CN117219649B - 半导体结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种半导体结构及其制备方法，半导体结构包括衬底、阻光结构以及介质层，衬底具有沿其厚度方向相对的第一表面及第二表面，衬底内具有沿第一方向间隔交替排布的隔离结构、功能结构；功能结构包括沿厚度方向层叠的多层功能层；阻光结构位于隔离结构的顶面，且阻光结构的底面高于顶层功能层的顶面；介质层覆盖阻光结构的外表面，以及顶层功能层的顶面；其中，隔离结构包括沿衬底的厚度方向层叠的第一隔离结构、隔离夹层以及第二隔离结构；第一隔离结构经由衬底的第一表面朝向衬底的第二表面延伸；第二隔离结构经由衬底的第二表面朝向衬底的第一表面延伸；隔离夹层位于第一隔离结构与第二隔离结构之间。半导体结构能够避免离子损伤。

Description

半导体结构及其制备方法

技术领域

本申请涉及半导体制造技术领域，特别是涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术

图像传感器按照感光元件与感光原理的不同，可分为电荷耦合元件(ChargeCoupled Device，CCD)图像传感器与互补金属-氧化物-半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)图像传感器。CMOS图像传感器相较于CCD图像传感器具有价格便宜、带宽较大、防模糊、访问灵活和具有较大的填充系数的优点。其中，背照式入射（BackSide Illumination，BSI）CMOS图像传感器能够通过改变光线入射的方向，提高光线利用率与暗光成像质量。

然而，在制造BSI CMOS图像传感器的过程中，由于光电二极管通常通过高能离子注入工艺形成，随着工艺尺寸缩小至深亚微米，高能离子会对背照式图像传感器造成损伤，并且导致像素串扰问题，降低器件可靠性。

发明内容

基于此，有必要针对上述背景技术中的问题，提供一种能够避免离子损伤的半导体结构及其制备方法。

为了解决上述技术问题及其他问题，根据一些实施例，本申请的一方面提供了一种半导体结构，半导体结构包括衬底、阻光结构以及介质层，衬底具有沿其厚度方向相对的第一表面及第二表面，衬底内具有沿第一方向间隔交替排布的隔离结构、功能结构；功能结构包括沿厚度方向层叠的多层功能层；阻光结构位于隔离结构的顶面，且阻光结构的底面高于顶层功能层的顶面；介质层覆盖阻光结构的外表面，以及顶层功能层的顶面；其中，隔离结构包括沿衬底的厚度方向层叠的第一隔离结构、隔离夹层以及第二隔离结构；第一隔离结构经由衬底的第一表面朝向衬底的第二表面延伸；第二隔离结构经由衬底的第二表面朝向衬底的第一表面延伸；隔离夹层位于第一隔离结构与第二隔离结构之间；第一方向与厚度方向垂直。

在一些实施例中，功能结构包括沿衬底厚度方向层叠的第一功能层、第二功能层以及第三功能层；隔离夹层还位于沿第一方向相邻的第一功能层之间。

在一些实施例中，介质层包括覆盖第一功能层的第一部分、以及环绕阻光结构的第二部分。

在一些实施例中，半导体结构还包括滤光元件，滤光元件位于功能结构的正上方，且位于沿第一方向相邻的阻光结构之间；介质层的第一部分位于滤光元件与第一功能层之间。

根据一些实施例，本公开的另一方面提供一种半导体结构的制备方法，包括：

提供衬底，衬底具有沿其厚度方向相对的第一表面及第二表面，衬底内具有初始隔离结构；初始隔离结构包括第一隔离结构、初始隔离夹层以及第二隔离结构；第一隔离结构经由衬底的第一表面朝向衬底的第二表面延伸；第二隔离结构经由衬底的第二表面朝向衬底的第一表面延伸；初始隔离夹层沿第一方向延伸，且覆盖第一隔离结构靠近衬底的第二表面的表面；第一方向与厚度方向垂直；

于初始隔离结构的顶面形成阻光结构；

形成功能材料层，功能材料层覆盖阻光结构的外表面，以及衬底的第二表面；

热处理功能材料层以形成功能结构，以及基于初始隔离结构形成隔离结构；隔离结构、功能结构沿第一方向间隔交替排布；功能结构包括沿衬底厚度方向层叠的多层功能层；顶层功能层的顶面低于阻光结构的底面；热处理后的功能材料层用于构成介质层。

在一些实施例中，功能结构包括沿衬底厚度方向层叠的第一功能层、第二功能层以及第三功能层；功能材料层包括第一材料层、第二材料层以及第三材料层；热处理功能材料层，以形成功能结构以及隔离结构，包括：采用固相扩散工艺形成层叠的第一材料层以及第二材料层，第一材料层覆盖阻光结构的外表面，以及衬底的第二表面；热处理第一材料层以及第二材料层，以形成第一功能层以及第二功能层，并去除剩余的第一材料层以及第二材料层；采用固相扩散工艺形成第三材料层，第三材料层覆盖阻光结构的外表面，以及第二功能层的顶面；热处理第三材料层，以形成第三功能层；热处理后的第三材料层用于构成介质层。

