图像传感器及其形成方法与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术：

1、cmos图像传感器（cmos image sensor, cis）是将光学图像转化为电信号的半导体器件。cis包括用于感光的光电二极管（photodiode, pd）和用于将所感测的光处理为电信号的逻辑电路。

2、现有半导体工艺中，一般先在基底表面形成用于光刻的对准标记（例如，单独的对准标记，或者在有源区掩模中带有对准标记图形），作为起始步骤，然后再进行其他步骤。但cis是对于或者其他需要在有源区形成之前进行外延的工艺，由于外延完成之后，浅层的对准标记会因为平坦化处理过程而受到影响，导致对准信号衰减或者消失。

3、为解决在有源区形成之前进行外延的半导体工艺中的对准问题，可以先在对准区域形成浅沟槽并填充介质层作为对准标记，再在器件区域形成深沟槽并外延，然后在外延层中形成有源区，虽然对准标记不会因为外延之后的平坦化处理过程而受到影响，但是该方案的缺点是增加了浅沟槽光刻刻蚀步骤，增加了嵌套对准的误差；并且由于对准标记与基底背面距离较远，进行背面工艺时对准信号较弱，无法应用于需要进行背面处理的半导体工艺，例如背照式图像传感器工艺中。

技术实现思路

1、基于现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种图像传感器的形成方法，包括：通过刻蚀和外延工艺，在衬底的对准区形成多个第一沟槽；在所述多个第一沟槽的下部表面形成至少一层介质层；通过外延工艺，在所述多个第一沟槽的上部形成第一外延层，使所述多个第一沟槽开口封闭，并在所述多个第一沟槽中形成空腔，从而形成对准标记。

2、可选地，所述至少一层介质层包括第一介质层和第二介质层；所述在所述多个第一沟槽的下部表面形成至少一层介质层包括：在所述多个第一沟槽表面形成所述第一介质层；通过沉积所述第二介质层，使所述多个第一沟槽开口封闭；去除所述多个第一沟槽开口处的部分所述第二介质层；去除所述多个第一沟槽开口处的部分所述第一介质层，从而在所述多个第一沟槽的下部表面形成所述至少一层介质层。

3、可选地，所述通过刻蚀和外延工艺，在衬底的对准区形成多个第一沟槽包括：通过刻蚀和外延工艺，同时在衬底的像素区形成第二沟槽，并在衬底的对准区形成多个第一沟槽。

4、可选地，所述第一介质层包括第一子介质层和第二子介质层。

5、可选地，所述第一子介质层为氧化硅；所述第二子介质层为氮化硅；所述第二介质层为氧化硅。

6、可选地，所述在所述多个第一沟槽表面形成第一介质层包括：在像素区的所述第二沟槽和对准区的所述多个第一沟槽表面形成第一子介质层；在所述第一子介质层表面形成第二子介质层。

7、可选地，所述图像传感器的方法还包括：对衬底背面减薄，以所述第一介质层或所述第二介质层作为停止层；去除所述第一介质层或所述第二介质层，自对准形成背面沟槽隔离结构。

8、可选地，所述去除所述多个第一沟槽开口处的部分所述第二介质层包括：通过氢氟酸去除像素区的所述第二沟槽和对准区的所述多个第一沟槽开口处的部分第二介质层，从而暴露出所述第二子介质层。

9、可选地，所述去除所述多个第一沟槽开口处的部分所述第一介质层包括：通过热磷酸去除像素区的所述第二沟槽和对准区的所述多个第一沟槽开口处的部分第二子介质层；通过氢氟酸去除像素区的所述第二沟槽和对准区的所述多个第一沟槽开口处的部分第一子介质层。

10、可选地，所述通过刻蚀和外延工艺，在衬底的对准区形成多个第一沟槽包括：在衬底上形成图案化的第一掩膜层；通过刻蚀工艺，在像素区形成第四沟槽，在对准区形成多个第三沟槽；通过外延工艺，在所述第四沟槽和对所述多个第三沟槽表面形成至少一层外延层并形成侧向pn结，使所述第四沟槽和所述多个第三沟槽线宽变窄，从而在像素区形成所述第二沟槽，在对准区形成所述多个第一沟槽。

11、可选地，所述通过外延工艺形成第一外延层，使所述多个第一沟槽的开口封闭之后还包括：去除所述第一掩膜层；对所述衬底进行化学机械研磨；在所述衬底上形成第二外延层；在所述第二外延层上形成晶体管。

12、本发明还提供了一种图像传感器，通过上述图像传感器的形成方法形成。

13、与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

14、本发明技术方案提供的图像传感器的形成方法中，通过刻蚀和外延工艺，在衬底的对准区形成多个第一沟槽；在所述多个第一沟槽的下部表面形成至少一层介质层；通过外延工艺，在所述多个第一沟槽的上部形成第一外延层，使所述多个第一沟槽开口封闭，并在所述多个第一沟槽中形成空腔，从而形成对准标记。通过形成多个空腔形成多列，从而可以通过探测衬底与至少一层介质层界面的多个信号作为对准标记。或者，通过探测多个空腔与至少一层介质层界面的多个信号作为对准标记。本发明技术方案可以在形成像素区的像素阵列的同时形成对准标记，不需要增加额外的工艺，可以降低成本。

技术特征：

1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：

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，所述至少一层介质层包括第一介质层和第二介质层；所述在所述多个第一沟槽的下部表面形成至少一层介质层包括：

3.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述通过刻蚀和外延工艺，在衬底的对准区形成多个第一沟槽包括：

4.如权利要求3所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一介质层包括第一子介质层和第二子介质层。

5.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一子介质层为氧化硅；所述第二子介质层为氮化硅；所述第二介质层为氧化硅。

6.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述在所述多个第一沟槽表面形成第一介质层包括：

7.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：

8.如权利要求5所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述去除所述多个第一沟槽开口处的部分所述第二介质层包括：

9.如权利要求5所述的图像传感器的形成方法，所述去除所述多个第一沟槽开口处的部分所述第一介质层包括：

10.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述通过刻蚀和外延工艺，在衬底的对准区形成多个第一沟槽包括：

11.如权利要求10所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述通过外延工艺形成第一外延层，使所述多个第一沟槽的开口封闭之后还包括：

12.一种图像传感器，其特征在于，通过如权利要求1至11中任一项所述的图像传感器的形成方法形成。

技术总结
本发明公开了一种图像传感器及其形成方法，该方法包括：通过刻蚀和外延工艺，在衬底的对准区形成多个第一沟槽；在所述多个第一沟槽的下部表面形成至少一层介质层；通过外延工艺，在所述多个第一沟槽的上部形成第一外延层，使所述多个第一沟槽开口封闭，并在所述多个第一沟槽中形成空腔，从而形成对准标记。通过形成多个空腔形成多列，从而可以通过探测衬底与至少一层介质层界面的多个信号作为对准标记。或者，通过探测多个空腔与至少一层介质层界面的多个信号作为对准标记。本发明技术方案可以在形成像素区的像素阵列的同时形成对准标记，不需要增加额外的工艺，可以降低成本。

技术研发人员：杨瑞坤
受保护的技术使用者：格科半导体（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13