CN105514133B - 一种图像传感器芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种图像传感器芯片及其制造方法，所述图像传感器芯片的制造方法与常规的刻蚀形成深沟道隔离槽，并在深沟道隔离槽中填充二氧化硅形成深沟道隔离不同，而是通过刻蚀像素的二氧化硅层，并在刻蚀后所形成的凹槽中形成单晶硅层，从而通过剩余的二氧化硅层形成深沟道隔离。如此，由于单晶硅层是刻蚀工艺后形成的，便可避免由深硅干式刻蚀引入的晶格损伤以及刻蚀污染的问题了；同时，剩余作为深沟道隔离的二氧化硅层也能够贯穿刻蚀后形成的单晶硅层。即深沟道隔离能够兼具像素间隔离较彻底以及晶格损伤较少、金属污染较轻的优点。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造技术领域，特别涉及一种图像传感器芯片及其制造方法。
背景技术
图像传感器芯片是摄像设备的核心部件，其通过将光信号转换成电信号来实现图像拍摄功能。图像传感器芯片由图像传感器晶圆制得，一块图像传感器晶圆能够得到成百上千个图像传感器芯片。
为了得到高质量的图像传感器芯片，特别需要注意改善图像传感器芯片的暗电流、白像素、噪声以及信号串扰方面的问题。在改善暗电流、白像素、噪声以及信号串扰方面，常用的方法是增强像素之间的间隔，包括电学隔离和物理隔离。电学隔离采用较深的P型势垒，物理隔离采用浅沟槽隔离，以及最新的深沟道隔离。
深沟道隔离形成工艺采用的是深硅干式刻蚀。但是，过深的刻蚀会对沟道侧壁造成晶格损伤，同时时间过长的刻蚀还会增加金属污染。所以常用的深沟道隔离采用非贯穿的结构，来平衡由此产生的缺陷。也就是说，现有技术中，深沟道隔离深度和减小晶格损伤、金属污染之间很难兼得。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像传感器芯片及其制造方法，以解决现有技术中的深沟道隔离不能兼具隔离深度以及晶格损伤较少、金属污染较轻的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种图像传感器芯片的制造方法，所述图像传感器芯片的制造方法包括：
提供原始晶圆，所述原始晶圆在完成制造工艺后可形成多个芯片单元，每个芯片单元包括像素区和逻辑区，每个像素区包括多个像素单元，每个像素单元包括多个像素，所述原始晶圆包括单晶硅基底层及位于单晶硅基底层上的二氧化硅层；
刻蚀间隔像素的二氧化硅层，形成多个间隔排布的第一次凹槽区；
在每个第一次凹槽区中形成单晶硅层；
刻蚀剩余像素的二氧化硅层，形成多个间隔排布的第二次凹槽区；
在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层；
其中，像素之间剩余的二氧化硅层作为深沟道隔离。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，还包括：
刻蚀每个像素单元中部分厚度的深沟道隔离及其两侧部分厚度的单晶硅层，形成多个第三次凹槽区。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，还包括：
刻蚀相邻像素单元间部分厚度的深沟道隔离及其两侧部分厚度的单晶硅层，形成多个第四次凹槽区。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，还包括：在每个第三次凹槽区中填充单晶硅，形成浮置扩散区。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，还包括：在每个第四次凹槽区中填充二氧化硅，形成宽隔离。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，所述二氧化硅层的厚度为2μm～5μm。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，通过外延生长工艺在每个第一次凹槽区中形成单晶硅层；通过外延生长工艺在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，在每个第一次凹槽区中形成的单晶硅层及在每个第二次凹槽区中形成的单晶硅层均为P型掺杂单晶硅层或者均为N型掺杂单晶硅层。
可选的，在所述的图像传感器芯片的制造方法中，还包括：在每个像素单元中形成传输栅、金属接触孔及金属布线。
本发明还提供一种图像传感器芯片，所述图像传感器芯片由上述的图像传感器芯片的制造方法制成。
在本发明提供的图像传感器芯片及其制造方法中，与常规的刻蚀形成深沟道隔离槽，并在深沟道隔离槽中填充二氧化硅形成深沟道隔离不同，而是通过刻蚀像素的二氧化硅层，并在刻蚀后所形成的凹槽中形成单晶硅层，从而通过剩余的二氧化硅层形成深沟道隔离。如此，由于单晶硅层是刻蚀工艺后形成的，便可避免由深硅干式刻蚀引入的晶格损伤以及刻蚀污染的问题了；同时，剩余作为深沟道隔离的二氧化硅层也能够贯穿刻蚀后形成的单晶硅层。即深沟道隔离能够兼具像素间隔离较彻底以及晶格损伤较少、金属污染较轻的优点。
附图说明
图1是本发明实施例的原始晶圆的剖面示意图；
图2a是本发明实施例中经过第一次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图；
图2b是本发明实施例中经过第一次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的俯视示意图；
