集成芯片、图像传感器及其形成方法技术

在一些实施例中，本公开涉及一种集成晶片、图像传感器及其形成方法。图像传感器包括衬底。光检测器位于衬底中且包含延伸到衬底的第一侧中的半导体保护环。浅沟槽隔离结构延伸到衬底的第一侧中。外部隔离结构延伸到与衬底的第一侧相对的衬底的第二侧中到达浅沟槽隔离结构。浅沟槽隔离结构和外部隔离结构横向包围光检测器。内部隔离结构延伸到衬底的第二侧中且上覆光检测器。内部隔离结构通过衬底与光检测器竖直分离。此外，外部隔离结构横向包围内部隔离结构。内部隔离结构。内部隔离结构。

【技术实现步骤摘要】
集成芯片、图像传感器及其形成方法


[0001]本公开涉及图像传感器及其形成方法。

技术介绍

[0002]具有互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的集成电路(IC)用于广泛范围的现代电子器件，例如摄像机和蜂窝电话。一些CMOS图像传感器是基于雪崩光电二极管(avalanche photodiode；APD)和单光子雪崩光电二极管(single
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photon avalanche photodiode；SPAD)。
[0003]APD是利用光电效应将光转换成电的光电二极管类型。APD具有以接近但不超过击穿电压的高电压进行反向偏置的p
‑
n结。雪崩效应响应于入射辐射而被触发，这引起与光学信号强度线性相关的电流增益。SPAD是与APD类似的光电二极管类型。SPAD具有以与APD类似的高电压进行反向偏置的p
‑
n结。然而，与APD相比，高电压超过击穿电压。因此，入射于SPAD上的单光子可能引起更加显著的雪崩效应且因此引起更加显著的电流增益。这又允许使用SPAD对个别光子进行计数。