在一些实施例中，热处理功能材料层，以形成功能结构以及隔离结构，还包括：在热处理第三材料层，以形成第三功能层的同时，部分初始隔离夹层用于形成第一功能层；剩余的初始隔离夹层构成隔离夹层，隔离夹层位于沿第一方向相邻的第一功能层之间；第一隔离结构、隔离夹层以及第二隔离结构共同构成隔离结构。

在一些实施例中，第一材料层为包含第一目标元素的第一硅化物层；第二材料层为包含第二目标元素的第二硅化物层；热处理第一材料层以及第二材料层，以形成第一功能层以及第二功能层，包括：同时退火处理第一硅化物层以及第二硅化物层，使得第一硅化物层中第一目标元素扩散至衬底内并形成第一功能层，第二硅化物层中第二目标元素扩散至衬底内并形成第二功能层；去除退火处理后的第一硅化物层以及第二硅化物层。

在一些实施例中，第三材料层为包含第三目标元素的第三硅化物层；热处理第三材料层，以形成第三功能层，包括：采用激光退火工艺处理第三硅化物层，使得第三硅化物层中第三目标元素扩散至衬底内，以形成第三功能层；并且，第一功能层中的第一目标元素、以及第二功能层中的第二目标元素沿朝向衬底的第一表面的方向扩散，部分第一功能层中的第一目标元素替换部分初始隔离夹层以形成隔离夹层。

在一些实施例中，介质层包括覆盖第一功能层的第一部分、以及环绕阻光结构的第二部分；方法还包括：形成滤光元件，滤光元件位于功能结构的顶面，且位于沿第一方向相邻的阻光结构之间；介质层的第一部分位于滤光元件与第一功能层之间。

本发明意想不到的技术效果是：本实施例中，通过形成具有多层功能层的功能结构，而并非形成传统的离子注入的功能区，以避免高能离子对结构的损伤，从而提升器件的可靠性。并且，通过高于顶层功能层的阻光结构，加强阻光效果，避免相邻功能层之间入射光的相互干扰。其中，第一隔离结构、隔离夹层以及第二隔离结构所构成的隔离结构与功能结构交替排布，能够使相邻的功能结构之间相互绝缘，以加强功能结构周围的绝缘效果，不仅能够改善串扰等不理想效应，还可以有效避免暗电流或白像素的产生，从而提升器件输出图像的质量。并且，通过热处理功能材料层以形成具有多层功能层的功能结构，而并非形成传统的离子注入的功能区，以避免高能离子对结构的损伤，从而提升器件的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种图像传感器的结构示意图；

图2为本公开一实施例中提供的一种半导体结构的截面示意图；

图3为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法的流程示意图；

图4为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S21所得结构的截面示意图；

图5为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S22所得结构的截面示意图；

图6为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S41所得结构的截面示意图；

图7为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S42所得结构的截面示意图；

图8为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S61所得结构的截面示意图；

图9为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S82中热处理第一材料层以及第二材料层所得结构的截面示意图；

图10为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S82中去除第一材料层以及第二材料层所得结构的截面示意图；

图11为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S83所得结构的截面示意图；

图12为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S84所得结构的截面示意图；

图13为本公开一实施例中提供的一种半导体结构制备方法中步骤S90所得结构的截面示意图。

附图标记说明：

10、衬底；101、第一表面；102、第二表面；20、隔离结构；21、第一隔离结构；22、隔离夹层；22a、初始隔离夹层；23、第二隔离结构；231、第一隔离层；232、第二隔离层；30、功能结构；31、第一功能层；32、第二功能层；33、第三功能层；311、第一材料层；321、第二材料层；331、第三材料层；34、剩余材料层；40、阻光结构；41、第一阻光层；42、第二阻光层；43、第三阻光层；44、第四阻光层；45、第五阻光层；41a、第一阻光材料层；42a、第二阻光材料层；43a、第三阻光材料层；44a、第四阻光材料层；45a、第五阻光材料层；50、介质层；60、滤光元件；70、盖层；71、盖材料层；81、第一介质层；82、第二介质层；90、焊盘；91、多晶硅层；92、连接层。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参阅相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的首选实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分，这些元件、部件、区、层、掺杂类型和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分与另一个元件、部件、区、层、掺杂类型或部分。因此，在不脱离本申请教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层、掺杂类型或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分；举例来说，可以将第一掺杂类型成为第二掺杂类型，且类似地，可以将第二掺杂类型成为第一掺杂类型；第一掺杂类型与第二掺杂类型为不同的掺杂类型，譬如，第一掺杂类型可以为P型且第二掺杂类型可以为N型，或第一掺杂类型可以为N型且第二掺杂类型可以为P型。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可以用于描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。此外，器件也可以包括另外地取向(譬如，旋转90度或其它取向)，并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白，当术语“组成”和/或“包括”在该说明书中使用时，可以确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。同时，在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，虽图示中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

