CN110400818A - 制造背照式cmos图像传感器的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种制造背照式CMOS图像传感器的方法。该方法包括：在第一掺杂类型的半导体基底的第一表面进行离子注入，以形成第一掺杂类型的掺杂区；在所述半导体基底的第二表面形成第二沟槽，使得所述第二沟槽包围所述掺杂区；生长与第一掺杂类型不同的第二掺杂类型的半导体层，以覆盖所述第二沟槽的底部、侧壁以及第二表面；以及在所述第二沟槽中填充遮光材料。
Description
技术领域
本公开涉及制造背照式CMOS图像传感器的方法。
背景技术
随着图像传感器技术的发展，背照式CMOS图像传感器逐渐被广泛采用。同前照式CMOS图像传感器相比，背照式CMOS图像传感器中的光电二极管可以接收到更多的光线，使CMOS具有更高灵敏度和信噪比。
发明内容
根据本公开的一个方面，提供了一种制造背照式CMOS图像传感器的方法，包括：在第一掺杂类型的半导体基底的第一表面进行离子注入，以形成第一掺杂类型的掺杂区；在所述半导体基底的第二表面形成第二沟槽，使得所述第二沟槽包围所述掺杂区；生长与第一掺杂类型不同的第二掺杂类型的半导体层，以覆盖所述第二沟槽的底部、侧壁以及第二表面；以及在所述第二沟槽中填充遮光材料。
在根据本公开的一些实施例中，通过分子束外延或原子层沉积生长所述半导体层。
在根据本公开的一些实施例中，所述遮光材料包括：氧化物、氮化物、氮氧化物和金属。
在根据本公开的一些实施例中，所述第一掺杂类型为N型，所述方法还包括：在所述半导体基底的第一表面上形成第一沟槽，使得所述第一沟槽包围所述掺杂区。
在根据本公开的一些实施例中，所述方法还包括：在第一沟槽中填充绝缘材料。
在根据本公开的一些实施例中，所述绝缘材料为氧化物、氮化物或氮氧化物。
在根据本公开的一些实施例中，对所述第一沟槽的底部进行离子注入，从而在所述第一沟槽的下方形成P型掺杂区。
在根据本公开的一些实施例中，所述P型掺杂区接触所述第二沟槽底部的半导体层。
在根据本公开的一些实施例中，所述方法还包括：对所述半导体基底的第二表面进行减薄处理。
在根据本公开的一些实施例中，所述减薄处理为化学机械平坦化处理。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的背照式CMOS图像传感器的示意图。
图2示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的制造背照式CMOS图像传感器的流程图。
图3A-图3I示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的制造背照式CMOS图像传感器的过程的示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
图1示出了根据本公开的一些实施例的背照式CMOS图像传感器的示意图。
如图1所示，该背照式CMOS图像传感器包括微透镜101、滤色片102以及位于滤色片102下方的光电二极管。在图1中，光电二极管包含P型掺杂区103和N型掺杂区104。在P型掺杂区103和N型掺杂区104之间的交界面109附近形成PN结。当有光入射到光电二极管的PN结上时，将在光电二极管中产生光电流。
此外，在光电二极管的周围，还形成有背面深沟道隔离(Backside Deep TrenchIsolation,BDTI)105。BDTI 105可以防止光入射到相邻的像素中。在光电二极管的下方与BDTI 105对应的位置，还设置有浅沟道隔离(Shallow Trench Isolation,STI)108。在N型掺杂区104侧面的P型掺杂区106除了可以在交界面附近形成PN结外，还可以起到像素隔离(Pixel Isolation,PISO)的作用，把各个像素隔离开。
但是，当使用P型掺杂的硅晶圆制造背照式CMOS图像传感器时，难以控制N型掺杂区104上面的P型掺杂区103的厚度。此外，为了形成N型掺杂区104和PISO，需要进行深度较大的离子注入，从而难以控制注入深度和形貌。
图2示出了根据本公开的一些示意性实施例的制造背照式CMOS图像传感器的方法的流程图。
如图2所示，根据本公开的一些实施例的制造背照式CMOS图像传感器的方法包括以下步骤：
在第一掺杂类型的半导体基底的第一表面进行离子注入，以形成第一掺杂类型的掺杂区(步骤210)；
在所述半导体基底的第二表面形成第二沟槽，使得所述第二沟槽包围所述掺杂区(步骤220)；
生长与第一掺杂类型不同的第二掺杂类型的半导体层，以覆盖所述第二沟槽的底部、侧壁以及所述掺杂区的暴露于所述半导体基底的第二表面的表面(步骤230)；以及
在所述第二沟槽中填充遮光材料(步骤240)。
下面将结合图3A-图3I详细描述根据本公开的一些实施例的制造背照式CMOS图像传感器的过程。
图3A-3I示出了根据本公开的一些示意性实施例的制造背照式CMOS图像传感器的过程的示意图。
首先，如图3A所示，在N-型(即N型轻掺杂)硅晶圆基底310的第一表面313上进行离子注入，以形成N型掺杂区312(步骤210)。例如，可以先在第一表面313上均匀涂覆一层光刻胶，然后通过曝光、显影等处理，形成光刻胶掩膜311。在掩膜311的保护下，将磷、砷、锑等注入到N型掺杂区312中，提高了区域312中的施主杂质的浓度。在根据本公开的一些实施例中，N型掺杂区312的深度可以为例如大约1μm。同现有技术相比，N型掺杂区312的深度较浅，可以更好地控制离子注入过程。
在根据本公开的一些实施例中，可以根据实际需要在不同的深度进行不同浓度的掺杂，从而形成的N型掺杂区312可以具有多层，每层的掺杂浓度不同。
然后，如图3B所示，去除掩膜311，并且在第一表面313上形成新的掩膜314。利用掩膜314，对基底310进行刻蚀(例如等离子刻蚀等干法刻蚀)，以形成沟槽315。其中，掩膜314覆盖住与N型掺杂区312对应的部分，使得沟槽315包围N型掺杂区312。
接下来，如图3C所示，仍然在掩膜314的保护下，向沟槽315中填充绝缘材料(例如氧化物、氮化物或氮氧化物等)，从而形成浅沟槽隔离316。
