本發(fā)明的實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及用于背側(cè)深溝槽隔離的額外的摻雜區(qū)域。

背景技術(shù)：

數(shù)碼相機(jī)和光學(xué)成像器件采用圖像傳感器。圖像傳感器將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以表示為數(shù)字圖像。圖像傳感器通常包括像素傳感器陣列，該像素傳感器陣列是用于將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為電信號的單元器件。像素傳感器通常表現(xiàn)為電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。然而，最近CMOS像素傳感器受到了更多的關(guān)注。相對于CCD像素傳感器，CMOS像素傳感器提供更低的功耗、更小的尺寸和更快的數(shù)據(jù)處理。此外，CMOS像素傳感器提供數(shù)據(jù)的直接數(shù)字輸出，并且通常具有與CCD像素傳感器相比更低的制造成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種CMOS圖像傳感器，包括：像素區(qū)域，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)并且包括配置為將輻射轉(zhuǎn)換為電信號的圖像感測元件；多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)，從所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位于所述像素區(qū)域的相對側(cè)上的位置處；以及摻雜區(qū)域，橫向布置在所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間并且配置為使所述圖像感測元件與所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)分離。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種CMOS圖像傳感器，包括：光電二極管，布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)；多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)，從所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位于所述光電二極管的相對側(cè)上的位置處；摻雜區(qū)域，沿著所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)布置并且配置為使所述光電二極管與所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)分離；以及后段制程(BEOL)金屬化堆疊件，布置在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)上并且包括布置在層間介電層內(nèi)的多個(gè)金屬互連層。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種形成圖像傳感器的方法，包括：將摻雜物質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底以形成摻雜區(qū)域；在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)內(nèi)形成圖像感測元件；蝕刻所述半導(dǎo)體襯底以形成延伸進(jìn)所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)的多個(gè)深溝槽，其中，所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)與所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)相對；以及利用一種或多種介電材料填充所述多個(gè)深溝槽，以形成通過所述摻雜區(qū)域與所述圖像感測元件分離的背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)。

附圖說明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。

圖1示出了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器的一些實(shí)施例的截面圖，該圖像傳感器具有通過摻雜區(qū)域與深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)分離的感光元件。

圖2示出了集成芯片的一些實(shí)施例的截面圖，該集成芯片包括通過摻雜區(qū)域與背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)分離的光電二極管。

圖3示出了BSI-CMOS圖像傳感器的一些附加實(shí)施例的截面圖，該圖像傳感器包括通過p型摻雜區(qū)域與BDTI結(jié)構(gòu)分離的光電二極管。

圖4至圖11示出了顯示形成CMOS-BSI圖像傳感器的方法的截面圖的一些實(shí)施例，該圖像傳感器具有使光電二極管與BDTI結(jié)構(gòu)分離的摻雜區(qū)域。

圖12示出了形成CMOS-BSI圖像傳感器的方法的一些實(shí)施例的流程圖，該圖像傳感器具有使圖像感測元件與BDTI結(jié)構(gòu)分離的摻雜區(qū)域。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字符。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等空間關(guān)系術(shù)語以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語意欲包括使用或操作過程中的器件的不同的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空間關(guān)系描述符可同樣地作相應(yīng)地解釋。

許多手持電子器件(如，照相機(jī)、移動(dòng)電話、計(jì)算機(jī)等)都包括用于捕獲圖像的圖像傳感器。這種圖像傳感器的一個(gè)實(shí)例為包括有源像素傳感器(APS)陣列的CMOS圖像傳感器(CIS)。深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)通常布置在CIS的鄰近的像素之間以隔離相鄰的像素。通過使用蝕刻工藝在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深溝槽，然后填充絕緣材料，以形成這些DTI結(jié)構(gòu)。在一些應(yīng)用中，在蝕刻深溝槽之前，功能層設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的上表面上方。功能層可以增強(qiáng)半導(dǎo)體器件的性能，但是也包括對于襯底的一種或多種潛在的污染。

