CN113113433A - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种具有被背面深沟槽隔离(BDTI)结构包围的光电二极管的图像传感器以及一种相关联的形成方法。在一些实施例中，多个像素区域被放置在图像感测管芯内，并且分别包括光电二极管，该光电二极管被配置为将辐射转换成电信号。光电二极管包括被光电二极管掺杂层包围的第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，该光电二极管掺杂层具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型。BDTI结构被放置在相邻像素区域之间并且从图像感测管芯的背面延伸到光电二极管掺杂层内的位置。BDTI结构包括第二掺杂类型的掺杂衬垫和介电填充层。掺杂衬垫给介电填充层的侧壁表面加衬。

Description

图像传感器及其形成方法
技术领域
本发明的实施例涉及图像传感器及其形成方法。
背景技术
许多现代电子器件包括使用图像传感器的光学成像器件(例如，数码相机)。图像传感器可以包括像素传感器的阵列和支持逻辑。像素传感器测量入射辐射(例如，光)并转换成数字数据，而支持逻辑便于测量值的读出。一种类型的图像传感器是背照式(BSI)图像传感器器件。BSI图像传感器器件用于感测朝向衬底的背面(其与衬底的正面相对，在衬底的正面上构建了包括多个金属层和介电层的互连结构)投射的光量。与前照式(FSI)图像传感器器件相比，BSI图像传感器器件提供减少的相消干涉。
发明内容
根据本发明实施例的一个方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：从图像感测管芯的正面形成用于多个像素区域的多个光电二极管，其中，光电二极管被形成为具有第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，光电二极管掺杂柱被第二掺杂类型的光电二极管掺杂层包围，第二掺杂类型不同于第一掺杂类型；从图像感测管芯的正面，在光电二极管掺杂层中的相邻像素区域之间形成深沟槽，其中，光电二极管掺杂层的暴露于深沟槽的上部部分在深沟槽的蚀刻期间转化为缺陷层；交替地进行至少两种蚀刻剂的周期清洗工艺以去除缺陷层；形成给深沟槽的侧壁表面加衬的第二掺杂类型的掺杂衬垫；以及形成填充深沟槽的内部空间的介电填充层，以形成背面深沟槽隔离结构。
根据本发明实施例的另一个方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括：从图像感测管芯的正面形成用于多个像素区域的光电二极管，其中，光电二极管被形成为具有第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，光电二极管掺杂柱被第二掺杂类型的光电二极管掺杂层包围，第二掺杂类型不同于第一掺杂类型；通过经由至少一个注入工艺将掺杂剂注入到光电二极管掺杂层中，从图像感测管芯的正面形成掺杂隔离阱；在图像感测管芯的正面上形成栅极结构和金属化堆叠件，其中，金属化堆叠件包括布置在一个或多个层间介电层内的多个金属互连层，从图像感测管芯的正面将图像感测管芯接合到逻辑管芯，其中，逻辑管芯包括逻辑器件；在图像感测管芯的背面中的相邻像素区域之间形成深沟槽；进行清洗工艺以去除光电二极管掺杂层的暴露于深沟槽的上部部分，其中，清洗工艺包括氢氟酸的第一蚀刻剂以及氨和过氧化氢混合物的第二蚀刻剂；形成给深沟槽的侧壁表面加衬的第二掺杂类型的掺杂衬垫；以及形成填充深沟槽的内部空间以形成背面深沟槽隔离结构的介电填充层。
根据本发明实施例的又一个方面，提供了一种图像传感器，包括：图像感测管芯，具有正面和与正面相对的背面；多个像素区域，被放置在图像感测管芯内，并且分别包括光电二极管，光电二极管被配置为将从图像感测管芯的背面进入的辐射转换成电信号，光电二极管包括被光电二极管掺杂层包围的第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，光电二极管掺杂层具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型；以及背面深沟槽隔离结构，被放置在相邻像素区域之间并且从图像感测管芯的背面延伸到光电二极管掺杂层内的位置；其中，背面深沟槽隔离结构结构包括第二掺杂类型的掺杂衬垫和介电填充层，掺杂衬垫给介电填充层的侧壁表面加衬。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1展示了包括被背面深沟槽隔离(BDTI)结构包围的光电二极管的图像传感器的一些实施例的截面图，该背面深沟槽隔离结构带有掺杂衬垫。
图2A-图2D展示了形成用于图像传感器的带有掺杂衬垫的BDTI结构的方法的一些实施例的一系列示意图。
图3展示了包括被浅隔离阱和带有掺杂衬垫的BDTI结构隔离的光电二极管的图像传感器的一些其它实施例的截面图。
图4展示了包括被带有掺杂衬垫的BDTI结构、浅隔离阱和浅沟槽隔离结构包围的光电二极管的图像传感器的一些其它实施例的截面图。
图5展示了包括接合在一起的图像感测管芯(die)和逻辑管芯的集成芯片的一些实施例的截面图，其中，图像感测管芯具有被带有掺杂衬垫的BDTI结构包围的光电二极管。
图6-图20展示了形成图像传感器的方法的一些实施例的截面图，该图像传感器具有被具有共形掺杂层的BDTI结构包围的光电二极管。
图21展示了形成图像传感器的方法的一些实施例的流程图，该图像传感器具有被具有掺杂层的BDTI结构包围的光电二极管。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本公开。当然，这些仅仅是实例，而不旨在是限制性的。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本公开可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。器件可以以其它方式定向(旋转90度或在其它方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。
