CN103489883B - 图像器件及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了图像器件及其形成方法，其中图像传感器器件包括具有像素区和外围区的衬底。在外围区中蚀刻多个沟槽。第一沟槽的每一个均具有深度D1。在衬底上方形成掩模层。在像素区中，掩模层具有多个开口。间隔件形成在每个开口的内表面中。通过像素区中具有间隔件的每个开口蚀刻多个第二沟槽。第二沟槽的每一个均具有深度D2。深度D1大于深度D2。

Description

图像器件及其形成方法
技术领域
本公开涉及图像传感器器件以及形成图像传感器器件的方法。
背景技术
图像传感器器件是诸如数码相机或摄像机的数字成像系统中的一个构件。图像传感器器件包括用于检测光并记录所检测光的强度(亮度)的像素阵列(或栅格)。像素阵列通过积累电荷而对光做出响应，例如，光越多，电荷越多。然后，积累的电荷例如被其他电路用于为适合的应用(诸如数码相机)提供颜色和亮度。一种类型的图像传感器器件是背照式(BSI)图像传感器器件。BSI图像传感器器件用于感应朝向衬底(其支持BSI图像传感器器件的图像传感器电路)的背面投射的光量。像素栅格位于衬底的正面，并且衬底足够薄以使朝衬底背面投射的光可以到达像素栅格。
正在不断地改善集成电路(IC)技术。这种改善经常涉及按比例缩小器件几何尺寸以实现更低的制造成本、更高的器件集成密度、更高的速度以及更好的性能。与减小几何尺寸而实现优点一起，对IC器件直接进行改善。一种这样的器件是图像传感器器件。
由于器件的按比例缩小，持续进行BSI技术的改善以进一步提高BSI图像传感器器件的图像质量。虽然现有的BSI图像传感器器件和制造BSI图像传感器器件的方法通常满足它们预期目的，但随着器件持续的按比例缩小，它们已经不能在各个方面都完全符合要求。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种形成图像传感器器件的方法，包括：提供具有像素区和外围区的衬底；在外围区中蚀刻多个第一沟槽，每一个第一沟槽均具有深度D1；在衬底上方形成掩模层，掩模层在像素区中具有多个开口；在每个开口的内表面中形成间隔件；以及通过像素区中具有间隔件的每个开口蚀刻多个第二沟槽，每一个第二沟槽均具有深度D2，其中深度D1大于深度D2。
优选地，深度D1在大约到大约的范围内。
优选地，深度D2在大约到大约的范围内。
优选地，形成间隔件的步骤包括：在像素区中的每个开口的内表面中形成间隔层；以及各向异性地蚀刻间隔层，从而在每个开口的内表面中形成间隔件。
优选地，形成掩模层的步骤包括：形成过填充多个第一沟槽并露出像素区的第一光刻胶层；在第一光刻胶层和露出的像素区上形成第二光刻胶层；以及图案化第二光刻胶层以形成多个开口。
优选地，该方法还包括：在多个第一沟槽和多个第二沟槽中填充介电材料；以及平坦化介电材料以分别形成多个第一隔离部件和多个第二隔离部件。
优选地，该方法还包括：形成被多个第二隔离部件环绕且位于像素区中的至少一个感光区；以及形成与至少一个感光区重叠的固定层。
根据本发明的另一方面，提供了一种形成图像传感器器件的方法，包括：提供具有正面和背面以及像素区和外围区的衬底；在外围区中从正面蚀刻多个第一沟槽，每一个第一沟槽均具有深入到衬底的深度D1；在衬底的正面上方形成掩模层，掩模层在像素区中具有多个开口；缩窄掩模层中的每个开口；通过像素区中每个缩窄的开口蚀刻多个第二沟槽，每一个第二沟槽均具有深入到衬底的深度D2，其中深度D1大于深度D2；在像素区的衬底中形成至少一个光电探测器，至少一个光电探测器被多个第二沟槽环绕；以及在衬底的背面上方形成滤色器和透镜，滤色器和透镜与至少一个光电探测器对齐。
优选地，深度D1在大约到大约的范围内。
优选地，深度D2在大约到大约的范围内。
优选地，缩窄每个开口的步骤包括：在像素区的每个开口的内表面中形成间隔层；以及各向异性地蚀刻间隔层，从而在每个开口的内表面中形成间隔件。
优选地，该方法还包括在形成至少一个光电探测器的步骤之前：在多个第一沟槽和所述多个第二沟槽中填充介电材料；以及平坦化介电材料以分别形成多个第一隔离部件和多个第二隔离部件。
优选地，该方法还包括：在平坦化介电材料的步骤之后，在覆盖至少一个光电探测器的一部分的正面上形成转移晶体管的栅极叠层。
优选地，该方法还包括：在形成至少一个光电探测器的步骤之后，在衬底的所述正面上方形成多层互连件，多层互连件包括垂直导电互连件和水平导电互连件。
根据本发明的又一方面，提供了一种图像传感器器件，包括：衬底，具有像素区和外围区；多个第一隔离部件，位于外围区中，每一个第一隔离部件均具有深度D1；多个第二隔离部件，位于像素区中，每一个第二隔离部件均具有深度D2，其中，深度D1大于深度D2；以及至少一个光电探测器，被像素区中的第二隔离部件所环绕。
优选地，深度D1在大约到大约的范围内。
优选地，深度D2在大约到大约的范围内。
优选地，该图像传感器器件还包括在衬底的正面处位于至少一个光电探测器上方的多层互连件。
