一种图像传感器形成方法及图像传感器与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种图像传感器形成方法及图像传感器。

背景技术：

1、在半导体器件的形成过程中，往往需要对半导体衬底进行刻蚀、离子注入、外延等工艺。以图像传感器为例，图像传感器感光区的光电二极管用于将光信号转换为电信号，其中感光单元便可通过离子注入或外延等方式形成。但是，离子注入的方式随着像素尺寸不断降低，在工艺上存在一些缺陷，为了保证在非隔离区域对高能量p型掺杂离子的阻挡，所使用的抗蚀剂掩膜厚度也要增加。该掩膜在显影和离子注入等步骤中很容易发生倾斜，导致在后续工艺中像素区或者隔离区无法达到正常离子注入的效果，从而影响最终图像传感器的性能。另外，离子注入也有其他缺点，例如产生的缺陷过多、注入的掺杂离子分布不均匀等，而且离子注入需要结合高温退火工艺来修复缺陷，容易损伤已经形成的逻辑器件。

2、在此基础上，现有的图像传感器形成工艺中，存在通过悬梁式连接结构使像素单元相连接的方案。但是，在整片晶圆的边缘区域很容易发生过曝现象，又由于边缘不均匀性产生的散焦问题，使得在晶圆边缘区域刻蚀的过程中，形成的悬梁式连接结构的线宽异常减小，在后续的工艺过程中导致断裂，损耗严重，并影响后续的填充工艺。即使采用不同分辨率的晶圆边缘曝光工艺，对晶圆边缘过曝和剥落的改善并不明显，例如，在2.2毫米的工艺下，晶圆边缘区域仍存在较严重的过曝现象，即使调整到3.0毫米的工艺，情况也仅有相对的改善，并不能完全避免问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种图像传感器形成方法，通过在晶圆边缘区域设置保护层，使得在内部像素区域刻蚀形成第一沟槽时，于所述晶圆边缘区域形成深度小于所述第一沟槽的第二沟槽，以在后续工艺中减少晶圆边缘畸变图形对所述内部像素区域的影响。

2、进一步地，所述在晶圆边缘区域设置保护层包括：

3、通过至少一次刻蚀工艺，于所述晶圆边缘区域形成第三沟槽；

4、于所述晶圆边缘区域设置覆盖所述第三沟槽的所述保护层，以形成所述晶圆边缘区域与所述内部像素区域的高度差异。

5、进一步地，所述保护层至少包括负胶光刻层。

6、进一步地，所述通过至少一次刻蚀工艺，于所述晶圆边缘区域形成第三沟槽包括：

7、于半导体衬底表面形成至少一层硬掩模层；

8、根据预设的光刻图形，刻蚀部分所述硬掩模层，于所述晶圆边缘区域形成所述第三沟槽，于所述内部像素区域形成第四沟槽。

9、进一步地，所述在内部像素区域刻蚀形成较深的第一沟槽时，于所述晶圆边缘区域形成较浅的第二沟槽，包括：

10、继续刻蚀所述第四沟槽处的所述硬掩模层；

11、去除所述保护层；

12、刻蚀所述半导体衬底，于所述第四沟槽处刻蚀形成所述第一沟槽，于所述第三沟槽处刻蚀形成所述第二沟槽。

13、进一步地，所述硬掩模层至少包括不同材质的两层，所述刻蚀部分所述硬掩模层，于所述晶圆边缘区域形成所述第三沟槽时，以所述两层硬掩模层的分界面作为停止层。

14、进一步地，所述通过至少一次刻蚀工艺，于所述晶圆边缘区域形成第三沟槽包括：

15、根据预设的光刻图形，刻蚀半导体衬底，于所述晶圆边缘区域形成所述第三沟槽，同时于所述内部像素区域形成第五沟槽，所述第三沟槽即形成所述第二沟槽；

16、于所述第二沟槽和所述第五沟槽表面形成第一介质层。

17、进一步地，所述在内部像素区域刻蚀形成较深的第一沟槽时，于所述晶圆边缘区域形成较浅的第二沟槽，包括：

18、刻蚀所述第一介质层和所述半导体衬底，于所述内部像素区域形成所述第一沟槽；

19、去除所述保护层。

20、进一步地，所述在内部像素区域刻蚀形成较深的第一沟槽时，通过刻蚀所述内部像素区域的半导体衬底，形成由所述第一沟槽分隔的阵列排布的半导体岛状结构，且各所述半导体岛状结构至少上部之间通过至少一处连接结构相互连接。

