背照式图像传感器及形成方法与流程

本发明涉及半导体，具体涉及一种背照式图像传感器及形成方法。

背景技术：

1、图像传感器包含具有光电二极管的像素阵列。光电二极管在与光接触时可以得到电荷。如果过量的光照射光电二极管而让光电二极管产生过量的电荷，则电荷会漏到相邻的光电二极管，导致信号串扰，图像质量显著变差。该现象一般被称作光晕（blooming）。

2、常规图像传感器中，硅衬底正面所带来的噪声可以通过钉扎注入解决。但对硅衬底底面减薄，会产生新的背部断面，给图像传感器引入噪声。

3、图1示出了现有技术的背照式图像传感器的剖面示意图，如图1所示，现有技术在背部断面上方形成n型离子注入层103，同时，使用p型离子注入层101隔离感光单元102及n型离子注入层103，并使用离子注入将n型离子注入层引出，并耦连衬底正面的外部电压，从而导出背部断面所产生的暗电流。但是，背面断面位置较深时，离子注入已经无法自硅衬底正面触及背面。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器及形成方法，解决高能离子注入带来的感光层及衬底的损伤，同时，对衬底及感光层的厚度不做限制，提升工艺兼容性。

2、基于以上考虑，本发明的一个方面提供一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：外延叠层，包括自下而上堆叠的噪声收集层、第一隔离层及感光层；噪声溢出通道，设于所述外延叠层内，包括第一/第二溢出部；其中，所述第一溢出部设于所述噪声收集层上，所述第二溢出部邻接所述第一溢出部，噪声依次经所述噪声收集层、及所述第一/第二溢出部排出所述外延叠层。

3、优选的，所述第二溢出部自所述感光层表面延伸至所述感光层内，所述第一溢出部沿所述第二溢出部的底部侧壁延伸，并穿过所述第一隔离层至所述噪声收集层。

4、优选的，所述第一溢出部围绕所述第二溢出部的底部侧壁。

5、优选的，所述外延叠层分设有像素区及外围区，所述外围区围绕所述像素区，所述噪声溢出通道设于所述外围区；还包括：外延底层，设于所述噪声收集层下；第一沟槽隔离结构及若干第二沟槽隔离结构，对应分设于所述外围区及所述像素区；其中，所述第一沟槽隔离结构，设于所述第一溢出部上，并围绕所述第二溢出部的剩余侧壁；所述第二沟槽隔离结构，穿过所述感光层至所述第一隔离层，并围封部分所述感光层。

6、优选的，所述第二溢出部包括自下而上外延/注入溢出部，所述第一/第二沟槽隔离结构分别包括对应的环形/隔离沟槽，且均包括外延缓冲层及第二隔离层；其中，所述隔离沟槽贯穿所述感光层至所述第一隔离层，并侧壁及底部覆盖有所述外延缓冲层，且填充有所述第二隔离层；

7、所述环形沟槽贯穿所述感光层至所述第一隔离层，底部暴露所述第一溢出部，内圈设有所述外延/注入溢出部，外圈侧壁覆盖所述外延缓冲层，所述外延溢出部的底部侧壁覆盖有所述第一溢出部，剩余侧壁覆盖有所述外延缓冲层，所述第二隔离层填充所述环形沟槽，并覆盖所述注入溢出部侧壁。

8、优选的，相对于所述噪声收集层，所述注入溢出部在投影方向上覆盖所述外延溢出部及所述外延溢出部侧壁的所述外延缓冲层。

9、优选的，所述第一溢出部还延伸至所述噪声收集层内。

10、优选的，所述外延底层、所述第一/第二隔离层均具有第一导电类型，所述第一溢出部、所述注入溢出部及所述噪声收集层均具有第二导电类型，所述外延溢出部及所述感光层均包括第一导电类型掺杂外延层和/或第二导电类型掺杂外延层，所述外延缓冲层包括本征外延层、第一导电类型轻掺杂外延层及第二导电类型轻掺杂外延层中的一种或多种组合。