请参考图1，传统的背照式图像传感器中，通常在芯片的背面制作深沟槽隔离（第二隔离结构23）以将不同像素单元隔开，降低相邻像素单元之间的电学信号串扰。然而，由于像素单元两侧的深沟槽隔离（第二隔离结构23）与其对应的浅沟槽隔离（第一隔离结构21）之间不完全绝缘，当入射光线直接照射至功能结构30的像素单元附近的基底材料时，在基底材料背面的光线可能漫射至邻近的像素单元产生漫射光线与入射光线重新汇合，导致深沟槽隔离（第二隔离结构23）不能从根本上解决背照式图像传感器中存在的串扰不理想效应。

请继续参考图1，另一方面，在制造背照式图像传感器的过程中，基于离子注入的工艺被广泛运用其中。例如，通常采用离子注入工艺制备光电二极管。由于离子注入过程中离子总数非常大，以至于衬底10中靠近表面部分造成大量的晶格损伤，损伤的效应与剂量、能量等离子注入参数有关系，损伤程度会随着剂量与离子能量的增大而增大。甚至，离子注入的能量较大时，靠近衬底10表面的离子射程内，衬底10的晶体结构会被完全破坏而变成非晶态，导致器件可靠性降低。

请参考图2，根据一些实施例，提供了一种半导体结构，半导体结构包括衬底10、阻光结构40以及介质层50，衬底10具有沿其厚度方向相对的第一表面101及第二表面102，衬底10内具有沿第一方向间隔交替排布的隔离结构20、功能结构30；功能结构30包括沿厚度方向层叠的多层功能层；阻光结构40位于隔离结构20的顶面，且阻光结构40的底面高于顶层功能层的顶面；介质层50覆盖阻光结构40的外表面，以及顶层功能层的顶面；其中，隔离结构20包括沿衬底10的厚度方向层叠的第一隔离结构21、隔离夹层22以及第二隔离结构23；第一隔离结构21经由衬底10的第一表面101朝向衬底10的第二表面102延伸；第二隔离结构23经由衬底10的第二表面102朝向衬底10的第一表面101延伸；隔离夹层22位于第一隔离结构21与第二隔离结构23之间；第一方向与厚度方向垂直。

在上述实施例中半导体结构中，通过形成具有多层功能层的功能结构30，而并非形成传统的离子注入的功能区，以避免高能离子对结构的损伤，从而提升器件的可靠性。并且，通过高于顶层功能层的阻光结构40，加强阻光效果，避免相邻功能层之间入射光的相互干扰。其中，第一隔离结构21、隔离夹层22以及第二隔离结构23所构成的隔离结构20与功能结构30交替排布，能够使相邻的功能结构30之间相互绝缘，以加强功能结构30周围的绝缘效果，不仅能够改善串扰等不理想效应，还可以有效避免暗电流或白像素的产生，从而提升器件输出图像的质量。

示例地，衬底10的厚度方向包括如图2所示的OY方向，第一方向可以为与衬底10平行的方向，例如，第一方向包括如图2所示的OX方向，下文不再赘述。

示例地，衬底10可以采用半导体材料、绝缘材料、导体材料或者它们的任意组合构成。衬底10是为制作半导体器件提供机械支撑和电性能的半导体结构，衬底10可以为单层结构，也可以为多层结构。例如，衬底10可以为III/V半导体衬底10或II/VI半导体衬底10。本领域的技术人员可以根据衬底10上形成的晶体管类型选择衬底10的类型，因此衬底10的类型不应限制本公开的保护范围。

示例地，第一隔离结构21可以采用浅沟槽隔离结构（Shallow Trench Isolation，简称STI），以隔离相邻的两个器件，防止相邻的器件之间因流通电流导致失效，浅沟槽隔离结构可以减少占用晶圆表面的面积、增加器件的集成度、保持晶圆表面平坦度以及降低通道宽度侵蚀风险。示例地，第二隔离结构23可以采用深沟槽隔离结构（Deep TrenchIsolation，简称DTI），以在功能结构30两侧达到绝缘效果，避免串扰等不理想效应。

