图像传感器及其形成方法与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术：

1、自动聚焦是图像传感器的一项重要技术。可以通过在一个微透镜(microlens)下制备多个光电二极管(photo diode，pd)，例如可以选自双(dual)pd或四(quad)pd，使图像传感器的每个像素(pixel)均可以检测相位信息，增加自动聚焦像素数量，从而具有较好的自动聚焦性能。

2、然而，在现有的图像传感器中，不同像素之间没有物理隔离，存在高光溢出(blooming)问题，满阱容量(full well capacity,fwc)较低。

3、亟需一种图像传感器，能够对相邻的像素之间进行物理隔离，从而有效减轻高光溢出的影响，提高fwc，提升器件品质。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，可以有效减轻高光溢出的影响，提高fwc，提升器件品质。

2、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：子像素阵列，所述图像传感器的像素区域中包含多个子像素阵列，每个子像素阵列的半导体衬底内包含多个呈中心对称排列的子像素，每个子像素均含有光电二极管区域；侧向隔离结构，包含完全侧向隔离结构和成对的部分侧向隔离结构，所述完全侧向隔离结构形成于所述半导体衬底的正面并完全隔断所述半导体衬底，用于分隔相邻子像素阵列，所述部分侧向隔离结构与所述完全侧向隔离结构同时形成于所述半导体衬底的正面，部分隔断所述半导体衬底；背部隔离结构，形成于所述半导体衬底的背面。

3、可选的，所述完全侧向隔离结构用于隔离相邻的子像素阵列，所述部分侧向隔离结构用于部分隔离相邻的光电二极管区域，且成对的部分侧向隔离结构之间在所述子像素阵列的中心区域具有间隔；所述背部隔离结构在每对部分侧向隔离结构的延伸方向上的投影覆盖该对部分侧向隔离结构在所述中心区域的间隔。

4、可选的，所述部分侧向隔离结构位于相邻的光电二极管区域之间；其中，每个部分侧向隔离结构的一端与所述完全侧向隔离结构连接，另一端向所述子像素阵列的中心延伸。

5、可选的，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨对称的两个光电二极管区域。

6、可选的，所述光电二极管区域的数量为两个，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨所述两个光电二极管区域；或者，所述光电二极管区域的数量为四个，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨中心对称的两个光电二极管区域。

7、可选的，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影位于单个光电二极管区域内，或者，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨相邻的两个光电二极管区域。

8、可选的，所述光电二极管区域的数量为两个，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影位于其中一个光电二极管区域内；或者，所述光电二极管区域的数量为四个，背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨相邻的两个光电二极管区域。

9、可选的，所述背部隔离结构在半导体衬底的正面的投影与所述部分侧向隔离结构在半导体衬底的正面的投影呈点接触。

10、可选的，所述背部隔离结构还包括：一条或多条垂直交叉隔离槽，所述垂直交叉隔离槽与所述背部隔离结构的主体结构垂直交叉，且每条垂直交叉隔离槽的长度小于所述主体结构的长度；其中，多条垂直交叉隔离槽的长度相同或不同。

11、可选的，垂直交叉隔离槽在半导体衬底的正面的投影与所述侧向隔离结构在半导体衬底的正面的投影不具有重叠区域。

12、可选的，所述垂直交叉隔离槽选自：垂直交叉隔离槽的数量为一条，与所述主体结构呈十字形；垂直交叉隔离槽的数量为两条，且两条垂直交叉隔离槽位于所述主体结构的两端，与所述主体结构呈工字形；垂直交叉隔离槽的数量为两条以上，平行地与所述主体结构交叉排列，与所述主体结构呈丰字形，其中，相邻的垂直交叉隔离槽之间的距离一致或不一致。

13、可选的，所述侧向隔离结构自所述半导体衬底的正面延伸至所述半导体衬底内的第一深度，所述背部隔离结构自所述半导体衬底的背面延伸至所述半导体衬底内的第二深度；其中，所述第一深度大于等于所述光电二极管区域的深度。

14、为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底内形成子像素阵列，所述图像传感器的像素区域中包含多个子像素阵列，每个子像素阵列的半导体衬底内包含多个呈中心对称排列的子像素，每个子像素均含有光电二极管区域；自所述半导体衬底的正面形成侧向隔离结构，其中，所述侧向隔离结构包含完全侧向隔离结构和成对的部分侧向隔离结构，所述完全侧向隔离结构形成于所述半导体衬底的正面并完全隔断半导体衬底，用于分隔相邻子像素阵列，所述部分侧向隔离结构与所述完全侧向隔离结构同时形成于所述半导体衬底的正面，部分隔断半导体衬底；自所述半导体衬底的背面形成背部隔离结构。

15、可选的，所述完全侧向隔离结构用于隔离相邻的子像素阵列，所述部分侧向隔离结构用于部分隔离相邻的光电二极管区域，且成对的部分侧向隔离结构之间在所述子像素阵列的中心区域具有间隔；所述背部隔离区域在每对部分侧向隔离结构的延伸方向上的投影覆盖该对部分侧向隔离结构在所述中心区域的间隔。

