CN116469896A - 背照式图像传感器及形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种背照式图像传感器及形成方法，第一溢出部设于噪声收集层上，第二溢出部邻接所述第一溢出部，噪声收集层覆盖外延底层，可以对背部产生的电子进行彻底的收集和隔离，噪声依次经所述噪声收集层、及所述第一/第二溢出部排出外延叠层，通过对开口底部的外延缓冲层及第一隔离层进行离子注入，对注入厚度没有限制，且注入能量要求较低，因此可以按需要的满阱电容设计使用较厚的感光层，且工艺窗口较大。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种背照式图像传感器及形成方法。
背景技术
图像传感器包含具有光电二极管的像素阵列。光电二极管在与光接触时可以得到电荷。如果过量的光照射光电二极管而让光电二极管产生过量的电荷，则电荷会漏到相邻的光电二极管，导致信号串扰，图像质量显著变差。该现象一般被称作光晕（blooming）。
常规图像传感器中，硅衬底正面所带来的噪声可以通过钉扎注入解决。但对硅衬底底面减薄，会产生新的背部断面，给图像传感器引入噪声。
图1示出了现有技术的背照式图像传感器的剖面示意图，如图1所示，现有技术在背部断面上方形成n型离子注入层103，同时，使用p型离子注入层101隔离感光单元102及n型离子注入层103，并使用离子注入将n型离子注入层引出，并耦连衬底正面的外部电压，从而导出背部断面所产生的暗电流。但是，背面断面位置较深时，离子注入已经无法自硅衬底正面触及背面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器及形成方法，解决高能离子注入带来的感光层及衬底的损伤，同时，对衬底及感光层的厚度不做限制，提升工艺兼容性。
基于以上考虑，本发明的一个方面提供一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：外延叠层，包括自下而上堆叠的噪声收集层、第一隔离层及感光层；噪声溢出通道，设于所述外延叠层内，包括第一/第二溢出部；其中，所述第一溢出部设于所述噪声收集层上，所述第二溢出部邻接所述第一溢出部，噪声依次经所述噪声收集层、及所述第一/第二溢出部排出所述外延叠层。
优选的，所述第二溢出部自所述感光层表面延伸至所述感光层内，所述第一溢出部沿所述第二溢出部的底部侧壁延伸，并穿过所述第一隔离层至所述噪声收集层。
优选的，所述第一溢出部围绕所述第二溢出部的底部侧壁。
优选的，所述外延叠层分设有像素区及外围区，所述外围区围绕所述像素区，所述噪声溢出通道设于所述外围区；还包括：外延底层，设于所述噪声收集层下；第一沟槽隔离结构及若干第二沟槽隔离结构，对应分设于所述外围区及所述像素区；其中，所述第一沟槽隔离结构，设于所述第一溢出部上，并围绕所述第二溢出部的剩余侧壁；所述第二沟槽隔离结构，穿过所述感光层至所述第一隔离层，并围封部分所述感光层。
优选的，所述第二溢出部包括自下而上外延/注入溢出部，所述第一/第二沟槽隔离结构分别包括对应的环形/隔离沟槽，且均包括外延缓冲层及第二隔离层；其中，所述隔离沟槽贯穿所述感光层至所述第一隔离层，并侧壁及底部覆盖有所述外延缓冲层，且填充有所述第二隔离层；
所述环形沟槽贯穿所述感光层至所述第一隔离层，底部暴露所述第一溢出部，内圈设有所述外延/注入溢出部，外圈侧壁覆盖所述外延缓冲层，所述外延溢出部的底部侧壁覆盖有所述第一溢出部，剩余侧壁覆盖有所述外延缓冲层，所述第二隔离层填充所述环形沟槽，并覆盖所述注入溢出部侧壁。
优选的，相对于所述噪声收集层，所述注入溢出部在投影方向上覆盖所述外延溢出部及所述外延溢出部侧壁的所述外延缓冲层。
优选的，所述第一溢出部还延伸至所述噪声收集层内。
优选的，所述外延底层、所述第一/第二隔离层均具有第一导电类型，所述第一溢出部、所述注入溢出部及所述噪声收集层均具有第二导电类型，所述外延溢出部及所述感光层均包括第一导电类型掺杂外延层和/或第二导电类型掺杂外延层，所述外延缓冲层包括本征外延层、第一导电类型轻掺杂外延层及第二导电类型轻掺杂外延层中的一种或多种组合。
优选的，所述第一导电类型对应的掺杂离子包括硼离子或铟离子，所述第二导电类型对应的掺杂离子包括磷离子、砷离子或锑离子。
优选的，所述注入溢出部的掺杂浓度大于所述外延溢出部的掺杂浓度。
优选的，所述第一隔离层的厚度为0.3μm~1μm。
优选的，所述第一隔离层的掺杂浓度包括 1E16atom/cm3~5E17 atom/cm3。
本发明的另一方面提供一种背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：步骤S01：提供衬底，所述衬底具有相对的正面及背面；步骤S02：于所述正面外延生长形成外延叠层，所述外延叠层自下而上包括噪声收集层、第一隔离层及感光层；步骤S03：形成贯穿所述外延叠层的噪声溢出通道，所述噪声溢出通道包括第一/第二溢出部；其中，所述第一溢出部设于所述噪声收集层上，所述第二溢出部邻接所述第一溢出部。
