图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种图像传感器及其制造方法。所以图像传感器中，背面通道结构包括焊盘通道和包围所述像素区域的环通道，所述环通道从所述衬底背面向下延伸以露出嵌设于衬底正面且包围像素区域的第一沟槽隔离，所述钝化层覆盖所述环通道的内表面，即，位于所述环通道内的钝化层与第一沟槽隔离连接，在像素区域与外围电路区域之间构成物理全隔离，可以有效阻挡外围电路区域产生的暗电流进入像素区域，实现外围电路区域与像素区域之间的有效隔离，并且，所述环通道与设置焊盘的焊盘通道均为背面通道结构，可通过背面通道工艺同步形成，不会显著增加成本及制造复杂性。著增加成本及制造复杂性。著增加成本及制造复杂性。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种图像传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]图像传感器利用光电转换器件将入射到受光面的光成比例地转换为电信号。与光敏二极管、光敏三极管等点光源的光敏元件相比，图像传感器在其受光面布置有许多个小单元，每个小单元为一个起光电转换功能的像素，利用多个像素构成像素阵列(pixel array)进行辐射感测，能够形成图像。
[0003]目前常见的采用半导体工艺制造的图像传感器为CMOS图像传感器，CMOS图像传感器在每个像素设置有至少一个感光二极管和三至六个晶体管，使得芯片上感光区的占比较小。随着技术发展，对单位面积内像素数目提升的需求更加迫切，因而单个像素的面积设计得越来越小，CMOS像素的满阱电荷量偏低，导致CMOS图像传感器存在着灵敏度下降及动态范围降低的问题。
[0004]垂直电荷转移成像(vertical charge transferred
‑
pixel sensor，VPS)是一种新型的图像传感器技术(如中国专利CN102938409A、CN111540758A及CN104900667A等描述的成像技术)，其采用类似于浮栅型NOR(或非)闪存(floating gate nor flash)的工艺制造像素阵列，在外置光源的照射下，受光面上布置的像素内会产生沿垂直于受光面的方向移动的光电子，并引起像素中的浮栅(FG)的电位变化，通过该电位变化来作成像表征。VPS图像传感器相较CMOS图像传感器，在相同像素尺寸下可实现更高的信噪比和更高的满阱电荷，使其在很多领域(如医疗显微检测、基因检测等)具备非常广阔的应用前景。
[0005]在采用半导体工艺制造图像传感器时，通常在形成像素阵列的同一衬底上还形成了逻辑电路(periphery logic area)，逻辑电路与像素阵列分布在衬底的不同区域且相互可以通过互联线连接。但是，研究发现，像素阵列(尤其是VPS图像传感器)很容易受到逻辑电路的暗电流(dark current)的影响而容易产生缺陷，如白色像素缺陷(white pixel defect)。在不显著增加成本及制造复杂性的情况下，如何对设置逻辑电路的外围电路区域与设置像素阵列的像素区域进行有效隔离，对于图像传感器的生产及应用具有重要的意义。

技术实现思路

[0006]为了对图像传感器的外围电路区域与像素区域进行有效隔离，且不会显著增加成本及制造复杂性，本专利技术提供一种图像传感器和一种图像传感器的制造方法。
[0007]一方面，本专利技术提供一种图像传感器，包括：
[0008]衬底，包括像素区域、外围电路区域和焊盘区域，所述像素区域设置有多个感光像素，所述衬底具有正面和与所述正面相对的背面；
[0009]正面沟槽隔离，嵌设于所述衬底的正面且未贯穿所述衬底，所述正面沟槽隔离包括第一沟槽隔离和第二沟槽隔离，所述第一沟槽隔离包围所述像素区域，所述外围电路区
域和所述焊盘区域位于所述第一沟槽隔离的外围，所述第二沟槽隔离位于所述焊盘区域；
[0010]互连结构，设置于所述衬底正面一侧；
[0011]背面通道结构，设置于所述衬底背面，所述背面通道结构包括焊盘通道和包围所述像素区域的环通道，所述环通道从所述衬底背面向下延伸以露出所述第一沟槽隔离，所述焊盘通道包括上通孔和下通孔，所述上通孔从所述衬底背面向下延伸以露出所述第二沟槽隔离，所述下通孔从所述上通孔底面向下延伸以露出所述互连结构；
[0012]钝化层，覆盖所述环通道的内表面以及所述上通孔的内表面，并露出所述互连结构；以及，
[0013]焊盘，位于所述焊盘通道内，所述焊盘与所述互连结构电性连接。
[0014]可选的，所述图像传感器还包括在所述环通道里侧设置的掺杂区隔离结构，所述掺杂区隔离结构包括嵌设于所述衬底正面的第三沟槽隔离、嵌设于所述衬底背面且与所述第三沟槽隔离垂直对准的第四沟槽隔离以及位于所述第三沟槽隔离和所述第四沟槽隔离之间的离子掺杂区。
[0015]可选的，所述第一沟槽隔离结构和所述第三沟槽隔离被所述衬底隔离；或者，所述第一沟槽隔离结构和所述第三沟槽隔离为一体结构。
[0016]可选的，所述第四沟槽隔离两侧的衬底具有p型掺杂，所述离子掺杂区的掺杂类型为n型；或者，所述第四沟槽隔离两侧的衬底具有n型掺杂，所述离子掺杂区的掺杂类型为p型。
