图像传感器及其形成方法技术

一种图像传感器及其形成方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有光电二极管有源层；在所述半导体衬底的表面形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层以及所述半导体衬底，以形成深沟槽，所述深沟槽至少贯穿所述光电二极管有源层的一部分；形成深槽隔离层，所述深槽隔离层覆盖所述深沟槽的内壁；向所述深沟槽内填充金属，以形成金属格栅。本发明专利技术方案可以有效地减少工艺步骤，降低工艺复杂度和成本。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。
技术介绍
在CMOS图像传感器(CMOSImageSensors，CIS)器件的制造工艺中，为降低不同图像传感器件接收到的入射光的光学串扰，需要在半导体衬底的表面形成金属格栅(MetalGrid)以隔离入射光；为防止不同区域的光生载流子扩散到相邻区域，需要在半导体衬底的内部形成深槽隔离(DeepTrenchIsolation，DTI)结构。现有技术中，深槽隔离结构和金属格栅是分别进行图案化形成的。具体地，在器件晶圆(DeviceWafer)的晶面半导体衬底形成有源器件之后，在所述器件晶圆的晶背半导体衬底中形成深槽隔离结构。更具体地，图案化所述晶背半导体衬底以形成凹槽，然后在所述凹槽中填充绝缘材料(例如可以包括氧化硅或氮化硅)，然后平坦化所述晶背半导体衬底和所述绝缘材料。进一步地，在晶背半导体衬底的表面依次形成衬底保护层、阻挡层、金属层等，图案化并刻蚀所述衬底保护层、阻挡层、金属层以形成所述金属格栅。现有的形成深槽隔离结构和金属格栅的工艺复杂度和成本较高，工艺步骤较多。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，可以有效地减少工艺步骤，降低工艺复杂度和成本。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种图像传感器的形成方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有光电二极管有源层；在所述半导体衬底的表面形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层以及所述半导体衬底，以形成深沟槽，所述深沟槽至少贯穿所述光电二极管有源层的一部分；形成深槽隔离层，所述深槽隔离层覆盖所述深沟槽的内壁；向所述深沟槽内填充金属，以形成金属格栅。可选的，所述图像传感器的形成方法还包括：去除所述牺牲层；形成格栅保护层，所述格栅保护层覆盖所述金属格栅、所述深槽隔离层以及所述半导体衬底；在相邻的金属格栅之间设置滤镜。可选的，所述去除所述牺牲层包括：平坦化所述牺牲层、所述深槽隔离层以及所述金属格栅；去除平坦化后的所述牺牲层。可选的，所述形成深槽隔离层包括：采用原子层沉积工艺形成所述深槽隔离层。可选的，在所述半导体衬底的表面形成牺牲层之前，所述图像传感器的形成方法还包括：形成衬底保护层；其中，所述牺牲层堆叠于所述衬底保护层。可选的，所述牺牲层的材料包括多晶硅。可选的，向所述深沟槽内填充金属之前，所述图像传感器的形成方法还包括：形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述深槽隔离层的表面。可选的，所述阻挡层的材料包括氮化钛，其中，所述氮化钛是采用TiCl4形成的。可选的，向所述深沟槽内填充金属包括：采用化学气相沉积工艺，向所述深沟槽内填充钨。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内具有光电二极管有源层；牺牲层，位于所述半导体衬底的表面；深沟槽，位于所述牺牲层和所述半导体衬底内，所述深沟槽至少贯穿所述光电二极管有源层的一部分；深槽隔离层，所述深槽隔离层覆盖所述深沟槽的内壁；金属格栅，所述金属格栅填充于所述深沟槽内。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：在本专利技术实施例中，提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有光电二极管有源层；在所述半导体衬底的表面形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层以及所述半导体衬底，以形成深沟槽，所述深沟槽至少贯穿所述光电二极管有源层的一部分；形成深槽隔离层，所述深槽隔离层覆盖所述深沟槽的内壁；向所述深沟槽内填充金属，以形成金属格栅。采用上述方案，通过在半导体衬底的表面形成牺牲层，进而在所述牺牲层和半导体衬底内形成深沟槽，从而通过形成覆盖所述深沟槽的内壁的深槽隔离层，以及向所述深沟槽内填充金属，可以在形成深槽隔离层后无需再次图案化即可形成金属格栅，相比于现有技术中通过两次图案化工艺分别形成深槽隔离结构和金属格栅，采用本专利技术实施例的方案可以有效地减少工艺步骤，降低工艺复杂度和成本。进一步地，由于金属格栅的金属是向所述深沟槽内填充形成的，相比于现有技术中通过刻蚀形成，可以有效避免刻蚀过程中的金属倒塌或剥落的问题。