优选的，步骤S03包括： S031：于所述感光层上形成第一图形化层，以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层，形成贯穿所述感光层的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层；S032：于所述感光层上形成外延缓冲层，所述外延缓冲层覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁及顶部、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部；S033：于所述外延缓冲层上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部对应的所述外延缓冲层、初始第二溢出部的侧壁及顶部对应的所述外延缓冲层；S034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层进行掺杂，形成第一溢出部、外延溢出部及初始注入溢出部；S035：去除所述第二图形化层；S036：于所述外延缓冲层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽；S037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层及所述初始注入溢出部，直至暴露出所述感光层，所述初始注入溢出部经研磨形成注入溢出部。
优选的，相对于所述正面，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层高于所述第一隔离层。
优选的，所述第一离子注入工艺还对所述环形沟槽底部的所述噪声收集层进行掺杂。
优选的，还包括：步骤S02之前，于所述正面上外延生长初始外延底层，并采用第一减薄工艺，减薄所述初始外延底层，于所述正面形成外延底层；步骤S037之后，还包括步骤S038：采用第二减薄工艺，去除所述衬底，并减薄所述外延底层。
优选的，步骤S037及步骤S038之间，还包括：于所述感光层内形成若干感光单元，所述第二沟槽隔离相邻的感光单元；于所述感光层上形成电路层。
优选的，步骤S03包括：S031：于所述感光层上依次形成硬掩膜图形化层及第一图形化层，以所述硬掩膜图形化层及所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层，形成贯穿所述感光层的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层；S032：于所述硬掩膜图形化层上形成外延缓冲层，所述外延缓冲层覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁、初始第二溢出部的顶部上的硬掩膜图形化层、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部；S033：于所述外延缓冲层上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层、初始第二溢出部的侧壁的所述外延缓冲层、及初始第二溢出部的顶部上的外延缓冲层；S034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层进行掺杂，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层经掺杂形成第一溢出部；
S035：去除所述第二图形化层；S036：于经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽；S037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层、感光层上经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层、及所述硬掩膜图形化层，直至暴露出所述感光层、及所述初始注入溢出部的顶部；S038：采用第二离子注入工艺，对初始第二溢出部的顶部的感光层进行掺杂，形成所述注入溢出部，初始第二溢出部的剩余的所述感光层形成所述外延溢出部。
本发明仅S031及S033采用光刻工艺，其余步骤均为外延生长，因此可以有效地节省制作的成本，并且避免由于套刻精度所带来的结构误差。
进一步的，噪声收集层覆盖外延底层，可以对背部产生的电子进行彻底的收集和隔离。
进一步的，通过对开口底部的外延缓冲层及第一隔离层进行离子注入，对注入厚度没有限制，且注入能量要求较低，因此可以按需要的满阱电容设计使用较厚的感光层，且工艺窗口较大。
