一种图像传感器及其形成方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种图像传感器及其形成方法。


背景技术：

2.对于现有的背照式图像传感器，通常在器件工艺前（fsi）完成图像传感器的pn 结结构，在晶圆减薄后（bsi）做深沟槽，形成像素间的隔离。但是，在后段做深沟槽结构，在像素交叉位置和相邻位置线宽的大小差异限制，会导致沟槽的深浅不同。另外，由于前道器件和金属工艺已经完成，不能耐受高温工艺，无法消除刻蚀带来的损伤，从而影响图像效果。同样深沟槽结构的套准收到减薄工艺的晶圆扭曲和光刻工艺本身的影响，与前道pn 结的对准偏差也会影响到图像效果。
3.而在传统工艺中，在设置像素单元的彩色滤光片时，通常需要重新在衬底上刻蚀金属材料形成金属网格，在其中布置彩色滤光片等，工艺步骤复杂。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种图像传感器及其形成方法，工艺简单，实现容易。
5.具体地，本发明中提供一种图像传感器形成方法，包括：提供半导体衬底；在栅极形成之前，于所述半导体衬底中形成具有中空间隙的隔离介质层；在晶圆背面减薄后，通过选择性刻蚀，使所述隔离介质层在所述半导体衬底背面暴露出预定的高度，形成介质网格，所述图像传感器的彩色滤光片设置在所述介质网格中，所述介质网格实现相邻的彩色滤光片的光学隔离。
6.进一步地，所述于所述半导体衬底中形成具有中空间隙的隔离介质层包括：根据第一光刻图形，在所述半导体衬底中形成第一沟槽；在所述第一沟槽表面通过外延形成第一外延层，以减少所述第一沟槽的线宽；在所述第一外延层表面通过热氧化和/或原子层沉积工艺形成均匀覆盖于所述第一沟槽底部和侧壁的第一介质层；通过化学气相沉积工艺在在所述第一介质层表面填充介质，控制填充的速率和方向，使所述第一沟槽的开口快速闭合，形成具有中空间隙的所述隔离介质层。
7.进一步地，所述第一外延层中包括与所述半导体衬底类型相反的掺杂层。
8.进一步地，所述在所述第一沟槽表面通过外延形成第一外延层包括：在所述第一沟槽表面外延形成本征半导体层；在所述本征半导体层表面通过外延形成与所述半导体衬底类型相反的掺杂外延层，与所述本征半导体层形成所述第一外延层。
9.进一步地，所述化学气相沉积工艺包括高浓度等离子体沉积、高深宽比化学气相沉积或流动性化学气相沉积中的任意一种。
10.进一步地，所述通过选择性刻蚀，使所述隔离介质层在所述半导体衬底背面暴露
出预定的高度，形成介质网格，包括：对所述半导体衬底背面进行减薄至露出所述隔离介质层的表面；选择性地刻蚀所述半导体衬底，使所述隔离介质层在所述半导体衬底背面暴露出预定的高度，形成所述介质网格。
11.进一步地，在所述形成介质网格之后，还包括：在所述介质网格表面形成带电介质层和/或光学增透层；在所述带电介质层和/或光学增透层填充所述彩色滤光片，相邻的所述彩色滤光片由所述介质网格实现侧向光学隔离。
12.进一步地，所述于所述半导体衬底中形成具有中空间隙的隔离介质层之后，还包括：在所述半导体衬底和所述隔离介质层表面通过外延形成器件层。
13.进一步地，所述在所述半导体衬底和所述隔离介质层表面通过外延形成器件层，包括：在所述半导体衬底和所述隔离介质层上方外延形成第一外延层；通过化学机械研磨对所述第一外延层表面进行平整化。
14.本发明还提供了一种图像传感器，通过如上所述的形成方法形成。
15.本发明通过上述方案，在形成像素单元隔离区域时同时形成彩色滤光片的隔离栅格，并在后续通过刻蚀成型。有效地简化了工艺步骤，相对原来的工艺，工艺稳定性、芯片的一致性和良率得到提升。
附图说明
16.通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
17.图1~图3为本发明一种图像传感器形成过程中的结构示意图。
18.在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
19.在本发明中，具体地，本发明中提供一种图像传感器形成方法，具体地，本发明中提供一种图像传感器形成方法，包括以下步骤：步骤s1：提供半导体衬底100；步骤s2：在栅极形成之前，于所述半导体衬底100中形成具有中空间隙122的隔离介质层200；在可选的实施方式中，如图1所示，步骤s2形成具有中空间隙122的隔离介质层200可以通过以下步骤实现：步骤s21：根据第一光刻图形，在所述半导体衬底100中形成第一沟槽120；步骤s22：在所述第一沟槽120表面通过外延形成第一外延层121，这样可以减少所述第一沟槽120的线宽，通过外延的方式更容易控制沟槽的线宽；优选地，在所述第一外延层121中包括与所述半导体衬底100类型相反的掺杂层
124，从而形成侧向pn结结构。
20.进一步地，如图1所示，在所述第一沟槽120表面通过外延形成第一外延层121可以通过以下步骤实现：步骤s221：在所述第一沟槽120表面外延形成本征半导体层123；步骤s222：在所述本征半导体层123表面通过外延形成与所述半导体衬底100类型相反的掺杂外延层124，与所述本征半导体层123形成所述第一外延层121。
21.与所述半导体衬底100类型相反的掺杂外延层124可以与半导体衬底100形成侧向pn结结构。
22.步骤s23：如图1所示，在所述第一外延层121表面通过热氧化和/或原子层沉积工艺形成均匀覆盖于所述第一沟槽120底部和侧壁的第一介质层130。
23.步骤s24：通过化学气相沉积工艺在在所述第一介质层130表面填充介质，控制填充的速率和方向，使所述第一沟槽120的开口快速闭合，形成具有中空间隙122的所述隔离介质层200。优选地，所述化学气相沉积工艺包括高浓度等离子体沉积、高深宽比化学气相沉积或流动性化学气相沉积中的任意一种，本发明在此不进行特别限制。
24.步骤s3：在晶圆背面减薄后，通过选择性刻蚀，使所述隔离介质层200在所述半导体衬底100的背面暴露出预定的高度，形成介质网格210，所述图像传感器的彩色滤光片300设置在所述介质网格210中，所述介质网格210实现相邻的彩色滤光片300的光学隔离。
25.在可选的实施方式中，步骤s3中通过选择性刻蚀，使所述隔离介质层200在所述半导体衬底100背面暴露出预定的高度，形成介质网格210可以通过下述步骤实现：步骤s31：对所述半导体衬底100背面进行减薄至露出所述隔离介质层200的表面；步骤s32：选择性地刻蚀所述半导体衬底100，使所述隔离介质层200在所述半导体衬底100背面暴露出预定的高度，形成所述介质网格210。
26.在本发明一项可选的实施方式中，在步骤s3形成介质网格210之后，还包括：步骤s41：在所述介质网格210表面形成带电介质层211和/或光学增透层212；步骤s42：在所述带电介质层211和/或光学增透层222填充所述彩色滤光片300，相邻的所述彩色滤光片300由所述介质网格210实现侧向光学隔离。
27.之后，可于增透层212之上再设置格栅310和微透镜320，形成图像传感器结构，如图3所示。
28.在本发明可选的实施方式中，在步骤s2中形成具有中空间隙122的隔离介质层200之后，如图2所示，还可以进行以下步骤：步骤s5：在所述半导体衬底100和所述隔离介质层200表面通过外延形成器件层400。
29.在此基础上，优选地，步骤s5中包括：步骤s51：在所述半导体衬底100和所述隔离介质层200上方外延形成第一外延层；步骤s52：通过化学机械研磨对所述第一外延层表面进行平整化，形成器件层400。
30.在器件层400中，可以通过离子注入等方式，在器件层400中形成感光区域和隔离区域，分别与半导体衬底100中感光区域和隔离区域电性连接，并布置器件。
31.本发明还提供了一种图像传感器，通过如上所述的形成方法形成。通过刻蚀的方式形成像素单元彩色滤光片的金属隔离网格，简化了工艺难度，提高了隔离效果。
32.综合以上步骤，本发明可以实现一种图像传感器的形成流程，本发明还包括一种图像传感器，采用如上述的方法步骤实现。
33.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一、第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。