專利名稱：背面照光的cmos圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器，特別涉及背面照光的CMOS圖像傳感器。
背景技術(shù)：
圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分，根據(jù)元件不同分為電荷耦合 (CCD, Charge Coupled Device)圖像傳感器和金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)圖像傳感器。其中，由于CMOS圖像傳感器集成度高，容易與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS制作工藝兼容，并且功耗低，隨著CMOS制作工藝的改進(jìn)，CMOS圖像傳感器成為目前圖像傳感器的主流技術(shù)。在申請(qǐng)?zhí)枮?00710148796. 5的中國(guó)專利申請(qǐng)中公開了一種現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器?，F(xiàn)有的CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底通常包括若干呈矩陣排布的像素單元區(qū)域，相鄰的像素單元區(qū)域之間具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)。請(qǐng)參考圖1，圖1是現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖，所述CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100包括若干像素單元區(qū)域103，圖中以2個(gè)像素單元區(qū)域103為例進(jìn)行說明；相鄰像素單元區(qū)域103之間具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)106。其中所述像素單元區(qū)域103用于形成像素，通常所述像素單元區(qū)域103包括光電二極管區(qū)域104和晶體管區(qū)域105，所述光電二極管區(qū)域104用于形成光電二極管，所述光電二極管用于光電轉(zhuǎn)換；所述晶體管區(qū)域105用于形成晶體管，所述晶體管用于將光電二極管轉(zhuǎn)換的電信號(hào)放大后輸出。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)106用于相鄰像素的隔離。所述半導(dǎo)體襯底100包括第一表面101和與之相對(duì)的第二表面102。光線從第二表面102進(jìn)入像素單元區(qū)域103內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將所述CMOS圖像傳感器稱為背面照光的(Backside illuminated)CMOS圖像傳感器。在實(shí)際中發(fā)現(xiàn)，上述背面照光的CMOS圖像傳感器具有顯示褪色的問題，影響了成像質(zhì)量。因此，需要一種背面照光的CMOS圖像傳感器，能夠改善顯示褪色的問題，提高 CMOS圖像傳感器的成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供了一種背面照光的CMOS圖像傳感器，能夠改善顯示褪色的問題，提高CMOS圖像傳感器的成像質(zhì)量。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種背面照光的CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與之相對(duì)的第二表面；所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域；隔離結(jié)構(gòu)，位于相鄰像素單元區(qū)域之間；其中，所述隔離結(jié)構(gòu)為深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)貫穿所述半導(dǎo)體襯底的第一表面和第二表面?？蛇x的，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度小于等于0. 25微米。
可選的，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度范圍為1. 5 4微米?？蛇x的，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)填充物為電介質(zhì)。可選的，所述電介質(zhì)的折射率小于所述半導(dǎo)體襯底的折射率的0. 8倍?？蛇x的，所述半導(dǎo)體襯底的依次形成有濾光片和微透鏡，所述濾光片和微透鏡位于所述半導(dǎo)體襯底的第二表面。本發(fā)明還提供一種背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與之相對(duì)的第三表面，所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域；沿所述第一表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)具有沿槽深方向的底部，所述槽深方向垂直于所述第一表面和第三表面，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)位于相鄰的像素單元區(qū)域之間；以所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底部為停止層，沿所述半導(dǎo)體襯底第三表面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行減薄，停止在第二表面，所述第二表面露出所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底部。 可選的，所述減薄方法包括化學(xué)機(jī)械研磨的方法?？