在一些示例中，用于形成深溝槽的蝕刻工藝使這些污染物從功能層脫離，并且然后，隨著深溝槽的形成，脫離的污染物穿過深溝槽的側(cè)壁擴(kuò)散進(jìn)半導(dǎo)體襯底。這些污染物可以通過在DTI結(jié)構(gòu)的邊緣附近引入界面缺陷來降低CIS的性能。界面缺陷可以導(dǎo)致暗電流和/或白像素?cái)?shù)量的增加。甚至在光未照射在圖像傳感器上時(shí)，暗電流的增加導(dǎo)致電荷累積，從而成為可以降低數(shù)字成像器件的圖像質(zhì)量的噪聲的主要來源。

本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器及相關(guān)的形成方法，該圖像傳感器包括布置在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)與圖像感測元件之間的摻雜區(qū)域，該摻雜區(qū)域被配置為減少暗電流和白像素?cái)?shù)量。在一些實(shí)施例中，CMOS圖像傳感器具有設(shè)置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)的像素區(qū)域。像素區(qū)域具有配置為將輻射轉(zhuǎn)換為電信號的圖像感測元件。多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)在像素區(qū)域的相對側(cè)上延伸進(jìn)半導(dǎo)體襯底。摻雜區(qū)域橫向布置在BDTI結(jié)構(gòu)之間并且使圖像感測元件與BDTI結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底的背側(cè)分離。圖像感測元件與BDTI結(jié)構(gòu)的分離防止圖像感測元件與BDTI結(jié)構(gòu)的邊緣附近的界面缺陷相互作用，并且從而在沒有任何負(fù)面效應(yīng)的情況下有效地減少暗電流并且改善白像素?cái)?shù)量性能。

圖1示出了CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器100的一些實(shí)施例的截面圖，該圖像傳感器具有通過摻雜區(qū)域與深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)分離的感光元件。

CMOS圖像傳感器100包括具有多個(gè)像素區(qū)域103a至103c的半導(dǎo)體襯底102。多個(gè)像素區(qū)域103a至103c分別包括配置為將入射輻射120(如，光子)轉(zhuǎn)換為電信號的圖像感測元件104。在一些實(shí)施例中，圖像感測元件104可以包括光電二極管。在這些實(shí)施例中，光電二極管可以包括位于半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的具有第一摻雜類型(如，n-型摻雜)的第一區(qū)域和位于半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的具有第二摻雜類型(如，p-型摻雜)的鄰近的第二區(qū)域，第二摻雜類型不同于第一摻雜類型。在一些實(shí)施例中，多個(gè)像素區(qū)域103a至103c可以以包括行和/或列的陣列的方式布置在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)。

通過延伸進(jìn)半導(dǎo)體襯底102內(nèi)并且包括一種或多種介電材料112至114的深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)111使像素區(qū)域103a至103c與鄰近的像素區(qū)域103a至103c隔離。在一些實(shí)施例中，例如，一種或多種介電材料112至114可以包括鈍化層112和電介質(zhì)填充層114(如，氧化物)。在一些實(shí)施例中，DTI結(jié)構(gòu)111可以包括從半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)垂直延伸至半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的位置處的背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)與后段制程(BEOL)金屬化堆疊件相對，該堆疊件包括布置在ILD層106內(nèi)的多個(gè)金屬互連層108。

多個(gè)濾色器116布置在半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)上方。多個(gè)濾色器116分別配置為傳輸特定波長的入射輻射120。例如，第一濾色器(如，紅色濾色器)可以傳輸具有在第一范圍內(nèi)的波長的光，而第二濾色器可以傳輸具有與第一范圍不同的第二范圍內(nèi)的波長的光。多個(gè)微透鏡118布置在多個(gè)濾色器116上方。相應(yīng)的微透鏡118與濾色器116橫向?qū)?zhǔn)并且位于像素區(qū)域103a至103c上面。微透鏡118被配置為朝向像素區(qū)域103a至103c聚焦入射輻射120(如，光)。

摻雜區(qū)域110沿著像素區(qū)域103a至103c的面對像素區(qū)域103a至103c與多個(gè)濾色器116之間的位置的表面布置。摻雜區(qū)域110使像素區(qū)域103a至103c內(nèi)的圖像感測元件104與DTI結(jié)構(gòu)111分離。摻雜區(qū)域110具有比像素區(qū)域103a至103c更大的摻雜劑濃度。在一些實(shí)施例中，摻雜區(qū)域110可以包括p型區(qū)域，而在其他的實(shí)施例中，摻雜區(qū)域110可以包括n型區(qū)域。摻雜區(qū)域110的更大的摻雜濃度形成使圖像感測元件104與位于沿著DTI結(jié)構(gòu)111的邊緣的位置處的界面缺陷分離的區(qū)域，從而減少CMOS圖像傳感器100的暗電流和/或白像素?cái)?shù)量。

