CN101783318A - 用于减少图像传感器器件中交叉串扰的方法和结构 - Google Patents

用于减少图像传感器器件中交叉串扰的方法和结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种制造图像传感器器件的方法。该方法包括：提供具有正面和背面的半导体衬底；在半导体衬底的正面形成第一隔离结构；从背面减薄半导体衬底；以及在半导体衬底的背面形成第二隔离结构。第一和第二隔离结构相对于彼此移动。

Description

用于减少图像传感器器件中交叉串扰的方法和结构
技术领域
本发明一般地涉及半导体制造技术，特别地涉及一种制造图像传感半导体器件的方法。
背景技术
在半导体技术中，图像传感器用于检测投射到半导体衬底上的暴露的光量。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器广泛用于各种应用如数码相机或手机相机应用。这些器件使用像素阵列或图像传感器元件，包括光敏二极管和晶体管，来采集光能量以将图像转换为电信号。然而，图像传感器器件中存在“交叉串扰”。也就是，指向一个图像传感器元件的光(以及由此生成的电信号)可能向相邻的图像传感器元件扩散，这造成了交叉串扰。交叉串扰将降低空间分辨率，减少总体的光灵敏度，并导致分色不良。
发明内容
本发明描述了一种制造图像传感半导体器件的方法，包括：提供具有正面和背面的半导体衬底；在半导体衬底的正面形成第一隔离结构；从背面减薄半导体衬底；以及在半导体衬底的背面形成第二隔离结构。第一和第二隔离结构相对于彼此移动。
本发明还描述了一种制造图像传感半导体器件的方法，包括：提供半导体衬底；对衬底进行第一离子注入工艺以形成第一掺杂隔离特征，第一离子注入工艺使用第一注入能量；对衬底进行第二离子注入工艺以形成第二掺杂隔离特征，第二离子注入工艺使用不同于第一注入能量的第二注入能量；以及在衬底中形成第一和第二光传感元件。第一和第二掺杂隔离特征设置于第一光传感元件和第二光传感元件之间。第一和第二掺杂隔离特征相对于彼此移动。
本发明还描述了一种图像传感半导体器件，包括：具有正面、背面和厚度的衬底；从衬底的正面延伸的第一隔离特征；从衬底的背面延伸的第二隔离特征；以及形成在衬底中的第一和第二光传感元件。第一和第二隔离特征设置于第一光传感元件和第二光传感元件之间。第一和第二隔离结构相对于彼此移动。
附图说明
通过以下的详细描述结合附图将更好的理解本发明的方面。需要强调的是，根据行业内的标准实践，各个特征没有按比例绘制。实际上，各个特征的尺寸可以为了描述清楚而任意增大或减小。
图1为根据本发明的各个方面的制造背面照明(back-side illuminated)(BSI)图像传感器器件的方法的流程图；
图2A-2E为根据图1的方法，BSI图像传感器器件在不同制造阶段的剖面图；
图3为根据本发明的各个方面的正面照明(front-side illuminated)(FSI)图像传感器器件的制造方法的流程图；
图4A-4C为根据图3的方法的FSI图像传感器器件在不同制造阶段的剖面图；以及
图5为根据本发明的各个方面的BSI图像传感器器件的可选择的实施例的剖面图。
具体实施方式
可以理解的是，以下的描述提供了很多不同的实施例，例如，用于实现本发明的不同特征。以下描述了元件和排列的特定的例子以简化本发明。这些，当然，仅仅是例子而不是作为限制。另外，在以下的说明书中第一特征在第二特征上/之上的结构可能包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括附加的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。各个特征为了简单和清楚可能按不同的比例任意绘制。
图1示出了根据本发明的各个方面的用于制造具有移动的隔离结构的背面照明(BSI)图像传感器器件的方法100的流程图。图2A-2E为根据图1的方法100的BSI图像传感器器件200在不同制造阶段的一个实施例的剖面图。图3示出了根据本发明的各个方面的制造具有移动的隔离结构的正面照明(FSI)传感器器件的方法300的流程图。图4A-4C为根据图3的方法300的FSI图像传感器器件400在不同制造阶段的一个实施例的剖面图。图5A为BSI图像传感器器件500的一个可选择的实施例的剖面图。图像传感器器件200，400和500包括像素的阵列或网格用于检测和记录指向背面(如BSI图像传感器器件200，500)或正面(如FSI图像传感器器件400)的光辐射的强度。图像传感器器件200，400和500可以包括电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、有源像素传感器(APS)和无源像素传感器。图像传感器器件200，400和500还包括附加的电路和输入/输出，其被提供到邻近于像素网格的位置，用于为像素提供操作环境以及用于支持与像素的外部通信。可以理解的是，图2A-2E，图4A-4C和图5为了更好的理解本发明的发明构思已经进行了简化。
