一种图像传感器件及其制造方法

技术领域

本发明涉及图像传感技术领域，特别涉及一种图像传感器件及其制造方法。

背景技术

图像传感器具有感光区域，感光区域可以对光信号做出感应，将光信号转换为电信号。感光区域根据光照的强弱，也会生成不同大小的电信号。在图像传感器的制程中，在形成感光区域时，需要通过离子掺杂形成PN结，而高能量的离子注入，会对图像传感器的衬底造成损伤。

由于衬底的损伤，感光区易产生电子电洞，电子经由周边损伤区域流向感光区域或其他结构层，因此在相邻感光区之间以及感光区与其他结构层之间产生串扰。因此感光区域的形成会导致图像传感器的串扰加深、漏电流加大，并且影响到图像传感器的制程良率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器件及其制造方法，能够提升图像传感器的制造良率，并降低漏电流、减少信号串扰。

为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种图像传感器件，包括：

衬底；

深槽隔离结构，部分设置在所述衬底中；

电子发射层，部分所述电子发射层设置在相邻的所述深槽隔离结构之间，且所述电子发射层覆盖所述深槽隔离结构的侧壁和所述衬底的表面，另一部分所述电子发射层设置在所述深槽隔离结构上；

电子接收层，设置在所述电子发射层上；

介质层，设置在所述电子接收层上，其中位于相邻的所述深槽隔离结构之间的所述电子发射层、所述电子接收层和所述介质层形成光电反应结构；以及

遮光层，设置在所述介质层上，且所述遮光层位于所述深槽隔离结构上，其中位于所述深槽隔离结构上的所述电子发射层、所述电子接收层、所述介质层和所述遮光层形成遮光结构。

在本发明一实施例中，所述光电反应结构的厚度大于所述深槽隔离结构的一半高度，且所述光电反应结构的厚度小于所述深槽隔离结构的高度。

在本发明一实施例中，所述图像传感器件包括浅槽隔离结构，所述浅槽隔离结构设置在所述衬底中，所述浅槽隔离结构和所述深槽隔离结构为对称图形，且所述浅槽隔离结构和所述深槽隔离结构具有同一对称轴。

在本发明一实施例中，所述光电反应结构的表面低于所述深槽隔离结构的顶面。

本发明提供了一种图像传感器件的制造方法，包括以下步骤：

提供一衬底，并形成深槽隔离结构于所述衬底中；

蚀刻部分所述衬底，形成沉积沟槽于相邻的所述深槽隔离结构之间；

形成电子发射层于所述沉积沟槽内和所述深槽隔离结构上，形成电子接收层于所述电子发射层上，形成介质层于所述电子接收层上，形成遮光层于所述介质层上；以及

移除位于所述沉积沟槽上的所述电子发射层、所述电子接收层、所述介质层和所述遮光层，并形成光电反应结构于所述沉积沟槽内，形成遮光结构于所述深槽隔离结构上。

在本发明一实施例中，形成沉积沟槽的步骤中，蚀刻所述衬底，直到所述沉积沟槽的槽深大于所述深槽隔离结构的一半高度。

在本发明一实施例中，在形成所述介质层的步骤中，沉积所述介质层于所述电子接收层上，直到所述介质层的表面高于所述深槽隔离结构的顶面。

在本发明一实施例中，形成所述深槽隔离结构之前，形成逻辑单元于所述衬底上。

在本发明一实施例中，形成所述逻辑单元的步骤包括：

形成浅槽隔离结构于所述衬底中；

形成半导体器件层于所述衬底上；以及

形成金属互连层于所述半导体器件层上。

在本发明一实施例中，所述光电反应结构和所述遮光结构同步形成，且相邻的所述遮光结构的间距大于或等于所述光电反应结构的宽度。

如上所述，本发明提供了一种图像传感器件及其制造方法，本发明意想不到的技术效果在于：本发明形成光电反应结构的过程不需要经过退火等工艺，也不需要进行离子注入，因此制程既不会产生高热预算，也不会损伤光电反应结构附近的衬底结构，并且在形成光电反应结构后，无需再对深槽隔离结构和衬底进行调整。根据本发明提供的图像传感器件的制造方法，在形成光电反应结构时，热预算更低，成型精度更高，并且光电反应结构之间的串扰更低。并且，本发明提供的图像传感器件的暗电流大大降低，还能够更好地控制光电反应结构的深度，从而加工出符合集成电路设计的关键尺寸。本发明的制造良率得到了提升。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。

