形成具有深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器件的機(jī)制的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了形成圖像傳感器件的機(jī)制的實(shí)施例。該圖像傳感器件包括具有正面和背面的襯底。該圖像傳感器件還包括用來(lái)檢測(cè)穿過(guò)背面進(jìn)入襯底的入射輻射的可操作的輻射感測(cè)區(qū)。圖像傳感器件還包括形成在襯底中并且鄰近輻射感測(cè)區(qū)的摻雜的隔離區(qū)。此外，該圖像傳感器件包括形成在摻雜的隔離區(qū)中的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括從背面延伸的溝槽和覆蓋溝槽的帶負(fù)電荷的膜。本發(fā)明涉及形成具有深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器件的機(jī)制。
【專利說(shuō)明】形成具有深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器件的機(jī)制

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及形成具有深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器件的機(jī)制。

【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體圖像傳感器用于感測(cè)諸如光的輻射?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS)圖像 傳感器（CIS)和電荷耦合器件（CCD)傳感器廣泛用于各種應(yīng)用中，諸如數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)攝 像頭應(yīng)用。這些器件使用位于襯底中的像素陣列，這些器件包括光電二極管和晶體管以吸 收投射向襯底的輻射并且將感測(cè)到的輻射轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。
[0003] 背照式（BSI)圖像傳感器件是圖像傳感器件中的一種類型。BSI圖像傳感器件用 于感測(cè)投射到襯底（支持BSI圖像傳感器件的圖像傳感器電路）的背側(cè)表面的光的量。像 素柵格位于襯底的正側(cè)，并且襯底足夠薄從而使投射到襯底背側(cè)的光能夠到達(dá)像素柵格。 與前照式（FSI)圖像傳感器件相比，BSI圖像傳感器件提供了高填充因數(shù)且降低了相消干 擾。盡管現(xiàn)有的BSI圖像傳感器件和制造這些BSI圖像傳感器件的方法通常已能夠滿足其 預(yù)期的目的，但是隨著器件尺寸的不斷縮放，它們并非在所有方面都盡如人意。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種圖像傳感 器件，包括：襯底，具有正面和背面；輻射感測(cè)區(qū)，可操作以檢測(cè)穿過(guò)所述背面進(jìn)入所述襯 底的入射輻射；摻雜的隔離區(qū)，形成在所述襯底中并且鄰近所述輻射感測(cè)區(qū)；以及深溝槽 隔離結(jié)構(gòu)，形成在所述摻雜的隔離區(qū)中，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括：溝槽，從所述背面延伸 至所述摻雜的隔離區(qū)內(nèi)；和帶負(fù)電荷的膜，覆蓋所述溝槽的內(nèi)表面。
[0005] 在上述圖像傳感器件中，所述輻射感測(cè)區(qū)和所述摻雜的隔離區(qū)具有不同的摻雜極 性。
[0006] 在上述圖像傳感器件中，所述帶負(fù)電荷的膜選自由富氧氧化硅、高k金屬氧化物 和氮化硅組成的組。
[0007] 在上述圖像傳感器件中，所述帶負(fù)電荷的膜的厚度在從約Inm至約500nm的范圍 內(nèi)。
[0008] 在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括：形成在所述摻雜的隔離區(qū)中且并接近所述 正面的隔離部件。
[0009] 在上述圖像傳感器件中，其中，所述溝槽從所述背面延伸，但是沒(méi)有到達(dá)所述隔離 部件。
[0010] 在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括：形成在所述襯底的背面上方的介電材料。
[0011] 在上述圖像傳感器件中，所述帶負(fù)電荷的膜以共形的方式覆蓋所述溝槽，并且所 述介電材料填充所述溝槽。