进一步的，通过调整第一隔离层的厚度和浓度，可以控制光电二极管与噪声收集层之间的势垒，提升背照式图像传感器的性能。
附图说明
通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
图1示出了现有技术的背照式图像传感器的剖面示意图；
图2示出本发明实施例一的一种背照式图像传感器的剖面示意图；
图3～图8为本发明实施例一的一种背照式图像传感器的形成方法的过程示意图。
在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
正如背景技术所述，现有的背照式图像传感器仍存在诸多问题。随着图像传感器所使用的衬底厚度进一步增加，通过离子注入来降低背面噪声的方案逐渐显露出问题。
随着衬底厚度的增加，离子注入所需能量也逐步增加。高能的离子会在注入过程中与硅晶格频繁碰撞，从而给衬底的正面带来一系列缺陷，增加感光单元的暗电流。另外，注入离子所能使用的能量也存在上限，但对于图像传感器满阱电容的追求并不停止，因此在超厚衬底的图像传感器中，高能注入不再能接触到衬底背面。
虽然，目前已经出现了使用外延生长方式来制备光电二极管的方案，使图像传感器所能使用的衬底厚度不再受限于离子注入的深度上限，然而，这也意味着离子注入不再能满足背部暗电流阻挡层的制备需求，同时，工艺流程复杂，制造成本较高。
为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种背照式图像传感器，噪声依次经噪声溢出通道排出所述外延叠层。
下面结合具体实施例进行详细阐述。
实施例一
图2示出本发明实施例一的一种背照式图像传感器的剖面示意图，如图2所示，背照式图像传感器包括外延叠层，所述外延叠层包括自下而上堆叠的噪声收集层113、第一隔离层114及感光层115。
噪声溢出通道设于所述外延叠层内，包括第一/第二溢出部。第一溢出部312设于所述噪声收集层113上，第二溢出部311邻接所述第一溢出部312，噪声依次经所述噪声收集层113、第一溢出部312及第二溢出部311排出所述外延叠层。
所述外延叠层分设有像素区域及外围区域，所述外围区域围绕所述像素区域，所述噪声溢出通道设于所述外围区域。所述外围区域设有第一沟槽隔离结构，所述像素区域设有若干第二沟槽隔离结构。第一沟槽隔离结构及第二沟槽隔离结构均贯穿所述感光层115，并延伸至第一隔离层114内。
所述第二溢出部311自所述感光层115表面延伸至所述感光层115内，所述第一溢出部312沿所述第二溢出部的底部侧壁延伸，并穿过所述第一隔离层114至所述噪声收集层113。第二溢出部311设于所述第一隔离层114上，所述第一溢出部312围绕所述第二溢出部的底部侧壁，所述第一沟槽隔离结构围绕所述第二溢出部的剩余侧壁。
所述第一沟槽隔离结构包括外延缓冲层、第二隔离层及环形沟槽，所述环形沟槽贯穿所述感光层115，所述环形沟槽底部暴露所述第一溢出部312，内圈设有第二溢出部。
第二溢出部包括外延/注入溢出部，所述环形沟槽的外圈侧壁覆盖外延缓冲层116，所述第一溢出部312环绕所述外延溢出部的底部侧壁，所述外延溢出部的剩余侧壁环设有所述外延缓冲层116。
第二隔离层211填充所述环形沟槽，并围绕所述注入溢出部侧壁。
所述第二沟槽隔离结构包括外延缓冲层、第二隔离层及隔离沟槽，所述隔离沟槽贯穿所述感光层115至所述第一隔离层114，所述外延缓冲层116覆盖所述隔离沟槽的侧壁和底部，第二隔离层211填充所述隔离沟槽。
外延底层112产生的电子扩散，通过所述噪声溢出通道导出，避免电子进入感光层115而产生暗电流。
对于背照式（Back-side Illumination, BSI）图像传感器，可以设计硅衬底的减薄位置落于外延底层102之中，此时减薄断面所产生的噪声电流将完全由噪声收集层103所隔断并收集，避免了背部断面噪声对光电二极管的干扰。
同时，对于包括前照式（Front-side Illumination， FSI）和背照式图像传感器，施加较高外电压的噪声收集层103均可以在光电二极管积分电子较满的情况下，提供溢出电子通道，从而避免了blooming现象的出现。
以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种背照式图像传感器的形成方法进行详细说明。
首先，提供衬底111，所述衬底111具有相对的正面及背面。其次，于所述正面外延生长形成外延叠层，所述外延叠层自下而上包括噪声收集层113、第一隔离层114及感光层115。
如图3所示，所述衬底111的材料为硅，在其他实施例中，所述衬底111的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。根据背照式图像传感器的感光层115的类型，所述衬底111还可以掺入不同类型的杂质离子。
