CN115411061A - 背照式图像传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种背照式图像传感器及其制作方法。所述制作方法包括：提供基底，基底中形成有间隔分布的多个像素单元，至少部分像素单元的尺寸与其余像素单元的尺寸不同；在基底的背面上形成多个芯模结构；在多个芯模结构的侧壁形成多个侧墙，去除多个芯模结构，其中，侧墙之间具有多个开口，至少部分开口的宽度大于其余开口的宽度；以侧墙为掩模刻蚀基底，在基底中形成多个深沟槽。如此，能够在多个像素单元之间的基底中形成尺寸不同的深沟槽隔离结构，以满足先进制程中尺寸不完全相同的多个像素单元之间不同的隔离需求。所述背照式图像传感器利用上述的背照式图像传感器的制作方法制成。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种背照式图像传感器及其制作方法。
背景技术
背照式图像传感器将感光层的元件（例如微透镜和光电二极管）设置在基底的背面一侧，并让光能从基底背面直射进去，避免了前照式图像传感器结构中光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响，从而显著的提高了光的效能，大大改善了图像传感器在低光照条件下的感光效果。
CMOS背照式图像传感器包括多个光电二极管和位于光电二极管之间的深沟槽隔离结构（DTI）。在CMOS背照式图像传感器的先进制程中，多个光电二极管之间的深沟槽隔离结构的尺寸通常相同，如此并不能满足背照式图像传感器中多个光电二极管之间不同的隔离需求。
发明内容
本发明提供一种背照式图像传感器及其制作方法，能够满足先进制程中背照式图像传感器中多个像素单元之间不同的隔离需求。
为了实现上述目的，本发明一方面提供一种背照式图像传感器的制作方法。所述制作方法包括：提供基底，所述基底中形成有间隔分布的多个像素单元，至少部分所述像素单元的尺寸与其余所述像素单元的尺寸不同，所述基底具有相对的正面和背面；在所述基底的背面上形成多个芯模结构；在所述多个芯模结构的侧壁形成多个侧墙，去除所述多个芯模结构，其中，所述侧墙之间具有多个开口，至少部分所述开口的宽度大于其余所述开口的宽度，每个所述开口对应于相邻两个所述像素单元之间的基底或对应于所述像素单元侧边的基底；以所述侧墙为掩模刻蚀所述基底，在所述基底中形成多个深沟槽。
可选的，所述多个像素单元包括第一像素单元和第二像素单元，所述第一像素单元的宽度小于所述第二像素单元的宽度；相邻两个第一像素单元之间的深沟槽的开口宽度小于相邻的第一像素单元和第二像素单元之间的深沟槽的开口宽度，且相邻的第一像素单元和第二像素单元之间的深沟槽的开口宽度小于相邻两个第二像素单元之间的深沟槽的开口宽度。
可选的，在所述基底的背面上形成多个芯模结构的方法包括：在所述基底的背面上形成芯模材料层；在所述芯模材料层上形成图形化的第一掩模层，以所述图形化的第一掩模层为掩模，刻蚀所述芯模材料层，形成所述多个芯模结构；以及去除所述图形化的第一掩模层。
可选的，在所述多个芯模结构的侧壁形成多个侧墙的方法包括：在所述基底上形成侧墙材料层，所述侧墙材料层覆盖所述多个芯模结构的侧壁和顶面以及覆盖所述多个芯模结构之间的基底表面；以及去除所述多个芯模结构顶面上的侧墙材料层和所述基底表面上的部分侧墙材料层，保留所述多个芯模结构侧壁上的侧墙材料层作为所述侧墙。
可选的，所述多个芯模结构之间的间距相等；所述制作方法包括：所述去除所述多个芯模结构之后、所述以所述侧墙为掩模刻蚀所述基底之前，去除部分数量的所述侧墙，使得所述侧墙之间的多个所述开口中，至少部分所述开口的宽度大于其余所述开口的宽度。
可选的，去除部分数量的所述侧墙的方法包括：在所述基底上形成图形化的第二掩模层，所述图形化的第二掩模层露出部分数量的所述侧墙且覆盖其余的所述侧墙；以及以所述图形化的第二掩模层为掩模，刻蚀去除部分数量的所述侧墙，去除所述图形化的第二掩膜层。
可选的，去除部分数量的所述侧墙之后，保留的所述侧墙覆盖所述多个像素单元；所述侧墙的宽度大于或等于所述多个像素单元中最大的像素单元的宽度。
可选的，所述制作方法包括：在所述基底中形成所述多个深沟槽之后，去除所述基底上的所述侧墙；在所述多个深沟槽内形成第一介电层，所述第一介电层保形地覆盖所述多个深沟槽的内表面；以及在所述多个深沟槽内形成第二介电层，所述第二介电层填满所述多个深沟槽，形成多个深沟槽隔离结构。
