一种背照式图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种背照式图像传感器及其制备方法，该方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面和背表面；在半导体衬底正表面通过离子注入形成感光单元；在所述半导体衬底的正表面上形成第四介质层，位于所述第四介质层中的晶体管电路以及金属互连层；从半导体衬底的背表面对半导体衬底进行刻蚀直至漏出第四介质层，形成沟槽；在所述沟槽中形成深槽隔离结构，其中，深槽隔离结构包括依次层叠的第一介质层、抗反射复合层和第二介质层，所述第二介质层中设有空腔；在半导体衬底的背表面上形成第三介质层，该第三介质层包括挡光栅格。格。格。

【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集成电路
，尤其涉及一种背照式图像传感器及其制备方法。

技术介绍

[0002]图像传感器是将光学信号转化为电信号的半导体器件。传统的图像传感器为正面入射式结构，其感光单元在半导体衬底的下方。入射光进入感光单元之前，会需要穿过金属互连层和介质层，这一过程会导致光线损失，进而降低量子效率。为解决这一问题，目前还提供一种背照式结构图像传感器，光线直接入射到感光单元，无需经过金属互连层和介质层，这极大提高了入射光量。尤其是在感光单元尺寸越来越小的情况下，背照式结构的优势就更加突出。
[0003]背照式结构的图像传感器，光线直接入射到感光单元，无需经过金属互连层和介质层，这极大提高了入射光量。图1为现有的背照式图像传感器的剖面示意图，从图中可以发现，半导体衬底100的厚度通常约2um～3um，由于填充工艺限制，深槽隔离结构20无法贯穿整个半导体衬底100，通常深槽隔离结构20的厚度约0.4um～2um，因此深槽隔离结构20下方就会存在像元间串扰。另外，当半导体衬底100的厚度进一步增加时，深槽隔离结构20也就需要同步增厚，为保证填充效果，深槽隔离结构20的填充材料需由金属钨改为氧化硅，由于氧化硅的挡光效果相对较差，因此深槽隔离结构20本身同样存在一定的像元间串扰。所以标准背照式结构的图像传感器存在深槽隔离下方像元间串扰和深槽隔离自身所导致的像元间串扰的问题。
[0004]因此，如何改善背照式图像传感器的结构中像元间串扰问题是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种背照式图像传感器及其制备方法，能够解决深槽隔离下方存在的像元间串扰，降低深槽隔离本身所造成的像元间串扰。
[0006]第一方面，本专利技术提供一种背照式图像传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面和背表面；在半导体衬底正表面通过离子注入形成感光单元；在所述半导体衬底的正表面上形成第四介质层，位于所述第四介质层中的晶体管电路以及金属互连层；从半导体衬底的背表面对半导体衬底进行刻蚀直至漏出第四介质层，形成沟槽；在所述沟槽中形成深槽隔离结构，其中，深槽隔离结构包括依次层叠的第一介质层、抗反射复合层和第二介质层，所述第二介质层中设有空腔；在半导体衬底的背表面上形成第三介质层，所述第三介质层包括挡光栅格。
[0007]可选地，所述第一介质层为氧化硅层，所述第二介质层为氧化硅层或氮化硅层。
[0008]可选地，所述抗反射复合层包括依次层叠的抗反射层和高介电常数的介质层，其中抗反射层置于高介电常数的介质层下方且靠近半导体衬底的背表面。
[0009]可选地，所述挡光栅格的材料为具有挡光作用的金属或绝缘材料。
[0010]可选地，所述挡光栅格的材料为钨、铝、氮化硅或氧化铪。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种背照式图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面及背表面，位于半导体衬底中的感光单元和深槽隔离结构，所述深槽隔离结构包括依次层叠的第一介质层、抗反射复合层和第二介质层，其中，所述第三介质层设有空腔；在半导体衬底上还设有第三介质层，所述第三介质层中设有挡光栅格。
[0012]可选地，所述抗反射复合层包括依次层叠的抗反射层和高介电常数的介质层，其中抗反射层置于高介电常数的介质层下方且靠近半导体衬底的背表面。
[0013]本专利技术提供的背照式图像传感器及其制备方法的有益效果在于：通过设计深槽隔离结构穿过整个半导体衬底，彻底解决深槽隔离结构20下方存在的像元间串扰，通过较弱的工艺填充能力反而能形成深槽隔离结构20中的空腔，形成反射界面，进一步降低深槽隔离本身存在的像元间串扰。本专利技术可支持更厚的衬底硅层，即包含3um以上硅层厚度，因此本专利技术较标准背照式(Back SideIllumination，BSI)CIS工艺，工艺实现更简单，抗串扰能力更强，可支持硅层厚度范围更大。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1为现有技术提供的一种背照式图像传感器的剖面示意图
[0016]图2为本专利技术实施例提供的一种背照式图像传感器的剖面示意图；
[0017]图3为本专利技术实施例提供的一种背照式图像传感器的制备方法流程示意图；
[0018]图4A至图4H为本专利技术实施例提供的一种背照式图像传感器的各个中间工艺制备阶段剖面示意图。
[0019]元件标号说明：
[0020]100半导体衬底；101半导体衬底的正表面；102半导体衬底的背表面；
[0021]10感光单元；20深槽隔离结构；
[0022]200第一介质层；300抗反射复合层；400第二介质层；500挡光栅格；
[0023]600第三介质层；700第四介质层；800晶体管电路；900金属互连层。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本专利技术的内容作进一步说明。当然本专利技术并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本专利技术的保护范围内。
[0025]需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。
[0026]根据本专利技术的主旨构思，本专利技术提供一种背照式图像传感器的剖面结构示意图，
如图2所示，包括：半导体衬底100，半导体衬底100具有正表面101及背表面102，位于半导体衬底100中的感光单元10和深槽隔离结构20，感光单元10如光电二极管(Photo
‑
Diode，PD)，深槽隔离结构20包括依次层叠的第一介质层200、抗反射复合层300和第二介质层400，其中，第二介质层设有空腔。在半导体衬底100上还设有第三介质层600，第三介质层600中设有挡光栅格500。其中抗反射复合层300可以包括依次层叠的抗反射层(Anti
‑
Reflection，AR)和高介电常数的介质层(high Kdielectric，HK)，其中AR层置于HK层下方且靠近半导体衬底100的背表面102。
[0027]可选的，挡光栅格500的材料为钨(W)、铝(Al)、氮化硅(SiN)或氧化铪(HfO)等具有挡光作用的金属或绝缘材料。
[0028]另外，上述背照式图像传感器还可以包括位于半导体衬底100正表面101上的第四介质层700，及位于第四介质层700中的若干晶体管电路800和金属互连层900。其中，晶体管电路800用于实现信号传输与处理。...

【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：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面和背表面；在半导体衬底正表面通过离子注入形成感光单元；在所述半导体衬底的正表面上形成第四介质层，位于所述第四介质层中的晶体管电路以及金属互连层；从半导体衬底的背表面对半导体衬底进行刻蚀直至漏出第四介质层，形成沟槽；在所述沟槽中形成深槽隔离结构，其中，深槽隔离结构包括依次层叠的第一介质层、抗反射复合层和第二介质层，所述第二介质层中设有空腔；在半导体衬底的背表面上形成第三介质层，所述第三介质层包括挡光栅格。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一介质层为氧化硅层，所述第二介质层为氧化硅层或氮化硅层。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抗反射复合层包括依次层叠的抗反射层和高介电常数的介质层，其中抗反射层置...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋雷，
申请(专利权)人：上海微阱电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：