[0012] 在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括：形成在所述襯底的背面上方的反射塊，所述 反射塊與所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)對(duì)齊。
[0013] 在上述圖像傳感器件中，位于所述背面的所述反射塊的寬度基本等于或大于位于 所述背面的所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)的寬度。
[0014] 在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括：覆蓋所述反射塊的透明填充層。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種圖像傳感器件，包括：襯底，具有正面和背 面；多個(gè)輻射感測(cè)區(qū)，形成在所述襯底中；多個(gè)摻雜的隔離區(qū)，形成在所述襯底中，其中，每 對(duì)相鄰的輻射感測(cè)區(qū)通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的摻雜的隔離區(qū)彼此間隔開；多個(gè)溝槽，從所述背面延 伸至所述摻雜的隔離區(qū)內(nèi)；帶負(fù)電荷的膜，覆蓋所述溝槽的內(nèi)表面；介電材料，位于所述帶 負(fù)電荷的膜上方并且填充所述溝槽；以及反射柵格，形成在所述襯底的背面上方，其中，每 塊所述反射柵格與一個(gè)相應(yīng)的溝槽對(duì)齊。
[0016] 在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括：形成在所述襯底中并且鄰近所述正面的隔 離部件，其中，所述多個(gè)溝槽中的每一個(gè)都延伸至超過(guò)所述襯底的厚度的一半的位置處，但 是沒(méi)有到達(dá)所述隔離結(jié)構(gòu)。
[0017] 在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括：位于所述正面上方的互連結(jié)構(gòu)和載具襯底， 其中，所述載具襯底通過(guò)所述互連結(jié)構(gòu)接合至所述襯底。
[0018] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種制造圖像傳感器件的方法，包括：提供具有 正面和背面的襯底；形成鄰近所述正面的輻射感測(cè)區(qū)和摻雜的隔離區(qū)，所述摻雜的隔離區(qū) 鄰近所述輻射感測(cè)區(qū)；從所述背面在所述摻雜的隔離區(qū)中形成溝槽；以及在所述背面上方 形成帶負(fù)電荷的膜以覆蓋所述溝槽的內(nèi)表面。
[0019] 在上述方法中，所述帶負(fù)電荷的膜以共形的方式覆蓋所述溝槽。
[0020] 在上述方法中，進(jìn)一步包括：在形成所述帶負(fù)電荷的膜之后，在所述背面上方形成 介電層以填充所述溝槽。
[0021] 在上述方法中，進(jìn)一步包括：在所述介電層上形成反射塊，所述反射塊與所述溝槽 對(duì)齊。
[0022] 在上述方法中，進(jìn)一步包括：形成覆蓋所述反射塊的透明填充層并且提供光滑的 表面。
[0023] 在上述方法中，進(jìn)一步包括：在形成所述摻雜的隔離區(qū)和所述輻射感測(cè)區(qū)之前，形 成接近所述正面的隔離部件，其中，所述摻雜的隔離區(qū)與所述隔離部件對(duì)齊。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024] 為了更全面地理解本發(fā)明及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考， 其中：
[0025] 圖1根據(jù)一些實(shí)施例示出了用于制造圖像傳感器件的方法的流程圖。
[0026] 圖2至圖9是根據(jù)一些實(shí)施例的圖像傳感器件在各個(gè)制造階段中的示意性局部截 面圖。

【具體實(shí)施方式】
[0027] 以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)施本發(fā)明的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。以?描述部件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這僅僅是實(shí)例，并不是用于限制本發(fā)明。 此外，以下描述中在第二工藝之前執(zhí)行第一工藝可以包括在第一工藝之后直接執(zhí)行第二工 藝的實(shí)施例，并且也可以包括在第一工藝和第二工藝之間可以執(zhí)行額外的工藝的實(shí)施例。 為了簡(jiǎn)化和清晰的目的，各個(gè)部件可以以不同比例任意繪制。此外，在以下描述中，第一部 件形成在第二部件上方或者上可以包括第一部件與第二部件以直接接觸的方式形成的實(shí) 施例，并且還可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部 件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，在各個(gè)附圖和實(shí)施例中，通過(guò)相同或相似的參考 標(biāo)號(hào)表示相同的元件。
[0028] 根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器件是背照式（BSI)圖像傳感器件。該BSI圖像傳感器件 包括電荷耦合器件（CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS)圖像傳感器（CIS)、有源像素傳感 器（APS)或無(wú)源像素傳感器。該圖像傳感器件可以包括鄰近像素柵格提供的額外的電路和 輸入/輸出，以提供像素的操作環(huán)境并用于支持像素與外部的交流。
[0029] 圖1根據(jù)一些實(shí)施例示出了用于制造圖像傳感器件的方法的流程圖。參考圖1，該 方法10開始于框11，其中，提供了具有正面和背面的襯底。該襯底包括輻射感測(cè)區(qū)和鄰近 輻射感測(cè)區(qū)的摻雜的隔離區(qū)。方法10繼續(xù)進(jìn)行到框13,其中，形成了深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。深 溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括從背面延伸的溝槽和覆蓋溝槽的帶負(fù)電荷的膜。方法10繼續(xù)進(jìn)行到框 15,在深溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方形成反射塊。
[0030] 圖2至圖9是根據(jù)一些實(shí)施例的圖像傳感器件在各個(gè)制造階段中的示意性局部截 面圖。應(yīng)該理解，為了更好的理解本發(fā)明的實(shí)施例，已經(jīng)對(duì)圖2至圖9進(jìn)行了簡(jiǎn)化。
[0031] 參考圖2,圖像傳感器件100包括襯底102。襯底102是器件襯底。襯底102可以 是半導(dǎo)體襯底。襯底102可以是用諸如硼的P型摻雜劑摻雜的硅襯底，在這種情況下，襯底 102是P型襯底?？蛇x地，襯底102可以是另一種合適的半導(dǎo)體材料。例如，襯底102可以 是用諸如磷或砷的N型摻雜劑摻雜的硅襯底，在這種情況下，襯底是N型襯底。襯底102可 以包括諸如鍺或金剛石的其他元素半導(dǎo)體材料。襯底102可以可選擇地包括化合物襯底和 /或合金半導(dǎo)體。進(jìn)一步地，襯底102可以包括外延層（印i層），襯底102可以是應(yīng)變的以 用于性能增強(qiáng)，并且襯底102可以包括絕緣體上硅（SOI)結(jié)構(gòu)。
[0032] 襯底102具有正面104 (也稱作正側(cè)）和背面106 (也稱作背側(cè)）。對(duì)于諸如圖像 傳感器件100的BSI圖像傳感器件，入射輻射穿過(guò)背面106進(jìn)入襯底102。在一些實(shí)施例 中，襯底102的厚度在從約500μm至約IOOOym的范圍內(nèi)。根據(jù)一些實(shí)施例，使用前端工 藝制造襯底102。例如，襯底102包括各個(gè)區(qū)，其可以包括像素區(qū)、外圍區(qū)、接合焊盤區(qū)和劃 線區(qū)。為了簡(jiǎn)化的目的，在圖2至圖9中僅示出了像素區(qū)的一部分。
[0033] 像素區(qū)包括輻射感測(cè)區(qū)108和摻雜的隔離區(qū)110。輻射感測(cè)區(qū)108被摻雜后的摻雜 極性與襯底102被摻雜后的摻雜極性相反。通過(guò)一種或多種注入工藝或擴(kuò)散工藝形成輻射 感測(cè)區(qū)108。輻射感測(cè)區(qū)108形成為鄰近或接近襯底102的正面104。盡管在圖2中僅示出了 像素區(qū)的一部分，但是像素區(qū)還可以包括固定層光電二極管（pinnedlayerphotodiode)、 光電二極管柵極、復(fù)位晶體管、源極跟隨器晶體管和傳輸晶體管。為了簡(jiǎn)化的目的，在本發(fā) 明的附圖中沒(méi)有示出以上部件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)。