图3是本发明实施例中在每个第一次凹槽区中形成单晶硅层后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图；
图4a是本发明实施例中经过第二次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图；
图4b是本发明实施例中经过第二次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的俯视示意图；
图5a是本发明实施例中在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图；
图5b是本发明实施例中在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层后的原始晶圆中像素单元的俯视示意图；
图6是本发明实施例中经过第三次刻蚀工艺后的结构剖面示意图；
图7是本发明实施例中经过第四次刻蚀工艺后的结构剖面示意图；
图8是本发明实施例中填充了第三次凹槽区和第四次凹槽区后的结构剖面示意图；
图9是本发明实施例中填充了第三次凹槽区和第四次凹槽区后的单个像素单元的俯视示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的图像传感器芯片及其制造方法作进一步详细说明。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。
本申请实施例首先提供了一种图像传感器芯片的制造方法，其包括：
提供原始晶圆，所述原始晶圆在完成制造工艺后可形成多个芯片单元，每个芯片单元包括像素区和逻辑区，每个像素区包括多个像素单元，每个像素单元包括多个像素，所述原始晶圆包括单晶硅基底层及位于单晶硅基底层上的二氧化硅层；
刻蚀间隔像素的二氧化硅层，形成多个间隔排布的第一次凹槽区；
在每个第一次凹槽区中形成单晶硅层；
刻蚀剩余像素的二氧化硅层，形成多个间隔排布的第二次凹槽区；
在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层；
其中，像素之间剩余的二氧化硅层作为深沟道隔离。
具体的，首先，请参考图1，其为本发明实施例的原始晶圆的剖面示意图。如图1所示，在本申请实施例中，所述原始晶圆10包括单晶硅基底层11及位于所述单晶硅基底层11上的二氧化硅层12。优选的，所述二氧化硅层12的厚度为2μm～5μm。更进一步的，所述二氧化硅层12的厚度与所需的光带二极管的厚度一致。其中，所述原始晶圆10包括多个芯片单元，每个芯片单元包括像素区和逻辑区，每个像素区包括多个像素单元。在本申请实施例中，为了图示的简单，仅示出了一个像素单元，该一个像素单元包括四个像素的情况。
接着，请参考图2a和图2b，其中，图2a为本发明实施例中经过第一次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图；图2b为本发明实施例中经过第一次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的俯视示意图。在本申请实施例中，先通过一次刻蚀工艺对间隔像素的二氧化硅层12进行刻蚀，从而形成多个间隔排布的第一次凹槽区20。具体在图中所示，即表现为对对角像素的二氧化硅层12进行刻蚀，暴露出其下的单晶硅基底层11。
接着，在每个第一次凹槽区20中形成单晶硅层21。具体如图3所示，其为本发明实施例中在每个第一次凹槽区中形成单晶硅层后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图。优选的，采用外延气相沉积工艺在每个第一次凹槽区20中形成所述单晶硅层21。在本申请实施例中，所述单晶硅层21为P型掺杂的单晶硅层。在本申请的其他实施例中，所述单晶硅层21也可以为N型掺杂的单晶硅层。对此本申请并不做限定，后续只需根据现有技术进行相应的掺杂离子及掺杂离子浓度选择，得到所需的光电二极管等器件结构即可。易知的，在本申请实施例中，所述单晶硅层21的厚度也为2μm～5μm。
接着请参考图4a和图4b，其中，图4a为本发明实施例中经过第二次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图；图4b为本发明实施例中经过第二次刻蚀工艺后的原始晶圆中像素单元的俯视示意图。如图4a和4b所示，在本申请实施例中，接着通过一次刻蚀工艺对剩余像素的二氧化硅层12进行刻蚀，从而形成多个间隔排布的第二次凹槽区22。在此，也就是对剩余的对角像素的二氧化硅层12进行刻蚀，暴露出其下的单晶硅基底层11。
接着，在每个第二次凹槽区22中形成单晶硅层21(在此，在每个第二次凹槽区22中所形成的单晶硅层与在每个第一次凹槽区20中所形成的单晶硅层相同，因此在本申请实施例中不再对两者做出区分)。具体如图5a和5b所示，其中，图5a为本发明实施例中在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层后的原始晶圆中像素单元的剖面示意图；图5b为本发明实施例中在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层后的原始晶圆中像素单元的俯视示意图。同样的，优选采用外延气相沉积工艺在每个第二次凹槽区22中形成所述单晶硅层21。在本申请实施例中，在每个第二次凹槽区22中形成的单晶硅层21也为P型掺杂的单晶硅层。在本申请的其他实施例中，在每个第二次凹槽区22中形成的单晶硅层21也可以为N型掺杂的单晶硅层。对此本申请并不做限定，后续只需根据现有技术进行相应的掺杂离子及掺杂离子浓度选择，得到所需的光电二极管等器件结构即可。易知的，在本申请实施例中，在每个第二次凹槽区22中形成的单晶硅层21的厚度也为2μm～5μm。
