图像传感器及其形成方法技术

本发明专利技术技术方案公开了一种图像传感器及其形成方法。所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底分为若干区域，各区域的半导体衬底内分别形成有光电器件；所述半导体衬底的各区域分别具有凸出表面，所述凸出表面的宽度与所述光电器件的尺寸相适应；浅沟槽隔离结构，形成在所述半导体衬底内、且位于所述光电器件之间；器件结构，形成在所述半导体衬底上及所述半导体衬底内；反射层，形成在具有凸出表面的半导体衬底上，且暴露出所述浅沟槽隔离结构和器件结构。本发明专利技术技术方案提高了图像传感器的量子转换效率。

Image Sensor and Its Formation Method

The technical scheme of the invention discloses an image sensor and its forming method. The image sensor includes: a semiconductor substrate, which is divided into several regions, in which photoelectric devices are formed; each region of the semiconductor substrate has a protruding surface, the width of the protruding surface is compatible with the size of the photoelectric device; and a shallow groove isolation junction. A structure is formed in the semiconductor substrate and between the photoelectric devices; a device structure is formed on the semiconductor substrate and in the semiconductor substrate; a reflection layer is formed on the semiconductor substrate with a projected surface, and the shallow groove isolation structure and the device structure are exposed. The technical scheme of the invention improves the quantum conversion efficiency of the image sensor.

【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器件的制造领域，尤其涉及图像传感器及其形成方法。
技术介绍
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CMOS图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。CMOS图像传感器包括前照式(FSI)图像传感器和背照式(BSI)图像传感器。在背照式图像传感器中，光从图像传感器的背面入射到图像传感器中的感光二极管上，从而将光能转化为电能。量子转换效率(QE，QuantumEfficiency)是影响图像传感器性能的重要指标之一，现有的背照式图像传感器的量子转换效率仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术技术方案要解决的技术问题是现有的背照式图像传感器的量子转换效率有待提高。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底分为若干区域，其中，各区域的半导体衬底内分别形成有光电器件；刻蚀所述半导体衬底，以使所述半导体衬底的各区域分别具有凸出表面，所述凸出表面与所述光电器件对应；在具有凸出表面的半导体衬底上形成介质层；在所述介质层上形成平坦化层，所述平坦化层与所述凸出表面上的介质层齐平；在所述平坦化层和介质层上形成底部抗反射涂层；依次刻蚀所述平坦化层、介质层和半导体衬底，在所述平坦化层、介质层和半导体衬底内形成浅沟槽；在所述半导体衬底内的浅沟槽侧壁和底部形成氧化层；在所述浅沟槽内填满绝缘介质；去除所述平坦化层和部分绝缘介质，形成隔离所述光电器件的浅沟槽隔离结构；去除所述介质层，在所述半导体衬底上及所述半导体衬底内形成器件结构；在所述半导体衬底上形成反射层，所述反射层暴露出所述浅沟槽隔离结构和器件结构。可选的，所述反射层的材料为金属或有机材料。可选的，所述反射层的厚度范围为100埃～1000A埃。可选的，在形成所述介质层之前，还包括：在具有凸出表面的半导体衬底上形成衬垫氧化层。可选的，所述凸出表面的高度小于或等于3000埃。可选的，所述凸出表面的侧视截面呈圆弧形、梯形或长方形。可选的，所述凸出表面的侧视截面呈梯形，其斜面与底面的夹角为30°～60°。可选的，所述平坦化层的材料为旋涂玻璃或正硅酸乙酯，或者，所述平坦化层为旋涂玻璃和正硅酸乙酯的叠层。可选的，在形成底部抗反射涂层之前，还包括：在所述平坦化层和介质层表面形成硬掩膜层。可选的，所述图像传感器的形成方法还包括：在所述反射层、浅沟槽隔离结构和器件结构上形成层间介质层，在所述层间介质层内形成导电结构。为解决上述问题，本专利技术技术方案还提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底分为若干区域，各区域的半导体衬底内分别形成有光电器件；所述半导体衬底的各区域分别具有凸出表面，所述凸出表面与所述光电器件对应；浅沟槽隔离结构，形成在所述半导体衬底内、且位于所述光电器件之间；器件结构，形成在所述半导体衬底上及所述半导体衬底内；反射层，形成在具有凸出表面的半导体衬底上，且暴露出所述浅沟槽隔离结构和器件结构。可选的，所述台阶状表面的高度小于或等于3000埃。可选的，所述凸出表面的侧视截面呈梯形，其斜面与底面的夹角为30度～60度。可选的，所述反射层的材料为金属或有机材料。可选的，所述反射层的厚度范围为100埃～1000埃。可选的，所述浅沟槽隔离结构包括：浅沟槽，形成在所述半导体衬底内、且位于所述光电器件之间；氧化层，形成在所述浅沟槽侧壁及底部；绝缘介质，填满所述浅沟槽。可选的，所述图像传感器还包括：层间介质层，形成在所述反射层、浅沟槽隔离结构和器件结构上；导电结构，形成在所述层间介质层内、与所述器件结构相接。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：通过在半导体衬底各区域形成与光电器件的尺寸相适应的帽状结构表面来增加光的传输路径，使得光能够更多的被半导体衬底内的光电器件吸收；并且，帽状结构的反射层可以提高反射光的利用率，以此提高图像传感器的量子转换效率，改善光线串扰，从而提高了图像传感器的性能。附图说明图1为不同波长光在不同厚度的半导体衬底的透光率变化示意图；图2至图14为本专利技术实施例中图像传感器的形成方法各步骤对应的侧视截面结构示意图。具体实施方式如图1所示，以RGB图像传感器为例，不同波长光在不同厚度的半导体衬底的透光率(TR，transmittance)随半导体衬底的厚度(TH，thickness)增大而逐渐减小。相比而言，红光r的透光率比绿光g的透光率高，绿光g的透光率比蓝光b的透光率高。目前，背照式图像传感器R/G/B像素生成在同一厚度(如2.5μm～3.0μm)硅衬底中，蓝光b(透光率约为0％)几乎全部被吸收，而还有部分红光r(透光率约为20％～30％)、绿光g(透光率约为10％～20％)穿透硅衬底，这样导致光的量子转换效率降低，同时也会产生光线串扰等问题。本专利技术实施例通过在图像传感器的各像素区域形成帽状结构(凸出表面)来提高光的传输路径，且帽状结构的反射层可以提高反射光的利用率，由此提高图像传感器的量子转换效率，改善光线串扰。下面结合附图对各步骤进行详细说明。请参考图2，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200分为若干区域，以RGB图像传感器为例，包括红色像素区域R、绿色像素区域G和蓝色像素区域B，所述红色像素区域R、绿色像素区域G和蓝色像素区域B的半导体衬底内分别形成有光电器件，红色像素区域R的光电器件吸收红光，绿色像素区域G的光电器件吸收绿光，蓝色像素区域B的光电器件吸收蓝光。所述半导体衬底200的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，所述半导体衬底200还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底。本实施例中，所述衬底200为硅衬底。本实施例的半导体衬底200为P型半导体衬底，半导体衬底200内的光电器件包括第一离子注入区(PDN)200a和第二离子注入区(DPD)200b，第一离子注入区200a和第二离子注入区200b是通过离子注入方式向半导体衬底内注入N型离子形成的，且第一离子注入区200a的离子注入浓度大于第二离子注入区200b的离子注入浓度。第一离子注入区200a用于产生、收集载流子，其深度范围可以为0.15微米(μm)～0.55μm；第二离子注入区200b用于产生载流子，其深度范围可以为2μm～3μm。光电器件之间还形成有隔离区(PDI)200c，隔离区200c通过离子注入方式形成，隔离区200c是N型离子耗尽区。请参考图3，刻蚀所述半导体衬底200，以使所述半导体衬底的各区域分别具有凸出表面，所述凸出表面与所述光电器件对应。刻蚀所述半导体衬底200的步骤具体可以包括：在所述半导体衬底200表面形成第一图形层，所述第一图形层暴露各区域的部分半导体衬底；以所述第一图形层为掩膜，刻蚀所述半导体衬底200，使暴露的部分半导体衬底表面低于被覆盖的半导体衬底表面；去除所述第一图形层。第一图形层的材料为光刻胶，可以采用湿法去胶或灰本文档来自技高网...

