CN109326619A - 用于形成图像传感器的方法及图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，公开了一种用于形成图像传感器的方法及图像传感器，通过在第一衬底、第二衬底之间形成至少两个的感光层，感光层吸收不同波长的光并激发光电子，并对应光电子产生的区域进行信号收集并处理，从而省去滤色镜结构，简化工艺流程。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种用于形成图像传感器的方法及图像传感器。
背景技术
图像传感器(Image Sensor)，是一种将光学图像转换成电子信号的设备，将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。传统的图像传感器为前照式图像传感器(Front Side Illumination，FSI)，感光元件设置在电路元件的后方，光线经过电路层达到感光层。但是，由于光线需要经过电路层才能到达感光层，光线中途会受到电路元件遮挡的影响，降低了低光照条件下的拍摄效果。因此，人们设计了一种新型的背照式图像传感器(Back Surface Illuminated，BSI)，背照式图像传感器是通过将感光元件的感光面调转方向，使得光线从器件背面直射进去，让光线直接进入感光层，避免了光线受到电路层的影响，从而增大感光量，进而显著的提高了光的效能，大大改善了低光照条件下图像传感器的感光效果。
在图像传感器中，当光线投射入感光元件后，部分光子会被半导体材料反射，剩余光子被所述感光元件中的感光层吸收并激发电子-空穴对，产生光电子，从而完成光电转换的过程。不同颜色光的波长不同，其光子被感光层吸收的几率不同，吸收深度也就不同：蓝光波长较短，蓝光光子被感光层吸收的几率较高，入射深度较浅；红光波长较长，红光光子被感光层吸收的几率较低，入射深度较深。利用不同波长光的吸收深度不同，光电子产生的位置不同，对相应光电子进行信号采集，从而可以省去滤色镜的结构，达到减少工艺步骤、简化器件结构的目的。
如专利公开号为CN107578990A、发明名称为图像传感器的形成方法的中国专利，该形成方法包括：提供工艺衬底，工艺衬底包括相背设置的第一面和第二面；在第一面上形成过渡层；在过渡层上形成第一掺杂层；在第一掺杂层上形成感光结构；形成感光结构之后，以过渡层为停止层，对工艺衬底的第二面进行减薄处理，以去除工艺衬底；去除工艺衬底之后，去除过渡层，露出第一掺杂层。过渡层在减薄处理过程中作为停止层，提高去除工艺衬底的工艺控制精度，提高所形成图像传感器中，第一掺杂层厚度的精确性，使省去滤色镜结构而实现不同颜色光信号采集成为可能，从而达到简化形成工艺和器件结构，降低制造成本的目的，更好地实现结构简化和性能改善的兼顾。
但是，由于不同的感光层之间的层间距较小，光电子在不同光电转换区域之间容易发生干扰，降低背照式图像传感器的性能。
发明内容
本发明针对上述技术问题而提出，目的是在于提供一种用于形成图像传感器的方法，本发明的用于形成图像传感器的方法基于SON(silicon on nothing)结构，可以有效提高图像清晰度，提升所形成图像传感器的性能。
具体来说，本发明提供了一种用于形成图像传感器的方法，包括如下步骤：
步骤S1：提供第一衬底、第二衬底以及位于两者之间的至少两个的感光层；
步骤S2：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成有第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成第二隔离层；
相较于现有技术而言，本发明提供的用于形成图像传感器的方法，通过设置第一隔离层以及第二隔离层，对相邻感光层进行隔离。，利用不同波长的光吸收长度的不同而导致光电子产生的位置不同，在针对相应光电子产生区域进行信号收集并后续处理的同时，通过设置上述隔离层，有效避免光电子在不同光电转换区域之间发生干扰提高所形成图像传感器的性能。
另外，作为优选，还包括步骤S3：形成隔离栅，所述隔离栅将每一所述感光层隔离成多个感光单元。
通过上述技术方案，隔离栅将每一感光层均隔离成多个感光单元，对同一层的感光单元进行隔离，避免光电子在同一层的不同光电转换区域之间发生干扰，进一步提高所形成图像传感器的性能
另外，作为优选，步骤S2具体包括：
步骤S21：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成有第一伪隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间形成有第二伪隔离层；
步骤S22：选择性地刻蚀去除第一伪隔离层以及第二伪隔离层；
步骤S23：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成第二隔离层。
先在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间形成第二伪隔离层，再将第一伪隔离层、第二伪隔离层去除并形成第一隔离层、第二隔离层，利用SON结构，通过形成上述隔离层避免光电子在不同光电转换区域之间发生干扰，以提高所形成图像传感器的性能。
进一步地，作为优选，在步骤S21中，利用外延生长技术沉积第一伪隔离层、第二伪隔离层。
另外，作为优选，在步骤S22中，采用湿法刻蚀工艺，刻蚀第一伪隔离层、第二伪隔离层。
湿法刻蚀具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜，可以有效保护与第一伪隔离层、第二伪隔离层接触的第一衬底、感光层以及第二衬底。
进一步地，作为优选，在步骤S22中，利用配比为：30-50％的HNO3、0.8-1.2％的HF、1-3％的CH3COOH、余量为H2O的刻蚀液刻蚀第一伪隔离层、第二伪隔离层。
这样配比的刻蚀液可以很好的刻蚀第一伪隔离层、第二伪隔离层，并且不会损坏与之接触的其他材料的薄膜，有效保护第一衬底、感光层以及第二衬底。
另外，作为优选，在步骤S22中，对第二衬底、至少两个的感光层以及第一伪隔离层、第二伪隔离层进行刻蚀并形成刻蚀液槽，向刻蚀液槽内通入刻蚀液，以刻蚀去除第一伪隔离层、第二伪隔离层。
通过开设刻蚀液槽并向刻蚀液槽内通入刻蚀液，提高刻蚀液与第一伪隔离层、第二伪隔离层之间的接触面积，提高对第一伪隔离层、第二伪隔离层的刻蚀效果，从而有利于后续在第一隔离层、第二隔离层的形成。
另外，作为优选，在步骤S1中，利用ALD工艺沉积第一隔离层、第二隔离层。
利用ALD工艺沉积第一隔离层、第二隔离层，可以提高第一隔离层、第二隔离层的沉积效果，有效控制第一隔离层、第二隔离层的厚度。
另外，作为优选，步骤S1具体包括：
步骤S11：提供第一衬底，在第一衬底上形成第一伪隔离层；
步骤S12：在第一伪隔离层上依次形成掺杂离子的导电类型不同的第一掺杂层、第二掺杂层以及第二伪隔离层；其中，所述导电类型不同是指所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的掺杂离子的导电类型不同。
重复至少两次步骤S12；
步骤S13：在位于顶层的第二伪隔离层上形成第二衬底。
利用第一掺杂层和第二掺杂层所掺杂离子的导电类型不同，形成感光层，也即光电二极管。利用不同深度的光电二极管吸收不同波长的光并产生相应不同的光电子，对相应光电子产生区域进行信号收集，然后进行后续处理，从而可以省去滤色镜的结构，使得工艺过程变得更加简易，节约成本。
另外，作为优选，在步骤S1中，利用外延生长技术形成第一掺杂层和第二掺杂层。
外延生长方式所形成材料的质量较好，工艺控制精度较高，能够提高所形成的第一掺杂层和第二掺杂层的精度，从而保证光生载流子产生位置的精确控制，提高所形成图像传感器信号采集的精度。
本发明同时也提供一种图像传感器，本发明的图像传感器基于SON结构，在利用不同波长的光吸收长度的不同而导致光电子产生的位置不同，从而针对相应光电子产生区域进行信号收集并后续处理的同时，通过设置相应的隔离层，可以有效避免光电子在不同光电转换区域之间发生干扰，提升所形成图像传感器的性能。
具体来说，本发明提供了一种图像传感器，包括第一衬底、第二衬底以及位于两者之间的至少两个的感光层，在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与第二衬底相邻的感光层之间均形成有第二隔离层，形成有隔离栅，所述隔离栅将每一所述感光层隔离成多个感光单元。
相较于现有技术而言，本发明提供的图像传感器，通过在第一衬底与和与所述第一衬底相邻的感光层之间设置第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均设置有第二隔离层，形成的隔离栅有效避免光电子在不同光电转换区域之间发生干扰，提高所形成图像传感器的性能。
附图说明
图1是用于形成图像传感器的方法的简单步骤示意图；
图2是用于形成图像传感器的方法的具体步骤示意图；
图3至图21是图像传感器形成方法各个步骤对应的剖面结构示意图；
图22是光线投射到感光单元时测得光信号的示意图。
附图标记说明：
1、第一衬底；2、第二衬底；3r、3g、3b、感光层；4、隔离栅；5、第一隔离层；5r、5g、5b、第二隔离层；6、第一伪隔离层；6r、6g、6b、第二伪隔离层；7r、7g、7b、第一掺杂层；8r、8g、8b、第二掺杂层；91、92、93、光刻胶；10、SiN层；11、开口；12b、第一凹槽；12g、第二凹槽；12r、第三凹槽；13、导体材料；14、隔离槽；15、隔离凹槽；16、刻蚀槽；17、刻蚀液槽；18、电路结构层；19、隔离材料层。
具体实施方式
下面结合说明书附图，对本发明进行进一步的详细说明。附图中示意性地简化示出了用于形成图像传感器的方法及图像传感器的结构等。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
本实施方式提供了一种用于形成图像传感器的方法，基于SON结构，提高图像清晰度，提升所形成图像传感器的性能。
以下结合图示，具体对本实施方式进行说明。
参见图1所示，本实施方式包括如下步骤：
步骤S1：提供第一衬底、第二衬底以及位于两者之间的至少两个的感光层；
步骤S2：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成有第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成第二隔离层；
步骤S3：形成隔离栅，所述隔离栅将每一所述感光层隔离成多个感光单元。
本实施方式中，第一衬底、第二衬底的材料为单晶硅。在实施例中，第一衬底、第二衬底的材料也可以是多晶硅、非晶硅或者硅、锗、砷化镓或硅锗化合物。
本实施方式中，第一隔离层、第二隔离层的材质可以是Ge、SiN、或者SiO2。
相较于现有技术而言，本发明提供的用于形成图像传感器的方法在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间设置第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与第二衬底相邻的感光元件之间均设置有第二隔离层，即对不同光电子储存区之间填充合适的绝缘材料以进行有效隔离，防止不同区域光电子之间的干扰，可以避免光电子在不同光电转换区域之间发生干扰，提高所形成图像传感器的性能。隔离栅将每一感光层均隔离成多个感光单元，对同一层的感光单元进行隔离，避免光电子在同一层的不同光电转换区域之间发生干扰，进一步提高所形成图像传感器的性能。隔离层与隔离栅相互配合，对感光层进行多维度的隔离，隔离效果更佳优异。
本实施方式的图像传感器具有至少两个的感光层，不同波长的光在相应的感光层中激发产生光电子，并可以通过对相对应的光电子产生区域进行信号收集，进行后续处理，从而省去滤色镜的结构，使得BSI工艺过程变得更加简易，进而能够降低工艺成本。同时，在利用至少两个的感光层以省去滤色镜结构之后，还能够保证所形成图像传感器对不同颜色光信号采集的精确性，改善所形成图像传感器的性能，从而能够更好的兼顾结构简化和性能改善。
在步骤S2中，利用ALD工艺沉积第一隔离层、第二隔离层。ALD(Atomic LayerDeposition，原子层沉积)工艺具有沉淀的薄膜纯度高、均匀性及保护性好的优点，还能够十分精确地控制薄膜的厚度与成分。利用ALD工艺沉积，可以提高第一隔离层、第二隔离层的沉积效果，有效控制第一隔离层、第二隔离层的厚度。
另外，参见图2所示，作为优选，步骤S2具体包括：
步骤S21：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一伪隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成第二伪隔离层，特别地，第一伪隔离层、第二伪隔离层的材质为SiGe；
步骤S22：将第一伪隔离层以及第二伪隔离层选择性地刻蚀去除；
步骤S23：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成第二隔离层。
步骤S2通过在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一伪隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间填充第二伪隔离层，然后去除并填充第一隔离层、第二隔离层，方便第一隔离层、第二隔离层的形成，第二隔离层可以对不同区域的感光层进行隔离，避免光电子在不同光电转换区域之间发生干扰，提高所形成图像传感器的性能。
在步骤S21中，利用外延生长技术沉积第一伪隔离层、第二伪隔离层。
在步骤S22中，采用湿法刻蚀工艺，刻蚀第一伪隔离层、第二伪隔离层。湿法刻蚀具有优良的选择性，刻蚀完当前薄膜就会停止，而不会损坏下面一层其他材料的薄膜，有效保护与第一伪隔离层、第二伪隔离层接触的第一衬底、感光层以及第二衬底。
在步骤S22中，利用配比为：40％的HNO3、1％的HF、2％的CH3COOH、其余为H2O的刻蚀液刻蚀上述的第一伪隔离层、第二伪隔离层，上述的百分比为重量比。在配比过程中，使用浓度为70％的HNO3、浓度为49％的HF、浓度为99.9％的CH3COOH以及H2O，并通过计算得出所需的HNO3、HF、CH3COOH以及H2O的体积，将相对应体积的HNO3溶液、HF溶液、CH3COOH溶液以及H2O进行配比。该刻蚀液具有高选择性，其选择性高于300：1。该刻蚀液可以很好的刻蚀第一伪隔离层、第二伪隔离层，并且不会损坏与之接触的其他材料的薄膜，有效保护与第一伪隔离层、第二伪隔离层接触的第一衬底、感光层以及第二衬底。
在步骤S22中，对第二衬底、至少两个感光层以及第一伪隔离层、第二伪隔离层进行刻蚀并形成刻蚀液槽，向刻蚀液槽内通入刻蚀液，以刻蚀去除第一伪隔离层、第二伪隔离层。通过开设刻蚀液槽并向刻蚀液槽内通入刻蚀液，提高刻蚀液与第一伪隔离层、第二伪隔离层之间的接触面积，提高刻蚀液对第一伪隔离层、第二伪隔离层的刻蚀效果，从而有利于后续在第一衬底与感光层之间以及相邻两个感光层之间形成第一隔离层、第二隔离层。
参见图2所示，步骤S1具体包括：
步骤S11：提供第一衬底，在第一衬底上形成第一伪隔离层；
步骤S12：在第一伪隔离层上依次形成掺杂离子的导电类型不同的第一掺杂层、第二掺杂层以及第二伪隔离层；其中，导电类型不同是指第一掺杂层和第二掺杂层的掺杂离子的导电类型不同。
重复至少两次步骤S12；
步骤S13：在位于顶层的第二伪隔离层上形成第二衬底。
利用第一掺杂层和第二掺杂层所掺杂离子的导电类型不同，形成光电二极管作为感光层。利用不同深度的光电二极管激发出不同的光电子，并对相应光电子产生区域进行信号收集，进行后续处理，从而省去滤色镜的结构，使得工艺过程变得更加简易，节约成本。
在步骤S1中，利用外延生长技术形成第一掺杂层和第二掺杂层。外延生长方式所形成材料的晶格质量较好，工艺控制精度较高，能够提高所形成的第一掺杂层和第二掺杂层的精度，从而保证光生载流子产生位置的精确控制，使省去滤色镜结构、实现不同颜色光信号采集的功能成为可能，提高所形成图像传感器信号采集的精度，更好的兼顾结构简化和性能改善。
本实施方式中，第一掺杂层掺杂P型离子，第二掺杂层掺杂N型离子，更优地，第二掺杂层的掺杂浓度高于第一掺杂层的掺杂浓度，即光电二极管由N+型半导体材料层和P型半导体材料层构成。这样，当图像传感器在使用时，由于是背面接收入射光，每个光电二极管均是N+型半导体材料层先接收入射光，这比起P型半导体材料层先接收入射光的情况，能够产生更多的光生电子(例如，若P型半导体材料层先接收入射光，则到达N+型半导体材料层的入射光会减少，从而N+型半导体材料层产生的光生电子也会减少)。
优选的，在EPI外延工艺中，使用原位离子掺杂形成第一掺杂层、第二掺杂层。与离子注入技术相比，通过原位掺杂的方式进行离子掺杂的做法，不会对材料的结构造成损伤，能够有效减少第一掺杂层和第二掺杂层中的损伤缺陷，降低损伤缺陷对光生载流子的俘获作用，增加对光生载流子的有效收集。而且原位掺杂的做法，还能够改善第一掺杂层和第二掺杂层内掺杂离子的分布均匀性，能够使掺杂离子分布于第一掺杂层和第二掺杂层的整个范围内，从而有效增加感光层中能够实现光信号采集的面积，增大光生载流子有效收集的增加和光信号采集的面积，有效改善所形成图像传感器的性能。
在第一伪隔离层上重复上述步骤S12三次，在第一衬底上依次形成红色感光层、绿色感光层以及蓝色感光层。在第一衬底形成红色感光层、绿色感光层以及蓝色感光层，三个感光层可以有效收集各种原色光电子，提高所形成图像传感器收集光电子的能力。图像传感器具有三个的感光层，不同波长的光在相应的感光层中产生光电子，并对相对应的光电子产生区域进行信号收集，进行后续处理，从而省去滤色镜的结构，使得BSI工艺过程变得更加简易，进而能够降低工艺成本。
本实施方式的具体工作原理及有益效果在于：
参见图3所示，提供第一衬底1，在第一衬底1的上表面利用外延生长技术形成第一伪隔离层6，在第一伪隔离层6上依次形成感光层以及第二伪隔离层。如图1所示，感光层、第二伪隔离层均有三个，第一伪隔离层6、第二伪隔离层以及感光层依次形成为第一伪隔离层6、感光层3b、第二伪隔离层6b、感光层3g、第二伪隔离层6g、感光层3r以及第二伪隔离层6r。每一感光层3r、3g、3b由一层第一掺杂层和一层第二掺杂层组成，第一掺杂层7r、7g、7b与第二掺杂层8r、8g、8b的掺杂离子的导电类型不同。接着，在第二伪隔离层6r上形成第二衬底2。
参见图4所示，在第二衬底2的表面硬掩模沉积一层SiN层10，在SiN层10表面旋涂光刻胶91，并在光刻胶91上进行曝光和显影，从而在光刻胶91上形成开口11。
参见图5所示，沿着开口11朝向第一衬底1的方向依次刻蚀SiN层10、第二衬底2、第二伪隔离层6r、感光层3r、第二伪隔离层6g、感光层3g、第二伪隔离层6b以及第二掺杂层8b，形成第一凹槽12b。特别地，通过接触刻蚀工艺进行刻蚀，刻蚀简单，刻蚀效果优异。
参见图5所示，去除光刻胶91。
参见图6所示，先在SiN层10的上表面、第一凹槽12b的槽底以及槽壁沉积有隔离材料层19。然后，参见图7所示，刻蚀去除位于SiN层10上表面以及第一凹槽12b的槽底的隔离材料层19。
参见图8所示，在第一凹槽12b内以及SiN层10上表面沉积导体材料13，例如沉积掺杂多晶硅。之后，参见图9所示，刻蚀去除位于SiN层10上表面的导体材料13。
参见图10所示，在上述的成型物上使用同样的方法刻蚀第二凹槽12g、第三凹槽12r，并对第二凹槽12g、第三凹槽12r进行如前述的处理。其中，第二凹槽12g的槽底位于第一掺杂层7g的上表面，第三凹槽12r的槽底位于第一掺杂层7r的上表面。
参见图11所示，在SiN层10上表面旋涂光刻胶92，并进行显影和曝光，在光刻胶92上形成隔离槽14，隔离槽14的槽底均位于SiN层10的上表面。
参见图12所示，采用各向异性干法刻蚀工艺，沿着隔离槽14朝向第一衬底1的方向依次刻蚀SiN层10、第二衬底2、第二伪隔离层6r、6g、6b、三个感光层3r、3g、3b以及第一伪隔离层6,形成隔离凹槽15。
参见图13所示，去除光刻胶92，在隔离凹槽15内以及SiN层10上表面沉积隔离材料，沉积在隔离凹槽15内的隔离材料形成为隔离栅4，隔离栅4将感光层3r、3g、3b隔离成多个感光单元。
参见图14所示，在位于SiN层10上的隔离材料的上表面旋涂光刻胶93。
参见图15所示，在光刻胶93上显影并曝光形成刻蚀槽16，刻蚀槽16的槽底位于在SiN层10上的上表面。
参见图16所示，继续向第一衬底1的方向刻蚀，形成刻蚀液槽17，刻蚀液槽17的槽底位于第一衬底1的上表面。
参见图17所示，向刻蚀液槽17内通入刻蚀液，刻蚀液将第一伪隔离层6、第二伪隔离层6r、6g、6b刻蚀去除。
优选的，刻蚀液的配比为40％的HNO3、1％的HF、1％的CH3COOH、其余为H2O。经多次试验得出，此时的刻蚀液具有高选择性，选择性高于300：1。
参见图18所示，去除光刻胶93，向第一衬底1与第一掺杂层7b之间、第二掺杂层8b与第一掺杂层7g之间、第二掺杂层8g与第一掺杂层7r之间、第二掺杂层8r与第二衬底2之间沉积隔离材料，形成第一隔离层5以及第二隔离层5r、5g、5b。
参见图19所示，去除位于SiN层10上表面的隔离材料和SiN层10。
参见图20所示，在第二衬底2内以及上表面形成电路结构层18以及逻辑电路结构(图中未示出)。参见图21所示，将上述步骤后的成型物与另一成型物进行键合，并翻转，第二衬底2位于第一衬底1的上方，将第一衬底1减薄后刻蚀去除。
特别地，光线投射到感光层3r、3g、3b后，被感光层3r、3g、3b上的感光层吸收并激发电子-空穴对，产生光电子，进而产生光信号。根据光的衰减规律，通过三个感光层所收集到的光信号以及每一层感光层的厚度，计算出单色光的信号。
参见图22所示，例如，分别测得三个感光层的信号一次为S3、S2、S1，其中，蓝光只能到达感光层3b，绿光可以穿过感光层3b到达感光层3g，红光可以穿过感光层3b、3g到达感光层3r。
即：S3＝SR3 (1)；
S2＝SR2+SG2 (2)；
S1＝SR1+SG1+SB1 (3)。
可以先由公式(1)得到SR3。
将SR3代入到光的衰减规律中，可以计算出SR2、SR1。
将SR2代入到公式(2)中可以得到SG2。
将SG2代入到光的衰减规律中，可以计算出SG1。
将SR1、SG1代入到公式(3)中可以得到SB1。
因此，本实施方式利用SON工艺，对不同光电子储存区之间，通过填充隔离材料形成隔离层进行有效的隔离，防止不同区域光电子之间的干扰，在各个感光层部分都可以获取清晰的单色光信号，可以制造出具备良好图像清晰度的图像传感器。
本实施方式还提供了一种图像传感器，参考图19及图20所示，包括第一衬底1、第二衬底2以及位于两者之间的三个的感光层3r、3g、3b，在第一衬底1和与该第一衬底1相邻的感光层3b之间形成有第一隔离层5，在感光层3b与感光层3g之间、感光层3g与感光层3r之间、与第二衬底2相邻的感光层3r和该第二衬底2之间分别形成有第二隔离层5b、5g、5r，形成有隔离栅4，隔离栅4将感光层3r、3g、3b均隔离成多个感光单元。在第二衬底2内以及上表面形成电路结构层18以及逻辑电路结构(图中未示出)。
相较于现有技术而言，本发明提供的图像传感器，通过设置有第一隔离层5以及第二隔离层5b、5g、5r，避免光电子在不同光电转换区域之间发生干扰，提高所形成图像传感器的性能。
优选地，利用ALD工艺沉积第一隔离层5以及第二隔离层5r、5g、5b，提高第一隔离层5以及第二隔离层5r、5g、5b的沉积效果，有效控制第一隔离层5以及第二隔离层5r、5g、5b的厚度。
感光层3r、3g、3b均包括第一掺杂层7r、7g、7b以及第二掺杂层8r、8g、8b，第一掺杂层7r、7g、7b靠近第一衬底1一侧设置。其中，第一掺杂层7r、7g、7b掺杂P型离子，第二掺杂层8r、8g、8b掺杂N型离子，第二掺杂层8r、8g、8b的掺杂浓度高于第一掺杂层7r、7g、7b的掺杂浓度。
自第二衬底2朝向第一衬底1方向刻蚀有第一凹槽12b、第二凹槽12g以及第三凹槽12r，第一凹槽12b、第二凹槽12g以及第三凹槽12r的槽底分别与第一掺杂层7b的上表面、第一掺杂层7g的上表面、以及第一掺杂层7r的上表面接触。自第二衬底2朝向第一衬底1方向还刻蚀并填充有隔离栅4，隔离栅4将感光层3r、3g、3b均隔离成多个感光单元。
对于本领域技术人员来说，在本发明技术思想的范围内能够根据需要而对于上述控制方法的各个步骤进行删减或者顺序调整。
本领域的普通技术人员可以理解，在上述的各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。
Claims (10)
1.一种用于形成图像传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：提供第一衬底、第二衬底以及位于两者之间的至少两个的感光层；
步骤S2：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成第二隔离层。
2.据权利要求1所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，还包括步骤S3：形成隔离栅，所述隔离栅将每一所述感光层隔离成多个感光单元。
3.根据权利要求1或2所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，步骤S2具体包括：
步骤S21：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一伪隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间形成第二伪隔离层；
步骤S22：选择性地刻蚀去除第一伪隔离层以及第二伪隔离层；
步骤S23：在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成第二隔离层。
4.根据权利要求3所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，在步骤S21中，利用外延生长技术沉积第一伪隔离层、第二伪隔离层。
5.根据权利要求3所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，在步骤S22中，采用湿法刻蚀工艺，刻蚀第一伪隔离层、第二伪隔离层。
6.根据权利要求5所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，在步骤S22中，利用配比为：30-50％的HNO3、0.8-1.2％的HF、1-3％的CH3COOH、余量为H2O的刻蚀液刻蚀第一伪隔离层、第二伪隔离层。
7.根据权利要求5或6所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，在步骤S22中，对第二衬底、至少两个的感光单元以及第一伪隔离层、第二伪隔离层进行刻蚀并形成刻蚀液槽，向刻蚀液槽内通入刻蚀液，以刻蚀去除第一伪隔离层、第二伪隔离层。
8.根据权利要求1、2、4-6中的任一项所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，在步骤S2中，利用ALD工艺沉积第一隔离层、第二隔离层。
9.根据权利要求1、2、4-6中的任一项所述的用于形成图像传感器的方法，其特征在于，步骤S1具体包括：
步骤S11：提供第一衬底，在第一衬底上形成第一伪隔离层；
步骤S12：在第一伪隔离层上依次形成掺杂离子的导电类型不同的第一掺杂层、第二掺杂层以及第二伪隔离层；其中，所述导电类型不同是指所述第一掺杂层和所述第二掺杂层的掺杂离子的导电类型不同；
重复至少两次步骤S12；
步骤S13：在位于顶层的第二伪隔离层上形成第二衬底。
10.一种图像传感器，其特征在于，包括第一衬底、第二衬底以及位于两者之间的至少两个的感光层，在第一衬底和与所述第一衬底相邻的感光层之间形成第一隔离层，在相邻两个感光层之间以及第二衬底和与所述第二衬底相邻的感光层之间均形成有第二隔离层，形成有隔离栅，所述隔离栅将所述感光层隔离成多个感光单元。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110310971A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-10-08 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| CN110444554A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-12 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6534759B1 (en) * | 2001-09-10 | 2003-03-18 | National Semiconductor Corporation | Vertical photodetector with improved photocarrier separation and low capacitance |