圖2示出了集成芯片200的一些實(shí)施例的截面圖，該集成芯片包括通過摻雜區(qū)域與背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)分離的光電二極管202。

光電二極管202包括布置在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的第一區(qū)域202a和下面的第二區(qū)域202b。第一區(qū)域202a具有第一摻雜類型，并且第二區(qū)域202b具有第二摻雜類型，第二摻雜類型不同于第一摻雜類型。在一些實(shí)施例中，第一區(qū)域202a包括n型區(qū)域并且第二區(qū)域202b包括p型區(qū)域。

多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)204a至204b布置在半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b內(nèi)并且從半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b延伸至與光電二極管202橫向分離的位置處。多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)包括布置在半導(dǎo)體襯底102中的溝槽內(nèi)的一種或多種介電材料112至114。在各個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)204a至204b可以在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)延伸至大于或等于大約0.5微米的深度d_BDTI。

摻雜區(qū)域110垂直布置在光電二極管202與半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b之間。摻雜區(qū)域110具有與光電二極管202的第一區(qū)域202a相反的摻雜類型，從而使得摻雜區(qū)域110使光電二極管202與多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)204a至204b分離。例如，在一些實(shí)施例中，第一區(qū)域202a可以包括n型摻雜，而摻雜區(qū)域110可以包括p型區(qū)域。在其他的實(shí)施例中，第一區(qū)域202a可以包括p型摻雜，而摻雜區(qū)域110可以包括n型區(qū)域。

光電二極管202可以垂直延伸至鄰接摻雜區(qū)域110的位置處。在一些實(shí)施例中，摻雜區(qū)域110可以沿著光電二極管202的側(cè)壁布置，從而使得摻雜區(qū)域110使光電二極管202的第一區(qū)域202a與多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)204a至204b橫向分離并且使第一區(qū)域202a與半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b上面的一種或多種介電材料112至114垂直分離。摻雜區(qū)域110橫向延伸在多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)204a至204b的側(cè)壁之間。例如，摻雜區(qū)域110從第一BDTI結(jié)構(gòu)204a的側(cè)壁橫向延伸至第二BDTI結(jié)構(gòu)204b的側(cè)壁。

在一些實(shí)施例中，摻雜區(qū)域110可以具有大于或等于大約5e15摻雜劑/cm³的摻雜濃度。在一些附加的實(shí)施例中，摻雜區(qū)域110可以具有大于或等于大約1e17摻雜劑/cm³的摻雜濃度。摻雜區(qū)域110具有比多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)204a至204b的深度d_BDTI小的深度d_P，從而使得多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)204a至204b垂直延伸穿過摻雜區(qū)域110。例如，在各個(gè)實(shí)施例中，摻雜區(qū)域110可以在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)延伸至大于或等于大約0.1微米的深度d_P。

圖3示出了背照式CMOS(BSI-CMOS)圖像傳感器300的一些附加實(shí)施例的截面圖，該圖像傳感器包括通過p型摻雜區(qū)域與背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)分離的光電二極管。

BSI-CMOS圖像傳感器300包括布置在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的像素區(qū)域301。在一些實(shí)施例中，可以通過在像素區(qū)域301的相對側(cè)上布置在半導(dǎo)體襯底102內(nèi)一個(gè)或多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)306(如，淺溝槽隔離區(qū)域)使像素區(qū)域301與鄰近的像素區(qū)域隔離。一個(gè)或多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)306可以包括布置在半導(dǎo)體襯底102的前側(cè)102f中的溝槽內(nèi)的絕緣材料。