至此，便可得到深沟道隔离，所述深沟道隔离即为像素之间剩余的二氧化硅层12。易知的，所述深沟道隔离贯穿了单晶硅层21；同时，由于所述单晶硅层21是在刻蚀工艺后通过外延工艺形成的，因此其将不会有晶格损伤以及金属污染的问题。也即通过本申请实施例所提供的这一深沟道隔离的形成方法，所得到的深沟道隔离能够兼具贯穿以及晶格损伤较少、金属污染较轻的优点。
在本申请实施例中，进一步还包括：刻蚀每个像素单元中部分厚度的深沟道隔离及其两侧部分厚度的单晶硅层，形成多个第三次凹槽区23。具体如图6所示，其为本发明实施例中经过第三次刻蚀工艺后的结构剖面示意图。在此，对于深沟道隔离也即二氧化硅层的刻蚀与单晶硅层的刻蚀可以通过两步刻蚀工艺实现。具体可通过调整刻蚀气体、刻蚀时间与刻蚀功率予以实现，本申请对此不做限定。
在本申请实施例中，进一步还包括：刻蚀相邻像素单元间部分厚度的深沟道隔离及其两侧部分厚度的单晶硅层，形成多个第四次凹槽区24。具体请参考图7，其为本发明实施例中经过第四次刻蚀工艺后的结构剖面示意图。在图7中，为了显示出对于相邻像素单元间深沟道隔离的刻蚀，将示出更多个像素单元，即图7所示结构与之前的附图略有差别。在此，对于深沟道隔离也即二氧化硅层的刻蚀与单晶硅层的刻蚀也可以通过两步刻蚀工艺实现。具体可通过调整刻蚀气体、刻蚀时间与刻蚀功率予以实现，本申请对此不做限定。
在本申请实施例中，接下去，便在每个第三次凹槽区23中填充单晶硅，形成浮置扩散区25。具体的，可通过外延气相沉积工艺在每个第三次凹槽区23中生长单晶硅。进一步的，还在每个第四次凹槽区24中填充二氧化硅，形成宽隔离26。其中，所述宽隔离26相对于深沟道隔离而言，具有更宽的截面宽度。具体如图8所示，其为本发明实施例中填充了第三次凹槽区和第四次凹槽区后的结构剖面示意图。其中，单个像素单元的俯视结构如图9所示。
在本申请实施例中，通过在每个第四次凹槽区24中填充二氧化硅，形成宽隔离26，可更有效的对各像素单元进行隔离，从而进一步改善图像传感器芯片的暗电流、白像素、噪声以及信号串扰方面的问题，提高图像传感器芯片的质量。
在本申请实施例中，接下去便可进行传统的图像传感器芯片前段工艺，包括光电二极管区(即单晶硅层21)离子注入、传输栅、金属接触孔以及金属布线等的形成。
通过上述工艺便可形成图像传感器芯片，由此所形成的图像传感器芯片具有贯穿的深沟道隔离，同时该深沟道隔离侧壁的晶格损伤较少、金属污染较轻。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (10)
1.一种图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，包括：
提供原始晶圆，所述原始晶圆在完成制造工艺后可形成多个芯片单元，每个芯片单元包括像素区和逻辑区，每个像素区包括多个像素单元，每个像素单元包括多个像素，所述原始晶圆包括单晶硅基底层及位于单晶硅基底层上的二氧化硅层；
刻蚀间隔像素的二氧化硅层，形成多个间隔排布的第一次凹槽区；
在每个第一次凹槽区中形成单晶硅层；
刻蚀剩余像素的二氧化硅层，形成多个间隔排布的第二次凹槽区；
在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层；
其中，像素之间剩余的二氧化硅层作为深沟道隔离。
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，还包括：
刻蚀每个像素单元中部分厚度的深沟道隔离及其两侧部分厚度的单晶硅层，形成多个第三次凹槽区。
3.如权利要求2所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，还包括：
刻蚀相邻像素单元间部分厚度的深沟道隔离及其两侧部分厚度的单晶硅层，形成多个第四次凹槽区。
4.如权利要求3所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，还包括：在每个第三次凹槽区中填充单晶硅，形成浮置扩散区。
5.如权利要求3所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，还包括：在每个第四次凹槽区中填充二氧化硅，形成宽隔离。
6.如权利要求1～5中任一项所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，所述二氧化硅层的厚度为2μm～5μm。
7.如权利要求1～5中任一项所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，通过外延生长工艺在每个第一次凹槽区中形成单晶硅层；通过外延生长工艺在每个第二次凹槽区中形成单晶硅层。
8.如权利要求7所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，在每个第一次凹槽区中形成的单晶硅层及在每个第二次凹槽区中形成的单晶硅层均为P型掺杂单晶硅层或者均为N型掺杂单晶硅层。
9.如权利要求1～5中任一项所述的图像传感器芯片的制造方法，其特征在于，还包括：在每个像素单元中形成传输栅、金属接触孔及金属布线。
10.一种图像传感器芯片，其特征在于，所述图像传感器芯片由如权利要求1～9中任一项所述的图像传感器芯片的制造方法制成。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |