图像传感器器件及制造方法技术

本发明专利技术的实施例提供了背照式(BSI)图像传感器器件，该器件被描述为具有形成在牺牲衬底上的像素隔离结构。感光层外延生长在像素隔离结构上方。在感光层中邻近像素隔离结构形成辐射检测区域。像素隔离结构包括介电材料。辐射检测区域包括光电二极管。通过牺牲衬底的平坦化去除产生BSI图像传感器器件的背侧表面以物理暴露像素隔离结构或至少光学暴露感光层。本发明专利技术的实施例还提供了一种用于制造图像传感器器件的方法。

Image sensor device and manufacturing method thereof

Embodiments of the present invention provide a backside illuminated (BSI) image sensor device that is described as having a pixel isolation structure formed on a sacrificial substrate. The photosensitive layer is epitaxially grown above the pixel separation structure. A radiation detection region is formed in the photosensitive layer adjacent to the pixel isolation structure. The pixel isolation structure includes dielectric material. The radiation detection area includes photodiodes. The back surface of the BSI image sensor device is removed by planarization of the sacrificial substrate to physically expose the pixel separation structure or at least optically expose the photosensitive layer. Embodiments of the present invention also provide a method for manufacturing an image sensor device.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器器件及制造方法
本专利技术的实施例涉及半导体领域，更具体地涉及图像传感器器件及制造方法。
技术介绍
半导体图像传感器用于感测光。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)传感器广泛用于各种应用，例如，包括网络摄像机、数码视频摄录机、数码单反(SLR)相机、数码无反(mirrorless)相机、数码手机相机等。这样的器件使用传感器像元(pictureelements)(像素)的阵列，例如，该传感器像元的阵列采用光电二极管来吸收电磁辐射并且将吸收的辐射转换为电信号(光电流)。背照式(BSI)图像传感器是一种这样的器件。随着器件部件尺寸缩小，传统的BSI图像传感器可以经受涉及串扰(XT)和模糊(blooming)的问题。当落在传感器像素上的光子被相邻的像素错误地检测时，出现一种形式的XT。当给定的传感器像素中的电荷超过峰值饱和电平并且泄漏至邻近像素上时，出现模糊。图像传感器阵列中的邻近的像素之间的不良的隔离可以导致或加重这些问题。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种用于制造图像传感器器件的方法，所述方法包括：在衬底上沉积介电材料；图案化所述介电材料以形成像素隔离结构；在所述像素隔离结构上方形成外延层；以及在所述外延层中邻近所述像素隔离结构形成辐射检测区域。本专利技术的实施例还提供了一种图像传感器器件，包括：像素隔离结构，具有第一内部设置的区域和外部设置的区域，所述第一内部设置的区域包括介电材料，所述外部设置的区域包括掺杂的介电材料；以及感光层，邻近所述像素隔离结构，所述感光层具有包括辐射检测区域的第二内部设置的区域；其中：所述像素隔离结构具有包括所述像素隔离结构的暴露表面的第一表面；所述感光层具有包括所述感光层的暴露表面的第二表面；和所述第一表面和所述第二表面包括所述图像传感器器件的背侧表面的至少一部分。本专利技术的实施例还提供了一种用于制造背照式(BSI)图像传感器器件的方法，所述方法包括：图案化介电材料以在衬底的第一侧部上形成多个像素隔离结构；在所述衬底的第一侧部和所述多个像素隔离结构上方外延沉积感光层；在所述感光层中邻近并且在所述多个像素隔离结构之间形成多个辐射检测区域；以及去除所述衬底的第二侧部的至少一部分以物理暴露所述多个像素隔离结构并且光学暴露所述感光层。附图说明为了更全面地理解本专利技术的实施例及其优势，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：图1至图6以截面图示出了根据代表性实施例的形成背照式(BSI)图像传感器器件的方法；图7以不完全的截面图示出了根据代表性实施例的像素隔离器件部件；图8至图9以截面图示出了根据代表性实施例的外延沉积的感光层(photolayers)；图10是根据代表性实施例示出了形成BSI图像传感器器件的方法(1000)的流程图。