优选地，该图像传感器器件还包括位于与衬底的正面相对的背面中的掺杂层。
优选地，该图像传感器器件还包括位于掺杂层上方的滤色器和透镜，其中，滤色器和透镜与至少一个光电探测器对齐。
附图说明
根据下面详细说明书和附图可以理解本公开的内容。需要强调的是，根据行业标准惯例，各个部件没有按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚，可以任意增大或减小各个部件的尺寸。
图1A是根据本公开的一个或多个实施例的图像传感器器件中的像素区的放大俯视图。
图1B是根据本公开的一个或多个实施例的图像传感器器件的沿图1A中的线A-A’截取的像素区和外围区的截面图。
图2是根据本公开的一个或多个实施例的形成图像传感器器件的方法的流程图。
图3至图8是根据图2方法的各个实施例处于各个制造阶段的图像传感器器件的截面图。
具体实施方式
应该理解，以下公开提供了用于实现本公开的不同特征的许多不同的实施例和实例。以下描述部件和配置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。此外，以下描述中第一部件形成在第二部件上方或第二部件上可以包括第一部件和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且还可以包括可形成插入在第一部件和第二部件之间的附加部件以使第一部件和第二部件不直接接触的实施例。此外还有，相关术语诸如“顶部”“正面”“底部”“背面”用于提供元件之间的对应关系而不用于表示任何绝对方向。为了简化和清楚，可以按不同比例任意绘制各个部件。
通过芯片区之间的划线切割衬底上的多个半导体芯片区。衬底将经历各种清洗、分层、图案化、蚀刻和掺杂步骤以形成图像传感器器件。本文中术语“衬底”通常表示可在其上形成各种层和器件结构的块状衬底。在一些实施例中，衬底包括硅或化合物半导体，诸如GaAs、InP、Si/Ge或SiC。这种层的实例包括介电层、掺杂层、多晶硅层或导电层。器件结构的实例包括晶体管、电阻器和/或电容器，它们可通过互连层而互连至其他集成电路。
根据本发明的一个实施例，图像传感器器件100具有像素区和外围区。在所示实施例中，图像传感器器件100是背照式(BSI)图像传感器器件。根据设计需求，图像传感器器件100包括具有各种掺杂配置的衬底(例如，p型衬底或n型衬底)。在一些实施例中，p型表示使空穴作为半导体材料中的大多数电荷载流子，而n型表示使电子作为半导体材料中的大多数电荷载流子。
图1A是衬底104(在图1B中示出)上的图像传感器器件100中的像素区101的放大俯视图。图像传感器器件100包括图1A所示的像素阵列101。每个像素区101都以列和行进行配置。像素区101表示包括至少一个光电探测器106和用于将电磁辐射转换为电信号的各种电路的单元。在所示实施例中，光电探测器106包括用于记录光(辐射)的强度或亮度的光电二极管。像素区101可包含各种晶体管，包括转移晶体管110、复位晶体管112、源极跟随晶体管114、选择晶体管116、或其他合适的晶体管、或它们的组合。像素区101还可包括位于衬底中的各种掺杂区，例如掺杂区118A、118B和120。掺杂区(118A、118B和120)被配置为前面提到的晶体管的源极/漏极区。掺杂区120还被称为浮置扩散区120，其位于转移晶体管110和复位晶体管112之间。导电部件132与源极跟随晶体管114的栅极叠层的一部分重叠并连接至浮置扩散区120。图像传感器器件100还包括在衬底中形成的各种隔离部件以将衬底的各个区隔离开。在所示实施例中，隔离部件108形成在像素区101中以将光电探测器106、转移晶体管110、复位晶体管112、源极跟随晶体管114和选择晶体管116隔离开。外围区中的附加电路、输入和/输出可连接至像素阵列来为像素区101提供操作环境并支持与像素区101的外部通信。例如，像素阵列可与外围区中的读出电路和/或控制电路连接。为了简化，在本公开中描述包括单个像素区101的图像传感器器件；然而，通常这种像素的阵列可形成图1A示出的图像传感器器件100。
图1B是图像传感器器件100的沿图1A中的线A-A’截取的像素区101和外围区102的截面图。图像传感器器件100包括具有正面104A和背面104B的衬底104。在所示实施例中，衬底104是包括硅的半导体衬底。可选地或另外地，衬底104包括：另一示例性半导体，诸如锗和/或金刚石；化合物半导体，包括碳化硅、镓砷、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟；合金半导体，包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP；或它们的组合。衬底104可以是绝缘体上半导体(SOI)。在所示实施例中，衬底104是p型衬底。衬底104掺杂的p型掺杂物包括硼、镓、铟、其他合适的p型掺杂物或它们的组合。衬底104可以可选地是n型掺杂衬底。衬底104可掺杂的n型掺杂物包括磷、砷、其他合适的n型掺杂物或它们的组合。可以在各个步骤和技术中使用诸如离子注入或扩散的工艺来实现掺杂。