像素區(qū)域301包括具有第一摻雜類型(如，n型摻雜)的第一區(qū)域302a和第二摻雜類型(如，p型摻雜)的第二區(qū)域302b的光電二極管302，第二摻雜類型不同于第一摻雜類型。第一區(qū)域302a從第二區(qū)域302b垂直延伸至p型區(qū)域303。在一些實(shí)施例中，p型區(qū)域303可以具有大于或等于大約5e15原子/cm³的摻雜濃度。在一些實(shí)施例中，p型區(qū)域303可以沿著半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b布置。

傳輸晶體管309布置在半導(dǎo)體襯底102的前側(cè)102f上方。傳輸晶體管309包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底102的前側(cè)上方的柵極介電層308和布置在柵極介電層308上的柵電極310。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁間隔件312布置在柵電極310的相對側(cè)上。傳輸晶體管309橫向布置在光電二極管302與浮置擴(kuò)散阱304之間。

ILD層106沿著半導(dǎo)體襯底102的前側(cè)102f布置。ILD層106包括一種或多種ILD材料。在各個(gè)實(shí)施例中，ILD層106可以包括以下層中的一種或多種：低k介電層(即，介電常數(shù)小于約3.9的電介質(zhì))、超低k介電層或氧化物(如，氧化硅)。導(dǎo)電接觸件314布置在ILD層106內(nèi)。導(dǎo)電接觸件314從柵電極310和浮置擴(kuò)散阱304延伸至一個(gè)或多個(gè)金屬引線層(未示出)。在各個(gè)實(shí)施例中，例如，導(dǎo)電接觸件314可以包括諸如銅或鎢的導(dǎo)電金屬。

背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)315沿著像素區(qū)域301的邊緣布置在半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b內(nèi)。多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)315可以包括布置在溝槽的側(cè)壁上的鈍化層316，該溝槽延伸進(jìn)半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b。高k介電層318使鈍化層316與填充溝槽的剩余部分的電介質(zhì)填充材料114垂直并且橫向分離。在一些實(shí)施例中，鈍化層316和高k介電層318可以在第一溝槽與第二溝槽之間延伸至半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b上方。例如，在一些實(shí)施例中，鈍化層316可以包括諸如底部抗蝕劑抗反射涂層(BARC)的抗反射涂層(ARC)。在其他的實(shí)施例中，鈍化層316可以包括有機(jī)聚合物或金屬氧化物。在一些實(shí)施例中，例如，高k介電層318可以包括氧化鉿(HfO)、硅鉿氧化物(HfSiO)、鋁鉿氧化物(HfAlO)或鉭鉿氧化物(HfTaO)。

介電材料層320使多個(gè)濾色器116與半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b垂直分離。在一些實(shí)施例中，多個(gè)濾色器116可以布置在設(shè)置在介電材料層320上的柵格結(jié)構(gòu)322內(nèi)。在一些實(shí)施例中，柵格結(jié)構(gòu)322可以包括具有被介電材料圍繞的金屬框架的堆疊柵格。在一些實(shí)施例中，介電材料層320和堆疊柵格可以具有相同的介電材料(如，二氧化硅(SiO₂))。

多個(gè)微透鏡118布置在多個(gè)濾色器116上方。在一些實(shí)施例中，多個(gè)微透鏡118具有鄰接多個(gè)濾色器116的基本平坦的底面和彎曲的上表面。彎曲的上表面配置為朝向下面的像素區(qū)域301聚焦入射輻射。

在BSI-CMOS圖像傳感器300的操作期間，通過微透鏡118將入射輻射聚焦至下面的像素區(qū)域301。當(dāng)具有足夠能量的入射輻射撞擊光電二極管302時(shí)，生成產(chǎn)生光電流的電子-空穴對。傳輸晶體管309控制電荷從光電二極管302傳輸至浮置擴(kuò)散阱304。如果浮置擴(kuò)散阱304內(nèi)的電荷電平足夠高，則激活源極跟隨器晶體管324并且根據(jù)用于尋址的行選擇晶體管326的操作來選擇性地輸出電荷。復(fù)位晶體管328配置為復(fù)位介于曝光階段之間的光電二極管302。

圖4至圖11示出了顯示形成CMOS-BSI圖像傳感器的方法的截面圖400至1100的一些實(shí)施例，該圖像傳感器具有使光電二極管與背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)分離的摻雜區(qū)域。

