一种背照式图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种背照式图像传感器及其制备方法，背照式图像传感器的制备方法，包括以下步骤：提供一半导体衬底，半导体衬底具有正面，正面设置有若干个阵列分布的像素区域；在正面的半导体衬底中形成多个沟槽，每个沟槽围设在一像素区域外侧，沟槽由下至上包括依次连通的第一部分、第二部分和第三部分；在第一部分和第二部分中填充光隔离材料或介质材料，在第三部分中填充介质材料，一次形成浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构所需的沟槽，减少刻蚀工艺的次数，减少沟槽刻蚀工艺所产生的缺陷，提高背照式图像传感器的成像质量；由于所述第二部分和第三部分连通，省略形成深沟槽隔离结构所需的沟槽时的对准刻蚀工艺，简化了工艺难度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种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
，特别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（BSI CIS）是一种新型的CMOS图像传感器，其通过将滤光片排列到背照式图像传感器的硅衬底上，用以提高背照式图像传感器的感光度和光吸收量，降低光损耗，从而实现高像素成像功能。
[0003]如图1所示，背照式图像传感器包括衬底10，所述衬底10包括相对设置的正面10a和背面10b，所述衬底10在正面10a侧形成有阵列分布的光电二极管11，相邻所述光电二极管11之间形成有浅沟槽隔离结构（STI）12，所述正面10a上形成有互连结构层20，所述互连结构层20包括介质层以及嵌设在所述介质层中的金属互连层，所述衬底10在背面10b侧形成有深沟槽隔离结构（DTI）13，每个所述深沟槽隔离结构13均与一个所述浅沟槽隔离结构12对准设置，在每个所述深沟槽隔离结构13上还形成有一个金属格栅30。
[0004]由于浅沟槽隔离结构12和深沟槽隔离结构13的刻蚀工艺需要两次沟槽刻蚀工艺，这两次刻蚀工艺中形成的缺陷都会影响光电二极管的光电转换，同时，在这两次刻蚀工艺中形成的缺陷和晶格损伤会造成游离电子增加，对光电量子效率产生负面的影响，从而降低了背照式图像传感器的成像质量。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于，提供一种背照式图像传感器及其制备方法，可以减少刻蚀工艺的次数，降低沟槽刻蚀工艺所产生的缺陷，从而提高了背照式图像传感器的成像质量。/>[0006]为了解决上述问题，本专利技术提供一种背照式图像传感器的制备方法，包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有正面，所述半导体衬底的正面设置有若干个阵列分布且用于定义像素单元的像素区域；在所述正面的半导体衬底中形成多个沟槽，每个所述沟槽围设在一个所述像素区域的外侧，其中，所述沟槽由下至上包括依次连通的第一部分、第二部分和第三部分；以及在所述第一部分和第二部分中填充光隔离材料或介质材料，在所述第三部分中填充介质材料，以在所述第一部分中形成格栅，在所述第二部分中形成深沟槽隔离结构，在所述第三部分中形成浅沟槽隔离结构，从而形成背照式图像传感器。
[0007]可选的，所述第一部分沿深度方向的长度为600nm以上，所述第一部分靠近所述第二部分侧的开口尺寸为100nm~150nm；所述第二部分沿深度方向的长度2μm~4μm，所述第二部分靠近所述第三部分侧的开口尺寸为69nm~158nm；以及所述第三部分沿深度方向的长度为0.8μm ~1μm，所述第三部分的侧壁与垂直于轴线方向之间的夹角为88
°
~90
°
。
[0008]可选的，所述填充介质材料的具体步骤为：在所述沟槽的第一部分、第二部分和第三部分中填充相同的材料，以在所述第一部分中形成格栅，在所述第二部分中形成深沟槽隔离结构，在所述第三部分中形成浅沟槽隔离结构。
[0009]进一步的，在所述沟槽的第一部分、第二部分和第三部分中均填充介质材料，所述介质材料包括氧化物。
[0010]进一步的，所述填充光隔离材料和介质材料的具体步骤为：在所述半导体衬底的正面形成氧化物薄层，所述氧化物薄层覆盖了所述沟槽的内壁以及所述沟槽外的半导体衬底的正面；在所述沟槽的第一部分和第二部分中填充光隔离材料，所述光隔离材料还位于所述沟槽外的所述氧化物薄层上；在所述第三部分中填充介质材料，所述介质材料还位于所述沟槽外的所述光隔离材料上；以及通过化学机械抛光平坦化处理所述正面，去除所述正面上的介质材料、光隔离材料和氧化物薄层，并暴露出所述沟槽外侧的外延层，还在所述第一部分中形成格栅，在所述第二部分中形成深沟槽隔离结构，在所述第三部分中形成浅沟槽隔离结构。
[0011]进一步的，所述介质材料包括氧化物，所述光隔离材料包括三氧化二铝、钨和二氧化铪。
[0012]可选的，所述半导体衬底具有与所述正面相对设置的背面。
[0013]进一步的，在形成浅沟槽隔离结构之后，还包括：在所述像素区域的半导体衬底中形成像素单元，并在所述半导体衬底的正面形成互连结构层；从所述背面侧减薄所述半导体衬底，以暴露出所述第一部分的槽底；以及刻蚀所述半导体衬底的背面，使得所述背面侧的所述第一部分暴露出来，并刻蚀停止在所述第二部分朝向所述第一部分的表面，从而形成背照式图像传感器。
