采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及圖像傳感器領域，尤其涉及一種采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法。
【背景技術】
[0002]圖像傳感器可分為互補金屬氧化物(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CXD)圖像傳感器。CCD圖像傳感器的優點是對圖像敏感度較高且噪聲小，但是CCD圖像傳感器與其他器件的集成比較困難，而且C⑶圖像傳感器的功耗較高。相比之下，CMOS圖像傳感器具有工藝簡單、易與其他器件集成、體積小、重量輕、功耗小、成本低等優點。因此，隨著技術發展，CMOS圖像傳感器越來越多地取代CXD圖像傳感器應用于各類電子產品中。目前CMOS圖像傳感器已經廣泛應用于靜態數碼相機、照相手機、數碼攝像機、醫療用攝像裝置(例如胃鏡)、車用攝像裝置等。
[0003]在CMOS圖像傳感器的制作過程中，于像素區陣列排布的像素單元需要通過溝槽進行物理隔離、電學隔離。一種現有制作方法是先制作圖像傳感器器件再制作深溝槽隔離結構，但是該方法容易引起深溝槽隔離結構的缺陷難以去除，若采用高溫熱氧化工藝去除，由于加熱溫度往往高于800攝氏度，會導致圖像傳感器器件的功能損害，影響圖像傳感器器件的質量。另一種現有制作方法是先于襯底上形成由介質層構成的隔離結構，然后采用選擇性外延的方式形成覆蓋隔離結構的外延單晶硅層，再在外延單晶硅層中形成圖像傳感器的部分器件。由于形成圖像傳感器器件之前形成隔離結構，該隔離結構的表面形狀較好、缺陷較少，并且可以通過外延高溫過程進行修復，進一步消除缺陷的影響，使得隔離結構的界面更加優良。然而，在實際制作過程中，由于隔離結構的寬度通常較大(約為100-300nm)，當分別從隔離結構兩側的襯底表面開始生長的外延單晶硅層在隔離結構頂部匯合時，容易在結合部位產生位錯或空洞缺陷，從而影響外延單晶硅的質量。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法，以減少隔離結構和外延單晶硅層的缺陷，避免圖像傳感器器件的功能損害，提高圖像傳感器器件質量。
[0005]為解決上述問題，本發明提供一種采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法，包括:提供襯底，所述襯底包括襯底單晶硅層；刻蝕所述襯底單晶硅層以形成若干凸起的單晶硅墻，所述單晶硅墻的頂表面和側表面覆蓋有介質層；選擇性外延所述單晶硅墻之間的襯底單晶硅層表面以形成第一外延單晶硅層，去除覆蓋單晶硅墻頂表面的介質層以暴露出單晶硅墻頂表面，選擇性外延所述單晶硅墻頂表面和第一外延單晶硅層表面以形成第二外延單晶硅層；在所述第一外延單晶硅層和第二外延單晶硅層中形成圖像傳感器的部分器件。
[0006]優選地，去除覆蓋單晶硅墻頂表面的介質層以暴露出單晶硅墻頂表面的步驟包括:使暴露出的單晶硅墻頂表面與第一外延單晶硅層表面相平。
[0007]優選地，通過化學機械研磨或者回刻蝕去除覆蓋單晶硅墻頂表面的介質層。
[0008]優選地，所述單晶硅墻的頂表面和側表面覆蓋有介質層的步驟包括:于所述單晶硅墻的頂表面、側表面以及單晶硅墻之間的襯底單晶硅層表面形成介質層；去除所述單晶硅墻之間的襯底單晶硅層表面的介質層。
[0009]優選地，通過熱氧化或者化學氣相沉積形成所述介質層。
[0010]優選地，所述介質層為氧化硅層。
[0011]優選地，所述介質層的厚度為l-100nm。
[0012]優選地，所述制作方法還包括:對所述襯底單晶硅層和所述介質層進行預摻雜，以便通過自摻雜使得所述單晶硅墻包圍區域的第一外延單晶硅層具有由界面向硅中心方向的濃度梯度分布的摻雜層。
[0013]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優勢:
本發明的技術方案中，于形成圖像傳感器器件之前形成頂表面和側表面覆蓋有介質層的單晶硅墻作為隔離結構，該隔離結構表面形狀較好、缺陷較少，并且可以通過外延高溫過程進行修復，進一步消除缺陷的影響，使得隔離結構的界面更加優良，在外延單晶硅層的形成過程中，首先通過選擇性外延單晶硅墻之間的襯底單晶硅層表面以形成第一外延單晶硅層，然后去除覆蓋單晶硅墻頂表面的介質層以暴露出單晶硅墻頂表面，再選擇性外延單晶硅墻頂表面和第一外延單晶硅層表面以形成第二外延單晶硅層，由于覆蓋在單晶硅墻側表面的介質層厚度較小，第二外延單晶硅層在介質層頂部結合的空洞缺陷少，不易產生位錯和空洞，保證了外延單晶硅的質量。
