背照式图像传感器及其形成方法技术

本发明专利技术提供了一种背照式图像传感器，包括有源层，所述有源层设置有：光电二极管；深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构设置于所述光电二极管之间，该深沟槽隔离结构被配置为从所述有源层的背面起始，向所述有源层的正面延伸；所述深沟槽隔离结构包括第一深沟槽隔离结构和第二深沟槽隔离结构，所述第一深沟槽隔离结构的沟槽深度大于所述第二深沟槽隔离结构。本发明专利技术提供的背照式图像传感器能够减少或消除相邻光电二极管之间的电学信号串扰，同时规避沟槽深度的限制。

【技术实现步骤摘要】
背照式图像传感器及其形成方法
本专利技术涉及半导体设计制造领域，更详细地说，本专利技术涉及一种背照式图像传感器及其制造方法。
技术介绍
图像传感器是在光电技术基础上发展起来的，是一种能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。图像传感器可依据其采用的原理区分为电荷耦合装置(Charge-CoupledDevice,CCD)图像传感器以及互补型金属氧化物(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，CMOS)图像传感器，其中CMOS图像传感器基于传统的CMOS工艺制作，具有更好的工艺兼容性，应而使得CMOS图像传感器具有更广的应用前景。CMOS图像传感器(CMOSImageSensor,CIS)分正面照明类型和背面照明类型两种。背面照明类型，又称背照式，最大的优化之处在于将感光层的元件调转方向，使入射光从传感器的背面进入，避免了传统CMOS图像传感器结构中，从正面射入时电路和晶体管会对入射光造成吸收和干扰，影响感光性能和成像质量。现有的背照式CMOS图像传感器，通常在芯片背面制作深沟槽隔离(DeepTrenchIsolation，DTI)，以将不同像素隔开，降低相邻像素之间的电学信号串扰，然而DTI通常是蚀刻到芯片厚度方向的中间位置，因此相邻的像素之间仍有串扰的可能。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术提供了一种背照式图像传感器，能够进一步减少或消除相邻光电二极管之间的电学信号串扰，同时规避沟槽深度的限制。该背照式图像传感器包括有源层，有源层设置有光电二极管和深沟槽隔离结构，深沟槽隔离结构设置于光电二极管之间，作为光电二极管的横向隔离结构，该深沟槽隔离结构被配置为从有源层的背面起始，向有源层的正面延伸；深沟槽隔离结构包括第一深沟槽隔离结构和第二深沟槽隔离结构，第一深沟槽隔离结构的沟槽深度大于第二深沟槽隔离结构。通过设置两种不同深度的背面深沟槽隔离结构，技术人员灵活地在部分区域选择性地设置相对较深的第一深沟槽隔离结构，而在部分区域设置相对较浅的第二深沟槽隔离结构，以减少对应于第一深沟槽隔离结构彼此相邻的光电二极管之间的串扰，且不影响有源层正面设置相应的晶体管器件。在本专利技术的较优技术方案中，第一深沟槽隔离结构贯穿有源层设置。贯穿类型的深沟槽隔离结构可以最大化地提高防串扰效果。在本专利技术的较优技术方案中，有源层包括晶体管区和非晶体管区，其中：在对应于晶体管区，采用第二深沟槽隔离结构进行对光电二极管进行隔离，而对应于非晶体管区，采用第一深沟槽隔离结构对光电二极管进行隔离。本较优技术方案中，有源层根据其正面是否设置或结合有晶体管器件，例如传输管(transfertransistor，TX)、复位管(resettransistor，RST)、源极跟随器(sourcefollower，SF)和行选管(selecttransistor，SEL)，以及是否设置有浮置扩散区(FloatingDiffusionCapacitance，FD)，分为晶体管区和非晶体管区。具体地，有源层正面设置或结合有以上晶体管器件或设置有浮置扩散区的区域为晶体管区，其余为非晶体管区。根据是否结合有晶体管器件和浮置扩散区，针对性地在不同区域，设置不同深度的深沟槽隔离结构，在非晶体管区对应设置较深的深沟槽隔离结构，而在晶体管区对应设置较浅的深沟槽隔离结构，可以保证在对应于非晶体管区的部分光电二极管更好隔离从而有效抑制串扰的同时，也不影响有源层正面设置相应的晶体管器件。进一步地，在本较优技术方案中，在有源层的正面设置有包围至少一部分晶体管区的浅沟槽隔离结构。本较优技术方案采用浅沟槽隔离结构包围晶体管区，通过分别在有源层的正面设置浅沟槽隔离结构和在背面设置深沟槽隔离结构，能够进一步降低或消除因第二深沟槽隔离结构的深度不足而无法解决的串扰，同时，在非晶体管区对应设置较深的第一深沟槽隔离结构，而在晶体管区对应设置较浅的第二深沟槽隔离结构，可以保证在对应于非晶体管区部分的光电二极管更好隔离从而有效抑制串扰的同时，也不影响有源层正面设置相应的晶体管器件。另外，本专利技术还提供了一种背照式图像传感器的方法，该形成方法包括：提供衬底和覆盖衬底表面的有源层；在有源层表面形成第一掩膜层；形成覆盖于第一掩膜层表面的第二掩膜层；图案化第二掩膜层；以图案化后的第二掩膜层为掩膜，刻蚀第一掩膜层和有源层，形成沟槽结构，沟槽结构包括第一沟槽和第二沟槽；去除第二掩膜层；形成第三掩膜层，第三掩膜层覆盖第一掩膜层具有第二沟槽的部分表面，而露出具有第一沟槽的部分表面；以第一掩膜层和第三掩膜层为掩膜，继续刻蚀有源层，以增加第一沟槽的深度；在第一沟槽内形成第一深沟槽隔离结构，在第二沟槽内形成第二深沟槽隔离结构。通过以上方法，本专利技术提供的形成方法能够形成具有不同深度的深沟槽隔离结构的背照式图像传感器，从而有效减少了不同光电二极管间的串扰。在本专利技术的较优技术方案中，在继续刻蚀所述有源层，以增加所述第一沟槽的深度的步骤中，执行所述有源层的刻蚀工艺，直至贯穿所述有源层。通过上述方式，可以制作出贯穿有源层的深沟槽隔离结构，确保提高深沟槽隔离结构对于串扰的抑制作用。在本专利技术的较优技术方案中，在形成第一深沟槽隔离结构和第二深沟槽隔离结构的步骤之后还包括：在有源层远离衬底的一侧表面绑定支撑晶圆(carrierwafer)；减薄衬底，以露出所述第一深沟槽隔离结构。所述减薄衬底步骤采用硅片减薄工艺(WaferThin-DownProcess)。可选地，减薄衬底步骤中，还减薄部分所述有源层，以露出所述第一深沟槽隔离结构。在本专利技术的较优技术方案中，所述第一掩膜层为硬掩膜层，所述第二掩膜层和所述第三掩膜层为光刻胶层。进一步地，在本专利技术的较优技术方案中，所述第二掩膜层为ArF、KrF或EUV光刻胶层，所述第三掩膜层为g线或i线光刻胶层。通过合理地配置不同掩膜层的类型，本较优技术方案能够在保证产品性能的同时，极大地降低掩膜层的制备和使用成本。在本专利技术的较优技术方案中，在继续刻蚀所述有源层，以增加所述第一沟槽的深度的步骤中，采用各向异性干法刻蚀工艺刻蚀所述有源层，所述各向异性干法刻蚀工艺对于所述有源层和所述第一掩膜层具有3以上的选择比。附图说明图1是一种背照式CMOS图像传感器前端结构的示意图；图2是本专利技术的一个实施例中背照式图像传感器的有源层隔离结构的示意图正视图；图3是图2实施例中背照式图像传感器的形成方法的流程图；图4至图11是图3的形成方法中各步骤对应的器件的剖面结构示意图；图12是图2实施例中背照式图像传感器的有源层隔离结构的示意图俯视图；图13是本专利技术其他实施例中背照式图像传感器的有源层隔离结构的示意图正视图。附图标记说明102、光电二极管；104、传输管栅极；106、浮置扩散区；108、有源层；110、深沟槽隔离结构；1、衬底；2、有源层；4、电路层；202、光电二极管；204、深沟槽隔离结构；204a、第一深沟槽隔离结构；204b、第二深沟槽隔离结构；204’、沟槽结构；204a’、第一沟槽；204b’、第二沟槽；206、浮置扩散区；208、介质层；210、器件区域；212、外部晶体管区；214、内部晶体管区；402、传输管栅极；602、第一掩膜层；604、第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背照式图像传感器，包括有源层，所述有源层设置有：多个光电二极管；深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构设置于彼此相邻的所述光电二极管之间，该深沟槽隔离结构被配置为从所述有源层的背面起始，向所述有源层的正面延伸；其特征在于，所述深沟槽隔离结构包括第一深沟槽隔离结构和第二深沟槽隔离结构，所述第一深沟槽隔离结构的沟槽深度大于所述第二深沟槽隔离结构。

