CN117976686A - 一种背照式图像传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背照式图像传感器及其制作方法，本发明通过对光电感应单元、金属栅格结构和深沟槽隔离结构形成制程进行优化，一方面能够有效降低对前段制程的影响，另一方面能够有效抑制串扰现象，大幅减少暗电流的产生，并且还能够改变光线入射后折射的角度，提高光线反射到PD区的数量，从而提高感光效率，进而大幅提高图像传感器的成像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种背照式图像传感器，还涉及上述背照式图像传感器的制作方法。
背景技术
图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，被广泛应用于摄影摄像、安防系统、智能便携电话、传真机、扫描器以及医疗电子等领域。其中，背照式图像传感器（BSI）具有更高的灵敏度、更好的布线布局以及允许高速记录等优点，常应用在对图像传感器的像素性能要求高的领域。在传统BSI制程里面，在前段制程要用高能量的离子植入来形成Photo diode（光电感应区），这一方式会造成损伤（衬底表面的损伤）并且造成cross talk（串扰）不理想效应。
发明内容
发明目的：本发明目的之一旨在提供一种背照式图像传感器，本发明另一目的旨在提供上述背照式图像传感器的制作方法，该方法制得的图像传感器能够有效抑制串扰现象，减少暗电流，同时不会对前段制程产生影响，从而提高图像传感器的成像质量。
技术方案：本发明所述的背照式图像传感器，包括衬底、浅沟槽隔离结构、隔离层、深沟槽隔离结构、金属栅格结构和多个光电感应单元；其中，所述浅沟槽隔离结构由衬底正面延伸至衬底内；所述隔离层设置在衬底内且与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触；在隔离层上依次沉积有SiP层、SiAs层和SiSb层，所述深沟槽隔离结构设置在SiP/SiAs/SiSb沉积区内，所述金属栅格结构设置在深沟槽隔离结构上方且由SiP/SiAs/SiSb沉积区内延伸至SiP/SiAs/SiSb沉积区外；所述深沟槽隔离结构和金属栅格结构内分别填充有不同质量比的冷、热铝；深沟槽隔离结构远离金属栅格结构的一端与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触；所述深沟槽隔离结构和金属栅格结构将SiP/SiAs/SiSb沉积区分隔成多个光电感应单元。
其中，所述金属栅格结构中填充的热铝和冷铝质量比为 10：1~1.5，优选为10：1 ；所述深沟槽隔离结构中填充的热铝和冷铝质量比为3：2。基于本发明质量比的热铝和冷铝形成的金属栅格结构，能够有效改变光线入射后折射的角度，提高光线反射到PD区的数量，从而提高感光效率，进而提高成像质量；同时该金属栅格结构还能够协同沉积区抑制串扰现象，减少暗电流。
其中，还包括滤光结构，所述滤光结构设置在光电感应单元上，所述滤光结构的顶部呈向外凸起的圆弧状。
上述背照式图像传感器的制作方法，包括如下步骤：
（1）在衬底内形成浅沟槽隔离结构，浅沟槽隔离结构由衬底正面延伸至衬底内；
（2）在衬底内形成隔离层，所述隔离层与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触；
（3）将隔离层远离浅沟槽隔离结构一侧的衬底去除，在隔离层上依次沉积SiP层、SiAs层、SiSb层和SiO2层；
（4）在SiP/SiAs/SiSb沉积区上先刻蚀出金属栅格区域，再刻蚀出深沟槽隔离区域，刻蚀出的深沟槽隔离区域远离金属栅格区域的一端与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触，往刻蚀形成的沟槽中先填充热铝，再填充冷铝，最后再填充热铝；