[0034] 可操作輻射感測(cè)區(qū)108來(lái)感測(cè)從背面106進(jìn)入像素區(qū)的入射輻射。入射輻射可以 是可見光?？蛇x地，入射輻射可以是紅外線（IR)、紫外線（UV)、X射線、微波、其他合適類型 的輻射或它們的組合。
[0035] 根據(jù)一些實(shí)施例，摻雜的隔離區(qū)110鄰近于輻射感測(cè)區(qū)108。摻雜的隔離區(qū)110形 成為鄰近或接近正面104。每對(duì)相鄰的輻射感測(cè)區(qū)108通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的摻雜的隔離區(qū)110 彼此間隔開。摻雜的隔離區(qū)110被摻雜后的摻雜極性與襯底102被摻雜后的摻雜極性相同。 在一些實(shí)施例中，摻雜的隔離區(qū)110的摻雜濃度大于襯底102的摻雜濃度。例如，摻雜的隔 離區(qū)110的摻雜濃度可以在從約1E16每立方厘米至約1E20每立方厘米的范圍內(nèi)。通過(guò)一 種或多種注入工藝或擴(kuò)散工藝形成摻雜的隔離區(qū)110。
[0036] 如圖2中所示，根據(jù)一些實(shí)施例，在摻雜的隔離區(qū)110中形成隔離部件112。隔離 部件112形成為鄰近或接近襯底102的正面104。在一些實(shí)施例中，隔離部件112用于限定 輻射感測(cè)區(qū)108和摻雜的隔離區(qū)110的預(yù)定區(qū)。因此，可以在形成輻射感測(cè)區(qū)108和摻雜 的隔離區(qū)110之前形成隔離部件112。在一些實(shí)施例中，摻雜的隔離區(qū)110與隔離部件112 對(duì)準(zhǔn)。
[0037] 隔離部件112包括淺溝槽隔離（STI)結(jié)構(gòu)和/或硅的局部氧化（LOCOS)結(jié)構(gòu)。在 一些實(shí)施例中，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和制造關(guān)注點(diǎn)，在摻雜的隔離區(qū)110中形成諸如MOSFET或結(jié) 電容器的一些有源或無(wú)源部件。通過(guò)隔離部件112環(huán)繞并保護(hù)摻雜的隔離區(qū)110中的有源 或無(wú)源部件。隔離部件112的厚度大于摻雜的隔離區(qū)110中的有源或無(wú)源部件的厚度。在 一些實(shí)施例中，隔離部件112的厚度在從約100埃至約5000埃的范圍內(nèi)。
[0038] 在一些實(shí)施例中，通過(guò)從正面104在襯底102中形成溝槽并且在溝槽內(nèi)填充介電 材料來(lái)形成隔離部件112。介電材料可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料或其他合 適的介電材料?？梢詫?shí)施化學(xué)機(jī)械拋光（CMP)工藝以平坦化填充溝槽的介電材料的表面。
[0039] 如圖2中所示，圖像傳感器件100還可以包括形成在襯底102的正面104上方的 互連結(jié)構(gòu)114?；ミB結(jié)構(gòu)114包括多個(gè)圖案化的介電層和連接到圖像傳感器件100的各種 摻雜部件、電路和輸入/輸出的導(dǎo)電層?；ミB結(jié)構(gòu)114包括中間層電介質(zhì)（ILD)和多層互 連（MLI)結(jié)構(gòu)。MLI結(jié)構(gòu)包括接觸件、通孔和金屬線。為了說(shuō)明的目的，在圖2中示出了多 個(gè)導(dǎo)線116和通孔/接觸件118,應(yīng)該理解，導(dǎo)線116和通孔/接觸件118僅僅是示例性的。 可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要和制造關(guān)注點(diǎn)改變導(dǎo)線116和通孔/接觸件118的實(shí)際位置和配置。
[0040] 參考圖3,根據(jù)一些實(shí)施例，在互連結(jié)構(gòu)114上形成緩沖層120。緩沖層120可以 包括諸如氧化硅的介電材料?？蛇x地，緩沖層120可以包括氮化硅。可以通過(guò)化學(xué)汽相沉 積（CVD)、物理汽相沉積（PVD)或其他合適的技術(shù)沉積緩沖層120?？梢酝ㄟ^(guò)CMP工藝平坦 化緩沖層120以形成光滑的表面。
[0041] 然后，通過(guò)緩沖層120將載具襯底122與襯底102接合。因此，可以對(duì)襯底102的 背面106實(shí)施處理。在一些實(shí)施例中，載具襯底122類似于襯底102,并且包括娃材料?？?選地，載具襯底122可以包括玻璃襯底或其他合適的材料?？梢酝ㄟ^(guò)分子力（直接接合）、 光學(xué)融合接合、金屬擴(kuò)散接合、陽(yáng)極接合或通過(guò)其他合適的接合技術(shù)將載具襯底122接合 至襯底102。緩沖層120在襯底102和載具襯底122之間提供電隔離。載具襯底122為形 成在襯底102的正面104上的各種部件提供保護(hù)。如下文所述，載具襯底122還提供機(jī)械 強(qiáng)度和支持以便處理襯底102的背面106。
[0042] 在接合載具襯底122之后，然后實(shí)施減薄工藝以從背面106減薄襯底102。減薄 工藝可以包括機(jī)械研磨工藝。之后，在襯底102的背面106上方施加蝕刻化學(xué)劑以進(jìn)一步 將襯底102減薄至數(shù)微米級(jí)的厚度。在一些實(shí)施例中，襯底102在減薄之后的厚度在約從 1μm至約100μm的范圍內(nèi)。
[0043] 普通的圖像傳感器件缺陷包括光串?dāng)_、電串?dāng)_和暗電流。隨著圖像像素尺寸和相 鄰的圖像像素之間的間隔的不斷減小，缺陷變得更加嚴(yán)重。光串?dāng)_是指來(lái)自相鄰像素的光 子干擾，其降低了像素的光感測(cè)可靠性和精度的。暗電流可以限定為當(dāng)不存在實(shí)際照明時(shí) 存在的像素電流。換言之，暗電流是當(dāng)沒(méi)有光子進(jìn)入光電二極管時(shí)流過(guò)光電二極管的電流。 白色像素出現(xiàn)在過(guò)量的電流泄漏引起來(lái)自像素的不正常的高信號(hào)的位置。在圖3中示出的 圖像傳感器件100中，摻雜的隔離區(qū)110具有與輻射感測(cè)區(qū)108相反的摻雜極性以減少暗 電流和白色像素缺陷。然而，單獨(dú)的摻雜的隔離區(qū)110不能足夠有效地避免暗電流和白色 像素缺陷。此外，由于輻射感測(cè)區(qū)108和摻雜的隔離區(qū)110的折射率相似，所以摻雜的隔離 區(qū)110不能夠解決光串?dāng)_。
[0044] 參考圖4,對(duì)襯底102的背面106實(shí)施蝕刻工藝以形成多個(gè)開口 124 (或溝槽/凹 槽）。蝕刻工藝包括干蝕刻工藝。在實(shí)施蝕刻工藝之前可以形成蝕刻掩模（例如硬掩模，本 文中未示出）。在襯底102的背面106處的每個(gè)開口 124具有寬度1。寬度W1可以小于或 基本等于摻雜的隔離區(qū)110的寬度。開口 124可以具有矩形、梯形或其他合適的形狀。在 一些實(shí)施例中，每個(gè)開口 124都延伸到超出襯底102厚度的一半的位置處但是沒(méi)有到達(dá)隔 離部件112。因此，由隔離部件112環(huán)繞的有源或無(wú)源部件不會(huì)被蝕刻工藝所破壞。在一些 實(shí)施例中，從襯底102的背面106測(cè)得的開口 124的深度在約Ιμπι至約10μπι的范圍內(nèi)。 在不使用蝕刻停止層的情況下，可以通過(guò)時(shí)間控制調(diào)節(jié)開口 124的深度。這些開口 124用 于形成深溝槽隔離（DTI)結(jié)構(gòu)，將在下文對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的討論。
[0045] 參考圖5,根據(jù)一些實(shí)施例，在襯底102的背面106上方形成帶負(fù)電荷的膜126。帶 負(fù)電荷的膜126可以共形地覆蓋背面106,包括以共形的方式覆蓋開口 124的內(nèi)表面。帶負(fù) 電荷的膜126比傳統(tǒng)的介電層具有更全面（agreateroverall)的負(fù)電荷。負(fù)電荷增加了 在帶負(fù)電荷的膜126的界面處的空穴累積，并且在帶負(fù)電荷的膜126和環(huán)繞輻射感測(cè)區(qū)108 的襯底102的摻雜的隔離區(qū)（即，p型）110之間的界面處或接近該界面處產(chǎn)生耗盡區(qū)。耗 盡區(qū)減少了暗電流和/或白色像素。
[0046] 根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，帶負(fù)電荷的膜126是高k金屬氧化物。高k金屬氧化物 可以是氧化鉿、氧化錯(cuò)、氧化锫、氧化鎂、氧化興、氧化釔、氧化鉭、氧化銀、氧化鈦、氧化鑭、 氧化鋇或可以使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體沉積技術(shù)形成高k膜的其他金屬氧化物?？梢允褂肅VD工 藝或PVD工藝沉積高k金屬氧化物。CVD工藝可以是包括ICPECVD的等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽 相沉積（PECVD)、低壓化學(xué)汽相沉積（LPCVD)、或等離子體或非等離子體原子層沉積（ALD)。 可以通過(guò)改變包括各種流速和功率參數(shù)的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)這些工藝以利于負(fù)電荷的累積，并 且可以在膜沉積之后包含處理步驟以增加負(fù)電荷。產(chǎn)生的高k金屬氧化物膜可以具有帶負(fù) 電荷的間隙氧原子和/或動(dòng)搖（dangling) /破壞金屬氧化物接合的富氧成分，這兩種情況 都會(huì)導(dǎo)致負(fù)電荷累積。累積的負(fù)電荷可以在約5E9/cm2至約lE14/cm2的范圍內(nèi)，或大于約 ΙΕΙΟ/cm2。換言之，該層的總電荷（Qtot)在約-5E9/cm2至約-lE14/cm2的范圍內(nèi)，或小于 約-lE10/cm2。
