11所示。本领域技术人员可以理解，也可以不在形成第一隔离层il1和/或第二隔离层il2的过程中形成隔离区ir，即通过单独的处理过程来形成隔离区ir。例如，可以通过如下处理形成隔离区ir：在各光电二极管pd1、pd2和pd3的周围通过刻蚀处理形成围绕各光电二极管pd1、pd2和pd3的第二凹槽(图中未示出)，第二凹槽的底部与第一光电二极管pd1的底面平齐或低于第一光电二极管pd1的底面；以及在第二凹槽中填充电介质材料从而形成隔离区ir。
需要注意的是，无论是在形成第一隔离层il1和/或第二隔离层il2的同时形成隔离区ir，还是通过单独的处理过程来形成隔离区ir，在处理中刻蚀形成的凹槽(第一凹槽g1或第二凹槽)的底部都要与第一光电二极管pd1的底面平齐或低于第一光电二极管pd1的底面。此外，本领域技术人员可以理解，可以通过上述处理在各光电二极管pd1、pd2和pd3的四个边缘(如图12所示，在上边缘、下边缘、左边缘和右边缘)处均形成隔离区ir，以防止在水平方向上相邻的光电二极管之间的干扰。
在一些实施例中，如图6至9所示，还可以形成用于第一凹槽g1和/或第二凹槽的刻蚀停止层esl。刻蚀停止层esl是通过在半导体衬底(例如硅衬底)sub上通过外延生长第三半导体材料(例如锗)而形成的。第一光电二极管pd1可以是在刻蚀停止层esl上通过外延生长第一半导体材料(例如硅)而形成的。在通过刻蚀处理形成一个或多个第一凹槽g1和/或第二凹槽的处理中，刻蚀停止在刻蚀停止层esl。由于刻蚀停止层esl在第一光电二极管pd1之下，因此能够保证第一凹槽g1和/或第二凹槽的底部与第一光电二极管pd1的底面平齐或低于第一光电二极管pd1的底面，从而保证隔离区ir的隔离效果。
在一些实施例中，图像传感器还可以包括第三隔离层il3，如图4所示，第三隔离层il3位于第一光电二极管pd1之下。第三隔离层il3可用于防止在后续对图像二极管的处理(例如高温处理)中，第一光电二极管pd1被氧化。可通过如下处理来形成第三隔离层il3：在形成第一光电二极管pd1之前，形成第三牺牲层ml3，第三牺牲层ml3的材料是第二半导体材料(例如锗硅)；在第三牺牲层ml3上通过外延生长第一半导体材料(例如硅)而形成第一光电二极管pd1；通过刻蚀处理将第三牺牲层ml3刻蚀掉而形成第三空腔ca3；以及在第三空腔ca3中填充电介质材料以形成位于第一光电二极管pd1之下的第三隔离层il3。由于第三隔离层il3的形成处理与第一隔离层il1或第二隔离层il2的形成处理类似，因此此处省略了对第三隔离层il3的形成处理的细节的描述。
本领域技术人员可以理解，可以通过同一个处理过程来一起形成第一隔离层il1、第二隔离层il2和第三隔离层il3。如图6至9所示，在各光电二极管pd1、pd2和pd3的边缘处通过刻蚀处理形成一个或多个第一凹槽g1以暴露出第一牺牲层ml1、第二牺牲层ml2和第三牺牲层ml3，如图7所示；然后通过湿法刻蚀处理将第一牺牲层ml1刻蚀掉而形成第一空腔ca1，同时将第二牺牲层ml2刻蚀掉而形成第二空腔ca2，以及将第三牺牲层ml3刻蚀掉而形成第三空腔ca3，如图8所示；同时在第一空腔ca1、第二空腔ca2和第三空腔ca3中填充电介质材料，例如，将反应气体从第一凹槽g1中通入并使反应气体到达第一空腔ca1、第二空腔ca2和第三空腔ca3中进行反应以沉积电介质材料，从而形成第一隔离层il1、第二隔离层il2和第三隔离层il3，如图9所示。
在一些实施例中，如图6至9所示，还可以形成用于第一凹槽g1的刻蚀停止层esl。刻蚀停止层esl是通过在半导体衬底(例如硅衬底)sub上通过外延生长第三半导体材料(例如锗)而形成的。第三牺牲层ml3可以是在刻蚀停止层esl上通过外延生长第而半导体材料(例如锗硅)而形成的。在通过刻蚀处理形成一个或多个第一凹槽g1的处理中，刻蚀停止在刻蚀停止层esl。由于刻蚀停止层esl在第三牺牲层ml3之下，因此能够保证第一凹槽g1的底部与第三牺牲层ml3的底面平齐或低于第三牺牲层ml3的底面，从而能够使得暴露出第三牺牲层ml3以便于形成第三空腔ca3。