蛇x的，所述沿所述第一表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括步驟在第一表面的相鄰像素單元區(qū)域之間形成具有第一開口的硬掩膜層；沿所述第一開口對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二開口 ；在所述第二開口內(nèi)填充電介質(zhì)，去除所述硬掩膜層，形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)?？蛇x的，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度范圍為1. 5 4微米?？蛇x的，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度小于等于0. 25微米。可選的，所述電介質(zhì)的折射率小于所述半導(dǎo)體襯底的折射率的0. 8倍?？蛇x的，還包括在與像素單元區(qū)域沿所述第二表面依次形成濾光片和微透鏡，所述濾光片和微透鏡的制作方法包括光刻步驟，所述光刻步驟中以所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)作為光刻對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)通過在相鄰像素單元區(qū)域之間設(shè)置貫穿半導(dǎo)體襯底的第一表面和第二表面的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，進(jìn)行相鄰像素間的隔離，避免了像素單元區(qū)域內(nèi)的光生載流子擴(kuò)散至相鄰像素單元區(qū)域，減少對(duì)相鄰像素單元區(qū)域造成電信號(hào)的串?dāng)_，改善了 CMOS圖像傳感器的顯示褪色，提高了成像質(zhì)量。進(jìn)一步地，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)的填充物為電介質(zhì)，所述電介質(zhì)的折射率小于半導(dǎo)體襯底折射率的0. 8倍，光線在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底的界面形成全反射，避免光線經(jīng)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)進(jìn)入相鄰的像素單元區(qū)域，減小了對(duì)相鄰像素單元區(qū)域的光信號(hào)的串?dāng)_，進(jìn)一步改善了 CMOS圖像傳感器的顯示褪色，提高了成像質(zhì)量；所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)填充電介質(zhì)為氧化硅，與半導(dǎo)體襯底的硅具有不同的顏色，在進(jìn)行光刻工藝形成濾光片和微透鏡的過程中，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)可以作為光刻的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記，無需專門的對(duì)準(zhǔn)層，節(jié)省了工藝步驟，降低了生產(chǎn)成本。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是光線在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體襯底界面形成全反射原理示意圖。圖4是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的制作方法流程示意圖。圖5 圖9是本發(fā)明CMOS圖像傳感器制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)有的背面照光的(Backside illuminated)CMOS圖像傳感器存在顯示褪色的問題。經(jīng)發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，褪色的原因是相鄰像素的串?dāng)_(crosstalk)。所述串?dāng)_的原因之一是現(xiàn)有的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)無法有效隔離相鄰的像素單元之間光生載流子擴(kuò)散。由于采用背面照光的CMOS圖像傳感器的入射光線經(jīng)過微透鏡和濾光片進(jìn)入半導(dǎo)體襯底的像素單元區(qū)域，現(xiàn)有技術(shù)為了提高像素單元區(qū)域內(nèi)的光電二極管的有效感光面積，通常光電二極管的深度較大，其深度可達(dá)10000埃以上，而現(xiàn)有的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度范圍通常為2000 5000埃。在進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)，所述光電二極管光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的光生載流子可能擴(kuò)散，而現(xiàn)有的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)無法有效隔離光生載流子，從而光生載流子可能至相鄰像素，對(duì)相鄰像素造成電信號(hào)的串?dāng)_，從而導(dǎo)致CMOS圖像傳感器的顯示褪色。本發(fā)明提供的背面照光的CMOS圖像傳感器解決了電信號(hào)的串?dāng)_，改善了 CMOS圖像傳感器的顯示褪色問題，所述背面照光的CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與之相對(duì)的第二表面；所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域；隔離結(jié)構(gòu)，位于相鄰像素單元區(qū)域之間；其中，所述隔離結(jié)構(gòu)為深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)貫穿所述半導(dǎo)體襯底的第一表面和第二表面。下面將結(jié)合具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。請(qǐng)參考圖2，圖2 是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。