图像传感器的形成方法以及图像传感器与流程

本发明涉及图像传感器，尤其涉及一种图像传感器的形成方法以及图像传感器。

背景技术：

1、cmos图像传感器（cmos image sensor，cis）是一种在图像采集领域得到广泛应用的光电转换器件，具备集成度高，工艺兼容和制造成本低等多方面的产业优势。一直以来，cmos图像传感器都在朝着像素单元尺寸不断微缩，集成度不断提高的方向发展。

2、光电二极管（pd）是像素单元中最重要的电学结构。为了发展小尺寸，高性能像素单元，需要解决好pd中满阱容量、白点、串扰和感光度等多方面的性能问题，这就要求像素单元尺寸在深度方向上进行拓展，同时又要求隔离尺寸相对较小。

3、一般地，采用离子注入的方法在光电二极管周围形成p型区域以用作像素单元间的隔离。然而，离子注入深度有限，无法满足像素单元之间的所需的隔离深度，从而影响图像传感器性能。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种图像传感器的形成方法以及图像传感器，用于获得满足深度要求的隔离结构，提高图像传感器性能。

2、基于以上考虑，本发明提供一种图像传感器的形成方法，所述图像传感器包括若干像素单元以及位于所述像素单元之间的隔离结构，其特征在于，所述隔离结构的形成方法包括：

3、提供半导体衬底，所述半导体衬底包括半导体基底以及位于所述半导体基底表面的第一外延层；

4、形成若干深沟槽，所述深沟槽由所述第一外延层上表面延伸至第一外延层下表面；

5、于所述深沟槽侧壁形成第二外延层，以缩小深沟槽开口尺寸；

6、填充若干所述深沟槽，形成若干隔离结构。

7、可选地，所述方法还包括：在填充所述深沟槽之前，于深沟槽侧壁与底面形成第一介质层，以对所述深沟槽侧壁以及底面进行钉扎。

8、可选地，所述第一介质层的材料为高k介质材料。

9、可选地，所述第一介质层的厚度为5-100 nm。

10、可选地，在所述半导体基底与所述第一外延层之间，还具有第二介质层，以作为形成所述深沟槽时的刻蚀停止层。

11、可选地，形成若干深沟槽的方法包括：

12、于所述第一外延层表面形成图形化介质层；

13、采用刻蚀工艺以所述图形化介质层为掩膜对所述第一外延层进行刻蚀；

14、以所述第二介质层为刻蚀停止层，于所述第一外延层内形成若干所述深沟槽。

15、可选地，所述第二介质层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种组合。

16、可选地，在所述第二介质层与所述半导体基底之间，还包括第三外延层，所述第三外延层具有掺杂浓度梯度，所述掺杂浓度向远离所述半导体基底的方向逐层递减，以作为半导体衬底减薄的刻蚀缓冲层。

17、可选地，填充若干所述深沟槽所使用的材料为多晶硅或氧化硅。

18、可选地，还包括在形成隔离结构之前或之后，于所述隔离结构之间形成光电二极管的步骤。

19、本发明还提供一种图像传感器，包括若干像素单元以及位于所述像素单元之间的若干隔离结构，所述隔离结构包括：

20、深沟槽，位于所述半导体衬底内，所述半导体衬底包括半导体基底以及位于所述半导体基底表面的第一外延层，所述深沟槽由所述第一外延层上表面延伸至第一外延层下表面；；

21、第二外延层，形成于所述深沟槽侧壁；

22、填充层，填充于所述深沟槽，形成隔离结构。

23、可选地，在所述第二外延层与所述填充层之间，还包括第一介质层，以对所述深沟槽侧壁以及底面进行钉扎。

24、可选地，所述第一介质层的厚度为5-100 nm。

25、可选地，所述第一介质层的材料为高k介质材料。

26、可选地，在所述半导体基底与所述第一外延层之间，还具有第二介质层，以作为形成所述深沟槽时的刻蚀停止层。

27、可选地，在所述第二介质层与所述半导体基底之间，还包括第三外延层，所述第三外延层具有掺杂浓度梯度，所述掺杂浓度向远离所述半导体基底的方向逐层递减，以作为半导体衬底减薄的刻蚀缓冲层。

