具有混合深沟槽隔离的图像传感器制造技术

本申请案涉及具有混合深沟槽隔离DTI的图像传感器。所述图像传感器包含安置于半导体材料中所述半导体材料的第一侧与第二侧之间的多个光电二极管。所述图像传感器还包含安置于所述半导体材料中的多个混合DTI结构，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管由个别混合DTI结构分离。所述个别混合DTI结构包含从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸的浅部分，且所述浅部分包含电介质区及金属区，使得所述电介质区的至少一部分安置于所述半导体材料与所述金属区之间。所述混合DTI结构还包含深部分，所述深部分从所述浅部分延伸且安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间。

Image sensor with mixed deep groove isolation

The application relates to an image sensor with a hybrid deep trench isolation DTI. The image sensor comprises a plurality of photodiodes arranged between the first side and the second side of the semiconductor material in semiconductor material. The image sensor also includes a plurality of hybrid DTI structures placed in the semiconductor material, in which individual photodiodes of the plurality of photodiodes are separated by a few mixed DTI structures. The individual mixed DTI structure includes a shallow part extending from the first side of the semiconductor material toward the second side, and the shallow part includes a dielectric zone and a metal region, so that at least one part of the dielectric region is placed between the semiconductor material and the metal area. The mixed DTI structure also contains a deep portion, which extends from the shallow part and is placed between the shallow portion and the second sides of the semiconductor material.

【技术实现步骤摘要】
具有混合深沟槽隔离的图像传感器
本专利技术大体来说涉及半导体图像传感器，且特定来说但不排外地涉及具有混合深沟槽隔离结构的半导体图像传感器。
技术介绍
图像传感器已变得无所不在。其广泛地用于数字静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医学、汽车及其它应用中。由于对更高解析度、更低电力消耗、增大动态范围等的不断增加的需求，图像传感器的装置架构已持续快速地发展。这些需求也已促进了图像传感器在这些装置中的进一步小型化及集成。典型的图像传感器如下操作。来自外部场景的图像光入射于图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件，使得每一光敏元件吸收一部分入射图像光。图像传感器中所包含的光敏元件(例如光电二极管)各自在吸收图像光之后即刻产生图像电荷。所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例。所产生的图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。图像传感器的小型化可致使邻近光敏元件之间的距离减小。随着光敏元件之间的距离减小，光敏元件之间发生串扰的可能性及串扰量值可能增大。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括：多个光电二极管，其安置于半导体材料中在所述半导体材料的第一侧与第二侧之间；及多个混合深沟槽隔离(DTI)结构，其安置于所述半导体材料中，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管是由所述多个混合DTI结构中的个别混合DTI结构分离，所述个别混合DTI结构中的每一者包含：浅部分，其从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸，其中所述浅部分包含电介质区及金属区，使得所述电介质区的至少一部分安置于所述半导体材料与所述金属区之间；及深部分，其从所述浅部分延伸且安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间。在另一方面中，本专利技术涉及一种图像传感器制作方法。所述方法包括：提供半导体材料，所述半导体材料具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；蚀刻出从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸的多个第一沟槽；加宽所述多个第一沟槽中的每一者中的接近所述半导体材料的所述第一侧的浅部分，其中所述多个第一沟槽中的深部分安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间；在所述多个第一沟槽中的所述深部分及所述浅部分内沉积电介质材料；在所述浅部分区内沉积金属，使得所述电介质材料的至少一部分安置于所述金属与所述半导体材料之间；及形成多个光电二极管，所述多个光电二极管安置于所述半导体材料中在所述第一侧与所述第二侧之间，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管由所述多个第一沟槽中的个别第一沟槽分离。附图说明参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似零件。图1A是根据本专利技术的教示的具有混合深沟槽隔离结构的实例性图像传感器的横截面图解说明。图1B是根据本专利技术的教示图1A的图像传感器中所包含的实例性混合深沟槽隔离结构的经放大图解说明。图1C是根据本专利技术的教示的图1A中的图像传感器的实例性电路图。图2是图解说明根据本专利技术的教示包含图1A的图像传感器的成像系统的一个实例的框图。图3A到3K图解说明根据本专利技术的教示的针对图1A的图像传感器的成像系统制作的实例性方法。贯穿图式之数个视图，对应参考字符指示对应组件。所述领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，而未必按比例绘制。举例而言，各图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大以有助于改进对本专利技术之各种实施例的理解。此外，通常不描绘商业上可行实施例中有用或必需的常见但众所周知的元件以便促进对本专利技术的这些各种实施例的较不受阻碍观看。具体实施方式本文中描述具有混合深沟槽隔离结构的图像传感器的设备及方法的实例。在以下描述中，陈述众多具体细节以便提供对实例的透彻理解。然而，所属相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在无具体细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使特定方面模糊。在本说明书通篇中对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇各处中出现的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必全部指代同一实例。此外，在一或多个实例中可以任何适合方式组合特定特征、结构或特性。在本说明书通篇，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换使用(例如，Si与硅)；然而，两者具有相同含义。图1A是实例性图像传感器100的横截面图解说明。图像传感器100包含半导体材料110(具有第一侧168及第二侧104)、多个光电二极管114、多个钉扎阱118(包含第一区124)、多个浅沟槽隔离结构122、多个混合深沟槽隔离结构140、电介质材料170、多个彩色滤光器172、多个金属栅格174、多个微透镜176、互连层152(包含电介质材料154、电介质材料156、第一金属层158及多个转移栅极160)。如所图解说明，图像传感器100包含安置于半导体材料110中、半导体材料110的第一侧168与第二侧104之间的多个光电二极管114。图像传感器100还包含安置于半导体材料110中的多个混合深沟槽隔离结构140。在一个实例中，个别光电二极管114中的每一者由个别混合深沟槽隔离结构140分离。多个钉扎阱118安置于半导体材料110中且从半导体材料110的第一侧168延伸到第二侧104。个别混合深沟槽隔离结构140可安置于个别钉扎阱118中。图像传感器100还可包含多个浅沟槽隔离结构122，其中个别浅沟槽隔离结构122安置于半导体材料110的第一侧168与第二侧104之间的个别钉扎阱118中。个别浅沟槽隔离结构122可相对于法向于半导体材料110的第一侧168的入射光180而与个别混合深沟槽隔离结构140光学对准。在一个实例中，每一个别钉扎阱118包含相应光学对准的混合深沟槽隔离结构140及相应浅沟槽隔离结构122，使得个别钉扎阱118、浅沟槽隔离结构122与混合深沟槽隔离结构140的比率是1:1:1。图1B是图1A的图像传感器100中所包含的实例性混合深沟槽隔离结构140的经放大图解说明。在所图解说明的实例中，个别混合深沟槽隔离结构140中的每一者包含浅部分144及深部分142。浅部分144从半导体材料110的第一侧168朝向第二侧104延伸。浅部分144包含电介质区148及金属区150，使得电介质区148的至少一部分安置于半导体材料110与金属区150之间。电介质区可包含第一电介质147及第二电介质149。在所图解说明的实例中，第二电介质的至少一部分安置于第一电介质与金属区之间。个别混合深沟槽隔离结构140的深部分142从浅部分144延伸且安置于浅部分144与半导体材料110的第二侧104之间。在一个实例中，第一电介质147及第二电介质149从浅部分144延伸到深部分142中。第一电介质的介电常数大于第二电介质的介电常数。第一电介质是高k材料(例如HfO2)，且第二电介质材料并非高k材料(例如SiO2)。在另一实例中，深部分142的电介质材料、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，其包括：多个光电二极管，其安置于半导体材料中所述半导体材料的第一侧与第二侧之间；及多个混合深沟槽隔离DTI结构，其安置于所述半导体材料中，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管是由所述多个混合DTI结构中的个别混合DTI结构分离，所述个别混合DTI结构中的每一者包含：浅部分，其从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸，其中所述浅部分包含电介质区及金属区，使得所述电介质区的至少一部分安置于所述半导体材料与所述金属区之间；及深部分，其从所述浅部分延伸且安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间。