11、优选的，所述第一导电类型对应的掺杂离子包括硼离子或铟离子，所述第二导电类型对应的掺杂离子包括磷离子、砷离子或锑离子。

12、优选的，所述注入溢出部的掺杂浓度大于所述外延溢出部的掺杂浓度。

13、优选的，所述第一隔离层的厚度为0.3μm~1μm。

14、优选的，所述第一隔离层的掺杂浓度包括 1e16atom/cm3~5e17 atom/cm3。

15、本发明的另一方面提供一种背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：步骤s01：提供衬底，所述衬底具有相对的正面及背面；步骤s02：于所述正面外延生长形成外延叠层，所述外延叠层自下而上包括噪声收集层、第一隔离层及感光层；步骤s03：形成贯穿所述外延叠层的噪声溢出通道，所述噪声溢出通道包括第一/第二溢出部；其中，所述第一溢出部设于所述噪声收集层上，所述第二溢出部邻接所述第一溢出部。

16、优选的，步骤s03包括： s031：于所述感光层上形成第一图形化层，以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层，形成贯穿所述感光层的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层；s032：于所述感光层上形成外延缓冲层，所述外延缓冲层覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁及顶部、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部；s033：于所述外延缓冲层上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部对应的所述外延缓冲层、初始第二溢出部的侧壁及顶部对应的所述外延缓冲层；s034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层进行掺杂，形成第一溢出部、外延溢出部及初始注入溢出部；s035：去除所述第二图形化层；s036：于所述外延缓冲层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽；s037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层及所述初始注入溢出部，直至暴露出所述感光层，所述初始注入溢出部经研磨形成注入溢出部。

17、优选的，相对于所述正面，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层高于所述第一隔离层。

18、优选的，所述第一离子注入工艺还对所述环形沟槽底部的所述噪声收集层进行掺杂。

19、优选的，还包括：步骤s02之前，于所述正面上外延生长初始外延底层，并采用第一减薄工艺，减薄所述初始外延底层，于所述正面形成外延底层；步骤s037之后，还包括步骤s038：采用第二减薄工艺，去除所述衬底，并减薄所述外延底层。

20、优选的，步骤s037及步骤s038之间，还包括：于所述感光层内形成若干感光单元，所述第二沟槽隔离相邻的感光单元；于所述感光层上形成电路层。

21、优选的，步骤s03包括：s031：于所述感光层上依次形成硬掩膜图形化层及第一图形化层，以所述硬掩膜图形化层及所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层，形成贯穿所述感光层的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层；s032：于所述硬掩膜图形化层上形成外延缓冲层，所述外延缓冲层覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁、初始第二溢出部的顶部上的硬掩膜图形化层、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部；s033：于所述外延缓冲层上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层、初始第二溢出部的侧壁的所述外延缓冲层、及初始第二溢出部的顶部上的外延缓冲层；s034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层进行掺杂，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层经掺杂形成第一溢出部；

22、s035：去除所述第二图形化层；s036：于经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽；s037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层、感光层上经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层、及所述硬掩膜图形化层，直至暴露出所述感光层、及所述初始注入溢出部的顶部；s038：采用第二离子注入工艺，对初始第二溢出部的顶部的感光层进行掺杂，形成所述注入溢出部，初始第二溢出部的剩余的所述感光层形成所述外延溢出部。

23、本发明仅s031及s033采用光刻工艺，其余步骤均为外延生长，因此可以有效地节省制作的成本，并且避免由于套刻精度所带来的结构误差。

24、进一步的，噪声收集层覆盖外延底层，可以对背部产生的电子进行彻底的收集和隔离。

25、进一步的，通过对开口底部的外延缓冲层及第一隔离层进行离子注入，对注入厚度没有限制，且注入能量要求较低，因此可以按需要的满阱电容设计使用较厚的感光层，且工艺窗口较大。

26、进一步的，通过调整第一隔离层的厚度和浓度，可以控制光电二极管与噪声收集层之间的势垒，提升背照式图像传感器的性能。