请继续参考图2，在一些实施例中，第二隔离结构23对应地位于第一隔离结构21上方。第二隔离结构23包括第一隔离层231及第二隔离层232；第一隔离层231位于隔离夹层22靠近衬底10的第二表面102的表面，且沿衬底10的厚度方向延伸；第二隔离层232环绕第一隔离层231的底部及侧壁。示例地，第一隔离层231的材料包括旋转涂布玻璃（Spin onGlass Coating，简称SOG），SOG是将含有填充材料的液态溶剂以旋转涂布（Spin Coating）方式，均匀地涂布在待填充表面，再经过热处理去除溶剂，在待填充表片上留下固化后的近似二氧化硅的介电材料；第二隔离层232包括氧化物层，例如，第二隔离层232的材料包括硅氧化物。

请继续参考图2，在一些实施例中，功能结构30包括沿衬底10厚度方向层叠的第一功能层31、第二功能层32以及第三功能层33；隔离夹层22还位于沿第一方向相邻的第一功能层31之间。

示例地，第一功能层31、第二功能层32以及第三功能层33的材料包括为包含氮元素、磷元素、砷元素、锑元素、铋元素或其组合的材料。第一功能层31、第二功能层32以及第三功能层33的材料均不相同。

请继续参考图2，在一些实施例中，功能层包括感光元件；示例地，功能层包括P型半导体层和N型半导体层，例如，感光元件可以包括光电二极管（Photo-Diode，简称PD），光电二极管具有正向导通反向截止的特殊，反向的特性还有个电容的特性，当在二极管上加反向偏置电压时，就会给电容充电，当电容充满电荷之后，光子的射入会导致内部激发出新的电子空穴对，与原来充电形成的电子空穴对进行配对放电，形成光电流，光电流给电容充电变成一个电压输出，从而实现光信号与电信号的转换。

请继续参考图2，在一些实施例中，阻光结构40可以为单层结构，或多层结构，多层结构的阻光结构40的阻光效果更佳。当阻光结构40为多层结构且包含至少一个金属层或金属化合物层时，阻光结构40可以构成复合金属格栅（Composite Metal Grid，CMG），进一步加强阻光效果以及对功能结构30的电气保护。示例地，阻光结构40可以包括沿衬底10厚度方向依次层叠的第一阻光层41、第二阻光层42、第三阻光层43、第四阻光层44、第五阻光层45。示例地，第一阻光层41包括金属氧化物层，例如氧化铝层。第二阻光层42包括金属氧化物层，例如氧化铊层。第三阻光层43包括氧化物层，例如氧化硅层。第四阻光层44包括金属层，例如铝层。第五阻光层45包括氧化物层，例如氧化硅层。需要说明的是，本公开实施例对阻光结构40的层数、材质、厚度均不作限定。本领域技术人员可以根据需要，调整阻光结构40的层数、材质和厚度。

请继续参考图2，在一些实施例中，介质层50包括覆盖第一功能层31的第一部分、以及环绕阻光结构40的第二部分。可以理解，介质层50的第一部分以及第二部分为一体化结构，基于相同的材料制备二层，从而简化制造工艺。

请继续参考图2，在一些实施例中，半导体结构还包括滤光元件60，滤光元件60位于功能结构30的正上方，且位于沿第一方向相邻的阻光结构40之间；介质层50的第一部分位于滤光元件60与第一功能层31之间。滤光元件60包括红色滤光层、绿色滤光层及蓝色滤光层，红色滤光层、绿色滤光层及蓝色滤光层间隔位于功能层的顶面。不同颜色的滤光元件60可以拆分反射光中的红、绿、蓝成分，并通过感光元件形成拜尔阵列滤镜，将黑白的传感器图像转换成彩色。

请继续参考图2，在一些实施例中，半导体结构还包括焊盘90，焊盘90位于衬底10的第一表面101。焊盘90靠近衬底10的一端可以通过连接结构与功能结构30相连，焊盘90背离衬底10的另一端用于绑定驱动电路板，以实现驱动电路板和功能结构30之间的信号传输。在一些实施例中，位于焊盘90与功能结构30之间的连接结构包括多晶硅层91及连接层92。多晶硅层91设置于衬底10的第一表面101，连接层92设置于焊盘90与多晶硅层91之间。在一些实施例中，衬底10与焊盘90之间还设置有层间介质层50；层间介质层50可以为一层，也可以为多层。示例地，层间介质层50包括在衬底10的第一表面101依次层叠设置的第一介质层81以及第二介质层82。示例地，第一介质层81包括氮化硅层，第二介质层82包括氧化物层，焊盘90的材料包括铜，连接层92包括导电金属层。

本公开还提供了一种半导体结构的制备方法，用于制备上述半导体结构。

请参考图3至图13结合进行理解，根据一些实施例，半导体结构的制备方法包括：

步骤S20：提供衬底10，衬底10具有沿其厚度方向相对的第一表面101及第二表面102，衬底10内具有初始隔离结构（未图示）；初始隔离结构包括第一隔离结构21、初始隔离夹层22a以及第二隔离结构23；第一隔离结构21经由衬底10的第一表面101朝向衬底10的第二表面102延伸；第二隔离结构23经由衬底10的第二表面102朝向衬底10的第一表面101延伸；初始隔离夹层22a沿第一方向延伸，且覆盖第一隔离结构21靠近衬底10的第二表面102的表面；第一方向与厚度方向垂直；