像素区101包括至少一个光电探测器106(诸如光电二极管)，其包括感光区106A和固定层106B。感光区106A是在衬底104中(特别是沿衬底104的正面104A)形成的具有n型和/或p型掺杂物的掺杂区。在所示实施例中，感光区106A是n型掺杂区。固定层106B是设置为与位于衬底104的正面104A的感光区106A重叠的掺杂层。在所示实施例中，固定层106B是p型注入层。
像素区101还包括各种晶体管，诸如转移晶体管110、复位晶体管112、源极跟随晶体管114(图1A所示)和选择晶体管116(图1A所示)。每个晶体管都具有设置在衬底104的正面104A上方的对应栅极叠层。转移晶体管110的栅极叠层覆盖感光区106A的一部分。像素区101还包括位于衬底104中的各种掺杂区。掺杂区对应于前面提到的晶体管的栅极叠层来用作源极/漏极区。例如，掺杂区120和118A是复位晶体管112的源极/漏极区。掺杂区120还被称为浮置扩散区120。浮置扩散区120位于转移晶体管110和复位晶体管112之间。浮置扩散区120可将由光电探测器106积累的电荷转换为用于源极跟随晶体管114(图1A示出)的电压信号。在所示实施例中，浮置扩散区120是n型掺杂区。每个晶体管的栅极叠层都包括栅极介电层和栅电极层。栅极介电层包括介电材料，诸如氧化硅、高k介电材料、其他介电材料或它们的组合。高k介电材料的实例包括HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、氧化锆、氧化铝、二氧化铪-氧化铝(HfO2-Al2O3)合金或它们的组合。栅电极层包括多晶硅和/或金属，其中金属包括Al、Cu、Ti、Ta、W、Mo、TaN、NiSi、CoSi、TiN、WN、TiAl、TiAlN、TaCN、TaC、TaSiN或它们的组合。
外围区102可包括连接至像素区101来为像素区101提供操作环境的读出电路和控制电路。在所示实施例中，示出PMOS晶体管122和NMOS晶体管124。PMOS晶体管122包括栅极叠层122A和在n型阱122C中形成的源极/漏极区122B。NMOS晶体管124包括栅极叠层124A和在p型阱124C中形成的源极/漏极区124B。
图像传感器器件100还包括在外围区102的衬底104中形成的多个第一隔离部件126和在像素区101的衬底104中形成的多个第二隔离部件108。第一隔离部件126和第二隔离部件108将衬底104的各个区隔离开。在所示实施例中，第一隔离部件108和第二隔离部件126将PMOS晶体管122和NMOS晶体管124、光电探测器106、转移晶体管110、复位晶体管112、源极跟随晶体管114(图1A所示)和选择晶体管116(图1A所示)隔离开。第一隔离部件126和第二隔离部件108包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他绝缘材料或它们的组合。每一个第一隔离部件126都具有从正面104A延伸进衬底104的深度D1。深度D1在大约到大约的范围内。每一个第二隔离部件108都具有从正面104A延伸进衬底104的深度D2。深度D2在大约到大约的范围内。深度D1大于深度D2。
图像传感器器件100还包括设置在衬底104的正面104A上方(包括位于光电探测器106上方)的多层互连件(MLI)128。MLI128连接至图像传感器器件100的各个部件(诸如光电探测器106)，使得图像传感器器件100的各个部件可用于正确地响应照明光(成像辐射)。MLI128包括各种导电部件，其可以为诸如接触件和/或通孔130的垂直互连件130和诸如线132的水平互连件132。各种导电部件130和132都包括导电材料，诸如铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、多晶硅、金属硅化物或它们的组合。
MLI128的各个导电部件130和132均嵌入在层间介电(ILD)层134中。ILD层134可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、正硅酸乙酯(TEOS)氧化物、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、氟化硅玻璃(FSG)、掺碳氧化硅、BLACK(加利福尼亚州圣克拉拉的Applied Materials公司)、非晶氟碳、低k介电材料、聚酰亚胺或它们的组合。ILD层134可具有多层结构。
载具晶圆136设置在衬底104的正面104A上方。在所示实施例中，载具晶圆136接合至MLI128。载具晶圆136包括硅或玻璃。载具晶圆136可为在衬底104的正面104A上形成的各种部件(诸如光电探测器106)提供保护，并且还可以为处理衬底104的背面104B提供机械强度和支撑。
