背照式图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种背照式图像传感器及其制备方法。该方法包括：提供包括感光单元的半导体衬底；在所述半导体衬底的背面，形成深沟槽；通过外延生长，在所述深沟槽表面形成掺杂外延层；其中，在所述深沟槽的侧壁上形成侧向PN结。在所述深沟槽外延层上继续生长高K电介质材料以及填充材料来完成像素之间隔离，减少了像素之间光和电串扰。减少了像素之间光和电串扰。减少了像素之间光和电串扰。

【技术实现步骤摘要】
背照式图像传感器及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及背照式图像传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]背照式图像传感器采用背面深沟槽来对各个像素进行隔离，来减少进光造成的串扰（crosstalk）。背照式高像素产品由于像素区尺寸的变小，为了保证一定的满阱容量，像素中感光区域的n型注入深度不断增加。同时用来隔离感光区域的p型隔离层深度也随之增加。由于用来阻挡p型掺杂的光阻材料厚度的限制，通常在硅衬底正面的一次离子注入不能完全达到所需要的深度。因此，在后段工艺中还需要在硅衬底背面再进行深沟槽刻蚀，并在深沟槽内进行第二次离子注入和退火，来达到像素隔离的效果。但是第二次离子注入会对器件造成一定的损伤，增加产生暗电流的机会。同时，在后续高温退火时，会对前段的电路造成功能性损伤、金属扩散等风险。
[0003]针对现有的背照式图像传感器背面深沟槽隔离工艺，一种方案是不再进行第二次离子注入和扩散，直接进行深沟槽隔离，这样的做法虽然不会因为高温导致器件功能损失，但是像素之间光的串扰和暗电流还是不能充分隔离。另外一种解决方案是，在背面深槽隔离蚀刻和填充之前，先要对深槽区域做二次离子注入p型掺杂，该深槽深度为2至3微米左右。由于完成p型掺杂以后会有晶格损伤区和畸形团，而且部分离子在注入的时候不在置换位置，一般需要进行热退火来修复晶格缺陷以及让大部分注入离子移动到置换位置。由于热退火工艺温度较高，会对之前做好的电路，包括中段和后段的器件造成功能损失。上述两种解决方案均有缺点，一种会有光的串扰和暗电流，另外一种会在高温烧结下损伤器件。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的问题，本专利技术提出了一种背照式图像传感器及其制备方法。
[0005]本专利技术一方面提供了一种背照式图像传感器的制造方法。该方法包括：提供包括感光单元的半导体衬底；在所述半导体衬底的背面，形成深沟槽；通过外延生长，在所述深沟槽表面形成掺杂外延层；其中，在所述深沟槽的侧壁上形成侧向PN结。
[0006]可选的，所述外延生长的温度不超过950℃。
[0007]可选的，该方法还包括：在所述半导体衬底的正面形成晶体管；在所述晶体管的栅极、漏极或源极表面形成硅化钴，以提高在所述外延生长过程中的热稳定性。
[0008]可选的，所述在所述半导体衬底的正面形成的晶体管包括：通过轻掺杂漏（LDD）和侧向离子（pocket implant）注入工艺，形成包括LDD区域和Halo区域的晶体管，以减小短沟道效应和防止所述晶体管的源极和漏极穿通；其中，掺杂元素包括硼、铟或砷。
[0009]可选的，该方法还包括：在所述半导体衬底的正面形成多层金属层；通过钨将所述多层金属层中的第一金属层与所述晶体管的栅极、漏极或源极表面的硅化钴相连接；其中，所述钨表面形成有TaN/Ti/TiN复合层、Ti/TiN复合层或Ta/TaN复合层，以及第一介电层。
[0010]可选的，所述多层金属层中的每一层金属层包括：铜线、扩散阻挡层和第二介电
层；所述扩散阻挡层形成于所述铜线侧壁和底部；其中，所述扩散阻挡层包括TaN/Ti/TiN复合层、Ti/TiN复合层或Ta/TaN复合层。
[0011]可选的，所述扩散阻挡层和所述第二介电层之间存在一定宽度的间隙，以缓解所述铜线的热膨胀而产生的应力。
[0012]可选的，所述铜线顶部形成有SiCN、SiCO或SiN中的一层或者多层的隔离层。
[0013]可选的，所述第二介电层采用SiH4或TEOS，通过PECVD或SACVD制备而成。
[0014]可选的，所述在所述深沟槽上形成掺杂外延层包括：在所述深沟槽的侧壁、底部和所述半导体衬底的背面，形成所述掺杂外延层。
[0015]可选的，所述掺杂外延层的厚度为0.05~0.1微米。
[0016]可选的，所述半导体衬底正面包括：掺杂隔离区；所述感光单元被所述掺杂隔离区部分隔离；所述形成深沟槽包括：对准所述掺杂隔离区，通过刻蚀形成所述深沟槽；其中，所述深沟槽从所述背面延伸至所述掺杂隔离区表面或内部。
[0017]可选的，在所述深沟槽上形成所述掺杂外延层之后，在所述深沟槽内填充至少一层介质层，形成深沟槽隔离结构；所述至少一层介质层包括HfO2、Al2O3、SiO2、TaO2中的至少一种；在所述至少一层介质层内，继续填充金属W或者Al中的至少一种。
[0018]可选的，在所述深沟槽隔离结构上形成彩色滤光片；在所述彩色滤光片上形成微透镜。
[0019]可选的，在所述多层金属层上通过粘结氧化层与承载晶圆结合；对所述半导体衬底的背面进行减薄。
[0020]本专利技术另一方面提供了一种背照式图像传感器。该背照式图像传感器包括：半导体衬底，具有正面和背面；其中，所述半导体衬底包括感光单元和掺杂隔离区；所述掺杂隔离区形成于所述半导体衬底内部，且从所述正面延伸至所述半导体内部；深沟槽隔离结构，形成在所述半导体衬底背面，且从背面延伸至所述半导体衬底内部；所述深沟槽隔离结构包括：深沟槽，从背面延伸至所述掺杂隔离区表面或内部；以及外延掺杂层，形成在所述深沟槽表面；其中，所述深沟槽侧壁形成侧向PN结。