图1为本发明一实施例中逻辑单元的结构示意图。

图2为本发明一实施例中深沟槽的结构示意图。

图3为本发明一实施例中深槽隔离结构的结构示意图。

图4为本发明一实施例中沉积沟槽的结构示意图。

图5为本发明一实施例中电子发射层、电子接收层和介质层的结构示意图。

图6为本发明一实施例中第二光阻图案和遮光层的结构示意图。

图7为本发明一实施例中光电反应结构和遮光结构的结构示意图。

图8为本发明一实施例中滤光片的结构示意图。

图9为本发明一实施例中图像传感器件的结构示意图。

图中：10、逻辑单元；20、像素单元；100、衬底；101、浅槽隔离结构；102、半导体器件层；103、金属互连层；104、深沟槽；105、深槽隔离结构；106、沉积沟槽；107、电子发射层；107a、第一电子发射层；107b、第二电子发射层；108、电子接收层；108a、第一电子接收层；108b、第二电子接收层；109、介质层；109a、第一介质层；109b、第二介质层；110、遮光层；111、光电反应结构；112、遮光结构；113、透光沟槽；114、滤光片；115、微透膜；200、第一光阻图案；300、第二光阻图案；301、蚀刻窗口。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图9所示，本发明提供的图像传感器可以是CMOS图像传感器。其中，CMOS图像传感器包括像素阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口，以及控制接口，且上述功能元件被集成在同一块硅片上。其中，CMOS图像传感器包括逻辑单元10和像素单元20，像素单元20对光信号敏感，可以获取光信号，并将光信号转换为可被逻辑单元10识别的电信号。逻辑单元10可以识别并处理电信号，实现CMOS图像传感器的多种功能。在CMOS图像传感器的像素单元20中，每个像素节点对应着像素结构的信号通路节点，而多个像素单元20阵列排布形成像素阵列，并形成像素通路。在本实施例中，图像传感器包括多个像素通路。

请参阅图1至图9所示，本发明提供了一种图像传感器件的制造方法，首先提供一衬底100。衬底100例如为形成图像传感器的硅基材。其中，衬底100可以包括基材以及设置在基材上方的硅层，基材例如为硅（Si）、碳化硅（SiC）、蓝宝石（Al

请参阅图1所示，在本发明一实施例中，半导体器件层102可以是场效应管（FieldEffect Transistor，FET）、金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal Oxide SemiconductorField Effect Transistor，MOSFET）、互补金属氧化物半导体（Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS）、绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT）、高速恢复二极管（Fast Recovery Diode，FRD）、高速高效整流二极管（Figh Efficiency Diode，HED）、定压二极管、高频二极管、发光二极管（Light-EmittingDiode，LED）、栅极光闭晶闸管（Gate Turn off Thyristor，GTO）、光触发晶闸管（LightTriggered Thyristor，LTT）、晶闸管（Thyristor）、电荷耦合器（Charge Coupled Device，CCD图像传感器）、数字信号处理器件（Digital Signal processor，DSP）、光继电器（PhotoRelay）或微处理器（Micro Processor）等半导体器件中的一种或几种。金属互连层103包括将半导体器件层102中的不同半导体器件电性连接，从而构成逻辑单元10的集成电路。

请参阅图1至图3所示，在本发明一实施例中，蚀刻衬底100，形成深沟槽104，并填充深沟槽104，形成深槽隔离结构105。在本实施例中，在蚀刻深沟槽104的步骤中，首先在衬底100上形成第一光阻图案200。具体的，在衬底100的一侧旋涂光刻胶，形成光阻层，接着在掩模板的辅助下对光阻层进行曝光显影处理，形成第一光阻图案200。以第一光阻图案200为掩膜，蚀刻衬底100，形成深沟槽104。其中深沟槽104的深度大于浅槽隔离结构101的高度。在蚀刻完成后，去除第一光阻图案200。接着，通过化学气相沉积（Chemical VaporDeposition，CVD）或等离子体增强化学气相沉积（Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD）等方式在深沟槽104内沉积氮化硅（Si

请参阅图3和图4所示，在本发明一实施例中，蚀刻部分衬底100，形成沉积沟槽106于相邻的深槽隔离结构105之间。在本实施例中，通过干法蚀刻蚀刻衬底100，且衬底100的蚀刻深度大于深槽隔离结构105的一半高度。其中干法蚀刻的气体为氟基气体，且可以是甲烷（CF