[0017]可选的，所述掺杂区隔离结构仅设置于所述像素区域；或者，所述掺杂区隔离结构设置于所述像素区域内与所述像素区域和所述外围电路区域之间。
[0018]可选的，所述第四沟槽隔离包括在与所述衬底接触的界面设置的高k介质层。
[0019]可选的，以所述衬底的背面为基准，所述环通道与所述上通孔在所述衬底中的深度相同。
[0020]可选的，所述钝化层仅覆盖所述环通道的内表面而未填满所述环通道；或者，所述钝化层填满所述环通道。
[0021]可选的，所述图像传感器为VPS图像传感器。
[0022]一方面，本专利技术提供一种图像传感器的制造方法，包括：
[0023]提供衬底，所述衬底包括像素区域、外围电路区域和焊盘区域，所述衬底具有正面和与所述正面相对的背面；
[0024]在所述衬底正面制作正面沟槽隔离、多个感光像素和互连结构，所述多个感光像素位于所述像素区域，所述正面沟槽隔离未贯穿所述衬底且包括第一沟槽隔离和第二沟槽隔离，所述第一沟槽隔离包围所述像素区域，所述外围电路区域和所述焊盘区域位于所述第一沟槽隔离的外围，所述第二沟槽隔离位于所述焊盘区域，所述互连结构形成于所述衬底正面一侧；
[0025]将所述衬底的正面一侧与一载板接合；
[0026]在所述衬底的背面制作背面通道结构，包括：形成包围所述像素区域的环通道和位于所述焊盘区域的上通孔，所述环通道从所述衬底背面向下延伸以露出所述第一沟槽隔离，所述上通孔从所述衬底背面向下延伸以露出所述第二沟槽隔离；再在所述衬底背面沉积一钝化层，所述钝化层覆盖所述衬底背面、所述环通道的内表面并随形覆盖所述上通孔
的内表面，接着在所述上通孔的底面形成下通孔，所述下通孔从所述上通孔底面向下延伸以露出所述互连结构，所述上通孔和所述下通孔构成焊盘通道；以及，
[0027]在所述焊盘通道内形成焊盘，所述焊盘与所述互连结构电性连接。
[0028]可选的，所述正面沟槽隔离还包括形成于所述第一沟槽隔离里侧的第三沟槽隔离，并且，所述第三沟槽隔离的底面下方的衬底中形成有离子掺杂区；在制作所述背面通道结构之前，所述制造方法还包括：
[0029]在所述衬底的背面制作背面隔离沟槽，所述背面隔离沟槽的底面露出所述离子掺杂区；以及，
[0030]在所述衬底的背面制作高k介质层和非高k隔离介质，所述高k介质层随形覆盖所述衬底的背面和所述背面隔离沟槽的内表面，所述非高k隔离介质填充所述背面隔离沟槽。
[0031]本专利技术提供的图像传感器包括衬底、正本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：衬底，包括像素区域、外围电路区域和焊盘区域，所述像素区域设置有多个感光像素，所述衬底具有正面和与所述正面相对的背面；正面沟槽隔离，嵌设于所述衬底的正面且未贯穿所述衬底，所述正面沟槽隔离包括第一沟槽隔离和第二沟槽隔离，所述第一沟槽隔离包围所述像素区域，所述外围电路区域和所述焊盘区域位于所述第一沟槽隔离的外围，所述第二沟槽隔离位于所述焊盘区域；互连结构，设置于所述衬底正面一侧；背面通道结构，设置于所述衬底背面，所述背面通道结构包括焊盘通道和包围所述像素区域的环通道，所述环通道从所述衬底背面向下延伸以露出所述第一沟槽隔离，所述焊盘通道包括上通孔和下通孔，所述上通孔从所述衬底背面向下延伸以露出所述第二沟槽隔离，所述下通孔从所述上通孔底面向下延伸以露出所述互连结构；钝化层，覆盖所述环通道的内表面以及所述上通孔的内表面，并露出所述互连结构；以及，焊盘，位于所述焊盘通道内，所述焊盘与所述互连结构电性连接。2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括在所述环通道里侧设置的掺杂区隔离结构，所述掺杂区隔离结构包括嵌设于所述衬底正面的第三沟槽隔离、嵌设于所述衬底背面且与所述第三沟槽隔离垂直对准的第四沟槽隔离以及位于所述第三沟槽隔离和所述第四沟槽隔离之间的离子掺杂区。3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一沟槽隔离结构和所述第三沟槽隔离被所述衬底隔离；或者，所述第一沟槽隔离结构和所述第三沟槽隔离为一体结构。4.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第四沟槽隔离两侧的衬底具有p型掺杂，所述离子掺杂区的掺杂类型为n型；或者，所述第四沟槽隔离两侧的衬底具有n型掺杂，所述离子掺杂区的掺杂类型为p型。5.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述掺杂区隔离结构仅设置于所述像素区域；或者，所述掺杂区隔离结构设置于所述像素区域内与所述像素区域和所述外围电路区域之间。6.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第四沟槽隔离包括在与所述衬底接触的界面设置的高k介质层。7.如权利要求1所述的图像传感器，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴恙，杨帆，占琼，胡胜，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：