更进一步地，现有技术中的深槽隔离结构内填充的是绝缘层，当深槽隔离结构受到损伤时可能会发生载流子扩散到相邻区域，而在本专利技术实施例中，由于深槽隔离层内填充有金属，当深槽隔离层受到损伤时，载流子会随金属的布线导出，降低扩散危害性。进一步，在本专利技术实施例中，可以采用原子层沉积工艺形成所述深槽隔离层。由于原子层沉积工艺通常用于进行原子尺度可控的薄膜生长，对深槽隔离层的均匀度控制更好，并且，由于原子层沉积工艺是以单原子膜形式一层一层沉积形成薄膜，相比于其他沉积工艺，具有更强的填隙能力，可以满足深沟槽内的深宽比的需求。进一步，在本专利技术实施例中，采用化学气相沉积工艺，向所述深沟槽内填充钨，相比于物理气相沉积工艺，具有更强的填隙能力，可以满足深沟槽内的深宽比的需求。附图说明图1至图5是现有技术中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图；图6是本专利技术实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图；图7至图14是本专利技术实施例中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。具体实施方式在现有的CIS器件的制造工艺中，需要在半导体衬底的表面形成金属格栅以及深槽隔离结构。具体地，通过镜头(Microlens)捕捉到入射光之后，可以采用滤镜(Colourfilter)进行过滤以去除非相关光，形成单色光且使入射光子到达光电二极管区被其吸收。在单色光到达光电二极管之前，由于入射角度的差异，可能会发生串扰现象。为解决上述入射光的光学串扰问题，需要在不同像素(pixel)区域，增加金属格栅，从而利用金属的较强反射效果，能够使得偏移点的单色光，经过金属的反射作用，固定在特定的区域，而不会串扰到相邻的像素区域，从而使量子效率得到显著提升，且提高图像传感器的灵敏度以及图像的质量。在半导体衬底内的光电二极管区域，为了防止不同区域的光生载流子扩散到相邻区域，造成图像失真的问题，可以在半导体衬底内形成深槽隔离，有助于避免在不同像素区域之间发生光生载流子扩散的问题。更具体地，对于背照式CMOS图像传感器(BacksideIllumination-CMOSImageSensors，BSI-CIS)器件，可以在晶圆背面的半导体衬底的表面形成金属格栅，在晶圆背面的半导体衬底的内部形成深槽隔离结构；对于前照式CMOS图像传感器(Front-sideIllumination-CMOSImageSensors，FSI-CIS)器件，可以在晶圆正面选择区域的半导体衬底的表面形成金属格栅，在晶圆背面的半导体衬底的内部形成深槽隔离结构。具体地，深槽隔离结构和金属格栅是分别进行图案化形成的。图1至图5是现有技术中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图。具体地，在图1至图2示出的步骤中形成深槽隔离结构，进而在图3至图5示出的步骤中形成金属格栅。参照图1，提供半导体衬底100，所述半导体衬底内具有光电二极管有源层101，图案化所述半导体衬底100且通过刻蚀形成凹槽112。具体的，所述半导体衬底100可以为硅衬底，或者所述半导体衬底100的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述半导体衬底100还可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有光电二极管有源层；在所述半导体衬底的表面形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层以及所述半导体衬底，以形成深沟槽，所述深沟槽至少贯穿所述光电二极管有源层的一部分；形成深槽隔离层，所述深槽隔离层覆盖所述深沟槽的内壁；向所述深沟槽内填充金属，以形成金属格栅。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有光电二极管有源层；在所述半导体衬底的表面形成牺牲层；刻蚀所述牺牲层以及所述半导体衬底，以形成深沟槽，所述深沟槽至少贯穿所述光电二极管有源层的一部分；形成深槽隔离层，所述深槽隔离层覆盖所述深沟槽的内壁；向所述深沟槽内填充金属，以形成金属格栅。2.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：去除所述牺牲层；形成格栅保护层，所述格栅保护层覆盖所述金属格栅、所述深槽隔离层以及所述半导体衬底；在相邻的金属格栅之间设置滤镜。3.根据权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述去除所述牺牲层包括：平坦化所述牺牲层、所述深槽隔离层以及所述金属格栅；去除平坦化后的所述牺牲层。4.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述形成深槽隔离层包括：采用原子层沉积工艺形成所述深槽隔离层。5.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明，吴孝哲，林宗贤，吴龙江，薛超，朱晓彤，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32