【技术特征摘要】
2016.11.03 US 15/342,8171.一种图像传感器，其包括：多个光电二极管，其安置于半导体材料中所述半导体材料的第一侧与第二侧之间；及多个混合深沟槽隔离DTI结构，其安置于所述半导体材料中，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管是由所述多个混合DTI结构中的个别混合DTI结构分离，所述个别混合DTI结构中的每一者包含：浅部分，其从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸，其中所述浅部分包含电介质区及金属区，使得所述电介质区的至少一部分安置于所述半导体材料与所述金属区之间；及深部分，其从所述浅部分延伸且安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述浅部分从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述深部分逐渐变细，使得所述浅部分的接近所述第一侧的宽度大于所述浅部分的接近所述第二侧的宽度。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述浅部分的所述电介质区包含第一电介质及第二电介质，其中所述第二电介质的至少一部分安置于所述第一电介质与所述金属区之间。4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述第一电介质的介电常数大于所述第二电介质的介电常数。5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述第一电介质及所述第二电介质从所述浅部分延伸到所述深部分中。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括安置于所述半导体材料中的多个钉扎阱，所述多个钉扎阱从所述半导体材料的所述第一侧延伸到所述第二侧，其中所述个别混合DTI结构安置于所述多个钉扎阱中的个别钉扎阱中。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其进一步包括多个浅沟槽隔离STI结构，其中所述多个STI结构中的个别STI结构安置于所述个别钉扎阱中在所述半导体材料的所述第一侧与所述第二侧之间，且其中所述个别STI结构与所述个别混合DTI结构光学对准。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述个别钉扎阱的第一区安置于所述个别STI结构与所述个别混合DTI结构之间。9.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述个别STI结构的至少一部分宽于所述个别混合DTI结构的所述深部分。10.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述个别STI结构从所述半导体材料的所述第二侧朝向所述深部分逐渐变细，使得所述个别STI结构的接近所述半导体材料的所述第二侧的宽度大于所述个别STI结构的接近所述深部分的宽度。11.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述金属区从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述深部分逐渐变细，且其中离轴入射光传播穿过所述半导体材料的所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊志伟，毛杜立，文森特·韦内齐亚，陈刚，戴森·H·戴，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US