CN105206633A - 一种图像传感器芯片及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图像传感器芯片及制造方法。该方法包括：提供衬底；在所述衬底上方形成隔离层；在所述隔离层上形成光刻胶层，并在所述光刻胶层的中心区域进行开口，露出所述中心区域的所述隔离层；刻蚀所述中心区域的所述隔离层和所述衬底，在所述衬底的中心区域形成沟槽；除去所述沟槽外围区域剩余的光刻胶层；在所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域的上方形成牺牲氧化层，之后去除；在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅，形成光电二极管区。相比现有技术，本发明的图像传感器芯片及制造方法，可以避免产生离子污染和晶格损伤，从而降低白点个数，提高图像传感器的成像质量。

Description

一种图像传感器芯片及制造方法

技术领域

本发明涉及成像领域，特别涉及一种图像传感器芯片及制造方法。

背景技术

目前，图像传感器芯片已经被各行各业广泛的应用，并与人们的生活息息相关。其中，图像传感器芯片由于具备体积小、耗电量低、成本低等特点已经成为主流。通常，图像传感器芯片是由像素电路晶圆和逻辑运算电路晶圆键合而成。目前，像素电路晶圆的制造过程大都利用离子注入的方式形成光电二极管区，但是离子注入的方式会带来金属离子污染，同时也会对完整的晶格造成损坏，引起白点。

针对现有技术在形成光电二极管区的金属离子污染的问题，本领域技术人员通常利用传统的方法进行解决，例如：通过改善工艺设备来降低工艺过程中引入的金属离子数量；或者，通过在相关工艺中添加清洗步骤来优化工艺流程，。尽管上述方法对降低金属离子污染有一定效果，但是还不能满足高端传感器产品对暗电流不断降低的要求。针对现有技术在降低晶格损伤的问题，本领域技术人员通常利用在像素电路晶圆的制造过程添加热工艺的方法进行解决，但是添加热工艺会导致器件离子分布形貌的改变，从而引起其它负面效应。

由此可见，现有技术中，在像素电路晶圆的制造过程利用离子注入的方式形成光电二极管区，会连带产生诸多负面的问题，并不利于提高图像传感器芯片的质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器芯片及制造方法，以解决现有技术中在像素电路晶圆的制造过程利用离子注入的方式形成光电二极管区的过程中所带来的金属离子污染和晶格损伤的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的图像传感器芯片的制造方法，包括如下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上方形成隔离层；

在所述隔离层上形成光刻胶层，并在所述光刻胶层的中心区域进行开口，露出所述中心区域的所述隔离层；

刻蚀所述中心区域的所述隔离层和所述衬底，在所述衬底的中心区域形成沟槽；

除去所述沟槽外围区域剩余的光刻胶层；

在所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域的上方形成牺牲氧化层，之后去除；

在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅，形成光电二极管区。

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，所述隔离层为氧化硅层或氮化硅层。

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，所述隔离层的厚度为

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，利用光刻工艺在所述光刻胶层的中心区域进行开口。

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，利用干法刻蚀工艺在所述衬底的中心区域刻蚀形成所述沟槽。

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，所述沟槽的深度为2-3μm。

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，利用湿法刻蚀去除所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域上方的牺牲氧化层。

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，所述牺牲氧化层的厚度为

可选的，对于所述的图像传感器芯片的制造方法，利用外延气相沉积工艺在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅。

相应的，本发明还提供一种利用如上所述的图像传感器芯片的制造方法制备的图像传感器芯片。

在本发明提供的图像传感器芯片的制造方法中，包括提供衬底；在所述衬底上方形成隔离层；在所述隔离层上形成光刻胶层，并在所述光刻胶层的中心区域进行开口，露出所述中心区域的所述隔离层；刻蚀所述中心区域的所述隔离层和所述衬底，在所述衬底的中心区域形成沟槽；除去所述沟槽外围区域剩余的光刻胶层；在所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域的上方形成牺牲氧化层，之后去除；在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅，形成光电二极管区。相比现有技术，本发明的图像传感器芯片及制造方法，可以避免产生离子污染和晶格损伤，从而降低白点个数，提高图像传感器的成像质量。

附图说明

图1为本发明中的图像传感器芯片的制造方法的流程图；

图2-图8为本发明中的图像传感器芯片在制造过程中的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的图像传感器芯片及制造方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想是：提供一种图像传感器芯片的制造方法，该方法包括：

步骤S101，提供衬底；

步骤S102，在所述衬底上方形成隔离层；

步骤S103，在所述隔离层上形成光刻胶层，并在所述光刻胶层的中心区域进行开口，露出所述中心区域的所述隔离层；

步骤S104，刻蚀所述中心区域的所述隔离层和所述衬底，在所述衬底的中心区域形成沟槽；

步骤S105，除去所述沟槽外围区域剩余的光刻胶层；

步骤S106，在所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域的上方形成牺牲氧化层，之后去除；

步骤S107，在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅，形成光电二极管区。

以下列举所述图像传感器芯片的制造方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。

请参考图1并结合图2-图8，本发明提供一种图像传感器芯片及制造方法，其中，图1为本发明中的图像传感器芯片的制造方法的流程图；图2-图8为本发明中的图像传感器芯片在制造过程中的结构示意图。