集成电路(IC)技术不断得到改进。这种改进经常涉及缩小器件几何结构以实现更低的制造成本、更高的器件集成密度、更高的速度以及更好的性能。由于器件缩放，图像传感器的像素传感器具有较小的尺寸并且彼此更靠近。需要图像传感器的相邻像素之间的改进的电和光隔离，以便减少模糊(blooming)和串扰。介电沟槽和注入阱可以被制造为隔离结构以隔离图像传感器像素。一种类型的图像传感器制造工艺包括注入工艺，以形成穿过光电二极管的深度的深注入阱作为隔离壁(例如，被称为阵列深p阱注入的注入工艺)。然而，除了制造复杂性之外，这些注入工艺还涉及降低曝光分辨率的厚光刻胶层。例如，如果临界尺寸小于0.2μm，则通过大于3μm的光刻胶层难以实现精确的光刻工艺。
鉴于以上，本公开涉及一种包括带有掺杂衬垫的背面深沟槽隔离(BDTI)结构的图像传感器以及相关联的形成方法。在一些实施例中，图像传感器具有被放置在图像感测管芯内的多个像素区域。像素区域分别具有被配置为将辐射转换成电信号的光电二极管。光电二极管包括被光电二极管掺杂层包围的第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱(column)，该光电二极管掺杂层具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型。BDTI结构被放置在相邻像素区域之间并且从图像感测管芯的背面延伸到光电二极管掺杂层内的位置。BDTI结构包括给光电二极管掺杂层的深沟槽的侧壁表面加衬的第二掺杂类型的掺杂衬垫以及被放置在深沟槽的其余内部空间中的填充层。在BDTI结构深入延伸并充当相邻像素之间的深耗尽和隔离结构的情况下，不需要来自感测管芯的正面的深注入。
此外，在一些实施例中，在形成深沟槽之后并且在在深沟槽中形成掺杂衬垫之前进行周期周期清洗工艺，使得光电二极管掺杂层的暴露于深沟槽的有缺陷的上部部分以及在深沟槽的顶部拐角处的弯曲尖端(bowing tip)被去除或至少被减小，为深沟槽留下光滑的侧壁表面和不太弯曲的颈部。因而，在后续沟槽填充工艺期间，更易于获得光滑且均匀的填充结果。在一些进一步的实施例中，通过低温外延工艺、之后是用于掺杂剂活化的激光退火工艺来形成掺杂衬垫。由此，在不引入不希望的异常热预算的情况下，在共形、光滑且具有较少缺陷的情况下形成掺杂衬垫。下面结合制造工艺阐释的图2A-图2D和图13-图15描述形成掺杂衬垫的方法的一些实施例的更多细节。
图1展示了根据一些实施例的具有被BDTI结构111包围的光电二极管104的图像传感器100的截面图，该BDTI结构带有掺杂衬垫114。图像感测管芯134具有正面122和背面124。图像传感器100包括具有多个像素区域的图像感测管芯134，多个像素区域可以被布置成包括行和/或列的阵列，诸如图1中所示的像素区域103a、103b。像素区域103a、103b分别包括被配置为将入射辐射或入射光120(例如，光子)转换成电信号的光电二极管104。在一些实施例中，光电二极管104包括第一区域，诸如具有第一掺杂类型(例如，通过诸如磷、砷、锑等的掺杂剂进行的n型掺杂)的光电二极管掺杂柱104a，以及邻接的第二区域，诸如具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型(例如，通过诸如硼、铝、铟等的掺杂剂进行的p型掺杂)的光电二极管掺杂层128。
BDTI结构111被放置在相邻像素区域103a、103b之间并且隔离这些相邻像素区域。BDTI结构111可以从图像感测管芯134的背面124延伸到光电二极管掺杂层128内的位置或者延伸穿过光电二极管掺杂层128，如图1所示。在一些实施例中，BDTI结构111包括第二掺杂类型(例如，p型掺杂)的掺杂衬垫114和介电填充层112。掺杂衬垫114给光电二极管掺杂层128的深沟槽的侧壁表面加衬，并且介电填充层112填充深沟槽的其余空间。掺杂衬垫114可以包括掺杂硅或带有硼或其它P型掺杂剂的其它掺杂半导体材料。介电填充层112可以由二氧化硅、氮化硅和/或其它适用的介电材料制成。掺杂衬垫114和介电填充层112可以沿图像感测管芯134的背面124横向地延伸。在一些实施例中，从BDTI结构111的上部侧壁到垂直于光电二极管掺杂层128的横向平面的竖直线，BDTI结构111的顶部拐角处的弯曲尖端的弯曲角在约8°至15°的范围内。在一些实施例中，弯曲尖端小于约8°。如上文及下文所公开的，可以通过经由蚀刻工艺形成用于BDTI结构111的深沟槽的制造步骤来引入弯曲尖端。蚀刻工艺可能涉及可以创建底切(under-cut)轮廓的各向异性蚀刻工艺，包括干法蚀刻和湿法蚀刻。然后可以通过周期清洗工艺去除或至少减小弯曲顶部，为深沟槽留下光滑的侧壁表面和不太弯曲的颈部。
在一些实施例中，在图像感测管芯134的背面124上方布置多个彩色滤光片116。多个彩色滤光片116分别被配置为透射特定波长的入射辐射或入射光120。例如，第一彩色滤光片(例如，红色滤光片)可以透射波长在第一范围内的光，而第二彩色滤光片可以透射波长在不同于第一范围的第二范围内的光。在一些实施例中，多个彩色滤光片116可以布置在覆盖多个光电二极管104的栅格结构内。
在一些实施例中，在多个彩色滤光片116上方布置多个微透镜118。各个微透镜118与彩色滤光片116横向地对准并且覆盖像素区域103a、103b。在一些实施例中，多个微透镜118具有邻接多个彩色滤光片116的基本平坦的底表面和弯曲的上表面。弯曲的上表面被配置为聚焦入射辐射或入射光120(例如，朝向下面的像素区域103a、103b的光)。在图像传感器的操作期间，入射辐射或入射光120被微透镜118聚焦到下面的像素区域103a、103b。当足够能量的入射辐射或入射光照射光电二极管104时，其生成电子-空穴对，电子-空穴对产生光电流。值得注意的是，尽管微透镜118在图1中被示为固定到图像传感器上，但是应当理解，图像传感器可以不包括微透镜，并且微透镜可以稍后在单独的制造活动中附接至图像传感器。
图2A-图2D展示了根据一些实施例的制备深沟槽1202并在深沟槽1202的侧壁表面上形成用于图像传感器的掺杂衬垫114的方法的一系列示意图。图2A-图2D示出了在制造工艺期间本申请中公开的图像传感器(诸如上文在图1中公开的图像传感器100)的一些中间部件。由于可获得的形成方法，深沟槽1202不是直柱。例如，如图2A所示，通过蚀刻工艺从光电二极管掺杂层128的背面124形成深沟槽1202。蚀刻工艺涉及各向异性蚀刻工艺，各向异性蚀刻工艺包括干法蚀刻和诸如使用四甲基氢氧化铵(TMAH)作为蚀刻剂中的一种的湿法蚀刻。深沟槽1202可以具有底切轮廓以及在深沟槽1202的顶部拐角处的弯曲尖端。从深沟槽1202的上部侧壁到垂直于光电二极管掺杂层128的平面的竖直线，弯曲尖端的弯曲角θ1可以在约15°至30°的范围内。此外，光电二极管掺杂层128的暴露于深沟槽1202的上部部分由于位错和自然氧化物形成而被损伤，并且作为蚀刻工艺的损伤结果转换成具有厚度Td的缺陷层128’。