在一些实施例中，本公开的图像传感器还可以包括第一接触件c1、第二接触件c2和第三接触件c3，如图13所示。其中，第一接触件c1在图像传感器的厚度方向上延伸，其下端低于第一光电二极管pd1的顶面且高于第一光电二极管pd1的底面(例如，位于一个导电类型的第一半导体材料层pd1-1与另一导电类型的第一半导体材料层pd1-2的交界处，或者位于n+型的第一半导体材料层pd1-1中)并与第一光电二极管pd1电连接，其上端与第三光电二极管pd3的顶面平齐或高于第三光电二极管pd3的顶面。第二接触件c2在图像传感器的厚度方向上延伸，其下端低于第二光电二极管pd2的顶面且高于第二光电二极管pd2的底面(例如，位于一个导电类型的第一半导体材料层pd2-1与另一导电类型的第一半导体材料层pd2-2的交界处，或者位于n+型的第一半导体材料层pd2-1中)并与第二光电二极管pd2电连接，其上端与第三光电二极管pd3的顶面平齐或高于第三光电二极管pd3的顶面。第三接触件c3在图像传感器的厚度方向上延伸，其下端低于第三光电二极管pd3的顶面且高于第三光电二极管pd3的底面(例如，位于一个导电类型的第一半导体材料层pd3-1与另一导电类型的第一半导体材料层pd3-2的交界处，或者位于n+型的第一半导体材料层pd3-1中)并与第三光电二极管pd3电连接，其上端与第三光电二极管pd3的顶面平齐或高于第三光电二极管pd3的顶面。
如图14所示，各接触件c1、c2或c3可以包括导电部cc和隔离部ci。其中，导电部cc的下端与对应的光电二极管pd1、pd2或pd3电连接，其上端与第三光电二极管pd3的顶面平齐或高于第三光电二极管pd3的顶面。优选地，导电部cc的材料为掺杂的多晶硅。使用掺杂的多晶硅而不是金属作为导电材料，能够避免金属污染。隔离部ci在平面图中位于导电部cc的周围(如图22、23所示)，在图像传感器的厚度方向上延伸，其下端低于对应的光电二极管pd1、pd2或pd3的顶面且高于对应的光电二极管pd1、pd2或pd3的底面，其上端与第三光电二极管pd3的顶面平齐或高于第三光电二极管pd3的顶面。
下面结合图15至23来描述根据本公开的一些实施例的形成图像传感器的方法。
在衬底sub上依次形成刻蚀停止层esl、第三牺牲层ml3、第一光电二极管pd1(包括pd1-1和pd1-2)、第一牺牲层ml1、第二光电二极管pd2(包括pd2-1和pd2-2)、第二牺牲层ml2、以及第三光电二极管pd3(包括pd3-1和pd3-2)，如图15所示。
通过刻蚀处理形成接触孔g6、g7和g8，如图16所示。各接触孔g6、g7和g8在图像传感器的厚度方向上延伸，各接触孔g6、g7和g8的下端分别低于各光电二极管pd1、pd2和pd3的顶面且分别高于各光电二极管pd1、pd2和pd3的底面。例如，接触孔g6的下端位于n+型的第一半导体材料层pd1-1与p型的第一半导体材料层pd1-2的交界处，或者位于n+型的第一半导体材料层pd2-1中，以便更有效地收集第一光电二极管pd1的光生载流子。各接触孔g6、g7和g8在平面图中的形状和位置可以如图21所示，本领域技术人员可以理解，也可以根据实际应用来选择其他合适的形状和位置。
在各接触孔g6、g7和g8中沉积电介质材料(例如氧化硅和氮化硅)而形成覆盖各接触孔g6、g7和g8的侧壁和底部的膜，如图17所示。例如，可以通过原子层沉积(ald)处理或高深宽比处理(harp)而在各接触孔g6、g7和g8中沉积电介质材料，从而形成膜。
通过刻蚀处理将形成在各接触孔g6、g7和g8的底部的膜刻蚀掉，从而在各接触孔g6、g7和g8的侧壁上形成隔离部ci1、ci2和ci3，如图18所示。