[0021]可选的，背照式传感器还包括：晶体管，形成于所述半导体衬底的正面；多层金属层，形成于所述半导体衬底的正面上方；其中，所述晶体管的栅极、漏极或源极表面形成有硅化钴，以提高在所述外延生长过程中的热稳定性。
[0022]可选的，所述晶体管还包括通过轻掺杂漏（LDD）和侧向离子注入工艺，形成的LDD区域和Halo区域，以减小短沟道效应和防止所述晶体管的源极和漏极穿通；其中，掺杂元素包括硼、铟或砷。
[0023]可选的，所述多层金属层中的第一金属层与所述晶体管的栅极、漏极或源极表面的硅化钴通过钨相连接；其中，所述钨表面形成有TaN/Ti/TiN复合层、Ti/TiN复合层或Ta/TaN复合层和第一介电层。
[0024]可选的，所述多层金属层中的每一层金属层包括：铜线、扩散阻挡层和第二介电层；所述扩散阻挡层形成于所述铜线侧壁和底部；其中，所述扩散阻挡层包括TaN/Ti/TiN复合层、Ti/TiN层或Ta/TaN层。
[0025]可选的，所述扩散阻挡层和所述第二介电层之间存在一定宽度的间隙，以缓解所述铜线的热膨胀而产生的应力。
[0026]可选的，所述铜线顶部形成有SiCN、SiCO或SiN中的一层或者多层的隔离层。
[0027]可选的，在所述深沟槽上形成所述掺杂外延层之后，在所述深沟槽内填充至少一层介质层，形成深沟槽隔离结构；所述至少一层介质层包括HfO2、Al2O3、SiO2、TaO2中的至少一种；在所述至少一层介质层内，继续填充金属W或者Al中的至少一种。
[0028]可选的，背照式传感器还包括：彩色滤光片，形成于所述深沟槽隔离结构上；微透镜，形成于所述彩色滤光片上。可选的，所述外延掺杂层通过外延生长形成，且温度不超过950℃。
[0029]可选的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，包括：提供包括感光单元的半导体衬底；在所述半导体衬底的背面，形成深沟槽；通过外延生长，在所述深沟槽表面形成掺杂外延层；其中，在所述深沟槽的侧壁上形成侧向PN结。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述外延生长的温度不超过950℃，外延材料可以是单晶硅或者单晶锗。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在所述半导体衬底的正面形成晶体管；在所述晶体管的栅极、漏极或源极表面形成硅化钴，以提高在所述外延生长过程中的热稳定性。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述半导体衬底的正面形成的晶体管包括：通过轻掺杂漏（LDD）和侧向离子（pocket implant）注入工艺，形成包括LDD区域和Halo区域的晶体管，以减小短沟道效应和防止所述晶体管的源极和漏极穿通；其中，掺杂元素包括硼、铟或砷。5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：在所述半导体衬底的正面形成多层金属层；通过钨将所述多层金属层中的第一金属层与所述晶体管的栅极、漏极或源极表面的硅化钴相连接；其中，所述钨表面形成有TaN/Ti/TiN复合层、Ti/TiN复合层或Ta/TaN复合层，以及第一介电层。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述多层金属层中的每一层金属层包括：铜线、扩散阻挡层和第二介电层；所述扩散阻挡层形成于所述铜线侧壁和底部；其中，所述扩散阻挡层包括TaN/Ti/TiN复合层、Ti/TiN复合层或Ta/TaN复合层。7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述扩散阻挡层和所述第二介电层之间存在一定宽度的间隙，以缓解所述铜线的热膨胀而产生的应力。8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述铜线顶部形成有SiCN、SiCO或SiN中的一层或者多层的隔离层。9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二介电层采用硅烷或正硅酸四乙酯，通过等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)或次大气压化学气相沉积(SACVD)制备而成。10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述深沟槽上形成掺杂外延层包括：在所述深沟槽的侧壁、底部和所述半导体衬底的背面，形成所述掺杂外延层。11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述掺杂外延层的厚度为0.05~0.1微米。12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底正面包括：掺杂隔离区；所述感光单元被所述掺杂隔离区部分隔离；所述形成深沟槽包括：对准所述掺杂隔离区，通过刻蚀形成所述深沟槽；其中，所述深沟槽从所述背面延伸至
所述掺杂隔离区表面或内部。13.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述深沟槽上形成所述掺杂外延层之后，在所述深沟槽内填充至少一层介质层，形成深沟槽隔离结构；所述至少一层介质层包括HfO2、Al2O3、SiO2、TaO2中的至少一种；在所述至少一层介质层内，继续填充金属W或者Al中的至少一种。14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李继刚，赵立新，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：