CN110400814A - 隔离结构及其形成方法、图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器的隔离结构及其形成方法、图像传感器及其形成方法。所述隔离结构的形成方法包括：提供基底，所述基底中设置有多个分立的像素区域；在所述基底中形成多个分立的第一沟槽，所述第一沟槽位于相邻的像素区域之间，且所述第一沟槽的开口位于所述基底的第一表面；形成多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽；以及形成多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内。所述隔离结构及其形成方法、所述图像传感器及其形成方法能够降低像素区域之间的光线串扰。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种隔离结构及其形成方法、图像传感器及其形成方法。
背景技术
图像传感器通过接收来自物体的光信号并将其接收的光信号转化为电信号，然后对电信号作进一步的处理，以获取物体的图像信息。图像传感器通常包括两种类型：电荷藕合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器。其中，CMOS图像传感器因其体积小、功耗低、价格低廉等优势得到广泛应用。
CMOS图像传感器主要包括前照式(FSI,Front-side Illumination)CMOS图像传感器和背照式(BSI,Back-side Illumination)CMOS图像传感器两种。在背照式图像传感器中，光从图像传感器的背面经过微透镜和滤色片入射至图像传感器中的感光二极管上，从而将光能转化为电能，背照式CMOS图像传感器因其更好的光电转换效果(即量子转化效率高)而获得更为广泛的应用。
CMOS图像传感器在滤色元件之间形成隔离结构，以减少像素区域之间的光线串扰(cross talk)。然而，现有的隔离结构仍然无法达到预期的隔离效果，影响CMOS图像传感器的性能。
发明内容
为了加强图像传感器的隔离结构的隔离效果，降低不同像素区域之间的光线串扰，本发明实施例提供一种图像传感器的隔离结构的形成方法，包括：提供基底，所述基底中设置有多个分立的像素区域；在所述基底中形成多个分立的第一沟槽，所述第一沟槽位于相邻的像素区域之间，且所述第一沟槽的开口位于所述基底的第一表面；形成多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽；以及形成多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内。
可选地，在形成所述多个分立的第一隔离结构前，所述形成方法还包括：形成覆盖所述基底的第一表面和所述第一沟槽的内壁的介质层。
可选地，所述第二隔离结构的材料为金属，和/或所述介质层包括抗反射层。
可选地，形成所述多个分立的第一隔离结构包括：在所述介质层的第一表面形成第一隔离材料层，且所述第一隔离材料层填充满所述第一沟槽；平坦化或者刻蚀所述第一隔离材料层，至暴露出位于所述基底上的介质层的第一表面，形成位于所述第一沟槽中的第一隔离结构；以及刻蚀所述第一隔离结构至所述第一隔离结构的暴露出的表面的至少一部分低于位于所述基底上的介质层的第一表面，形成位于所述第一隔离结构上的第二沟槽。
可选地，形成所述多个分立的第二隔离结构包括：在所述介质层的第一表面和所述第一隔离结构的暴露出的表面形成第二隔离材料层，且所述第二隔离材料层填充满所述第二沟槽；在所述第二隔离材料层的表面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层覆盖所述多个分立的第一隔离结构；以及以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二隔离材料层，形成多个分立的第二隔离结构。
可选地，所述第二隔离结构的材料为非金属。
可选地，形成所述多个分立的第一隔离结构包括：在所述基底的第一表面和所述第一沟槽内形成第一隔离材料层，且所述第一隔离材料层填充满所述第一沟槽；平坦化或者刻蚀所述第一隔离材料层至暴露出所述基底的第一表面，形成位于所述第一沟槽中的第一隔离结构；以及刻蚀所述第一隔离结构至所述第一隔离结构的暴露出的表面的至少一部分低于所述基底的第一表面，形成位于所述第一隔离结构上的第二沟槽。
可选地，形成所述多个分立的第二隔离结构包括：在所述基底的第一表面和所述第一隔离结构的暴露出的表面形成第二隔离材料层，且所述第二隔离材料层填充满所述第二沟槽；在所述第二隔离材料层的表面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层覆盖所述多个分立的第一隔离结构；以及以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二隔离材料层，形成多个分立的第二隔离结构。
可选地，刻蚀所述第一隔离结构后，所述第一隔离结构的暴露出的表面包括：一个或多个平面、和/或曲面。
可选地，所述图形化的光刻胶层包括多个分立的光刻胶区域，所述多个分立的光刻胶区域分别与所述多个分立的第一隔离结构对准，且所述光刻胶区域沿平行于所述基底的第一表面的方向的尺寸大于或等于所述第一隔离结构沿平行于所述基底的第一表面的方向的尺寸。
本发明实施例还提供一种图像传感器的形成方法，包括：采用本发明实施例的图像传感器的隔离结构的形成方法形成隔离结构；以及，在所述基底的多个分立的像素区域分别形成光电转换元件。
可选地，所述图像传感器的形成方法还包括：在相邻的第二隔离结构之间形成滤色组件。
本发明实施例还提供一种图像传感器的隔离结构，所述图像传感器包括基底，所述基底中形成有多个分立的像素区域，相邻的像素区域之间形成有第一沟槽，所述第一沟槽的开口位于所述基底的第一表面，所述隔离结构包括：多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽；以及多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内。
可选地，所述隔离结构还包括：位于所述基底的第一表面和所述第一沟槽的内壁的介质层，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内的介质层上。
可选地，所述第二隔离结构的材料为金属，和/或所述介质层包括抗反射层。
可选地，沿所述基底的厚度方向，所述第二隔离结构的一部分低于位于所述基底上的介质层的第一表面或低于所述基底的第一表面。
可选地，所述第二隔离结构与所述第一隔离结构相接触，所述第二隔离结构与所述第一隔离结构之间接触的界面包括：一个或多个平面、和/或曲面。
可选地，所述第二隔离结构的材料为非金属。
本发明实施例还提供一种图像传感器，包括：基底，所述基底中设置有多个分立的像素区域，相邻的像素区域之间形成有第一沟槽；多个分立的光电转换元件，分别位于所述多个分立的像素区域；以及本发明实施例的图像传感器的隔离结构。
可选地，所述图像传感器还包括多个分立的滤色组件，所述滤色组件位于相邻的第二隔离结构之间。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明实施例的图像传感器的隔离结构的形成方法，通过在所述基底中形成多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内的介质层上，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，以及在所述基底上形成多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有侵入部，所述侵入部和位于所述基底的第一表面的介质层在高度(即厚度)方向上具有相互重叠的部分，所述侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为金属，所述介质层包括抗反射层，由于金属具有较高的反射率，一方面能够加强所述第二隔离结构的隔离效果，另一方面能够减小在所述第二隔离结构的材料选取过程中对材料本身的反射率或折射率参数的依赖。
本发明实施例的图像传感器的隔离结构的形成方法，通过在所述基底中形成多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，以及在所述基底上形成多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有延伸至所述基底内部的侵入部，所述第二隔离结构的侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为非金属，所述第二隔离结构可以直接和所述基底相接触，而无需在所述基底表面形成介质层，简化了工艺步骤。
本发明实施例的图像传感器的形成方法，由于包括采用本发明实施例的隔离结构的形成方法形成所述隔离结构，因而能够降低不同像素区域之间的光线串扰，提高所述图像传感器的性能。
本发明实施例的图像传感器的隔离结构包括：多个分立的第一隔离结构和多个分立的第二隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内的介质层上，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有侵入部，所述侵入部和位于所述基底的第一表面的介质层在高度(即厚度)方向上具有相互重叠的部分，所述侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为金属，所述介质层包括抗反射层，由于金属具有较高的反射率，一方面能够加强所述第二隔离结构的隔离效果，另一方面能够减小在所述第二隔离结构的材料选取过程中对材料本身的反射率或折射率参数的依赖。
本发明实施例的图像传感器的隔离结构包括：多个分立的第一隔离结构和多个分立的第二隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有延伸至所述基底内部的侵入部，所述第二隔离结构的侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为非金属，所述第二隔离结构可以直接和所述基底相接触，而无需在所述基底表面形成介质层，简化了工艺步骤。
本发明实施例的图像传感器，由于包括本发明实施例的隔离结构，因而能够降低不同像素区域之间的光线串扰，提高所述图像传感器的性能。
附图说明
图1是一种图像传感器的隔离结构100的剖面结构示意图；
图2是本发明一个实施例的图像传感器的隔离结构200的形成方法的流程图；
图3至图7是本发明一个实施例的所述图像传感器的隔离结构200的形成方法的中间结构的剖面结构示意图；
图8是本发明一个实施例的多个分立的第一隔离结构205的形成方法的流程图；
图9至图10是本发明一个实施例的所述多个分立的第一隔离结构205的形成方法的中间结构的剖面结构示意图；
图11是本发明另一个实施例的所述多个分立的第一隔离结构205的形成方法的流程图；
图12是本发明一个实施例的多个分立的第二隔离结构206的形成方法的流程图；
图13至图15是本发明一个实施例的所述多个分立的第二隔离结构206的形成方法的中间结构的剖面结构示意图；
图16是本发明另一个实施例的图像传感器的隔离结构300的形成方法的流程图；
图17至图19是本发明另一个实施例的图像传感器的隔离结构300的形成方法的中间结构的剖面结构示意图；以及
图20是本发明一个实施例的图像传感器的形成方法的流程图。
具体实施方式
参考图1，图1是一种图像传感器的隔离结构100的剖面结构示意图。所述图像传感器可以包括：基底101，所述基底101中形成有多个分立的像素区域102，相邻的像素区域102之间形成有沟槽(未示出)，所述沟槽的开口位于所述基底101的第一表面101a；以及介质层103，所述介质层103位于所述基底101表面和所述沟槽的内壁。所述隔离结构100可以包括：多个分立的第一隔离结构104，所述第一隔离结构104位于所述沟槽内的介质层103上；以及多个分立的第二隔离结构105，所述第二隔离结构105位于所述第一隔离结构104的表面。其中，所述第二隔离结构105与所述第一隔离结构104相对的表面105a与所述基底101上的介质层103的第一表面103a齐平或者高于所述基底101上的介质层103的第一表面103a。
对于图1所示的图像传感器的隔离结构100，当光线以较大的入射角斜入射(如图1中虚线箭头所示)时，光线可以由一个像素区域102的上方依次穿过所述介质层103、所述第一隔离结构104、所述介质层103、所述基底101进入与所述一个像素区域102相邻的另一个像素区域102，从而引起相邻像素区域之间的光线串扰。
为了加强图像传感器的隔离结构的隔离效果，降低不同像素区域之间的光线串扰，本发明实施例提供一种图像传感器的隔离结构，下面结合附图对本发明的实施例的图像传感器的隔离结构加以详细的说明。
参考图2，结合参考图3至图7，图2是本发明一个实施例的图像传感器的隔离结构200的形成方法的流程图，图3至图7是本发明一个实施例的所述图像传感器的隔离结构200的形成方法的中间结构的剖面结构示意图。在一些实施例中，所述图像传感器的隔离结构200的形成方法可以包括以下步骤。
执行步骤S11，结合参考图3，提供基底201，所述基底201中设置有多个分立的像素区域202。在一些实施例中，所述基底201可以是半导体衬底，例如硅(Si)衬底。
执行步骤S13，结合参考图4，在所述基底201中形成多个分立的第一沟槽203，所述第一沟槽203位于相邻的像素区域202之间，且所述第一沟槽203的开口位于所述基底201的第一表面201a。在一些实施例中，所述第一沟槽203可以为深沟槽(Deep Trench)，可以通过刻蚀方法形成所述多个分立的第一沟槽203。所述刻蚀方法可以包括干法刻蚀或湿法刻蚀。
执行步骤S15，结合参考图5，形成覆盖所述基底201的第一表面201a和所述第一沟槽203的内壁的介质层204。所述介质层204具有相对的第一表面204a和第二表面204b，所述第一表面204a为所述介质层204沿其厚度方向远离所述基底201的表面，所述第二表面204b为所述介质层204沿其厚度方向靠近所述基底201的表面。
在一些实施例中，所述介质层204可以为抗反射层，所述抗反射层的材料可以是氮化硅。在一些实施例中，可以采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、或者原子层沉积(ALD)工艺形成所述介质层204。
执行步骤S17，结合参考图6，在所述基底201中形成多个分立的第一隔离结构205，所述第一隔离结构205位于所述第一沟槽203(如图5所示)内的介质层204上，且所述第一隔离结构205未填充满所述第一沟槽203。
在一些实施例中，所述第一隔离结构205可以为深沟槽隔离(Deep TrenchIsolation，DTI)。
执行步骤S19，结合参考图7，在所述基底201上形成多个分立的第二隔离结构206，所述第二隔离结构206位于所述第一隔离结构205的表面，且所述第二隔离结构206的一部分位于第一沟槽203(如图5所示)内。为了便于说明，将所述第二隔离结构206位于所述第一沟槽203(如图5所示)内的部分称为侵入部(infringe portion)206a，所述侵入部206a沿所述基底201的厚度方向(即高度方向)和所述介质层204具有相互重叠的区域。
在一些实施例中，所述侵入部206a的最下端(即所述侵入部206a中最靠近所述基底201的第二表面201b的位置)可以低于所述介质层204的第一表面204a，其中所述基底201的第二表面201b与所述基底201的第一表面201a相对。
在一些实施例中，所述侵入部206a的最下端可以低于所述介质层204的第二表面204b。
在一些实施例中，所述侵入部206a的最下端可以低于所述基底201的第一表面201a。
通常而言，所述侵入部206a的最下端延伸至所述基底201的内部越深，所述侵入部206a能够阻挡的斜入射的光线就越多，即使具有较小入射角的斜入射光线也能够被所述侵入部206a所阻挡，从而实现更好的隔离效果。在实际应用中，所述第二隔离结构206的侵入部206a延伸至所述基底201的内部的深度可以根据具体要求进行设计。
在一些实施例中，所述第二隔离结构206可以为滤色片隔离(Color FilterIsolation,CFI)，即相邻的第二隔离结构206之间可以用来设置滤色元件。
在一些实施例中，所述第二隔离结构206可以采用具有较高反射率的材料形成，例如金属。这样，当一个像素区域202上方的光线以较大的入射角朝向与所述一个像素区域202相邻的另一个像素区域202入射时，所述光线能够在所述第二隔离结构206的侵入部206a与所述介质层204的界面处较大程度地被反射回所述一个像素区域202(如图7中的虚线箭头所示)，从而降低了不同像素区域202之间的光线串扰。所述侵入部206a的反射率越高，所述第二隔离结构206的隔离效果就越好。
参考图8，结合参考图9至图10，图8是本发明一个实施例的所述多个分立的第一隔离结构205的形成方法的流程图，图9至图10是本发明一个实施例的所述多个分立的第一隔离结构205的形成方法的中间结构的剖面结构示意图。
在一些实施例中，所述多个分立的第一隔离结构205的形成方法即图2中的步骤S17可以包括以下步骤。
在执行图2中的步骤S15之后，执行步骤S171，结合参考图9，在所述介质层204的第一表面204a形成第一隔离材料层207，且所述第一隔离材料层207填充满所述第一沟槽203(如图5所示)。
在一些实施例中，可以采用保形(conformal)的沉积工艺形成所述第一隔离材料层207。具体地，可以采用流体化学气相沉积(FCVD)工艺形成所述第一隔离材料层207。
在一些实施例中，所述第一隔离材料层的材料可以是绝缘材料，例如氧化物，所述氧化物可以包括二氧化硅(SiO2)。
执行步骤S173，结合参考图10，平坦化所述第一隔离材料层207，至暴露出位于所述基底201上的介质层204的第一表面204a，形成位于所述第一沟槽203中的第一隔离结构205，此时所述第一隔离结构205的暴露出的表面可以与所述介质层204的第一表面204a齐平。
执行步骤S175，结合参考图6，刻蚀所述第一隔离结构205至所述第一隔离结构205的暴露出的表面的至少一部分低于位于所述基底201上的介质层204的第一表面204a，形成位于所述第一隔离结构205上的第二沟槽208。至此，形成位于所述基底201中的像素区域202之间的深沟槽隔离(Deep Trench Isolation,DTI)结构。
在一些实施例中，可以采用干法刻蚀或湿法刻蚀的工艺对所述第一隔离结构205进行刻蚀，以使所述第一隔离结构205的暴露出的表面的至少一部分低于位于所述基底201上的介质层204的第一表面204a。
在一些实施例中，所述第一隔离结构205的暴露出的表面的至少一部分可以低于位于所述基底201上的介质层204的第二表面204b。
在一些实施例中，所述第一隔离结构205的暴露出的表面的至少一部分可以低于所述基底201的第一表面201a。
在一些实施例中，所述第一隔离结构205的暴露出的表面位于所述第一沟槽203(如图5所示)内的深度可以根据具体要求进行设计。
在一些实施例中，执行步骤S175后，所述第一隔离结构205的暴露出的表面可以包括一个或多个平面。采用干法刻蚀工艺通常会使得所述第一隔离结构205的暴露出的表面呈现中间低两端高的形貌，即所述第一隔离结构205的暴露出的表面的中间区域朝向所述基底201的内部凹陷。如图6所示，在一些实施例中，所述第二沟槽208的底部可以为三角槽，所述第一隔离结构205的暴露出的表面为所述三角槽的两个斜面，则沿所述基底201的厚度方向，至少所述三角槽的顶点直线低于所述介质层204的第一表面204a。
在另一些实施例中，所述第一隔离结构205的暴露出的表面可以包括曲面，所述曲面可以朝向所述基底201的内部凹陷，则所述曲面的至少一部分低于所述介质层204的第一表面204a。
在另一些实施例中，所述第一隔离结构205的暴露出的表面还可以包括与所述基底201的第一表面201a平行的平面，则所述第一隔离结构205的暴露出的表面的高度低于所述介质层204的第一表面204a的高度。
在另一些实施例中，所述第一隔离结构205的暴露出的表面也可以呈不规则形貌，例如可以是平面和曲面的组合。本发明实施例对此不作限制。
参考图11，结合参考图6、图9和图10，图11是本发明另一个实施例的所述多个分立的第一隔离结构205的形成方法的流程图。
在一些实施例中，在所述基底201上形成所述多个分立的第一隔离结构205即图2中的步骤S17可以包括以下步骤。
在执行图2中的步骤S15之后，执行步骤S172，结合参考图9，在所述介质层204的第一表面204a形成第一隔离材料层207，且所述第一隔离材料层207填充满所述第一沟槽203(如图5所示)。
执行步骤S174，结合参考图10，刻蚀第一隔离材料层207(如图9所示)，至暴露出位于所述基底201上的介质层204的第一表面204a，形成位于所述第一沟槽203(如图5所示)中的第一隔离结构205，结合参考图6，继续刻蚀所述第一隔离结构205至所述第一隔离结构205的暴露出的表面的至少一部分低于位于所述基底201上的介质层204的第一表面204a，形成位于所述第一隔离结构205上的第二沟槽208。至此，形成位于所述基底201中的像素区域202之间的深沟槽隔离(DTI)结构。
需要说明的是，为了方便理解，将步骤S174中的刻蚀工艺分解为两步刻蚀加以说明，然而在实际工艺中，图10和图6所示的结构可以在一步刻蚀工艺中完成。
参考图12，结合参考图13至图15，图12是本发明一个实施例的所述多个分立的第二隔离结构206的形成方法的流程图，图13至图15是本发明一个实施例的所述多个分立的第二隔离结构206的形成方法的中间结构的剖面结构示意图。
在一些实施例中，在所述基底201上形成多个分立的第二隔离结构206即图2中的步骤S19可以包括以下步骤。
在执行图2中的步骤S17之后，执行步骤S191，结合参考图13，在所述介质层204的第一表面204a和所述第一隔离结构205的暴露出的表面(如图6所示)形成第二隔离材料层209，且所述第二隔离材料层209填充满所述第二沟槽208(如图6所示)。
在一些实施例中，可以采用物理气相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)工艺形成所述第二隔离材料层209。所述第二隔离材料层209的材料可以是金属，例如钨(W)。
在一些实施例中，可以采用具有良好的保形(Conformal)效果的沉积工艺形成所述第二隔离材料层209，则所述第二隔离材料层209的表面与所述第一隔离结构205正对的区域具有与所述第一隔离结构205的暴露出的表面(如图6所示)相似的形状。
执行步骤S193，结合参考图14，在所述第二隔离材料层209的表面形成图形化的光刻胶层210，所述图形化的光刻胶层210覆盖所述多个分立的第一隔离结构205。
在一些实施例中，可以通过曝光、显影等步骤形成所述图形化的光刻胶层210。所述图形化的光刻胶层210可以包括多个分立的光刻胶区域，所述多个分立的光刻胶区域分别与所述多个分立的第一隔离结构205对准，且所述光刻胶区域沿平行于所述基底201的第一表面201a的方向的尺寸可以大于或等于所述第一隔离结构205沿平行于所述基底201的第一表面201a的方向的尺寸。
在一些实施例中，在形成所述图形化的光刻胶层210之前，在所述基底201上形成所述多个分立的第二隔离结构206还可以包括：在所述第二隔离材料层209的表面形成硬掩模(Hard Mask)层211，所述图形化的光刻胶层210形成于所述硬掩模层211的表面。
在一些实施例中，可以采用化学气相沉积(CVD)工艺形成所述硬掩模层211，所述硬掩模层211的材料可以是氮化硅(SiN)、氮化钛(TiN)等。
执行步骤S195，结合参考图15，以所述图形化的光刻胶层210为掩膜，刻蚀所述第二隔离材料层209(如图14所示)，形成多个分立的第二隔离结构206和图形化的硬掩模层211a。
在一些实施例中，在所述步骤S195之后，所述多个分立的第二隔离结构206的形成方法还可以包括去除位于所述第二隔离结构206的表面的图形化的硬掩模层211a和所述图形化的光刻胶层210。
参考图16，结合参考图17至图19，图16是本发明另一个实施例的图像传感器的隔离结构300的形成方法的流程图，图17至图19是本发明另一实施例的图像传感器的隔离结构300的形成方法的中间结构的剖面结构示意图。
在一些实施例中，所述图像传感器的隔离结构300的形成方法可以包括以下步骤。
执行步骤S21，结合参考图17，提供基底301，所述基底301中设置有多个分立的像素区域302。一些实施例中，所述基底301可以是半导体衬底，例如硅(Si)衬底。
执行步骤S23，结合参考图17，在所述基底301中形成多个分立的第一沟槽303，所述第一沟槽303位于相邻的像素区域302之间，且所述第一沟槽303的开口位于所述基底301的第一表面301a。在一些实施例中，可以通过干法刻蚀或湿法刻蚀的工艺形成所述多个分立的第一沟槽303。
执行步骤S25，结合参考图18，在所述基底301中形成多个分立的第一隔离结构305，所述第一隔离结构305位于所述第一沟槽303(如图17所示)内，且所述第一隔离结构305未填充满所述第一沟槽303。
在一些实施例中，所述第一隔离结构305可以为深沟槽隔离(DTI)。所述第一隔离结构305的材料可以为绝缘材料，例如氧化物，所述氧化物可以包括二氧化硅。
在一些实施例中，在所述基底301中形成所述多个分立的第一隔离结构305可以包括：在所述基底301的第一表面301a和所述第一沟槽303内形成第一隔离材料层(未示出)，且所述第一隔离材料层填充满所述第一沟槽303；平坦化或者刻蚀所述第一隔离材料层至暴露出所述基底301的第一表面301a，形成位于所述第一沟槽303中的第一隔离结构；以及刻蚀所述第一隔离结构至所述第一隔离结构的暴露出的表面的至少一部分低于所述基底301的第一表面301a，形成第一隔离结构305和位于所述第一隔离结构305上的第二沟槽(未标示)。以上步骤可以参照图8至图11所示实施例的相应描述，此处不再赘述。
在一些实施例中，所述第一隔离结构305的暴露出的表面可以包括一个或多个平面、和/或曲面。
执行步骤S27，结合参考图19，在所述基底301上形成多个分立的第二隔离结构306，所述第二隔离结构306位于所述第一隔离结构305的表面，且所述第二隔离结构306的一部分位于所述第一沟槽303(如图17所示)内，即所述第二隔离结构306具有延伸至所述基底301内部的侵入部(infringe portion)306a，所述侵入部306a和所述基底301在厚度方向(即高度方向)上具有相互重叠的部分。
本实施例中，所述第二隔离结构306的材料可以是非金属，因而所述第二隔离结构306可以直接与所述基底301例如硅衬底相接触，而无需形成覆盖所述基底301的第一表面301a的介质层，因而简化了工艺步骤。
在一些实施例中，为了实现较好的隔离效果，所述第二隔离结构306可以采用折射率小于所述第一隔离结构305的折射率和所述基底301的折射率的材料形成，例如所述基底301的材料可以为硅，所述第一隔离结构305的材料可以为二氧化硅，则所述第二隔离结构306的材料可以为氧化铝，以提高斜入射光线在所述基底301与所述第二隔离结构306的侵入部306a之间的界面处的反射率。通常而言，所述基底301的折射率与所述第二隔离结构306的折射率的差值越大，所述斜入射光线在所述基底301与所述第二隔离结构306之间的界面处的反射率越高。这样，当一个像素区域302上方的光线以较大的角度朝向与所述一个像素区域302相邻的另一个像素区域302斜入射时，能够更大程度地被所述第二隔离结构306的侵入部306a反射回所述一个像素区域302(如图19中的虚线箭头所示)，从而降低了不同像素区域302之间的光线串扰。
在其它实施例中，所述第二隔离结构306也可以采用其它非金属材料形成。
在一些实施例中，所述第二隔离结构306的侵入部306a延伸至所述基底301内部的深度可以根据具体要求进行设计。通常而言，所述侵入部306a延伸至所述基底301内部越深，所述侵入部306a能够阻挡的斜入射的光线越多，即使具有较小入射角的斜入射的光线也能够被所述侵入部306a所阻挡，从而实现更佳的隔离效果。
在一些实施例中，所述第二隔离结构306可以为滤色片隔离(Color FilterIsolation,CFI)，即相邻的第二隔离结构306之间可以用来设置滤色元件。
在一些实施例中，在所述基底301上形成所述多个分立的第二隔离结构306可以包括：在所述基底301的第一表面301a和所述第一隔离结构305的表面形成第二隔离材料层(未示出)，且所述第二隔离材料层填充满所述第二沟槽；在所述第二隔离材料层表面形成图形化的光刻胶层(未示出)，所述图形化的光刻胶层覆盖所述多个分立的第一隔离结构305；以及以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二隔离材料层，形成多个分立的第二隔离结构306。
在一些实施例中，所述图形化的光刻胶层可以包括多个分立的光刻胶区域，所述多个分立的光刻胶区域分别与所述多个分立的第一隔离结构305对准，且所述光刻胶区域沿平行于所述基底301的第一表面301a的方向的尺寸大于或等于所述第一隔离结构305沿平行于所述基底301的第一表面301a的方向的尺寸。
以上形成所述多个分立的第二隔离结构306的步骤可以参照图12至图15相应部分的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种图像传感器的形成方法。参考图20，图20是本发明一个实施例的图像传感器的形成方法的流程图。
在一些实施例中，所述图像传感器的形成方法可以包括以下步骤。
执行步骤S31，采用图2至图15所示实施例的隔离结构的形成方法、或者图16至图19所示实施例的隔离结构的形成方法形成隔离结构。
执行步骤S33，在所述基底的多个分立的像素区域分别形成光电转换元件，使得所述基底中包括多个分立的光电转换元件。在一些实施例中，所述光电转换元件可以包括光电二极管。
在一些实施例中，所述步骤S33的执行顺序可以位于所述步骤S31之前。
在一些实施例中，所述图像传感器的形成方法还可以包括：在相邻的第二隔离结构之间形成滤色组件，即所述第二隔离结构可以为滤色片隔离(Color Filter Isolation,CFI)。
在一些实施例中，所述滤色组件可以包括滤色元件和微透镜。所述滤色元件可以形成于所述基底的第一表面一侧，所述微透镜可以形成于所述滤色元件表面。
在一些实施例中，所述滤色元件可以包括绿色滤光镜、蓝色滤光镜、或红色滤光镜。
在一些实施例中，所述图像传感器的形成方法还可以包括：在所述基底的第二表面形成栅极结构和金属互连层，以及在所述基底内形成其它器件，如钉扎层，浮置扩散区等。
在一些实施例中，所述图像传感器可以为CMOS图像传感器，例如背照式(BSI)CMOS图像传感器。
本发明实施例还提供一种图像传感器的隔离结构。参考图7，所述图像传感器可以包括基底201和介质层204，所述基底201中形成有多个分立的像素区域202，相邻的像素区域202之间形成有第一沟槽203(如图5所示)，所述第一沟槽203(如图5所示)的开口位于所述基底201的第一表面201a，所述介质层204位于所述基底201的第一表面201a和所述第一沟槽203的内壁。所述图像传感器的隔离结构200可以包括：多个分立的第一隔离结构205，所述第一隔离结构205位于所述第一沟槽203内的介质层204上，且所述第一隔离结构205未填充满所述第一沟槽203(如图5所示)；以及多个分立的第二隔离结构206，所述第二隔离结构206位于所述第一隔离结构205的表面；其中，且所述第二隔离结构206的一部分位于所述第一沟槽203(如图5所示)内，即所述第二隔离结构206具有侵入部(infringe portion)206a，所述侵入部206a沿所述基底201的厚度方向(即高度方向)和所述介质层204具有相互重叠的区域。
在一些实施例中，所述第二隔离结构206与所述第一隔离结构205相接触，所述第二隔离结构206与所述第一隔离结构205之间接触的界面可以包括一个或多个平面、和/或曲面。
在一些实施例中，所述第一隔离结构205可以为深沟槽隔离(DTI)。所述第一隔离结构205的材料可以为绝缘材料，例如氧化物，所述氧化物可以包括二氧化硅。
在一些实施例中，所述第二隔离结构206可以为滤色片隔离(CFI)，即相邻的第二隔离结构206之间可以用来设置滤色元件。所述第二隔离结构206的材料可以为金属，例如钨。所述介质层204可以包括抗反射层，所述抗反射层的材料可以为氮化硅。
在一些实施例中，沿所述基底201的厚度方向，所述第二隔离结构206的侵入部206a的最下端(即所述侵入部206a中最靠近所述基底201的第二表面201b的位置)可以低于所述介质层204的第一表面204a，所述介质层204的第一表面204a为所述介质层204沿其厚度方向远离所述基底201的表面。
在一些实施例中，所述侵入部206a的最下端可以低于所述介质层204的第二表面204b，所述介质层204的第二表面204b为所述介质层204沿其厚度方向靠近所述基底201的表面。
在一些实施例中，所述侵入部206a的最下端可以低于所述基底201的第一表面201a。
在一些实施例中，所述第二隔离结构206的侵入部206a延伸至所述基底201内的深度可以根据具体要求进行设计。
本实施例中，所述图像传感器的隔离结构200的具体结构和功能可参照图2至图15所示实施例的图像传感器的隔离结构200的形成方法中对应部分的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种图像传感器的隔离结构。参考图19，所述图像传感器可以包括基底301，所述基底301中形成有多个分立的像素区域302，相邻的像素区域302之间形成有第一沟槽303(如图17所示)，所述第一沟槽303(如图17所示)的开口位于所述基底301的第一表面301a。所述图像传感器的隔离结构300可以包括：多个分立的第一隔离结构305，所述第一隔离结构305位于所述第一沟槽303(如图17所示)内，且所述第一隔离结构305未填充满所述第一沟槽303(如图17所示)；以及多个分立的第二隔离结构306，所述第二隔离结构306位于所述第一隔离结构305的表面，且所述第二隔离结构306的一部分位于所述第一沟槽303(如图17所示)内，即所述第二隔离结构306具有延伸至所述基底301内部的侵入部(infringe portion)306a。
在一些实施例中，所述第二隔离结构306的侵入部306a延伸至所述基底301内的深度可以根据具体要求进行设计。
在一些实施例中，所述第二隔离结构306与所述第一隔离结构305相接触，所述第二隔离结构306与所述第一隔离结构305之间接触的界面可以包括：一个或多个平面、和/或曲面。
在一些实施例中，所述第一隔离结构305可以为深沟槽隔离(DTI)。所述第一隔离结构305的材料可以为绝缘材料，例如氧化物，所述氧化物可以包括二氧化硅。
在一些实施例中，所述第二隔离结构306可以为滤色片隔离(CFI)，即相邻的第二隔离结构306之间可以用来设置滤色元件。
在一些实施例中，所述第二隔离结构306的材料可以为非金属。为了实现较好的隔离效果，所述第二隔离结构306可以采用折射率小于所述第一隔离结构305的折射率和所述基底301的折射率的材料形成，例如所述基底301的材料可以为硅，所述第一隔离结构305的材料可以为二氧化硅，则所述第二隔离结构306的材料可以为氧化铝，以提高斜入射光线在所述基底301与所述第二隔离结构306的侵入部306a之间的界面处的反射率。通常而言，所述基底301的折射率与所述第二隔离结构306的折射率的差值越大，所述斜入射光线在所述基底301与所述第二隔离结构306之间的界面处的反射率越高。在其它实施列中，所述第二隔离结构306也可以采用其它非金属材料形成。
本实施例中，所述图像传感器的隔离结构300的具体结构和功能可参照图16至图19所示实施例的图像传感器的隔离结构300的形成方法中对应部分的描述，此处不再赘述。
本发明实施例还提供一种图像传感器。所述图像传感器可以包括：基底，所述基底中设置有多个分立的像素区域，相邻的像素区域之间形成有第一沟槽；多个分立的光电转换元件，分别位于所述多个分立的像素区域；以及图7或图9所示实施例的图像传感器的隔离结构。
在一些实施例中，所述光电转换元件可以包括光电二极管。
在一些实施例中，所述图像传感器还可以包括：多个分立的滤色组件，所述滤色组件位于相邻的第二隔离结构之间。
在一些实施例中，所述滤色组件可以包括滤色元件和微透镜。所述滤色元件可以形成于所述基底的第一表面一侧，所述微透镜可以形成于所述滤色元件表面。
在一些实施例中，所述滤色元件可以包括绿色滤光镜、蓝色滤光镜、或红色滤光镜。
在一些实施例中，所述图像传感器还可以包括：位于所述基底的第二表面的栅极结构和金属互连层，以及位于所述基底内的其它器件，如钉扎层，浮置扩散区等。
在一些实施例中，所述图像传感器可以为CMOS图像传感器，例如背照式(BSI)CMOS图像传感器。
综上所述，本发明实施例的图像传感器的隔离结构的形成方法，通过在所述基底中形成多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内的介质层上，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，以及在所述基底上形成多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有侵入部，所述侵入部和位于所述基底的第一表面的介质层在高度(即厚度)方向上具有相互重叠的部分，所述侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为金属，所述介质层包括抗反射层，由于金属具有较高的反射率，一方面能够加强所述第二隔离结构的隔离效果，另一方面能够减小在所述第二隔离结构的材料选取过程中对材料本身的反射率或折射率参数的依赖。
本发明实施例的图像传感器的隔离结构的形成方法，通过在所述基底中形成多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，以及在所述基底上形成多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有延伸至所述基底内部的侵入部，所述第二隔离结构的侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为非金属，所述第二隔离结构可以直接和所述基底相接触，而无需在所述基底表面形成介质层，简化了工艺步骤。
本发明实施例的图像传感器的形成方法，由于包括采用本发明实施例的隔离结构的形成方法形成所述隔离结构，因而能够降低不同像素区域之间的光线串扰，提高所述图像传感器的性能。
本发明实施例的图像传感器的隔离结构包括：多个分立的第一隔离结构和多个分立的第二隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内的介质层上，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有侵入部，所述侵入部和位于所述基底的第一表面的介质层在高度(即厚度)方向上具有相互重叠的部分，所述侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为金属，所述介质层包括抗反射层，由于金属具有较高的反射率，一方面能够加强所述第二隔离结构的隔离效果，另一方面能够减小在所述第二隔离结构的材料选取过程中对材料本身的反射率或折射率参数的依赖。
本发明实施例的图像传感器的隔离结构包括：多个分立的第一隔离结构和多个分立的第二隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内，即所述第二隔离结构具有延伸至所述基底内部的侵入部，所述第二隔离结构的侵入部能够阻挡斜入射的光线，使得来自一个像素区域上方的斜入射光线无法经由像素区域之间的隔离结构进入相邻的另一个像素区域，从而降低了不同像素区域之间的光线串扰。
进一步地，所述第二隔离结构的材料可以为非金属，所述第二隔离结构可以直接和所述基底相接触，而无需在所述基底表面形成介质层，简化了工艺步骤。
本发明实施例的图像传感器，由于包括本发明实施例的隔离结构，因而能够降低不同像素区域之间的光线串扰，提高所述图像传感器的性能。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (20)
1.一种图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底中设置有多个分立的像素区域；
在所述基底中形成多个分立的第一沟槽，所述第一沟槽位于相邻的像素区域之间，且所述第一沟槽的开口位于所述基底的第一表面；
形成多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽；以及
形成多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内。
2.如权利要求1所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，在形成所述多个分立的第一隔离结构前，所述形成方法还包括：形成覆盖所述基底的第一表面和所述第一沟槽的内壁的介质层。
3.如权利要求2所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，所述第二隔离结构的材料为金属，和/或所述介质层包括抗反射层。
4.如权利要求2所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，形成所述多个分立的第一隔离结构包括：
在所述介质层的第一表面形成第一隔离材料层，且所述第一隔离材料层填充满所述第一沟槽；
平坦化或者刻蚀所述第一隔离材料层，至暴露出位于所述基底上的介质层的第一表面，形成位于所述第一沟槽中的第一隔离结构；以及
刻蚀所述第一隔离结构至所述第一隔离结构的暴露出的表面的至少一部分低于位于所述基底上的介质层的第一表面，形成位于所述第一隔离结构上的第二沟槽。
5.如权利要求4所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，形成所述多个分立的第二隔离结构包括：
在所述介质层的第一表面和所述第一隔离结构的暴露出的表面形成第二隔离材料层，且所述第二隔离材料层填充满所述第二沟槽；
在所述第二隔离材料层的表面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层覆盖所述多个分立的第一隔离结构；以及
以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二隔离材料层，形成多个分立的第二隔离结构。
6.如权利要求1所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，所述第二隔离结构的材料为非金属。
7.如权利要求1所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，形成所述多个分立的第一隔离结构包括：
在所述基底的第一表面和所述第一沟槽内形成第一隔离材料层，且所述第一隔离材料层填充满所述第一沟槽；
平坦化或者刻蚀所述第一隔离材料层至暴露出所述基底的第一表面，形成位于所述第一沟槽中的第一隔离结构；以及
刻蚀所述第一隔离结构至所述第一隔离结构的暴露出的表面的至少一部分低于所述基底的第一表面，形成位于所述第一隔离结构上的第二沟槽。
8.如权利要求7所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，形成所述多个分立的第二隔离结构包括：
在所述基底的第一表面和所述第一隔离结构的暴露出的表面形成第二隔离材料层，且所述第二隔离材料层填充满所述第二沟槽；
在所述第二隔离材料层的表面形成图形化的光刻胶层，所述图形化的光刻胶层覆盖所述多个分立的第一隔离结构；以及
以所述图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二隔离材料层，形成多个分立的第二隔离结构。
9.如权利要求4或7所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，刻蚀所述第一隔离结构后，所述第一隔离结构的暴露出的表面包括：一个或多个平面、和/或曲面。
10.如权利要求5或8所述的图像传感器的隔离结构的形成方法，其特征在于，所述图形化的光刻胶层包括多个分立的光刻胶区域，所述多个分立的光刻胶区域分别与所述多个分立的第一隔离结构对准，且所述光刻胶区域沿平行于所述基底的第一表面的方向的尺寸大于或等于所述第一隔离结构沿平行于所述基底的第一表面的方向的尺寸。
11.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
采用如权利要求1至10任一项所述的形成方法形成所述图像传感器的隔离结构；以及
在所述基底的多个分立的像素区域分别形成光电转换元件。
12.如权利要求11所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在相邻的第二隔离结构之间形成滤色组件。
13.一种图像传感器的隔离结构，所述图像传感器包括基底，所述基底中形成有多个分立的像素区域，相邻的像素区域之间形成有第一沟槽，所述第一沟槽的开口位于所述基底的第一表面，其特征在于，所述隔离结构包括：
多个分立的第一隔离结构，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内，且所述第一隔离结构未填充满所述第一沟槽；以及
多个分立的第二隔离结构，所述第二隔离结构位于所述第一隔离结构的表面，且所述第二隔离结构的一部分位于所述第一沟槽内。
14.如权利要求13所述的图像传感器的隔离结构，其特征在于，还包括：位于所述基底的第一表面和所述第一沟槽的内壁的介质层，所述第一隔离结构位于所述第一沟槽内的介质层上。
15.如权利要求14所述的图像传感器的隔离结构，其特征在于，所述第二隔离结构的材料为金属，和/或所述介质层包括抗反射层。
16.如权利要求14所述的图像传感器的隔离结构，其特征在于，沿所述基底的厚度方向，所述第二隔离结构的一部分低于位于所述基底上的介质层的第一表面或低于所述基底的第一表面。
17.如权利要求13或14所述的图像传感器的隔离结构，其特征在于，所述第二隔离结构与所述第一隔离结构相接触，所述第二隔离结构与所述第一隔离结构之间接触的界面包括：一个或多个平面、和/或曲面。
18.如权利要求13所述的图像传感器的隔离结构，其特征在于，所述第二隔离结构的材料为非金属。
19.一种图像传感器，其特征在于，包括：
基底，所述基底中设置有多个分立的像素区域，相邻的像素区域之间形成有第一沟槽；
多个分立的光电转换元件，分别位于所述多个分立的像素区域；以及
如权利要求13至18任一项所述的隔离结构。
20.如权利要求19所述的图像传感器，其特征在于，还包括多个分立的滤色组件，所述滤色组件位于相邻的第二隔离结构之间。
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| CN106463518A (zh) * | 2014-06-11 | 2017-02-22 | 索尼公司 | 固态成像元件和电子装置 |
| CN107845624A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-03-27 | 德淮半导体有限公司 | 一种图像传感器及其形成方法 |
| CN108183116A (zh) * | 2018-01-11 | 2018-06-19 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其制造方法 |
| CN109192742A (zh) * | 2018-09-04 | 2019-01-11 | 德淮半导体有限公司 | 背照式图像传感器及其形成方法 |
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