图2B示出了周期清洗工艺之后的深沟槽1202。在一些实施例中，周期清洗工艺用于去除缺陷层128’并使深沟槽1202的侧壁表面光滑。周期清洗工艺可以包括使用至少两种不同的蚀刻剂(诸如氢氟酸(HF)以及氨和过氧化氢混合物(APM))的溶液交替地进行多个周期。该工艺不同于诸如使用氢氟酸溶液的湿法清洗、SiCoNi预清洗，和/或其它等离子体增强预清洗工艺等一般清洗方法，因为周期清洗工艺旨在去除光电二极管掺杂层128的上部部分的大部分，以完全去除缺陷层128’并为后续沉积工艺获得光滑的表面。在一些实施例中，周期清洗工艺去除厚度Td在约1-20nm范围内或至少约20nm的缺陷层128’。因而，使得深沟槽1202的侧壁表面光滑，并且弯曲尖端减小。弯曲宽度Wb被定义为从弯曲尖端到深沟槽1202的本体的横向距离，如图2B所示。弯曲宽度Wb可以随着清洗工艺的周期增加而线性地减小。从深沟槽1202的上部侧壁到与光电二极管掺杂层128的平面垂直的竖直线，所产生的弯曲尖端的弯曲角θ2可以被减小到小于15°。例如，光电二极管掺杂层128的上部部分可以被去除约21纳米(nm)，而每个周期去除约6埃
Figure BDA0002847344070000071
通过这种清洗的36个周期，弯曲宽度Wb可以减小到约10nm。因而，BDTI结构的侧壁轮廓被形成为具有不太弯曲的颈部，并且因为沟槽填充质量将通过深沟槽1202的更直的侧壁得到改进，所以图像传感器的性能可以得到改进。
然后，如图2C所示，在填充深沟槽1202的其余空间之前，通过外延沉积工艺在深沟槽1202的光滑侧壁表面上形成掺杂衬垫前体114’。通过具有p型掺杂剂的δ掺杂(delta掺杂)的较低温度外延沉积工艺形成掺杂衬垫前体114’。在一些实施例中，掺杂衬垫前体114’的厚度可以为约1.3nm，其中硼浓度为约1×1019cm-3。在一些实施例中，掺杂衬垫前体114’的掺杂剂浓度可以在约5×1019原子/cm3与约2×1020原子/cm3之间的范围内。掺杂衬垫前体114’的厚度可以在约0.5nm与约3nm之间的范围内。掺杂衬垫前体114’的厚度可以不超过10nm。较厚的掺杂衬垫、较高的形成温度或较小的掺杂剂浓度不利地影响图像传感器的白色像素的数量和/或暗电流。例如，厚度约为10nm并且掺杂剂浓度与掺杂衬垫前体114’相同的掺杂衬垫前体的导致图像传感器的白色像素的数量和/或暗电流的5倍以上。掺杂剂浓度小于8×1019cm-3的掺杂衬垫大大增加了白色像素的数量并且甚至可能导致图像传感器的失效。
如图2D所示，在形成掺杂衬垫前体114’之后是掺杂剂活化工艺，以便于掺杂剂从掺杂衬垫前体114’扩散至掺杂衬垫前体114’的邻接部分以形成掺杂衬垫114。在一些实施例中，掺杂剂活化工艺为激光退火工艺，诸如动态表面退火工艺，并且可以包括多个轮次以实现均匀的掺杂剂分布。例如，掺杂剂可以是硼。硼的表面浓度可以大于1020cm-3，并且扩散深度可以为约20nm，在该深度处，从最高硼浓度减小到约1015cm-3。在一些实施例中，在形成掺杂衬垫114之后，深沟槽1202的弯曲宽度Wb和弯曲角θ2可以基本上被保持，如图2C和图2D所示。
图3展示了根据一些其它实施例的包括被掺杂浅隔离阱110和带有掺杂衬垫114的BDTI结构111隔离的光电二极管104的图像传感器300的截面图。图1和其它图中所示的图像传感器100的部件可以在适用时并入图像传感器300中。在一些实施例中，BDTI结构111的深度D可以在约1.5μm与约5μm之间的范围内。BDTI结构111的横向尺寸W可以在约0.1μm与约0.3μm之间的范围内。BDTI结构111的横向尺寸应足以进行BDTI结构内的掺杂衬垫114和其它层的形成(例如，如下文结合图13-图16所描述的)。掺杂衬垫114的表面粗糙度可以小于
Figure BDA0002847344070000081
掺杂衬垫114自上而下的一致性大于90％。在一些实施例中，通过使用上述结合图2B-图2D描述的周期清洗工艺、外延沉积工艺和掺杂剂活化工艺来实现掺杂衬垫114的更共形的厚度、更光滑的表面和更均匀的掺杂剂浓度。还结合图13-图15讨论了掺杂衬垫114的形成方法的更多细节。
此外，在一些实施例中，掺杂浅隔离阱110被布置在相邻像素区域103a、103b之间并且隔离这些相邻像素区域，从图像感测管芯134的正面122延伸至光电二极管掺杂层128内的位置。掺杂浅隔离阱110可以具有第二掺杂类型(例如，p型掺杂)。在一些实施例中，BDTI结构111的底部部分可以被放置在掺杂浅隔离阱110的凹陷的顶表面内。在此情况下，掺杂浅隔离阱110可能小于BDTI结构111的一半甚至小于1/4的深度。掺杂浅隔离阱110可以与BDTI结构111竖直对准(例如，共享共同的中心线126)。BDTI结构111和掺杂浅隔离阱110共同充当像素区域103a、103b的隔离部，使得可以减少像素区域103a、103b之间的串扰及模糊。由于BDTI结构111和掺杂浅隔离阱110向光电二极管104提供附加的p型掺杂剂，所以BDTI结构111和掺杂浅隔离阱110在操作期间还共同地促进光电二极管104的耗尽，使得全阱容量得到改进。
在一些实施例中，BDTI结构111还包括高k介电衬垫113，高k介电衬垫113被放置在掺杂衬垫114与介电填充层112之间并且将掺杂衬垫114与介电填充层112分离。高k介电衬垫113也可以是共形层。高k介电衬垫113例如可以包括氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)、氧化铪硅(HfSiO)、氧化铪铝(HfAlO)、氧化钽(Ta2O5)或氧化铪钽(HfTaO)。其它适用的高k介电材料也在本公开的范围内。在一些实施例中，高k介电衬垫113的厚度可以在约30nm与约100nm之间的范围内，并且可以由多种高k介电材料的复合物制成。掺杂衬垫114、高k介电衬垫113和介电填充层112可以沿图像感测管芯134的背面124横向地延伸。
在一些实施例中，从图像感测管芯134的正面122到光电二极管掺杂层128内的位置，浮置扩散阱204被放置在相邻像素区域103a、103b之间。在一些实施例中，BDTI结构111延伸到覆盖浮置扩散阱204的位置。BDTI结构111和浮置扩散阱204可以竖直对准(例如，共享共同的中心线302)。传输栅极202被布置在光电二极管掺杂层128上方的横向地在光电二极管104与浮置扩散阱204之间的位置处。在操作期间，传输栅极202控制从光电二极管104到浮置扩散阱204的电荷传输。如果浮置扩散阱204内的电荷电平足够高，则源极跟随晶体管(未示出)被激活并且根据用于寻址的行选择晶体管(未示出)的操作来选择性地输出电荷。复位晶体管(未示出)可以用于在曝光时间之间复位光电二极管104。
图4展示了根据一些其它实施例的包括被带有掺杂衬垫114的BDTI结构111包围的光电二极管104的图像传感器400的截面图。图1和图3中所示的图像传感器100和300以及其它图中所示的图像传感器的部件可以在适用时并入图像传感器400中。此外，在替代图3的一些实施例中，掺杂浅隔离阱110可以通过光电二极管掺杂层128与BDTI结构111分离。此外，从图像感测管芯134的正面122到光电二极管掺杂层128内的位置，浅沟槽隔离(STI)结构402可以被放置在相邻像素区域103a、103b之间。STI结构402和BDTI结构111可以竖直对准(例如，共享共同的中心线404，其与掺杂浅隔离阱110可以共享中心线)。在一些实施例中，掺杂浅隔离阱110从图像感测管芯134的正面122延伸到光电二极管掺杂层128内的位置并且包围STI结构402。掺杂浅隔离阱110可以将STI结构402与光电二极管掺杂层128和/或BDTI结构111分离。在一些进一步的实施例中，光电二极管掺杂柱104a可以从图像感测管芯134的背面124延伸至到达BDTI结构111的掺杂衬垫114的横向部分上。BDTI结构111、掺杂浅隔离阱110以及STI结构402共同充当像素区域103a、103b的隔离部，使得可以减少像素区域103a、103b之间的串扰及模糊。BDTI结构111的掺杂衬垫114和掺杂浅隔离阱110也共同地促进光电二极管104在操作期间的耗尽，使得全阱容量得以改进。
图5展示了根据一些其它实施例的包括接合在一起的图像感测管芯134和逻辑管芯136的集成芯片500的横截面图，其中图像感测管芯134具有被BDTI结构111包围的光电二极管104，该BDTI结构带有掺杂衬垫114。图1、图3和图4中所示的图像传感器100、300和400以及其它图中所示的图像传感器的部件可以在适用时并入图像感测管芯134。图像感测管芯134还可以包括被放置在像素区域103a、103b之间并覆盖这些像素区域的复合栅格506。复合栅格506可以包括在图像感测管芯134的背面124处彼此堆叠的金属层502和介电层504。介电衬垫508给复合栅格506的侧壁和顶部加衬。金属层502可以为一层或多层钨、铜、铝铜或氮化钛或由一层或多层钨、铜、铝铜或氮化钛组成。金属层502的厚度可以在约100nm与约500nm之间的范围内。介电层504可以为一层或多层二氧化硅、氮化硅或其组合或由一层或多层二氧化硅、氮化硅或其组合组成。介电层504的厚度可以在约200nm与约800nm之间的范围内。介电衬垫508可以为氧化物(诸如，二氧化硅)或由氧化物(诸如，二氧化硅)组成。介电衬垫508的厚度可以在约5nm与约50nm之间的范围内。其它适用的金属材料也在本公开的范围内。可以在图像感测管芯134的正面122上布置金属化堆叠108。金属化堆叠108包括布置在一个或多个层间介电(ILD)层106内的多个金属互连层。ILD层106可以包括低k介电层(即，介电常数小于约3.9的电介质)、超低k介电层或氧化物(例如，氧化硅)中的一者或多者。在一些实施例中，BDTI结构111可以延伸穿过光电二极管掺杂层128并到达ILD层106或晶体管器件的栅极介电层上，诸如，传输栅极202的栅极介电。
逻辑管芯136可以包括被放置在逻辑衬底140上方的逻辑器件142。逻辑管芯136还可以包括被放置在覆盖逻辑器件142的ILD层146内的金属化堆叠件144。图像感测管芯134和逻辑管芯136可以面对面、面对背或背对背接合。作为示例，图4示出了面对面接合结构，其中一对中间接合介电层138、148和接合垫150、152被布置在图像感测管芯134和逻辑管芯136之间，并且分别通过熔合或共晶接合结构接合金属化堆叠件108、144。
图6-图20展示了示出了形成具有被BDTI结构包围的光电二极管的图像传感器的方法的截面图600-2000的一些实施例，该BDTI结构带有掺杂衬垫。在一些实施例中，BDTI结构的形成包括深沟槽的蚀刻以及之后的周期清洗工艺，使得缺陷层被去除并且使得深沟槽的侧壁表面光滑。然后，在填充深沟槽的其余空间之前，通过外延沉积工艺在深沟槽的光滑侧壁表面上形成掺杂衬垫。因而，BDTI结构的侧壁轮廓被形成为具有不太弯曲的颈部，并且可以改善图像传感器的性能。尽管以向各种掺杂区域提供了掺杂类型，但是应当理解，反向掺杂类型可以用于这些掺杂区域以实现反向图像传感器器件结构。
如图6的截面图600所示，为图像感测管芯134提供衬底102’。在不同实施例中，衬底102’可以包括任何类型的半导体本体(例如，硅/锗/CMOS块、SiGe、SOI等)，如半导体晶圆或晶圆上的一个或多个管芯，以及在其上形成和/或以其它方式与其相关联的任何其它类型的半导体和/或外延层。例如，可以在处理衬底102上形成像素阵列深p型阱132。处理衬底102可以是高度掺杂的p型衬底层或者由高度掺杂的p型衬底层构成。可以在像素阵列深p型阱132上形成像素阵列深n型阱130。可以通过注入工艺形成像素阵列深n型阱130和像素阵列深p型阱132。在一些实施例中，光电二极管掺杂层128被形成为衬底102’的上部部分。可以通过p型外延工艺形成光电二极管掺杂层128。在一些实施例中，从图像感测管芯134的正面122到光电二极管掺杂层128内的位置，在边界处和/或相邻像素区域103a、103b之间形成多个浅沟槽隔离(STI)结构402。可以通过选择性地蚀刻图像感测管芯134的正面122以形成浅沟槽，并且随后在浅沟槽内形成氧化物来形成一个或多个STI结构402。
如图7的截面图700所示，将掺杂剂物质注入到光电二极管掺杂层128中以形成掺杂区。可以通过分别在像素区域103a、103b内注入n型掺杂剂物质来形成多个光电二极管掺杂柱104a。可以通过将p型掺杂剂物质注入到相邻像素区域103a、103b之间的光电二极管掺杂层128中来形成多个掺杂浅隔离阱110。从图像感测管芯134的正面122到比STI结构402更深的位置，可以形成多个掺杂浅隔离阱110。掺杂浅隔离阱110可以分别与STI结构402居中对准。在一些实施例中，可以根据包括光刻胶的图案化掩模层(未示出)来选择性地注入光电二极管掺杂层128。
