一种背照式图像传感器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体制造，特别涉及一种背照式图像传感器及其制备方法。

背景技术：

1、图像传感器是指光学图像转换成像素信号输出的设备。图像传感器包括电荷耦合器件（ccd）与互补金属氧化物半导体（cmos）图像传感器。cmos图像传感器一般分为前照式（fsi）图像传感器和背照式（bsi）图像传感器两种。背照式图像传感器将感光层的元件（例如微透镜和光电二极管）设置在基底的背面一侧，并允许光通过背侧进入并由光电二极管检测，由于光线无需穿过布线层，避免了前照式图像传感器结构中光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响，从而显著的提高了光的效能，大大改善了图像传感器在低光照条件下的感光效果，且显示比前照式更高的灵敏度。

2、在背照式图像传感器的先进制程中，由于需要使用高能量的例子注入工艺来形成光电二极管（photo diode，pd），对衬底造成损伤，并造成光源入射时出现干扰效应（crosstalk）的不理想效应。

技术实现思路

1、本发明的目的在于，提供一种背照式图像传感器及其制备方法，可以减少干扰效应。

2、为了解决以上问题，本发明提供一种背照式图像传感器，包括依次设置在衬底一侧的第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层，所述第三半导体材料层、第二半导体材料层和第一半导体材料层中设置有第一深沟槽结构，所述第三半导体材料层和第二半导体材料层中设置有第二深沟槽结构，每个所述第一深沟槽结构和一所述第二深沟槽结构相邻设置，且相邻所述第一深沟槽结构和第二深沟槽结构之间的第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层构成像素单元，所述像素单元上形成有叠层格栅结构，

3、其中，所述第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层中均掺杂有四价元素，且掺杂的四价元素的原子重量由下至上依次减少。

4、可选的，所述第一半导体材料层中掺杂有锑元素，所述第二半导体材料层中掺杂有砷元素，所述第三半导体材料层掺杂有磷元素。

5、可选的，所述第一深沟槽结构和第二深沟槽结构中填充物为二氧化硅，且在所述第一深沟槽结构和第二深沟槽结构的边缘处均掺杂有第一金属和第二金属，且所述第一金属位于所述第二金属的外侧，其中，所述第一金属的元素重量较所述第二金属的元素重量大。

6、可选的，所述叠层格栅结构由下至上依次包括阻挡层、第一金属层和第二金属层，所述阻挡层的材料为hfo2，所述第一金属层的材料为铝，所述第二金属层的材料为氮化钽。

7、另一方面，本发明提供一种背照式图像传感器的制备方法，制备上述所述的背照式图像传感器，包括以下步骤：

8、在衬底一侧上依次形成第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层，所述第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层中均掺杂有四价元素，且掺杂的四价元素的原子重量由下至上依次减少；

9、依次刻蚀所述第三半导体材料层、第二半导体材料层和第一半导体材料层，以形成第一深沟槽结构，同时，依次刻蚀所述第三半导体材料层和第二半导体材料层，以形成第二深沟槽结构；其中，每个所述第一深沟槽结构和一所述第二深沟槽结构相邻设置，且相邻所述第一深沟槽结构和第二深沟槽结构之间的第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层构成像素单元；

10、在所述像素单元上形成叠层格栅结构。

11、可选的，形成所述第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层的方法具体为：

12、提供衬底，所述衬底包括相对设置的正面和背面，在所述正面形成有间隔设置的浅沟槽隔离结构；

13、采用覆毯式的离子注入工艺，从所述正面对所述浅沟槽隔离结构进行n型离子注入，以在所述浅沟槽隔离结构靠近所述背面一侧形成停止层；

14、从所述背面通过化学机械抛光工艺减薄所述衬底，并研磨停止在所述停止层上；

15、采用固相扩散在所述停止层上依次形成第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层。

16、进一步的，所述第一半导体材料层中掺杂有锑元素，所述第二半导体材料层中掺杂有砷元素，所述第三半导体材料层掺杂有磷元素。

17、进一步的，形成所述像素单元的方法具体为：

18、通过沉积工艺在所述第三半导体材料层上依次形成缓冲层和硬掩模层；

19、通过刻蚀工艺依次刻蚀所述硬掩模层和缓冲层，以形成第一开口和第二开口，所述第一开口外侧仅具有缓冲层，所述第二开口外侧具有堆叠设置的缓冲层和硬掩模层，且每个第一开口均与一个第二开口相邻设置；

20、采用干法刻蚀工艺在所述第一开口处形成第一深沟槽，在所述第二开口处形成第二深沟槽，其中，所述第一深沟槽由上至下依次贯通所述第三半导体材料层、第二半导体材料层、第一半导体材料层和停止层，以暴露出所述浅沟槽隔离结构的底部，所述第二深沟槽由上至下依次贯通所述第三半导体材料层和第二半导体材料层，且每个所述第二深沟槽结构均与一个所述浅沟槽隔离结构正对设置；

21、去除所述硬掩模层；

22、在所述第一深沟槽和第二深沟槽中沉积填充物，所述填充物还覆盖所述缓冲层；

23、通过化学机械抛光工艺去除所述缓冲层上的所述填充物，并在氧气氛围下执行尖峰退火工艺，以形成第一深沟槽结构和第二深沟槽结构。

24、进一步的，所述填充物为硅、第一金属、第二金属的混合物，所述第一深沟槽结构和第二深沟槽结构中的填充物为二氧化硅，且在所述第一深沟槽结构和第二深沟槽结构的边缘处均掺杂有第一金属和第二金属，且所述第一金属位于所述第二金属的外侧；

25、其中，所述第一金属的元素重量较所述第二金属的元素重量大。

26、进一步的，形成所述叠层格栅结构的方法具体为：

27、通过沉积工艺在所述第三半导体材料层上依次沉积阻挡层、第一金属层和第二金属层；

28、通过刻蚀工艺依次刻蚀所述第二金属层、第一金属层和阻挡层，以形成叠层格栅结构，所述叠层格栅结构位于所述像素单元上方，其中，所述阻挡层的材料为hfo2，所述第一金属层的材料为铝，所述第二金属层的材料为氮化钽。

29、与现有技术相比，本发明具有以下意想不到的技术效果：

30、本发明提供一种背照式图像传感器及其制备方法，背照式图像传感器包括依次设置在衬底一侧的第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层，所述第三半导体材料层、第二半导体材料层和第一半导体材料层中设置有第一深沟槽结构，所述第三半导体材料层和第二半导体材料层中设置有第二深沟槽结构，每个所述第一深沟槽结构和一所述第二深沟槽结构相邻设置，且相邻所述第一深沟槽结构和第二深沟槽结构之间的第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层构成像素单元，所述像素单元上形成有叠层格栅结构，其中，所述第一半导体材料层、第二半导体材料层和第三半导体材料层中均掺杂有四价元素，且掺杂的四价元素的原子重量由下至上依次减少，可以解决现有技术中因离子注入形成的像素单元造成的干扰效应问题。

31、另外，所述叠层格栅结构由下至上依次包括阻挡层、第一金属层和第二金属层，所述阻挡层的材料为hfo2，以抑制表面电子扩散，从而解决暗电流的问题。