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，所述方法包括：提供半导体衬底；对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成隔离沟槽；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述隔离沟槽的内壁；形成金属阻挡层，所述金属阻挡层覆盖所述介质薄膜；形成拉应力层，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的至少一部分。本发明专利技术方案可以降低深槽隔离中的填充材料对半导体衬底产生的压应力。

【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
图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以CMOS图像传感器(CMOSImageSensors，CIS)器件为例，在制造工艺中，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)。具体地，深槽隔离可以潜在地抑制高光溢出(blooming)，并且对于后照式(Back-sideIllumination，简称BSI)CIS，采用金属材料填充隔离沟槽，形成深槽隔离，可以抑制光学串扰。其中，所述后照式CIS也可以称为背照式CIS。在现有技术中，深槽隔离通常采用氮化钛(TiN)膜作为填充材料，或者采用氮化钛和钨(W)的叠层结构作为填充材料。然而，氮化钛和钨均会对半导体衬底产生较高的机械应力，例如为压应力(CompressiveStress)，可能导致隔离沟槽内的介质层薄膜与半导体衬底之间的界面陷阱密度的增加，影响半导体器件的性能。亟需一种图像传感器及其形成方法，可以降低深槽隔离中的填充材料对半导体衬底产生的压应力。
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，可以降低深槽隔离中的填充材料对半导体衬底产生的压应力。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；对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成隔离沟槽；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述隔离沟槽的内壁；形成金属阻挡层，所述金属阻挡层覆盖所述介质薄膜；形成拉应力层，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的至少一部分。可选的，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的全部。可选的，所述图像传感器的形成方法还包括：刻蚀去除所述隔离沟槽内的拉应力层和金属阻挡层的一部分；形成第一介质层，所述第一介质层填充所述隔离沟槽并覆盖所述拉应力层和金属阻挡层。可选的，所述拉应力层的材料为导电材料，所述方法还包括：形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述半导体衬底和第一介质层表面；对所述第二介质层和第一介质层进行刻蚀，以形成接触孔，所述接触孔的底部暴露出所述拉应力层；在所述接触孔中填充插塞。可选的，所述形成拉应力层包括：在所述金属阻挡层包围的沟槽空间内填充金属层；刻蚀去除所述金属层和金属阻挡层的一部分，刻蚀后的金属层表面具有凹陷；形成拉应力层，所述拉应力层填充所述凹陷并覆盖所述凹陷以外的金属层表面。可选的，所述的图像传感器的形成方法还包括：刻蚀去除所述隔离沟槽内的拉应力层的一部分；形成第三介质层，所述第三介质层填充所述隔离沟槽并覆盖所述拉应力层。可选的，所述拉应力层的材料为导电材料，所述方法还包括：形成第四介质层，所述第四介质层覆盖所述半导体衬底和第三介质层表面；对所述第四介质层和第三介质层进行刻蚀，以形成接触孔，所述接触孔的底部暴露出所述拉应力层；在所述接触孔中填充插塞。可选的，所述拉应力层的材料为硼掺杂的锗化硅。可选的，所述金属阻挡层的材料为氮化钛或氮化钽。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；隔离沟槽，位于所述半导体衬底内；介质薄膜，覆盖所述隔离沟槽的内壁；金属阻挡层，覆盖所述介质薄膜；拉应力层，填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的至少一部分。可选的，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的全部。可选的，所述的图像传感器还包括：第一介质层，填充所述隔离沟槽并覆盖所述拉应力层和金属阻挡层。可选的，所述拉应力层的材料为导电材料，所述的图像传感器还包括：第二介质层，覆盖所述半导体衬底和第一介质层表面；接触孔，位于所述第二介质层和第一介质层内，且所述接触孔的底部暴露出所述拉应力层；插塞，填充于所述接触孔中。可选的，所述的图像传感器还包括：金属层，填充于所述金属阻挡层包围的沟槽空间内，且所述金属层表面具有凹陷；其中，所述拉应力层填充所述凹陷并覆盖所述凹陷以外的金属层表面。可选的，所述的图像传感器还包括：第三介质层，填充所述隔离沟槽并覆盖所述拉应力层。可选的，所述拉应力层的材料为导电材料，所述的图像传感器还包括：第四介质层，覆盖所述半导体衬底和第三介质层表面；接触孔，位于所述第四介质层和第三介质层内，且所述接触孔的底部暴露出所述拉应力层；插塞，填充于所述接触孔中。可选的，所述拉应力层的材料为硼掺杂的锗化硅。可选的，所述金属阻挡层的材料为氮化钛或氮化钽。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；对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成隔离沟槽；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述隔离沟槽的内壁；形成金属阻挡层，所述金属阻挡层覆盖所述介质薄膜；形成拉应力层，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的至少一部分。采用上述方案，在隔离沟槽中依次形成金属阻挡层以及拉应力层，且拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的至少一部分，由于拉应力层对半导体衬底产生的机械应力与金属阻挡层对半导体衬底产生的机械应力的应力类型相反，可以降低金属阻挡层对半导体衬底的应力的影响，从而降低隔离沟槽内的介质薄膜与半导体衬底之间的界面陷阱密度，提高半导体器件的性能。进一步，可以设置所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的全部，从而改善整个金属阻挡层导致的介质薄膜与半导体衬底之间的界面陷阱密度，提高半导体器件的性能。进一步，可以在金属阻挡层包围的沟槽空间内填充金属层，并利用金属层表面具有的凹陷，设置所述拉应力层填充所述凹陷并覆盖所述凹陷以外的金属层表面，从而改善金属层以及金属阻挡层导致的介质薄膜与半导体衬底之间的界面陷阱密度，提高半导体器件的性能。进一步，通过形成底部暴露出所述拉应力层的接触孔，并且在接触孔中填充插塞，可以通过在插塞上施加适当类型的电压，例如当载流子为电子时施加负电压，使隔离沟槽与光电二极管之间的载流子远离隔离沟槽，有助于提高载流子运动速度，提高器件的速度性能。附图说明图1是现有技术中一种图像传感器的剖面结构示意图；图2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3至图11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器件的剖面结构示意图；图12至图16是本专利技术实施例中另一种图像传感器的形成方法中各步骤对应器件的剖面结构示意图。具体实施方式在现有技术中，采用深槽隔离潜在地抑制高光溢出，并且抑制光学串扰。所述深槽隔离通常采用氮化钛膜作为填充材料，或者采用氮化钛和钨的叠层结构作为填充材料。参照图1，图1是现有技术中一种图像传感器的剖面结构示意图。所述图像传感器可以包括半导体衬底100、保护层102、隔离沟槽110、介质薄膜120以及合金材料层130。具体地，在半导体衬底100的表面形成保护层102，然后在所述保护层102的表面形成图案化的掩膜层，以所述图案化的掩膜层为掩膜，对所述保护层102以及半导体衬底100进行刻蚀，以形成所述隔离沟槽110。进一步地，在所述隔离沟槽110内形成介质薄膜120，并在所述介质薄膜120包围的沟槽空间内形成合金材料层130。其中，所述合金材料层130的材料通常包括氮化钛，或者用氮化钛和钨的叠层结构。本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
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；对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成隔离沟槽；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述隔离沟槽的内壁；形成金属阻挡层，所述金属阻挡层覆盖所述介质薄膜；形成拉应力层，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的至少一部分。

【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；对所述半导体衬底进行刻蚀，以形成隔离沟槽；形成介质薄膜，所述介质薄膜覆盖所述隔离沟槽的内壁；形成金属阻挡层，所述金属阻挡层覆盖所述介质薄膜；形成拉应力层，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的至少一部分。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，所述拉应力层填充所述金属阻挡层包围的沟槽空间的全部。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，还包括：刻蚀去除所述隔离沟槽内的拉应力层和金属阻挡层的一部分；形成第一介质层，所述第一介质层填充所述隔离沟槽并覆盖所述拉应力层和金属阻挡层。4.根据权利要求3所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述拉应力层的材料为导电材料，所述方法还包括：形成第二介质层，所述第二介质层覆盖所述半导体衬底和第一介质层表面；对所述第二介质层和第一介质层进行刻蚀，以形成接触孔，所述接触孔的底部暴露出所述拉应力层；在所述接触孔中填充插塞。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，所述形成拉应力层包括：在所述金属阻挡层包围的沟槽空间内填充金属层；刻蚀去除所述金属层和金属阻挡层的一部分，刻蚀后的金属层表面具有凹陷；形成拉应力层，所述拉应力层填充所述凹陷并覆盖所述凹陷以外的金属层表面。6.根据权利要求5所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：刻蚀去除所述隔离沟槽内的拉应力层的一部分；形成第三介质层，所述第三介质层填充所述隔离沟槽并覆盖所述拉应力层。7.根据权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述拉应力层的材料为导电材料，所述方法还包括：形成第四介质层，所述第四介质层覆盖所述半导体衬底和第三介质层表面；对所述第四介质层和第三介质层进行刻蚀，以形成接触孔，所述接触孔的底部暴露出所述拉应力层；在所述接触孔中填充插塞。8.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：鯨井裕，
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