如圖4的截面圖400所示，摻雜物質(zhì)404注入半導(dǎo)體襯底402以形成摻雜區(qū)域406。在各個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底402可以包含諸如半導(dǎo)體晶圓或位于晶圓上的一個(gè)或多個(gè)管芯的任何類型的半導(dǎo)體主體(如，硅/CMOS塊、SiGe、SOI等)，以及形成在其上和/或與其相關(guān)的任何其他類型的半導(dǎo)體和/或外延層。在一些實(shí)施例中，摻雜物質(zhì)404可以包括注入半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)402f中的p型摻雜劑(如，硼)。在其他的實(shí)施例中，摻雜物質(zhì)404可以包括n型摻雜劑(如，磷)。在一些實(shí)施例中，摻雜物質(zhì)404可以注入半導(dǎo)體襯底402的背側(cè)402b中。在一些實(shí)施例中，可以按照毯式注入(如，無掩模注入)來注入摻雜物質(zhì)404。在其他的實(shí)施例中，可以按照選擇性注入(如，有掩模注入)來注入摻雜物質(zhì)404。

如圖5的截面圖5所示，在半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)402f上方形成傳輸晶體管309?？梢酝ㄟ^在半導(dǎo)體襯底402上方沉積柵極介電膜和柵電極膜來形成傳輸晶體管309。隨后圖案化柵極介電膜和柵電極膜以形成柵極介電層308和柵電極310。側(cè)壁間隔件312可以形成在柵電極310的外部側(cè)壁上。在一些實(shí)施例中，可以通過如下步驟形成側(cè)壁間隔件312：在半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)420f上沉積氮化物，并且選擇性地蝕刻氮化物以形成側(cè)壁間隔件312。

在半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)402f內(nèi)執(zhí)行注入工藝以沿著傳輸晶體管309的第一側(cè)形成光電二極管302并且沿著傳輸晶體管309的相對的第二側(cè)形成浮置擴(kuò)散阱304。光電二極管302可以通過以下步驟形成：通過第一注入工藝對半導(dǎo)體襯底402選擇性地注入以形成具有第一摻雜類型(如，n型)的第一區(qū)域302a，并且通過隨后的第二注入工藝以形成具有與第一摻雜類型不同的第二摻雜類型(如，p型)的鄰接的第二區(qū)域302b。在一些實(shí)施例中，第一區(qū)域302a可以垂直鄰接摻雜區(qū)域406。在一些實(shí)施例中，根據(jù)包括光刻膠的圖案化掩模層(未示出)，可以對半導(dǎo)體襯底402進(jìn)行選擇性地注入。

在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)306(如，淺溝槽隔離區(qū)域)可以在像素區(qū)域301的相對側(cè)上形成在半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)402f內(nèi)?？梢酝ㄟ^如下步驟來形成一個(gè)或多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)306：選擇性地蝕刻半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)402f以形成淺溝槽，隨后在淺溝槽內(nèi)形成氧化物。在一些實(shí)施例中，可以在形成傳輸晶體管309、光電二極管302和/或浮置擴(kuò)散阱304之前形成一個(gè)或多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)306。

如圖6的截面圖600所示，在半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)402f上方形成BEOL金屬化堆疊件，該堆疊件包括布置在ILD層106內(nèi)的多個(gè)金屬互連層108。在一些實(shí)施例中，可以通過在半導(dǎo)體襯底402的前側(cè)402f上方形成包括一個(gè)或多個(gè)ILD材料層的ILD層106來形成BEOL金屬化堆疊件。隨后蝕刻ILD層106以形成通孔和/或金屬溝槽。然后利用導(dǎo)電材料填充通孔和/或金屬溝槽以形成多個(gè)金屬互連層108。在一些實(shí)施例中，可以通過物理汽相沉積技術(shù)(如，PVD、CVD等)來沉積ILD層106。可以使用沉積工藝和/或鍍敷工藝(如，電鍍、無電鍍等)形成多個(gè)金屬互連層108。在各個(gè)實(shí)施例中，例如，多個(gè)金屬互連層108可以包括鎢、銅或鋁銅。