技术实现思路

[0004]根据本公开一些实施例，一种图像传感器，其特征在于，包括：衬底；光检测器，位于所述衬底中且包括延伸到所述衬底的第一侧中的半导体保护环；浅沟槽隔离结构，延伸到所述衬底的所述第一侧中；外部隔离结构，延伸到与所述衬底的所述第一侧相对的所述衬底的第二侧中到达所述浅沟槽隔离结构，其中所述浅沟槽隔离结构和所述外部隔离结构横向包围所述光检测器；以及内部隔离结构，延伸到所述衬底的所述第二侧中且上覆所述光检测器，其中所述内部隔离结构通过所述衬底与所述光检测器竖直分离，且其中所述外部隔离结构横向包围所述内部隔离结构。
[0005]根据本公开一些实施例，一种集成芯片，其特征在于，包括：半导体衬底；像素，位于所述半导体衬底的第一侧上且包括所述半导体衬底中的光检测器，其中所述光检测器包括第一半导体区、第二半导体区以及保护环，其中所述第一半导体区和所述保护环具有与所述第二半导体区相对的掺杂类型且从所述第一侧延伸到所述第二半导体区中，且其中所述保护环将所述第一半导体区的侧壁与所述第二半导体区分离；以及双沟槽隔离结构，延伸到与所述半导体衬底的所述第一侧相对的所述半导体衬底的第二侧中，且包括外部隔离结构和内部隔离结构，其中所述外部隔离结构沿所述像素的边界横向包围所述像素且延伸到所述半导体衬底中到达第一深度，其中所述内部隔离结构上覆所述光检测器且延伸到所述半导体衬底中到达小于所述第一深度的第二深度。
[0006]根据本公开一些实施例，一种用于形成图像传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：在衬底的第一侧上形成像素，其中所述像素包括所述衬底中的光检测器，且其中所述光检测器包括延伸到所述衬底的所述第一侧中的保护环；形成电耦合到所述衬底的所述第一侧上的所述像素的内连线结构；图案化与所述衬底的所述第一侧相对的所述衬底的第二
侧以形成外部隔离开口和内部隔离开口，其中所述外部隔离开口延伸到所述衬底中到达第一深度且沿所述像素的边界横向包围所述像素，且其中所述内部隔离开口延伸到所述衬底中到达小于所述第一深度的第二深度且上覆所述光检测器；以及在所述外部隔离开口和所述内部隔离开口中沉积第一介电层以形成双沟槽隔离结构。
附图说明
[0007]当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本公开的各方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。事实上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
[0008]图1示出包括双沟槽隔离结构的图像传感器的一些实施例的截面图。
[0009]图2A到图2C示出图1的图像传感器的一些实施例的顶部布局图。
[0010]图3示出包括双沟槽隔离结构的图像传感器的一些实施例的截面图，其中图像传感器被背侧照明(back
‑
side illuminated；BSI)。
[0011]图4示出包括双沟槽隔离结构的图像传感器的一些实施例的截面图，其中双沟槽隔离结构包括两个或多于两个层。
[0012]图5示出包括双沟槽隔离结构的图像传感器的一些实施例的截面图，其中图像传感器被前侧照明(front
‑
side illuminated；FSI)。
[0013]图6示出图5的图像传感器的一些实施例的顶部布局图。
[0014]图7示出包括双沟槽隔离结构的图像传感器的一些实施例的截面图，其中内部隔离结构在保护环的内部侧壁之间延伸。
[0015]图8示出图7的图像传感器的一些实施例的顶部布局图。
[0016]图9示出包括双沟槽隔离结构的图像传感器的一些实施例的截面图，其中双沟槽隔离结构包括第一内部隔离区段和第二内部隔离区段。
[0017]图10示出图9的图像传感器的一些实施例的顶部布局图。
[0018]图11示出包含各自包括双沟槽隔离结构的两个像素的图像传感器的一些实施例的截面图。
[0019]图12示出图11的图像传感器的一些实施例的顶部布局图。
[0020]图13示出包含图像传感器的集成芯片的一些额外实施例的截面图，所述图像传感器包括双沟槽隔离结构。
[0021]图14到图22示出用于形成包含图像传感器的集成芯片的方法的一些实施例的截面图，所述图像传感器包括双沟槽隔离结构。
[0022]图23示出用于形成包含图像传感器的集成芯片的方法的一些实施例的流程图，所述图像传感器包括双沟槽隔离结构。
[0023]附图标号说明
[0024]100、300、400、500、700、900、1100、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200：截面图；
[0025]101、101a、101b：像素；
[0026]102：衬底；
[0027]102b：背侧；
[0028]102f：前侧；
[0029]103、103a、103b：光检测器；
[0030]104：第一半导体区；
[0031]105：半导体井；
[0032]106：保护环；
[0033]107：接触区；
[0034]108：浅沟槽隔离结构；
[0035]110：第一介电层；
[0036]112、112a、112b：接触件；
[0037]114、120、128：介电层；
[0038]116、124、132：金属线；
[0039]122、130：通孔；
[0040]134：外部隔离开口；
[0041]135：光刻胶掩模；
[0042]136：内部隔离开口；
[0043]138：外部隔离结构；
[0044]139：双沟槽隔离结构；
[0045]140：内部隔离结构；
[0046]140a：第一内部隔离区段；
[0047]140b：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：衬底；光检测器，位于所述衬底中且包括延伸到所述衬底的第一侧中的半导体保护环；浅沟槽隔离结构，延伸到所述衬底的所述第一侧中；外部隔离结构，延伸到与所述衬底的所述第一侧相对的所述衬底的第二侧中到达所述浅沟槽隔离结构，其中所述浅沟槽隔离结构和所述外部隔离结构横向包围所述光检测器；以及内部隔离结构，延伸到所述衬底的所述第二侧中且上覆所述光检测器，其中所述内部隔离结构通过所述衬底与所述光检测器竖直分离，且其中所述外部隔离结构横向包围所述内部隔离结构。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述外部隔离结构具有下部表面，所述下部表面安置在从所述衬底的所述第二侧测量的第一深度处，其中所述内部隔离结构具有下部表面，所述下部表面安置在从所述衬底的所述第二侧测量的第二深度处，且其中所述第一深度大于所述第二深度。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述内部隔离结构位于所述半导体保护环的正上方，且通过所述衬底与所述半导体保护环竖直分离。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述内部隔离结构在第一闭路中包围所述光检测器的中心，且其中所述半导体保护环沿所述第一闭路包围所述光检测器的所述中心。5.一种集成芯片，其特征在于，包括：半导体衬底；像素，位于所述半导体衬底的第一侧上且包括所述半导体衬底中的光检测器，其中所述光检测器包括第一半导体区、第二半导体区以及保护环，其中所述第一半导体区和所述保护环具有与所述第二半导体区相对的掺杂类型且从所述第一侧延伸到所述第二半导体区中，且其中所述保护环将所述第一半导体区的侧壁与所述第二半导体区分离；以及双沟槽隔离结构，延伸到与所述半导体衬底的所述第一侧相对的所述半导体衬底的...

【专利技术属性】
技术研发人员：周正贤，李升展，王子睿，陈升照，
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：