在已形成了隔离部ci1、ci2和ci3的接触孔g6、g7和g8中填充导电材料而形成各导电部，从而形成各接触件c1、c2和c3，如图19和22所示。优选地，填充的导电材料为掺杂的多晶硅。
在一些实施例中，还可以在已形成了各接触件c1、c2和c3的图像传感器中，通过前述处理形成第一隔离层il1、第二隔离层il2、第三隔离层il3、以及隔离区ir，如图20和23所示。
在一些实施例中，本公开的用于形成图像传感器的方法还可以包括衬底减薄的处理，即在形成各隔离层之后，去除衬底sub和刻蚀停止层esl。下面结合图24至26来描述该处理过程。需要注意的是，图24至26所示出的图像传感器的方向与前述截面图所示出的图像传感器的方向相反，即第一光电二极管pd1的接收入射光的一面朝上。衬底减薄的处理过程可以为：通过化学机械平坦化(cmp)处理将衬底sub减薄到指定厚度，如图24所示；通过刻蚀处理将上步骤中保留的指定厚度的衬底sub刻蚀掉，该刻蚀处理停止在刻蚀停止层esl，如图25所示；通过刻蚀处理将刻蚀停止层esl刻蚀掉，使得暴露出第三隔离层il3，如图26所示。图26中的带箭头的实线示意性地表示照射到图像传感器的入射光。
如图27所示，本公开的图像传感器还包括器件层dl，器件层dl位于第三光电二极管pd之上(需要注意的是，由于图27所示出的图像传感器的方向与前述截面图所示出的图像传感器的方向相反，因此，在图27中看来，器件层dl是位于第三光电二极管pd之“下”的)。其中，各接触件c1、c2和c3的上端(由于前述类似理由，在图27中看来，是各接触件c1、c2和c3的“下”端)延伸到器件层dl以与器件层dl中的器件电连接。在一些实施例中，本公开的图像传感器还可以包括第四隔离层il4，第四隔离层il4位于第三光电二极管pd3与器件层dl之间，可以防止第三光电二极管pd3和器件层dl之间的干扰。
在如图26、27所示的背照射(backsideillumination)式图像传感器中，入射光从图像传感器的背面进入图像传感器，依次经过第三隔离层il3、第一光电二极管pd1、第一隔离层il1、第二光电二极管pd2、第二隔离层il2和第三光电二极管pd3。入射光在各光电二极管中被吸收并产生光生载流子。由于不同波长的光在图像传感器中被完全吸收的深度不同，因此，例如第一、第二和第三光电二极管pd1、pd2和pd3可以分别用作感应蓝光、绿光和红光的光电二极管。各光电二极管pd1、pd2和pd3吸收光产生的光生载流子被分别收集到各接触件c1、c2和c3中，从而将光感应电流传导到器件层dl以完成光电转换。
下面结合图28至53，以一个具体的示例来描述本公开的用于形成图像传感器的方法。
如图28所示，在硅衬底sub上通过外延生长锗形成刻蚀停止层esl，在刻蚀停止层esl通过外延生长锗硅形成第三牺牲层ml3，在第三牺牲层ml3上通过外延生长n+型硅形成pd1-1层，在pd1-1层上通过外延生长p型硅形成pd1-2层，在pd1-2层上通过外延生长锗硅形成第一牺牲层ml1，在第一牺牲层ml1上通过外延生长n+型硅形成pd2-1层，在pd2-1层上通过外延生长p型硅形成pd2-2层，在pd2-2层上通过外延生长锗硅形成第二牺牲层ml2，在第二牺牲层ml2上通过外延生长n+型硅形成pd3-1层，在pd3-1层上通过外延生长p型硅形成pd3-2层，在pd3-2层上通过外延生长锗硅形成第四牺牲层ml4，在第四牺牲层ml4上通过外延生长硅形成器件层dl。
在器件层dl上通过沉积处理形成硬掩膜hm，并在硬掩膜hm上施加光致刻蚀剂层pr。对光致刻蚀剂层pr进行图案化处理，使得将要刻蚀第一接触孔处暴露出硬掩膜hm，如图29所示。进行刻蚀处理以形成第一接触孔，刻蚀停止在第一光电二极管pd1中。优选地，第一接触孔的下端在pd1-1层与pd1-2层的交界处，或者在pd1-1层中。然后去除光致抗蚀剂层pr，如图31所示。可以通过原子层沉积(ald)处理或高深宽比处理(harp)沉积电介质材料(例如氧化硅或氮化硅)，在各暴露的表面上形成电介质薄膜if，如图32所示。将第一接触孔中底部以及硬掩膜hm表面沉积的电介质材料刻蚀掉，如图33所示。通过沉积导电材料cf(例如掺杂的多晶硅)填充第一接触孔，并将硬掩膜hm的表面沉积的导电材料cf刻蚀掉，从而形成第一接触件c1，如图34和35所示。通过上述类似的处理，可以形成第二接触件c2和第三接触件c3，如图36所示。