所述CMOS圖像傳感器包括半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200的材料可以是硅、 S0I、氮化鎵或者砷化鎵。所述半導(dǎo)體襯底200具有第一表面201和與之相對(duì)的第二表面 202。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底200為具有P型導(dǎo)電類型的硅襯底。如圖2，所述半導(dǎo)體襯底200包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域203，為了便于說明，以2 個(gè)像素單元區(qū)域203為例進(jìn)行說明。相鄰的像素單元區(qū)域203之間具有深溝槽隔離結(jié)構(gòu) 206。所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206貫穿所述半導(dǎo)體襯底200的第一表面201和第二表面202。 半導(dǎo)體襯底200的像素單元區(qū)域203形成有濾光片209和微透鏡210。本實(shí)施例中，所述微透鏡210的折射率范圍為1. 2 4，其材質(zhì)可以為氮化硅SiNx、氧化鋯、氧化鉿HfO2、氧化鈦TiO2、氧化鋁Al3O2、氧化鋅^1 等，所述濾光片209的折射率范圍為1. 4 2，其材質(zhì)可以為光阻材料。所述濾光片209和微透鏡210通過光刻工藝形成，在形成濾光片的光刻工藝過程中，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206可以作為光刻的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記使用。仍參考圖2，所述像素單元區(qū)域203用于形成像素。所述像素單元區(qū)域203包括光電二極管區(qū)域204和晶體管區(qū)域205。所述光電二極管區(qū)域204用于形成光電二極管，所述光電二極管用于進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，將從第二表面202入射的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，產(chǎn)生光生載流子。所述晶體管區(qū)域205用于形成晶體管，所述晶體管用于將所述光電二極管轉(zhuǎn)換的電信號(hào)放大、輸出。根據(jù)實(shí)際情況，所述晶體管區(qū)域205內(nèi)包括3個(gè)或3個(gè)以上晶體管，所述晶體管之間具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，用于像素內(nèi)的晶體管之間相互隔離。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度范圍為2000 5000埃。本實(shí)施例中，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206貫穿所述半導(dǎo)體襯底200的第一表面201 和第二表面202。作為一個(gè)實(shí)施例，所述半導(dǎo)體襯底200的厚度范圍為1. 5 4微米，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的厚度應(yīng)與所述半導(dǎo)體襯底200的深度相同，即為1. 5 4微米。作為優(yōu)選的實(shí)施例，所述半導(dǎo)體襯底200的厚度為2 3微米，以使得像素單元區(qū)域203內(nèi)的光電二極管能更好的吸收入射光線，相應(yīng)地，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的深度范圍優(yōu)選為2 3微米。由于所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206貫穿所述半導(dǎo)體襯底200的第一表面201和第二表面202，因此，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206可以有效阻止像素的光電二極管在光電轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的光生載流子擴(kuò)散至相鄰像素，減少對(duì)相鄰像素的電信號(hào)的串?dāng)_，改善CMOS圖像傳感器的像素褪色，提高了 CMOS圖像傳感器的成像質(zhì)量。所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的寬度小于或等于現(xiàn)有技術(shù)的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度， 以節(jié)約芯片面積。作為一個(gè)實(shí)施例，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的寬度范圍為小于等于0. 25 微米。所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充物為電介質(zhì)，所述電介質(zhì)的折射率小所述半導(dǎo)體襯底的折射率的0. 8倍。這樣入射光線進(jìn)入像素單元區(qū)域203時(shí)在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)203與半導(dǎo)體襯底200的界面形成全反射，避免入射光線經(jīng)過深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206進(jìn)入相鄰像素單元區(qū)域203，對(duì)相鄰像素單元區(qū)域203造成光信號(hào)的串?dāng)_，進(jìn)一步改善CMOS圖像傳感器的顯示褪色的問題。為了便于說明光線在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底的界面形成全反射的原理，對(duì)圖2中CMOS圖像傳感器的部分區(qū)域300進(jìn)行放大說明。所述部分區(qū)域300包括像素單元區(qū)域203、與之對(duì)應(yīng)的濾光片209、微透鏡210、以及像素單元區(qū)域203兩側(cè)的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206。請(qǐng)參考圖3，圖3是光線在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體襯底界面形成全反射原理示意圖。如圖3所示，光線A自空氣經(jīng)過微透鏡210、濾光片209、半導(dǎo)體襯底200的第二表面202進(jìn)入像素單元區(qū)域203，理想的狀況是，光線A被像素單元區(qū)域203的光電二極管吸收，但是，由于光線A可能具有一定傾斜角因此光線可能會(huì)入射深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206與半導(dǎo)體襯底200的界面。由于通?？諝狻⑽⑼哥R210、濾光片209、半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)不同而折射率不同，光線A到達(dá)深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206與半導(dǎo)體襯底200的界面發(fā)生多次光的折射。 具體地，在微透鏡210和空氣界面的法線為01，在空氣中光線A與所述法線01的夾角為al， 經(jīng)過折射，在微透鏡210內(nèi)光線A與法線01的夾角為a2 ；光線A在微透鏡210內(nèi)傳輸至微透鏡210和濾光片209的界面，所述微透鏡210和濾光片209的界面的法線為02，在微透鏡210內(nèi)光線A與所述法線02的夾角為a3，經(jīng)過折射，在濾光片209內(nèi)光線A與所述法線 02的夾角為aa4 ；光線A在濾光片209內(nèi)傳輸至濾光片209與半導(dǎo)體襯底200的界面，所述濾光片209與半導(dǎo)體襯底200的界面的法線為03，在濾光片209內(nèi)所述光線A與所述法線 03的夾角為a5，經(jīng)過折射，在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)光線A與法線03的夾角a6 ；在半導(dǎo)體襯底 200內(nèi)，所述光線A傳輸至半導(dǎo)體襯底200與所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的界面，所述半導(dǎo)體襯底200與所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的界面的法線為04，在半導(dǎo)體襯底200內(nèi)光線A與法線04的夾角為β。本實(shí)施例中，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206與半導(dǎo)體襯底200的界面垂直于濾光片209與半導(dǎo)體襯底200的界面，因此，法線04與法線03垂直，從而，角度β與角度a6互為余角。由于在實(shí)際中，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)微透鏡210的厚度、濾光片209的厚度進(jìn)行優(yōu)化設(shè)置，可以使得使得角度a6與角度al相同。角度al的最大值稱為主光線傾斜角(chief ray angle，CRA)，而主光線傾斜角的角度范圍為0 35°。因此，角度a6傾斜角度范圍為 0 35°，角度a6的余角β的角度范圍為55 90°，即光線與法線04的入射角范圍為 55 90°。因此，假設(shè)全反射臨界角為α，若要光線在半導(dǎo)體襯底200與深溝槽隔離結(jié)構(gòu) 206的界面形成全反射，α應(yīng)小于為55°，以保證在光線與法線04的入射角范圍為55 90°時(shí)，任一入射角均大于α，從而光線與法線04的入射角為55 90°時(shí)可以形成全反射。假設(shè)全反射臨界角為55°，半導(dǎo)體襯底200的折射率為X，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)的折射率為y，則根據(jù)全反射計(jì)算公式sin55° /sin90° = y/xy = sin55° *x = 0. 8*x由上述分析可知，當(dāng)全反射臨界角為55°時(shí)，對(duì)應(yīng)的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)的折射率為半導(dǎo)體襯底200的折射率的0. 8倍。由于全反射的臨界角α取決于半導(dǎo)體襯底200的折射率和深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206 內(nèi)填充電介質(zhì)的折射率關(guān)系。具體地，在半導(dǎo)體襯底200的折射率一定的情況下，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)的折射率越小，全反射的臨界角α越小。由前面的分析可知， 在全反射的臨界角為55°時(shí)對(duì)應(yīng)的深溝槽隔離結(jié)果206內(nèi)的電介質(zhì)的折射率為半導(dǎo)體襯底200折射率的0. 8倍。若要使得全反射臨界角小于55°，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)的折射率應(yīng)小于半導(dǎo)體襯底200折射率的0. 8倍，以保證光線A在深溝槽隔離結(jié)構(gòu) 206和半導(dǎo)體襯底200的界面發(fā)生全反射。從而，光線A留在像素單元區(qū)域203內(nèi)，避免光線A經(jīng)過深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206對(duì)相鄰像素單元區(qū)域造成串?dāng)_，進(jìn)一步改善現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器的顯示褪色現(xiàn)象。作為一個(gè)實(shí)施例，所述半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)為硅時(shí)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的填充物可以為氧化硅，并且所述氧化硅的折射率可以小于等于硅的折射率的0.8倍。