如图8的截面图800所示，在图像感测管芯134的正面122上方形成传输栅极202。可以通过在衬底102’上方沉积栅极介电层和栅极电极层来形成传输栅极202。栅极介电层和栅极电极层随后被图案化以形成栅极电介质802和栅极电极804。在一些实施例中，在图像感测管芯134的正面122内进行注入工艺以沿传输栅极202的一侧或一对传输栅极202的相对侧形成浮置扩散阱204。
如图9的截面图900所示，可以在图像感测管芯134的正面122上形成金属化堆叠件108。在一些实施例中，可以通过在图像感测管芯134的正面122上形成ILD层106来形成金属化堆叠件108，ILD层包括一层或多层ILD材料。随后蚀刻ILD层106以形成通孔和/或金属沟槽。然后用导电材料填充通孔和/或金属沟槽，以形成多个金属互连通孔510和金属线512。在一些实施例中，可以通过物理气相沉积技术(例如，PVD、CVD等)来沉积ILD层106。可以使用沉积工艺和/或电镀工艺(例如，电镀、化学镀等)来形成多个金属互连层。在不同实施例中，多个金属互连层可以包括例如钨、铜或铝铜。
如图10的截面图1000所示，图像感测管芯134然后可以被接合至一个或多个其它管芯。例如，图像感测管芯134可以被接合至制备具有逻辑器件142的逻辑管芯136。图像感测管芯134和逻辑管芯136可以面对面、面对背或背对背地接合。例如，接合工艺可以使用一对中间接合介电层138、148和接合垫150、152来接合图像感测管芯134的金属化堆叠件108、144和逻辑管芯136。接合工艺可以包括熔合或共晶接合工艺。接合工艺还可以包括混合接合工艺，该混合接合工艺包括接合垫150、152的金属到金属接合以及中间接合介电层138、148的介电到介电接合。退火工艺可以在混合接合工艺之后，并且可以在约250℃与约450℃之间的温度范围内进行范围在约0.5小时至约4小时内的时间。
如图11的截面图1100中所示，图像感测管芯134在与正面122相对的背面124上被减薄。减薄工艺可以部分地或完全地去除处理衬底102(见图10)并且允许辐射通过图像感测管芯134的背面124到达光电二极管104。在一些实施例中，图像感测管芯134被减薄以暴露光电二极管掺杂柱104a，使得辐射可以更容易地到达光电二极管上。然后，稍后形成的BDTI结构或在其中的半导体层(例如，见图16中的BDTI结构111或掺杂衬垫114)可以被形成为到达光电二极管掺杂柱104a的表面上。可以通过蚀刻图像感测管芯134的背面124来使衬底102’变薄。替代地，可以通过机械研磨图像感测管芯134的背面124来使衬底102’变薄。例如，可以首先将衬底102’研磨到厚度范围在约17μm与约45μm之间。然后，可以应用侵蚀性湿法蚀刻进一步减薄衬底102’。蚀刻剂的实例可以包括氟化氢/硝酸/乙酸(HNA)。然后，可以接着进行化学机械工艺和氢氧化四甲铵(TMAH))湿法蚀刻，以进一步将厚度范围减小到约2.8μm与约7.2μm之间，使得辐射可以穿过图像感测管芯134的背面124到达光电二极管104。
如图12的截面图1200中所示，选择性地蚀刻衬底102’以在图像感测管芯134的背面124内形成横向地分离光电二极管104的深沟槽1202。在一些实施例中，可以通过在图像感测管芯134的背面124上形成掩模层来蚀刻衬底102’。然后，在未被掩模层覆盖的区域中将衬底102’暴露于蚀刻剂。蚀刻剂蚀刻衬底102’以形成延伸到衬底102’中的深沟槽1202。在一些替代实施例中，在形成深沟槽1202时，在深度上彻底蚀刻衬底102’或光电二极管掺杂层128，并且深沟槽1202延伸通过衬底102’并且可以到达ILD层106上，使得实现完全隔离。在不同实施例中，掩模层可以包括使用光刻工艺图案化的氮化物(例如，SiN)或光刻胶。掩模层还可以包括厚度范围在约200埃
Figure BDA0002847344070000141
与约1000埃
Figure BDA0002847344070000142
之间的原子层沉积(ALD)或等离子体增强CVD氧化物层。在不同实施例中，蚀刻剂可以包括具有蚀刻化学品的干蚀刻剂，该蚀刻化学品包括氟物质(例如，CF4、CHF3、C4F8等)或湿蚀刻剂(例如，氢氟酸(HF)或四甲基氢氧化铵(TMAH))。深沟槽1202的深度范围可以在约1.5μm与约5μm之间。横向尺寸的范围可以在约0.1μm与约0.3μm之间。深沟槽1202可以具有底切轮廓和在深沟槽1202的顶部处的弯曲尖端。而且，作为蚀刻工艺的损伤结果，光电二极管掺杂层128的上部部分形成暴露于深沟槽1202的缺陷层128’，并且可能包括自然氧化物和其它不想要的杂质层。
如图13的截面图1300中所示，对深沟槽1202进行周期清洗工艺以去除缺陷层128’并使深沟槽1202的侧壁表面光滑。周期清洗工艺可以包括使用氢氟酸(HF)以及氨和过氧化氢混合物(APM)的溶液交替进行多个周期。例如，缺陷层128’可以被去除约21纳米(nm)，而每个周期去除约6埃
Figure BDA0002847344070000143
因而，除了使深沟槽1202的侧壁表面光滑，还减小了弯曲尖端。从深沟槽1202的上部侧壁到与光电二极管掺杂层128的平面垂直的竖直线，所产生的弯曲尖端的弯曲角θ2可以小于15°。在一些实施例中，弯曲角θ2小于8°，使得可以实现更好的填充结果。在一些实施例中，周期清洗工艺之后可以进行一些其它的清洗工艺。可以进行使用HF的额外湿式清洗工艺以及远程等离子体SiCoNi清洗，以进一步改善图像传感器的暗电流和白色像素的特性。在周期清洗工艺之前，可以使用使用HF溶液的预清洗工艺以去除自然氧化物。作为实例，预清洗工艺可以使用130(水)：1(化学品)比率的HF溶液90秒，并且等待时间小于两小时。
