图像传感器及其形成方法技术

本发明专利技术技术方案公开了一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底内形成分立的光电二极管及沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电二极管之间；在所述半导体衬底上形成无定型碳层；在所述无定型碳层形成露出所述半导体衬底的凹槽，所述凹槽定义出隔离结构的位置和尺寸；在所述凹槽内填满隔离结构材料；去除所述无定型碳层，露出分立排列的隔离结构；在所述隔离结构之间形成滤色片和微透镜。本发明专利技术技术方案可以简化图像传感器的隔离结构的形成工艺。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法
本专利技术涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。
技术介绍
图像传感器从物体接收光信号且将光信号转化为电信号，接着电信号可以被传输用于进一步的处理，诸如数字化，然后在诸如存储器、光盘或磁盘的存储器件中存储，或用于在显示器上显示、打印等。图像传感器通常用于诸如数字相机、摄像机、扫描仪、传真机等装置。图像传感器通常有两种类型，电荷藕合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器(CIS)。CCD称为光电耦合器件，通过光电效应收集电荷，每行像素的电荷随时钟信号被送到模拟位移寄存器上，然后串行转换为电压。CIS是一种快速发展的固态图像传感器，由于CMOS图像传感器中的图像传感器部分和控制电路部分集成于同一芯片中，因此CMOS图像传感器的体积小、功耗低、价格低廉，相较于传统的CCD(电荷耦合)图像传感器更具优势，也更易普及。现有的CMOS图像传感器主要包括前照式(FSI，Front-sideIllumination，简称)CMOS图像传感器和背照式(BSI，Back-sideIllumination)CMOS图像传感器两种。其中，在背照式图像传感器中，光从图像传感器的背面经过微透镜和滤色片入射到图像传感器中的感光二极管上，从而将光能转化为电能；背照式CMOS图像传感器因其更好的光电转换效果(即量子转化效率高)而获得的更广泛的应用。现有的CMOS图像传感器会在滤色片之间形成滤色片隔离(CFI，ColorFilterIsolation)，以此减少光线串扰。但是随着工艺节点的不断减小，在制作图像传感器的过程中，滤色片隔离的尺寸和形貌越来越不容易控制，使得形成工艺也越来越复杂。
技术实现思路
本专利技术技术方案要解决的技术问题是如何简化滤色片隔离的形成工艺并有效控制滤色片隔离的尺寸和形貌。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底内形成分立的光电二极管及沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电二极管之间；在所述半导体衬底上形成无定型碳层；在所述无定型碳层形成露出所述半导体衬底的凹槽，所述凹槽定义出隔离结构的位置和尺寸；在所述凹槽内填满隔离结构材料；去除所述无定型碳层，露出分立排列的隔离结构；在所述隔离结构之间形成滤色片和微透镜。可选的，形成所述无定型碳层采用化学气相沉积工艺。可选的，形成所述凹槽采用刻蚀工艺或灰化工艺。可选的，去除所述无定型碳层采用刻蚀工艺或灰化工艺。可选的，所述刻蚀工艺采用的气体是O3。可选的，所述灰化工艺的温度范围为大于或等于100℃。可选的，所述隔离结构材料为二氧化硅或氮化硅。可选的，所述无定型碳层的厚度大于图像传感器的滤色片的厚度，所述图像传感器的形成方法还包括：在所述隔离结构的高于滤色片的表面形成吸光材料层。可选的，所述在所述隔离结构的高于滤色片的表面形成吸光材料层包括：在所述滤色片表面和隔离结构表面涂布吸光材料；采用光刻、刻蚀工艺在所述隔离结构的高于滤色片的表面形成吸光材料层。为解决上述问题，本专利技术技术方案还提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；光电二极管，位于所述半导体衬底内，且所述光电二极管分立排列；沟槽隔离结构，位于所述半导体衬底内，且位于所述光电二极管之间；隔离结构，分立排列于所述半导体衬底上；滤色片和微透镜，位于所述隔离结构之间。可选的，所述隔离结构的材料为二氧化硅或氮化硅。可选的，所述隔离结构的厚度大于图像传感器的滤色片的厚度，所述图像传感器还包括：吸光材料层，位于所述隔离结构的高于滤色片的表面。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：在形成隔离结构前，先形成一层无定型碳层，在所述无定型碳层形成凹槽，由于无定型碳具有多孔疏松的特性，容易去除且容易形成形貌好的结构，因此能够很好地控制所述无定型碳层的凹槽形成，形成关键尺寸符合要求的凹槽；后续在凹槽内填充隔离结构材料由此形成隔离结构，由于填充隔离结构材料时无定型碳层很好地支撑了隔离结构材料，确保形成尺寸形貌符合要求的隔离结构，因此无需复杂的工艺就能形成更高、形貌更好的隔离结构。在工艺节点不断减小的过程中，有效控制了所述隔离结构关键尺寸达到相应要求，保证了图像传感器的性能及器件的良率。