本實(shí)施例中，硅的折射率為3. 46，氧化硅的折射率為1. 46，這樣入射光線在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206 和半導(dǎo)體襯底200的界面可以形成全反射?？商娲兀谏顪喜鄹綦x結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)的折射率小于等于硅襯底的折射率的0. 8倍前提下，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)可以為其他材質(zhì)。當(dāng)半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)為其他半導(dǎo)體材料時(shí)，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206 內(nèi)填充的電介質(zhì)的材質(zhì)還可以為其他材質(zhì)，但是深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)的折射率應(yīng)小于半導(dǎo)體襯底200折射率的0. 8倍，以保證在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206和半導(dǎo)體襯底 200的界面形成全反射。需要說明的是，上述分析以深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206沿垂直于第一表面201和第二表面202的寬度一致，從而深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206與半導(dǎo)體襯底200的界面為垂直于第一表面 201和第二表面202為例進(jìn)行說明。在實(shí)際中，由于制造工藝的限制，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206 沿垂直于第一表面201至第二表面202方向的寬度可能不均勻，導(dǎo)致深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206 與半導(dǎo)體襯底200的界面與第一表面201和第二表面202之間具有一定的傾斜角度，但是所述傾斜角度對(duì)入射光線在所述界面形成全反射的影響較小，可以忽略不計(jì)。因此，在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充電介質(zhì)的折射率小于半導(dǎo)體襯底200折射率的0. 8倍的情況下，入射光線在所述界面可以形成全反射。本發(fā)明還提供一種CMOS圖像傳感器的制作方法。請(qǐng)參考圖4，圖4是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的CMOS圖像傳感器的制作方法流程示意圖。所述方法包括步驟Si，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與之相對(duì)的第三表面， 所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域；步驟S2，沿所述第一表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)具有沿槽深方向的底部，所述槽深方向垂直于所述第一表面和第三表面，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)位于相鄰的像素單元區(qū)域之間；步驟S3，以所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底部為停止層，沿所述半導(dǎo)體襯底第三表面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行減薄，停止在第二表面，所述第二表面露出所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底部。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。請(qǐng)參考圖5 圖9，圖5 圖9是本發(fā)明的CMOS圖像傳感器制作方法剖面結(jié)構(gòu)示意圖。首先，請(qǐng)參考圖5，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200具有第一表面201和與之相對(duì)的第三表面211。所述半導(dǎo)體襯底200包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域203，為了便于說明，本實(shí)施例2個(gè)像素單元區(qū)域203為例進(jìn)行說明。所述像素單元區(qū)域203用于后續(xù)形成像素。然后，在第一表面201的相鄰的像素單元區(qū)域203之間形成具有第一開口的硬掩膜層207，所述硬掩膜層207的材質(zhì)可以為氧化物、氮化硅等。然后，沿所述第一開口對(duì)半導(dǎo)體襯底200進(jìn)行刻蝕，在所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)形成第二開口 208，所述第二開口 208位于相鄰像素單元區(qū)域203之間。所述第二開口 208具有垂直于第一表面201和第三表面的 211開口方向。接著，參考圖6，在所述第二開口 208內(nèi)填充電介質(zhì)。所述電介質(zhì)的折射率小于半導(dǎo)體襯底200的折射率的0. 8倍。作為一個(gè)實(shí)施例，當(dāng)所述半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)為硅時(shí)， 所述電介質(zhì)的材質(zhì)選自氧化硅。本實(shí)施例中，硅的折射率為3. 46，氧化硅的折射率為1. 46。 可替代的，當(dāng)所述半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)為硅時(shí)，所述電介質(zhì)的材質(zhì)可以為折射率小于硅的折射率的0.8倍的其他電介質(zhì)(例如是氮化硅或氮氧化硅等)。