16、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：

17、在本发明实施例中，通过形成包含多个子像素的子像素阵列、包含完全侧向隔离结构和成对的部分侧向隔离结构的侧向隔离结构、背部隔离结构，可以既在器件的正面形成完全侧向隔离结构和部分侧向隔离结构，从而在像素之间自正面设置物理隔离，以增加像素电容密度，同时提供对焦功能，又可以在器件的背面形成背部隔离结构，从而在像素之间自背面设置物理隔离，用于校准进入相邻像素的光强比例，从而有效减轻高光溢出的影响，提高fwc，提升器件品质。进一步地，背部隔离结构用于分光，还有助于提高不同波长的光的交叉点对齐程度，从而提升图像传感器的自动聚焦性能。

18、进一步，所述完全侧向隔离结构用于隔离相邻的子像素阵列，所述部分侧向隔离结构用于部分隔离相邻的光电二极管区域，且成对的部分侧向隔离结构之间在所述子像素阵列的中心区域具有间隔，所述背部隔离结构在每对部分侧向隔离结构的延伸方向上的投影覆盖该对部分侧向隔离结构在所述中心区域的间隔。采用上述方案，可以形成中心区域具有间隔的子像素，对于每个像素配备了多个(如2个或4个)光电二极管的情况，不仅能够独立接收光线，还能够提高横竖方向上自动对焦效果。

19、进一步，所述部分侧向隔离结构位于相邻的光电二极管区域之间，其中，每个部分侧向隔离结构的一端与所述完全侧向隔离结构连接，另一端向所述子像素阵列的中心延伸。采用上述方案，可以形成相互之间具有关联的完全侧向隔离结构和部分侧向隔离结构，从而进一步提高横竖方向上自动对焦效果。

20、进一步，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨对称的两个光电二极管区域，从而还可以通过在对称的两个光电二极管区域对应的位置形成背部隔离结构，对该对称的两个光电二极管区域进行隔离，进一步提高隔离效果，提高fwc。

21、进一步，所述光电二极管区域的数量为两个，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨所述两个光电二极管区域；或者，所述光电二极管区域的数量为四个，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨中心对称的两个光电二极管区域。采用上述方案，通过横跨中心对称的两个光电二极管区域，可以形成倾斜方向上的背部隔离结构，采用倾斜方向上的背部隔离结构能够形成对水平垂直方向上更为均衡的隔离效果，进一步提高器件品质。

22、进一步，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影位于单个光电二极管区域内，从而可以通过在单个光电二极管区域对应的位置形成背部隔离结构，对该光电二极管区域进行隔离，进一步提高隔离效果，提高fwc。或者，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨相邻的两个光电二极管区域，从而可以通过在相邻的两个光电二极管区域对应的位置形成背部隔离结构，对该相邻的两个光电二极管区域进行隔离，进一步提高隔离效果，提高fwc。

23、进一步，所述光电二极管区域的数量为两个，所述背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影位于其中一个光电二极管区域内；或者，所述光电二极管区域的数量为四个，背部隔离结构在所述半导体衬底的正面的投影横跨相邻的两个光电二极管区域。采用上述方案，通过位于其中一个光电二极管区域内，或者横跨相邻的两个光电二极管区域，可以形成更接近水平或垂直方向上的背部隔离结构，对于需要在某一方向上的隔离效果优于相互垂直的另一方向上的器件，能够有效满足其需求，进一步提高器件品质。

24、进一步，所述背部隔离结构在半导体衬底的正面的投影与所述部分侧向隔离结构在半导体衬底的正面的投影呈点接触，相比于两者的投影相距较远，可以采用较小的结构宽度形成更好的隔离效果，相比于两者的投影重叠，可以形成适当的分光通道。

25、进一步，背部隔离结构还包括：一条或多条垂直交叉隔离槽，所述垂直交叉隔离槽与所述背部隔离结构的主体结构垂直交叉，且每条垂直交叉隔离槽的长度小于所述主体结构的长度；其中，多条垂直交叉隔离槽的长度相同或不同。采用上述方案，可以通过采用垂直交叉隔离槽，进一步提高隔离效果，提高fwc和器件品质。

26、进一步，垂直交叉隔离槽在半导体衬底的正面的投影与所述侧向隔离结构在半导体衬底的正面的投影不具有重叠区域。采用上述方案，可以通过设置不具有重叠区域，降低重复隔离的情况。

27、进一步，通过形成与主体结构呈十字形、工字形、丰字形的垂直交叉隔离槽，可以形成多种适当的隔离结构形状，满足多种需求。

28、进一步，所述侧向隔离结构自所述半导体衬底的正面延伸至所述半导体衬底内的第一深度，所述背部隔离结构自所述半导体衬底的背面延伸至所述半导体衬底内的第二深度；其中，所述第一深度大于等于所述光电二极管区域的深度，可以更好地对子像素进行隔离，提高隔离效果。