本实施例中，步骤S02之前，于所述正面上外延生长初始外延底层（未图示），并采用第一减薄工艺，减薄所述初始外延底层的表面，于所述正面形成外延底层112。
所述衬底111和所述外延底层112的导电类型相同，如所述衬底111及所述外延底层112均为第一导电类型；或，所述衬底111及所述外延底层112均为第二导电类型。
感光层115的类型为N型时，所述衬底111掺杂有P型杂质离子，所述P型杂质离子为硼离子、镓离子或铟离子中的一种或几种，或，所述感光层115的类型为P型时，所述衬底111掺杂有N型杂质离子，所述N型杂质离子为磷离子、砷离子或锑离子中的一种。
所述衬底111具有第一导电类型，感光层115可为单层或多层结构，其中，单层结构可以具有第一导电类型或第二导电类型，多层结构可以是所述单层结构的叠层。
本实施例中，所述衬底111、所述外延底层112、噪声收集层113均具有第一导电类型，所述感光层115具有第二导电类型。噪声收集层113的厚度为1μm，并掺杂有硼离子或砷离子，所述硼离子或砷离子的掺杂浓度为1E18atom/cm3。第一隔离层114的厚度为0.3μm~1μm，并掺杂有硼离子，所述硼离子的掺杂浓度包括1E16atom/cm3~5E17 atom/cm3。
下文中，均以P型衬底、P型外延底层、P型噪声收集层、N型第一隔离层及N型感光层为例。
形成贯穿所述外延叠层的噪声溢出通道，所述噪声溢出通道包括第一/第二溢出部；其中，所述第一溢出部312设于所述噪声收集层113上，并邻接所述第二溢出部的底部。
本实施中，形成噪声溢出通道的步骤包括：
S031：于所述感光层115上形成第一图形化层（未图示），以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层115，形成贯穿所述感光层115的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层。
S032：于所述感光层115上形成外延缓冲层116，所述外延缓冲层116覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁及顶部、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部。
如图4所示，通过同一掩膜版，采用光刻、刻蚀工艺形成初始环状沟槽及隔离沟槽，两者的深度相同，均贯穿所述感光层表面，并延伸至第一隔离层内。
初始环状沟槽及隔离沟槽的深宽比为5:1~60:1，并均自感光层115均贯穿所述感光层115，且延伸至所述第一隔离层114内。
像素区域的所述外延缓冲层116作为后续形成的感光单元的一部分，增加内建电场，提高感光单元的弱光灵敏度，初始第二溢出部的顶部的外延缓冲层116及顶部的感光层经离子注入，形成注入溢出部。
所述外延缓冲层116的厚度大于或等于30nm。所述外延缓冲层116可以是第一导电类型轻掺杂层、第二导电类型轻掺杂层及非掺杂高阻外延层中的一种或多种组合，掺杂浓度优选低于1E16 atom/cm3。
S033：于所述外延缓冲层116上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部对应的所述外延缓冲层116、初始第二溢出部的侧壁及顶部的所述外延缓冲层116。
S034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层116进行掺杂，形成第一溢出部312、外延溢出部及初始注入溢出部。
如图5所示，初始环状沟槽的侧壁覆盖有外延缓冲层116，所述开口的侧壁平齐于所述初始环状沟槽的侧壁上的外延缓冲层116的表面，暴露出位于初始环状沟槽内圈的初始第二溢出部表面覆盖的外延缓冲层116。
形成初始环状沟槽之后，第一离子注入工艺对开口底部的外延缓冲层116、第一隔离层114进行掺杂，所述第一离子注入工艺的掺杂离子包括磷离子、砷离子或锑离子。所述注入溢出部的掺杂体浓度为1E18 atom/cm3。
形成初始环状沟槽时，为保证无刻蚀残留，存在一定的过刻量，对初始环状沟槽底部的第一隔离层114形成损耗，外延缓冲层116的厚度大于过刻量，即相对于所述正面，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层116高于所述第一隔离层114，从而，第一溢出部312高于所述第一隔离层114，第一溢出部312环绕初始第二溢出部的底部侧壁，与初始第二溢出部的侧壁相连接。后续工艺比如外延会有明显的热效应，因此第一溢出部312受热膨胀，从而与初始第二溢出部的底部形成更好的电连接。
所述第一离子注入工艺还对初始环状沟槽内圈的外延缓冲层116及感光层115进行掺杂，可以避免形成开口的过程中，由于光刻胶残留所带来的倒伏风险，而且，所述注入溢出部的掺杂浓度大于所述外延溢出部的掺杂浓度，有利于电子自发向正面聚集。