【附圖說明】
[0014]通過說明書附圖以及隨后與說明書附圖一起用于說明本發明某些原理的【具體實施方式】，本發明所具有的其它特征和優點將變得清楚或得以更為具體地闡明。
[0015]圖1為本發明提供的采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法的步驟流程圖；
圖2至圖11為本發明實施例一提供的采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法部分步驟對應的結構示意圖；
圖2至圖15為本發明實施例二提供的采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法部分步驟對應的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0016]現有的圖像傳感器制作過程中，先于襯底上形成由介質層構成的隔離結構，然后采用選擇性外延的方式形成覆蓋隔離結構的外延單晶硅層，由于隔離結構的寬度通常較大(約為100-300nm)，當分別從隔離結構兩側的襯底表面開始生長的外延單晶硅層在隔離結構頂部匯合時，容易在結合部位產生位錯或空洞缺陷，從而影響外延單晶硅的質量。
[0017]因此，本發明提出一種采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法，于形成圖像傳感器器件之前形成頂表面和側表面覆蓋有介質層的單晶硅墻作為隔離結構，該隔離結構表面形狀較好、缺陷較少，并且可以通過外延高溫過程進行修復，進一步消除缺陷的影響，使得隔離結構的界面更加優良，在外延單晶硅層的形成過程中，首先通過選擇性外延單晶硅墻之間的襯底單晶硅層表面以形成第一外延單晶硅層，然后去除覆蓋單晶硅墻頂表面的介質層以暴露出單晶硅墻頂表面，再選擇性外述單晶硅墻頂表面和第一外延單晶硅層表面以形成第二外延單晶硅層，由于覆蓋在單晶硅墻側表面的介質層厚度較小，第二外延單晶硅層在介質層頂部結合的空洞缺陷少，不易產生位錯和空洞，保證了外延單晶硅的質量。
[0018]下面結合本發明的說明書附圖對本發明進行具體闡述。
[0019]如圖1所示，本發明的采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法包括如下步驟: 提供襯底，所述襯底包括襯底單晶硅層；
刻蝕所述襯底單晶硅層以形成若干凸起的單晶硅墻，所述單晶硅墻的頂表面和側表面覆蓋有介質層；
選擇性外延所述單晶硅墻之間的襯底單晶硅層表面以形成第一外延單晶硅層，去除覆蓋單晶硅墻頂表面的介質層以暴露出單晶硅墻頂表面，選擇性外延所述單晶硅墻頂表面和第一外延單晶硅層表面以形成第二外延單晶硅層；
在所述第一外延單晶硅層和第二外延單晶硅層中形成圖像傳感器的部分器件。
[0020]圖2至圖11為本發明實施例一提供的采用深溝槽隔離的圖像傳感器的制造方法部分步驟對應的結構示意圖。
[0021]參見圖2，首先提供襯底100，該襯底100為制作圖像傳感器器件的載體，采用外延晶圓、SOI晶圓均可。襯底100包括由單晶硅材質構成的襯底單晶硅層，在本實施例中，襯底單晶硅層包括基底層1002和外延層1001。其中，基底層1002為P型，外延層1001為N型或P型；或者基底層1002為N型，外延層1001為P型或N型。襯底100具有靠近外延層1001的第一面A以及靠近基底層1002的第二面B。
[0022]參見圖3至圖7，于襯底100的第一面A上依次形成介質層101 (例如氧化硅層)、硬掩膜層102 (例如氮化硅層、氮氧化硅層)和光阻層(未示出)，通過曝光、顯影、刻蝕步驟在外延層1001中形成若干凸起的單晶硅墻103，去除光阻層，此時單晶硅墻103的頂表面A覆蓋有介質層101和硬掩膜層102 (參見圖4)。接下來，于單晶硅墻103的側表面1031以及單晶硅墻103之間的襯底單晶硅層表面1003形成介質層101 (參見圖5)。然后，通過干法刻蝕，例如等離子體刻蝕，去除單晶硅墻103之間的襯底單晶硅層表面1