[0014]另一方面，本专利技术还提供一种背照式图像传感器，包括：半导体衬底，具有正面，所述半导体衬底的正面设置有若干个阵列分布且用于定义像素单元的像素区域；沟槽，位于所述正面侧的半导体衬底中，且每个所述沟槽围设在一个所述像素区域的外侧，其中，所述沟槽由下至上包括依次连通的第一部分、第二部分和第三部分；格栅，形成于所述第一部分；深沟槽隔离结构，形成于所述第二部分；以及浅沟槽隔离结构，形成于所述第三部分；其中，所述格栅和深沟槽隔离结构的材料均为光隔离材料或介质材料，所述浅沟槽隔离结构的材料为介质材料。
[0015]可选的，所述格栅、深沟槽隔离结构和浅沟槽隔离结构的材料均为氧化物；或者，所述格栅和深沟槽隔离结构的材料均为三氧化二铝、钨或二氧化铪，所述浅沟槽隔离结构的材料为氧化物。
[0016]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
本专利技术提供一种背照式图像传感器及其制备方法，背照式图像传感器的制备方法，包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有正面，所述半导体衬底的正面设置有若干个阵列分布且用于定义像素单元的像素区域；在所述正面的半导体衬底中，形成多个沟槽，每个所述沟槽围设在一个所述像素区域的外侧，其中，所述沟槽由下至上包括依次连通的第一部分、第二部分和第三部分；以及在所述第一部分和第二部分中填充光隔离材料或介质材料，在所述第三部分中填充介质材料，以在所述第一部分中形成格栅，在所述第二部分中形成深沟槽隔离结构，在所述第三部分中形成浅沟槽隔离结构，从而形成背照式图像传感器。本专利技术通过形成沟槽，使得一次形成了浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构所需的沟槽（即沟槽的第二部分和第三部分），即减少刻蚀工艺的次数，减少沟槽刻蚀工艺所产生的缺陷，从而提高了背照式图像传感器的成像质量，另外由于所述第二部分和第三部分连通，省略形成深沟槽隔离结构所需的沟槽时的对准刻蚀工艺，简化了工艺难度。
附图说明
[0017]图1为现有技术中的背照式图像传感器的结构示意图；图2为本专利技术实施例一提供的一种背照式图像传感器的制备方法的流程示意图；图3为本专利技术实施例一提供的半导体衬底的结构示意图；图4为本专利技术实施例一在形成沟槽后的结构示意图；图5为本专利技术实施例一在填充介质材料后的结构示意图；图6为本专利技术实施例一在形成互连结构层后的结构示意图；图7为本专利技术实施例一在减薄所述半导体衬底后的结构示意图；图8为本专利技术实施例一在刻蚀所述半导体衬底的背面后的结构示意图；图9为本专利技术实施例二在填充光隔离材料后的结构示意图；图10为本专利技术实施例二在填充介质材料后的结构示意图。
[0018]附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：提供一半导体衬底，所述半导体衬底具有正面，所述半导体衬底的正面设置有多个阵列分布且用于定义像素单元的像素区域；在所述正面的半导体衬底中形成多个沟槽，每个所述沟槽围设在一个所述像素区域的外侧，其中，所述沟槽由下至上包括依次连通的第一部分、第二部分和第三部分；以及在所述第一部分和第二部分中填充光隔离材料或介质材料，在所述第三部分中填充介质材料，以在所述第一部分中形成格栅，在所述第二部分中形成深沟槽隔离结构，在所述第三部分中形成浅沟槽隔离结构，从而形成背照式图像传感器。2.如权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，所述第一部分沿深度方向的长度为600nm以上，所述第一部分靠近所述第二部分侧的开口尺寸为100nm~150nm；所述第二部分沿深度方向的长度2μm~4μm，所述第二部分靠近所述第三部分侧的开口尺寸为69nm~158nm；以及所述第三部分沿深度方向的长度为0.8μm~1μm，所述第三部分的侧壁与垂直于轴线方向之间的夹角为88
°
~90
°
。3.如权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，所述填充介质材料的具体步骤为：在所述沟槽的第一部分、第二部分和第三部分中填充相同的材料，以在所述第一部分中形成格栅，在所述第二部分中形成深沟槽隔离结构，在所述第三部分中形成浅沟槽隔离结构。4.如权利要求3所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，在所述沟槽的第一部分、第二部分和第三部分中均填充介质材料，所述介质材料包括氧化物。5.如权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，所述填充光隔离材料和介质材料的具体步骤为：在所述半导体衬底的正面形成氧化物薄层，所述氧化物薄层覆盖了所述沟槽的内壁以及所述沟槽外的半导体衬底的正面；在所述沟槽的第一部分和第二部分中填充光隔离材料，所述光隔离材料还位于所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪丹丹，郭哲劭，
申请(专利权)人：合肥晶合集成电路股份有限公司，
类型：发明
国别省市：