[0047] 根據(jù)其他實(shí)施例，帶負(fù)電荷的膜126是氮化硅或氮化物電介質(zhì)。氮化物材料可以 是富氮的氮化硅或其他富氮的介電膜，諸如氮化鉭、氮化鈦、氮化鉿、氮化鋁、氮化鎂或可以 使用現(xiàn)有的半導(dǎo)體沉積技術(shù)形成的其他金屬氮化物?？梢允褂肅VD技術(shù)或PVD技術(shù)沉積氮 化物材料。CVD工藝可以是包括ICPECVD的PECVD、LPCVD、或等離子體或非等離子體ALD。 在一些實(shí)施例中，帶負(fù)電荷的膜是等離子體氮化材料。在之后處理中的膜沉積期間或之后， 如果通過(guò)使用等離子體的含氮離子來(lái)使用非等離子體沉積技術(shù)，就可以發(fā)生等離子體氮 化。等離子體氮化產(chǎn)生具有累積的負(fù)電荷的富氮膜。在一些實(shí)施例中，通過(guò)利用氨的熱處 理或等離子體處理來(lái)增加負(fù)電荷。累積的負(fù)電荷在約lE9/cm2至約lE13/cm2范圍內(nèi)，或大 于約5E9/cm2。換言之，該層的總電荷（Qtot)在約-lE9/cm2至約-lE13/cm2范圍內(nèi)，或小 于約-5E9/cm2。在一些實(shí)施例中，帶負(fù)電荷的膜126的厚度在約Inm至約500nm的范圍內(nèi)。 在一些其他實(shí)施例中，帶負(fù)電荷的膜126的厚度在約Inm至約IOOnm的范圍內(nèi)。
[0048] 之后，參考圖6,根據(jù)一些實(shí)施例，在襯底102的背面106上方沉積介電材料128。 介電材料128填充開口 124的剩余空間。在一些實(shí)施例中，介電材料128包括氧化硅、氮化 硅、氮氧化硅、旋涂玻璃（SOG)、低k電介質(zhì)、或其他合適的其他材料?？梢酝ㄟ^(guò)CVD、PVD、或 其他合適的沉積技術(shù)沉積介電材料128。在一些實(shí)施例中，減薄并平坦化位于開口 124外側(cè) 的介電材料128的一部分。在以下討論中，將開口 124和位于開口 124中的部分帶負(fù)電荷 的膜126和部分介電材料128 -起稱為深溝槽隔離結(jié)構(gòu)130。
[0049] 之后，參考圖7,根據(jù)一些實(shí)施例，在襯底102上方形成反射柵格132。例如，在介 電材料128上形成反射柵格132。每塊反射柵格132都與相應(yīng)的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)130中的 一個(gè)對(duì)齊。在一些實(shí)施例中，由諸如鋁、鎢、銅、鉭、鈦、它們的合金或它們的組合的金屬材料 形成反射柵格132。每塊反射柵格132可以具有矩形、倒梯形、倒三角形或其他合適的形狀。 在一些實(shí)施例中，每塊反射柵格132的厚度T在約丨〇〇A到約丨5000A的范圍內(nèi)。通過(guò) 合適的沉積工藝并且然后進(jìn)行圖案化來(lái)形成反射柵格132。沉積工藝包括電鍍、濺射、CVD、 PVD或其他合適的沉積技術(shù)。CVD工藝可以是包括ICPECVD的PECVD、LPCVD、或者等離子體 或非等離子體ALD。
[0050] 在一些實(shí)施例中，位于背面106的每塊反射柵格132具有寬度W2。例如，寬度W2在 IOnm至IOOOnm的范圍內(nèi)。寬度W2基本等于或大于深溝槽隔離結(jié)構(gòu)130的寬度W1以覆蓋 深溝槽隔離結(jié)構(gòu)130。因此，反射柵格132防止幾乎垂直的入射輻射傳輸至深溝槽隔離結(jié)構(gòu) 130內(nèi)?？梢詫鬏斨辽顪喜鄹綦x結(jié)構(gòu)130內(nèi)的幾乎垂直的入射輻射折射到鄰近的輻射感 測(cè)區(qū)108,并且將會(huì)出現(xiàn)不期望的光串?dāng)_。
