图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种图像传感器及其制备方法。其中，图像传感器包括：衬底以及依次沉积在衬底上的保护层、第三氧化层和阻挡层。第三氧化层，由覆盖于第一氧化层表面的第二氧化层回刻蚀形成，以使得第三氧化层的顶表面呈曲面，进而形成在第三氧化层上的阻挡层也相应地具有曲面形状，以汇集更多的光线进入感光元件中，增加光子量，提高图像传感器的灵敏度。并且，本发明专利技术在保护层和阻挡层中间设置有第三氧化层，以在一定程度上削弱阻挡层的膜应力，避免因直接沉积阻挡层而导致的浮置扩散区的错位。因此，本发明专利技术不仅能够改善图像传感器的灵敏度，工艺简单，成本低，还能够降低阻挡层产生的膜应力，避免浮置扩散区的错位，提高器件性能。提高器件性能。提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件制造
，特别涉及一种图像传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机、手机和其他电子光学设备中。其中，CMOS图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件因其低功耗和高信噪比的优点，受众范围较广。然而，随着器件的集成度越来越高，工艺平台逐渐缩小，图像传感器的像素密度越来越大，是的像素单元的尺寸越来越小。像素单元尺寸的缩小会使得光电二极管的感光面积缩小，降低光电二极管的感光灵敏度，从而导致图像质量在低照度下出现恶化。对此，现有的工艺是采用背照式图像传感器（Back
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side Illumination，BSI CIS）工艺来缓解这一问题。其中，BSI CIS是先在半导体衬底内形成逻辑器件、像素器件以及在半导体衬底的表面形成金属互连结构，然后采用承载晶圆与所述半导体衬底的正面键合，进而对半导体衬底的背部进行减薄，进而在半导体衬底的背面形成CIS的后续工艺。可见，BSI CIS的工艺复杂度远远大于CIS，而且制备的成本高昂。
[0003]此外，在CIS的制备过程中，如图1所示，在沉积自对准硅化物区域阻挡膜（Silicide Area Block，SAB）30之后，会直接沉积接触刻蚀阻挡层（Contact Etch Stop Layer，CESL）40，且CESL40的厚度远远大于SAB30，则CESL40会产生较大的膜应力，使得悬浮扩散区（Floating Diffusion，FD）产生错位D（dislocation），严重影响器件的性能。
[0004]因此，需要一种新的图像传感器及其制备方法，以解决感光灵敏度低的问题以及悬浮扩散区的错位问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种图像传感器及其制备方法，以解决如何提高光电二极管的感光灵敏度以及如何避免悬浮扩散区错位中的至少一个的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种图像传感器的制备方法，包括：提供一衬底，所述衬底包含感光元件区和浮置扩散区，所述感光元件区包含多个感光元件，所述衬底上形成有栅极，以及覆盖所述栅极和所述衬底表面的第一氧化层；形成保护层，所述保护层覆盖所述第一氧化层表面；形成第二氧化层，所述第二氧化层覆盖所述保护层表面；对所述第二氧化层执行回刻蚀，去除部分所述第二氧化层，以形成第三氧化层，所述第三氧化层的顶表面呈曲面；形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述第三氧化层的顶表面，且所述阻挡层的顶表面呈曲面。
[0007]可选的，在所述的图像传感器的制备方法中，执行所述回刻蚀之后，所述第三氧化层的顶表面包括多个凸起曲面，且所述凸起曲面朝向所述衬底的投影，覆盖所述感光元件和/或所述栅极。
[0008]可选的，在所述的图像传感器的制备方法中，所述凸起曲面朝向所述衬底的投影，覆盖所述感光元件的感光面；并且，所述凸起曲面朝向入射光线的方向凸起，以汇聚入射光线至所述感光面。
[0009]可选的，在所述的图像传感器的制备方法中，所述阻挡层沿所述第三氧化层的顶表面生长，以使形成的所述阻挡层的顶表面包括多个凸起曲面。
[0010]可选的，在所述的图像传感器的制备方法中，所述第三氧化层和所述阻挡层的所述凸起曲面的外轮廓形状包括抛物线状。
[0011]可选的，在所述的图像传感器的制备方法中，在形成所述阻挡层之后，所述图像传感器的制备方法还包括：形成介质层，所述介质层覆盖所述阻挡层的表面；形成多个通孔，所述多个通孔依次贯穿所述介质层、所述阻挡层、所述第三氧化层、所述保护层以及所述第一氧化层，且部分所述通孔延伸至所述栅极中，部分所述通孔延伸至所述浮置扩散区的所述衬底中；填充金属材料至所述多个通孔中，以形成多条金属线。
[0012]可选的，在所述的图像传感器的制备方法中，沿所述衬底表面的延展方向，所述感光元件和所述浮置扩散区间隔设置，且所述栅极位于所述感光元件和所述浮置扩散区之间的所述衬底上。
[0013]可选的，在所述的图像传感器的制备方法中，所述感光元件包括光电二极管。
[0014]基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种图像传感器，包括：衬底，所述衬底包含感光元件区和浮置扩散区，所述感光元件区包含多个感光元件，且沿所述衬底表面的延展方向，所述感光元件和所述浮置扩散区间隔设置；栅极，所述栅极位于所述感光元件和所述浮置扩散区之间的所述衬底上；第一氧化层，覆盖所述栅极和所述衬底表面；保护层，覆盖所述第一氧化层表面；第三氧化层，覆盖所述保护层表面，且所述第三氧化层的顶表面呈曲面；阻挡层，覆盖所述第三氧化层的顶表面，且所述阻挡层的顶表面呈曲面；多条金属线，所述多条金属线依次贯穿所述阻挡层、所述第三氧化层、所述保护层以及所述第一氧化层，且部分所述金属线延伸至所述栅极中，部分所述金属线延伸至所述浮置扩散区的所述衬底中。