28、可选地，所述填充层的材料为多晶硅或氧化硅。

29、本发明提供的图像传感器的形成方法以及图像传感器，具有以下有益效果：

30、于深沟槽侧壁形成第二外延层，以缩小深沟槽的开口尺寸，形成开口较小的深沟槽，易于后续形成较窄的隔离结构，增大光感测区面积，提高具有深沟槽隔离结构的图像传感器的满阱容量；

31、于半导体衬底设置第二介质层，作为形成深沟槽的刻蚀停止层，易于实现特定深度的隔离结构；

32、采用第一介质层对深沟槽侧壁以及底面进行钉扎，减少因深沟槽表面缺陷而引起的暗电流或白点现象；

33、于半导体衬底内设置具有掺杂浓度梯度的第三外延层，作为半导体衬底减薄的刻蚀缓冲层，有利于完成半导体衬底的减薄。

技术特征：

1.一种图像传感器的形成方法，所述图像传感器包括若干像素单元以及位于所述像素单元之间的隔离结构，其特征在于，所述隔离结构的形成方法包括：

2.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述方法还包括：在填充所述深沟槽之前，于深沟槽侧壁与底面形成第一介质层，以对所述深沟槽侧壁以及底面进行钉扎。

3.根据权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一介质层的材料为高k介质材料。

4.根据权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一介质层的厚度为5-100 nm。

5.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述半导体基底与所述第一外延层之间，还具有第二介质层，以作为形成所述深沟槽时的刻蚀停止层。

6.根据权利要求5所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成若干深沟槽的方法包括：

7.根据权利要求5所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二介质层的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅中的一种或多种组合。

8.根据权利要求5所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述第二介质层与所述半导体基底之间，还包括第三外延层，所述第三外延层具有掺杂浓度梯度，所述掺杂浓度向远离所述半导体基底的方向逐层递减，以作为半导体衬底减薄的刻蚀缓冲层。

9.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，填充若干所述深沟槽所使用的材料为多晶硅或氧化硅。

10.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括在形成隔离结构之前或之后，于所述隔离结构之间形成光电二极管的步骤。

11.一种图像传感器，包括若干像素单元以及位于所述像素单元之间的若干隔离结构，其特征在于，所述隔离结构包括：

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，在所述第二外延层与所述填充层之间，还包括第一介质层，以对所述深沟槽侧壁以及底面进行钉扎。

13.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，所述第一介质层的厚度为5-100nm。

14.根据权利要求12所述的图像传感器，其特征在于，所述第一介质层的材料为高k介质材料。

15.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，在所述半导体基底与所述第一外延层之间，还具有第二介质层，以作为形成所述深沟槽时的刻蚀停止层。

16.根据权利要求15所述的图像传感器，其特征在于，在所述第二介质层与所述半导体基底之间，还包括第三外延层，所述第三外延层具有掺杂浓度梯度，所述掺杂浓度向远离所述半导体基底的方向逐层递减，以作为半导体衬底减薄的刻蚀缓冲层。

17.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述填充层的材料为多晶硅或氧化硅。

技术总结
本发明提供一种图像传感器的形成方法以及图像传感器，所述图像传感器包括若干像素单元以及位于所述像素单元之间的隔离结构，所述隔离结构的形成方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括半导体基底以及位于所述半导体基底表面的第一外延层；形成若干深沟槽，所述深沟槽由所述第一外延层上表面延伸至第一外延层下表面；于所述深沟槽侧壁形成第二外延层，以缩小深沟槽开口尺寸；填充若干所述深沟槽，形成若干隔离结构。本发明通过于深沟槽侧壁形成外延层，减小深沟槽开口尺寸，实现具有高深宽比的窄沟槽隔离结构，从而为像素单元留出足够的空间，提高像素单元的满阱容量。

技术研发人员：徐涛,付文,郑展
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：2024/1/15