如圖7的截面圖700所示，將ILD層106接合至操作襯底702。在一些實(shí)施例中，接合工藝可以使用布置在ILD層106與操作襯底702之間的中間接合氧化物層(未示出)。在一些實(shí)施例中，接合工藝可以包括熔融接合工藝。在一些實(shí)施例中，操作襯底702可以包括硅晶圓。

如圖8的截面圖800所示，減少半導(dǎo)體襯底102的厚度。減薄的半導(dǎo)體襯底102將襯底的厚度從第一厚度t₁減少至第二厚度t₂以允許輻射穿過半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b至光電二極管302。在一些實(shí)施例中，可以通過蝕刻半導(dǎo)體襯底的背側(cè)402b來減薄半導(dǎo)體襯底102。在其他的實(shí)施例中，可以通過機(jī)械研磨半導(dǎo)體襯底的背側(cè)402b來減薄半導(dǎo)體襯底102。

如圖9的截面圖900所示，選擇性地蝕刻半導(dǎo)體襯底102以在半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b內(nèi)形成深溝槽902a至902b。在一些實(shí)施例中，可以通過在半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b上形成掩模層904來蝕刻半導(dǎo)體襯底102。然后，將半導(dǎo)體襯底102的未被掩模層904覆蓋的區(qū)域暴露于蝕刻劑906。蝕刻劑906蝕刻半導(dǎo)體襯底102以形成延伸至半導(dǎo)體襯底102的深溝槽902a至902b。深溝槽902a至902b延伸穿過摻雜區(qū)域110至半導(dǎo)體襯底102內(nèi)的通過摻雜區(qū)域110與光電二極管302橫向分離的位置處。

在各個(gè)實(shí)施例中，掩模層904可以包括使用光刻工藝圖案化的光刻膠或氮化物(如，SiN)。在各個(gè)實(shí)施例中，蝕刻劑906可以包括：干蝕刻劑，具有包括物質(zhì)氟的蝕刻化學(xué)成分(如CF₄、CHF₃、C₄F₈等)；或濕蝕刻劑(如，氫氟酸(HF)或四甲基氫氧化銨(TMAH))。

如圖10的截面圖1000所示，利用介電材料填充深溝槽902a至902b。在一些實(shí)施例中，鈍化層316形成在深溝槽902a至902b內(nèi)，并且高k介電層318在深溝槽902a至902b內(nèi)形成在鈍化層316上。鈍化層316和高k介電層318加襯于深溝槽902a至902b的側(cè)壁和底面。在一些實(shí)施例中，鈍化層316和高k介電層318可以在第一深溝槽902a與第二深溝槽902b之間在半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b上方延伸。形成電介質(zhì)填充層114以填充深溝槽902a至902b的剩余部分。在一些實(shí)施例中，在形成電介質(zhì)填充層114之后執(zhí)行平坦化工藝，以形成沿著高k介電層318和電介質(zhì)填充層114的上表面延伸的平坦的表面。在一些實(shí)施例中，可以使用物理汽相沉積技術(shù)來沉積鈍化層316、高k介電層318和電介質(zhì)填充層114。

如圖11的截面圖1100所示，在半導(dǎo)體襯底102的背側(cè)102b上方形成多個(gè)濾色器116。在一些實(shí)施例中，可以通過形成濾色器層并且圖案化濾色器層來形成多個(gè)濾色器116。濾色器層由允許傳輸具有特定波長范圍的輻射(如，光)而阻擋特定范圍外的波長的光的材料形成。而且，在一些實(shí)施例中，在形成濾色器層之后，平坦化濾色器層。

多個(gè)微透鏡118形成在多個(gè)濾色器116上方。在一些實(shí)施例中，可以通過在多個(gè)濾色器116上沉積(如，通過旋涂法或沉積工藝)微透鏡材料來形成多個(gè)微透鏡118。在微透鏡材料上圖案化具有彎曲的上表面的微透鏡模板(未示出)。在一些實(shí)施例中，微透鏡模板可以包括使用分布的曝光劑量(如，對于負(fù)性光刻膠，在曲面的底部處暴露較多的光并在曲面的頂部處暴露較少的光)的曝光、顯影和烘烤的光刻膠材料，以形成圓形。然后，根據(jù)微透鏡模板，通過選擇性蝕刻微透鏡材料來形成多個(gè)微透鏡118。