参考图1，方法100开始于块110，其中提供了具有正面和背面的半导体衬底。方法100继续到块120，其中在半导体衬底的正面形成第一隔离结构。方法100继续到块130，其中邻近于第一隔离结构形成光传感区。方法100继续到块140，其中半导体衬底键合到载体晶片并从背面减薄。方法100继续到块160，其中在半导体衬底的背面形成第二隔离结构。第一和第二隔离结构相对于彼此可以移动。方法100继续到块170，其中在半导体衬底的背面形成另一个光传感区。第一和第二光传感区相对于彼此可移动。
参考图2A，BSI图像传感器器件200包括具有正面204和背面206的半导体衬底202。在当前的实施例中，衬底202为掺杂了P型掺杂剂如硼的硅衬底(如P型衬底)。在另一个实施例中，衬底202为掺杂了N型掺杂物如磷的硅衬底(如N型衬底)。在其他的实施例中，衬底202包括其他元素的半导体如锗和金刚石。可选择地，衬底202可以可选地包括化合物半导体和/或合金半导体。另外，衬底202可以包括外延层(epi层)，其可以应用于提高性能，可以包括绝缘体上硅(SOI)结构。在当前实施例中，衬底202包括能够可操作用于检测光辐射的像素202A和202B。应该理解，为了清楚的目的，这里仅描述了两个像素，但是可以实现大量的像素。像素202A和202B其具有独立的并通过防止载流子扩散到相邻像素中的隔离结构彼此隔离的光传感区，这些扩散的载流子将产生噪声，称为交叉串扰。衬底202具有范围在100um到3000um的初始厚度205A。在当前实施例中，初始厚度205A大约为700um。
对衬底202的正面204进行离子注入工艺210，以在像素202A和202B中分别形成掺杂的隔离区212和216。例如，光致抗蚀剂层可以通过光刻工艺被构图以为掺杂的隔离区212和216定义开口。离子注入工艺210使用与掺杂衬底202相同类型的掺杂剂。在当前实施例中，离子注入工艺210使用硼作为掺杂剂，具有从大约100KeV到大约1200KeV范围的注入能量，优选地介于大约400KeV和大约500KeV之间。在当前实施例中，离子注入工艺210也使用从大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地介于大约3x1012和大约1x1013atoms/cm2之间。在另一个实施例中，离子注入工艺210使用磷作为掺杂剂，并具有从大约100KeV到大约2000KeV范围的注入能量，优选地介于大约600KeV和大约800KeV之间。离子注入工艺210也使用从大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地介于大约3x1011和1x1013atoms/cm2之间。掺杂的隔离区212和216分别具有宽度213和217，分别具有深度214和218。宽度213和217可以在大约0.1um到大约0.8um的范围，深度214和218可以在大约0.5um到大约2um的范围。在当前实施例中，宽度213和217大约为0.4um，深度214和218大约为1um。可以理解的是，离子注入工艺的具体参数和掺杂的隔离区的尺寸仅仅是示例，也可以采用其他数值。
对衬底202的正面204进行离子注入工艺220，以分别形成像素202A和202B的光传感区222和226。离子注入工艺220使用不同于掺杂衬底202的掺杂剂类型的掺杂剂(也不同于离子注入工艺210中使用的掺杂剂)。在当前实施例中，离子注入工艺220使用磷或砷作为掺杂剂。在另一个实施例中，离子注入工艺220使用硼作为掺杂剂。光传感区222和226分别具有宽度223和227，分别具有深度224和228。宽度223和227可以在大约0.5um到大约5um的范围，深度224和228可以在大约0.2um到大约1.5um的范围。在当前实施例中，宽度223和227大约为1.35um，深度224和228大约为0.4um。
光传感区222和226分别邻近掺杂隔离区212和216形成。在当前实施例中，光传感区222和226可操作进行光辐射检测。需要注意的是，光传感区可能彼此不同，如具有不同的连接深度、厚度等等。另外，可以理解的是，虽然像素202A和202B通常为了示例的目的而示为光敏二极管，但是也可以采用其他的像素类型，包括固定层(pinned layer)光敏二极管、光电门(photogate)、复位晶体管、源极跟随晶体管和转移晶体管。