（5）刻蚀SiSb层上的铝层，形成深沟槽隔离结构和金属栅格结构；形成的深沟槽隔离结构和金属栅格结构将SiP/SiAs/SiSb沉积区分隔成多个光电感应单元。
其中，步骤（2）中，采用离子注入方式将硼离子注入到浅沟槽隔离结构的下方，形成硼隔离层，硼隔离层（B层）的厚度为3~5nm。
其中，步骤（3）中，采用化学气相沉积法依次将SiP、SiAs、SiSb和SiO2沉积在隔离层上，形成的SiP层厚度为150nm；SiAs层厚度为100nm；SiSb层厚度为85nm。
其中，步骤（4）中，采用光刻与乾式刻蚀在沉积区上刻蚀出金属栅格区域，金属栅格区域在SiP/SiAs/SiSb沉积区内的刻蚀深度大于SiSb层的厚度，小于SiAs层和SiSb层的厚度之和；金属栅格区域在SiP/SiAs/SiSb沉积区内的刻蚀深度为130~150nm。
其中，步骤（4）中，往刻蚀的深沟槽隔离区域中先填充380~400℃的热铝，再填充250~260℃的冷铝，最后填充380~400℃的热铝，形成深沟槽隔离结构，深沟槽隔离结构中，热铝和冷铝的质量比为3：2；再往深沟槽隔离结构上方的沟槽中先填充380~400℃的热铝，再填充250~260℃的冷铝，最后填充380~400℃的热铝。
有益效果：相比于现有技术，本发明具有如下意想不到的效果：本发明通过对光电感应单元、金属栅格结构和深沟槽隔离结构形成制程进行优化，一方面能够有效降低对前段制程的影响，另一方面能够有效抑制串扰现象，大幅减少暗电流的产生，并且还能够改变光线入射后折射的角度，提高光线反射到PD区的数量，从而提高感光效率，进而大幅提高图像传感器的成像质量。
附图说明
图1为衬底以及在衬底上形成浅沟槽隔离结构和隔离层的结构示意图；
图2为将隔离层远离浅沟槽隔离结构一侧的衬底去除和平坦化的结构示意图；
图3为在隔离层上依次沉积SiP层、SiAs层、SiSb层和SiO2层的结构示意图；
图4为在SiP/SiAs/SiSb沉积区上刻蚀出金属栅格区域的结构示意图；
图5为在刻蚀出金属栅格区域后刻蚀深沟槽隔离区域的结构示意图；
图6为在SiP/SiAs/SiSb沉积区上刻蚀出深沟槽隔离区域的结构示意图；
图7为往刻蚀的深沟槽隔离区域中填充热铝和冷铝后的结构示意图；
图8为往深沟槽隔离结构上方的沟槽中填充热铝和冷铝后的结构示意图；
图9为将SiSb层上的热铝层刻蚀后的结构示意图；
图10为本发明图像传感器的结构示意图；
其中，1、衬底；2、隔离层；3、浅沟槽隔离结构；4、SiP层；5、SiAs层；6、SiSb层；7、SiO2层；10、SiP/SiAs/SiSb沉积区；11、深沟槽隔离结构；12、金属栅格结构；91、蓝色滤光片；92、绿色滤光片；93、红色滤光片；101、光电感应单元；111、深沟槽隔离区域；121、金属栅格区域。
具体实施方式
如图10所示，本发明背照式图像传感器，包括衬底1、浅沟槽隔离结构3、隔离层2、深沟槽隔离结构11、金属栅格结构12和多个光电感应单元101；其中，浅沟槽隔离结构3由衬底1正面延伸至衬底1内；隔离层2设置在衬底1内且与浅沟槽隔离结构3在衬底1内的一端接触；在隔离层2上依次沉积有SiP层4、SiAs层5和SiSb层6，深沟槽隔离结构11设置在SiP/SiAs/SiSb沉积区10内，金属栅格结构12设置在深沟槽隔离结构11上方且由SiP/SiAs/SiSb沉积区10内延伸至SiP/SiAs/SiSb沉积区10外；深沟槽隔离结构11远离金属栅格结构12的一端与浅沟槽隔离结构3在衬底1内的一端接触，深沟槽隔离结构11和金属栅格结构12将SiP/SiAs/SiSb沉积区10分隔成多个光电感应单元101；本发明背照式图像传感器还包括滤光结构，滤光结构设置在光电感应单元101上，滤光结构的顶部呈向外凸起的圆弧状。
图1~10为本发明制作图像传感器的过程，具体为：
