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。所述图像传感器的形成方法包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成图案化的光刻胶层；以所述图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一绝缘层，形成金属栅格图形；在所述金属栅格图形侧壁及底部形成第二绝缘层；在所述金属栅格图形内填充满金属层，形成金属栅格；去除金属栅格外侧的第二绝缘层和部分厚度的第一绝缘层。本发明专利技术技术方案有效控制了所述金属栅格关键尺寸达到相应要求，进一步保证了图像传感器的性能及器件的良率。

Image Sensor and Its Formation Method

The technical scheme of the invention discloses an image sensor and its forming method. The forming method of the image sensor includes: providing a semiconductor substrate; forming a first insulating layer on the semiconductor substrate; forming a patterned photoresist layer on the first insulating layer; etching the first insulating layer as a mask to form a metal grid pattern; and forming a metal grid pattern on the first insulating layer. A second insulating layer is formed on the side wall and the bottom of the grid pattern; a metal grid is formed by filling the metal layer in the metal grid pattern; and a second insulating layer on the outer side of the metal grid and a first insulating layer with partial thickness are removed. The technical scheme of the invention effectively controls the key dimensions of the metal grid to meet the corresponding requirements, and further ensures the performance of the image sensor and the yield of the device.

【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
图像传感器从物体接收光信号且将光信号转化为电信号，电信号可以被传输用于进一步的处理，诸如数字化，然后在诸如存储器、光盘或磁盘的存储器件中存储，或用于在显示器上显示、打印等。图像传感器通常用于诸如数字相机、摄像机、扫描仪、传真机等装置。图像传感器通常为两种类型，电荷藕合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器(CMOSImageSensors，CIS)。相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有集成度高、功耗小、生成成本低等优点。目前，在CMOS图像传感器的制造工艺中，入射光被微透镜捕捉到之后，经过滤镜过滤，除去不相关光，形成单色光，入射光到达半导体衬底被其吸收，产生光生载流子。现有在入射光到达半导体衬底之前，会发生串扰，影响成像效果。为降低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；而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。然而，为了更好的防止入射光的光学串扰，希望金属栅格的尺寸越小越好。但是由于光刻胶性能的限制，目前的工艺方法不能做到很小的尺寸。
技术实现思路
本专利技术技术方案要解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，避免光刻胶的限制，将金属栅格尺寸进一步减小，增大衬底有效光吸收面积。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；在所述半导体衬底上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成图案化的光刻胶层；以所述图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一绝缘层，形成金属栅格图形；在所述金属栅格图形侧壁及底部形成第二绝缘层；在所述金属栅格图形内填充满金属层，形成金属栅格；去除金属栅格外侧的第二绝缘层和部分厚度的第一绝缘层。可选的，所述第一绝缘层和第二绝缘层的材料为氧化硅或氮化硅。可选的，形成所述第二绝缘层的方法为原子层沉积工艺。可选的，形成所述第一绝缘层的方法为化学气相沉积工艺。可选的，在填充金属层之前还包括：在第二绝缘层上形成防扩散层。可选的，所述防扩散层的材料为氮化钛。可选的，形成所述防扩散层的工艺为化学气相沉积工艺。可选的，所述金属层的材料为钨或铝。可选的，填充所述金属层的工艺为化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。可选的，在刻蚀所述第一绝缘层，形成金属栅格图形时，所述金属栅格图形底部剩余部分厚度的所述第一绝缘层。可选的，所述金属栅格的关键尺寸为10纳米～60纳米。本专利技术技术方案还提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底；第一绝缘层，形成于所述半导体衬底上；金属栅格，位于所述第一绝缘层上；第二绝缘层，位于所述金属栅格底部及所述第一绝缘层上。