除非另外指出，否则不同附图中的相应编号和符号通常表示相应的元件。绘制视图以代表性地示出所公开的实施例的相关方面，并且不必按比例绘制视图。具体实施方式下面详细讨论所公开的实施例的制作和使用。然而，应当理解，本说明书提供了可以体现在各种环境中的许多可应用的专利技术概念。本文所论述的具体实施例仅示出了制造和使用所公开的主题的具体实施例，而不限制各种其他实施例的范围。将关于具体背景来描述代表性实施例，即，背照式(BSI)图像传感器器件。可以通过将所公开的器件、结构、元件、部件、方法或工艺应用或扩展至各种其他图像传感器或半导体器件、结构、元件、部件、方法或工艺来实现附加的实施例和内容。用于生产BSI图像传感器的传统的方法开始于提供感光层衬底，其中，随后通过离子注入形成光电二极管。栅极氧化物层和传输门(transfergate)形成在衬底上。逻辑器件和具有一个或多个金属化层的互连层穿过钝化层接合至感光层衬底装配件。然后，进行蚀刻工艺以在感光衬底材料中形成沟槽隔离凹槽。之后，沉积介电材料以填充沟槽凹槽。然后利用金属氧化物层覆盖填充的沟槽和暴露的感光层衬底以形成BSI图像传感器的背侧表面。用于制造沟槽隔离器件的传统的方法通常涉及去除感光层材料以形成隔离结构。用于形成传统的沟槽隔离器件的蚀刻工艺可以在沟槽凹槽的表面中或上导致缺陷。这些缺陷可以包括捕获电子或空穴的物理、化学、和/或电瑕疵。捕获的载荷可以产生泄漏电流，这显示出图像感测器件的实质问题。例如，由于大量的泄漏电流，所以辐射感测器件可以错误地检测光，甚至在将图像传感器放置在光暗环境下。或者说，图像传感器可以“看见”没有光的地方的光。在这种情形下，泄漏电流可以称为“暗电流”，并且包含受影响的辐射感测器件的像素可以成为被称为“白像素”的事物。暗电流和白像素是降低其相关联的图像传感器器件的性能特点的电像差(aberration)的形式。参考图1，根据本专利技术的代表性实施例的方法开始于提供具有第一侧部和第二侧部的牺牲衬底(衬底110)。衬底110具有在从约100μm至约3000μm的范围内的初始厚度。在一个实施例中，衬底110可以包括p型掺杂剂并且具有约770μm的初始厚度。介电层沉积(图10，步骤1010)在衬底110的第一侧部上并且被图案化(图10，步骤1020)以产生像素隔离结构120a、120b、120c、120d。可以使用CVD、物理汽相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)等或它们的组合将介电材料沉积在衬底110上。在一个实施例中，可以利用等离子体增强的化学汽相沉积(PECVD)来沉积介电材料。硬掩模材料沉积在介电材料上方。使用光刻胶(如，通过旋涂沉积的)和各种对准、成像、显影、冲洗、干燥、烘焙、剥离、和/或蚀刻工艺或它们的组合、本领域中已知的工艺来光刻图案化硬掩模材料。曝光和显影将来自光刻胶的图案转移至下面的硬掩模层。之后，可以蚀刻介电层并且去除硬掩模材料以产生像素隔离结构120a、120b、120c、120d。在其他的实施例中，例如，可以利用无掩模光刻、电子束写入、离子束写入等来实施或替换光刻工艺。蚀刻工艺可包括干蚀刻、湿蚀刻、或它们的组合。例如，像素隔离结构120a、120b、120c、120d的介电材料可以包括氧化物材料、氮化物材料或氮氧化物材料。在一个实施例中，形成像素隔离结构120a、120b、120c、120d的介电材料可以包括SiO2。在其他的代表性实施例中，形成像素隔离结构120a、120b、120c、120d的介电材料可以可选地或结合地包括SiC、SiN、SiOC、SiON等、或它们的组合。根据本文公开的各个代表性实施例，用于像素隔离结构制造的方法通常包括沉积介电材料之前的步骤和图案化所沉积的介电材料之后的步骤以形成隔离结构。在各个实施例中，像素隔离结构120a、120b、120c、120d可以包括具有在从约1μm至约3μm的范围内的深度的深沟槽隔离(DTI)结构。在代表性实施例中，像素隔离结构120a、120b、120c、120d可以具有约1μm的深度。根据一个实施例，如图2代表性地示出，可以以共形的方式利用掺杂剂源材料覆盖像素隔离结构120a、120b、120c、120d以产生掺杂剂层205。可以在约1E19离子/立方厘米(ions/cm3)至约2E21离子/立方厘米的剂量下利用低压化学汽相沉积(LPCVD)将诸如掺杂硼的多晶硅(Si：B)的掺杂的材料沉本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造图像传感器器件的方法，所述方法包括：在衬底上沉积介电材料；图案化所述介电材料以形成像素隔离结构；在所述像素隔离结构上方形成外延层；以及在所述外延层中邻近所述像素隔离结构形成辐射检测区域。

【技术特征摘要】
2015.12.11 US 14/967,0461.一种用于制造图像传感器器件的方法，所述方法包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑有宏，林东毅，陈韦立，杜友伦，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71