如图1所示，在本实施例中，衬底1为硅衬底，衬底1的初始厚度为3μm，将衬底1中设置有浅沟槽隔离结构3的一侧定义为正面，相对于正面的一侧为背面。在衬底1中设置有浅沟槽隔离结构3，浅沟槽隔离结构3由衬底1正面延伸至衬底1内，先形成浅沟槽，形成浅沟槽后再在浅沟槽内沉积隔离介质，浅沟槽隔离结构3的深度为55~60nm。采用离子注入方式将硼离子注入到浅沟槽隔离结构3的下方，形成隔离层2，隔离层2与浅沟槽隔离结构3在衬底1内的一端接触，注入能量为30Kev；注入剂量为1E15~5E15atom/cm3，形成隔离层（B层）的厚度为3~5nm。
如图2所示，采用CMP （化学机械磨光）将隔离层2远离浅沟槽隔离结构3一侧的衬底1去除和平坦化。
如图3所示，采用化学气相沉积法依次将SiP、SiAs、SiSb和SiO2沉积在隔离层2上，本实施例中，形成的SiP层4厚度为150nm；SiAs层5厚度为100nm；SiSb层6厚度为85nm，SiO2层7用作后续刻蚀的保护层。
如图4所示，采用光刻与乾式刻蚀在SiP/SiAs/SiSb沉积区10上刻蚀出金属栅格区域121，金属栅格区域121在SiP/SiAs/SiSb沉积区10内的刻蚀深度大于SiSb层6的厚度，小于SiAs层5和SiSb层6的厚度之和；本实施例中，金属栅格区域121在SiP/SiAs/SiSb沉积区10内的刻蚀深度为130~150nm。
如图5所示，将刻蚀的区域中先填充500nm厚的BARC，接着用厚度3500Å的PR曝光出所需要的图形，再填充800nm厚的BARC，接着用厚度3500Å 的PR曝光出所需要的图形，如图6所示，在SiP/SiAs/SiSb沉积区10内刻蚀出深沟槽隔离区域111，深沟槽隔离区域111远离金属栅格区域121的一端与浅沟槽隔离结构3在衬底1内的一端接触。
如图7~8所示，往刻蚀的深沟槽隔离区域111中先填充380℃的热铝，再填充250℃的冷铝，最后填充380℃的热铝，形成深沟槽隔离结构11；深沟槽隔离结构11中，热铝和冷铝的质量比为3：2；再往深沟槽隔离结构11上方的沟槽中先填充380℃的热铝，再填充250℃的冷铝，最后填充380℃的热铝；最后如图9所示，再用30sccm的CH4刻蚀SiSb层上铝层形成CMG结构（金属栅格结构），刻蚀停止于SiSb层6，金属栅格结构12中，热铝和冷铝的质量比为10：1；金属栅格结构12总的高度为500nm。
如图10所示，在相邻金属栅格结构12之间的SiSb层6上形成滤光结构，滤光结构位于光电感应单元101上。滤光结构可至少包含三原色的彩色滤光片，如包含蓝色滤光片91、绿色滤光片92和红色滤光片93，且其可以任意合适的组合作排列。例如，蓝色滤光片 91、绿色滤光片92和红色滤光片93可以交错排列。当光线通过彩色滤光片后，可改变颜色，维持某波段（颜色）的高穿透率，进而增强光电转换的效果。在本实施例中，滤光结构的顶部呈向外凸起的圆弧状，能够将入射光聚焦在光电感应区，可依据聚光需求，改变滤光结构表面的曲率，提高感光效率。
本发明在形成光电感应区过程中，不会对前段制程产生影响，形成的光电感应区能够有效抑制串扰现象，减少暗电流的产生；在形成金属栅格结构过程中，一方面特定比例的热铝和冷铝的使用能够有效改变光线入射后折射的角度，提高光线反射到PD区的数量，从而提高感光效率，一方面通过增加金属栅格结构的层数能够在光电感应区周围形成完整的多层隔离，从而防止相邻光电感应区之间发生串扰，减少暗电流，进而提高图像传感器的成像质量。
Claims (8)
1.一种背照式图像传感器，其特征在于：包括衬底、浅沟槽隔离结构、隔离层、深沟槽隔离结构、金属栅格结构和多个光电感应单元；其中，所述浅沟槽隔离结构由衬底正面延伸至衬底内；所述隔离层设置在衬底内且与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触；在隔离层上依次沉积有SiP层、SiAs层和SiSb层，所述深沟槽隔离结构设置在SiP/SiAs/SiSb沉积区内，所述金属栅格结构设置在深沟槽隔离结构上方且由SiP/SiAs/SiSb沉积区内延伸至SiP/SiAs/SiSb沉积区外；所述深沟槽隔离结构和金属栅格结构内分别填充有不同质量比的冷、热铝；深沟槽隔离结构远离金属栅格结构的一端与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触；所述深沟槽隔离结构和金属栅格结构将SiP/SiAs/SiSb沉积区分隔成多个光电感应单元；其中，所述金属栅格结构中填充的热铝和冷铝质量比为 10：1~1.5；所述深沟槽隔离结构中填充的热铝和冷铝质量比为3：2。
