图像传感器及其形成方法与流程

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术：

图像传感器可用于感测辐射，例如，光辐射，包括但不限于可见光、红外线、紫外线等。图像传感器按照其接收辐射的方式分为背照式(bsi)图像传感器和前照式(fsi)图像传感器。

背照式图像传感器能够从其背面接收辐射。不同于前照式图像传感器，在背照式图像传感器中，布线等可能影响辐射接收的部件基本位于基底的正面，而光线从基底的背面入射进入。这样，能够使入射光入射到光电二极管中，而不会被布线遮挡，从而提高了入射光量，能够显著提高光照条件下的拍摄效果。

背照式图像传感器包括像素区和包围像素区的逻辑区，其中逻辑区包括图像传感器的控制电路(包括晶体管、模-数转换电路、信号放大电路等)，逻辑区的器件工作时温度较高。

然而，现有图像传感器的器件密度较高，这样容易导致像素区的器件受到高温的影响。因此，现有图像传感器的性能有待进一步提高。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，以提高图像传感器的性能。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：基底，所述基底包括第一区、第二区和第三区，第二区位于第一区和第三区之间，所述第二区与第一区相邻，且第二区和第三区相邻；位于基底第三区内的感光结构；位于基底表面的介质结构；位于所述第一区的介质结构内的逻辑电路；位于所述基底第二区内的阻挡结构，所述阻挡结构的材料的热传导率低于基底材料的热传导率。

可选的，所述基底包括相对的第一面和第二面；所述阻挡结构包括第一阻挡层和第二阻挡层，所述基底第一面暴露出第一阻挡层，所述基底第二面暴露出第二阻挡层。

可选的，所述第一阻挡层的底部和第二阻挡层的底部之间具有预设距离。

可选的，所述第一阻挡层的底部和第二阻挡层的底部相接。

可选的，所述阻挡结构包括自基底第一面向第二面延伸的第一阻挡层。

可选的，所述阻挡结构包括自基底第二面向第一面延伸的第二阻挡层。

可选的，所述第一阻挡层的材料包括：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅或碳氮氧化硅。

可选的，所述第二阻挡层包括：第一层和位于第一层表面的第二层；所述第一层的材料为高k材料，所述高k材料包括：氧化铪、氧化锆、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛或氧化铝；所述第二层的材料包括：氧化硅、氮化硅或者氧化铝。

本发明还提供上述任意一种图像传感器的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括第一区、第二区和第三区，第二区位于第一区和第三区之间，所述第二区与第一区相邻，且第二区和第三区相邻；在基底第三区内形成感光结构；在所述基底第二区内形成阻挡结构，所述阻挡结构的材料的热传导率低于基底材料的热传导率；在基底表面形成介质结构；在所述第一区的介质结构内形成逻辑电路。

可选的，所述基底包括相对的第一面和第二面；所述阻挡结构包括第一阻挡层和第二阻挡层，所述基底第一面暴露出第一阻挡层，所述基底第二面暴露出第二阻挡层。

可选的，所述第一阻挡层的形成方法包括：在所述第二区基底内形成第一凹槽，所述第一凹槽顶部位于所述基底的第一面；在所述第一凹槽内和基底第一面表面形成初始第一阻挡层；平坦化所述初始第一阻挡层，在所述第一凹槽内形成所述第一阻挡层，所述基底第一面暴露出第一阻挡层。

可选的，所述第二阻挡层的形成方法包括：在所述第二区基底内形成第二凹槽，所述第二凹槽顶部位于所述基底的第二面；在所述第二凹槽内和基底第二面表面形成初始第二阻挡层；平坦化所述初始第二阻挡层，在所述第二凹槽内形成所述第二阻挡层，所述基底第二面暴露出第二阻挡层。

可选的，还包括：在所述基底第三区形成浅沟槽隔离结构，所述浅沟槽隔离结构位于相邻的感光结构之间，所述基底第一面暴露出浅沟槽隔离结构；形成第一阻挡层过程中形成所述浅沟槽隔离结构。

可选的，还包括：在所述基底第三区形成深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构位于相邻的感光结构之间，所述基底第二面暴露出深沟槽隔离结构；形成第二阻挡层过程中形成所述深沟槽隔离结构。

可选的，还包括：提供承载基底；将所述承载基底与介质结构键合。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的图像传感器中，逻辑电路在工作时易产生热量，逻辑电路位于第一区的介质结构内，逻辑电路产生的热量传输至基底第一区内。阻挡结构位于基底第二区内，且阻挡结构的材料的热传导率低于基底材料的热传导率，阻挡结构能阻挡基底第一区的热量传导至基底第三区，因此阻挡结构能隔离逻辑电路的热能对基底第三区内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

