專利名稱：圖像傳感器元件的隔離結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示內(nèi)容大體上涉及圖像傳感器，且明確地說，涉及包含集成電路的圖像傳感器， 例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary metal-oxide semiconductor; CMOS)圖像傳 感器和電荷耦合元件(Charge coupled device; CCD)圖像傳感器。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體技術(shù)中，圖像傳感器用來感測投射于所述半導(dǎo)體襯底的曝光量。CMOS傳 感器和CCD傳感器均廣泛使用于許多應(yīng)用，如數(shù)碼相機。這些圖像傳感器使用包含光線 感測元件的像素矩陣以收集光能量并將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)。然而，當像素尺寸縮小后， 像素的敏感度將減低。另外，像素間的相互干擾(Crosstalk)將增加。相互干擾可減損 空間分辨率、減低整體敏感度、提供不良顏色隔離，且可在圖像中引入額外的噪聲，特 別是在色彩校正程序之后。包含這些需要較薄材料層(例如薄介電和金屬層)的工藝和 薄彩色濾光片可用來改善光學(xué)相互干擾。然而，這些傳統(tǒng)改善電氣相互干擾的方法(例 如提供具有薄外延層的傳感器)被提供用于例如靜電放電(Electrostatic discharge; ESD)
失敗的其它問題。其它傳統(tǒng)圖像傳感器的問題包含長波長光敏感度和圖像缺陷，例如從 興盛效應(yīng)(Blooming effect)(輸出圖像的特定區(qū)域顯示較原始圖像為亮)。
因此，需要經(jīng)改進的圖像傳感器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供涉及半導(dǎo)體元件的揭示內(nèi)容，特別是涉及圖像傳感器的隔離結(jié)構(gòu)。所提 出的新穎結(jié)構(gòu)可以減低像素間的電氣相互干擾和其它光學(xué)缺陷。
本發(fā)明提供一種圖像傳感器，其具有包含像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底、形成于所述 襯底的像素區(qū)域中的第一隔離結(jié)構(gòu)、形成于所述襯底的外圍區(qū)域中的第二隔離結(jié)構(gòu)。其 中所述第一隔離結(jié)構(gòu)包含具有第一深度的第一溝渠，所述第二隔離結(jié)構(gòu)包含具有第二深 度的第二溝渠，且其中所述第一深度大于所述第二深度。
換句話說，本發(fā)明提供一種圖像傳感器元件，所述元件包含具有像素區(qū)域和外圍區(qū) 域的襯底。隔離結(jié)構(gòu)形成于襯底的像素區(qū)域中。所述隔離結(jié)構(gòu)包含溝渠。另一隔離結(jié)構(gòu) 形成于所述襯底的外圍區(qū)域中。所述隔離結(jié)構(gòu)也包含溝渠。形成于像素區(qū)域中的溝渠與形成于外圍區(qū)域中的溝渠相比具有較大深度。
另一方面，本發(fā)明提供另一種圖像傳感器元件，所述元件包含具有像素區(qū)域和外圍 區(qū)域的襯底。多個像素形成于所述像素區(qū)域的襯底中。在兩個像素之間形成溝渠。所述 溝渠具有第一深度。第二溝渠形成于所述襯底的外圍區(qū)域中。所述第二溝渠的深度小于
第一深度。
又一方面，本發(fā)明提供一種形成圖像傳感器的方法。提供包含像素區(qū)域和外圍.區(qū)域 的襯底。第一隔離溝渠形成于所述襯底的像素區(qū)域中，形成所述第一隔離溝渠包含將所 述襯底蝕刻到第一深度。第二隔離溝渠形成于所述襯底的外圍區(qū)域中。形成所述第二隔 離溝渠包含將所述襯底蝕刻到第二深度，所述第二深度小于所述第一深度。


本發(fā)明所揭示的各方面最佳地由上述詳細說明且通過讀取附圖加以了解。需強調(diào)的 是，根據(jù)工業(yè)的標準實踐，許多特征并未依照比例繪制。事實上，為了論述的明確，可 任意增加或減少各項特征的尺寸。
圖1是包含像素區(qū)域和外圍區(qū)域的圖像傳感器的俯視圖2是包含像素矩陣和外圍區(qū)域的常規(guī)圖像傳感器的剖視圖
圖3是實施例的包含像素矩陣和外圍區(qū)域的圖像傳感器的剖視圖4是展示制造圖3的圖像傳感器的方法的實施例的流程圖5a到5g是圖4方法實施例的剖視圖6是圖3制造圖像傳感器方法的另一替代實施例的流程圖； 圖7a到7e是圖5方法實施例的剖視圖；以及