| US20060011930A1 (en) * | 2004-07-16 | 2006-01-19 | Seiichiro Tamai | Semiconductor photodetecting device and method of manufacturing the same |
| US20060197172A1 (en) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid-state image pick-up device of photoelectric converting film lamination type |
| WO2008035861A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-27 | Hanvision Co., Ltd. | A semiconductor device |
| CN101378069A (zh) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN107578990A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-12 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器的形成方法 |
| CN108054179A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-18 | 德淮半导体有限公司 | 用于形成图像传感器的方法及图像传感器 |
-
2018
- 2018-09-29 CN CN201811150266.9A patent/CN109326619A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6534759B1 (en) * | 2001-09-10 | 2003-03-18 | National Semiconductor Corporation | Vertical photodetector with improved photocarrier separation and low capacitance |
| US20060011930A1 (en) * | 2004-07-16 | 2006-01-19 | Seiichiro Tamai | Semiconductor photodetecting device and method of manufacturing the same |
| US20060197172A1 (en) * | 2005-02-23 | 2006-09-07 | Fuji Photo Film Co., Ltd. | Solid-state image pick-up device of photoelectric converting film lamination type |
| WO2008035861A1 (en) * | 2006-09-20 | 2008-03-27 | Hanvision Co., Ltd. | A semiconductor device |
| CN101378069A (zh) * | 2007-08-30 | 2009-03-04 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN107578990A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-01-12 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器的形成方法 |
| CN108054179A (zh) * | 2017-12-11 | 2018-05-18 | 德淮半导体有限公司 | 用于形成图像传感器的方法及图像传感器 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110310971A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-10-08 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| CN110444554A (zh) * | 2019-08-16 | 2019-11-12 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
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