CN110223995B - 一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备 - Google Patents
一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110223995B CN110223995B CN201910518033.8A CN201910518033A CN110223995B CN 110223995 B CN110223995 B CN 110223995B CN 201910518033 A CN201910518033 A CN 201910518033A CN 110223995 B CN110223995 B CN 110223995B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- pixel
- image sensor
- dielectric layer
- layer
- wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 112
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 69
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 128
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 128
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 128
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 72
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 66
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 6
- 238000010301 surface-oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 32
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 24
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 17
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 9
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 9
- 238000010893 electron trap Methods 0.000 description 8
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 5
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 3
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- -1 hydrogen ions Chemical class 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 238000002513 implantation Methods 0.000 description 2
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229910021421 monocrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
Abstract
本申请实施例公开了一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备，其中，方法包括：获取具有介质层的像素晶圆衬底；在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的图像传感器。
Description
技术领域
本申请实施例涉及半导体器件及其制造领域，涉及但不限于一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备。
背景技术
图像传感器是将光信号转换成电信号的器件。近年来，随着计算机和通信产业的快速发展，在诸如数字照相机、便携式摄像机、游戏机、安保摄像机、医用微型摄像机和机器人等的各种设备中，对于图像传感器的应用范围逐渐增大，并且对于图像传感器的性能也有了更大的需求。然而，图像传感器像素单元之间的信号串扰问题是影响图像传感器性能的主要因素之一。
目前，为了减少图像传感器像素单元之间的信号串扰，通常是通过形成深沟道隔离或者形成P型隔离，以隔离开两个相邻的像素单元。
但是，采用深沟道隔离和P型隔离的方法，在解决像素单元之间的信号串扰问题时均不能达到理想的效果。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备，能够有效解决图像传感器像素单元之间的信号串扰问题。
本申请实施例的技术方案是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供一种图像传感器的形成方法，包括：
获取具有介质层的像素晶圆衬底；
在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的图像传感器。