圖8是包含像素矩陣和外圍區(qū)域的圖像傳感器的替代實施例的剖視圖。
具體實施例方式
本揭示內(nèi)容大體上涉及半導(dǎo)體元件，特別是圖像傳感器。然而，應(yīng)了解，提供特定 實施例作為范例以教示較廣的發(fā)明觀念，而所屬領(lǐng)域的一般技術(shù)人員可輕易將本掲示內(nèi) 容的教示應(yīng)用于其它方法或元件。另外，應(yīng)了解，本揭示內(nèi)容中所論述的方法和裝置包 含一些傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和/或工藝。既然這些結(jié)構(gòu)和工藝在所述領(lǐng)域中是眾所周知的，那么將 僅以一般詳細程度對其進行論述。再者，為了方便和舉例，在整個圖式中重復(fù)參考標號， 且所述重復(fù)在整個圖式中并非指示任何需要的特征或步驟組合。而且，越過第二特征、 在第二特征上方或耦合于第二特征形成第一特征在后續(xù)敘述中可包含這樣的實施例，其 中所述第一和第二特征直接接觸形成；或可包含在第一與第二特征之間插入形成額外特征的實施例，如此所述第一和第二特征或許并非直接接觸。再者，在襯底或襯底表面形 成特征可包含在襯底表面上方、鄰近于襯底表面、直接于襯底表面及/或延伸于襯底表面 下方形成特征(例如植入?yún)^(qū)、溝渠)的實施例。
參看圖1，圖像感測元件IOO提供像素區(qū)域110和外圍區(qū)域120。所述像素區(qū)域110 包含像素110a的矩陣。在一實施例中，所述圖像感測元件IOO可為互補金屬氧化物半導(dǎo) 體(CMOS)圖像傳感器(CIS)或主動像素傳感器。在替代實施例中，所述圖像傳感器 100可為電荷耦合元件(CCD)傳感器。所述圖像感測元件100可為前側(cè)發(fā)光傳感器或 背側(cè)發(fā)光傳感器。在背側(cè)發(fā)光傳感器的結(jié)構(gòu)中，被感測的光線入射到襯底背側(cè)，而在襯 底前側(cè)形成像素。像素110a包含至少一光學(xué)檢測器(例如光電二極管)以記錄光線亮度 或強度。在一實施例中，像素110a包含接腳光電二極管。各個像素110a還包含至少一 個晶體管。所述像素110a包含復(fù)位(reset)晶體管、源極跟隨器(source follower)晶體 管、選擇器(selector)晶體管和/或傳輸(transfer)晶體管。所述復(fù)位晶體管可執(zhí)行對所 述像素110a的復(fù)位。所述源極跟隨器晶體管可允許電壓與被觀測像素110a結(jié)合而不移 除累積電荷。所述選擇器晶體管可以是行選擇器晶體管，且當選擇器晶體管開啟時允許 讀取單行像素110a。傳輸晶體管可將像素110a的光檢測器中的累積電荷移動到另一元件， 因此從像素輸出數(shù)據(jù)。傳輸晶體管可允許關(guān)聯(lián)的二次采樣。在一實施例中，傳輸晶體管 可結(jié)合(分派)于單一光電二極管，而源極跟隨器、復(fù)位和選擇器晶體管可結(jié)合于(共 用于)多個光電二極管。在第二實施例中，傳輸晶體管可結(jié)合于光電二極管，而源極跟 隨器和復(fù)位晶體管可結(jié)合于多個光電二極管。在一實施例中，各像素110包含4個晶體 管。所述圖像傳感器元件是所述領(lǐng)域中常用的4TCMOS圖像傳感器。所述4TCMOS圖 像傳感器可包含傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨器晶體管和選擇器晶體管。在一實 施例中，包含于像素區(qū)域110中的晶體管包含金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管(MOSFET)， 其具有包含硅化物層的柵極。所述硅化物層可包含硅化物，例如鎳硅化物、鈷硅化物、 鎢硅化物、鉭硅化物、鈦硅化物、鉑硅化物、鉺硅化物、鈀硅化物和/或其組合。
在外圍區(qū)域120中，在鄰近所述像素區(qū)域110處提供增加的電路和輸入/輸出，以提 供像素110a的操作環(huán)境且/或支持與像素110a的外在溝通。所述外圍區(qū)域120也可為邏 輯區(qū)域，如同其可包含結(jié)合于像素110a的邏輯電路。所述外圍區(qū)域120可包含低功率邏 輯電路。所述低功率邏輯電路可包含低功率、高速、高效能邏輯電路。所述外圍電路120 可包含例如依序驅(qū)動像素、得到信號電荷的電路、A/D轉(zhuǎn)換器、形成圖像輸出信號的處 理電路、可連接其它元件的電連接器和/或所述領(lǐng)域中常用的其它構(gòu)件。在一實施例中，所述外圍區(qū)域120包含具有源極、漏極和柵極電極的MOSFET元件，其均包含硅化物層。 所述硅化物層可包含硅化物，例如鎳硅化物、鈷硅化物、鉤硅化物、鉭硅化物、鈦硅化 物、鉑硅化物、鉺硅化物、鈀硅化物和/或其組合。