如图1所示，本实施例的图像传感器芯片的制造方法，包括如下步骤：

步骤S101：提供衬底。如图2所示，所述衬底1为现有技术中制备像素电路晶圆的任意衬底，例如硅衬底等，所述衬底1经过预处理，例如清洗和离子注入，所述衬底1可以是P型掺杂的衬底，也可以是N型掺杂的衬底。

接着，进行步骤S102：在所述衬底上方形成隔离层。请参考图3，所述隔离层2的材料可以为氧化硅，或者是氮化硅。所述隔离层2的厚度优选为

接着，进行步骤S103，在所述隔离层上形成光刻胶层，并在所述光刻胶层的中心区域进行开口，露出所述中心区域的所述隔离层。请参考图4，利用光刻工艺首先涂敷光刻胶层3，经过曝光显影后，在所述光刻胶层3的中心区域4获得开口，该开口使得其下方的隔离层2暴露出来。本步骤可以采用常规的光刻技术进行，其中，中心区域4的大小可以结合实际工艺需求来进行设定。

然后，进行步骤S104，刻蚀所述中心区域的所述隔离层和所述衬底，在所述衬底的中心区域形成沟槽。请参考图5，本发明采用干法刻蚀进行刻蚀过程，干法刻蚀能够获得较佳的侧壁，尽可能避免侧壁的倾斜，从而确保所述沟槽5的形貌，并且有利于减少污染。优选的，所述沟槽5的深度为2-3μm。

之后，进行步骤S105，除去所述沟槽外围区域剩余的光刻胶层。该步骤可以利用灰化过程进行，并在灰化后进行清洗。

之后，进行步骤S106，在所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域的上方形成牺牲氧化层，之后去除。请参考图6，所述牺牲氧化层6覆盖沟槽5的侧壁和底壁，以及隔离层2上也会存在牺牲氧化层6。所述牺牲氧化层6可以利用炉管工艺生长获得，其厚度优选为例如等。请参考图7，待牺牲氧化层6生长完成后，利用湿法刻蚀工艺将之去除。由此，本步骤可以使得在前述干法刻蚀形成沟槽5时对沟槽5表面造成的晶格损伤消除，从而获得良好的沟槽5'。

最后，进行步骤S107，在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅，形成光电二极管区。请参考图8，在本发明中采用外延气相沉积工艺形成所述掺杂单晶硅层7，从而在确保沟槽5的形貌较佳的情况下，进一步的提高形成的掺杂单晶硅层7的质量，也就是使得光电二极管区的质量得到保证。本步骤中，掺杂单晶硅会沉积在整个衬底1的上方，因而需要进行去除，由于隔离层2的存在，能够防止去除沟槽周围的掺杂单晶硅时对衬底1的损害，从而仅保留掺杂单晶硅位于沟槽中的部分，即为最终的掺杂单晶硅层7。其中，若所述衬底1为P衬底，则所述掺杂单晶硅层7为N掺杂；若所述衬底1为N衬底，则所述掺杂单晶硅层7为P掺杂。掺杂种类及剂量可以依据实际的图像传感器的规格而定。由此，光电二极管区制作完成。

可以进一步形成像素电路晶圆，可以按照现有技术进行，例如形成介质层，并在介质层中形成转换器件，以及进行金属布线等。以及将逻辑运算电路晶圆与像素电路晶圆键合，成为最终的图像传感器芯片。此过程为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

此外，在现有技术中，还存在着例如三层晶圆键合形成的图像传感器芯片，这类图像传感器芯片也可以适用本发明的形成方法，即采用本发明中这一形成光电二极管区的思想，避免产生离子污染和晶格损伤，从而降低白点个数，提高图像传感器的成像质量。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上方形成隔离层；

在所述隔离层上形成光刻胶层，并在所述光刻胶层的中心区域进行开口，露出所述中心区域的所述隔离层；

刻蚀所述中心区域的所述隔离层和所述衬底，在所述衬底的中心区域形成沟槽；

除去所述沟槽外围区域剩余的光刻胶层；

在所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域的上方形成牺牲氧化层，之后去除；

在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅，形成光电二极管区。

2.如权利要求1所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述隔离层为氧化硅层或氮化硅层。

3.如权利要求1或2所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述隔离层的厚度为

4.如权利要求1所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，利用光刻工艺在所述光刻胶层的中心区域进行开口。

5.如权利要求1所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，利用干法刻蚀工艺在所述衬底的中心区域刻蚀形成所述沟槽。

6.如权利要求1或5所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述沟槽的深度为2-3μm。

7.如权利要求1所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，利用湿法刻蚀去除所述沟槽上方以及所述沟槽外围区域上方的牺牲氧化层。

8.如权利要求1或7所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述牺牲氧化层的厚度为

9.如权利要求1所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，利用外延气相沉积工艺在所述沟槽内填充掺杂的单晶硅。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的图像传感器芯片的制造方法制备的图像传感器芯片。