在一些实施例中，所述在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的所述图像传感器，包括：
在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的像素器件；
将所述像素器件与载体晶圆进行键合处理，以形成具有所述介质层的图像传感器。
在一些实施例中，在将所述像素器件与载体晶圆进行键合处理之后，所述方法还包括：
对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理。
在一些实施例中，所述像素晶圆衬底还包括第一体硅层和第二体硅层；
对应地，所述获取具有介质层的像素晶圆衬底，包括：
对所述第一体硅层进行表面氧化处理，形成所述介质层；
在所述介质层之上键合所述第二体硅层，以形成所述像素晶圆衬底。
在一些实施例中，所述在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的像素器件，包括：
在所述第一体硅层中形成第一深沟道隔离和第一像素单元；
在所述第二体硅层中形成第二深沟道隔离和第二像素单元，以形成所述像素器件；
其中，所述第一深沟道隔离与所述第二深沟道隔离一一对应，且所述第一像素单元与所述第二像素单元一一对应。
在一些实施例中，所述对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理，包括：
完全去除所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，以保留与所述第二体硅层连接的所述介质层；或者，
去除部分厚度的所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，以保留剩余第二体硅层和与所述第二体硅层连接的所述介质层；或者，
完全去除所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，并去除部分厚度的所述介质层，以保留剩余介质层。
在一些实施例中，所述对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理，包括：
采用湿法刻蚀工艺，对所述键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理；和/或，
采用CMP工艺，对所述键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理。
第二方面，本申请实施例提供一种图像传感器，包括：
载体晶圆；
在具有介质层的像素晶圆衬底上形成的具有所述介质层的像素器件；
其中，所述像素器件与所述载体晶圆键合成为一体。
在一些实施例中，所述像素晶圆衬底还包括第一体硅层和第二体硅层；
对应地，所述像素器件包括：
位于所述第一体硅层中的第一深沟道隔离和第一像素单元；
位于所述第二体硅层中的第二深沟道隔离和第二像素单元；
所述第一深沟道隔离与所述第二深沟道隔离一一对应，且所述第一像素单元与所述第二像素单元一一对应。
第三方面，本申请实施例提供一种电子设备，包括：
电子设备主体；
位于所述电子设备主体上的图像传感器；其中，所述图像传感器包括：载体晶圆；在具有介质层的像素晶圆衬底上形成的具有所述介质层的像素器件；其中，所述像素器件与所述载体晶圆键合成为一体。
本申请实施例提供的图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备，由于是在像素晶圆衬底上形成具有介质层的图像传感器，如此，由于所形成的图像传感器具有所述介质层，通过该介质层能够实现对图像传感器的像素单元进行有效的物理隔离，从而有效降低图像传感器像素单元之间的信号串扰，保障图像传感器的性能。
附图说明
在附图(其不一定是按比例绘制的)中，相似的附图标记可在不同的视图中描述相似的部件。具有不同字母后缀的相似附图标记可表示相似部件的不同示例。附图以示例而非限制的方式大体示出了本文中所讨论的各个实施例。
图1A为本申请实施例提供的图像传感器的形成方法的实现流程示意图；
图1B为本申请实施例提供的像素晶圆衬底的结构示意图；
图2为本申请实施例提供的图像传感器的形成方法的实现流程示意图；
图3A为本申请实施例所提供的第一体硅层的结构示意图；
图3B为本申请实施例在第一体硅层上形成介质层的过程示意图；
图3C为本申请实施例进行轻气体离子注入的过程示意图；
图3D为本申请实施例在介质层之下键合第二体硅层的过程示意图；
图3E为本申请实施例对第一体硅层进行退火处理的过程示意图；
图3F为本申请实施例对第一体硅层进行剥离处理的过程示意图；
图4A为本申请实施例在第一体硅层中形成第一深沟道隔离和第一像素单元的过程示意图；
图4B为本申请实施例在第二体硅层中形成第二深沟道隔离和第二像素单元的过程示意图；
图4C为本申请实施例将像素器件与载体晶圆进行键合处理的过程示意图；
图4D为本申请实施例第一种晶背减薄处理方式的实现过程示意图；
图4E为本申请实施例第二种晶背减薄处理方式的实现过程示意图；
图4F为本申请实施例第三种晶背减薄处理方式的实现过程示意图；
图4G为本申请实施例形成微透镜器件的过程示意图；
图5为本申请实施例提供的图像传感器的形成方法的实现流程示意图；
图6A为本申请实施例所提供SOI衬底的结构示意图；
图6B为本申请实施例所形成的器件晶圆的结构示意图；
图6C为本申请实施例器件晶圆与载体晶圆键合后的结构示意图；
图6D为本申请实施例第一种晶背减薄处理方式处理后的结构示意图；
图6E为本申请实施例第二种晶背减薄处理方式处理后的结构示意图；
图6F为本申请实施例第三种晶背减薄处理方式处理后的结构示意图；
图7为本申请实施例所提供的图像传感器的结构示意图；