进一步，所述第一阻挡层的底部和第二阻挡层的底部相接，阻挡结构的隔离效果更佳，能更好的隔离逻辑电路的热能对基底第三区内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

附图说明

图1是一种图像传感器的结构示意图；

图2至图6是本发明图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图；

图7至图10是本发明图像传感器的形成方法另一实施例各步骤的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有图像传感器的性能较差，以下进行详细说明：

图1是一种图像传感器实施例的剖面结构示意图。

一种图像传感器，请参考图1，包括：基底100，所述基底100包括像素区a和逻辑区b，像素区a和逻辑区b相邻且相接触；位于所述基底100像素区a内的像素感光单元130；位于所述基底100表面的介质结构110，位于逻辑区b的介质结构110内的逻辑电路140。

上述图像传感器中，介质结构110逻辑区b内的逻辑电路在工作的过程中易产生热量，因此热量易传输至逻辑区b基底100内，而基底100的像素区a与基底100的逻辑区b相接触，因此，所述逻辑电路产生的热量易传输至基底100像素区内。当过多的热量聚集在基底100像素区内时，易对基底100像素区内的器件造成影响，不利于提高图像传感器的性能。

为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种图像传感器，包括：基底，所述基底包括第一区、第二区和第三区；位于基底表面的介质结构；位于所述第一区的介质结构内的逻辑电路；位于所述基底第二区内的阻挡结构，所述阻挡结构的材料的热传导率低于基底材料的热传导率。阻挡结构能隔离基底第一区和基底第三区，因此阻挡结构能隔离逻辑电路的热能对基底第三区内器件的影响。所形成的图形传感器的性能较好。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2至图6是本发明图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。

请参考图2，提供基底200。

提供基底，所述基底包括第一区i、第二区ii和第三区iii，第二区ii位于第一区i和第三区iii之间，所述第二区ii与第一区i相邻，且第二区ii和第三区iii相邻。

所述基底200的材料为半导体材料。本实施例中，所述基底200的材料为硅。其他实施例中，所述基底的材料包括碳化硅、硅锗、ⅲ-ⅴ族元素构成的多元半导体材料、绝缘体上硅(soi)或者绝缘体上锗。其中，ⅲ-ⅴ族元素构成的多元半导体材料包括inp、gaas、gap、inas、insb、ingaas或者ingaasp。

所述基底200包括相对的第一面201和第二面202。

在所述基底第三区iii内形成感光结构210。

本实施例中，所述基底的材料为硅。所述基底的厚度为2.5um～4um。

本实施例中，在所述第三区iii基底200内形成感光结构210。

本实施例中，所述感光结构210为光电二极管。

所述感光结构210的形成方法包括：所述第二区基底200内形成阱区(未图示)，所述阱区内具有第一掺杂离子；在所述阱区内形成光电掺杂区(未图示)，所述光电掺杂区内具有第二掺杂离子，所述第二掺杂离子的导电类型与第一掺杂离子的导电类型相反。

在本实施例中，所述第一掺杂离子为p型离子，如：硼离子，所述第二掺杂离子为n型离子，如：磷离子或者砷离子。在其他实施例中，所述第一掺杂离子为n型离子，所述第二掺杂离子为p型离子。

由于所述第一掺杂离子与第二掺杂离子的导电类型相反，因此，所述光电掺杂区与阱区之间构成光电二极管，所述光电二极管用于将光子转化为电子。所述电子经过后续第二导电结构和导电结构传输至逻辑电路，所述逻辑电路用于对电子进行控制。

接着，在所述基底200第二区ii内形成阻挡结构，所述阻挡结构的材料的热传导率低于基底材料的热传导率。所述阻挡结构包括第一阻挡层和第二阻挡层，所述基底第一面暴露出第一阻挡层，所述基底第二面暴露出第二阻挡层。

请参考图3，在第二区ii的基底200内形成第一阻挡层221，所述基底200第一面201暴露出第一阻挡层221。

所述第一阻挡层221用于隔离逻辑电路的热能对基底第三区内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

所述第一阻挡层221的形成方法包括：在所述基底第二区ii内形成第一凹槽(未图示)，所述第一凹槽顶部位于所述基底200第一面201；在所述第一凹槽内和基底200第一面201表面形成初始第一阻挡层(未图示)，平坦化所述初始第一阻挡层，直至暴露出基底200第一面201表面，在所述第一凹槽内形成第一阻挡层221。