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：在半导体衬底上先形成第一绝缘层，然后在第一绝缘层中形成金属栅格图形，在金属栅格图形侧壁及底部形成第二绝缘层，以使后续填充形成的金属栅格的关键尺寸足够小，有效控制了所述金属栅格关键尺寸达到相应要求，进一步保证了图像传感器的性能及器件的良率。另外，由于金属栅格的关键尺寸可控性好，使金属材料的使用量减少，节约了成本。其次，由于光刻胶层不是直接定义金属栅格图形，避免了由于光刻胶层图形高宽比大而造成的光刻胶层易倒塌等风险。附图说明图1为一种图像传感器的结构示意图；图2至图9为本专利技术实施例中图像传感器形成方法各步骤对应的结构示意图。具体实施方式在现有的图像传感器的制造工艺中，为降低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栅格。具体地，可以参考图1所示的现有工艺形成的图像传感器。参照图1，提供半导体衬底10，所述半导体衬底内形成有分立的光电二极管20，所述分立的光电二级管20之间由深沟槽隔离结构30进行隔离，所述深沟槽隔离结构30的深度比所述光电二极管20深，从而获得更好的隔离效果，避免在不同像素区域之间发生光生载流子扩散的问题。然后继续参考图1，在所述半导体衬底10的表面形成以氧化硅或氮化硅或两者组合为材料的层间介质层40；在所述层间介质层40上依次形成金属层50和绝缘层60及光刻胶层70；在图案化光刻胶层后，以光刻胶层为掩膜，对绝缘层60、金属层50进行刻蚀，进而形成金属栅格。本专利技术的专利技术人经过研究发现，随着工艺节点的不断变小，金属栅格的关键尺寸(CriticalDimension，CD)也不断减小，因此在光刻胶层定义金属栅格图形的过程中，由于尺寸过小，导致光刻胶层的高宽比很大，使光刻胶层容易发生倒塌；而且也会限制金属栅格的尺寸不能往更小化的方向发展，现有金属栅格的关键尺寸最小只能做到120纳米左右。为解决所述技术问题，本专利技术提供一种图像传感器结构的形成方法，在半导体衬底上先形成第一绝缘层，然后在第一绝缘层中形成金属栅格图形，在金属栅格图形侧壁及底部形成第二绝缘层，以使后续填充形成的金属栅格的关键尺寸足够小，而衬底中感光器件的有效光吸收面积增大，提高了图像传感器的性能及器件的良率。下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明。图2至图9为本专利技术实施例中图像传感器形成方法各步骤对应的结构示意图。参考图2，提供半导体衬底110，在所述半导体衬底110内形成分立的光电二极管120；在所述半导体衬底110内形成深沟槽隔离结构130，所述深沟槽隔离结构130位于光电二极管120之间，且所述深沟槽隔离结构130的深度比所述光电二极管120深，从而获得更好的隔离效果，避免在不同像素区域之间发生光生载流子扩散的问题；在所述半导体衬底110表面形成第一绝缘层140，所述第一绝缘层140覆盖所述光电二极管120和所述深沟槽隔离结构130。本实施例中，所述半导体衬底110可以为硅衬底，或者所述半导体衬底110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110还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层的衬底。本实施例中，在所述光电二极管120为感光器件，并将接收到的光信号转换为电信号。为了满足所述半导体衬底110的总厚度薄化的要求，通常各个所述光电二极管120在所述半导体衬底110中的位置基本上处于同一深度。本实施例中，形成所述深沟槽隔离结构130的工艺如下：在所述半导体衬底110的表面形成光刻胶层；图形化光刻胶层，定义出深沟槽隔离图形；以图形化的光刻胶层为掩膜，沿深沟槽隔离图形刻蚀所述半导体衬底110，以得到深沟槽；去除所述光刻胶层，然后在所述半导体衬底110上形成绝缘材料层，且所述绝缘材料层填充满所述深沟槽；对绝缘材料层进行平坦化，至露出所述半导体衬底110，形成深沟槽隔离结构130。其中，所述绝缘材料层可以包括氧化硅或氮化硅。在其他实施例中，可以在填充绝缘材料层之间，在所述深沟槽侧壁及底部形成阻挡层，更进一步的防止光线串扰及电子串扰的问题。本实施例中，所述第一绝缘层140可以是氧化硅和氮化硅的叠层，即先于所述半导体衬底表面形成氧化硅层，然后再于氧化硅层表面形成氮化硅层；或者为单层结构的氧化硅或单层结构的氮化硅。形成所述层间介质层140的工艺可以是化学气相沉积法。参照图3，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；在所述半导体衬底上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成图案化的光刻胶层；以所述图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一绝缘层，形成金属栅格图形；在所述金属栅格图形侧壁及底部形成第二绝缘层；在所述金属栅格图形内填充满金属层，形成金属栅格；去除金属栅格外侧的第二绝缘层和部分厚度的第一绝缘层。

【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；在所述半导体衬底上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成图案化的光刻胶层；以所述图案化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一绝缘层，形成金属栅格图形；在所述金属栅格图形侧壁及底部形成第二绝缘层；在所述金属栅格图形内填充满金属层，形成金属栅格；去除金属栅格外侧的第二绝缘层和部分厚度的第一绝缘层。2.如权利要求1所述图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘层和第二绝缘层的材料为氧化硅或氮化硅。3.如权利要求2所述图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述第二绝缘层的方法为原子层沉积工艺。4.如权利要求2所述图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述第一绝缘层的方法为化学气相沉积工艺。5.如权利要求1所述图像传感器的形成方法，其特征在于，在填充金属层之前还包括：在第二绝缘层上形成防扩散层。6.如权利要求5所述图像传感器的形成...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟俊生，李志伟，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