[0051] 之后，參考圖8,根據(jù)一些實(shí)施例，在襯底102的背面106上方沉積透明填充層 134。透明填充層134可以由氧化硅、氮化硅或合適的聚合物制成，并且可以通過(guò)諸如CVD、 PVD、或它們的組合的合適的技術(shù)形成。在一些實(shí)施例中，透明填充層134的厚度大于反射 柵格132的厚度。因此，透明填充層134覆蓋反射柵格132并且提供光滑的表面。例如，透 明填充層134的厚度在約10埃至約1000埃的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，透明填充層134用 作圖像傳感器件100的抗反射層。抗反射層用于降低投射向圖像傳感器件100的背面106 的入射輻射的反射。
[0052] 之后，參考圖9,根據(jù)一些實(shí)施例，在透明填充層134上方形成濾色鏡層136。濾色 鏡層136提供對(duì)在特定范圍內(nèi)的波長(zhǎng)的入射輻射的過(guò)濾，其可以對(duì)應(yīng)于例如，紅色、綠色或 藍(lán)色的特定顏色的光?？梢允褂脼V色鏡層136以只允許具有預(yù)定顏色的光到達(dá)輻射感測(cè)區(qū) 108。之后，在濾色鏡層136上方形成微透鏡層138,以引導(dǎo)入射輻射朝向輻射感測(cè)區(qū)。可 以根據(jù)微透鏡層138使用的材料的折射率和/或微透鏡層138與輻射感測(cè)區(qū)108之間的距 離將微透鏡層138定位成各種布置并且使其具有各種形狀?？蛇x地，可以顛倒濾色鏡層136 和微透鏡層138的位置，從而可以將微透鏡層138設(shè)置在襯底102的背面106和濾色鏡136之間。
[0053] 本發(fā)明描述了用于形成圖像傳感器件的機(jī)制的實(shí)施例。深溝槽隔離結(jié)構(gòu)（形成于 襯底的背面并且包括帶負(fù)電荷的膜）可以進(jìn)一步減少暗電流和白色像素。此外，形成在深 溝槽隔離結(jié)構(gòu)上方的反射柵格可以防止入射輻射傳輸至深溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。因此，還減少 或避免了光子串?dāng)_缺陷。
[0054] 根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種圖像傳感器件。該圖像傳感器件包括具有正面和背 面的襯底。該圖像傳感器件還包括可操作的輻射感測(cè)區(qū)以檢測(cè)穿過(guò)背面進(jìn)入襯底的入射輻 射。該圖像傳感器件還包括形成在襯底中并且鄰近輻射感測(cè)區(qū)的摻雜的隔離區(qū)。此外，該 圖像傳感器件包括形成在摻雜的隔離區(qū)中的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)。該深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括從背 面延伸至摻雜的隔離區(qū)內(nèi)的溝槽和覆蓋溝槽的內(nèi)表面的帶負(fù)電荷的膜。
[0055] 根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種圖像傳感器件。該圖像傳感器件包括具有正面和背 面的襯底。該圖像傳感器件還包括形成在襯底中的多個(gè)輻射感測(cè)區(qū)。該圖像傳感器件還包 括形成在襯底中的多個(gè)摻雜的隔離區(qū)。每對(duì)相鄰的輻射感測(cè)區(qū)通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的摻雜的隔離 區(qū)彼此間隔開。此外，該圖像傳感器件包括從背面延伸至摻雜的隔離區(qū)內(nèi)的多個(gè)溝槽。該 圖像傳感器件還包括覆蓋溝槽的內(nèi)表面的帶負(fù)電荷的膜和位于帶負(fù)電荷的膜上方并且填 充溝槽的介電材料。該圖像傳感器件還包括形成在襯底的背面上方的反射柵格，并且每塊 反射柵格與一個(gè)相應(yīng)的溝槽對(duì)齊。
[0056] 根據(jù)一些實(shí)施例，提供了一種制造圖像傳感器件的方法。該方法包括提供具有正 面和后面的襯底。該方法還包括形成鄰近正面的輻射感測(cè)區(qū)和摻雜的隔離區(qū)，并且摻雜的 隔離區(qū)鄰近輻射感測(cè)區(qū)。該方法還包括從背面在摻雜的隔離區(qū)中形成溝槽。此外，該方法 還包括在背面上方形成覆蓋溝槽的內(nèi)表面的帶負(fù)電荷的膜。