以所述第二图形化层为掩膜，避免了第一离子注入工艺为像素区域的外延缓冲层116及感光层115的损伤，同时，第一离子注入工艺的注入能量较低，工艺窗口较大。
所述外延底层、所述第一/第二隔离层211均具有第一导电类型，所述第一溢出部312、所述注入溢出部及所述噪声收集层113均具有第二导电类型，所述外延溢出部及所述感光层115均包括第一导电类型掺杂外延层和/或第二导电类型掺杂外延层，所述外延缓冲层116包括本征外延层、第一导电类型轻掺杂外延层及第二导电类型轻掺杂外延层中的一种或多种组合。
S035：去除所述第二图形化层。
S036：于所述外延缓冲层116上形成第二隔离层211，所述第二隔离层211填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽。
如图6所示，初始环状沟槽内圈顶部的感光层经离子注入形成注入溢出部，内圈剩余的感光层形成外延溢出部。
S037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层211及所述初始注入溢出部，直至暴露出所述感光层115，所述初始注入溢出部经研磨形成注入溢出部。
如图7所示，通过注入溢出部及外延溢出部形成第二溢出部311，第二溢出部311及第一溢出部312相连，实现对来自于外延底层112的电子进行快速复合，解决噪点问题，同时，降低了注入能量。
在形成所述噪声溢出通道之后，于所述感光层115内形成若干感光单元，所述第二沟槽隔离相邻的感光单元；于所述感光层115上形成电路层。
所述外延底层、所述第一/第二隔离层211均具有第一导电类型，所述注入/外延溢出部及所述噪声收集层113均具有第二导电类型，所述感光层115包括第一导电类型掺杂外延层和/或第二导电类型掺杂外延层。
步骤S038：采用第二减薄工艺，去除所述衬底111，并减薄所述外延底层。
如图8所示，由于所述外延底层112厚度较大，为了减少背面入射的外部光线达到所述感光层115的距离，进而提高背照式图像传感器的灵敏度，还可以对所述外延底层112进行减薄处理。
对去除所述衬底111的工艺包括物理机械研磨工艺、化学机械研磨工艺或是湿法刻蚀工艺。在本实施例中，去除所述衬底111及减薄所述外延底层112的工艺采用化学机械研磨工艺。
实施例二
与实施例一相比，实施例二采用硬掩膜图形化层及第一图形化层为掩膜刻蚀感光层，由于硬掩膜图形层相对于感光层的刻蚀选择比很高，可以适用于较厚的感光层的刻蚀。实施例二的形成方法包括：
S031：于所述感光层上依次形成硬掩膜图形化层及第一图形化层，以所述硬掩膜图形化层及所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层，形成贯穿所述感光层的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层。所述硬掩膜图形化层利于刻蚀较厚的感光层；
S032：于所述硬掩膜图形化层上形成外延缓冲层，所述外延缓冲层覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁、初始第二溢出部的顶部上的硬掩膜图形化层、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部；
S033：于所述外延缓冲层上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层、初始第二溢出部的侧壁的所述外延缓冲层、及初始第二溢出部的顶部上的外延缓冲层；
S034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层进行掺杂，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层经掺杂形成第一溢出部；
S035：去除所述第二图形化层；
S036：于经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽；
S037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层、感光层上经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层、及所述硬掩膜图形化层，直至暴露出所述感光层、及所述初始注入溢出部的顶部；
S038：采用第二离子注入工艺，对初始第二溢出部的顶部的感光层进行掺杂，形成所述注入溢出部，初始第二溢出部的剩余的所述感光层形成所述外延溢出部。
实施例一及实施例二中，仅S031及S033采用光刻工艺，其余步骤均为外延生长，因此可以有效地节省制作的成本，并且避免由于套刻精度所带来的结构误差。
进一步的，噪声收集层覆盖外延底层，可以对背部产生的电子进行彻底的收集和隔离。