2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于：还包括滤光结构，所述滤光结构设置在光电感应单元上，所述滤光结构的顶部呈向外凸起的圆弧状。
3.权利要求1所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）在衬底内形成浅沟槽隔离结构，浅沟槽隔离结构由衬底正面延伸至衬底内；
（2）在衬底内形成隔离层，所述隔离层与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触；
（3）将隔离层远离浅沟槽隔离结构一侧的衬底去除，在隔离层上依次沉积SiP层、SiAs层、SiSb层和SiO2层；
（4）在SiP/SiAs/SiSb沉积区上先刻蚀出金属栅格区域，再刻蚀出深沟槽隔离区域，刻蚀出的深沟槽隔离区域远离金属栅格区域的一端与浅沟槽隔离结构在衬底内的一端接触，往刻蚀形成的沟槽中先填充热铝，再填充冷铝，最后再填充热铝；
（5）刻蚀SiSb层上的铝层，形成深沟槽隔离结构和金属栅格结构；形成的深沟槽隔离结构和金属栅格结构将SiP/SiAs/SiSb沉积区分隔成多个光电感应单元。
4.根据权利要求3所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于：步骤（2）中，采用离子注入方式将硼离子注入到浅沟槽隔离结构的下方，形成硼隔离层，所述硼隔离层的厚度为3~5nm。
5.根据权利要求3所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于：步骤（3）中，采用化学气相沉积法依次将SiP、SiAs、SiSb和SiO2沉积在隔离层上，形成的SiP层厚度为150nm；SiAs层厚度为100nm；SiSb层厚度为85nm。
6.根据权利要求3所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于：步骤（4）中，采用光刻与乾式刻蚀在沉积区上刻蚀出金属栅格区域，金属栅格区域在SiP/SiAs/SiSb沉积区内的刻蚀深度大于SiSb层的厚度，小于SiAs层和SiSb层的厚度之和。
7.根据权利要求6所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于：金属栅格区域在SiP/SiAs/SiSb沉积区内的刻蚀深度为130~150nm。
8.根据权利要求3所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于：步骤（4）中，往刻蚀的深沟槽隔离区域中先填充380~400℃的热铝，再填充250~260℃的冷铝，最后填充380~400℃的热铝，形成深沟槽隔离结构，深沟槽隔离结构中，热铝和冷铝的质量比为3：2；再往深沟槽隔离结构上方的沟槽中先填充380~400℃的热铝，再填充250~260℃的冷铝，最后填充380~400℃的热铝。
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Non-Patent Citations (1)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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