背照式图像传感器及形成方法技术

本发明专利技术提供一种背照式图像传感器及形成方法，其特征在于，包括：外延叠层，包括自下而上堆叠的噪声收集层、第一隔离层及感光层；噪声溢出通道，设于所述外延叠层内，包括自下而上堆叠的注入/外延溢出部；其中，噪声依次经所述噪声收集层、所述注入溢出部及所述外延溢出部排出所述外延叠层。通过形成开口，离子注入工艺仅对开口底部的第一隔离层进行注入，对于感光层的厚度没有限制，因此可以按需要的满阱电容设计使用较厚的感光层。同时，通过设定第一隔离层的厚度和浓度，可以控制感光单元与噪声收集层之间的势垒。声收集层之间的势垒。声收集层之间的势垒。

【技术实现步骤摘要】
背照式图像传感器及形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种背照式图像传感器及形成方法。

技术介绍

[0002]图像传感器包含具有感光单元的像素阵列。感光单元在与光接触时可以得到电荷。如果过量的光照射感光单元而让感光单元产生过量的电荷，则电荷会漏到相邻的感光单元，导致信号串扰，图像质量显著变差。该现象一般被称作光晕（blooming）。
[0003]常规图像传感器中，硅衬底正面所带来的噪声可以通过钉扎注入解决。但对硅衬底底面减薄，会产生新的背部断面，给图像传感器引入噪声。
[0004]图1示出了现有技术的背照式图像传感器的剖面示意图，如图1所示，现有技术在背部断面上方形成n型离子注入层103，同时，使用p型离子注入层101隔离感光单元102及n型离子注入层103，并使用离子注入将n型离子注入层引出，并耦连衬底正面的外部电压，从而导出背部断面所产生的暗电流。但是，背面断面位置较深时，离子注入已经无法自硅衬底正面触及背面。

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形成方法，解决高能离子注入带来的感光层及衬底的损伤，同时，对衬底及感光层的厚度不做限制，提升工艺兼容性。
[0006]基于以上考虑，本专利技术的一个方面提供一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：外延叠层，包括自下而上堆叠的噪声收集层、第一隔离层及感光层；噪声溢出通道，设于所述外延叠层内，包括自下而上堆叠的注入/外延溢出部；其中，噪声依次经所述噪声收集层、所述注入溢出部及所述外延溢出部排出所述外延叠层。
[0007]优选的，所述外延溢出部自所述感光层表面延伸至所述感光层内，所述注入溢出部自所述外延溢出部底面延伸，并穿过所述第一隔离层至所述噪声收集层。
[0008]优选的，所述注入溢出部延伸至所述噪声收集层内。
[0009]优选的，所述外延叠层分设有像素区域及外围区域，所述外围区域围绕所述像素区域，所述噪声溢出通道设于所述外围区域；还包括：外延底层，设于所述噪声收集层下；第一沟槽及若干第二沟槽，对应分设于所述外围区域及所述像素区域，且均贯穿所述感光层；第二隔离层，填充所述第二沟槽，并覆盖所述第一沟槽的侧壁；其中，所述外延溢出部填充所述第一沟槽，所述注入溢出部还穿过所述第二隔离层优选的，所述第一沟槽及所述第二沟槽还延伸至所述第一隔离层内。
[0010]优选的，所述第二隔离层的厚度小于所述感光层的厚度。
[0011]优选的，所述第一沟槽的横向尺寸大于所述第二沟槽的横向尺寸。
[0012]优选的，所述外延底层、所述第一/第二隔离层均具有第一导电类型，所述注入/外延溢出部及所述噪声收集层均具有第二导电类型，所述感光层包括第一导电类型掺杂外延层和/或第二导电类型掺杂外延层。
[0013]优选的，所述第一导电类型对应的掺杂离子包括硼离子或铟离子，所述第二导电类型对应的掺杂离子包括磷离子、砷离子或锑离子。
[0014]优选的，所述噪声收集层的掺杂离子的浓度最大。
[0015]优选的，所述第一隔离层的厚度为0.3μm~1μm。
[0016]优选的，所述第一隔离层的掺杂浓度包括 1E16atom/cm3~5E17 atom/cm3。
[0017]本专利技术的另一方面提供一种背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：步骤S01：提供衬底，所述衬底具有相对的正面及背面；步骤S02：依次于所述正面上外延生长噪声收集层、第一隔离层及感光层；步骤S03：形成贯穿所述感光层的开口；步骤S04：采用离子注入工艺，于所述开口底部的所述第一隔离层进行掺杂，形成注入溢出部；步骤S05：采用外延生长法，形成填充所述开口的外延溢出部，所述外延溢出部相连所述注入溢出部形成噪声溢出通道；步骤S06：去除所述衬底。
[0018]优选的，所述离子注入工艺还对所述开口底部的所述噪声收集层进行掺杂。
[0019]优选的，步骤S02之前，于所述正面上外延生长初始外延底层，并采用第一减薄工艺，减薄所述初始外延底层，于所述正面形成外延底层；其中，步骤S06：采用第二减薄工艺，去除所述衬底，并减薄所述外延底层。
[0020]优选的，所述衬底分设有像素区域及外围区域，所述外围区域围绕所述像素区域，所述开口设于所述外围区域；其中，步骤S03包括：采用第一光刻工艺，于所述感光层上形成第一光刻胶图形层；以所述第一光刻胶图形层为掩膜，刻蚀所述感光层形成对应所述像素区域的若干第二沟槽、及对应所述外围区域的第一沟槽；去除所述第一光刻胶图形层；于所述感光层上形成第二隔离层，所述第二隔离层填充所述第二沟槽，并覆盖所述第一沟槽的侧壁及底部，形成所述开口， 所述离子注入工艺还对所述开口底部的所述第二隔离层进行掺杂。
[0021]优选的，步骤S04包括：采用第二光刻工艺，于所述第二隔离层上形成第二光刻胶图形层；以所述第二光刻胶图形层为掩膜，采用离子注入工艺，于所述开口底部的所述第一/第二隔离层进行掺杂，形成注入溢出部，去除所述第二光刻胶图形层。
[0022]优选的，步骤S05包括：采用所述外延生长法，于所述第二隔离层上外延生长填充材料，所述填充材料填充所述开口；采用化学机械抛光法，研磨所述填充材料及所述第二隔离层，直至暴露出所述感光层表面，形成所述外延溢出部。
[0023]优选的，所述感光层及所述第一光刻胶图形层之间还形成有硬掩膜图形层，所述掩膜还包括所述硬掩膜图形层；所述第二隔离层还覆盖所述硬掩膜图形层；所述化学机械抛光法还研磨所述硬掩膜图形层。
[0024]优选的，步骤S06之后，还包括：于所述感光层内形成若干感光单元，所述第二沟槽隔离相邻的感光单元；于所述感光层上形成电路层。
[0025]本专利技术通过形成开口，离子注入工艺仅对开口底部的第一隔离层进行注入，对于感光层的厚度没有限制，因此可以按需要的满阱电容设计使用较厚的感光层。同时，通过设定第一隔离层的厚度和浓度，可以控制感光单元与噪声收集层之间的势垒，提高背照式图像传感器的性能。
附图说明
[0026]通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0027]图1示出了现有技术的背照式图像传感器的剖面示意图；图2示出本专利技术实施例的一种背照式图像传感器的剖面示意图；图3～图8为本专利技术实施例的一种背照式图像传感器的形成方法的过程示意图。
[0028]在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
[0029]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做进一步说明。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。
[0030]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，其特征在于，包括：外延叠层，包括自下而上堆叠的噪声收集层、第一隔离层及感光层；噪声溢出通道，设于所述外延叠层内，包括自下而上堆叠的注入/外延溢出部；其中，噪声依次经所述噪声收集层、所述注入溢出部及所述外延溢出部排出所述外延叠层。2.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述外延溢出部自所述感光层表面延伸至所述感光层内，所述注入溢出部自所述外延溢出部底面延伸，并穿过所述第一隔离层至所述噪声收集层。3.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述注入溢出部延伸至所述噪声收集层内。4.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述外延叠层分设有像素区域及外围区域，所述外围区域围绕所述像素区域，所述噪声溢出通道设于所述外围区域；还包括：外延底层，设于所述噪声收集层下；第一沟槽及若干第二沟槽，对应分设于所述外围区域及所述像素区域，且均贯穿所述感光层；第二隔离层，填充所述第二沟槽，并覆盖所述第一沟槽的侧壁；其中，所述外延溢出部填充所述第一沟槽，所述注入溢出部还穿过所述第二隔离层。5.如权利要求4所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一沟槽及所述第二沟槽还延伸至所述第一隔离层内。6.如权利要求4所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第二隔离层的厚度小于所述感光层的厚度。7.如权利要求4所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一沟槽的横向尺寸大于所述第二沟槽的横向尺寸。8.如权利要求4所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述外延底层、所述第一/第二隔离层均具有第一导电类型，所述注入/外延溢出部及所述噪声收集层均具有第二导电类型，所述感光层包括第一导电类型掺杂外延层和/或第二导电类型掺杂外延层。9.如权利要求8所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一导电类型对应的掺杂离子包括硼离子或铟离子，所述第二导电类型对应的掺杂离子包括磷离子、砷离子或锑离子。10.如权利要求9所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述噪声收集层的掺杂离子的浓度最大。11.如权利要求4所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一隔离层的厚度为0.3μm~1μm。12.如权利要求11所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一隔离层的掺杂浓度包括 1E16atom/cm3~5E17 atom/cm3。13.一种背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：步骤S01：提供衬底，所述衬底具有相对的正面及背面；步骤S02：依次于所述正面上外延生长噪声收集层、第一隔离层及感光层；步骤S03：形成贯穿所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立新，黄琨，陈青钰，
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：