可选的，所述制作方法包括：在形成所述多个深沟槽结构之后，在所述基底的背面上形成格栅结构，所述格栅结构位于所述深沟槽隔离结构的上方。
可选的，所述格栅结构包括金属层以及覆盖所述金属层的侧壁和顶面的绝缘层。
本发明另一方面提供一种背照式图像传感器，所述背照式图像传感器利用上述的背照式图像传感器的制作方法制成。
本发明的背照式图像传感器的制作方法中，首先提供基底，基底中形成有间隔分布的多个像素单元，至少部分像素单元的尺寸与其余像素单元的尺寸不同，然后在基底的背面上形成多个芯模结构，接着在多个芯模结构的侧壁形成多个侧墙，再去除多个芯模结构，其中，所述侧墙之间具有多个开口，至少部分开口的宽度大于其余开口的宽度，从而能够在多个像素单元之间的基底中形成开口尺寸不同的多个深沟槽，进而能够形成尺寸不同的深沟槽隔离结构，以满足先进制程中尺寸不完全相同的多个像素单元之间不同的隔离需求，有利于提高背照式图像传感器的性能并满足不同的市场需求。
进一步的，所述多个芯模结构之间的间距相等；去除所述多个芯模结构之后、以所述侧墙为掩模刻蚀所述基底之前，去除部分数量的侧墙，使得侧墙之间的多个开口中，至少部分开口的宽度与其余开口的宽度不同。本发明中，多个芯模结构之间的间距相等，再通过去除部分数量的侧墙来进一步调整侧墙间的开口宽度，如此有助于提高多个侧墙的宽度（即侧墙的CD）均匀性，有助于提高获得的背照式图像传感器的性能。
本发明提供的背照式图像传感器利用上述的背照式图像传感器的制作方法制成，从而能够在背照式图像传感器的基底中形成尺寸不同的深沟槽隔离结构，以满足先进制程中不同尺寸的像素单元之间的不同隔离需求，有利于提高背照式图像传感器的性能并满足不同的市场需求。
附图说明
图1为本发明一实施例的背照式图像传感器的制作方法的流程图。
图2为本发明一实施例中基底上形成图形化的第一掩模层后的剖面示意图。
图3为本发明一实施例中基底上形成芯模结构后的剖面示意图。
图4为本发明一实施例中基底上形成侧墙材料层后的剖面示意图。
图5为本发明一实施例中芯模结构侧壁上形成侧墙后的剖面示意图。
图6为本发明一实施例中去除芯模结构后的剖面示意图。
图7为本发明一实施例中去除基底上的部分侧墙后的剖面示意图。
图8为本发明一实施例中基底中形成深沟槽后的剖面示意图。
图9为本发明一实施例中基底中形成深沟槽隔离结构后的剖面示意图。
图10为本发明一实施例的背照式图像传感器的剖面示意图。
附图标记说明：
100-基底；101-像素单元；101a-第一像素单元；101b-第二像素单元；102-氧化层；103-金属互联结构；104-芯模材料层；105-图形化的第一掩模层；106-芯模结构；107-侧墙材料层；108-侧墙；109-开口；110-深沟槽；111-深沟槽隔离结构；112-金属层；113-绝缘层。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的背照式图像传感器及其制作方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了满足先进制程中背照式图像传感器中多个像素单元之间不同的隔离需求，本发明提供一种背照式图像传感器的制作方法。图1为本发明一实施例的背照式图像传感器的制作方法的流程图。如图1所示，所述背照式图像传感器的制作方法包括：
S1，提供基底，所述基底中形成有间隔分布的多个像素单元，至少部分所述像素单元的尺寸与其余所述像素单元的尺寸不同，所述基底具有相对的正面和背面；
S2，在所述基底的背面上形成多个芯模结构；
S3，在所述多个芯模结构的侧壁形成多个侧墙，去除所述多个芯模结构；其中，所述侧墙之间具有多个开口，至少部分所述开口的宽度大于其余所述开口的宽度，每个所述开口对应于相邻两个所述像素单元之间的基底或对应于所述像素单元侧边的基底；以及
S4，以所述侧墙为掩模刻蚀所述基底，在所述基底中形成多个深沟槽。
应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
图2至图10为本发明一实施例的背照式图像传感器的制作方法的过程示意图。以下结合图2至图10对本发明的背照式图像传感器的制造方法进行说明。