[0057] 盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)該理解，在不背離所附權(quán) 利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做各種不同的改變，替換和更改。 例如，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易理解，在保持在本發(fā)明的范圍內(nèi)的情況下，可以改變本文 描述的多個(gè)特征、功能、工藝和材料。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書中描述的工 藝、機(jī)器、制造、材料組分、手段、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理 解，根據(jù)本發(fā)明，可以使用現(xiàn)有的或今后將開發(fā)的、用于與根據(jù)本發(fā)明所描述的相應(yīng)實(shí)施例 執(zhí)行基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、手段、方法或步 驟。因此，附加的權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)器、制造、材料組分、手段、方法或步驟包括在 它們的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種圖像傳感器件，包括： 襯底，具有正面和背面； 輻射感測(cè)區(qū)，可操作以檢測(cè)穿過(guò)所述背面進(jìn)入所述襯底的入射輻射； 摻雜的隔離區(qū)，形成在所述襯底中并且鄰近所述輻射感測(cè)區(qū)；以及 深溝槽隔離結(jié)構(gòu)，形成在所述摻雜的隔離區(qū)中，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括： 溝槽，從所述背面延伸至所述摻雜的隔離區(qū)內(nèi)；和 帶負(fù)電荷的膜，覆蓋所述溝槽的內(nèi)表面。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器件，其中，所述輻射感測(cè)區(qū)和所述摻雜的隔離區(qū) 具有不同的摻雜極性。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器件，其中，所述帶負(fù)電荷的膜選自由富氧氧化硅、 高k金屬氧化物和氮化硅組成的組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器件，其中，所述帶負(fù)電荷的膜的厚度在從約lnm至 約500nm的范圍內(nèi)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器件，進(jìn)一步包括：形成在所述摻雜的隔離區(qū)中且 并接近所述正面的隔離部件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器件，其中，所述溝槽從所述背面延伸，但是沒(méi)有到 達(dá)所述隔離部件。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器件，進(jìn)一步包括：形成在所述襯底的背面上方的 介電材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的圖像傳感器件，其中，所述帶負(fù)電荷的膜以共形的方式覆蓋 所述溝槽，并且所述介電材料填充所述溝槽。
9. 一種圖像傳感器件，包括： 襯底，具有正面和背面； 多個(gè)輻射感測(cè)區(qū)，形成在所述襯底中； 多個(gè)摻雜的隔離區(qū)，形成在所述襯底中，其中，每對(duì)相鄰的輻射感測(cè)區(qū)通過(guò)一個(gè)相應(yīng)的 摻雜的隔離區(qū)彼此間隔開； 多個(gè)溝槽，從所述背面延伸至所述摻雜的隔離區(qū)內(nèi)； 帶負(fù)電荷的膜，覆蓋所述溝槽的內(nèi)表面； 介電材料，位于所述帶負(fù)電荷的膜上方并且填充所述溝槽；以及 反射柵格，形成在所述襯底的背面上方，其中，每塊所述反射柵格與一個(gè)相應(yīng)的溝槽對(duì) 齊。
10. -種制造圖像傳感器件的方法，包括： 提供具有正面和背面的襯底； 形成鄰近所述正面的輻射感測(cè)區(qū)和摻雜的隔離區(qū)，所述摻雜的隔離區(qū)鄰近所述輻射感 測(cè)區(qū)； 從所述背面在所述摻雜的隔離區(qū)中形成溝槽；以及 在所述背面上方形成帶負(fù)電荷的膜以覆蓋所述溝槽的內(nèi)表面。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK104425526SQ201410338457
【公開日】2015年3月18日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月3日
【發(fā)明者】林政賢, 楊敦年, 劉人誠(chéng), 洪豐基 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司