21、进一步地，形成所述第一沟槽之后，还包括：

22、对所述第一沟槽和所述第二沟槽进行侧向刻蚀，使所述第一沟槽处的所述连接结构形成悬梁结构。

23、进一步地，在形成所述半导体岛状结构之后，还包括：

24、通过外延工艺，于所述半导体岛状结构之间的沟槽表面形成至少一层外延层，所述外延层中至少包括与所述半导体衬底掺杂类型相反的子外延层，以形成侧向pn结结构。

25、进一步地，所述于所述半导体岛状结构之间的沟槽表面形成至少一层外延层包括：

26、通过外延工艺，于所述半导体岛状结构之间的沟槽表面外延本征半导体材料，形成第一子外延层；

27、通过外延工艺，于所述第一子外延层表面外延与所述半导体衬底掺杂类型相反的半导体材料，形成第二子外延层。

28、进一步地，还包括：

29、通过外延工艺于所述内部像素区域表面形成器件层。

30、进一步地，还包括：

31、在所述内部像素区域的工艺完成之后，去除所述晶圆边缘区域的材料。

32、本发明还提供一种图像传感器，采用如前述的图像传感器形成方法形成。

33、本发明通过上述方案，提出了一种新的图像传感器形成方法，能够对整片晶圆进行曝光，实现具有悬梁连接结构的像素单元区域。本方案中利用负胶等材料和光刻的晶圆边缘曝光工艺，在晶圆边缘形成保护层，使得在晶圆边缘形成厚度半刻蚀的硬掩模结构，再利用硬掩模结构的厚度差异，使得在容易出现异常的晶圆边缘区域只形成深度较浅的沟槽结构，避免悬梁断裂从而引起深沟槽填充异常。此外，在刻蚀半导体的过程中不带光阻进腔体，从而避免深沟槽底部的聚合物残留问题。

技术特征：

1.一种图像传感器形成方法，其特征在于，通过在晶圆边缘区域设置保护层，使得在内部像素区域刻蚀形成第一沟槽时，于所述晶圆边缘区域形成深度小于所述第一沟槽的第二沟槽，以在后续工艺中减少晶圆边缘畸变图形对所述内部像素区域的影响。

2.如权利要求1所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述在晶圆边缘区域设置保护层包括：

3.如权利要求1所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述保护层至少包括负胶光刻层。

4.如权利要求2所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述通过至少一次刻蚀工艺，于所述晶圆边缘区域形成第三沟槽包括：

5.如权利要求4所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述在内部像素区域刻蚀形成较深的第一沟槽时，于所述晶圆边缘区域形成较浅的第二沟槽，包括：

6.如权利要求4所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述硬掩模层至少包括不同材质的两层，所述刻蚀部分所述硬掩模层，于所述晶圆边缘区域形成所述第三沟槽时，以所述两层硬掩模层的分界面作为停止层。

7.如权利要求2所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述通过至少一次刻蚀工艺，于所述晶圆边缘区域形成第三沟槽包括：

8.如权利要求7所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述在内部像素区域刻蚀形成较深的第一沟槽时，于所述晶圆边缘区域形成较浅的第二沟槽，包括：

9.如权利要求1所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述在内部像素区域刻蚀形成较深的第一沟槽时，通过刻蚀所述内部像素区域的半导体衬底，形成由所述第一沟槽分隔的阵列排布的半导体岛状结构，且各所述半导体岛状结构至少上部之间通过至少一处连接结构相互连接。

10.如权利要求9所述的图像传感器形成方法，其特征在于，形成所述第一沟槽之后，还包括：

11.如权利要求9所述的图像传感器形成方法，其特征在于，在形成所述半导体岛状结构之后，还包括：

12.如权利要求11所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述于所述半导体岛状结构之间的沟槽表面形成至少一层外延层包括：

13.如权利要求1所述的图像传感器形成方法，其特征在于，还包括：

14.如权利要求1所述的图像传感器形成方法，其特征在于，还包括：

15.一种图像传感器，其特征在于，采用如权利要求1~14所述的图像传感器形成方法形成。

技术总结
本发明提供一种图像传感器形成方法，通过在晶圆边缘区域设置保护层，使得在内部像素区域刻蚀形成第一沟槽时，于所述晶圆边缘区域形成深度小于所述第一沟槽的第二沟槽，以在后续工艺中减少晶圆边缘畸变图形对所述内部像素区域的影响。本发明还提供一种图像传感器，采用前述的形成方法形成。本发明通过在晶圆边缘形成保护层，使得在晶圆边缘形成厚度半刻蚀的硬掩模结构，再利用硬掩模结构的厚度差异，使得在容易出现异常的晶圆边缘区域只形成深度较浅的沟槽结构，避免悬梁断裂从而引起深沟槽填充异常。

技术研发人员：杨瑞坤
受保护的技术使用者：格科微电子（上海）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23