参考图2B，在减薄衬底202之前，在衬底202的正面204上形成互连结构230。互连结构230包括多个构图的电介质层和导电层，其提供了图像传感器器件200的各个掺杂特征、电路和输入/输出之间的互连(如布线)。互连结构230包括形成在配置中的层间电介质(ILD)和多层互连(MLI)结构，这样ILD将每个MLI结构与其他MLI结构分离并绝缘。MLI结构包括形成在衬底202上的接触点、通孔和金属线。在一个实例中，MLI结构可以包括导电材料如铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、多晶硅、金属硅化物或其组合，称为铝互连。铝互连可以通过包括物理汽相淀积(或溅射)、化学汽相淀积(CVD)或其组合的工艺而形成。形成铝互连的其他的制造技术可以包括光刻工艺和刻蚀以构图导电材料用于垂直连接(通孔和接触孔)和水平连接(导电线)。可选择地，铜多层互连可以用于形成金属构图。铜互连结构可以包括铜、铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物或其组合。铜互连可以通过包括CVD、溅射、电镀或其他适合的工艺的技术而形成。
在互连结构230上形成缓冲层240。在当前实施例中，缓冲层240包括电介质材料如二氧化硅。可选择地，缓冲层240可以任选地包括氮化硅。缓冲层240通过CVD、PVD或其他适合的技术形成。缓冲层240被平坦化以通过化学机械抛光(CMP)形成平滑的表面。载体衬底250键合到缓冲层240，这样可以进行衬底202的背面206的加工。载体衬底250通过分子力键合到半导体衬底202。载体衬底250可以类似于衬底202，包括硅材料。可选择地，载体衬底250可以可选地包括玻璃衬底。载体衬底250为形成在正面204上的各个特征提供保护，并为衬底202的背面206的加工提供机械力和支持，这将在以下进行描述。缓冲层240提供半导体衬底202和载体衬底250之间的电绝缘。
进行工艺260以从背面206减薄衬底202。在当前实施例中，工艺260包括研磨工艺、金刚石擦洗工艺、化学机械抛光(CMP)工艺或其他适合的技术。衬底材料的基本量可以在工艺260中从衬底202移除。在进行工艺260之后，衬底202具有新的厚度205B，其在大约0.5um到大约20um的范围。在当前实施例中，新的厚度205B大约为2um。可以理解的是，此处公开的具体的厚度仅仅是示例，也可以根据应用的类型和图像传感器器件200的设计需求采用其他的厚度。
参考图2C，对衬底202的背面206进行离子注入工艺270，以分别形成像素202A和202B中的掺杂隔离区272和276。例如，光致抗蚀剂层可以通过光刻工艺被构图，以为掺杂隔离区272和276定义开口。离子注入工艺270使用与用于形成掺杂隔离区212和276的掺杂剂相同类型的掺杂剂。在当前实施例中，离子注入工艺270使用硼作为掺杂剂，并具有在大约100KeV到大约1200KeV的注入能量，优选地介于大约400KeV到大约500KeV之间。在当前实施例中，离子注入工艺270也使用大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地为介于大约3x1012到1x1013atoms/cm2之间。在另一个实施例中，离子注入工艺270使用磷作为掺杂剂，并具有大约100KeV到大约2000KeV范围的注入能量，优选地介于大约600KeV到大约800KeV之间。离子注入工艺270也使用大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地为介于大约3x1012到1x1013atoms/cm2之间。掺杂隔离区272和276分别具有宽度273和277，分别具有深度274和278。宽度273和277可以在大约0.1um到大约0.8um的范围，深度274和278可以在大约0.5um到大约2um的范围。在当前实施例中，宽度273和277大约为0.4um，深度274和278大约为1um。可以理解的是，离子注入工艺的具体参数和掺杂隔离区的尺寸仅仅是示例，可以采用其他数值。
类似于掺杂隔离区212和216，掺杂隔离区272和276通过减少载流子在相邻像素之间扩散的风险从而有利于隔离像素202A和202B。需要注意的是，掺杂隔离特征272和212相对于彼此移动距离267，掺杂隔离特征216和276也相对于彼此移动距离268。可以观察到，掺杂隔离区212和272(以及216和276)的移动结构有利于减少交叉串扰。例如，像素202A、202B可操作用于检测射向衬底202的背面206的光辐射255、257。光辐射255、257可以以角度256、258向衬底202的背面206投射。角度256、258也可以称为光学射线光入射角(或光入射角)。在光入射角接近于正常入射的情况下(如直射)，光辐射传播到像素202A、202B中，不传播到相邻或邻近的像素。从而，光辐射所激发的(或因此产生的)载流子如电子或孔(hole)主要被适当的像素202A、202B收集(其为预期操作)。因此像素202A和202B之间的交叉串扰在这种情况下不严重。然而，在光入射角256、258开始偏离正常入射的情况下(如倾斜入射)，投射到像素202A的光辐射255可以激发出扩散到邻近像素202B并被像素202B收集的载流子。效果上，像素202B检测对应于光辐射射向相邻像素202A的不适当的电信号，其降低了图像传感器器件200的光响应特性。
在当前实施例中，掺杂隔离区212和272造成了像素202A和202B之间的移动的潜在势垒。例如，作为光辐射255以非90度角投射到像素202A的结果，可能在掺杂隔离特征212中产生载流子。一些载流子本应扩散到像素202B而引起交叉串扰，但是由于掺杂隔离区212和272造成的移动的潜在势垒一些载流子被反射回202A。从而，移动的掺杂隔离区212和272有效地阻止载流子在邻近像素之间扩散，尤其是在投射到像素的光辐射具有非正常入射的光入射角时。因此，当前实施例的移动的掺杂隔离区有利于减少交叉串扰。
掺杂隔离区212和272之间的移动距离267可以为具体的光入射角而优化。在这方面，移动距离267与光入射角256相关。需要注意的是，制造需求也可以满足不同的半导体器件的不同的光入射角。因此，掺杂隔离区212和272之间的移动距离267可以变化以适应需要不同光入射角的多种情况。在当前实施例中，可以使用函数来表示移动距离267和光入射角256之间的关系。移动距离267等于tan(光入射角)x(1/2)x(衬底减薄后的厚度)。例如，在一个实施例中，其中衬底202的厚度205B大约为2um，光入射角256大约为30度，掺杂隔离特征212和272之间的移动距离267大约为tan(30)x(1/2)x(2um)＝0.57um。可以理解的是，光入射角可能因为在像素网格中的不同位置而变化，从而移动距离也将穿过像素网格变化。例如，位于接近于网格中心部分的像素比那些位于接近网格左侧或右侧的像素可能具有较少移动的掺杂隔离区。另外，网格一侧的像素与那些位于网格其他侧的像素具有在相反方向移动的掺杂隔离区。另外，中心的一些像素可能具有不移动的掺杂隔离区。
参考图2D，在一些实施例中，对衬底202的背面206可选地进行离子注入工艺280，以分别形成像素202A和202B的光传感区282和286。离子注入工艺280使用与用于形成光传感区222和226的掺杂剂相同类型的掺杂剂。在当前实施例中，离子注入工艺280使用磷或砷作为掺杂剂。在另一个实施例中，离子注入工艺280使用硼作为掺杂剂。通过离子注入工艺280形成的掺杂区282和286也分别具有宽度283和287，分别具有深度284和288。宽度283和287可以在大约0.5um到大约5um的范围，深度284和288可以在大约0.5um到大约2.5um的范围。在当前实施例中，宽度283和287大约为1.35um，深度284和288大约为1.5um。
光传感区282和286分别邻近于掺杂隔离特征272和276形成。类似于光传感区222和226，光传感区282和286也可操作用于检测光。可以观察到，在像素202A中包括的两个光传感区222和282增加了像素的光传感效率。然而，可以理解的是，仅仅需要光传感区222或282中的一个。对于像素202B也同样如此。同样，需要注意的是，光传感区282和222可以相对于彼此移动距离288，光传感区286和226也可以相对于彼此移动距离289。在当前实施例中，光传感区222和282之间的移动距离288近似等于掺杂隔离区212和272之间的移动距离267，光传感区226和286之间的移动距离289近似等于掺杂隔离区216和276之间的移动距离268。
另外，需要注意的是，上述的形成各个掺杂隔离区和光传感区的准确顺序不是重要的。例如，光传感区222可以在形成掺杂隔离区212之前或之后形成。另外，虽然当前实施例公开了每个像素形成两个掺杂隔离特征，但是也可以使用上述相同的构思和工艺步骤在该像素形成多个隔离特征。