接下来可以通过如下处理来形成各隔离层和隔离区。如图37所示，在硬掩膜hm上施加光致刻蚀剂层pr。对光致刻蚀剂层pr进行图案化处理，使得将要刻蚀第一凹槽处暴露出硬掩膜hm，如图38所示，其平面图如图39所示。通过刻蚀处理在各光电二极管的边缘处形成第一凹槽，刻蚀停止在刻蚀停止层esl，使得暴露出第一牺牲层ml1、第二牺牲层ml2、第三牺牲层ml3和第四牺牲层ml4，如图40所示。通过湿法横向刻蚀处理将锗硅材料形成的第一牺牲层ml1、第二牺牲层ml2、第三牺牲层ml3和第四牺牲层ml4刻蚀掉而形成第一空腔ca1、第二空腔ca2、第三空腔ca3和第四空腔ca4。刻蚀溶液被配制为对锗硅材料的去除率与对硅材料的去除率之比(即选择比)大于300:1。例如，锗硅材料可以为si0.8ge0.2，刻蚀溶液的溶液配比可以为hno3(70％):hf(49％):ch3cooh(99.9％):h2o＝40:1:2:57。去除光致刻蚀剂层pr，如图42所示。可以通过原子层沉积(ald)处理或高深宽比处理(harp)沉积电介质材料(例如氧化硅或氮化硅)，在第一空腔ca1、第二空腔ca2、第三空腔ca3和第四空腔ca4中填充电介质材料以形成第一隔离层il1、第二隔离层il2、第三隔离层il3和第四隔离层il4，以及在第一凹槽中填充电介质材料以形成隔离区ir，如图43所示。然后去除沉积在硬掩膜hm表面上的电介质材料，如图44所示。至此，该图像传感器的平面图如图45所示。再次在硬掩膜hm上施加光致刻蚀剂层pr，如图46所示，对光致刻蚀剂层pr进行图案化处理，使得将要刻蚀第一凹槽处暴露出硬掩膜hm，其平面图如图47所示。通过刻蚀处理形成第二凹槽(未示出)，并通过与前述处理类似的处理在第二凹槽中填充电介质材料(例如氧化硅或氮化硅)形成隔离区ir。至此，形成的图像传感器的平面图如图48所示。
去除硬掩膜hm，如图49所示。在器件层中形成器件以及金属连线等结构，如图50所示意性地示出的。然后进行如图51至53所示的衬底减薄的处理。将第一光电二极管pd1的接收入射光的一面朝上，如图51所示，通过化学机械平坦化(cmp)处理将硅衬底sub减薄到指定厚度；通过刻蚀处理将上步骤中保留的指定厚度的硅衬底sub刻蚀掉，该刻蚀处理停止在锗材料形成的刻蚀停止层esl，如图52所示；通过刻蚀处理将刻蚀停止层esl刻蚀掉，使得暴露出第三隔离层il3，如图53所示。
以上，以一个具体的示例描述了本公开的用于形成图像传感器的方法，本领域技术人员可以理解，以上描述只是示意性地而并非限制性的，本公开的方法可以根据实际应用增加、减少、拆分、合并步骤，或者对各步骤的顺序进行调整。
在说明书及权利要求中的词语“a或b”包括“a和b”以及“a或b”，而不是排他地仅包括“a”或者仅包括“b”，除非另有特别说明。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1.一种用于形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：形成第一光电二极管；在所述第一光电二极管之上形成第二光电二极管；以及在所述第二光电二极管之上形成第三光电二极管，其中，通过在一个导电类型的半导体材料层上形成另一导电类型的半导体材料层来形成所述第一、第二和第三光电二极管中的一个或多个。
2.根据1所述的方法，其特征在于，通过在一个导电类型的半导体材料层上外延生长另一导电类型的半导体材料层来形成所述第一、第二和第三光电二极管中的一个或多个。