如图2所示，提供的基底100中形成有间隔分布的多个像素单元101，至少部分所述像素单元的尺寸与其余所述像素单元的尺寸不同，像素单元的尺寸例如为像素单元的宽度。具体的，多个像素单元101可以包括第一像素单元101a和第二像素单元101b，所述第一像素单元101a的宽度小于所述第二像素单元101b的宽度，第一像素单元101a的数量为单个或两个以上，第二像素单元101b的数量为单个或两个以上。所述像素单元101可以为光电二极管（PD），但不限于此。
所述基底100可以为硅基底，但不限于此。基底100可以是锗基底、硅锗基底、绝缘体上硅（Silicon On Insulator，SOI）或绝缘体上锗（Germanium On Insulator，GOI)等，基底100中还可以根据设计需求注入一定的掺杂粒子以改变电学参数。基底100中除了形成有像素单元101，还可以形成有CMOS逻辑器件等半导体器件。
继续参考图2所示，基底100的正面上形成有金属互联结构103，金属互联结构103用于实现基底100中的器件的互联导通。基底100的背面上形成有氧化层102，氧化层102可以覆盖基底100的背面。氧化层102可以为氧化硅层，可以通过热氧化工艺或化学气相沉积工艺等形成，但不限于此。
接着，如图3所示，在所述基底100的背面上形成多个芯模结构106。
具体的，在所述基底100的背面上形成多个芯模结构106的方法可以包括：如图2所示，在所述基底100的背面上形成芯模材料层104；在所述芯模材料层104上形成图形化的第一掩模层105；如图3所示，以所述图形化的第一掩模层105为掩模，刻蚀所述芯模材料层104，形成所述多个芯模结构106，再去除所述图形化的第一掩模层105。
图形化的第一掩模层105的材料可以为光刻胶，所述芯模材料层104和图形化的第一掩模层105之间还可以形成抗反射层（图中未示出），如此在对光刻胶进行曝光时有利于减少光的反射，有利于提高形成的图形化的第一掩模层105的图形精度。
所述芯模材料层104的材料可以为硅、无定形硅或无定形碳，但不限于此。可以通过外延工艺、旋涂或喷涂等工艺形成芯模材料层104。
本实施例中，多个芯模结构106之间的间距可以相同，如此有助于提高后续形成的多个侧墙的宽度均匀性，但不限于此。
在形成多个芯模结构106之后，如图5所示，在所述多个芯模结构106的侧壁形成多个侧墙108。
在所述多个芯模结构106的侧壁形成多个侧墙108的方法可以包括：如图4所示，在所述基底100上形成侧墙材料层107，所述侧墙材料层107覆盖所述多个芯模结构106的侧壁和顶面以及覆盖所述多个芯模结构106之间的基底表面，具体为覆盖多个芯模结构106之间的氧化层102的表面；如图5所示，去除所述多个芯模结构106顶面上的侧墙材料层和所述氧化层102表面上的部分侧墙材料层，保留所述多个芯模结构106侧壁上的侧墙材料层作为所述侧墙108。
所述侧墙108的材料可以为氮化硅或氮氧化硅，但不限于此。
在多个芯模结构106的侧壁形成多个侧墙108之后，如图6所示，去除所述多个芯模结构106。
如图7所示，去除部分数量的所述侧墙108，保留的所述侧墙108之间具有多个开口109，每个所述开口109对应于相邻两个所述像素单元101之间的基底或对应于所述像素单元101侧边的基底，且至少部分所述开口109的宽度大于其余所述开口109的宽度，如此以便后续在不同尺寸的像素单元101之间形成不同尺寸的深沟槽。
需要说明的是，在芯模结构之间的间距较小的先进制程中，通过调整多个芯模结构之间的间距来调整侧墙间的间距时，由于多个芯模结构之间的间距不同，导致芯模结构的侧壁上的侧墙材料层的厚度存在差别和/或在刻蚀侧墙材料层形成侧墙的过程中存在刻蚀差异，进而使得后续获得的多个侧墙的宽度均匀性较差。本实施例中，所述多个芯模结构之间的间距相等，再通过去除部分数量的侧墙来进一步调整侧墙间的开口宽度，如此有助于提高多个侧墙的宽度均匀性，提高获得的背照式图像传感器的性能。
去除部分数量的所述侧墙108的方法可以包括：在所述基底100上形成图形化的第二掩模层（图中未示出），所述图形化的第二掩模层露出部分数量的所述侧墙108且覆盖其余的所述侧墙108；以所述图形化的第二掩模层为掩模，刻蚀去除部分数量的所述侧墙108。
为了避免以侧墙108为掩模刻蚀基底100时损伤像素单元101，去除部分数量的所述侧墙108之后，如图7所示，保留的所述侧墙108覆盖基底100中的多个像素单元101。具体的，每个所述像素单元101的上方形成有一侧墙108，所述侧墙108的宽度（图7中水平方法的尺寸）大于或等于多个像素单元101中最大的像素单元的宽度。例如，参考图7，第二像素单元101b为多个像素单元101中宽度最大的像素单元，则侧墙108的宽度大于或等于第二像素单元101b的宽度。
如图8所示，以保留的所述侧墙108为掩模刻蚀所述氧化层102和所述基底100并停止在所述基底100中，在所述基底100中形成多个深沟槽110。其中，参考图7和图8所示，一个深沟槽110对应一个开口109。由于去除部分数量的侧墙108之后，保留的侧墙108之间的多个开口109的尺寸不同，从而以保留的侧墙108为掩模刻蚀基底100形成的多个深沟槽110的开口宽度不同。
作为示例，参考图8，所述多个像素单元101包括第一像素单元101a和第二像素单元101b，所述第一像素单元101a的宽度小于所述第二像素单元101b的宽度；相邻两个第一像素单元101a之间的深沟槽110的开口宽度小于相邻的第一像素单元101a和第二像素单元101b之间的深沟槽110的开口宽度，且相邻的第一像素单元101a和第二像素单元101b之间的深沟槽110的开口宽度小于相邻两个第二像素单元101b之间的深沟槽110的开口宽度。
在形成多个深沟槽110之后，参考图8和图9所示，去除所述基底100上的所述侧墙108，在多个深沟槽110内填充介电材料形成深沟槽隔离结构111。
作为示例，可以在所述多个深沟槽110内形成第一介电层（图中未示出），所述第一介电层保形地覆盖所述多个深沟槽110的内表面；在所述多个深沟槽110内形成第二介电层，所述第二介电层填满所述多个深沟槽110，形成多个深沟槽隔离结构111。所述第一介电层可以为氧化硅层，第一介电层可以通过热氧化工艺形成，但不限于此。第二介电层111的材料可以为氧化硅，可以通过高密度等离子体(HDP)工艺形成，但不限于此。
由于在多个像素单元101之间形成不同开口宽度的深沟槽110，从而能够在不同尺寸的像素单元101之间形成不同宽度的深沟槽隔离结构111，以满足先进制程中不同尺寸的像素单元101之间的不同隔离需求，提高背照式图像传感器的性能。作为示例，如图10所示，第一像素单元101a的宽度小于第二像素单元101b的宽度，相邻两个第一像素单元101a之间的深沟槽隔离结构111的宽度小于相邻的第一像素单元101a和第二像素单元101b之间的深沟槽隔离结构111的宽度且小于相邻两个第二像素单元101b之间的深沟槽隔离结构111的宽度。
在基底100中形成深沟槽隔离结构111之后，在所述基底100的背面上形成格栅结构，所述格栅结构位于所述深沟槽隔离结构111的上方。所述格栅结构可以为复合格栅，包括金属层112以及覆盖所述金属层112的侧壁和顶面的绝缘层113，如此有助于提高格栅结构的隔离效果。
本申请的背照式图像传感器的制作方法中，首先提供基底100，基底100中形成有间隔分布的多个像素单元101，至少部分像素单元101的尺寸与其余像素单元101的尺寸不同，然后在基底100的背面上形成多个芯模结构106，接着在多个芯模结构106的侧壁形成多个侧墙108，再去除多个芯模结构106，其中，侧墙108之间具有多个开口109，至少部分开口109的宽度大于其余开口109的宽度，从而能够在多个像素单元101之间的基底中形成开口尺寸不同的多个深沟槽110，进而能够形成尺寸不同的深沟槽隔离结构111，以满足先进制程中尺寸不完全相同的多个像素单元101之间不同的隔离需求，有利于提高背照式图像传感器的性能并满足不同的市场需求。
本申请还提供一种背照式图像传感器，所述背照式图像传感器可以利用上述的背照式图像传感器的制作方法制成。
如图10所示，所述背照式图像传感器包括基底100，基底100中形成有间隔分布的多个像素单元101，至少部分所述像素单元101的尺寸与其余所述像素单元101的尺寸不同。所述多个像素单元101之间形成有不同宽度的深沟槽隔离结构111，以满足不同像素单元101之间不同的隔离需求。
本申请的背照式图像传感器利用上述的背照式图像传感器的制作方法制成，从而能够在背照式图像传感器的基底100中形成尺寸不同的深沟槽隔离结构111，以满足先进制程中不同尺寸的像素单元101之间的不同隔离需求，有利于提高背照式图像传感器的性能并满足不同的市场需求。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (11)
1.一种背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底中形成有间隔分布的多个像素单元，至少部分所述像素单元的尺寸与其余所述像素单元的尺寸不同，所述基底具有相对的正面和背面；
在所述基底的背面上形成多个芯模结构；
在所述多个芯模结构的侧壁形成多个侧墙，去除所述多个芯模结构；其中，所述侧墙之间具有多个开口，至少部分所述开口的宽度大于其余所述开口的宽度，每个所述开口对应于相邻两个所述像素单元之间的基底或对应于所述像素单元侧边的基底；以及
以所述侧墙为掩模刻蚀所述基底，在所述基底中形成多个深沟槽。
2.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述多个像素单元包括第一像素单元和第二像素单元，所述第一像素单元的宽度小于所述第二 像素单元的宽度；相邻两个第一像素单元之间的深沟槽的开口宽度小于相邻的第一像素单元和第二像素单元之间的深沟槽的开口宽度，且相邻的第一像素单元和第二像素单元之间的深沟槽的开口宽度小于相邻两个第二像素单元之间的深沟槽的开口宽度。
3.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述基底的背面上形成多个芯模结构的方法包括：
在所述基底的背面上形成芯模材料层；
在所述芯模材料层上形成图形化的第一掩模层，以所述图形化的第一掩模层为掩模，刻蚀所述芯模材料层，形成所述多个芯模结构；以及
去除所述图形化的第一掩模层。
4.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，在所述多个芯模结构的侧壁形成多个侧墙的方法包括：
在所述基底上形成侧墙材料层，所述侧墙材料层覆盖所述多个芯模结构的侧壁和顶面以及覆盖所述多个芯模结构之间的基底表面；以及
去除所述多个芯模结构顶面上的侧墙材料层和所述基底表面上的部分侧墙材料层，保留所述多个芯模结构侧壁上的侧墙材料层作为所述侧墙。
5.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述多个芯模结构之间的间距相等；所述制作方法包括：所述去除所述多个芯模结构之后、所述以所述侧墙为掩模刻蚀所述基底之前，去除部分数量的所述侧墙，使得所述侧墙之间的多个所述开口中，至少部分所述开口的宽度大于其余所述开口的宽度。
6.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，去除部分数量的所述侧墙的方法包括：
在所述基底上形成图形化的第二掩模层，所述图形化的第二掩模层露出部分数量的所述侧墙且覆盖其余的所述侧墙；以及
以所述图形化的第二掩模层为掩模，刻蚀去除部分数量的所述侧墙，去除所述图形化的第二掩膜层。
7.如权利要求5所述的制作方法，其特征在于，去除部分数量的所述侧墙之后，保留的所述侧墙覆盖所述多个像素单元；所述侧墙的宽度大于或等于所述多个像素单元中最大的像素单元的宽度。
8.如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在所述基底中形成所述多个深沟槽之后，去除所述基底上的所述侧墙；
在所述多个深沟槽内形成第一介电层，所述第一介电层保形地覆盖所述多个深沟槽的内表面；以及
在所述多个深沟槽内形成第二介电层，所述第二介电层填满所述多个深沟槽，形成多个深沟槽隔离结构。
9.如权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在形成所述多个深沟槽结构之后，在所述基底的背面上形成格栅结构，所述格栅结构位于所述深沟槽隔离结构的上方。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述格栅结构包括金属层以及覆盖所述金属层的侧壁和顶面的绝缘层。
11.一种背照式图像传感器，其特征在于，利用如权利要求1至10任一项所述的背照式图像传感器的制作方法制成。
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