[0015]可选的，在所述的图像传感器中，所述图像传感器还包括介质层，所述介质层覆盖所述阻挡层的表面，且所述多条金属线贯穿所述介质层。
[0016]综上所述，本专利技术提供一种图像传感器及其制备方法。其中，在制备所述图像传感器的过程中，采用回刻工艺，去除部分所述第二氧化层，以形成第三氧化层，所述第三氧化层的顶表面呈曲面；随之，形成在所述第三氧化层上的所述阻挡层也相应地具有曲面形状。相较于平面的形态，曲面的形态能够汇集更多的光线，以使光线进入所述感光元件中，从而避免因像素密度大，感光面积小而导致接收的光子量少，影响光电反应，造成图像传感器的灵敏度低。
[0017]并且，本专利技术在所述保护层和所述阻挡层中间加设的所述第三氧化层，在一定程度上能够削弱所述阻挡层的膜应力，避免因直接沉积所述阻挡层而导致的所述浮置扩散区
的错位。因此，本专利技术不仅能够改善图像传感器的灵敏度，工艺简单，成本低，还能够降低所述阻挡层产生的膜应力，避免浮置扩散区的错位，提高器件性能。
附图说明
[0018]图1是现有技术中一种图像传感器的半导体结构示意图；图2是本专利技术实施例中图像传感器的制备方法的流程图；图3
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8是本专利技术实施例中图像传感器的制备方法中各步骤的半导体结构示意图；其中，附图标记为：10
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衬底；20
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氧化层；30
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SAB层；40
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CESL层；PD
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光电二极管；FD
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悬浮扩散区；TX
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传输栅极；D
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错位；100
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衬底；101
‑
感光元件；102
‑
浮置扩散区； 103
‑
栅极；104
‑
第一氧化层；105
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保护层；106
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第二氧化层；107
‑
第三氧化层；108
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阻挡层；10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的制备方法，其特征在于，包括：提供一衬底，所述衬底包含感光元件区和浮置扩散区，所述感光元件区包含多个感光元件，所述衬底上形成有栅极，以及覆盖所述栅极和所述衬底表面的第一氧化层；形成保护层，所述保护层覆盖所述第一氧化层；形成第二氧化层，所述第二氧化层覆盖所述保护层；对所述第二氧化层执行回刻蚀，去除部分所述第二氧化层，以形成第三氧化层，所述第三氧化层的顶表面呈曲面；形成阻挡层，所述阻挡层覆盖所述第三氧化层，且所述阻挡层的顶表面呈曲面。2.根据权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，执行所述回刻蚀之后，所述第三氧化层的顶表面包括多个凸起曲面，且所述凸起曲面朝向所述衬底的投影，覆盖所述感光元件和/或所述栅极。3.根据权利要求2所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述凸起曲面朝向所述衬底的投影，覆盖所述感光元件的感光面；并且，所述凸起曲面朝向入射光线的方向凸起，以汇聚入射光线至所述感光面。4.根据权利要求2所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述阻挡层沿所述第三氧化层的顶表面生长，以使形成的所述阻挡层的顶表面包括多个凸起曲面。5.根据权利要求4所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述第三氧化层和所述阻挡层的所述凸起曲面的外轮廓形状均包括抛物线状。6.根据权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，在形成所述阻挡层之后，所述图像传感器的制备方法还包括：形成介质层，所述介质层覆盖所述阻挡层的表面；形成多个通孔，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹玉娟，马忠祥，龚柏铧，谢荣源，
申请(专利权)人：晶芯成北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：