步骤S40：于初始隔离结构的顶面形成阻光结构40；

步骤S60：形成功能材料层，功能材料层覆盖阻光结构40的外表面，以及衬底10的第二表面102；

步骤S80：热处理功能材料层以形成功能结构30，以及基于初始隔离结构形成隔离结构20；隔离结构20、功能结构30沿第一方向间隔交替排布；功能结构30包括沿衬底10厚度方向层叠的多层功能层；顶层功能层的顶面低于阻光结构40的底面；热处理后的功能材料层用于构成介质层50。

在本实施例中，第一隔离结构21、隔离夹层22以及第二隔离结构23所构成的隔离结构20与功能结构30交替排布，能够使相邻的功能结构30之间相互绝缘，以加强功能结构30周围的绝缘效果，不仅能够改善串扰等不理想效应，还可以有效避免暗电流或白像素的产生，从而提升器件输出图像的质量。

在步骤S40中，通过高于顶层功能层的阻光结构40，加强阻光效果，避免相邻功能层之间入射光的相互干扰。

在步骤S60以及步骤S80中，通过热处理功能材料层以形成具有多层功能层的功能结构30，而并非形成传统的离子注入的功能区，以避免高能离子对结构的损伤，从而提升器件的可靠性。

应该理解的是，虽然图3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，虽然图3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。

请参考图4，步骤S20中，形成初始隔离结构，包括：

步骤S21：如图4所示，形成沿第一方向延伸的初始隔离夹层22a，初始隔离夹层22a覆盖第一隔离结构21的靠近衬底10的第一表面101的表面；

步骤S22：如图5所示，形成沿第一方向间隔排布的第二隔离结构23，第二隔离结构23经由衬底10的第二表面102朝向衬底10的第一表面101延伸，第二隔离结构23对应地位于第一隔离结构21上方。

在一些实施例中，步骤S21，形成初始隔离夹层22a，可以包括：

步骤S211：形成沿第一方向延伸的隔离材料层，隔离材料层覆盖第一隔离结构21的靠近衬底10的第一表面101的表面；

步骤S212：退火处理隔离材料层，形成初始隔离夹层22a。

示例地，步骤S211中，可以离子注入工艺形成沿第一方向延伸的隔离材料层，例如，可以选择将一束氧离子束射向衬底10内，通过氧离子束把衬底10中的部分硅原子撞出衬底10表面，由于氧离子束射到衬底10内部后，会受到衬底10的抵抗而速度逐渐降低，最终停留在衬底10中形成隔离材料层。

示例地，步骤S212中，采用退火处理隔离材料层，可以通过注氧隔离（separationby implantation of oxygen, separation with implanted oxygen，SIMOX）技术形成初始隔离夹层22a。在高温条件下，步骤S211将高剂量氧离子注入到单晶硅中形成隔离材料层，步骤S212在超高温退火条件下形成顶层硅、二氧化硅埋层、体硅三层结构的初始隔离夹层22a。采用注氧隔离技术能形成均匀的初始隔离夹层22a，并可以通过控制注入能量来控制初始隔离夹层22a上硅的厚度。

在一些实施例中，第二隔离结构23包括第一隔离层231及第二隔离层232；第一隔离层231位于隔离夹层22靠近衬底10的第二表面102的表面，且沿衬底10的厚度方向延伸；第二隔离层232环绕第一隔离层231的底部及侧壁。相应地，步骤S22，形成第二隔离结构23，可以包括：

步骤S221：形成沿第一方向间隔排布的第一沟槽结构（未图示），第一沟槽结构经由衬底10的第二表面102朝向衬底10的第一表面101延伸，且第一沟槽结构对应地位于第一隔离结构21上方；

步骤S222：形成覆盖第一沟槽结构的第二隔离层232；

步骤S223：形成填充第一沟槽结构的第一隔离层231，第一隔离层231位于隔离夹层22靠近衬底10的第二表面102的表面。

示例地，在步骤S211中，可以采用刻蚀工艺于衬底10内形成沿第一方向间隔排布的第一沟槽结构。刻蚀工艺可以包括但不限于干法刻蚀工艺及/或湿法刻蚀工艺。干法刻蚀工艺可以包括但不限于反应离子刻蚀（RIE）及感应耦合等离子体刻蚀（ICP）等中一种或多种。

在一些实施例中，在步骤S20，形成初始隔离结构之后，方法还包括：

步骤S30：形成覆盖衬底10裸露的第二表面102的盖材料层71。

请参考图6至图7，步骤S40，于初始隔离结构的顶面形成阻光结构40，包括：

步骤S41：如图6所示，于衬底10的第二表面102以及初始隔离结构靠近衬底10的第二表面102的表面形成沿第一方向延伸的阻光材料层；

步骤S42：如图7所示，刻蚀阻光材料层，以形成位于初始隔离结构顶面的阻光结构40。

请继续参考图6至图7，在一些实施例中，阻光结构40可以为单层结构，或多层结构，多层结构的阻光结构40的阻光效果更佳。当阻光结构40为多层结构且包含至少一个金属层或金属化合物层时，阻光结构40可以构成复合金属格栅（Composite Metal Grid，CMG），进一步加强阻光效果以及对功能结构30的电气保护。示例地，阻光结构40可以包括沿衬底10厚度方向依次层叠的第一阻光层41、第二阻光层42、第三阻光层43、第四阻光层44、第五阻光层45。相应地，阻光材料层可以包括沿衬底10厚度方向依次层叠的第一阻光材料层41a、第二阻光材料层42a、第三阻光材料层43a、第四阻光材料层44a、第五阻光材料层45a。即，在步骤S42中，刻蚀阻光材料层，包括：刻蚀第一阻光材料层41a、第二阻光材料层42a、第三阻光材料层43a、第四阻光材料层44a、第五阻光材料层45a。在步骤S42中，还包括：刻蚀盖材料层71，以形成盖层70。

示例地，第一阻光层41包括金属氧化物层，例如氧化铝层。第二阻光层42包括金属氧化物层，例如氧化铊层。第三阻光层43包括氧化物层，例如氧化硅层。第四阻光层44包括金属层，例如铝层。第五阻光层45包括氧化物层，例如氧化硅层。需要说明的是，本公开实施例对阻光结构40的层数、材质、厚度均不作限定。本领域技术人员可以根据需要，调整阻光结构40的层数、材质和厚度。

请参考图8至图11，在一些实施例中，功能材料层包括第一材料层311、第二材料层321、第三材料层331。相应地，步骤S60，形成功能材料层，包括：

步骤S61：如图8所示，形成层叠的第一材料层311及第二材料层321，第一材料层311覆盖阻光结构40的外表面，以及衬底10的第二表面102；

步骤S62：如图11所示，形成第三材料层331，第三材料层331覆盖阻光结构40的外表面，以及衬底10的第二表面102。

请参考图8至图12，在一些实施例中，功能结构30包括沿衬底10厚度方向层叠的第一功能层31、第二功能层32以及第三功能层33。相应地，步骤S80，热处理功能材料层，以形成功能结构30以及隔离结构20，包括：

步骤S81：采用固相扩散工艺形成层叠的第一材料层311以及第二材料层321，第一材料层311覆盖阻光结构40的外表面，以及衬底10的第二表面102；

步骤S82：热处理第一材料层311以及第二材料层321，以形成第一功能层31以及第二功能层32，并去除剩余的第一材料层311以及第二材料层321；

步骤S83：采用固相扩散工艺形成第三材料层331，第三材料层331覆盖阻光结构40的外表面，以及第二功能层32的顶面；

步骤S84：热处理第三材料层331，以形成第三功能层33；热处理后的第三材料层331用于构成介质层50。

请参考图8至图10，在一些实施例中，第一材料层311为包含第一目标元素的第一硅化物层；第二材料层321为包含第二目标元素的第二硅化物层。相应地，步骤S81，热处理第一材料层311以及第二材料层321，以形成第一功能层31以及第二功能层32，包括：

步骤S811：同时退火处理第一硅化物层以及第二硅化物层，使得第一硅化物层中第一目标元素扩散至衬底10内并形成第一功能层31，第二硅化物层中第二目标元素扩散至衬底10内并形成第二功能层32；

步骤S812：去除退火处理后的第一硅化物层以及第二硅化物层。

请参考图9，在步骤S812中，由于同时退火处理第一硅化物层以及第二硅化物层，退火处理后的第一硅化物层以及第二硅化物层形成为相同的剩余材料层34。

示例地，第一目标元素选自氮、磷、砷、锑、铋或其组合；第二目标元素选自氮、磷、砷、锑、铋或其组合。第一目标元素与第二目标元素不相同。

示例地，在第一目标元素为磷时，步骤S811及步骤S812中，第一硅化物层即为磷化硅层，采用固相扩散工艺沉积磷化硅，磷原子在衬底10的裸露的第二表面102，沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，磷原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来硅材料的晶体结构，再退火处理磷化硅，使得磷化硅中的磷元素扩散至衬底10内并形成第一功能层31，剩余的第一硅化物层经过退火处理形成氧化硅层。

示例地，在第二目标元素为砷时，步骤S811及步骤S812中，第二硅化物层即为砷化硅层，采用固相扩散工艺沉积砷化硅，砷原子在衬底10的裸露的第二表面102，沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，砷原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来硅材料的晶体结构，再退火处理砷化硅，使得砷化硅中的砷元素扩散至衬底10内并形成第二功能层32，剩余的第二硅化物层经过退火处理也形成氧化硅层。

在上述实施例的半导体结构的制备方法中，采用固相扩散后退火推阱工艺形成的第一功能层31以及第二功能层32，能够采用避免高能离子注入方式形成功能层对器件的损伤，提升器件可靠性。

请参考图11至图12，在一些实施例中，第三材料层331为包含第三目标元素的第三硅化物层。相应地，步骤S82，热处理第三材料层331，以形成第三功能层33，包括：

步骤S821：采用激光退火工艺处理第三硅化物层，使得第三硅化物层中第三目标元素扩散至衬底10内，以形成第三功能层33；并且，第一功能层31中的第一目标元素、以及第二功能层32中的第二目标元素沿朝向衬底10的第一表面101的方向扩散，部分第一功能层31中的第一目标元素替换部分初始隔离夹层22a以形成隔离夹层22。

示例地，第三目标元素选自氮、磷、砷、锑、铋或其组合。第三目标元素与第一目标元素、第二目标元素均不相同。

请参考图11至图12，在一些实施例中，步骤S80，热处理功能材料层，以形成功能结构30以及隔离结构20，还包括：

步骤S85：在热处理第三材料层331，以形成第三功能层33的同时，部分初始隔离夹层22a用于形成第一功能层31；剩余的初始隔离夹层22a构成隔离夹层22，隔离夹层22位于沿第一方向相邻的第一功能层31之间；其中，第一隔离结构21、隔离夹层22以及第二隔离结构23共同构成隔离结构20。

示例地，在第一目标元素为磷、第二目标元素为砷、第三目标元素为锑时，步骤S821及步骤S85中，第三硅化物层即为锑化硅层，采用固相扩散工艺沉积锑化硅，锑原子在衬底10的裸露的第二表面102，沿着硅晶体内晶格空位跳跃前进扩散，锑原子扩散时占据晶格格点的正常位置，不改变原来材料的晶体结构，再退火处理锑化硅，使得锑化硅中的锑元素扩散至衬底10内并使第一功能层31内的磷元素、第二功能层32内砷元素朝向衬底10的第一表面101继续扩散，直至第一功能层31内的磷元素扩散至初始隔离夹层22a内，并替换衬底10厚度方向的部分初始隔离夹层22a，剩余的初始隔离夹层22a构成隔离夹层22，扩散的锑元素形成第三功能层33，剩余的第二硅化物层经过退火处理形成介质层50。由于磷元素、砷元素、锑元素的原子质量逐渐递增，当第一目标元素为磷、第二目标元素为砷、第三目标元素为锑时，能够加快扩散速度，保证所形成的功能层的性能。

请参考图12，在一些实施例中，介质层50包括覆盖第一功能层31的第一部分、以及环绕阻光结构40的第二部分。

请参考图13，步骤S80之后，方法还包括：

步骤S90：形成滤光元件60，滤光元件60位于功能结构30的顶面，且位于沿第一方向相邻的阻光结构40之间；介质层50的第一部分位于滤光元件60与第一功能层31之间。

本发明意想不到的技术效果是：本实施例中，通过形成具有多层功能层的功能结构，而并非形成传统的离子注入的功能区，以避免高能离子对结构的损伤，从而提升器件的可靠性。并且，通过高于顶层功能层的阻光结构，加强阻光效果，避免相邻功能层之间入射光的相互干扰。其中，第一隔离结构、隔离夹层以及第二隔离结构所构成的隔离结构与功能结构交替排布，能够使相邻的功能结构之间相互绝缘，以加强功能结构周围的绝缘效果，不仅能够改善串扰等不理想效应，还可以有效避免暗电流或白像素的产生，从而提升器件输出图像的质量。并且，通过热处理功能材料层以形成具有多层功能层的功能结构，而并非形成传统的离子注入的功能区，以避免高能离子对结构的损伤，从而提升器件的可靠性。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对公开专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种半导体结构的制备方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底具有沿其厚度方向相对的第一表面及第二表面，所述衬底内具有初始隔离结构；所述初始隔离结构包括第一隔离结构、初始隔离夹层以及第二隔离结构；所述第一隔离结构经由所述第一表面朝向所述第二表面延伸；所述第二隔离结构经由所述第二表面朝向所述第一表面延伸；所述初始隔离夹层沿第一方向延伸，且覆盖所述第一隔离结构靠近所述第二表面的表面；所述第一方向与所述厚度方向垂直；

于所述初始隔离结构的顶面形成阻光结构；

形成功能材料层，所述功能材料层覆盖所述阻光结构的外表面，以及所述衬底的第二表面；

热处理所述功能材料层以形成功能结构，以及基于所述初始隔离结构形成隔离结构；所述隔离结构、所述功能结构沿所述第一方向间隔交替排布；所述功能结构包括沿所述衬底厚度方向层叠的多层功能层；顶层所述功能层的顶面低于所述阻光结构的底面；热处理后的所述功能材料层用于构成介质层；所述功能结构包括用于形成光电二极管的沿所述衬底厚度方向层叠的第一功能层、第二功能层以及第三功能层；所述功能材料层包括第一材料层、第二材料层以及第三材料层；所述热处理所述功能材料层，以形成功能结构以及隔离结构，包括：

采用固相扩散工艺形成层叠的所述第一材料层以及所述第二材料层，所述第一材料层覆盖所述阻光结构的外表面，以及所述衬底的第二表面；

热处理所述第一材料层以及所述第二材料层，以形成所述第一功能层以及所述第二功能层，并去除剩余的所述第一材料层以及所述第二材料层；

采用固相扩散工艺形成所述第三材料层，所述第三材料层覆盖所述阻光结构的外表面，以及所述第二功能层的顶面；

热处理所述第三材料层，以形成所述第三功能层；热处理后的所述第三材料层用于构成所述介质层。

2.如权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述热处理所述功能材料层，以形成功能结构以及隔离结构，还包括：

在热处理所述第三材料层，以形成所述第三功能层的同时，部分所述初始隔离夹层用于形成所述第一功能层；剩余的所述初始隔离夹层构成隔离夹层，所述隔离夹层位于沿所述第一方向相邻的所述第一功能层之间；所述第一隔离结构、所述隔离夹层以及所述第二隔离结构共同构成所述隔离结构。

3.如权利要求1所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一材料层为包含第一目标元素的第一硅化物层；所述第二材料层为包含第二目标元素的第二硅化物层；热处理所述第一材料层以及所述第二材料层，以形成所述第一功能层以及所述第二功能层，包括：

同时退火处理所述第一硅化物层以及所述第二硅化物层，使得所述第一硅化物层中第一目标元素扩散至所述衬底内并形成第一功能层，所述第二硅化物层中第二目标元素扩散至所述衬底内并形成第二功能层；

去除退火处理后的所述第一硅化物层以及所述第二硅化物层。

4.如权利要求2所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第三材料层为包含第三目标元素的第三硅化物层；热处理所述第三材料层，以形成所述第三功能层，包括：

采用激光退火工艺处理所述第三硅化物层，使得所述第三硅化物层中第三目标元素扩散至所述衬底内，以形成第三功能层；并且，所述第一功能层中的第一目标元素、以及所述第二功能层中的第二目标元素沿朝向所述第一表面的方向扩散，部分所述第一功能层中的所述第一目标元素替换部分所述初始隔离夹层以形成所述隔离夹层。

5.如权利要求1-4任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述介质层包括覆盖所述第一功能层的第一部分、以及环绕所述阻光结构的第二部分；所述方法还包括：

形成滤光元件，所述滤光元件位于所述功能结构的顶面，且位于沿所述第一方向相邻的所述阻光结构之间；

所述介质层的第一部分位于所述滤光元件与所述第一功能层之间。

6.如权利要求1-4任一项所述的半导体结构的制备方法，其特征在于，所述第一功能层、所述第二功能层以及所述第三功能层的材料均不相同。

7.一种半导体结构，其特征在于，采用权利要求1-6任一项所述的半导体结构的制备方法制备而成，所述半导体结构包括：

衬底，所述衬底具有沿其厚度方向相对的第一表面及第二表面，所述衬底内具有沿第一方向间隔交替排布的隔离结构、功能结构；所述功能结构包括沿所述厚度方向层叠的多层功能层；

阻光结构，位于所述隔离结构的顶面，且所述阻光结构的底面高于顶层所述功能层的顶面；

介质层，覆盖所述阻光结构的外表面，以及顶层所述功能层的顶面；

其中，所述隔离结构包括沿所述衬底的厚度方向层叠的第一隔离结构、隔离夹层以及第二隔离结构；所述第一隔离结构经由所述第一表面朝向所述第二表面延伸；所述第二隔离结构经由所述第二表面朝向所述第一表面延伸；所述隔离夹层位于所述第一隔离结构与所述第二隔离结构之间；所述第一方向与所述厚度方向垂直。

8.如权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述功能结构包括沿所述衬底厚度方向层叠的第一功能层、第二功能层以及第三功能层；

所述隔离夹层还位于沿所述第一方向相邻的所述第一功能层之间。

9.如权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述介质层包括覆盖所述第一功能层的第一部分、以及环绕所述阻光结构的第二部分。

10.如权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，还包括：

滤光元件，位于所述功能结构的正上方，且位于沿所述第一方向相邻的所述阻光结构之间；

所述介质层的第一部分位于所述滤光元件与所述第一功能层之间。