进一步的，通过对开口底部的外延缓冲层及第一隔离层进行离子注入，对注入厚度没有限制，且注入能量要求较低，因此可以按需要的满阱电容设计使用较厚的感光层，且工艺窗口较大。
进一步的，通过调整第一隔离层的厚度和浓度，可以控制光电二极管与噪声收集层之间的势垒，提升背照式图像传感器的性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。
Claims (19)
1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：
外延叠层，包括自下而上堆叠的噪声收集层、第一隔离层及感光层；
噪声溢出通道，设于所述外延叠层内，包括第一/第二溢出部；其中，
所述第一溢出部设于所述噪声收集层上，所述第二溢出部邻接所述第一溢出部，噪声依次经所述噪声收集层、及所述第一/第二溢出部排出所述外延叠层。
2.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第二溢出部自所述感光层表面延伸至所述感光层内，所述第一溢出部沿所述第二溢出部的底部侧壁延伸，并穿过所述第一隔离层至所述噪声收集层。
3.如权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一溢出部围绕所述第二溢出部的底部侧壁。
4.如权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述外延叠层分设有像素区及外围区，所述外围区围绕所述像素区，所述噪声溢出通道设于所述外围区；还包括：
外延底层，设于所述噪声收集层下；
第一沟槽隔离结构及若干第二沟槽隔离结构，对应分设于所述外围区及所述像素区；其中，
所述第一沟槽隔离结构，设于所述第一溢出部上，并围绕所述第二溢出部的剩余侧壁；
所述第二沟槽隔离结构，穿过所述感光层至所述第一隔离层，并围封部分所述感光层。
5.如权利要求4所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第二溢出部包括自下而上外延/注入溢出部，所述第一/第二沟槽隔离结构分别包括对应的环形/隔离沟槽，且均包括外延缓冲层及第二隔离层；其中，
所述隔离沟槽贯穿所述感光层至所述第一隔离层，并侧壁及底部覆盖有所述外延缓冲层，且填充有所述第二隔离层；
所述环形沟槽贯穿所述感光层至所述第一隔离层，底部暴露所述第一溢出部，内圈设有所述外延/注入溢出部，外圈侧壁覆盖所述外延缓冲层，所述外延溢出部的底部侧壁覆盖有所述第一溢出部，剩余侧壁覆盖有所述外延缓冲层，所述第二隔离层填充所述环形沟槽，并覆盖所述注入溢出部侧壁。
6.如权利要求5所述的背照式图像传感器，其特征在于，相对于所述噪声收集层，所述注入溢出部在投影方向上覆盖所述外延溢出部及所述外延溢出部侧壁的所述外延缓冲层。
7.如权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一溢出部还延伸至所述噪声收集层内。
8.如权利要求7所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述外延底层、所述第一/第二隔离层均具有第一导电类型，所述第一溢出部、所述注入溢出部及所述噪声收集层均具有第二导电类型，所述外延溢出部及所述感光层均包括第一导电类型掺杂外延层和/或第二导电类型掺杂外延层，所述外延缓冲层包括本征外延层、第一导电类型轻掺杂外延层及第二导电类型轻掺杂外延层中的一种或多种组合。
9.如权利要求8所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一导电类型对应的掺杂离子包括硼离子或铟离子，所述第二导电类型对应的掺杂离子包括磷离子、砷离子或锑离子。
10.如权利要求9所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述注入溢出部的掺杂浓度大于所述外延溢出部的掺杂浓度。
11.如权利要求10所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一隔离层的厚度为0.3μm~1μm。
12.如权利要求11所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一隔离层的掺杂浓度包括 1E16atom/cm3~5E17 atom/cm3。
13.一种背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
步骤S01：提供衬底，所述衬底具有相对的正面及背面；
步骤S02：于所述正面外延生长形成外延叠层，所述外延叠层自下而上包括噪声收集层、第一隔离层及感光层；
步骤S03：形成贯穿所述外延叠层的噪声溢出通道，所述噪声溢出通道包括第一/第二溢出部；其中，
所述第一溢出部设于所述噪声收集层上，所述第二溢出部邻接所述第一溢出部。