在其他的實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)可以為鍺、砷化鎵等其他半導(dǎo)體材料，在折射率小于半導(dǎo)體襯底200 的折射率的0.8倍的前提下，所述電介質(zhì)的材質(zhì)也可以為氮化硅或氮氧化硅。若所述電介質(zhì)的材質(zhì)為氧化硅，其填充方法可以為高密度等離子體化學(xué)氣相沉積法(HDPCVD)和自旋玻璃法(SOG)。然后，參考圖7，去除所述硬掩膜層207和第二開口 208的位于第一表面201上方的電介質(zhì)，形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206具有沿槽深方向的底部，所述槽深方向與第二開口 208的開口方向一致，即所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的槽深方向垂直于所述第一表面201和第三表面211。所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的深度范圍為1. 5 4微米，其寬度小于等于0. 25微米。作為一個(gè)實(shí)施例，所述去除所述硬掩膜層207和第二開口 208的位于第一表面201上方的電介質(zhì)的方法為化學(xué)機(jī)械研磨的方法。然后，參考圖8，以所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的底部為停止層，沿所述半導(dǎo)體襯底
9200第三表面211對(duì)半導(dǎo)體襯底200進(jìn)行減薄，停止在第二表面202，所述第二表面202露出所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的底部。所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206貫穿所述半導(dǎo)體襯底200的第一表面201和與之相對(duì)的第二表面202。作為一個(gè)實(shí)施例，所述減薄方法包括化學(xué)機(jī)械研磨方法。由于半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)為硅，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充的電介質(zhì)為氧化硅，所述化學(xué)機(jī)械研磨步驟對(duì)硅和氧化硅具有不同的研磨速率，因此，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206 的底部可以作為研磨的停止層。接著，參考圖9，在所述像素單元區(qū)域202依次形成濾光片209和微透鏡210，所述濾光片209和微透鏡210的形成過程包括光刻工藝，所述光刻工藝以所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu) 206為光刻對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記。由于深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206內(nèi)填充氧化物，而半導(dǎo)體襯底200的材質(zhì)為硅，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206的顏色與半導(dǎo)體襯底200的顏色不同，在曝光時(shí)，深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206可以作為光刻對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記，與現(xiàn)有技術(shù)專門制作光刻對(duì)準(zhǔn)層的技術(shù)相比，不需要專門的光刻對(duì)準(zhǔn)層，減少工藝步驟。所述濾光片209的材質(zhì)與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為一個(gè)實(shí)施例，濾光片209的材質(zhì)為光阻材料；所述微透鏡210的材質(zhì)與現(xiàn)有技術(shù)相同，作為一個(gè)實(shí)施例，微透鏡210的材質(zhì)為可以為氮化硅SiNx、氧化鋯、氧化鉿HfO2、氧化鈦TiO2、氧化鋁Al3O2、氧化鋅SiO2等。通常，在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)206形成之后和對(duì)半導(dǎo)體襯底200進(jìn)行減薄工藝之前，通常要在像素單元區(qū)域203內(nèi)形成像素。作為本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)，在此不做詳細(xì)說明。綜上，本發(fā)明提供了一種背面照光的CMOS圖像傳感器，所述背面照光的CMOS圖像傳感器的像素單元區(qū)域之間具有深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)貫穿所述半導(dǎo)體襯底的第一表面和與之相對(duì)的第二表面，從而有效隔離相鄰像素，避免了相鄰像素電信號(hào)的串?dāng)_，改善了 CMOS圖像傳感器的顯示褪色問題，提高了成像質(zhì)量。進(jìn)一步地，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)部填充電介質(zhì)，所述電介質(zhì)的折射率小于半導(dǎo)體襯底的折射率的0. 8倍，光線在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)和半導(dǎo)體襯底的界面上形成全反射，避免光線進(jìn)入相鄰像素，對(duì)相鄰像素造成光信號(hào)的串?dāng)_，更加改善了 CMOS圖像傳感器的顯示褪色問題，提高了成像質(zhì)量。同時(shí)， 在形成濾光片和微透鏡的光刻工藝時(shí)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)可以作為光刻對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記，減少了工藝步驟。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種背面照光的CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與之相對(duì)的第二表面；所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域；隔離結(jié)構(gòu)，位于相鄰像素單元區(qū)域之間；其特征在于，所述隔離結(jié)構(gòu)為深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)貫穿所述半導(dǎo)體襯底的第一表面和第二表面。