圖12示出了形成CMOS-BSI圖像傳感器的方法1200的一些附加的實(shí)施例的流程圖，該圖像傳感器具有通過p型區(qū)域與背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)區(qū)域分離的感光元件。

雖然本文將所公開的方法1200示出和描述為一系列的步驟或事件，但是應(yīng)當(dāng)理解，所示出的這些步驟或事件的順序不應(yīng)解釋為限制意義。例如，一些步驟可以以不同順序發(fā)生和/或與除了本文所示和/或所述步驟或事件之外的其他步驟或事件同時(shí)發(fā)生。另外，并不要求所有示出的步驟都用來實(shí)施本文所描述的一個(gè)或多個(gè)方面或?qū)嵤├?。此外，可在一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)步驟和/或階段中進(jìn)行本文描述的一個(gè)或多個(gè)步驟。

在步驟1202中，摻雜物質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底以形成摻雜區(qū)域。在一些實(shí)施例中，對半導(dǎo)體襯底的前側(cè)執(zhí)行注入。在可選實(shí)施例中，可以對半導(dǎo)體襯底的背側(cè)執(zhí)行注入。在一些實(shí)施例中，摻雜物質(zhì)可以包括p型摻雜劑。圖4示出與步驟1202對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1204中，圖像感測元件形成在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)內(nèi)。在一些實(shí)施例中，圖像感測元件可以包括通過將摻雜物質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底的前側(cè)而形成的光電二極管。圖5示出與步驟1204對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1206中，沿著半導(dǎo)體襯底的前側(cè)形成傳輸晶體管。圖5示出與步驟1206對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1208中，浮置擴(kuò)散阱形成在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)內(nèi)。圖5示出與步驟1208對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1210中，BEOL金屬化堆疊件形成在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)上的傳輸晶體管上方。圖6示出與步驟1210對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1212中，BEOL金屬化堆疊件接合至操作襯底。圖7示出與步驟1212對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1214中，通過從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)去除材料來減薄半導(dǎo)體襯底。圖8示出與步驟1214對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1216中，選擇性地蝕刻半導(dǎo)體襯底的背側(cè)以形成延伸進(jìn)半導(dǎo)體襯底的深溝槽。圖9示出與步驟1216對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1218中，利用一種或多種介電材料填充深溝槽以形成通過摻雜區(qū)域與圖像感測元件分離的背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)。圖10示出與步驟1218對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

在步驟1220中，濾色器和微透鏡形成在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上方。圖11示出與步驟1220對應(yīng)的一些實(shí)施例的截面圖。

因此，本發(fā)明涉及CMOS圖像傳感器及相關(guān)的形成方法，該圖像傳感器包括布置在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)與圖像感測元件之間的摻雜區(qū)域，該摻雜區(qū)域被配置為減少暗電流和白像素?cái)?shù)量。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器。圖像傳感器包括：像素區(qū)域，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)并且包括配置為將輻射轉(zhuǎn)換為電信號的圖像感測元件。圖像傳感器還包括：多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)，從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)延伸至半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位于像素區(qū)域的相對側(cè)上的位置處。圖像傳感器還包括：摻雜區(qū)域，橫向布置在多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)之間并且配置為使圖像感測元件與多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)分離。

在一些實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器。圖像傳感器包括：光電二極管，布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)；和多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)，從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)延伸至半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位于光電二極管的相對側(cè)上的位置處。圖像傳感器還包括：摻雜區(qū)域，沿著半導(dǎo)體襯底的背側(cè)布置并且配置為使光電二極管與多個(gè)BDTI結(jié)構(gòu)分離。圖像傳感器還包括：后段制程(BEOL)金屬化堆疊件，布置在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)上并且包括布置在層間介電層內(nèi)的多個(gè)金屬互連層。