请参阅图4和图5所示，在本发明一实施例中，形成电子发射层107于衬底100上和深槽隔离结构105上，形成电子接收层108于的电子发射层107上，形成第三沉积层于电子接收层108上。在本实施例中，通过化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积等工艺在衬底100上和深槽隔离结构105上沉积掺杂磷元素的硅材料，形成电子发射层107。其中电子发射层107覆盖沉积沟槽106的槽壁和深槽隔离结构105露出的壁面。具体的，电子发射层107包裹深槽隔离结构105。接着通过化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积等工艺在电子发射层107上沉积掺杂砷元素的硅材料，形成电子接收层108。接着通过化学气相沉积或等离子增强化学气相沉积等工艺在电子接收层108上沉积氧化物，形成介质层109。在本实施例中，电子发射层107和电子接收层108的厚度相等，且电子发射层107和电子接收层108中的硅材料不限于硅（Si）和碳化硅（SiC）等半导体基板材料。其中，电子发射层107和电子接收层108连接，形成PN结。在本实施例中，介质层109的材料可以是氧化硅（SiO

请参阅图4和图5所示，在本发明一实施例中，在形成电子发射层107的步骤中，当深槽隔离结构105为梯形，如图4和图5所示，电子发射层107的形成过程中，会优先填充沉积沟槽106的拐角部，从而形成如图5所示的竖直平面的电子发射层107。其中，沉积沟槽106的拐角部为沉积沟槽106侧壁和底壁的连接处。如图5所示，电子发射层107覆盖深槽隔离结构105时，电子发射层107的外壁为竖直面。因此，在形成电子接收层108和介质层109时，电子接收层108和介质层109的表面都为水平面或竖直面。在本实施例中，介质层109的表面高于深槽隔离结构105的表面。

请参阅图5和图6所示，在本发明一实施例中，形成介质层109后，形成遮光层110于介质层109上。在本实施例中，通过物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）在介质层109的表面沉积遮光材料，形成遮光层110。本实施例中形成遮光层110的方式可以是电镀或溅镀，且不限于电镀或溅镀。本实施例中遮光材料为金属材料，且具体为铝金属。本发明中遮光层110的厚度大于介质层109的厚度。其中，在深槽隔离结构105上，遮光层110、介质层109、电子接收层108和电子发射层107的厚度之和为预设厚度。在形成遮光层110时，遮光层110的沉积厚度可以大于预设的厚度，接着通过化学机械抛光（Chemical MechanicalPolishing，CMP）研磨遮光层110的表面，使遮光层110的表面与衬底100的表面齐平，以利于后续制程形成透镜结构。

请参阅图6和图7所示，在本发明一实施例中，蚀刻部分遮光层110、部分介质层109、部分电子接收层108和部分电子发射层107，形成光电反应结构111和遮光结构112，以及透光沟槽113。在本实施例中，在遮光层110上旋涂光刻胶，形成光阻层，接着通过曝光显影等方式处理所述光阻层，形成第二光阻图案300。在本实施例中，第二光阻图案300包括蚀刻窗口301。其中第二光阻图案300在深槽隔离结构105上的正投影位于深槽隔离结构105的顶面中。具体的，第二光阻图案300的宽度小于等于深槽隔离结构105的宽度。以第二光阻图案300为掩膜，通过干法蚀刻移除遮光层110、介质层109、电子接收层108和电子发射层107，且蚀刻至去除蚀刻窗口301中的全部遮光层110。由于在形成介质层109时，控制介质层109的厚度，使介质层109的表面高于深槽隔离结构105的顶面。因此在本实施例中，可以以深槽隔离结构105的顶面为蚀刻停止位置，对遮光层110、介质层109、电子接收层108和电子发射层107进行蚀刻。在本实施例中，在完成蚀刻后，检测遮光层110已完全去除，若未完全去除，可以继续蚀刻直到遮光层110完全去除。蚀刻完成后，去除第二光阻图案300。

请参阅图4、图6和图7所示，在本发明一实施例中，去除第二光阻图案300后，形成光电反应结构111于相邻的深槽隔离结构105之间，形成遮光结构112于深槽隔离结构105上。并且，相邻的遮光结构112之间形成透光沟槽113。透光沟槽113位于光电反应结构111上，且透光沟槽113覆盖光电反应结构111。其中电子发射层107、电子接收层108、介质层109被蚀刻后，部分位于衬底100上，部分位于深槽隔离结构105上。其中，位于衬底100上的第一电子发射层107a、第一电子接收层108a和第一介质层109a形成光电反应结构111。具体的，光电反应结构111设置于沉积沟槽106内。位于深槽隔离结构105上的第二电子发射层107b、第二电子接收层108b和第二介质层109b，以及遮光层110形成遮光结构112。