【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：提供半导体衬底，所述半导体衬底分为若干区域，其中，各区域的半导体衬底内分别形成有光电器件；刻蚀所述半导体衬底，以使所述半导体衬底的各区域分别具有凸出表面，所述凸出表面与所述光电器件对应；在具有凸出表面的半导体衬底上形成介质层；在所述介质层上形成平坦化层，所述平坦化层与所述凸出表面上的介质层齐平；在所述平坦化层和介质层上形成底部抗反射涂层；依次刻蚀所述平坦化层、介质层和半导体衬底，在所述平坦化层、介质层和半导体衬底内形成浅沟槽；在所述半导体衬底内的浅沟槽侧壁和底部形成氧化层；在所述浅沟槽内填满绝缘介质；去除所述平坦化层和部分绝缘介质，形成隔离所述光电器件的浅沟槽隔离结构；去除所述介质层，在所述半导体衬底上及所述半导体衬底内形成器件结构；在所述半导体衬底上形成反射层，所述反射层暴露出所述浅沟槽隔离结构和器件结构。

【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：提供半导体衬底，所述半导体衬底分为若干区域，其中，各区域的半导体衬底内分别形成有光电器件；刻蚀所述半导体衬底，以使所述半导体衬底的各区域分别具有凸出表面，所述凸出表面与所述光电器件对应；在具有凸出表面的半导体衬底上形成介质层；在所述介质层上形成平坦化层，所述平坦化层与所述凸出表面上的介质层齐平；在所述平坦化层和介质层上形成底部抗反射涂层；依次刻蚀所述平坦化层、介质层和半导体衬底，在所述平坦化层、介质层和半导体衬底内形成浅沟槽；在所述半导体衬底内的浅沟槽侧壁和底部形成氧化层；在所述浅沟槽内填满绝缘介质；去除所述平坦化层和部分绝缘介质，形成隔离所述光电器件的浅沟槽隔离结构；去除所述介质层，在所述半导体衬底上及所述半导体衬底内形成器件结构；在所述半导体衬底上形成反射层，所述反射层暴露出所述浅沟槽隔离结构和器件结构。2.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述反射层的材料为金属或有机材料。3.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述反射层的厚度范围为100埃～1000埃。4.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述介质层之前，还包括：在具有凸出表面的半导体衬底上形成衬垫氧化层。5.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述凸出表面的高度小于或等于3000埃。6.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述凸出表面的侧视截面呈圆弧形、梯形或长方形。7.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述凸出表面的侧视截面呈梯形，其斜面与底面的夹角为30°～60°。8.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述平坦化层的材料为旋涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：何延强，林宗德，黄仁德，
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