图像传感器器件100还包括设置在衬底104的背面104B的掺杂层138。通过注入工艺、扩散工艺、退火工艺或它们的组合来形成掺杂层138。在所示实施例中，掺杂层138包括p型掺杂物，诸如硼、镓、铟或它们的组合。掺杂层138具有从衬底104的背面104B延伸进衬底104的掺杂物深度d。可以选择掺杂层138的掺杂物深度、掺杂物浓度、掺杂物轮廓或它们的组合以通过增加量子效率、减小暗电流或者减小白像素缺陷来优化图像质量。
图像传感器器件100还可包括设置在衬底104的背面104B上方的抗反射层140、滤色器142和透镜144。抗反射层140包括介电材料，诸如氮化硅或氮氧化硅。
滤色器142设置在抗反射层140上方并与光电探测器106的感光区106A对齐。设计滤色器142以使其使预定波长的光通过。例如，滤色器142可使红色波长、绿色波长或蓝色波长的可见光到达光电探测器106。在实例中，滤色器142包括用于过滤掉特定频带(例如，期望的光波)的基于染料(或基于颜料)的聚合物。
透镜144设置在滤色器142上方并与光电探测器106的感光区106A对齐。透镜144可具有相对于光电探测器106和滤色器142的不同位置配置，使得透镜144将入射光146集中在光电探测器106的感光区106A上。可选地，可以颠倒滤色器层142和透镜144的位置，使得透镜144设置在抗反射层140和滤色器142之间。
在根据一个或多个实施例的操作中，图像传感器器件100被设计为接收传向衬底104的背面104B的光146。透镜144将入射光146引导至滤色器142。然后，入射光146从滤色器142穿过抗反射层140到达衬底104和对应的光电探测器106，特别是感光区106A。当暴露给入射光146时，光电探测器106通过积累电荷而响应入射光146。当转移晶体管110的栅极导通时，电荷从光电探测器106转移至浮置扩散区120。通过导电部件132(图1A所示)的连接，源极跟随晶体管114可将来自浮置扩散区120的电荷转换为电压信号。选择晶体管116可允许通过读出电子设备读取像素阵列的单行。复位晶体管112用作开关以重置浮置扩散区120。当复位晶体管120导通时，浮置扩散区120有效地连接至清除所有集成电荷的电源。
图2是根据本公开的一个或多个实施例的形成图像传感器器件的方法200的流程图。如方法200的流程图所示，在操作201中，提供具有像素区和外围区的衬底。然后，方法200继续操作202，其中，在外围区中蚀刻多个第一沟槽。每一个第一沟槽均具有深度D1。方法200继续操作203，其中，在衬底上方形成掩模层。在像素区中，掩模层具有多个开口。方法200继续操作204，其中，间隔件形成在每个开口的内表面中。方法200继续操作205，其中，通过像素区中具有间隔件的每个开口蚀刻多个第二沟槽。每一个第二沟槽均具有深度D2。深度D1大于深度D2。在一些实施例中，方法200可经历操作201、203、204、205和202的这种顺序。操作202可在操作202之后作为最后的操作来执行。此外，应该理解，可在方法200之前、期间和之后提供附加步骤。
图3至图8是根据图2方法的各个实施例的处于各个制造阶段的图像传感器器件100的截面图。为了更好地理解本公开的发明概念已经简化了各附图。
方法200开始于操作201并继续到操作202。图3是执行操作201和202之后图像传感器器件100的截面图。衬底104具有正面104A和背面104B。像素区101和外围区102被分配在衬底104中。衬底104是包括硅的半导体衬底。在所示实施例中，衬底104是p型硅衬底。衬底104掺杂的p型掺杂物包括硼、镓、铟、其他合适的p型掺杂物或它们的组合。可选地，衬底104包括上文提到的合适材料。
硬掩模层105形成在衬底104的正面104A上方。硬掩模层105可具有多层结构。在所示实施例中，硬掩模层105包括衬垫层(未示出)、位于衬垫层上方的介电层(未示出)和位于介电层上方的成像增强层(未示出)。衬垫层(诸如氧化物层)用作衬底104和上面的介电层之间的应力缓冲层。介电层包括含氮材料，诸如氮化硅或氮氧化硅。可选地，介电层包括非晶碳材料、碳化硅或正硅酸乙酯(TEOS)。成像增强层可包括有机层、高分子材料或富硅氧化物(SRO)。成像增强层可提高图像从上面的光刻胶层转移的精确度。通过诸如化学汽相沉积(CVD)或等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)的工艺形成硬掩模层105。然后，在外围区102中，通过合适的光刻和蚀刻工艺图案化硬掩模层105以形成多个孔107A并露出衬底104的正面104A的一部分。
在外围区102中，通过诸如反应离子蚀刻(REI)的合适蚀刻工艺来移除通过孔107A露出的衬底104部分以形成多个第一沟槽107B。每一个第一沟槽107B均具有从正面104A延伸进衬底104的深度D1。深度D1在大约到大约的范围内。