图8为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请的具体技术方案做进一步详细描述。以下实施例用于说明本申请，但不用来限制本申请的范围。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般来说，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排他性的罗列，方法或者装置也可能包含其他的步骤或元素。
在详述本申请实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本申请保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
空间关系术语例如“在……下”、“在……下面”、“下面的”、“在……之下”、“在……之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在……下面”和“在……下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一特征和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一特征和第二特征之间的实施例，这样第一特征和第二特征可能不是直接接触。
为了更好地理解本申请实施例中提供的图像传感器的形成方法，首先对相关技术中的图像传感器的形成方法及存在的缺点进行说明。
相关技术中，为了减少图像传感器像素单元之间的信号串扰，通常采用以下两种方式：
第一种，物理隔离方式，这里的物理隔离方式是指通过在图像传感器像素单元之间形成深沟道隔离，进而实现对相邻两个像素单元的隔离，以降低相邻两个像素单元之间的信号串扰。
第二种，电学隔离方式，这里的电学隔离方式是指通过在图像传感器像素单元之间进行P型离子注入，形成P型电隔离区，进而形成P型隔离，以隔离相邻的两个像素单元，从而降低相邻两个像素单元之间的信号串扰。
但是，不管是相关技术中的物理隔离还是电学隔离，其均是在相邻两个像素单元之间的隔离，且是在相邻两个像素单元的电子阱的侧壁上的隔离，显然，对于电子阱的顶部，并不能实现有效隔离，也就是说，相关技术中的隔离方式，并没有实现对相邻两个像素单元的完全隔离。因此，相关技术中的隔离方式，并不能有效降低信号之间的串扰。
基于相关技术所存在的上述问题，本申请实施例提供一种图像传感器的形成方法，能够有效降低图像传感器像素单元之间的信号串扰，保障图像传感器的性能。
图1A为本申请实施例提供的图像传感器的形成方法的实现流程示意图，如图1A所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S101，获取具有介质层的像素晶圆衬底。
如图1B所示，为本申请实施例提供的像素晶圆衬底10的结构示意图，在所述像素晶圆衬底上，具有一层介质层101。所述介质层101形成在硅衬底的中间位置，也就是说，在所述介质层101之上包括一层第一体硅层102，在所述介质层101之下包括一层第二体硅层103。
所述介质层101可以是所述像素晶圆衬底10的中间层，位于所述像素晶圆衬底10的中间位置；或者，所述介质层101也可以靠近所述像素晶圆衬底10的顶部，与所述像素晶圆衬底10的顶部之间的距离小于与所述像素晶圆衬底10的底部之间的距离；或者，所述介质层101也可以靠近所述像素晶圆衬底10的底部，与所述像素晶圆衬底10的底部之间的距离小于与所述像素晶圆衬底10顶部之间的距离。
所述介质层101可以为氧化层，例如，所述介质层10可以为二氧化硅层。在所述像素晶圆衬底10中，除了所述介质层101的其他部分可以由硅材料形成。通过在硅中间形成一层氧化层，进而形成所述像素晶圆衬底10。
举例来说，所述像素晶圆衬底10可以为绝缘体上硅衬底(Silicon On Insulator，SOI)，所述SOI衬底包括第一体硅层、介质层和位于所述介质层底部的第二体硅层，所述第一体硅层远离所述介质层的上表面作为所述像素晶圆衬底10的正面，所述第一体硅层可以为单晶硅层。
所述第一体硅层的厚度与所述第二体硅层的厚度可以相同，也可以不同，所述介质层的厚度不做限定。本申请实施例中，在形成图像传感器时，可以根据实际需要，确定SOI衬底中第一体硅层、介质层和第二体硅层中各层的厚度。
步骤S102，在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的图像传感器。
这里，所述图像传感器形成于所述像素晶圆衬底之上，所述图像传感器可以采用任意一种图像传感器形成工艺，在本申请实施例所提供的具有介质层的像素晶圆衬底之上所形成。需要说明的是，本申请实施例所形成的图像传感器包括所述介质层101。
本申请实施例提供的图像传感器的形成方法，获取具有介质层的像素晶圆衬底；在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的图像传感器。如此，由于所述介质层位于所述图像传感器中，从而通过该介质层能够实现对图像传感器的像素单元进行有效的物理隔离，有效降低图像传感器像素单元之间的信号串扰，保障图像传感器的性能。
图2为本申请实施例提供的图像传感器的形成方法的实现流程示意图，如图2所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S201，获取具有介质层的像素晶圆衬底。
本申请实施例中，所述像素晶圆衬底20包括第一体硅层202、介质层201和第二体硅层203。其中，所述第一体硅层202位于所述像素晶圆衬底20的最顶部，所述介质层201位于所述像素晶圆衬底20的中间位置，所述第二体硅层203位于所述像素晶圆衬底20的最底部，所述介质层201分别与所述第一体硅层202和所述第二体硅层203连接。
本申请实施例中，提供两种获取像素晶圆衬底的方案：
第一种：所述像素晶圆衬底可以为SOI衬底，那么，可以通过提供SOI衬底以获取具有介质层的所述像素晶圆衬底。
第二种：通过以下步骤形成所述像素晶圆衬底：
步骤S2011，提供第一体硅层。
如图3A，为本申请实施例所提供的第一体硅层202的结构示意图；，所述第一体硅层202可以为高纯硅晶圆，所述第一体硅层202用于最终形成所述像素晶圆衬底的顶部。
步骤S2012，对所述第一体硅层进行表面氧化处理，形成所述介质层。
这里，是对所述第一体硅层202的上表面进行表面氧化处理，例如，可以通过高温氧化处理，在所述第一体硅层202的上表面形成二氧化硅层，从而形成所述介质层201。
如图3B所示，为在所述第一体硅层202的上表面进行表面氧化处理，形成所述介质层201。
步骤S2013，对所述第一体硅层202进行轻气体离子注入。
如图3C所示，为对第一体硅层进行轻气体离子注入的过程示意图。所述轻气体离子注入可以为采用高剂量的轻气体离子，如将氢离子(H)、氦离子(He)等轻气体离子注入到第一体硅层202，从而可以在第一体硅层202内部形成注入层2021。
步骤S2014，对所述第一体硅层202进行翻转，并在所述介质层之下键合所述第二体硅层。
如图3D所示，为在介质层201之下键合第二体硅层203的过程示意图。所述第二体硅层203可以为承载晶圆，所述承载晶圆为硅材料形成，所述承载晶圆用于最终形成所述像素晶圆衬底20的最底部。
步骤S2015，对所述第一体硅层202进行退火处理。
如图3E所示，在对器件进行退火处理的过程中，会在所述注入层2021处形成气泡2022，这些气泡会生长并伴随着气体原子向表面迁移而逃逸出去，最终在材料内形成损伤层。
步骤S2016，在所述损伤层位置，对所述第一体硅层202进行剥离处理，以形成所述像素晶圆衬底。
如图3F所示，为对所述第一体硅层202进行剥离处理之后所形成的像素晶圆衬底20。
步骤S202，在所述像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的像素器件。
这里，所述像素器件是在所述第一体硅层和所述第二体硅层中通过像素晶圆处理工艺所形成的。
所述像素器件至少包括：器件栅极、N型阱区、N型源区、P型隔离、深沟道隔离、连接孔等。且在所述第一体硅层和所述第二体硅层中均可以具体所述器件栅极、N型阱区、N型源区、P型隔离、深沟道隔离、连接孔等。
在一些实施例中，步骤S202还可以通过以下步骤实现：
步骤S2021，在所述第一体硅层中形成第一深沟道隔离和第一像素单元。
如图4A所示，为本申请实施例在第一体硅层202中形成第一深沟道隔离2023和第一像素单元2024的过程示意图。
所述第一深沟道隔离2023用于隔离两相邻的第一像素单元2024，所述第一深沟道隔离2023贯穿所述第一体硅层，也就是说，所述第一深沟道隔离2023连接所述第一体硅层的顶部与底部。所述第一体硅层的厚度的取值范围可以为0.5微米(μm)到8μm，因此，所述第一深沟道隔离2023的长度的取值范围也可以为0.5μm到8μm。
所述第一像素单元2024为光电二极管，所述光电二极管用于接收光信号，并将所述光信号转换成电信号，即，通过所述光电二极管实现将光信号根据使用方式转换成电流或者电压信号。
多个第一像素单元2024形成第一像素阵列，所述第一像素阵列可以具有任意一种排列形态，所述第一像素单元2024可以为任意一种形状。
所述第一像素单元2024形成用于储存电荷的第一电子阱，所述第一电子阱的深度与所述第一深沟道隔离2023的长度相等。
步骤S2022，在所述第二体硅层中形成第二深沟道隔离和第二像素单元，以形成所述像素器件。
如图4B所示，为本申请实施例在第二体硅层203中形成第二深沟道隔离2031和第二像素单元2032的过程示意图。
本申请实施例中，在形成第二深沟道隔离2031和第二像素单元2032之前，首先将器件翻转，使得第二体硅层203朝上，然后，再在第二体硅层203中形成第二深沟道隔离2031和第二像素单元2032。
所述第二深沟道隔离2031用于隔离两相邻的第二像素单元2032，所述第二深沟道隔离2031贯穿所述第二体硅层，也就是说，所述第二深沟道隔离2031连接所述第二体硅层的顶部与底部。所述第二体硅层的厚度的取值范围可以为0μm到5μm，因此，所述第二深沟道隔离2031的长度的取值范围也可以为0μm到5μm。当所述第二体硅层的厚度为0时，所述像素器件中不包括所述第二体硅层，以及第二深沟道隔离和第二像素单元。
所述第二像素单元2032为光电二极管，所述光电二极管用于接收光信号，并将所述光信号转换成电信号，即，通过所述光电二极管实现将光信号根据使用方式转换成电流或者电压信号。
多个第二像素单元2032形成第二像素阵列，所述第二像素阵列可以具有任意一种排列形态，所述第二像素单元2032可以为任意一种形状。
所述第二像素单元2032形成用于储存电荷的第二电子阱，所述第二电子阱的深度与所述第二深沟道隔离2031的长度相等。
本申请实施例中，所述第一深沟道隔离2023与所述第二深沟道隔离2031一一对应，且所述第一像素单元2024与所述第二像素单元2032一一对应。
本申请实施例中，在对第一体硅层和第二体硅层处理之后，形成所述像素器件21。
步骤S203，提供载体晶圆。
这里，所述载体晶圆可以为逻辑晶圆，所述逻辑晶圆可以采用前照式(Front SideIllumination，FSI)工艺形成。
步骤S204，将所述像素器件翻转后，与载体晶圆进行键合处理。
如图4C所示，为将所述像素器件21与载体晶圆22进行键合处理的过程示意图。这里，是将所述像素器件21翻转之后在于所述载体晶圆22键合，也就是说，是将所述像素器件21的第一体硅层与载体晶圆22键合。
步骤S205，对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理，以形成具有所述介质层的图像传感器。
这里，对所述像素器件进行晶背减薄处理，可以通过以下三种方式实现：
第一种，完全去除所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，以保留与所述第二体硅层连接的所述介质层。
如图4D所示，为本申请实施例第一种晶背减薄处理方式的实现过程示意图，完全去除所述第二体硅层203，以暴漏出所述介质层201的上表面。
第二种，去除部分厚度的所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，以保留剩余第二体硅层和与所述第二体硅层连接的所述介质层。
如图4E所示，为本申请实施例第二种晶背减薄处理方式的实现过程示意图，去除部分厚度的第二体硅层203，以暴漏出减薄后的第二体硅层的上表面。
这里，所减薄的厚度可以是任意厚度，所减薄的厚度可以根据工艺需要进行确定，本实施例不做限定。
第三种，完全去除所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，并去除部分厚度的所述介质层，以保留剩余介质层。
如图4F所示，为本申请实施例第三种晶背减薄处理方式的实现过程示意图，完全去除第二体硅层203，且去除部分厚度的介质层201，以暴露出减薄后的介质层的上表面。
这里，所减薄的介质层的厚度可以是任意厚度，所减薄的介质层的厚度可以根据工艺需要进行确定，本实施例不做限定。
在一些实施例，在步骤S205中，对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理时，可以采用湿法刻蚀工艺，对所述键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理；和/或，采用化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP)工艺，对所述键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理。
当仅对第二体硅层一种材料进行减薄处理时，可以采用湿法刻蚀工艺和CMP工艺中的任意一种来实现；也可以分两个阶段来实现，在第一阶段采用湿法刻蚀工艺，在第二阶段采用CMP工艺，或者，在第一阶段采用CMP工艺，在第二阶段采用湿法刻蚀工艺。
当需要对第二体硅层和部分厚度的介质层两种材料进行减薄处理时，可以均采用湿法刻蚀工艺和CMP工艺中的任意一种来实现；也可以采用湿法刻蚀工艺和CMP工艺两种工艺来实现，例如，可以采用湿法刻蚀工艺去除第二体硅层之后，采用CMP工艺去除部分厚度的介质层，或者，采用CMP工艺去除第二体硅层之后，采用湿法刻蚀工艺去除部分厚度的介质层。
不管是采用湿法刻蚀工艺还是CMP工艺，均需要根据所去除的材料进行去除参数(例如，去除速率、研磨液成分、研磨液浓度、刻蚀液浓度等)的选择。
在其他实施例中，在对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理之后，所述方法还包括以下步骤：
步骤S211，在减薄处理后的器件之上形成微透镜器件。
如图4G所示，为形成微透镜器件24的过程示意图。所述微透镜器件24至少包括滤光片241和微透镜242。
需要说明的是，图4G仅示意出减薄部分厚度第二体硅层后的器件，对于完全去除第二体硅层的器件，或者对于完全去除第一体硅层且去除部分厚度介质层的器件，可以参照本实施例的结构进行适应性调整，本实施例不再赘述。
所述滤光片241，位于所述像素器件中的两个相邻的第一深沟道隔离之间，且与所述第一像素单元一一对应。
在所述微透镜器件24中可以包括至少三个滤光片241，各滤光片241呈阵列排布。所述滤光片241可以为颜色滤光片，例如，所述滤光片241可以包括红色滤光片(图4G中标示为R)、绿色滤光片(图4G中标示为G)和蓝色滤光片(图4G中标示为B)，且对应于每个第一像素单元上，仅形成一种颜色的滤光片，这样，进入滤光片241的入射光能够被一种颜色的滤光片滤色，然后照射到第一像素单元表面的入射光为单色光，所述第一像素单元吸收单色光，将光信号转换为电信号。
所述微透镜242对应于滤光片241，每个滤光片241之上形成一个微透镜242，由于滤光片241呈阵列排布，对应地，所述微透镜242也呈阵列排布。
所述微透镜242用于聚焦入射光，从而使得经过微透镜242的入射光能够透过滤光片241照射到该微透镜242所对应的第一像素单元上。
需要说明的是，本申请实施例中，所形成的图像传感器中具有所述介质层，所述介质层位于所述图像传感器中，且与所述图像传感器像素单元的第一电子阱和第二电子阱连接，因此，所述介质层能够覆盖所述第一电子阱，实现了对所述第一电子阱顶部的密封，从而使得第一电子阱被所述介质层和所述第一深沟道隔离与其他电子阱隔绝开。
本申请实施例提供的图像传感器的形成方法，由于所述介质层位于所述图像传感器中，且与所述图像传感器的第一像素单元的第一电子阱连接，覆盖所述第一电子阱，从而通过该介质层能够实现对图像传感器的第一像素单元进行有效的物理隔离，有效降低图像传感器像素单元之间的信号串扰，保障图像传感器的性能。
基于以上实施例，本申请实施例再提供一种图像传感器的形成方法，图5为本申请实施例提供的图像传感器的形成方法的实现流程示意图，如图5所示，所述方法包括以下步骤：
步骤S501，提供SOI衬底。
如图6A所示，为所提供SOI衬底的结构示意图，采用的SOI衬底由第一体硅层601、二氧化硅层602(对应上述介质层)、第二体硅层603组成。第一体硅层601的厚度在2μm到10μm之间，二氧化硅层602厚度在几百纳米(nm)到几μm，第二体硅层603厚度为几百μm的量级。
步骤S502，在SOI晶圆的第一体硅层上形成器件晶圆(对应上述任一实施例中的像素器件)。
如图6B所示，为所形成的器件晶圆61的结构示意图。
这里，通过在SOI晶圆的第一体硅层601上进行传统的背照式图像传感器晶圆前段工艺，形成器件栅极611、N型阱区612、N型源区613、P型隔离614、深沟道隔离615、连接孔616等，以形成所述器件晶圆61。
步骤S503，将器件晶圆翻转，并与载体晶圆键合。
如图6C所示，为器件晶圆61与载体晶圆62键合后的结构示意图。
步骤S504，采用晶背减薄工艺，对键合处理后的器件进行晶背减薄处理，以形成最终的图像传感器。
这里，提供三种晶背减薄处理方式：
第一种，如图6D所示，完全去除第二体硅层603，停在二氧化硅层602上表面。
这里，所述晶背减薄工艺包括湿法刻蚀(例如，酸式蚀刻)和CMP工艺。
第二种，如图6E所示，去除第二体硅层603和部分厚度的二氧化硅层602，停在二氧化硅层602的上表面。
这里，可以分别通过酸式蚀刻和CMP工艺依次除去第二体硅层和部分厚度二氧化硅层，停在二氧化硅层602的表面。
第二种，如图6F所示，不完全除去第二体硅层602，留下少量厚度的第二体硅层602。
这里，仅去除部分厚度的第二体硅层602。
本申请实施例提供的图像传感器的形成方法，所形成的图像传感器中具体所述介质层，从而通过该介质层实现以物理隔绝的方式增强了传统背照式图像传感器芯片像素单元之间的隔离，解决了像素间的串扰问题。
基于上述图像传感器的形成方法实施例，本申请实施例提供一种图像传感器，图7为本申请实施例所提供的图像传感器的结构示意图，如图7所示，所述图像传感器700包括：载体晶圆71、像素器件72。
所述像素器件72与所述载体晶圆71键合成为一体。
所述像素器件72具有介质层721，所述像素器件72是在具有介质层721的像素晶圆衬底上形成的。
所述像素晶圆衬底包括：第一体硅层722、介质层721和第二体硅层723。
对应地，所述像素器件72包括：
位于所述第一体硅层722中的第一深沟道隔离7221和第一像素单元7222；
位于所述第二体硅层723中的第二深沟道隔离7231和第二像素单元7232；
所述第一深沟道隔离7221与所述第二深沟道隔离7231一一对应，且所述第一像素单元7222与所述第二像素单元7232一一对应。
所述像素器件72中的介质层721位于所述图像传感器中，且与所述图像传感器的第一像素单元的第一电子阱连接，覆盖所述第一电子阱。
在一些实施例中，所述图像传感器700还包括微透镜器件73。
所述微透镜器件73至少包括滤光片731和微透镜732。
所述滤光片731，位于所述像素器件中的两个相邻的第一深沟道隔离之间，且与所述第一像素单元一一对应。
所述微透镜732对应于滤光片731，每个滤光片731之上形成一个微透镜732，由于滤光片731呈阵列排布，对应地，所述微透镜732也呈阵列排布。
本申请实施例提供的图像传感器，由于所述介质层位于所述图像传感器中，从而通过该介质层能够实现对图像传感器的像素单元进行有效的物理隔离，有效降低图像传感器像素单元之间的信号串扰，保障图像传感器的性能。
需要说明的是，本实施例图像传感器的描述，与上述图像传感器的形成方法实施例的描述类似，具有同图像传感器的形成方法实施例相似的有益效果，因此不做赘述。对于本申请图像传感器实施例中未披露的技术细节，请参照本申请上述图像传感器的形成方法实施例的描述而理解。
基于以上实施例，本申请实施例提供一种电子设备，图8为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图，如图8所示，所述电子设备801包括电子设备主体802和图像传感器803。
所述图像传感器803与所述电子设备主体802连接，且所述图像传感器803位于所述电子设备主体802之上，所述图像传感器803包括：载体晶圆；在具有介质层的像素晶圆衬底上形成的具有所述介质层的像素器件；其中，所述像素器件与所述载体晶圆键合成为一体。
需要说明的是，本申请实施例中的电子设备，包括上述任意一个实施例中所提供的图像传感器。包括所述图像传感器的电子设备，可以是能够被用于拍摄静态图像或动态图像的照相机。
例如，所述电子设备除了包括所述图像传感器之外，还可以包括光学系统或光学透镜、快门单元、用于控制或驱动快门单元的驱动单元，以及信号处理单元。
所述光学系统可以将图像光即入射光从物体引导至图像传感器的像素阵列；快门单元可以控制图像传感器的光照时段和遮光时段；驱动单元可以控制图像传感器的传输操作和快门单元的快门操作；信号处理单元可以对从图像传感器输出的信号执行各种类型的信号处理；处理后的图像信号可以被存储在例如存储器等的储存介质中或被输出至监控器等显示单元。
需要说明的是，本实施例电子设备的描述，与上述图像传感器及图像传感器的形成方法实施例的描述类似，具有同图像传感器及图像传感器的形成方法实施例相似的有益效果，因此不做赘述。对于本申请电子设备实施例中未披露的技术细节，请参照本申请上述图像传感器及图像传感器的形成方法实施例的描述而理解。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例的图像传感器的制备方法、图像传感器及电子设备的其他构成以及作用，对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，本申请实施例不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同限定。
Claims (7)
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
对第一体硅层进行表面氧化处理，形成介质层；
在所述介质层之上键合第二体硅层，形成具有所述介质层的像素晶圆衬底；
获取所述具有所述介质层的像素晶圆衬底和载体晶圆；
在所述具有所述介质层的像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的像素器件；
将所述像素器件与所述载体晶圆进行键合处理；
对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理，以形成保留部分所述介质层的图像传感器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述具有所述介质层的像素晶圆衬底上形成具有所述介质层的像素器件，包括：
在所述第一体硅层中形成第一深沟道隔离和第一像素单元；
在所述第二体硅层中形成第二深沟道隔离和第二像素单元，以形成所述像素器件；
其中，所述第一深沟道隔离与所述第二深沟道隔离一一对应，且所述第一像素单元与所述第二像素单元一一对应。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理，包括：
完全去除所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，以保留与所述第二体硅层连接的所述介质层；或者，
去除部分厚度的所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，以保留剩余第二体硅层和与所述第二体硅层连接的所述介质层；或者，
完全去除所述键合处理后的像素器件中的第二体硅层，并去除部分厚度的所述介质层，以保留剩余介质层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理，包括：
采用湿法刻蚀工艺，对所述键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理；和/或，
采用CMP工艺，对所述键合处理后的像素器件进行晶背减薄处理。
5.一种图像传感器，其特征在于，采用权利要求1至4任一项的图像传感器形成方法所形成，所述图像传感器包括：
载体晶圆；
在具有介质层的像素晶圆衬底上形成的具有所述介质层的像素器件；所述像素晶圆衬底是在所述介质层之上键合所述第二体硅层形成；所述介质层是对第一体硅层进行表面氧化处理形成的；
其中，所述像素器件与所述载体晶圆键合成为一体。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述像素器件包括：
位于所述第一体硅层中的第一深沟道隔离和第一像素单元；
位于所述第二体硅层中的第二深沟道隔离和第二像素单元；
所述第一深沟道隔离与所述第二深沟道隔离一一对应，且所述第一像素单元与所述第二像素单元一一对应。
7.一种电子设备，其特征在于，包括：
电子设备主体；
位于所述电子设备主体上的图像传感器；其中，所述图像传感器采用权利要求1至4任一项的图像传感器形成方法所形成，所述图像传感器包括：载体晶圆；在具有介质层的像素晶圆衬底上形成的具有所述介质层的像素器件；其中，所述像素器件与所述载体晶圆键合成为一体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910518033.8A CN110223995B (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910518033.8A CN110223995B (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110223995A CN110223995A (zh) | 2019-09-10 |
| CN110223995B true CN110223995B (zh) | 2021-11-02 |
Family
ID=67817165
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910518033.8A Active CN110223995B (zh) | 2019-06-14 | 2019-06-14 | 一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110223995B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110797342B (zh) * | 2019-10-17 | 2022-05-27 | 上海华力集成电路制造有限公司 | 存储器件的制造方法及该存储器件 |
| CN110797305A (zh) * | 2019-10-22 | 2020-02-14 | 广东美的白色家电技术创新中心有限公司 | 一种半导体器件及其制备方法、电器设备 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1835533B1 (en) * | 2006-03-14 | 2020-06-03 | Soitec | Method for manufacturing compound material wafers and method for recycling a used donor substrate |
| US20080070340A1 (en) * | 2006-09-14 | 2008-03-20 | Nicholas Francis Borrelli | Image sensor using thin-film SOI |
| KR100900682B1 (ko) * | 2007-06-22 | 2009-06-01 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
| KR20100062099A (ko) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| US7824948B2 (en) * | 2009-01-21 | 2010-11-02 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Method and structure for reducing cross-talk in image sensor devices |
| US8053856B1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-11-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside illuminated sensor processing |
| FR3061803B1 (fr) * | 2017-01-11 | 2019-08-16 | Soitec | Substrat pour capteur d'image de type face avant et procede de fabrication d'un tel substrat |
| CN109411492B (zh) * | 2018-09-26 | 2021-01-29 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种堆叠式图像传感器像素结构与制备方法 |
| CN109817651A (zh) * | 2019-02-13 | 2019-05-28 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器的形成方法、半导体结构 |
-
2019
- 2019-06-14 CN CN201910518033.8A patent/CN110223995B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110223995A (zh) | 2019-09-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9754994B2 (en) | Image sensors including conductive pixel separation structures and methods of fabricating the same | |
| US8916916B2 (en) | Imaging device, method of manufacturing the same, and electronic apparatus | |
| US9318520B2 (en) | Solid-state image sensing device manufacturing method and solid-state image sensing device | |
| US9006807B2 (en) | Solid-state image sensing device and camera | |
| US8426238B2 (en) | Solid-state image pickup device, method for manufacturing the same, and electronic apparatus | |
| TWI682527B (zh) | 包括垂直傳輸門的圖像感測器 | |
| US7579638B2 (en) | Solid-state image pickup device and manufacturing method thereof | |
| US20150295005A1 (en) | Deep trench isolation structure for image sensors | |
| JP2014022448A (ja) | 固体撮像装置 | |
| KR102575458B1 (ko) | 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| US10008526B2 (en) | Image sensor and method for fabricating the same | |
| US9876042B2 (en) | Image sensor having vertical transfer gate and method for fabricating the same | |
| CN107221539B (zh) | 图像传感器及制造其的方法 | |
| CN110223995B (zh) | 一种图像传感器的形成方法、图像传感器及电子设备 | |
| KR20180051130A (ko) | 이미지 센서 및 이미지 센서 형성 방법 | |
| EP2242106A2 (en) | Solid-state image pick-up device and manufacturing method thereof, image-pickup apparatus, semiconductor device and manufacturing method thereof. | |
| JP2021103768A (ja) | イメージセンサ及びその製造方法 | |
| JP2008258201A (ja) | 裏面照射型固体撮像素子 | |
| US9312292B2 (en) | Back side illumination image sensor and manufacturing method thereof | |
| US9978787B1 (en) | Image sensor and method for fabricating the same | |
| JP4115446B2 (ja) | Ｃｍｏｓイメージセンサの製造方法 | |
| JP2014053431A (ja) | 固体撮像装置の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |