CN115911074B - 图像传感器及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器及其制作方法,所述方法包括:提供一衬底,在衬底上形成绝缘层;形成贯穿绝缘层并延伸至衬底内的深沟槽;在深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构,并在深沟槽内填充金属材料形成金属格栅;去除绝缘层;形成半导体材料在深沟槽隔离结构之间的衬底上,以形成光电二极管区域。本发明提供的图像传感器的制作方法,无需通过离子注入形成光电二极管区域,从而避免了由于离子注入对衬底造成的损伤。并且,在深沟槽的侧壁及底部形成深沟槽隔离结构之后,可直接在深沟槽内形成金属格栅,相比于现有技术中通过两次图案化工艺分别形成深沟槽隔离结构与金属格栅,本发明减少了工艺步骤,降低了工艺复杂度和成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域,特别涉及一种图像传感器及其制作方法。
背景技术
图像传感器是指将光学图像转换成像素信号输出的设备。图像传感器包括电荷耦合器件(CCD)与互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。与传统的CCD图像传感器相比,CMOS图像传感器具有低功耗、低成本和与CMOS工艺兼容等特点,因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅应用于消费电子领域,例如微型数模相机(DSC)、手机摄像头、摄像机和数码单反(DSLR)等,而且在汽车电子、监控、生物技术和医学领域也得到了广泛的应用。
现有的CMOS图像传感器一般分为前照式(FSI)图像传感器和背照式(BSI)图像传感器两种。与传统的前照式图像传感器相比,背照式图像传感器可以允许光通过背侧进入并由光电二极管检测,由于光线无需穿过布线层,因此背照式图像传感器可以显示比前照式更高的灵敏度。
然而,在BSI CMOS的先进制程中,需要在前段制程中进行比较深的离子注入形成光电二极管(Photo diode)区域,来形成CIS的感光区域,但是高能量的离子注入会造成衬底的严重损伤。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像传感器及其制作方法,无需进行离子注入,从而避免了由于离子注入造成的衬底的损伤。
为解决上述技术问题,本发明提供一种图像传感器的制作方法,包括以下步骤:
提供一衬底,在所述衬底上形成绝缘层;
形成贯穿所述绝缘层并延伸至所述衬底内的深沟槽;
在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构,并在所述深沟槽内填充金属材料形成金属格栅;
去除所述绝缘层;以及
形成半导体材料在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上,以形成光电二极管区域。
可选的,在所述衬底上形成绝缘层之前,所述制作方法还包括:形成第一保护层在所述衬底上;
去除所述绝缘层之后,所述制作方法还包括:去除所述第一保护层。
可选的,所述第一保护层包括氧化层与高k介质层。
可选的,在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构的方法包括:
在所述深沟槽的侧壁及底部形成氧化硅层;以及
在所述深沟槽的侧壁及底部形成二氧化铪层,所述二氧化铪层覆盖所述氧化硅层。
可选的,在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构之后,在所述深沟槽内填充金属材料形成金属格栅之前,所述制作方法还包括:
在所述深沟槽的侧壁及底部形成阻挡层,所述阻挡层覆盖所述深沟槽隔离结构。
可选的,在去除所述绝缘层之后,在形成光电二极管区域之前,所述制作方法还包括:去除部分厚度的所述衬底,且剩余的所述衬底的上表面高于所述深沟槽隔离结构的底部。
可选的,形成半导体材料在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上,以形成光电二极管区域的方法包括:
在所述衬底上形成掺杂有第一元素的第一半导体材料层;
在所述第一半导体材料层上形成掺杂有第二元素的第二半导体材料层;以及
在所述第二半导体材料层上形成掺杂有第一元素的第三半导体材料层。
可选的,所述第一元素为磷或砷,所述第二元素为砷或磷。
可选的,形成所述光电二极管区域之后,所述制作方法还包括:
依次形成第二保护层、高k介质层与滤色器在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上。
相应的,本发明还提供一种图像传感器,采用如上所述的图像传感器的制作方法制作而成。
综上所述,本发明提供的图像传感器及其制作方法中,首先在衬底上形成绝缘层,接着形成贯穿所述绝缘层并延伸至所述衬底内的深沟槽,之后在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构,并在所述深沟槽内填充金属材料形成金属格栅,然后去除绝缘层,形成半导体材料在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上,以形成光电二极管区域。本发明无需通过离子注入形成光电二极管区域,从而避免了由于离子注入对衬底造成的损伤。并且,本发明在深沟槽的侧壁及底部形成深沟槽隔离结构之后,无需图案化即可直接在所述深沟槽内形成金属格栅,相比于现有技术中通过两次图案化工艺分别形成深沟槽隔离结构与金属格栅,本发明减少了工艺步骤,降低了工艺复杂度和成本。
进一步的,在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上依次形成掺杂有第一元素的第一半导体材料层、掺杂有第二元素的第二半导体材料层以及掺杂有第一元素的第三半导体材料层,以形成具有浓度梯度的光电二极管区域,从而增加光线的反射和折射,提高了所述光电二极管区域的光电反应效率。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解,提供的附图用于更好地理解本发明,而不对本发明的范围构成任何限定。其中:
图1是本发明一实施例提供的图像传感器的制作方法的流程图。
图2是本发明一实施例提供的形成绝缘层之后的结构示意图。
图3是本发明一实施例提供的形成图形化的光刻胶层之后的结构示意图。
图4是本发明一实施例提供的形成深沟槽之后的结构示意图。
图5是本发明一实施例提供的形成深沟槽隔离结构与金属格栅之后的结构示意图。
图6是本发明一实施例提供的去除绝缘层之后的结构示意图。
图7是本发明一实施例提供的去除部分厚度的衬底之后的结构示意图。
图8是本发明一实施例提供的光电二极管区域之后的结构示意图。
图9是本发明一实施例提供的形成高k介质层之后的结构示意图。
图10是本发明一实施例提供的形成微透镜之后的结构示意图。
图11是图10在深沟槽内的局部放大示意图。
附图中:
10-衬底;11-第一保护层;12-绝缘层;13-图形化的光刻胶层;14-开口;15-深沟槽;16-深沟槽隔离结构;161-氧化硅层;162-二氧化铪层;17-金属格栅;171-阻挡层;18-光电二极管区域;181-第一半导体材料层;182-第二半导体材料层;183-第三半导体材料层;19-第二保护层;20-高k介质层;21-附着层;22-滤色器;23-微透镜。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
如在本发明中所使用的,单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象,术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的,术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的,术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的,此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征,术语“近端”通常是靠近操作者的一端,术语“远端”通常是靠近患者的一端,“一端”与“另一端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分,其不仅包括端点,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。
此外,如在本发明中所使用的,一元件设置于另一元件,通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系,且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动,而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系,即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位,除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1是本发明一实施例提供的图像传感器的制作方法的流程图。如图1所示,所述图像传感器的制作方法包括以下步骤:
S1:提供一衬底,在所述衬底上形成绝缘层;
S2:形成贯穿所述绝缘层并延伸至所述衬底内的深沟槽;
S3:在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构,并在所述深沟槽内填充金属材料形成金属格栅;
S4:去除所述绝缘层;
S5:形成半导体材料在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上,以形成光电二极管区域。
图2至图10是本发明一实施例提供的图像传感器的制作方法的各步骤结构示意图。接下来,将结合图1与图2至图10对本发明实施例所提供的图像传感器的制作方法进行详细说明。
在步骤S1中,请参考图2所示,提供一衬底10,在所述衬底10上形成绝缘层12。
其中,所述衬底10的材料可以为硅、锗、锗硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等,也可以是绝缘体上硅,绝缘体上锗;或者还可以为其它的材料,例如砷化镓等III-V族化合物。在本实施例中,所述衬底10的材料为硅。
在所述衬底10上形成绝缘层12,所述绝缘层12的材料优选为氧化硅,可以采用化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition,CVD)、物理气相沉积法(Physical VaporDeposition,PVD)、原子层沉积法(Atomic layer deposition,ALD)等沉积方法形成。
本实施例中,在形成所述绝缘层12之前,还可以在所述衬底10上形成第一保护层11,后续对所述绝缘层12与所述衬底10进行刻蚀时,所述第一保护层11能够保护所述衬底10,避免所述衬底10由于刻蚀造成损伤。本实施例中,所述第一保护层11包括氧化层与高k介质层。
在步骤S2中,请参考图4所示,形成贯穿所述绝缘层12并延伸至所述衬底10内的深沟槽15。
形成所述深沟槽15的方法包括:首先,在所述绝缘层12上形成光刻胶层(未图示),对所述光刻胶层进行图形化,形成图形化的光刻胶层13,所述图形化的光刻胶层13具有暴露出部分所述绝缘层12的开口14,形成如图3所示的结构。接着,以所述图形化的光刻胶层13为掩膜,通过所述开口14对所述绝缘层12、所述保护层11以及所述衬底10依次进行刻蚀,形成贯穿所述绝缘层12以及所述保护层11并延伸至所述衬底10内的深沟槽15;最后,去除所述图形化的光刻胶层13,形成如图4所示的结构。
在步骤S3中,请参考图5所述,在所述深沟槽15的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构16,并在所述深沟槽15内填充金属材料形成金属格栅17。
具体的,在所述深沟槽15的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构16,所述绝缘材料可以包括氧化硅或氮化硅。本实施例中,首先,在所述深沟槽15的侧壁及底部形成氧化硅层(SiO2)161;接着,在所述氧化硅层161的侧壁及底部形成二氧化铪层(HfO2)162,所述二氧化铪162覆盖所述氧化硅161,所述氧化硅层161与所述二氧化铪层162共同构成所述深沟槽隔离结构16。
示例性的,所述深沟槽隔离结构16的形成工艺可以采用原子层沉积工艺、流体化学气相沉积、等离子体化学气相沉积、亚常压化学气相沉积或低压化学气相沉积等沉积工艺。优选的,可以采用原子层沉积工艺形成所述深沟槽隔离结构16。由于原子层沉积工艺通常用于进行原子尺度可控的薄膜生长,对深沟槽隔离结构的均匀度控制更好,并且,由于原子层沉积工艺是以单原子膜形式一层一层沉积形成薄膜,相比于其他沉积工艺,具有更强的填隙能力,可以满足所述深沟槽15内的深宽比的需求。
然后,在所述深沟槽15的侧壁及底部形成阻挡层171,所述阻挡层171覆盖所述深沟槽隔离结构16。具体的,所述阻挡层171覆盖所述二氧化铪层162。本实施例中,所述阻挡层171的材料可以包括氮化钛(TiN),所述氮化钛可以防止在后续工艺中填充的金属材料发生扩散,以避免扩散生成的副产物对所述深沟槽隔离结构16或所述衬底10产生影响。示例性的,所述氮化钛可以是采用TiCl4(氯化钛)形成的。具体的,采用TiCl4形成的反应物填充性能较好,在深宽比数值较高的所述深沟槽15中,有助于达到更好的填充效果。
接着,在所述深沟槽15内填充金属材料形成金属格栅17。本实施例中,所述金属材料包含金属钨(W)。示例性的,可以采用化学气相沉积工艺向所述深沟槽15内填充金属钨。相比于物理气相沉积工艺,采用化学气相沉积工艺,具有更强的填隙能力,可以满足所述深沟槽15内的深宽比需求。
本实施例中,由于所述金属格栅17的金属是向所述深沟槽15内填充形成的,相比于现有技术中通过对金属材料刻蚀形成金属格栅,可以有效避免刻蚀过程中的金属倒塌或剥落的问题。进一步地,现有技术中的深沟槽隔离结构中填充的是绝缘层,当所述深沟槽隔离结构受到损伤时可能会发生载流子扩散到相邻区域,而本发明实施例中,由于所述深沟槽隔离结构16内填充有金属,当所述深沟槽隔离结构16受到损伤时,载流子会随金属的布线导出,降低扩散危害性。
并且,本发明实施例在所述深沟槽15的侧壁及底部形成深沟槽隔离结构16之后,无需图案化即可直接在所述深沟槽15内形成金属格栅17,相比于现有技术中通过两次图案化工艺分别形成深沟槽隔离结构与金属格栅,本发明减少了工艺步骤,降低了工艺复杂度和成本。
在步骤S4中,请参考图5与图6所示,去除所述绝缘层12。
具体的,去除所述绝缘层12与所述保护层11,暴露出所述衬底10。
本实施例中,去除所述保护层11之后,还可以去除部分厚度的所述衬底10,且剩余的所述衬底10的上表面高于所述深沟槽隔离结构16的底部,形成如图7所示的结构。去除部分厚度的所述衬底10,以预留充足的区域以形成光电二极管区域。可以根据实际对所述深沟槽隔离结构16与所述光电二极管区域之间的位置关系的需求,确定去除的所述衬底10的厚度。
所述深沟槽隔离结构16的深度比后续形成的光电二极管区域深,即所述深沟槽隔离结构16贯穿所述光电二极管区域,从而获得更好的隔离效果,避免在不同像素区域之间发生光生载流子扩散的问题。
在步骤S5中,请参考图8所示,形成半导体材料在所述深沟槽隔离结构16之间的所述衬底10上,以形成光电二极管区域18。
本发明一实施例中,首先在所述衬底10上形成掺杂有第一元素的第一半导体材料层181,接着在所述第一半导体材料层181上形成掺杂有第二元素的第二半导体材料层182,之后在所述第二半导体材料层182上形成掺杂有第一元素的第三半导体材料层183。所述第一半导体材料层181、所述第二半导体材料层182与所述第三半导体材料层183共同构成所述光电二极管区域18。
其中,所述第一元素与所述第二元素不相同,所述第一元素为磷(P)或砷(As),所述第二元素为砷或磷,即所述第一元素为磷时,所述第二元素为砷;所述第一元素为砷时,所述第二元素为磷,但不限于此,所述第一元素与所述第二元素还可以是本领域技术人员已知的任意适合的元素。
由于在所述深沟槽隔离结构16之间的所述衬底10上直接形成所述光电二极管区18,无需进行离子注入,由此避免了由于离子注入对所述衬底10造成的损伤。
并且,在所述深沟槽隔离结构16之间的所述衬底10上依次形成掺杂有第一元素的第一半导体材料层181、掺杂有第二元素的第二半导体材料层182以及掺杂有第一元素的第三半导体材料层183,以形成具有浓度梯度的光电二极管区域18,从而增加光线的反射和折射,提高了所述光电二极管区域18的光电反应效率。
本发明实施例中,也可以在所述衬底10上形成掺杂有第一元素的第一半导体材料层与掺杂有第二元素的第二半导体材料层,也可以在所述衬底10上形成三层以上的半导体材料层,相邻所述半导体材料层掺杂有不同的元素,以形成具有浓度梯度的所述光电二极管区域18。
本发明另一实施例中,可以在所述衬底10上形成具有不同掺杂浓度而掺杂元素相同的半导体材料层,以形成具有浓度梯度的所述光电二极管区域18。示例性的,首先,在所述衬底10上形成具有第一掺杂浓度的第一半导体材料层,例如磷元素;接着,在所述第一半导体材料层上形成具有第二掺杂浓度的第二半导体材料层。其中,所述第一掺杂浓度与所述第二掺杂浓度不同,所述第一半导体材料层与所述第二半导体材料层的掺杂元素相同。掺杂元素包含但不限于磷、砷或锑。
当然,也可以继续在所述第二半导体材料层形成多层半导体材料层。相邻所述半导体材料层的掺杂浓度不同,以形成具有浓度梯度的所述光电二极管区域18。
需要说明的是,本发明对在所述衬底10上形成掺杂有不同元素的半导体材料的层数,或者,在所述衬底10上形成的具有不同掺杂浓度的半导体材料的层数并不作限定,形成的半导体材料层的层数越多,浓度梯度越大,从而越能够增加光线的反射和折射,提高所述光电二极管区域18的光电反应效率,但是层数增加,制作成本也会相应增加,可以根据实际需求确定所述半导体材料层的层数。
本发明实施例中通过在所述衬底10上形成掺杂有不同元素的半导体材料层,或者,在所述衬底10上形成掺杂浓度不同的半导体材料层,以形成具有浓度梯度的所述光电二极管区域18,从而增加光线的反射和折射,提高所述光电二极管区域18的光电反应效率。在本发明其他实施例中,也可以通过其他的方法在所述衬底10上形成具有浓度梯度的半导体材料层,本发明对此不作限定。所述半导体材料层的材料优选为硅。示例性的,可以采用外延的方式,磊晶出不同层的所述半导体材料层。
接着,请参考图9所示,形成所述光电二极管区18之后,所述制作方法还包括:形成第二保护层19在所述衬底10上,所述第二保护层19覆盖所述光电二极管区域18;接着,形成高k介质层20在所述第二保护层19上。
所述第二保护层19的材料包含氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等,可以采用化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)或原子层沉积(ALD)等方法形成所述第二保护层19。所述第二保护层19用于保护所述衬底10内的所述光电二极管区域18。所述高k介质层20的材料包含氧化铪(HfO2)、氧化鈦(TiO)或氧化镧(LaO),也可以包含氧化钽(Ta2O5)、氧化锶钛(SrTiO3)、氧化铪硅(HfSiO)或氧化锆(ZrO2)等,但不限于此。所述高k介质层20可以通过一种或多种薄膜沉积工艺形成,包括但不限于化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、热氧化、电镀、化学镀或其任何组合。
形成所述高k介质层20之后,还可以在所述高k介质层20上形成附着层21,所述附着层20的材质包括氧化硅。所述附着层21用于提高所述高k介质层20与后续形成的滤色器之间的附着力。
接着,请参考图10所示,形成滤色器22与微透镜23,所述滤色器22位于所述附着层21之上,所述微透镜23位于所述滤色器22之上。
本发明提供的图像传感器的制作方法中,首先在衬底10上形成绝缘层12,接着形成贯穿所述绝缘层12并延伸至所述衬底10内的深沟槽15,之后在所述深沟槽15的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构16,并在所述深沟槽15内填充金属材料形成金属格栅17,然后去除绝缘层12,形成半导体材料在所述深沟槽隔离结构16之间的所述衬底10上,以形成光电二极管区域18。本发明无需通过离子注入形成所述光电二极管区域18,从而避免了由于离子注入对衬底10造成的损伤。并且,本发明在深沟槽15的侧壁及底部形成深沟槽隔离结构16之后,无需图案化即可直接在所述深沟槽15内形成金属格栅17,相比于现有技术中通过两次图案化工艺分别形成深沟槽隔离结构与金属格栅,本发明减少了工艺步骤,降低了工艺复杂度和成本。
进一步的,在所述深沟槽隔离结构16之间的所述衬底101上依次形成掺杂有第一元素的第一半导体材料层181、掺杂有第二元素的第二半导体材料层182以及掺杂有第一元素的第三半导体材料层183,以形成具有浓度梯度的光电二极管区域18,从而增加光线的反射和折射,提高了所述光电二极管区域18的光电反应效率。
相应的,本发明还提供一种图像传感器,采用如上所述的图像传感器的制作方法制作而成。图10是本发明一实施例提供的形成微透镜之后的结构示意图,图11是图10在深沟槽内的局部放大示意图。请参考图10与图11所示,所述图像传感器包括:
衬底10;
深沟槽15,位于所述衬底10内,且所述深沟槽15的顶部高于所述衬底10的上表面;
深沟槽隔离结构16,位于所述深沟槽15的侧壁及底部;
金属格栅17,位于所述深沟槽15内;
光电二极管区域18,位于所述深沟槽15之间的所述衬底10上。
本发明提供的图形传感器中,在所述衬底10内形成深沟槽15,且所述深沟槽15的顶部高于所述衬底10的上表面,在所述深沟槽15之间的所述衬底10上形成所述光电二极管区域18,无需通过离子注入形成所述光电二极管区域18,从而避免了由于离子注入对所述衬底10造成的损伤。
进一步的,所述深沟槽隔离结构16包含依次位于所述深沟槽15侧壁及底部的氧化硅层161与二氧化铪层162。所述金属格栅17的材料包含金属钨,在所述深沟槽隔离结构16与所述金属格栅17之间还形成有阻挡层171,所述阻挡层171的材料包含氮化钛,所述氮化钛可以防止所述金属格栅17中的金属材料发生扩散。
进一步的,所述光电二极管区域18包含依次位于所述深沟槽隔离结构16之间的所述衬底10上的多层半导体材料层,例如依次包含掺杂有第一元素的第一半导体材料层181、掺杂有第二元素的第二半导体材料层182以及掺杂有第一元素的第三半导体材料层183,以形成具有浓度梯度的光电二极管区域18,从而增加光线的反射和折射,提高了所述光电二极管区域18的光电反应效率。所述第一元素为磷或砷,所述第二元素为砷或磷。
进一步的,所述图形传感器还包括第二保护层19以及位于所述第二保护层19之上的高k介质层20。所述保护层15位于所述光电二极管区域18之上。
优选的,所述图形传感器还包括滤色器22与微透镜23,所述滤色器22位于所述高k介质层20之上,所述微透镜23位于所述滤色器22之上。在所述高k介质层20与所述滤色器22还设置有附着层21。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明权利范围的任何限定,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种图像传感器的制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
提供一衬底,在所述衬底上形成第一保护层与绝缘层;
形成贯穿所述绝缘层、所述第一保护层并延伸至所述衬底内的深沟槽;
在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构,并在所述深沟槽内填充金属材料形成金属格栅;
去除所述绝缘层与所述第一保护层;以及
采用外延的方法形成两层或多层掺杂有不同元素或掺杂浓度不同的半导体材料层在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上,以形成光电二极管区域。
2.根据权利要求1所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一保护层包括氧化层与高k介质层。
3.根据权利要求1所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构的方法包括:
在所述深沟槽的侧壁及底部形成氧化硅层;以及
在所述深沟槽的侧壁及底部形成二氧化铪层,所述二氧化铪层覆盖所述氧化硅层。
4.根据权利要求1所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,在所述深沟槽的侧壁及底部填充绝缘材料形成深沟槽隔离结构之后,在所述深沟槽内填充金属材料形成金属格栅之前,所述制作方法还包括:
在所述深沟槽的侧壁及底部形成阻挡层,所述阻挡层覆盖所述深沟槽隔离结构。
5.根据权利要求1所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,在去除所述绝缘层之后,在形成光电二极管区域之前,所述制作方法还包括:去除部分厚度的所述衬底,且剩余的所述衬底的上表面高于所述深沟槽隔离结构的底部。
6.根据权利要求1所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,采用外延的方法形成两层或多层掺杂有不同元素或掺杂浓度不同的半导体材料层在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上,以形成光电二极管区域的方法包括:
在所述衬底上形成掺杂有第一元素的第一半导体材料层;
在所述第一半导体材料层上形成掺杂有第二元素的第二半导体材料层;以及
在所述第二半导体材料层上形成掺杂有第一元素的第三半导体材料层。
7.根据权利要求6所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,所述第一元素为磷或砷,所述第二元素为砷或磷。
8.根据权利要求1所述的图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述光电二极管区域之后,所述制作方法还包括:
依次形成第二保护层、高k介质层与滤色器在所述深沟槽隔离结构之间的所述衬底上。
9.一种图像传感器,其特征在于,采用如权利要求1~8中任一项所述的图像传感器的制作方法制作而成。
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102347337A (zh) * | 2010-07-26 | 2012-02-08 | 格科微电子(上海)有限公司 | 背面照光的cmos图像传感器 |
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Family Cites Families (12)
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KR100997312B1 (ko) * | 2007-03-14 | 2010-11-29 | 동부일렉트로닉스 주식회사 | 이미지 센서 및 그의 제조방법 |
KR101038889B1 (ko) * | 2008-11-05 | 2011-06-02 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
US9564468B2 (en) * | 2015-03-20 | 2017-02-07 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Composite grid structure to reduce crosstalk in back side illumination image sensors |
US10177187B2 (en) * | 2015-05-28 | 2019-01-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Implant damage free image sensor and method of the same |
CN107863361A (zh) * | 2016-09-22 | 2018-03-30 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种半导体器件及其制造方法和电子装置 |
CN107946327B (zh) * | 2017-10-13 | 2020-02-14 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 一种背照式cmos图像传感器结构的制作方法 |
US10510788B2 (en) * | 2017-10-31 | 2019-12-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Semiconductor image sensor |
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CN109192741B (zh) * | 2018-08-23 | 2021-03-02 | 德淮半导体有限公司 | 背照式图像传感器的形成方法 |
US11769779B2 (en) * | 2019-12-23 | 2023-09-26 | Omnivision Technologies, Inc. | Method for passivating full front-side deep trench isolation structure |
US11647300B2 (en) * | 2020-12-07 | 2023-05-09 | Omnivision Technologies, Inc. | Method for forming LED flickering reduction (LFR) film for HDR image sensor and image sensor having same |
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Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102347337A (zh) * | 2010-07-26 | 2012-02-08 | 格科微电子(上海)有限公司 | 背面照光的cmos图像传感器 |
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