接下来，如图3D所示，在掩膜314的保护下，对浅沟槽隔离316下方的硅晶圆基底310进行掺杂，从而形成像素隔离区317。例如，可以将硼、铝、镓等离子注入到对应的区域中，使得像素隔离区317为P型掺杂区，从而实现相邻像素的隔离的作用。
接下来，如图3E所示，将硅晶圆基底310翻转过来，并且在硅晶圆基底310的表面318上形成掩膜319。例如，可以在硅晶圆基底310的表面318均匀涂覆一层光刻胶，然后进行曝光和显影等操作，形成掩膜319。此外，在根据本公开的一些实施例中，在制作掩膜319之前，可以根据实际需要对硅晶圆基底310进行减薄处理，例如通过化学机械平坦化处理掩膜硅晶圆基底310的表面318，以减小硅晶圆基底310的厚度。
接下来，如图3F所示，利用掩膜319，在硅晶圆基底310的表面318上形成沟槽(第二沟槽)320，使得沟槽320包围N型掺杂区(步骤220)，然后去除掩膜319。例如，可以通过等离子刻蚀等干法刻蚀的方式形成沟槽320。沟槽320可以与下面的像素隔离区317和浅沟槽隔离316对应，同样包围N型掺杂区312。在根据本公开的一些实施例中，沟槽320使得像素隔离区317暴露出来。这样，像素隔离区317和后面将在沟槽320中形成的P型掺杂硅层323可以共同起到像素隔离的作用。此外，通过沟槽320，在N-型硅晶圆基底310上还形成了N-型掺杂区321。N-型掺杂区321和N型掺杂区312共同构成了光电二极管的N型掺杂区。
接下来，如图3G所示，在硅晶圆基底310的表面318上形成P型掺杂的硅层323(步骤230)。例如，可以采用分子束外延生长或者原子层沉积等方式来形成硅层323。硅层323除了覆盖表面318，还覆盖了沟槽320的侧壁和底部。这样，位于沟槽320的侧壁和底部的硅层323也可以作为像素隔离区，与像素隔离区317共同起到像素隔离的作用。此外，P型掺杂的硅层323还与N-型掺杂区321和N型掺杂区312共同构成了光电二极管，并在交界处形成PN结。
由于在表面318上通过分子束外延或原子层沉积等方式生长一层P型掺杂的硅层323，不必像现有技术那样通过对P型基底的化学机械平坦化处理来控制光电二极管的P型掺杂区的厚度，可以更好地控制光电二极管中P型掺杂的硅层的厚度和形貌，并且能够准确地控制光电二极管的PN结的深度。
接下来，如图3H所示，在沟槽320中填充遮光材料，以形成背面深沟道隔离324(步骤240)。在根据本公开的一些实施例中，遮光材料可以选自以下材料之一：氧化物(例如氧化镁、氧化铝等)、氮化物(例如氮化硅)、氮氧化物(例如氮氧化硅)、金属(例如铜、银、金、铝、锡、铅、铁等)或其它遮光材料(例如遮光树脂等)。
最后，如图3I所示，可以在硅晶圆310上依次形成滤色片302和微透镜301。例如，滤色片302可以包括红色滤色片、蓝色滤色片和绿色滤色片等。通过在光电二极管上设置滤色片302，可以控制该光电二极管对相应的颜色进行感光。微透镜301可以把光会聚到光电二极管中，从而增加入射到光电二极管中的光的量。
根据上面描述的根据本公开的一些实施例的制造CMOS图像传感器的过程，可以采用N-型掺杂的硅晶圆基底来制造CMOS图像传感器，而不必在硅晶圆上进行P型硅的外延生长作为基底。
此外，根据本公开的方法制造的背照式CMOS图像传感器中，光电二极管的N型区域更大，可以改善全势阱能力(Full Well Capacity,FWC)。
上面以N-型掺杂的硅晶圆基底为例描述了根据本公开的一些实施例。应当理解，本公开不限于此。例如半导体基底还可以是例如锗、碳化硅等半导体材料制成。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
另外，前面的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种制造背照式CMOS图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在第一掺杂类型的半导体基底的第一表面进行离子注入，以形成第一掺杂类型的掺杂区；
在所述半导体基底的第二表面形成第二沟槽，使得所述第二沟槽包围所述掺杂区；
生长与第一掺杂类型不同的第二掺杂类型的半导体层，以覆盖所述第二沟槽的底部、侧壁以及第二表面；以及
在所述第二沟槽中填充遮光材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过分子束外延或原子层沉积生长所述半导体层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述遮光材料包括：氧化物、氮化物、氮氧化物和金属。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一掺杂类型为N型，所述方法还包括：
在所述半导体基底的第一表面上形成第一沟槽，使得所述第一沟槽包围所述掺杂区。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在第一沟槽中填充绝缘材料。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绝缘材料为氧化物、氮化物或氮氧化物。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述第一沟槽的底部进行离子注入，从而在所述第一沟槽的下方形成P型掺杂区。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述P型掺杂区接触所述第二沟槽底部的半导体层。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述半导体基底的第二表面进行减薄处理。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述减薄处理为化学机械平坦化处理。
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