[发明专利]图像传感器及其形成方法

说明书

本发明公开了一种图像传感器以及形成方法，该方法包括：通过刻蚀和外延工艺，在半导体衬底中形成沟槽；在所述沟槽表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第二介质层；去除所述沟槽开口附近的部分所述第一介质层和所述第二介质层；形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭；其中，所述沟槽对应的区域用于形成图像传感器的侧向光学隔离结构。该侧向光学隔离结构可以包括中空间隙结构。入射光线照射到中空间隙结构上将发生全反射，从而有效降低相邻像素单元之间的光线串扰。通过外延工艺，在沟槽侧壁形成侧向PN结，实现相邻像素单元之间的电学隔离。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术

CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor, CIS）是将光学图像转化为电信号的半导体器件。CIS包括用于感光的光电二极管（photodiode, PD）和用于将所感测的光处理为电信号的逻辑电路。

对CIS的感光区域进行隔离，常见于背照式图像传感器工艺。通常的方法中，先进行衬底晶圆背面减薄工艺，再通过光刻工艺在晶圆表面形成用于图像感光区域隔离的图形，进而通过刻蚀工艺在衬底背面形成深沟槽，继而在深沟槽中填充介质完成图像传感器感光区域的隔离。

但是，这种传统方法仍存在以下问题：①在研磨衬底晶圆背面减薄过程中，晶圆衬底容易发生扭曲变形，而且光刻本身的对准误差也会使得晶圆背面沟槽图形与像素中心有较大的误差，导致侧向隔离的不均匀性，影响隔离效果；②在刻蚀工艺中用到的等离子体会损伤侧壁，而在晶圆背面工艺中，没有办法承受高温工艺，从而难以对侧壁损伤进行修复；③相邻的两个像素单元侧向隔离区和对角交叉区域的图形线宽存在差异，会导致在相邻像素侧向区域和对角交叉区域的深度差异，影响隔离和噪点效果。

发明内容

基于现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种图像传感器的形成方法，包括：通过刻蚀和外延工艺，在半导体衬底中形成沟槽；在所述沟槽表面形成第一介质层；在所述第一介质层表面形成第二介质层；去除所述沟槽开口附近的部分所述第一介质层和所述第二介质层；形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭；其中，所述沟槽对应的区域用于形成图像传感器的侧向光学隔离结构。

可选的，所述第一介质层为氧化硅；所述第二介质层为氮化硅或氮氧化硅。

可选的，通过调整所述氮化硅生长工艺，使所述氮化硅带负电荷，对所述沟槽侧壁产生钉扎。

可选的，所述第一介质层或所述第二介质层作为半导体衬底背面减薄工艺的停止层。

可选的，所述半导体衬底包括像素区和非像素区；所述通过刻蚀和外延工艺，在半导体衬底中形成沟槽包括：通过刻蚀和外延工艺，在所述像素区和所述非像素区同时形成所述沟槽。

可选的，所述通过刻蚀和外延工艺，在半导体衬底中形成沟槽包括：在半导体衬底上形成图案化的第一掩膜层；通过刻蚀工艺，在半导体衬底中形成第一沟槽；通过外延工艺，在所述第一沟槽表面形成至少一层外延层并形成侧向PN结，使所述第一沟槽线宽变窄，形成所述沟槽。

可选的，所述去除所述沟槽开口附近的部分所述第一介质层和所述第二介质层包括：去除所述沟槽开口附近的部分所述第二介质层；通过第三介质层填充，使所述沟槽开口封闭；通过第二掩膜层覆盖对准区和器件隔离区，去除像素区的第三介质层和所述沟槽开口附近的部分所述第一介质层；所述形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭包括：形成第一外延层，使所述像素区的沟槽开口封闭。

可选的，所述形成第一外延层，使所述沟槽的开口封闭之后还包括：去除第一掩膜层和第二掩膜层；在所述第一外延层上形成晶体管。

可选的，所述侧向光学隔离结构包括中空间隙结构。

本发明还提供了一种图像传感器，通过上述图像传感器的形成方法形成。