CMOS图像传感器及其制造方法与流程

本公开涉及半导体集成电路，尤其涉及一种cmos图像传感器及其制造方法。

背景技术：

1、cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器通常包括像素单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、ad转换器、数据总线输出接口和控制接口等部件，这些器件通常都集成在同一块硅片上。cmos图像传感器的工作过程一般可分为复位、光电转换、积分和读出。

2、图1为相关技术中的cmos图像传感器的像素区的俯视图；图2为图1中a-a处的剖视图。如图1所示，cmos图像传感器的像素区中形成有阵列排布的多个像素单元10，各像素单元10之间通过沟槽隔离结构20隔离。像素单元10包括光电二极管10a和cmos像素读出电路，光电二极管10a是将光信号转换为电信号的关键器件。如图2所示，光电二极管10a是由n型区11和半导体衬底中的p型区12叠加而成。

3、然而，现有的cmos图像传感器的性能仍然具有较大的提升空间。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中提到的至少一个问题，本公开提供一种cmos图像传感器及其制造方法，cmos图像传感器可以释放光电二极管的应力，提升成像品质，并且，可以提高光电二极管之间的隔离效果。

2、为了实现上述目的，本公开提供如下技术方案：

3、一方面，本公开提供一种cmos图像传感器，包括衬底，衬底中阵列排布有多个光电二极管，相邻光电二极管之间设置有深沟槽隔离结构；

4、深沟槽隔离结构包括缓冲层和介质层，缓冲层包覆在介质层的外部，介质层内形成有气隙结构。

5、在一种可能的实施方式中，气隙结构为连续形的气隙结构，气隙结构由靠近深沟槽隔离结构的底部的一端贯通至靠近深沟槽隔离结构的顶部的一端。

6、在一种可能的实施方式中，气隙结构为断续形的气隙结构，气隙结构包括沿深沟槽隔离结构的深度方向间隔分布的多个气泡。

7、在一种可能的实施方式中，气隙结构为蜂窝状的气隙结构，气隙结构包括多个散布的气泡。

8、在一种可能的实施方式中，深沟槽的深度为2-5μm，且深沟槽的宽度为0.1-0.2μm。

9、在一种可能的实施方式中，缓冲层的厚度为0.01-0.02μm。

10、在一种可能的实施方式中，气隙结构的平均宽度为0.02-0.04μm。

11、在一种可能的实施方式中，缓冲层为氧化物层，介质层为多晶硅层。

12、在一种可能的实施方式中，光电二极管包括n型掺杂部和围设在n型掺杂部外周的p型掺杂部。

13、在一种可能的实施方式中，cmos图像传感器还包括多个微透镜，微透镜阵列排布在衬底的第一侧。

14、在一种可能的实施方式中，cmos图像传感器还包括滤光层，滤光层设置在衬底和微透镜之间。

15、在一种可能的实施方式中，cmos图像传感器还包括绝缘层，绝缘层位于衬底和滤光层之间。

16、在一种可能的实施方式中，衬底的第二侧设置有多个晶体管，晶体管与光电二极管一一对应连接；其中，第一侧和第二侧为衬底相背的两侧。

17、另一方面，本公开提供一种cmos图像传感器的制造方法，包括：

18、提供衬底，衬底中阵列排布有多个光电二极管；

19、形成深沟槽隔离结构，深沟槽隔离结构位于相邻光电二极管之间；其中，深沟槽隔离结构包括缓冲层和介质层，缓冲层包覆在介质层的外部，介质层内形成有气隙结构。

20、在一种可能的实施方式中，形成深沟槽隔离结构，包括：

21、形成第一沟槽，第一沟槽位于相邻光电二极管之间；

22、形成缓冲层，缓冲层位于第一沟槽内；

23、去除部分缓冲层，形成第二沟槽；

24、形成内部具有气隙结构的介质层，介质层位于第二沟槽内；

25、形成缓冲层，缓冲层位于第一沟槽内，且覆盖介质层的顶部。

26、本公开提供的cmos图像传感器及其制造方法，cmos图像传感器通过在衬底中形成具有缓冲层和介质层的深沟槽隔离结构，使缓冲层包裹介质层，且介质层内具有气隙结构。如此，不仅可以增强深沟槽隔离结构对光电二极管之间的光隔离及电隔离效果，而且，深沟槽隔离结构能够有效吸收衬底中的应力，释放光电二极管中的应力，减少光电二极管的晶体缺陷，提高光电二极管的性能，从而，提升cmos图像传感器的成像品质。

技术特征：

1.一种cmos图像传感器，其特征在于，包括衬底，所述衬底中阵列排布有多个光电二极管，相邻所述光电二极管之间设置有深沟槽隔离结构；

2.根据权利要求1所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述气隙结构为连续形的气隙结构，所述气隙结构由靠近所述深沟槽隔离结构的底部的一端贯通至靠近所述深沟槽隔离结构的顶部的一端。

3.根据权利要求1所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述气隙结构为断续形的气隙结构，所述气隙结构包括沿所述深沟槽隔离结构的深度方向间隔分布的多个气泡。

4.根据权利要求1所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述气隙结构为蜂窝状的气隙结构，所述气隙结构包括多个散布的气泡。

5.根据权利要求1-4任一项所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述深沟槽的深度为2-5μm，且所述深沟槽的宽度为0.1-0.2μm。

6.根据权利要求1-4任一项所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述缓冲层的厚度为0.01-0.02μm。

7.根据权利要求1-4任一项所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述气隙结构的平均宽度为0.02-0.04μm。

8.根据权利要求1-4任一项所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述缓冲层为氧化物层，所述介质层为多晶硅层。

9.根据权利要求1-4任一项所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述光电二极管包括n型掺杂部和围设在所述n型掺杂部外周的p型掺杂部。

10.根据权利要求1-4任一项所述的cmos图像传感器，其特征在于，还包括多个微透镜，所述微透镜阵列排布在所述衬底的第一侧。

11.根据权利要求10所述的cmos图像传感器，其特征在于，还包括滤光层，所述滤光层设置在所述衬底和所述微透镜之间。

12.根据权利要求11所述的cmos图像传感器，其特征在于，还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述衬底和所述滤光层之间。

13.根据权利要求10所述的cmos图像传感器，其特征在于，所述衬底的第二侧设置有多个晶体管，所述晶体管与所述光电二极管一一对应连接；其中，所述第一侧和所述第二侧为所述衬底相背的两侧。

14.一种cmos图像传感器的制造方法，其特征在于，包括：

15.根据权利要求14所述的cmos图像传感器的制造方法，其特征在于，所述形成所述深沟槽隔离结构，包括：

技术总结
本公开提供一种CMOS图像传感器及其制造方法，CMOS图像传感器通过在衬底中形成具有缓冲层和介质层的深沟槽隔离结构，使缓冲层包裹介质层，且介质层内具有气隙结构。如此，不仅可以增强深沟槽隔离结构对光电二极管之间的光隔离及电隔离效果，而且，深沟槽隔离结构能够有效吸收衬底中的应力，释放光电二极管中的应力，减少光电二极管的晶体缺陷，提高光电二极管的性能，从而，提升CMOS图像传感器的成像品质。

技术研发人员：刘志拯
受保护的技术使用者：长鑫存储技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16