【技术特征摘要】
1.一种背照式图像传感器，包括有源层，所述有源层设置有：多个光电二极管；深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构设置于彼此相邻的所述光电二极管之间，该深沟槽隔离结构被配置为从所述有源层的背面起始，向所述有源层的正面延伸；其特征在于，所述深沟槽隔离结构包括第一深沟槽隔离结构和第二深沟槽隔离结构，所述第一深沟槽隔离结构的沟槽深度大于所述第二深沟槽隔离结构。2.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一深沟槽隔离结构贯穿所述有源层。3.如权利要求1或2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述有源层的正面包括设置器件的晶体管区和没有设置器件的非晶体管区，其中：在对应于所述晶体管区的部分，设置所述第二深沟槽隔离结构，而在对应于所述非晶体管区的部分，设置所述第一深沟槽隔离结构。4.如权利要求3所述的背照式图像传感器，其特征在于，在所述有源层的正面设置有包围至少一部分所述晶体管区的浅沟槽隔离结构。5.一种背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底，所述衬底具有有源层；在所述有源层表面形成第一掩膜层；形成覆盖于所述第一掩膜层表面的第二掩膜层；图案化所述第二掩膜层；以图案化后的所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一掩膜层和所述有源层，形成沟槽结构，所述沟槽结构包括第一沟槽和第二沟槽；去除所述第二掩膜层；形...

【专利技术属性】
技术研发人员：高俊九，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