背照式图像传感器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体集成电路，尤其涉及一种背照式图像传感器及其制备方法。

背景技术：

1、目前，随着互补金属氧化物半导体(complementary metal oxidesemiconductor，cmos)图像传感器在工业、车载、道路监控和高速相机中越来越广泛的应用，对于可以捕捉高速运动物体图像的图像传感器的需求进一步提高。cmos图像传感器广泛应用于手机、数码相机、医疗器械、汽车电子、安防监控及航空航天等多个领域。cmos图像传感器的像元结构也经历了从以往的前照式像元结构往背照式像元结构发展的趋势，现在背照式像元结构基本成为了主流。因为前照式结构，入射光线需要穿过金属互连层及介质层，之后才能到达感光区，入射光在此过程中受到了一定程度的损失。而背照式像元结构入射光可以直接进入到感光区，中间几乎无任何损失，填充因子基本可以达到百分之百，极大的提高了灵敏度性能。

2、在图像传感器中主要存在两种形式的串扰，分别是光学串扰及电子串扰。光学串扰主要是由于光线入射到相邻的像素引起的。电子串扰是指电子扩散或漂移到其他像素引起。为了降低像元之间的串扰，现有的背照式图像传感器结构如图1所示，通过形成金属栅格700降低入射光产生的光串扰；通过在半导体衬底100中形成正面隔离沟槽300及背面隔离沟槽400来降低对感光单元200的电串扰；但是现有结构中正面浅沟槽隔离300、背面沟槽隔离400及金属栅格700之间均存在一定距离，导致会产生光学及电学串扰产生，降低图像传感器成像质量。

3、因此，如何改善像元结构间光学串扰和电学串扰的问题，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种背照式图像传感器及其制备方法，用以改善像元结构间光学串扰和电学串扰的问题。

2、第一方面，本发明提供一种背照式图像传感器，包括：具有正表面和背表面的半导体衬底，第一介质层叠加覆盖于所述半导体衬底的正表面，金属互连层设于所述第一介质层中；第二介质层覆盖于所述半导体衬底的背表面；微透镜覆盖于所述第二介质层，且微透镜位置与感光单元相对应；所述感光单元设于所述半导体衬底内，且靠近所述半导体衬底的正表面，所述感光单元的注入深度浅于所述第二介质层的位置；全通隔离沟槽设于所述半导体衬底内，从半导体衬底的正表面向背表面延伸，且位于所述感光单元的旁侧，全通隔离沟槽的注入深度深于所述第二介质层的位置。

3、本发明提供的背照式图像传感器的有益效果在于：因全通隔离沟槽替代了传统的正面浅沟槽隔离和背面沟槽隔离，所以不再存在间隙的问题，因此能够在相邻感光单元之间起到物理隔离作用，以改善像元间光学串扰和电学串扰的作用，提高图像传感器的成像质量。

4、一种可能的实施方式中，所述全通隔离沟槽内的膜层结构从外到内包括氧化层和由多层金属层堆叠形成的金属复合层。该实施例中，全通隔离沟槽的金属堆叠结构能够有效地阻挡光线和电子扩散，改善像元间光学串扰和电学串扰。

5、另一种可能的实施方式中，由多层金属层堆叠形成的金属复合层包括层层堆叠的钛层、氮化钛层和金属层。

6、其它可能的实施方式中，所述全通隔离沟槽的沟槽宽度大于或等于0.1um，以及沟槽深度大于或等于2um。

7、又一种可能的实施方式中，所述全通隔离沟槽的底部与注氧层之间的距离介于0.1um～1um之间。

8、第二方面，本发明提供一种背照式图像传感器的制备方法，该方法包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面和背表面；对所述半导体衬底进行刻蚀形成沟槽，以及在所述沟槽内依次薄膜沉积形成氧化层和金属复合层，所述氧化层和金属复合层构成全通隔离沟槽；

9、在所述半导体衬底的正表面进行注氧处理，形成注氧层，全通隔离沟槽的注入深度深于所述注氧层的位置；在所述半导体衬底的正表面上形成第一介质层和金属互连层；在所述半导体衬底的正表面形成感光单元，其中所述感光单元的注入深度要浅于第二介质层的位置；对所述半导体衬底的背表面进行减薄，去除注氧层以及注氧层表面的半导体衬底，使得露出部分全通隔离沟槽；在减薄后的背表面形成第二介质层；在所述第二介质层上制备微透镜；微透镜位置与所述感光单元相对应。

10、一种可能的实施方式中，对所述半导体衬底的背表面进行减薄之前，还包括：将当前硅片的第一介质层与另一硅片通过第三介质层进行背面键合。

11、另一种可能的实施方式中，在减薄后的背表面形成第二介质层，包括：在减薄后的背表面通过热氧化或者沉积的方式形成第二介质层。

12、其它可能的实施方式中，在所述沟槽内依次薄膜沉积形成氧化层和金属复合层，所述氧化层和金属复合层构成全通隔离沟槽，包括：依次在沟槽内沉积氧化层、钛层、氮化钛层和金属层，其中，氧化层、钛层、氮化钛层和金属层层层堆叠形成全通隔离沟槽。

13、又一种可能的实施方式中，所述第二介质层的厚度小于或等于10nm。

14、本发明提供的制备方法的有益效果在于：通过本发明提供的背照式图像传感器的制备方法，形成的隔离沟槽结构为全联通的结构，实现了感光单元之间的完全隔离。而且微透镜在沟槽之间，解决了入射光引起的光串扰及电串扰的问题，提高了图像传感器的成像质量，而且在制作上，优化了工艺步骤，不再需要制作金属栅格等部件，所以节省了背面沟槽及金属栅格加工所需要的光罩版，节约了加工成本。

技术特征：

1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述全通隔离沟槽内的膜层结构从外到内包括氧化层和由多层金属层堆叠形成的金属复合层。

3.根据权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，由多层金属层堆叠形成的金属复合层包括层层堆叠的钛层、氮化钛层和金属层。

4.根据权利要求3所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述全通隔离沟槽的沟槽宽度大于或等于0.1um，以及沟槽深度大于或等于2um。

5.根据权利要求4所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述全通隔离沟槽的底部与注氧层之间的距离介于0.1um～1um之间。

6.一种背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，对所述半导体衬底的背表面进行减薄之前，还包括：

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在减薄后的背表面形成第二介质层，包括：

9.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，在所述沟槽内依次薄膜沉积形成氧化层和金属复合层，所述氧化层和金属复合层构成全通隔离沟槽，包括：

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二介质层的厚度小于或等于10nm。

技术总结
本发明公开了一种背照式图像传感器及其制备方法，包括具有正表面和背表面的半导体衬底，第一介质层叠加覆盖于所述半导体衬底的正表面，金属互连层设于所述第一介质层中；第二介质层覆盖于所述半导体衬底的背表面；微透镜覆盖于所述第二介质层，且微透镜位置与感光单元相对应；所述感光单元设于所述半导体衬底内，且靠近所述半导体衬底的正表面，所述感光单元的注入深度浅于所述第二介质层的位置；全通隔离沟槽设于所述半导体衬底内，从半导体衬底的正表面向背表面延伸，且位于所述感光单元的旁侧，全通隔离沟槽的注入深度深于所述第二介质层的位置。该结构因全通隔离沟槽起到完全隔离作用，用以改善像元结构间光学串扰和电学串扰的问题。

技术研发人员：李梦
受保护的技术使用者：上海微阱电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13