方法200继续操作203，其中，掩模层形成在衬底上方。在像素区中，掩模层具有多个开口。掩模层具有多个开口。图4是执行操作203之后图像传感器器件100的截面图。掩模层109形成在硬掩模层105上方。掩模层109过填充第一沟槽107B和孔107A至高于硬掩模层105的正面105A的水平。在像素区101中，多个开口111A形成在掩模层109中以露出硬掩模层105的顶面105A的一部分。每一个开口111A均具有内表面和宽度W1。掩模层109包括光刻胶材料或介电材料，其具有不同于下面的硬掩模层105的耐蚀刻性能。通过合适的光刻和/或蚀刻工艺图案化掩模层以形成多个开口111A。
在所示实施例中，形成并图案化第一光刻胶层(未示出)。第一光刻胶层过填充第一沟槽107B和孔107A，并露出像素区中的硬掩模层105。然后，第二光刻胶层形成在第一光刻胶层和露出的硬掩模层105上。通过合适的光刻工艺图案化第二光刻胶层以形成多个开口111A。有利地，第一光刻胶层填充外围区102中的第一沟槽107B和孔107A以形成光滑表面。第一光刻胶层的光滑表面基本与露出的硬掩模层105的顶面105A平齐。第一光刻胶层的光滑表面提高了实现用于形成开口111A的第二光刻胶层的光刻工艺的更好清晰度的能力。
方法200继续操作204，其中，间隔件形成在每个开口的内表面。图5和图6示出了形成间隔件的截面图。图5是在图4所示图像传感器器件100上形成间隔层113A之后图像传感器器件100的截面图。间隔层113形成在掩模层109的顶面和每个开口111A的内表面上。开口111A缩窄到具有宽度W2的开口111B。宽度W2小于宽度W1。间隔层113A可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或PSG。通过诸如化学汽相沉积(CVD)、等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)或高密度等离子体化学汽相沉积(HDPCVD)的工艺形成间隔层113A。
图6是蚀刻间隔层113A以形成间隔件113B之后图像传感器器件100的截面图。各向异性蚀刻间隔层113A以在每个开口111B的内表面中形成间隔件113B。方法200继续操作205，间隔件113B和掩模层109被用作蚀刻掩模以去除没有被间隔件113B和掩模层109覆盖的硬掩模层105的一部分和衬底104的一部分。去除工艺包括干蚀刻工艺、湿蚀刻工艺或它们的组合。在像素区101中，通过开口111B去除的衬底104部分形成多个第二沟槽115。第二沟槽115的每一个均具有宽度W2和从正面104A延伸进衬底104的深度D2。深度D2在大约到大约的范围内。在形成第二沟槽115之后去除间隔件113B和掩模层109。
图7是在外围区102中形成多个第一隔离部件126和在像素区101中形成第二隔离部件108之后的图像传感器器件100的截面图。在至少一个实施例中，形成过填充多个第一沟槽107B、多个第二沟槽115和硬掩模层105的介电材料。向介电材料施加平坦化工艺(诸如化学机械抛光(CMP)工艺和/或蚀刻工艺)以减小介电材料的厚度来露出硬掩模层105的顶面105A。多个第一隔离部件126和第二隔离部件108形成在对应的多个第一沟槽107B和多个第二沟槽115中。在一些实施例中，在平坦化工艺之后去除硬掩模层105。第一隔离部件126和第二隔离部件108会再被进一步平坦化。第一隔离部件126和第二隔离部件108电隔离衬底104中的各个区。
应该理解，可在方法200的操作205之前、期间和之后提供附加步骤。例如，图8是在操作205之后的图像传感器器件100的截面图。至少一个光电探测器106形成在像素区101中。光电探测器106包括感光区106A和固定层106B。在所示实施例中，感光区106A沿衬底104的正面104A掺杂有n型物。在衬底104的正面104A处，与感光区106A重叠的固定层106B掺杂有p型物。浮置扩散区120形成在像素区101中。在所示实施例中，浮置扩散区120是n型掺杂区。
在外围区102中，通过注入在衬底104中形成n型阱122C和p型阱124C。通过注入在对应的n型阱122C和p型阱124C中形成源极/漏极区122B和源极/漏极区124B。
多个栅极叠层112、112、122A和124B形成在衬底104的正面104A上。栅极叠层110对应于覆盖像素区101中的感光区106A的一部分的转移晶体管。栅极叠层112对应于像素区101中的复位晶体管。栅极叠层122A和124B对应于外围区中的n型阱122C和p型阱124C。栅极叠层122A和n型阱122C中的源极/漏极区122B构成PMOS晶体管。类似地，栅极叠层124A和p型阱124C中的源极/漏极区124B构成NMOS晶体管。通过包括沉积、光刻图案化和蚀刻工艺的合适工艺来形成栅极叠层110、112、122A和124B。
图像传感器器件100还包括设置在衬底104的正面104A上方的多层互连件(MLI)128。MLI128连接至图像传感器器件100的各个部件(诸如光电探测器106)，使得图像传感器器件100的各个部件可用于正确地响应照明光(成像辐射)。MLI128包括各种导电部件，其可以是诸如接触件和/或通孔130的垂直互连件和诸如线132的水平互连件。通过包括沉积、光刻图案化和蚀刻工艺的合适工艺形成导电部件130和132以形成垂直互连件和水平互连件。
MLI128的各个导电部件130和132设置在层间介电(ILD)层134中。ILD层134可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、TEOS氧化物、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、氟化硅玻璃(FSG)、掺碳氧化硅、低k介电材料或它们的组合。ILD层134可具有多层结构。可通过包括旋涂、化学汽相沉积(CVD)或等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)的合适工艺形成ILD层134。在一个实例中，可在包括镶嵌工艺的集成工艺中形成MLI128和ILD层134。
在一些实施例中，在MLI128形成之后还包括处理步骤。如图1B所示，载具晶圆136接合至MLI128。载具晶圆136为处理衬底104的背面104B提供机械强度和支撑。向衬底104的背面104B施加平坦化工艺(诸如化学机械抛光(CMP)工艺)以减小衬底104的厚度。通过背面104B利用注入工艺、扩散工艺、退火工艺或它们的组合形成掺杂层138。掺杂层138可在平坦化工艺期间修复背面104B的损伤，并减小暗电流和白像素。在一些实施例中，还形成设置在衬底104的背面104B上方的抗反射层140、滤色器142和透镜144。滤色器142和透镜144与光电探测器106的感光区106A对齐。
在上述实施例中，图像传感器器件100包括p型掺杂衬底104。在p型掺杂衬底中，用于上述各种部件(诸如感光区106A、固定层106B和浮置扩散区120)的各种掺杂配置应该具有与形成图像传感器器件相一致的掺杂配置。可选地，图像传感器器件100可包括n型掺杂衬底或衬底104中的n型材料。在n型掺杂衬底中，用于上述各种部件的各种掺杂配置应该具有与形成图像传感器器件相一致的掺杂配置。
本公开的各个实施例可用于提高图像传感器器件的性能。例如，在像素区101中，间隔件113B减小开口111A的宽度W1至开口111B的宽度W2。因此，下面形成的第二隔离部件108具有减小的宽度W2。在像素区101中，减小的第二隔离部件108获得用于光电探测器106的额外功能空间。此外，像素区101中的第二沟槽115具有小于外围区102中第一沟槽107B的深度D1的深度D2。在形成对应第二隔离部件108的第二沟槽115中，像素区101比外围区102经历较少的蚀刻损伤。由于较少的蚀刻损伤，本公开减小了暗电流或者减少了图像传感器器件的白像素缺陷。
本公开的一个方面描述了形成图像传感器器件的方法。衬底包括像素区和外围区。在外围区中蚀刻多个第一沟槽。第一沟槽的每一个均具有深度D1。掩模层形成在衬底上方。在像素区中，掩模层具有多个开口。间隔件形成在每个开口的内表面。通过像素区中具有间隔件的每个开口蚀刻多个第二沟槽。第二沟槽的每一个均具有深度D2。深度D1大于深度D2。
本公开的另一方面描述了形成图像传感器器件的方法。衬底包括正面和背面以及像素区和外围区。在外围区中，从正面蚀刻多个第一沟槽。第一沟槽的每一个均具有深入到衬底的深度D1。掩模层形成在衬底的正面上方。在像素区中，掩模层具有多个开口。在掩模层中缩窄每个开口。通过像素区中每个缩窄的开口来蚀刻多个第二沟槽。第二沟槽的每一个均具有深入到衬底的深度D2。深度D1大于深度D2。至少一个光电探测器形成在像素区的衬底中。至少一个光电探测器被多个第二沟槽环绕。滤色器和透镜形成在衬底的背面上方。滤色器和透镜与至少一个光电探测器对齐。
本公开还描述了图像传感器器件的一方面。图像传感器器件包括具有像素区和外围区的衬底。多个第一隔离部件位于外围区中。第一隔离部件的每一个均具有深度D1。多个第二隔离部件位于像素区中。第二隔离部件的每一个均具有深度D2。深度D1大于深度D2。被第二隔离部件环绕的至少一个光电探测器位于像素区中。
虽然已经详细描述了实施例及其优点，但应该理解，可以进行各种改变、替换和变更而不背离所附权利要求限定的发明的精神和范围。本领域技术人员根据本公开将容易理解，根据本公开可以利用与本文描述的对应实施例执行基本相同功能或实现基本相同结果的工艺、机械装置、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在包括这种工艺、机械装置、制造、物质组成、工具、方法或步骤的范围内。

Claims (19)

1.一种形成图像传感器器件的方法，所述方法包括：
提供具有像素区和外围区的衬底；
在所述外围区中蚀刻多个第一沟槽，每一个第一沟槽均具有深度D1；
在所述衬底上方形成掩模层，所述掩模层在所述像素区中具有多个开口；