2.如權(quán)利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度小于等于0. 25微米。
3.如權(quán)利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度范圍為1.5 4微米。
4.如權(quán)利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)填充物為電介質(zhì)。
5.如權(quán)利要求4所述的背面照光的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述電介質(zhì)的折射率小于所述半導(dǎo)體襯底的折射率的0. 8倍。
6.如權(quán)利要求1所述的背面照光的CMOS圖像傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底的依次形成有濾光片和微透鏡，所述濾光片和微透鏡位于所述半導(dǎo)體襯底的第二表面。
7.一種背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底， 所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與之相對(duì)的第三表面，所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域；沿所述第一表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)具有沿槽深方向的底部，所述槽深方向垂直于所述第一表面和第三表面，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)位于相鄰的像素單元區(qū)域之間；以所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底部為停止層，沿所述半導(dǎo)體襯底第三表面對(duì)所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行減薄，停止在第二表面，所述第二表面露出所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的底部。
8.如權(quán)利要求7所述的背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述減薄方法包括化學(xué)機(jī)械研磨的方法。
9.如權(quán)利要求7所述的背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述沿所述第一表面在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括步驟在第一表面的相鄰像素單元區(qū)域之間形成具有第一開口的硬掩膜層；沿所述第一開口對(duì)半導(dǎo)體襯底進(jìn)行刻蝕，在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成第二開口 ；在所述第二開口內(nèi)填充電介質(zhì)，去除所述硬掩膜層，形成深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求9所述的背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的深度范圍為1. 5 4微米。
11.如權(quán)利要求9所述的背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度小于等于0. 25微米。
12.如權(quán)利要求9所述的背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，所述電介質(zhì)的折射率小于所述半導(dǎo)體襯底的折射率的0. 8倍。
13.如權(quán)利要求7所述的背面照光的CMOS圖像傳感器的制作方法，其特征在于，還包括在與像素單元區(qū)域沿所述第二表面依次形成濾光片和微透鏡，所述濾光片和微透鏡的制作方法包括光刻步驟，所述光刻步驟中以所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)作為光刻對(duì)準(zhǔn)的標(biāo)記。
全文摘要
本發(fā)明提供背面照光的CMOS圖像傳感器，包括半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底具有第一表面和與之相對(duì)的第二表面；所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個(gè)像素單元區(qū)域；隔離結(jié)構(gòu)，位于相鄰像素單元區(qū)域之間；其中，所述隔離結(jié)構(gòu)為深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)貫穿所述半導(dǎo)體襯底的第一表面和第二表面。本發(fā)明減少了相鄰像素單元區(qū)域之間的電信號(hào)的串?dāng)_，改善了CMOS圖像傳感器的顯示褪色，提高了成像質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102270646SQ20101019752
公開日2011年12月7日 申請(qǐng)日期2010年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者霍介光 申請(qǐng)人:格科微電子(上海)有限公司