本实施例中，还包括：在第三区iii的基底200内形成浅沟槽隔离结构222，所述浅沟槽隔离结构222位于相邻的感光结构210之间，所述基底200第一面201暴露出浅沟槽隔离结构222。

所述浅沟槽隔离结构222用于隔离相邻感光结构之间的电干扰。

本实施例中，形成浅沟槽隔离结构222的过程中，形成所述第一阻挡层221。

其他实施例中，形成浅沟槽隔离结构后，形成所述第一阻挡层；或者形成第一阻挡层后，形成所述浅沟槽隔离结构。

所述第一阻挡层沿垂直于基底方向的尺寸为0.2um～0.4um。

所述第一阻挡层221的材料包括：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅或碳氮氧化硅。

所述第一阻挡层221的材料为氧化硅。所述第一阻挡层221的材料与基底材料不同，所述第一阻挡层的热传导性低，能阻挡逻辑电路的热能对基底第三区iii内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

请参考图4，在所述基底200第一面201表面形成介质结构230，所述第一区i的介质结构230内具有逻辑电路(未图示)。

所述介质结构230的材料包括氧化硅或者氮氧化硅。所述介质结构230的形成方法包括化学气相沉积工艺或者物理气相沉积工艺。

所述逻辑电路包括半导体器件(未图示)、与半导体器件电连接的导电结构231。

所述导电结构231的材料包括：al、cu、w、mo、ta或者ti。

所述第三区的介质结构230内具有第二导电结构(未图示)，所述第二导电结构与导电结构231电连接，有利于将后续光电二极管产生的电信号转移至逻辑电路。

请参考图5，形成介质结构230后，在所述基底200内形成第二阻挡层251，所述基底200第二面202表面暴露出第二阻挡层251。

所述第二阻挡层251用于更好的隔离第一区i的逻辑电路的热能对基底第三区iii内器件的影响，进一步提高了图像传感器的性能。

所述第二阻挡层251的形成方法包括：在所述第二区ii基底内形成第二凹槽，所述第二凹槽顶部位于所述基底200的第二面202；在所述第二凹槽内和基底200第二面202表面形成初始第二阻挡层(未图示)，平坦化所述初始第二阻挡层，直至暴露出基底200第二面202表面，在所述第二凹槽内形成第二阻挡层251。

本实施例中，形成介质结构230后，形成第二凹槽之前，还包括：提供承载基底240；将所述承载基底240与介质结构230键合。

所述承载基底240用于为所述图像传感器提供承载平台。

本实施例中，还包括：在第三区的基底200内形成深沟槽隔离层252，所述深沟槽隔离层252位于相邻的感光结构210之间，所述基底200第二面202表面暴露出深沟槽隔离层252。

所述深沟槽隔离层252用于隔离相邻感光结构210之间的光干扰。

本实施例中，形成深沟槽隔离层252的过程中，形成所述第二阻挡层251。

其他实施例中，形成深沟槽隔离层后，形成所述第二阻挡层；或者形成第二阻挡层后，形成所述深沟槽隔离层。

所述第二阻挡层251沿垂直于基底方向的尺寸为2.2um～3.7um。

所述第二阻挡层251包括：第一层和位于第一层表面的第二层；所述第一层的材料为高k材料，所述高k材料包括：氧化铪、氧化锆、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆硅、氧化钛、氧化钽、氧化钡锶钛、氧化钡钛、氧化锶钛或氧化铝。所述第二层的材料包括：氧化硅、氮化硅或者氧化铝。

本实施例中，所述第一层的材料为氧化铪，所述第二层的材料为氧化硅。所述第二阻挡层251的材料与基底材料不同，所述第二阻挡层251的热传导性低，能阻挡逻辑电路的热能对基底第三区内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

本实施例中，所述阻挡结构包括第一阻挡层221和第二阻挡层251。

本实施例中，所述第一阻挡层221的底部和第二阻挡层251的底部之间具有预设距离。

阻挡结构位于基底第二区ii内，且阻挡结构的材料的热传导率低于基底200材料的热传导率，阻挡结构能阻挡基底200第一区i的热量传导至基底200第三区iii，因此阻挡结构能隔离逻辑电路的热能对基底200第三区iii内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

在一实施例中，参考图6，在所述基底200内形成第二阻挡层253，所述基底200第二面202表面暴露出第二阻挡层253。

所述第二阻挡层253的底部与第一阻挡层221的顶部相接。

所述第二阻挡层253的底部与第一阻挡层221的顶部相接。所述阻挡结构的隔离效果更佳，能更好的隔离第一区i的逻辑电路的热能对基底第三区iii内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

在另一实施例中，所述阻挡结构包括自基底第一面向第二面延伸的第一阻挡层。

在又一实施例中，所述阻挡结构包括基底第二面向第一面延伸的第二阻挡层。

本发明实施例还提供另一种图像传感器的形成方法；图7至图10是本发明图像传感器的形成方法另一实施例各步骤的结构示意图。

提供基底，所述基底包括第一区i、第二区ii和第三区iii，第二区ii位于第一区i和第三区iii之间，所述第二区ii与第一区i和第三区iii相邻且相接触。

请参考图7，提供基底300。

所述基底300的材料为半导体材料。在本实施例中，所述基底300的材料为硅。在其他实施例中，所述基底的材料包括碳化硅、硅锗、ⅲ-ⅴ族元素构成的多元半导体材料、绝缘体上硅(soi)或者绝缘体上锗。其中，ⅲ-ⅴ族元素构成的多元半导体材料包括inp、gaas、gap、inas、insb、ingaas或者ingaasp。

所述基底300包括相对的第一面301和第二面302。

在所述基底第三区iii内形成感光结构310。

本实施例中，在所述第三区iii基底300内形成感光结构310。

本实施例中，所述感光结构310为光电二极管。

请参考图8，在第二区ii的基底300内形成第一阻挡层321，所述基底300第一面301表面暴露出第一阻挡层321。

本实施例中，还包括：在第三区iii的基底300内形成浅沟槽隔离结构322，所述浅沟槽隔离结构322位于相邻的感光结构310之间，所述基底300第一面301表面暴露出浅沟槽隔离结构322。

所述第一阻挡层321、浅沟槽隔离结构322的材料、结构和形成方法如图3及前述实施例所述，在此不做赘述。

请参考图9，形成第一阻挡层321后，在所述基底300内形成第二阻挡层351，所述基底300第二面302表面暴露出第二阻挡层351。

本实施例中，还包括：在第三区iii的基底300内形成深沟槽隔离层352，所述深沟槽隔离层352位于相邻的感光结构310之间，所述基底300第二面302表面暴露出深沟槽隔离层352。

所述第二阻挡层351、深沟槽隔离层352的材料、结构和形成方法如图5及前述实施例所述，在此不做赘述。

请参考图10，形成第二阻挡结构351后，在所述基底300第一面301表面形成介质结构330，所述第一区的介质结构330内具有逻辑电路(未图示)。

所述逻辑电路包括半导体器件(未图示)、与半导体器件电连接的导电结构331。

所述介质结构330、导电结构331的材料、结构和形成方法如图4及前述实施例中介质结构230、导电结构231所述，在此不做赘述。

本实施例中，形成介质结构330后，还包括：提供承载基底340；将所述承载基底340与介质结构330键合。

相应的，本发明还提供一种图像传感器，请参考图10，包括：基底300，所述基底300包括第一区i、第二区ii和第三区iii，第二区ii位于第一区i和第三区iii之间，所述第二区ii与第一区i相邻，且第二区ii和第三区iii相邻；位于基底300第三区iii内的感光结构310；位于基底300表面的介质结构330；位于所述第一区i的介质结构330内的逻辑电路；位于所述基底300第二区ii内的阻挡结构，所述阻挡结构的材料的热传导率低于基底300的材料的热传导率。

所述逻辑电路包括半导体器件、以及与半导体器件电连接的导电结构231。

所述基底300包括相对的第一面301和第二面302；所述阻挡结构包括第一阻挡层321和第二阻挡层351，所述基底300第一面301表面暴露出第一阻挡层321，所述基底第二面302表面暴露出第二阻挡层351。

本实施例中，还包括：提供承载基底340；将所述承载基底340与介质结构330键合。

本实施例中，所述第一阻挡层321的底部和第二阻挡层351的底部之间具有预设距离。

所述第一阻挡层321的材料、结构和形成方法如前述实施例所述，在此不做赘述。

所述第二阻挡层351的材料、结构和形成方法如前述实施例所述，在此不做赘述。

在一实施例中，所述第一阻挡层的底部和第二阻挡层的底部相接。

在另一实施例中，所述阻挡结构包括自基底第一面向第二面延伸的第一阻挡层。

在又一实施例中，所述阻挡结构包括自基底第二面向第一面延伸的第二阻挡层。

阻挡结构位于基底第二区ii内，阻挡结构能隔离基底第一区i和基底第三区iii，因此阻挡结构能隔离逻辑电路的热能对基底第三区iii内器件的影响，有利于提高图像传感器的性能。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。