如图14的截面图1400中所示，在深沟槽1202的侧壁和底表面上形成掺杂衬垫前体114’。在一些实施例中，可以通过低温外延生长工艺形成掺杂衬垫前体114’，例如，温度低于500℃的外延生长工艺。处理气体可以包括硅烷(SiH4)、二氯硅烷(DCS或H2SiCl2)、二硼烷(B2H6)、氢气(H2)或其它适用气体。可以在约4托至约200托的压力范围内、约400℃至约490℃的温度范围内，在低压化学气相沉积外延工具中进行外延生长工艺，以形成厚度在约0.5nm与约3nm之间的范围(诸如，约2nm)内的外延掺杂层作为掺杂衬垫前体114’。掺杂衬垫前体114’的厚度可以不超过10nm，并且还可以不超过3nm，以充分限制缺陷和粗糙度。由于较高的形成温度会导致较低的掺杂剂浓度和增加的粗糙度，所以形成温度不应高于490℃。掺杂衬垫前体114’形成在深沟槽1202的光滑侧壁表面上，并且将导致比传统束线注入技术更好的一致性，传统束线注入技术受到三维结构的遮蔽效应的影响，并且不能实现期望的一致性。通过delta掺杂形成掺杂衬垫前体114’。硼的浓度可以在约5×1019cm-3至约2×1020cm-3的范围内，并且还可以不小于1×1019cm-3。较厚的掺杂衬垫或较小的掺杂剂浓度不利地影响图像传感器的白色像素的数目和/或暗电流。
如图15的截面图1500中所示，然后进行掺杂剂活化工艺以便于扩散并形成掺杂衬垫114。在一些实施例中，掺杂剂活化工艺包括或者是激光退火工艺或动态表面退火工艺。例如，退火可以使用绿色激光器，并且退火温度可以在约800℃与约1100℃之间的范围内，持续时间在约10纳秒与约100纳秒之间的范围。掺杂剂活化工艺对于低热预算产品是有益的，尤其是与其它方法相比(诸如接着是热驱入工艺的沉积工艺)由于用于损伤恢复和掺杂剂活化的高温结驱入和退火，所以其对于低热预算产品而言或者不能提供足够的结深度或者是不可接受的。
如图16的截面图1600中所示，然后用介电材料填充深沟槽1202。在一些实施例中，在深沟槽1202内沿掺杂衬垫114形成高k介电衬垫113。高k介电衬垫113可以通过沉积技术形成，并且可以包括氧化铝(AlO)、氧化铪(HfO)、氧化钽(TaO)或者介电常数大于氧化硅的其它介电材料。掺杂衬垫114和高k介电衬垫113给深沟槽1202的侧壁和底表面加衬。在一些实施例中，掺杂衬垫114和高k介电衬垫113可以在深沟槽1202之间在图像感测管芯134的背面124上方延伸。形成介电填充层112以填充深沟槽1202的其余部分。在一些实施例中，在形成介电填充层112之后进行平坦化工艺以形成沿高k介电衬垫113和介电填充层112的上表面延伸的平坦表面。掺杂衬垫114、高k介电衬垫113和介电填充层112可以经受平坦化工艺，该平坦化工艺去除覆盖的介电填充层112、高k介电衬垫113和直接覆盖像素区域103a、103b的掺杂衬垫114的横向部分。在一些实施例中，可以使用物理气相沉积技术或化学气相沉积技术来沉积高k介电衬垫113和介电填充层112。因而，在衬底102’中形成从背面124延伸到光电二极管掺杂层128内的位置的BDTI结构111。BDTI结构111被形成于相邻像素区域103a、103b之间并且隔离这些相邻像素区域。
上述清洗工艺、外延生长工艺和活化工艺提供改进的共形掺杂衬垫，该掺杂衬垫具有更共形的厚度、更均匀的掺杂浓度以及与下面的光电二极管掺杂层128之间的界面更光滑。与在没有周期清洗工艺或外延生长工艺的情况下形成的掺杂衬垫的表面粗糙度相比，也可以降低表面粗糙度。
图17-图19示出了形成覆盖光电二极管掺杂柱104a的彩色滤光片116的方法的一些实施例。如图17的截面图1700中所示，金属层502和介电层504沿图像感测管芯134的背面124堆叠在衬底102’上方。金属层502可以为一层或多层钨、铜、铝铜或氮化钛或由一层或多层钨、铜、铝铜或氮化钛组成。其它适用的金属材料也在本公开的范围内。介电层504可以为一层或多层二氧化硅、氮化硅或其组合或由一层或多层二氧化硅、氮化硅或其组合组成。介电层504可以用作硬掩模层。如图18的截面图1800所示，对金属层502和介电层504进行蚀刻以形成复合栅格506。开口1802可以与光电二极管掺杂柱104a居中对准，使得复合栅格506被布置在光电二极管掺杂柱104a周围和之间。替代地，开口1802可以在至少一个方向上从光电二极管掺杂柱104a横向地移位或偏移，使得复合栅格506至少部分地覆盖光电二极管掺杂柱104a。然后，形成给复合栅格506的侧壁和顶部加衬并且给开口1802加衬的介电衬垫508。可以使用共形沉积技术(例如，化学气相沉积(CVD)或物理气相沉积(PVD))来形成介电衬垫508。介电衬垫508可以例如由氧化物(诸如，二氧化硅)形成。如图19所示，在对应像素传感器的开口1802中形成对应像素传感器的彩色滤光片116。彩色滤光片层由允许相应颜色的光从中穿过同时阻挡其它颜色的光的材料形成。此外，可以用分配的颜色形成彩色滤光片116。例如，用分配的红色、绿色和蓝色颜色交替地形成彩色滤光片116。彩色滤光片116可以形成有与复合栅格506的上表面对齐的上表面。彩色滤光片116可以在至少一个方向上从对应像素传感器的光电二极管掺杂柱104a横向地移位或偏移。根据移位或偏移的程度，彩色滤光片116可以部分地填充对应像素传感器的开口并且可以部分地填充与对应像素传感器相邻的像素传感器的开口。或者，彩色滤光片116可以关于与对应像素传感器的光电二极管中心对准的竖直轴对称。用于形成彩色滤光片116的工艺可以包括：对于颜色分配的不同颜色中的每一个颜色，形成彩色滤光片层并图案化彩色滤光片层。可以在形成之后使彩色滤光片层平坦化。可以通过在彩色滤光片层上方形成带有图案的光刻胶层、根据光刻胶层的图案对彩色滤光片层施加蚀刻剂、以及去除图案光刻胶层来进行图案化。
如图20所示，在对应像素传感器的彩色滤光片116上方形成对应像素传感器的微透镜118。在一些实施例中，可以通过在多个彩色滤光片上方沉积微透镜材料(例如，通过旋涂方法或沉积工艺)形成多个微透镜。在微透镜材料上方图案化具有弯曲上表面的微透镜模板。在一些实施例中，微透镜模板可以包括使用分布的曝光光剂量被曝光(例如，对于负型光刻胶，在曲率的底部曝光更多的光，在曲率的顶部曝光更少的光)、显影和烘烤的光刻胶材料，以形成圆形形状。然后通过根据微透镜模板选择性地蚀刻微透镜材料形成微透镜118。
图21展示了形成具有被BDTI结构包围的光电二极管的图像传感器的方法2100的一些实施例的流程图，该BDTI结构具有掺杂层。
虽然所公开的方法2100在此被展示并描述为一系列动作或事件，但将认识到，这些动作或事件的所展示的顺序不应以限制性意义进行解释。例如，一些动作可能以不同的顺序发生和/或与除了本文所展示和/或描述的那些动作或事件之外的其它动作或事件同时发生。此外，并非所有展示的动作都可能是实现本文描述的一个或多个方面或实施例所需要的。进一步地，在此描述的动作中的一个或多个动作可以在一个或多个分开的动作和/或阶段中进行。