由于利用无定型碳容易形成更高的隔离结构，所述隔离结构的一部分可以作为滤色片隔离，另一部分可以作为微透镜隔离，也就是，可以一并形成滤色片隔离和微透镜隔离，因此进一步简化了图像传感器的隔离结构的形成工艺。在微透镜隔离表面形成吸光材料层可以增加入射光的吸收量，进一步改善光线串扰问题。附图说明图1至图8为本专利技术实施例一的图像传感器的形成方法各步骤对应的结构示意图；图9至图16为本专利技术实施例二的图像传感器的形成方法各步骤对应的结构示意图。具体实施方式随着工艺节点的不断变小，滤色片隔离的关键尺寸(CD，CriticalDimension)也不断减小，现有工艺是通过刻蚀半导体衬底上的隔离材料层形成滤色片隔离，形成工艺较为复杂，而且在刻蚀过程中，由于尺寸小难以控制，隔离结构容易发生坍塌等缺陷，不但影响隔离结构的尺寸控制，还会影响后续光电转化效率，使图像传感器的良率降低。为解决所述技术问题，本专利技术技术方案提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底内形成分立的光电二极管及沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电二极管之间；在所述半导体衬底上形成无定型碳层，所述无定型碳层的厚度大于或等于图像传感器的滤色片的厚度；在所述无定型碳层形成露出所述半导体衬底的凹槽，所述凹槽定义出隔离结构的位置和尺寸；在所述凹槽内填满隔离结构材料；去除所述无定型碳层，露出分立排列的隔离结构；在所述隔离结构之间形成滤色片和微透镜。下面结合附图和实施例进行详细说明。实施例一请参考图1，提供半导体衬底10，在半导体衬底10内形成分立的光电二极管12；在半导体衬底10内形成沟槽隔离结构13，沟槽隔离结构13位于光电二极管12之间，本实施例的沟槽隔离结构13为深沟槽隔离结构，其深度比所述光电二极管12深，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。本实施例中，半导体衬底10具有相对的第一表面10a和第二表面10b，后续隔离结构、滤色片和微透镜是形成在半导体衬底10的第一表面10a上，在半导体衬底10的第二表面10b上还形成有金属互连层11，金属互连层11内形成有金属互连结构11a。在具体实施时，还可以在利用无定型碳层形成隔离结构前，在半导体衬底10的第一表面10a上先形成层间介质层、抗反射层、平坦化层等。本实施例中，半导体衬底10可以为硅衬底，或者，半导体衬底10的材料也可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，半导体衬底10还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层的衬底。光电二极管12为感光器件，用于将接收到的光信号转换为电信号。为了满足半导体衬底10的总厚度薄化的要求，通常各个光电二极管12在半导体衬底10中的位置基本上处于同一深度。本实施例中，形成深沟槽隔离结构13的工艺如下：在半导体衬底10的表面形成光刻胶层(未图示)；图形化光刻胶层，定义出深沟槽隔离图形；以图形化的光刻胶层为掩膜，沿深沟槽隔离图形刻蚀所述半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底内形成分立的光电二极管及沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电二极管之间；在所述半导体衬底上形成无定型碳层；在所述无定型碳层形成露出所述半导体衬底的凹槽，所述凹槽定义出隔离结构的位置和尺寸；在所述凹槽内填满隔离结构材料；去除所述无定型碳层，露出分立排列的隔离结构；在所述隔离结构之间形成滤色片和微透镜。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底内形成分立的光电二极管及沟槽隔离结构，所述沟槽隔离结构位于所述光电二极管之间；在所述半导体衬底上形成无定型碳层；在所述无定型碳层形成露出所述半导体衬底的凹槽，所述凹槽定义出隔离结构的位置和尺寸；在所述凹槽内填满隔离结构材料；去除所述无定型碳层，露出分立排列的隔离结构；在所述隔离结构之间形成滤色片和微透镜。2.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述无定型碳层采用化学气相沉积工艺。3.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述凹槽采用刻蚀工艺或灰化工艺。4.如权利要求1所述图像传感器的形成方法，其特征在于，去除所述无定型碳层采用刻蚀工艺或灰化工艺。5.如权利要求3或4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺采用的气体是O3。6.如权利要求3或4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述灰化工艺的温度范围为大于或等于100℃。7.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述隔离结构材...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙海凤，李天慧，黄增智，黄晓橹，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32