在每个开口的内表面中形成间隔件；以及
通过所述像素区中具有所述间隔件的每个开口蚀刻多个第二沟槽，每一个第二沟槽均具有深度D2，其中所述深度D1大于所述深度D2，所述多个第二沟槽的底部宽度小于所述间隔件的相对的内壁之间的距离；
在所述衬底的与形成所述多个第二沟槽的一侧相对的另一侧中形成掺杂层，并且在所述掺杂层上方形成滤色器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述深度D1在到 的范围内。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述深度D2在到 的范围内。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述间隔件的步骤包括：
在所述像素区中的每个开口的内表面中形成间隔层；以及
各向异性地蚀刻所述间隔层，从而在每个开口的内表面中形成所述间隔件。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述掩模层的步骤包括：
形成过填充所述多个第一沟槽并露出所述像素区的第一光刻胶层；
在所述第一光刻胶层和露出的像素区上形成第二光刻胶层；以及
图案化所述第二光刻胶层以形成所述多个开口。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在所述多个第一沟槽和所述多个第二沟槽中填充介电材料；以及
平坦化所述介电材料以分别形成多个第一隔离部件和多个第二隔离部件。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括：
形成被所述多个第二隔离部件环绕且位于所述像素区中的至少一个感光区；以及
形成与所述至少一个感光区重叠的固定层。
8.一种形成图像传感器器件的方法，所述方法包括：
提供具有正面和背面以及像素区和外围区的衬底；
在所述外围区中从所述正面蚀刻多个第一沟槽，每一个第一沟槽均具有深入到所述衬底的深度D1；
在所述衬底的正面上方形成掩模层，所述掩模层在所述像素区中具有多个开口；
缩窄所述掩模层中的每个开口；
通过所述像素区中每个缩窄的开口蚀刻多个第二沟槽，每一个第二沟槽均具有深入到所述衬底的深度D2，其中所述深度D1大于所述深度D2，所述多个第二沟槽的底部宽度小于所述缩窄的开口的宽度；
在所述像素区的所述衬底中形成至少一个光电探测器，所述至少一个光电探测器被所述多个第二沟槽环绕；以及
在所述衬底的背面中形成掺杂层；
在所述掺杂层上方形成滤色器和透镜，所述滤色器和所述透镜与所述至少一个光电探测器对齐。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述深度D1在到 的范围内。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述深度D2在到 的范围内。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，缩窄每个开口的步骤包括：
在所述像素区的每个开口的内表面中形成间隔层；以及
各向异性地蚀刻所述间隔层，从而在每个开口的内表面中形成间隔件。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括在形成所述至少一个光电探测器的步骤之前：
在所述多个第一沟槽和所述多个第二沟槽中填充介电材料；以及
平坦化所述介电材料以分别形成多个第一隔离部件和多个第二隔离部件。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：在平坦化所述介电材料的步骤之后，在覆盖所述至少一个光电探测器的一部分的所述正面上形成转移晶体管的栅极叠层。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括：在形成所述至少一个光电探测器的步骤之后，在所述衬底的所述正面上方形成多层互连件，所述多层互连件包括垂直导电互连件和水平导电互连件。
15.一种图像传感器器件，包括：
衬底，具有像素区和外围区；
多个第一隔离部件，位于所述外围区中，每一个第一隔离部件均具有深度D1；
多个第二隔离部件，位于所述像素区中，每一个第二隔离部件均具有深度D2，其中，所述深度D1大于所述深度D2，并且，所述第二隔离部件具有第一宽度，所述第一宽度相比于形成所述第二隔离部件时对应的掩模层的开口的宽度小，所述第二隔离部件的底部宽度小于所述第一宽度；以及
至少一个光电探测器，被所述像素区中的所述第二隔离部件所环绕；
与所述衬底的形成所述第二隔离部件的正面相对的背面中的掺杂层。
16.根据权利要求15所述的图像传感器器件，其中，所述深度D1在到的范围内。
17.根据权利要求15所述的图像传感器器件，其中，所述深度D2在到的范围内。