3.根据1所述的方法，其特征在于，通过在n型的半导体材料层上形成p型的半导体材料层来形成所述第一、第二和第三光电二极管中的一个或多个。
4.根据3所述的方法，其特征在于，所述n型半导体材料层的掺杂浓度高于所述p型半导体材料层的掺杂浓度。
5.根据1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第一和第二光电二极管之间形成第一隔离层；以及在所述第二和第三光电二极管之间形成第二隔离层。
6.根据5所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三光电二极管的材料均为第一半导体材料，其中，通过如下处理来形成所述第一隔离层：在所述第一光电二极管上通过外延生长第二半导体材料而形成第一牺牲层；在所述第一牺牲层上通过外延生长第一半导体材料而形成所述第二光电二极管；通过刻蚀处理将所述第一牺牲层刻蚀掉而形成第一空腔；以及在所述第一空腔中填充电介质材料，以及通过如下处理来形成所述第二隔离层：在所述第二光电二极管上通过外延生长第二半导体材料而形成第二牺牲层；在所述第二牺牲层上通过外延生长第一半导体材料而形成所述第三光电二极管；通过刻蚀处理将所述第二牺牲层刻蚀掉而形成第二空腔；以及在所述第二空腔中填充电介质材料。
7.根据6所述的方法，其特征在于，还包括：在形成所述第一光电二极管之前，形成第三牺牲层，所述第三牺牲层的材料是第二半导体材料；在所述第三牺牲层上通过外延生长第一半导体材料而形成所述第一光电二极管；通过刻蚀处理将所述第三牺牲层刻蚀掉而形成第三空腔；以及在所述第三空腔中填充电介质材料以形成位于所述第一光电二极管之下的第三隔离层。
8.根据7所述的方法，其特征在于，所述通过刻蚀处理将各牺牲层刻蚀掉而形成各空腔是通过如下处理进行的：在各光电二极管的边缘处通过刻蚀处理形成一个或多个第一凹槽以暴露出所述牺牲层；以及通过湿法刻蚀处理将所述牺牲层刻蚀掉而形成所述空腔，其中，所述湿法刻蚀处理所使用的刻蚀溶液被配制为对所述第二半导体材料的去除率大于对所述第一半导体材料的去除率。
9.根据8所述的方法，其特征在于，所述刻蚀溶液被配制为对所述第二半导体材料的去除率与对所述第一半导体材料的去除率之比大于300:1。
10.根据8所述的方法，其特征在于，还包括：在形成所述第三牺牲层之前，形成刻蚀停止层，所述刻蚀停止层的材料是第三半导体材料，其中，在所述刻蚀停止层上通过外延生长第二半导体材料而形成所述第三牺牲层；以及在所述通过刻蚀处理形成一个或多个第一凹槽的处理中，所述刻蚀停止在所述刻蚀停止层。
11.根据10所述的方法，其特征在于，形成所述刻蚀停止层是通过如下处理进行的：在半导体衬底上通过外延生长第三半导体材料而形成所述刻蚀停止层。
12.根据11所述的方法，其特征在于，还包括：在形成各所述隔离层之后，去除所述半导体衬底和所述刻蚀停止层。
13.根据1所述的方法，其特征在于，所述第一、第二和第三光电二极管在与所述图像传感器的主表面平行的平面图中重合，还包括：在所述平面图中围绕各光电二极管处形成隔离区，所述隔离区在所述图像传感器的厚度方向上延伸，其下部与所述第一光电二极管的底面平齐或低于所述第一光电二极管的底面，其上部与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面。
14.根据13所述的方法，其特征在于，通过如下处理形成所述隔离区：在各光电二极管的周围通过刻蚀处理形成围绕各光电二极管的第二凹槽，所述第二凹槽的底部与所述第一光电二极管的底面平齐或低于所述第一光电二极管的底面；以及在所述第二凹槽中填充电介质材料。
15.根据1所述的方法，其特征在于，还包括：形成第一接触件、第二接触件和第三接触件，其中，所述第一接触件在所述图像传感器的厚度方向上延伸，其下端低于所述第一光电二极管的顶面且高于所述第一光电二极管的底面并与所述第一光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面；所述第二接触件在所述厚度方向上延伸，其下端低于所述第二光电二极管的顶面且高于所述第二光电二极管的底面并与所述第二光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面；以及所述第三接触件在所述厚度方向上延伸，其下端低于所述第三光电二极管的顶面且高于所述第三光电二极管的底面并与所述第三光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面。
16.根据15所述的方法，其特征在于，各所述接触件包括：导电部，所述导电部的下端与和所述接触件对应的光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面；以及隔离部，所述隔离部在所述平面图中位于所述导电部的周围，在所述厚度方向上延伸，其下端低于所述光电二极管的顶面且高于所述光电二极管的底面，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面。
17.根据16所述的方法，其特征在于，通过如下处理形成各接触件：通过刻蚀处理形成接触孔，所述接触孔在所述厚度方向上延伸，其下端低于所述光电二极管的顶面且高于所述光电二极管的底面；在所述接触孔的侧壁上形成所述隔离部；以及在已形成了所述隔离部的所述接触孔中形成所述导电部。
18.根据17所述的方法，其特征在于，通过如下处理形成所述隔离部：在所述接触孔中沉积电介质材料而形成覆盖所述接触孔的侧壁和底部的膜；以及通过刻蚀处理将形成在所述接触孔的底部的所述膜刻蚀掉从而形成所述隔离部，以及通过如下处理形成所述导电部：在已形成了所述隔离部的所述接触孔中填充导电材料而形成所述导电部。
19.根据18所述的方法，其特征在于，通过原子层沉积处理或高深宽比处理而在所述接触孔中沉积所述电介质材料而形成所述膜。
20.根据18所述的方法，其特征在于，所述导电材料为掺杂的多晶硅。
21.根据17所述的方法，其特征在于，还包括：在形成所述第一、第二和第三接触件之前，在所述第三光电二极管上形成硬掩膜层；以及在形成各接触件的处理中，还包括：在通过刻蚀处理形成所述接触孔之前，在将要形成所述接触孔的位置对所述硬掩膜层进行刻蚀而形成通孔，其中，在所述通孔处进行刻蚀处理从而形成所述接触孔。
22.根据15所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第三光电二极管之上形成器件层，其中，各所述接触件的上端延伸到所述器件层以与所述器件层中的器件电连接。
23.根据22所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第三光电二极管与所述器件层之间形成第四隔离层。
24.根据23所述的方法，其特征在于，通过如下处理形成所述第四隔离层：在所述第三光电二极管之上通过外延生长第二半导体材料而形成第四牺牲层；在所述第四牺牲层上通过外延生长而形成用于所述器件层的半导体材料层；通过刻蚀处理将所述第四牺牲层刻蚀掉而形成第四空腔；以及在所述第四空腔中填充电介质材料以形成位于所述第三光电二极管与所述器件层之间的第四隔离层。
25.一种图像传感器，其特征在于，包括：第一光电二极管；第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第一光电二极管之上；以及第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第二光电二极管之上，其中，所述第一、第二和第三光电二极管中的一个或多个包括一个导电类型的半导体材料层以及形成在所述一个导电类型的半导体材料层之上的另一导电类型的半导体材料层。
26.根据25所述的图像传感器，其特征在于，所述另一导电类型的半导体材料层是通过外延生长处理形成在所述一个导电类型的半导体材料层之上的。
27.根据25所述的图像传感器，其特征在于，所述一个导电类型的半导体材料层为n型半导体材料层、以及所述另一导电类型的半导体材料层为p型半导体材料层。
28.根据26所述的图像传感器，其特征在于，所述n型半导体材料层的掺杂浓度高于所述p型半导体材料层的掺杂浓度。
29.根据25所述的图像传感器，其特征在于，还包括：第一隔离层，所述第一隔离层位于所述第一和第二光电二极管之间；以及第二隔离层，所述第二隔离层位于所述第二和第三光电二极管之间。
30.根据25所述的图像传感器，其特征在于，还包括：第三隔离层，所述第三隔离层位于所述第一光电二极管之下。
31.根据25所述的图像传感器，其特征在于，所述第一、第二和第三光电二极管在与所述图像传感器的主表面平行的平面图中重合，所述图像传感器还包括：隔离区，所述隔离区在所述平面图中围绕各光电二极管，所述隔离区在所述图像传感器的厚度方向上延伸，其下部与所述第一光电二极管的底面平齐或低于所述第一光电二极管的底面，其上部与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面。
32.根据25所述的图像传感器，其特征在于，还包括：第一接触件，所述第一接触件在所述图像传感器的厚度方向上延伸，其下端低于所述第一光电二极管的顶面且高于所述第一光电二极管的底面并与所述第一光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面；第二接触件，所述第二接触件在所述厚度方向上延伸，其下端低于所述第二光电二极管的顶面且高于所述第二光电二极管的底面并与所述第二光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面；以及第三接触件，所述第三接触件在所述厚度方向上延伸，其下端低于所述第三光电二极管的顶面且高于所述第三光电二极管的底面并与所述第三光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面。
33.根据32所述的图像传感器，其特征在于，各所述接触件包括：导电部，所述导电部的下端与光电二极管电连接，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面；以及隔离部，所述隔离部在所述平面图中位于所述导电部的周围，在所述厚度方向上延伸，其下端低于所述光电二极管的顶面且高于所述光电二极管的底面，其上端与所述第三光电二极管的顶面平齐或高于所述第三光电二极管的顶面。
34.根据33所述的图像传感器，其特征在于，所述导电部的材料为掺杂的多晶硅。
35.根据32所述的图像传感器，其特征在于，还包括：器件层，所述器件层位于所述第三光电二极管之上，其中，各所述接触件的上端延伸到所述器件层以与所述器件层中的器件电连接。
36.根据35所述的图像传感器，其特征在于，还包括：第四隔离层，所述第四隔离层位于所述第三光电二极管与所述器件层之间。
37.一种图像传感器，其特征在于，包括：第一光电二极管；第二光电二极管，所述第二光电二极管位于所述第一光电二极管之上；第三光电二极管，所述第三光电二极管位于所述第二光电二极管之上；第一隔离层，所述第一隔离层位于所述第一和第二光电二极管之间；以及第二隔离层，所述第二隔离层位于所述第二和第三光电二极管之间。
38.根据37所述的图像传感器，其特征在于，还包括：第三隔离层，所述第三隔离层位于所述第一光电二极管之下。
39.根据37所述的图像传感器，其特征在于，还包括：第四隔离层，所述第四隔离层位于所述第三光电二极管之上。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。