请参阅图6和图7所示，在本发明一实施例中，通过沉积方式形成光电反应结构111，且形成的过程不需要经过退火等工艺，也不需要进行离子注入。因此本发明形成光电反应结构111的方式既不会产生高热预算，也不会损伤光电反应结构111附近的衬底结构，并且在形成光电反应结构111后，无需再对深槽隔离结构105和衬底100进行调整。因此本发明提供的图像传感器件的制造方法，在形成光电反应结构111时，热预算更低，成型精度更高，并且光电反应结构111之间的串扰可能更低。需要说明的是，图像传感器件中，器件的堆积热量会直接影响到暗电流的大小。堆积热量越高，暗电流也会越大，从而导致图像传感器件的电流信号准确性降低，导致图像处理精度降低。因此在加工半导体结构时的热预算会直接影响到图像传感器件的暗电流性能，而本发明提供的图像传感器件的暗电流大大降低。并且，形成光电反应结构111时，衬底100能被良好保护，电子发射层107和电子接收层108中，以及衬底100中不会出现电子电洞，从而提升了光电反应结构111转换光信号后的电信号精度。在本发明提供的图像传感器件的制造方法中，能够更好地控制光电反应结构111的深度，从而加工出符合集成电路设计的关键尺寸。且在本实施例中，能够将光电反应结构111的深度控制在深槽隔离结构105的中部，能够更好地降低光电反应结构111之间的串扰。需要说明的是，光电反应结构111的深度大于深槽隔离结构105的一半高度，且光电反应结构111的深度小于深槽隔离结构105的深度，以减少电信号串扰。

请参阅图7至图9所示，在本发明一实施例中，形成滤光片114于透光沟槽113中，并形成微透膜115于滤光片114上和遮光结构112上。在本实施例中，滤光片114为彩色滤光片（Color Filter，CF）。多个滤光片114分别过滤不同光谱的单色光，例如用于过滤得到红光、橙光、黄光、绿光、蓝光、紫光。接着，通过化学气相沉积工艺制成微透膜115，用于提升入射光线的聚焦能力。其中，光电反应结构111、深槽隔离结构105、衬底100、遮光结构112和滤光片114，以及微透膜115形成像素单元20。入射光线聚焦穿过微透膜115，通过滤光片114筛选后，设定波长的光线穿过滤光片114，到达光电反应结构111。其中，遮光结构112能够避免不同通道的光信号出现互相串扰。光电反应结构111接收到入射光线的光信号能量，形成光生电流。本发明省略了如焊盘、栓塞和硅通孔等电性连接结构。通过电性连接结构，光生电流传输至逻辑单元10中。经由逻辑单元10的处理，形成多种图像处理结果。

本发明提供了一种图像传感器件及其制造方法。其中图像传感器件的制造方法包括以下步骤。首先提供一衬底，并形成深槽隔离结构于衬底中。接着，蚀刻部分衬底，形成沉积沟槽于相邻的深槽隔离结构之间。接着，形成电子发射层于沉积沟槽内和深槽隔离结构上，形成电子接收层于电子发射层上，形成介质层于电子接收层上，形成遮光层于介质层上。接着，移除位于沉积沟槽上的电子发射层、电子接收层、介质层和遮光层，并形成光电反应结构于沉积沟槽内，形成遮光结构于深槽隔离结构上。经本发明提供的图像传感器件的制造方法，图像传感器件包括衬底、深槽隔离结构、电子发射层、电子接收层、介质层和遮光层。其中部分深槽隔离结构设置在衬底中。部分电子发射层设置在相邻的深槽隔离结构之间，且电子发射层覆盖深槽隔离结构的侧壁和衬底的表面，另一部分电子发射层设置在深槽隔离结构上。电子接收层设置在电子发射层上。介质层设置在电子接收层上，其中位于相邻的深槽隔离结构之间的电子发射层、电子接收层和介质层形成光电反应结构。遮光层设置在介质层上，且遮光层位于深槽隔离结构上，其中位于深槽隔离结构上的电子发射层、电子接收层、介质层和遮光层形成遮光结构。本发明意想不到的技术效果在于：本发明形成光电反应结构的过程不需要经过退火等工艺，也不需要进行离子注入，因此制程既不会产生高热预算，也不会损伤光电反应结构附近的衬底结构，并且在形成光电反应结构后，无需再对深槽隔离结构和衬底进行调整。根据本发明提供的图像传感器件的制造方法，在形成光电反应结构时，热预算更低，成型精度更高，并且光电反应结构之间的串扰更低。并且，本发明提供的图像传感器件的暗电流大大降低，还能够更好地控制光电反应结构的深度，从而加工出符合集成电路设计的关键尺寸。本发明的制造良率得到了提升。

以上公开的本发明实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。