在动作2102处，为图像感测管芯准备衬底。从图像感测管芯的正面在衬底中形成光电二极管和掺杂隔离阱。在一些实施例中，在处理衬底上方形成外延层作为光电二极管掺杂层，并且可以通过将掺杂剂物质注入到外延层中来形成光电二极管掺杂柱和/或掺杂隔离阱。可以通过选择性注入来形成掺杂隔离阱以形成延伸到光电二极管掺杂层中的多个柱。在一些实施例中，通过选择性地蚀刻衬底以形成浅沟槽并且随后在浅沟槽内形成电介质(例如，氧化物)，可以在图像感测管芯的正面内形成浅沟槽隔离区。图6-7展示了对应于与动作2102相对应的一些实施例的截面图。
在动作2104处，在图像感测管芯的正面上形成传输栅极。然后在传输栅极上方形成金属化堆叠件。图8-图9展示了对应于与动作2104相对应的一些实施例的截面图。
在动作2106处，在一些实施例中，图像传感器与一个或多个其它管芯(诸如逻辑管芯)或其它图像感测管芯接合。图10展示了对应于与动作2106相对应的一些实施例的截面图。
在动作2108处，选择性地蚀刻衬底以形成深沟槽，深沟槽在相邻感测像素区域之间并且从图像感测管芯的背面延伸到衬底中。深沟槽的中心线可以与掺杂隔离阱和/或浅沟槽隔离区的中心线对准。在一些实施例中，在蚀刻以形成深沟槽之前使衬底变薄。可以部分地或完全地从图像感测管芯的背面去除处理衬底。图11-图12展示了对应于与动作2108相对应的一些实施例的截面图。
在步骤2110处，对深沟槽进行周期清洗处理。图13展示了对应于与动作2110相对应的一些实施例的截面图。
在动作2112处，沿深沟槽的侧壁和底部形成掺杂衬垫。在一些实施例中，可以通过低温外延工艺形成掺杂衬垫。图14展示了对应于与动作2112相对应的一些实施例的截面图。
在动作2114处，进行退火工艺以便于从掺杂衬底到下面的光电二极管掺杂层的掺杂剂扩散。图15展示了对应于与动作2114相对应的一些实施例的截面图。
在动作2116处，用介电材料填充深沟槽的其余空间。可以在深沟槽内形成高k介电衬垫到掺杂衬垫上。图16展示了对应于与动作2116相对应的一些实施例的截面图。
在动作2118处，在图像感测管芯的背面上形成抗反射层和复合栅格。图17-图18展示了对应于与动作2118相对应的一些实施例的截面图。
在动作2120处，在图像感测管芯的背面上形成彩色滤光片和微透镜。图19-图20展示了对应于与动作2120相对应的一些实施例的截面图。
因此，本公开涉及具有被BDTI结构包围的光电二极管的图像传感器，以及相关联的形成方法。BDTI结构包括给深沟槽的侧壁表面加衬的掺杂衬底和填充深沟槽的其余空间的介电层。通过形成所公开的充当掺杂阱和隔离结构的BDTI结构，简化了从图像感测管芯的正面的注入工艺，并且因此提高了光电二极管的曝光分辨率和全阱容量，并且减少了模糊和串扰。通过进行周期清洗工艺以去除BDTI结构的深沟槽内的缺陷层并且然后在深沟槽中形成薄的外延掺杂衬垫，在掺杂衬垫与下面的光电二极管掺杂层之间提供光滑界面，因此显著地降低了白色像素及暗电流。在一些其它实施例中，可以在图像传感器之外使用BDTI结构，诸如包括深沟槽电容器的半导体器件。
在一些实施例中，本公开涉及一种形成图像传感器的方法。从图像感测管芯的正面形成用于多个像素区域的多个光电二极管。光电二极管被形成为具有被光电二极管掺杂层包围的第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，该光电二极管掺杂层具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型。通过从图像感测管芯的背面蚀刻光电二极管掺杂层，在相邻像素区域之间形成深沟槽。在深沟槽的蚀刻期间，暴露于深沟槽的光电二极管掺杂层的上部部分被转换成缺陷层。交替地进行至少两种不同蚀刻剂的周期清洗工艺，以去除缺陷层。形成给深沟槽的侧壁表面加衬的第二掺杂类型的掺杂衬垫。形成介电填充层，该介电填充层填充深沟槽的内部空间以形成背面深沟槽隔离(BDTI)结构。
在上述方法中，进行所述周期清洗工艺包括使用氢氟酸以及氨和过氧化氢混合物的溶液交替地进行多个周期。
在上述方法中，所述周期清洗工艺去除所述光电二极管掺杂层的所述上部部分的至少约1nm～20nm。
在上述方法中，在低于500℃的温度下通过外延沉积工艺形成所述掺杂衬垫，然后进行掺杂剂活化工艺。
在上述方法中，所述掺杂衬垫被形成为厚度小于10nm。
在上述方法中，通过硼的delta掺杂形成所述掺杂衬垫，硼的掺杂浓度大于约1×1019cm-3。
在上述方法中，所述掺杂剂活化工艺是激光退火工艺。
在上述方法中，在所述周期清洗工艺之后减小所述深沟槽的弯曲宽度和弯曲角。
在上述方法中，穿过所述光电二极管掺杂层形成所述BDTI结构。
在上述方法中，所述掺杂衬垫被形成为到达所述光电二极管掺杂柱的表面上。
在一些替代实施例中，本公开涉及形成图像传感器的方法。该方法包括从图像感测管芯的正面形成用于多个像素区域的光电二极管。光电二极管被形成为具有被光电二极管掺杂层包围的第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，该光电二极管掺杂层具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型。通过经由多个注入工艺将掺杂剂注入到光电二极管掺杂层中，从图像感测管芯的正面形成掺杂隔离阱。在图像感测管芯的正面上形成栅极结构和金属化堆叠，其中金属化堆叠包括布置在一个或多个层间介电层内的多个金属互连层。从图像感测管芯的正面将图像感测管芯接合到逻辑管芯，其中逻辑管芯包括逻辑器件。通过从图像感测管芯的背面进行蚀刻在相邻像素区域之间形成深沟槽。至少两种不同蚀刻剂的周期清洗工艺交替地进行，以去除光电二极管掺杂层的暴露于深沟槽的上部部分。形成给深沟槽的侧壁表面加衬的第二掺杂类型的掺杂衬垫。形成填充深沟槽的内部空间以形成背面深沟槽隔离(BDTI)结构的介电填充层。
在上述方法中，进行所述清洗工艺包括使用HF以及氨和过氧化氢混合物(APM)的溶液交替地进行多个周期。
在上述方法中，还包括：从所述图像感测管芯的所述正面到所述光电二极管掺杂层内的位置，在所述相邻像素区域之间形成STI结构；其中，所述深沟槽被形成为暴露所述STI结构。
在上述方法中，还包括在形成所述深沟槽以暴露所述光电二极管掺杂柱之前，减薄所述图像感测管芯的所述背面。
在上述方法中，所述深沟槽被形成以暴露所述掺杂隔离阱。
在其它实施例中，本公开涉及一种图像传感器。图像传感器包括具有正面和与正面相对的背面的图像感测管芯。多个像素区域被放置在图像感测管芯内，并且分别包括光电二极管，该光电二极管被配置为将从图像传感器管芯的背面进入的辐射转换成电信号。光电二极管包括被光电二极管掺杂层包围的第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，该光电二极管掺杂层具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型。BDTI结构被放置在相邻像素区域之间并且从图像感测管芯的背面延伸到光电二极管掺杂层内的位置。BDTI结构包括第二掺杂类型的掺杂衬垫和介电填充层，该掺杂衬垫给介电填充层的侧壁表面加衬。
在上述图像传感器中，所述掺杂衬垫和所述BDTI结构的所述介电填充层沿所述图像感测管芯的所述背面横向地延伸；以及其中，所述掺杂衬垫的横向部分被放置在所述光电二极管掺杂柱上；其中，所述掺杂衬垫的厚度为1nm-20nm，其中，硼浓度在约5×1019原子/cm3与约2×1020原子/cm3之间的范围内。
在上述图像传感器中，还包括：所述第二掺杂类型的掺杂隔离阱，被放置在所述相邻像素区域之间并且从所述图像感测管芯的所述正面延伸到所述光电二极管掺杂层内的位置；其中，所述掺杂隔离阱通过所述光电二极管掺杂层与所述BDTI结构分离。
在上述图像传感器中，还包括：STI结构，被放置在从所述图像感测管芯的所述正面到所述光电二极管掺杂层内的位置的所述相邻像素区域之间；其中，所述BDTI结构延伸穿过所述STI结构。
在上述图像传感器中，从所述BDTI结构的上部侧壁到垂直于所述光电二极管掺杂层的横向平面的竖直线，所述BDTI结构的顶部拐角处的弯曲尖端的弯曲角在约8°至15°的范围内。
上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本公开的方面。本领域技术人员应当理解，他们可以容易地使用本公开作为基础来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其它工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本公开的精神和范围，并且在不背离本公开的精神和范围的情况下，本文中它们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种形成图像传感器的方法，包括：
从图像感测管芯的正面形成用于多个像素区域的多个光电二极管，其中，光电二极管被形成为具有第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，所述光电二极管掺杂柱被第二掺杂类型的光电二极管掺杂层包围，所述第二掺杂类型不同于所述第一掺杂类型；
从所述图像感测管芯的正面，在所述光电二极管掺杂层中的相邻像素区域之间形成深沟槽，其中，所述光电二极管掺杂层的暴露于所述深沟槽的上部部分在所述深沟槽的蚀刻期间转化为缺陷层；
交替地进行至少两种蚀刻剂的周期清洗工艺以去除所述缺陷层；
形成给所述深沟槽的侧壁表面加衬的所述第二掺杂类型的掺杂衬垫；以及
形成填充所述深沟槽的内部空间的介电填充层，以形成背面深沟槽隔离结构。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，进行所述周期清洗工艺包括使用氢氟酸以及氨和过氧化氢混合物的溶液交替地进行多个周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述周期清洗工艺去除所述光电二极管掺杂层的所述上部部分的至少约1nm～20nm。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在低于500℃的温度下通过外延沉积工艺形成所述掺杂衬垫，然后进行掺杂剂活化工艺。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述掺杂衬垫被形成为厚度小于10nm。
6.根据权利要求4所述的方法，其中，通过硼的δ掺杂形成所述掺杂衬垫，硼的掺杂浓度大于约1×1019cm-3。
7.根据权利要求4所述的方法，其中，所述掺杂剂活化工艺是激光退火工艺。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述周期清洗工艺之后减小所述深沟槽的弯曲宽度和弯曲角。
9.一种形成图像传感器的方法，包括：
从图像感测管芯的正面形成用于多个像素区域的光电二极管，其中，光电二极管被形成为具有第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，所述光电二极管掺杂柱被第二掺杂类型的光电二极管掺杂层包围，所述第二掺杂类型不同于所述第一掺杂类型；
通过经由至少一个注入工艺将掺杂剂注入到所述光电二极管掺杂层中，从所述图像感测管芯的所述正面形成掺杂隔离阱；
在所述图像感测管芯的所述正面上形成栅极结构和金属化堆叠件，其中，所述金属化堆叠件包括布置在一个或多个层间介电层内的多个金属互连层，
从所述图像感测管芯的所述正面将所述图像感测管芯接合到逻辑管芯，其中，所述逻辑管芯包括逻辑器件；
在所述图像感测管芯的背面中的相邻像素区域之间形成深沟槽；
进行清洗工艺以去除所述光电二极管掺杂层的暴露于所述深沟槽的上部部分，其中，所述清洗工艺包括氢氟酸的第一蚀刻剂以及氨和过氧化氢混合物的第二蚀刻剂；
形成给所述深沟槽的侧壁表面加衬的所述第二掺杂类型的掺杂衬垫；以及
形成填充所述深沟槽的内部空间以形成背面深沟槽隔离结构的介电填充层。
10.一种图像传感器，包括：
图像感测管芯，具有正面和与所述正面相对的背面；
多个像素区域，被放置在所述图像感测管芯内，并且分别包括光电二极管，所述光电二极管被配置为将从所述图像感测管芯的所述背面进入的辐射转换成电信号，所述光电二极管包括被光电二极管掺杂层包围的第一掺杂类型的光电二极管掺杂柱，所述光电二极管掺杂层具有不同于所述第一掺杂类型的第二掺杂类型；以及
背面深沟槽隔离结构，被放置在相邻像素区域之间并且从所述图像感测管芯的所述背面延伸到所述光电二极管掺杂层内的位置；
其中，所述背面深沟槽隔离结构包括所述第二掺杂类型的掺杂衬垫和介电填充层，所述掺杂衬垫给所述介电填充层的侧壁表面加衬。
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