参考图2E，在衬底的背面206之上形成滤色层。滤色层能够支持不同的滤色器(如红、绿和蓝)，可以设置为使得入射光辐射向其上或穿过其中。例如，滤色层包括用于过滤投射到像素202A的第一波长的光辐射的滤色器290，以及用于过滤投射到像素202B的第二波长的光辐射的滤色器292。滤色器290、292可以包括用于过滤特定的波长带的染料型(或颜料型)聚合体或树脂。在滤色器290、292之上形成多个微镜片295用于将光辐射射向像素202A和202B。微镜片295根据用于微镜片的材料的折射率和与传感器表面的距离，可以设置为不同的排列，并具有不同的形状。
参考图3，示出了用于制造正面照明(FSI)图像传感器器件的方法300的流程图。方法300开始于块310，其中提供了半导体衬底。方法300继续到块320，其中对衬底进行第一离子注入工艺，以形成第一掺杂隔离特征，第一离子注入工艺使用第一注入能量。方法300继续到块330，其中形成第一光传感区。方法300继续到块340，其中对衬底进行第二离子注入工艺，以形成第二掺杂隔离特征，第二离子注入工艺使用不同于第一注入能量的第二注入能量。第一和第二掺杂隔离特征相对于彼此被移动。方法300继续到块350，其中形成第二光传感区。
参考图4A，FSI图像传感器器件400包括具有像素402A和402B的衬底402。衬底402类似于上述的衬底202，以P型掺杂剂或N型掺杂剂掺杂。在该实施例中，衬底402被掺杂P型掺杂剂如硼(如P型衬底)。在另一个实施例中，衬底402被掺杂N型掺杂剂如磷(如N型衬底)。像素402A和402B可操作用于检测辐射如射向衬底402的正面的光辐射。类似于前述的像素202A和202B，像素402A和402B具有可操作用于检测光辐射的传感区和可操作用于减少交叉串扰的掺杂隔离特征。这些光传感区和隔离特征通过以下描述的不同工艺形成。
对衬底402进行离子注入工艺410，以分别在像素402A和402B中形成深掺杂隔离区472和476。例如，光致抗蚀剂层可以通过光刻工艺被构图，从而为深掺杂隔离区472和476定义开口。离子注入工艺410使用与掺杂衬底402的掺杂剂相同类型的掺杂剂。掺杂隔离区472和476可操作用于减少邻近像素402A和402B之间的载流子扩散。在当前实施例中，深离子注入工艺410使用硼作为掺杂剂，并具有在大约400KeV到大约3000KeV的范围的注入能量。离子注入工艺410使用在大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地介于大约3x1012和大约1x1013atoms/cm2之间。在可选择的实施例中，离子注入工艺410使用磷作为掺杂剂，并具有在大约600KeV到大约5000KeV范围的注入能量。在可选择的实施例中，离子注入工艺410也使用在大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地介于大约3x1012和大约1x1013atoms/cm2之间。掺杂隔离区472和476分别具有宽度473和477，并分别具有深度474和478。宽度473和477可以在大约0.1um到大约0.8um的范围，深度474和478可以在大约0.5um到大约2um的范围。在当前实施例中，宽度473和477大约为0.4um，深度474和478大约为1um。可以理解的是，离子注入工艺的具体参数和掺杂隔离区的尺寸仅仅是示例，也可以采用其他数值。
对衬底402进行离子注入工艺420，以分别形成像素402A和402B的光传感区482和486。离子注入工艺420使用不同于用于掺杂衬底202的掺杂剂类型的掺杂剂(从而不同于离子注入工艺410中使用的掺杂剂)。在当前实施例中，深离子注入工艺420使用磷作为掺杂剂。在另一个实施例中，深离子注入工艺420使用硼作为掺杂剂。光传感区482和486分别具有宽度483和487，并分别具有深度484和488。宽度483和487可以在大约0.5um到大约5um的范围，深度484和488可以在大约0.5um到大约2.5um的范围。在当前实施例中，宽度483和487大约为1.35um，深度484和488大约为1.5um。光传感区482和486分别邻近于掺杂隔离区472和476形成。
参考图4B，对衬底402进行离子注入工艺415，以分别在像素402A和402B中形成掺杂隔离区412和416。离子注入工艺415使用与用于掺杂衬底202的掺杂剂相同类型的掺杂剂。在当前实施例中，离子注入工艺415使用硼作为掺杂剂，并具有在大约100KeV到大约1200KeV范围的注入能量，优选地介于大约400KeV到大约500KeV之间。在当前实施例中，离子注入工艺415也使用在大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地介于大约3x1012和大约1x1013atoms/cm2之间。在可选择的实施例中，离子注入工艺415使用磷作为掺杂剂，并具有在大约100KeV到大约2000KeV的注入能量，优选地介于大约600KeV到大约800KeV之间。离子注入工艺415也使用在大约3x1012atoms/cm2到大约3x1014atoms/cm2范围的剂量水平，优选地介于大约3x1012和大约1x1013atoms/cm2之间。掺杂隔离区412和416分别具有宽度413和417，并分别具有深度414和418。宽度413和417可以在大约0.1um到大约0.8um的范围，深度414和418可以在大约0.5um到大约2um的范围。在当前实施例中，宽度413和417大约为0.4um，深度414和418大约为1um。可以理解的是，离子注入工艺的具体参数和掺杂隔离区的尺寸仅仅是示例，也可以采用其他数值。
对衬底402进行离子注入工艺425，以分别在像素402A和402B中形成光传感区422和426。离子注入工艺425使用不同于用于掺杂衬底402的掺杂剂类型的掺杂剂(从而不同于离子注入工艺415中使用的掺杂剂)。在当前实施例中，离子注入工艺425使用磷或砷作为掺杂剂。在另一个实施例中，离子注入工艺425使用硼作为掺杂剂。光传感区422和426分别具有宽度423和427，并分别具有深度424和428。宽度423和427可以在大约0.5um到大约5um的范围，深度424和428可以在大约0.2um到大约1.5um的范围。在当前实施例中，宽度423和427大约为1.35um，深度424和428大约为0.4um。
需要注意的是，光传感区可以彼此不同，如具有不同的连接深度、厚度等等。另外，可以理解的是，虽然像素402A和402B为了示例的目的通常示为光敏二极管，但是也可以采用其他的像素类型，包括固定层光敏二极管、光电门、复位晶体管、源极跟随晶体管和转移晶体管。可以观察到，在同一像素402A中包括两个光传感区422和482增加了像素的光传感效率，但是仅仅需要光传感区422或482中的一个。对于像素402B也同样如此。
在当前实施例中，掺杂隔离特征412和472相对于彼此移动距离489。光传感区422和482也相对于彼此移动距离489。掺杂隔离特征412和472的移动结构对减少交叉串扰有效，与上述的图2的图像传感器器件200的原因相同。同样地，掺杂隔离特征412和472之间的移动距离489也可以根据光入射角456而变化。移动距离489相关于光入射角456，该相关可以用函数来表示。在当前实施例中，移动距离489等于tan(光入射角)x(掺杂隔离特征的深度)。可以理解的是，光入射角对于像素网格中的不同位置可能变化，从而移动距离也将在像素网格中变化。例如，位于接近于网格中心部分的像素可能比那些位于接近网格左侧或右侧的像素具有较小移动的掺杂隔离区。另外，网格一侧的像素可能与那些位于网格另一侧的像素具有移动方向相反的掺杂隔离区。另外，位于中心的一些像素可能具有不移动的掺杂隔离区。
与方法100中所述的BSI实施例相比，可以观察到，方法300中所述的FSI实施例不包括将衬底与载体衬底键合或减薄衬底。然而，FSI实施例包括在衬底的相同面，但是在不同位置，使用不同的注入能量，注入离子，以形成移动的掺杂隔离特征412和472(416和476同样)，和移动的光传感区422和482(426和486同样)。
参考图4C，方法300也可以继续到附加步骤。例如，可以在衬底402上形成类似于图2的互连结构230的互连结构430。另外，可以在互连结构430之上形成滤色器490和492(类似于图2的滤色器290和292)和微镜片495(类似于图2的微镜片295)。
参考图5，示出了BSI图像传感器器件500的另一个实施例。除了以下讨论的区别之外，图像传感器500类似于图2的图像传感器器件200。因此，为了简单和清楚的目的，图2和图5中相似的特征标注为相同的标号。图像传感器器件500使用移动沟槽隔离结构代替移动掺杂隔离区。从而，移动沟槽隔离结构可操作用于隔离并减少邻近像素之间的交叉串扰。在当前实施例中，图像传感器器件500包括具有正面204和背面206的衬底202。光传感区222、226、282和286可以使用如图1的方法100或图3的方法300所述的类似工艺形成。隔离结构512和516通过构图正面204上的光致抗蚀剂层以从正面定义开口并从前面刻蚀，如干法刻蚀，衬底202以形成沟槽而形成。然后沟槽被填充电介质材料如二氧化硅或氮化硅，以形成隔离结构512和516。隔离结构512，516具有在大约0.1um到大约0.8um范围的宽度，在大约0.5um到大约2um范围的深度。在当前实施例中，宽度大约为0.4um，深度大约为1um。可以理解的是，沟槽隔离结构的具体尺寸仅仅是示例，也可以采用其他数值。
衬底202在类似于图2的工艺260的工艺中可以被键合到载体衬底上。衬底202也可以从衬底202的背面206被减薄，以具有减薄的厚度505。在当前实施例中，厚度505大约为2um。隔离结构572和576通过构图背面206上的光致抗蚀剂层以定义开口并从背面刻蚀，如干法刻蚀衬底202以形成沟槽而形成。然后沟槽被填充电介质材料如二氧化硅或氮化硅以形成隔离结构572和576。隔离结构572、576具有在大约0.1um到大约0.8um范围的宽度，在大约0.5um到大约2um范围的深度。在当前实施例中，宽度大约为0.4um，深度大约为1um。可以理解的是，沟槽隔离结构的具体尺寸仅仅是示例，也可以采用其他数值。
在当前实施例中，隔离特征512和572相对于彼此移动距离589。作为对于上述图2中的BSI实施例的情况，移动距离589也相关于光入射角。移动距离589和光入射角的相关可以通过图2中讨论的类似函数来表示。在当前实施例中，移动距离589等于tan(光入射角)x(1/2)x(减薄后的衬底的厚度)。可以理解的是，对于像素网格中的不同位置，光入射角可能变化，从而移动距离也将在像素网格中变化。例如，位于接近网格中心部分的像素可能比那些接近网格左侧或右侧的像素具有较少移动的掺杂隔离区。另外，网格一侧的像素可能与网格另一侧的像素具有移动方向相反的掺杂隔离区。另外，位于中心的一些像素可能具有不移动的掺杂隔离区。
可以在图像传感器器件500上进行附加的步骤。例如，可以在衬底202的正面204形成互连结构230。可以在互连结构230上形成缓冲层240，载体衬底250可以键合到具有缓冲层240的衬底202的正面204。也可以在衬底202的背面206上形成滤色器290和292和微镜片295。
总而言之，此处公开的方法和器件提供了减少图像传感器器件中的交叉串扰的有效和高效的解决方法。此处公开的方法和器件利用形成相对于彼此移动的隔离特征，来阻止载流子在邻近像素之间扩散。移动的量和移动方向可以相关于网格中的像素位置和光辐射的入射角。在一些实施例中，隔离特征为掺杂隔离区。在另一个实施例中，隔离特征为在衬底中刻蚀并被填充电介质材料的沟槽。在做这些时，当前实施例具有相对于现有技术器件的几个有益效果，可以理解的是，不同的实施例可以具有不同的有益效果。当前实施例的一个有益效果为当像素检测到的光具有非正常情况的光入射角时，隔离特征的移动结构有效减少了交叉串扰。移动的隔离特征造成了移动的潜在势垒，其反射由光辐射激发出的载流子，这样载流子不会扩散到邻近像素中以产生将导致交叉串扰的不适当的电信号。当前实施例的另一个有益效果为一个像素中具有相对于彼此移动的多于一个的光传感区导致了更高的光传感效率。另外，主要的步骤与CMOS处理流程一致。
前面已经描述了几个实施例的主要特征，这样本领域技术人员可以更好的理解之后的详细描述。本领域技术人员应当理解，他们可以很容易使用本发明作为基础来设计或改进用于实现此处介绍的实施例的相同目的和/或达到相同有益效果的其他工艺和结构。本领域技术人员也应当认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，他们可以由此做出各种变化、替换或改进，这些等同的结构不偏离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种制造图像传感器器件的方法，包括：
提供具有正面和背面的半导体衬底；
在所述半导体衬底的正面形成第一隔离结构；
从所述背面减薄所述半导体衬底；以及
在所述半导体衬底的背面形成第二隔离结构；
其中所述第一和第二隔离结构相对于彼此移动。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述半导体衬底的正面邻近于所述第一隔离结构形成光传感区；以及
在所述半导体衬底的背面邻近于所述第二隔离结构形成另一个光传感区。
3.根据权利要求1所述的方法，其中光辐射以光入射角投射到所述图像传感器器件上，并且其中所述第一隔离结构和第二隔离结构移动相关于所述光入射角的距离，其中所述距离近似等于tan(所述光入射角)x(1/2)x(所述半导体衬底减薄后的厚度)。
4.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一隔离结构包括蚀刻从所述半导体衬底的正面延伸的第一沟槽，并将所述第一沟槽用电介质材料填充；以及
其中形成所述第二隔离结构包括蚀刻从所述半导体衬底的背面延伸的第二沟槽，并将所述第二沟槽用所述电介质材料填充。
5.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一隔离结构包括：使用从大约400到大约500KeV的注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2的剂量水平将硼注入所述半导体衬底的正面；以及
其中形成所述第二隔离结构包括：使用从大约400到大约500KeV的注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2的剂量水平将硼注入所述半导体衬底的背面。
6.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一隔离结构包括：使用从大约600到大约800KeV的注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2的剂量水平将磷注入所述半导体衬底的正面；以及
其中形成所述第二隔离结构包括：使用从大约600到大约800KeV的注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2的剂量水平将磷注入所述半导体衬底的背面。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在减薄所述器件衬底之前，将载体衬底键合到所述半导体衬底的正面。
8.一种制造图像传感器器件的方法，包括：
提供半导体衬底；
对所述半导体衬底进行第一离子注入工艺，以形成第一掺杂隔离特征，所述第一离子注入工艺使用第一注入能量；
对所述衬底进行第二离子注入工艺，以形成第二掺杂隔离特征，所述第二离子注入工艺使用不同于所述第一注入能量的第二注入能量；以及
在衬底中形成第一和第二光传感元件；
其中所述第一和第二掺杂隔离特征设置于所述第一光传感元件和所述第二光传感元件之间，其中所述第一和第二掺杂隔离特征相对于彼此移动。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一注入能量大于所述第二注入能量；
其中所述第一掺杂隔离特征为深隔离特征；以及
其中所述第二掺杂隔离特征为浅隔离特征；
其中光辐射以光入射角投射到所述图像传感器器件上，其中所述浅隔离特征和所述深隔离特征移动与所述光入射角相关的距离。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一离子注入工艺包括：以从大约400到大约3000KeV范围的所述第一注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2范围的剂量水平注入硼；以及
其中所述第二离子注入工艺包括：以从大约100到大约1200KeV范围的所述第二注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2范围的剂量水平注入硼。
11.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一离子注入工艺包括：以从大约600到大约5000KeV范围的所述第一注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2范围的剂量水平注入磷；以及
其中所述第二离子注入工艺包括：以从大约100到大约2000KeV范围的所述第二注入能量和从大约3x1012到大约1x1013atoms/cm2范围的剂量水平注入磷。
12.一种图像传感器器件，包括：
具有正面、背面和厚度的衬底；
从所述衬底的正面延伸的第一隔离结构；
从所述衬底的背面延伸的第二隔离结构；以及
形成在所述衬底中的第一和第二光传感元件；
其中所述第一和第二隔离结构设置于所述第一光传感元件和所述第二光传感元件之间，其中所述第一和第二隔离结构相对于彼此移动。
13.根据权利要求12所述的器件，其中光辐射以光入射角投射到所述图像传感器器件上，其中所述第一和第二隔离结构移动与所述光入射角相关的距离，其中所述距离近似等于tan(所述光入射角)x(1/2)x(所述衬底的厚度)。
14.根据权利要求13所述的器件，其中所述第一和第二隔离结构分别包括第一和第二掺杂隔离结构或填充电介质材料的第一和第二沟槽。
15.根据权利要求13所述的器件，还包括：
形成在所述衬底的背面之上的滤色层；以及
形成在所述滤色层之上的微镜片层；
其中所述第一和第二光传感元件可操作用于检测指向所述衬底的背面的光辐射。
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