图像传感器及其形成方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术：

1、cmos图像传感器(cmos image sensor,cis)是将光学图像转化为电信号的半导体器件。cis包括用于感光的光电二极管 (photodiode,pd)和用于将所感测的光处理为电信号的逻辑电路。

2、对cis的感光区域进行隔离，常见于背照式图像传感器工艺。通常的方法中，先进行衬底晶圆背面减薄工艺，再通过光刻工艺在晶圆表面形成用于图像感光区域隔离的图形，进而通过刻蚀工艺在衬底背面形成深沟槽，继而在深沟槽中填充介质完成图像传感器感光区域的隔离。

3、但是，这种传统方法仍存在以下问题：①在研磨衬底晶圆背面减薄过程中，晶圆衬底容易发生扭曲变形，而且光刻本身的对准误差也会使得晶圆背面沟槽图形与像素中心有较大的误差，导致侧向隔离的不均匀性，影响隔离效果；②在刻蚀工艺中用到的等离子体会损伤侧壁，而在晶圆背面工艺中，没有办法承受高温工艺，从而难以对侧壁损伤进行修复；③相邻的两个像素单元侧向隔离区和对角交叉区域的图形线宽存在差异，会导致在相邻像素侧向区域和对角交叉区域的深度差异，影响隔离和噪点效果。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种图像传感器的形成方法，包括：通过刻蚀和外延工艺，在衬底中形成沟槽；在所述沟槽表面形成第一介质层；通过沉积第二介质层，使所述沟槽开口封闭；去除所述沟槽开口处的部分所述第二介质层；去除所述沟槽开口处的部分所述第一介质层；通过外延工艺形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭；其中，所述沟槽对应的区域用于形成图像传感器的光学隔离结构。

2、可选地，所述沟槽由侧壁竖直的下半部分和侧壁倾斜的上半部分构成；在所述去除所述沟槽开口处的部分所述第一介质层之后，仅暴露出对应于所述沟槽的侧壁倾斜的部分衬底。

3、可选地，所述通过外延工艺形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭包括：通过外延工艺，沿着所述沟槽的侧壁倾斜的晶面生长，形成所述第一外延层。

4、可选地，所述第一介质层包括第一子介质层和第二子介质层；所述在所述沟槽表面形成第一介质层包括：在所述沟槽表面形成第一子介质层；在所述第一子介质层表面形成第二子介质层。

5、可选地，所述第一子介质层为氧化硅；所述第二子介质层为氮化硅；所述第二介质层为氧化硅。

6、可选地，还包括：对衬底背面减薄，以所述第一介质层或所述第二介质层作为停止层；去除所述第一介质层或所述第二介质层，自对准形成背面沟槽隔离结构。

7、可选地，所述去除所述沟槽开口处的部分所述第二介质层包括：通过湿法刻蚀工艺去除所述沟槽开口处的部分第二介质层，从而暴露出所述第二子介质层。

8、可选地，所述去除所述沟槽开口处的部分所述第一介质层包括：通过热磷酸去除所述部分第二子介质层；通过氢氟酸去除所述部分第一子介质层。

9、可选地，所述通过热磷酸去除所述部分第二子介质层包括：通过热磷酸去除对应于所述侧壁倾斜的第二子介质层中的一部分。

10、可选地，所述通过刻蚀和外延工艺，在衬底中形成沟槽包括：在衬底上形成图案化的第一掩膜层；通过刻蚀工艺，在衬底中形成第一沟槽；通过外延工艺，在所述第一沟槽表面形成至少一层外延层并形成侧向pn结，使所述第一沟槽线宽变窄，形成所述沟槽。

11、可选地，所述通过外延工艺形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭之后还包括：去除第一掩膜层；对所述衬底进行化学机械研磨；在所述衬底上形成第二外延层；在所述第二外延层上形成晶体管。

12、可选地，所述光学隔离结构包括中空间隙结构。

13、可选地，在所述去除所述沟槽开口处的部分所述第一介质层之后，仅暴露出所述沟槽开口处的同一晶面方向的部分衬底。

14、本发明还提供了一种图像传感器，通过上述图像传感器的形成方法形成。

15、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：

16、本发明技术方案提供的图像传感器的形成方法中，通过刻蚀和外延工艺，在衬底中形成沟槽；在所述沟槽表面形成第一介质层；通过沉积第二介质层，使所述沟槽开口封闭；去除所述沟槽开口处的部分所述第二介质层；去除所述沟槽开口处的部分所述第一介质层；通过外延工艺形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭；其中，所述沟槽对应的区域用于形成图像传感器的光学隔离结构。通过增加第二介质层，可以降低沟槽以及沟槽的交叉区域的第一介质层的高度差异，从而可以减少第一外延层在沟槽的开口处的缺陷。

技术特征：

1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述通过外延工艺形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭包括：

4.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一介质层包括第一子介质层和第二子介质层；所述在所述沟槽表面形成第一介质层包括：

5.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一子介质层为氧化硅；所述第二子介质层为氮化硅；所述第二介质层为氧化硅。

6.如权利要求5所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：

7.如权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述去除所述沟槽开口处的部分所述第二介质层包括：

8.如权利要求7所述的图像传感器的形成方法，所述去除所述沟槽开口处的部分所述第一介质层包括：

9.如权利要求8所述的图像传感器的形成方法，所述通过热磷酸去除所述部分第二子介质层包括：

10.如权利要求9所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述通过刻蚀和外延工艺，在衬底中形成沟槽包括：

11.如权利要求10所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述通过外延工艺形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭之后还包括：

12.权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述光学隔离结构包括中空间隙结构。

13.一种图像传感器，其特征在于，通过如权利要求1至12中任一项所述的图像传感器的形成方法形成。

技术总结
本发明公开了一种图像传感器的形成方法，包括：通过刻蚀和外延工艺，在衬底中形成沟槽；在所述沟槽表面形成第一介质层；通过沉积第二介质层，使所述沟槽开口封闭；去除所述沟槽开口处的部分所述第二介质层；去除所述沟槽开口处的部分所述第一介质层；通过外延工艺形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭；其中，所述沟槽对应的区域用于形成图像传感器的光学隔离结构。本发明技术方案通过增加第二介质层，可以降低沟槽以及沟槽的交叉区域的第一介质层的高度差异，从而可以减少第一外延层在沟槽的开口处的缺陷。

技术研发人员：杨瑞坤
受保护的技术使用者：格科微电子（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13