14.如权利要求13所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，步骤S03包括：
S031：于所述感光层上形成第一图形化层，以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层，形成贯穿所述感光层的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层；
S032：于所述感光层上形成外延缓冲层，所述外延缓冲层覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁及顶部、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部；
S033：于所述外延缓冲层上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部对应的所述外延缓冲层、初始第二溢出部的侧壁及顶部对应的所述外延缓冲层；
S034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层进行掺杂，形成第一溢出部、外延溢出部及初始注入溢出部；
S035：去除所述第二图形化层；
S036：于所述外延缓冲层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽；
S037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层及所述初始注入溢出部，直至暴露出所述感光层，所述初始注入溢出部经研磨形成注入溢出部。
15.如权利要求14所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，相对于所述正面，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层高于所述第一隔离层。
16.如权利要求14所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一离子注入工艺还对所述环形沟槽底部的所述噪声收集层进行掺杂。
17.如权利要求16所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：步骤S02之前，于所述正面上外延生长初始外延底层，并采用第一减薄工艺，减薄所述初始外延底层，于所述正面形成外延底层；步骤S037之后，还包括步骤S038：采用第二减薄工艺，去除所述衬底，并减薄所述外延底层。
18.如权利要求17所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，步骤S037及步骤S038之间，还包括：于所述感光层内形成若干感光单元，所述第二沟槽隔离相邻的感光单元；于所述感光层上形成电路层。
19.如权利要求13所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，步骤S03包括：
S031：于所述感光层上依次形成硬掩膜图形化层及第一图形化层，以所述硬掩膜图形化层及所述第一图形化层为掩膜，刻蚀所述感光层，形成贯穿所述感光层的初始环状沟槽及若干隔离沟槽，所述初始环状沟槽内圈对应的所述感光层形成初始第二溢出部，去除所述第一图形化层；
S032：于所述硬掩膜图形化层上形成外延缓冲层，所述外延缓冲层覆盖所述初始环状沟槽的外圈侧壁及底部、初始第二溢出部的侧壁、初始第二溢出部的顶部上的硬掩膜图形化层、及各所述隔离沟槽的侧壁及底部；
S033：于所述外延缓冲层上形成第二图形化层，所述第二图形化层具有开口，所述开口暴露所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层、初始第二溢出部的侧壁的所述外延缓冲层、及初始第二溢出部的顶部上的外延缓冲层；
S034：以所述第二图形化层为掩膜，采用第一离子注入工艺，对所述开口暴露的所述外延缓冲层进行掺杂，所述初始环状沟槽的底部的所述外延缓冲层经掺杂形成第一溢出部；
S035：去除所述第二图形化层；
S036：于经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述环状沟槽及所述隔离沟槽；
S037：采用化学机械抛光，研磨所述第二隔离层、感光层上经掺杂及未经掺杂的外延缓冲层、及所述硬掩膜图形化层，直至暴露出所述感光层、及所述初始注入溢出部的顶部；
S038：采用第二离子注入工艺，对初始第二溢出部的顶部的感光层进行掺杂，形成所述注入溢出部，初始第二溢出部的剩余的所述感光层形成所述外延溢出部。
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