在又一些其他實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種形成圖像傳感器的方法。方法包括：將摻雜物質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底以形成摻雜區(qū)域，并且在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)內(nèi)形成圖像感測元件。方法還包括：蝕刻半導(dǎo)體襯底以形成延伸進(jìn)半導(dǎo)體襯底的背側(cè)的多個(gè)深溝槽，其中，半導(dǎo)體襯底的背側(cè)與半導(dǎo)體襯底的前側(cè)相對。方法還包括：利用一種或多種介電材料填充多個(gè)深溝槽以形成通過摻雜區(qū)域與圖像感測元件分離的背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種CMOS圖像傳感器，包括：像素區(qū)域，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)并且包括配置為將輻射轉(zhuǎn)換為電信號的圖像感測元件；多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)，從所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位于所述像素區(qū)域的相對側(cè)上的位置處；以及摻雜區(qū)域，橫向布置在所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)之間并且配置為使所述圖像感測元件與所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)分離。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述圖像感測元件包括具有第一摻雜類型的第一區(qū)域和第二摻雜類型的第二區(qū)域的光電二極管，所述第二摻雜類型不同于所述第一摻雜類型；以及其中，所述第一區(qū)域的相對側(cè)接觸所述第二區(qū)域和所述摻雜區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述摻雜區(qū)域包括與所述光電二極管的第一區(qū)域垂直鄰接的p型區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述摻雜區(qū)域具有大于5e15摻雜劑/cm³的摻雜濃度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖像傳感器還包括：后段制程(BEOL)金屬化堆疊件，布置在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)上并且包括布置在一個(gè)或多個(gè)層間介電層內(nèi)的多個(gè)金屬互連層，其中，所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)與所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)相對。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)從所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)垂直延伸穿過所述摻雜區(qū)域至與所述圖像感測元件橫向分離的位置處。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括：鈍化層，加襯于所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)內(nèi)的溝槽；以及氧化物層，布置在所述溝槽內(nèi)并且通過高k介電層與所述鈍化層垂直并且橫向分離。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述鈍化層在多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)中的鄰近的結(jié)構(gòu)之間在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上方橫向延伸。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述摻雜區(qū)域鄰接所述鈍化層的在所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上方橫向延伸的部分。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述摻雜區(qū)域具有小于0.5微米的深度。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種CMOS圖像傳感器，包括：光電二極管，布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)；多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)，從所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)延伸至所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的位于所述光電二極管的相對側(cè)上的位置處；摻雜區(qū)域，沿著所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)布置并且配置為使所述光電二極管與所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)分離；以及后段制程(BEOL)金屬化堆疊件，布置在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)上并且包括布置在層間介電層內(nèi)的多個(gè)金屬互連層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述摻雜區(qū)域垂直鄰接所述光電二極管。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述摻雜區(qū)域橫向鄰接所述光電二極管的側(cè)壁。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)從所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)垂直延伸穿過所述摻雜區(qū)域至與所述光電二極管橫向分離的位置處。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述多個(gè)背側(cè)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括：鈍化層，加襯于所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)內(nèi)的溝槽；以及氧化物層，布置在所述溝槽內(nèi)并且通過高k介電層與所述鈍化層垂直并且橫向分離。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，所述光電二極管具有鄰接所述摻雜區(qū)域的第一n型區(qū)域和垂直布置在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)與所述第一n型區(qū)域之間的第二p型區(qū)域；以及其中，所述摻雜區(qū)域包括p型摻雜濃度。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，圖像傳感器還包括：傳輸晶體管，所述傳輸晶體管在橫向布置在所述光電二極管與位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的浮置擴(kuò)散阱之間的位置處，布置在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)內(nèi)。

本發(fā)明的實(shí)施例還提供了一種形成圖像傳感器的方法，包括：將摻雜物質(zhì)注入半導(dǎo)體襯底以形成摻雜區(qū)域；在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)內(nèi)形成圖像感測元件；蝕刻所述半導(dǎo)體襯底以形成延伸進(jìn)所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)的多個(gè)深溝槽，其中，所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)與所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)相對；以及利用一種或多種介電材料填充所述多個(gè)深溝槽，以形成通過所述摻雜區(qū)域與所述圖像感測元件分離的背側(cè)深溝槽隔離(BDTI)結(jié)構(gòu)。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，方法還包括：在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)上形成后段制程(BEOL)金屬化堆疊件，其中，所述后段制程金屬化堆疊件包括布置在一個(gè)或多個(gè)層間介電層內(nèi)的多個(gè)金屬互連層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，在形成所述多個(gè)深溝槽之前，將所述摻雜物質(zhì)注入所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)。

上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。