18.根据权利要求15所述的图像传感器器件，还包括在所述衬底的所述正面处位于所述至少一个光电探测器上方的多层互连件。
19.根据权利要求15所述的图像传感器器件，还包括位于所述掺杂层上方的滤色器和透镜，其中，所述滤色器和所述透镜与所述至少一个光电探测器对齐。
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Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105480938B (zh) * 2014-10-10 2018-04-10 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 一种mems器件及其制备方法、电子装置
CN105185747B (zh) * 2015-09-25 2018-05-01 上海华力微电子有限公司 一种降低cmos图像传感器白像素的集成工艺
CN112041988A (zh) * 2019-04-28 2020-12-04 深圳市大疆创新科技有限公司 图像传感器芯片、制造方法、图像传感器及拍摄装置
TWI789767B (zh) * 2020-05-29 2023-01-11 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體結構及形成光檢測器的方法
US11837613B2 (en) 2020-05-29 2023-12-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Germanium-containing photodetector and methods of forming the same

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1806335A (zh) * 2004-01-19 2006-07-19 松下电器产业株式会社 固体摄像器件及其制造方法
CN102024831A (zh) * 2009-09-11 2011-04-20 株式会社东芝 固体摄像装置及其制造方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002043408A (ja) 2000-07-28 2002-02-08 Nec Kansai Ltd 半導体装置の製造方法
KR100477790B1 (ko) 2003-03-13 2005-03-22 매그나칩 반도체 유한회사 씨모스 이미지센서의 제조방법
KR100745596B1 (ko) 2004-11-29 2007-08-02 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조방법
US20080057612A1 (en) * 2006-09-01 2008-03-06 Doan Hung Q Method for adding an implant at the shallow trench isolation corner in a semiconductor substrate
US7642608B2 (en) * 2007-03-09 2010-01-05 Aptina Imaging Corporation Dual isolation for image sensors
KR101545638B1 (ko) 2008-12-17 2015-08-19 삼성전자 주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법, 이미지 센서를 포함하는 장치 및 그 제조 방법
US9196547B2 (en) * 2009-04-03 2015-11-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Dual shallow trench isolation and related applications
US8674469B2 (en) * 2009-04-23 2014-03-18 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Isolation structure for backside illuminated image sensor

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1806335A (zh) * 2004-01-19 2006-07-19 松下电器产业株式会社 固体摄像器件及其制造方法
CN102024831A (zh) * 2009-09-11 2011-04-20 株式会社东芝 固体摄像装置及其制造方法

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