現(xiàn)參看圖2，其展示傳統(tǒng)的圖像傳感器200的剖視圖。所述圖像傳感器200包含像 素區(qū)域210和外圍區(qū)域220。彩色濾光片230置于所述像素區(qū)域210上方。所述彩色濾 光片230具有多個濾光片，包含藍色濾光片230a、綠色濾光片230b、紅色濾光片230c 和藍色濾光片230d。所述傳感器200包含具有次層250a和外延層250b的襯底250。包 含溝渠260a、 260b、 260c和270的多個溝渠形成于襯底250上。所述溝渠260a、 260b 和260c形成于像素區(qū)域210中。所述溝渠270形成于所述外圍區(qū)域220中。所述溝渠270 實質(zhì)上類似于所述溝渠260a、 260b和260c。例如，所述溝渠270與溝渠260a、 260b和 260c具有實質(zhì)上相同的深度Dl。 一般來說，Dl介于0.3至J 0.6 nm。
像素區(qū)域中的溝渠(包含260a、 260b和260c)用于分隔像素與第二像素。舉例來說， 溝渠260b用于分隔形成于所述紅光濾光片230c下方的襯底250中(區(qū)域P2)的像素與 形成于所述綠光濾光片230b下方的襯底250中(區(qū)域P1)的像素。所述溝渠270可用 于分隔外圍區(qū)域中的一個或一個以上構(gòu)件。所述元件200具有溝渠260a、 260b和/或260c 可能無法適當分隔一個像素區(qū)域與另一個像素區(qū)域的缺點。所述溝渠260a、 260b和/或 260c的深度可能不足以防止來自第一像素區(qū)域(例如區(qū)域P1)的光產(chǎn)生載子移動到第二 像素區(qū)域(例如區(qū)域P2)。這將導(dǎo)致電氣相互干擾且減損所述傳感器200的效能。因此， 需要一種經(jīng)改善的隔離結(jié)構(gòu)。
參看圖3，其展示本發(fā)明實施例的圖像傳感器元件300。所述圖像傳感器300包含具 有次層310a和外延層310b的襯底310，以及位于所述襯底310上方的彩色濾光片320。 所述圖像傳感器元件300可實質(zhì)上與前述圖1的圖像傳感器元件100相同。所述圖像傳 感器元件300包含像素區(qū)域302和外圍區(qū)域304。多個像素(未圖示)可形成于所述襯 底310的像素區(qū)域302中。舉例來說，第一像素可形成于區(qū)域P3中，且第二像素可形成 于區(qū)域P4中。所述像素包含光檢測器和一個或一個以上晶體管。所述圖像傳感器元件 300的一個或一個以上像素可實質(zhì)上類似于前述圖1的像素110a。所述外圍區(qū)域304可 實質(zhì)上類似于前述圖1所示的外圍區(qū)域120。
所述彩色濾光片320包含藍光濾光片320a和320d、綠光濾光片320b和紅光濾光片 320c,雖然其它實施例的彩色濾光片也是可能的。在替代實施例中，所述圖像感測元件 300是背側(cè)發(fā)光傳感器。在一實施例中，所述彩色濾光片320設(shè)于鄰近所述襯底310的背面處，且過濾入射于所述襯底310背側(cè)的光線?？尚纬舌徑霾噬珵V光片320、相對于所述襯底310的一個或一個以上微透鏡(未圖示)。
所述襯底310可以是具結(jié)晶結(jié)構(gòu)的硅。在替代實施例中，所述襯底310可包含其它基礎(chǔ)半導(dǎo)體(如鍺(germanium)),或可包含化合物半導(dǎo)體(如硅碳化物、鎵砷化物、銦砷化物和銦磷化物)。在一實施例中，所述襯底310是P型襯底(P導(dǎo)電型)(例如以傳統(tǒng)的擴散或離子植入慘雜P型摻雜物(如硼或鋁)的襯底)。在其它實施例中，所述襯底310可包含P+襯底、N+襯底和/或其它所述領(lǐng)域已知的導(dǎo)電型。所述襯底310可包含絕緣層上硅(SOI)襯底。所述外延層310b與襯底310的其它部分(包含次層310a)相比允許不同的摻雜形貌。所述外延層310b可使用傳統(tǒng)方法來成長于所述襯底310上。在一實施例中，所述外延層310b為p-外延層。在一實施例中，所述次層310a為p+層?？赡艿膶嵤├鐾庋訉?10b為N-外延層且所述次層310a為N+次層，所述外延層310b為N-外延層且所述次層310a為P+次層，和/或其它所述領(lǐng)域中常用的導(dǎo)電型。外延層310b的厚度T可介于大約2pm與10pm之間。在另一實施例中，外延層的厚度T可大約為4
在一實施例中，所述外延層310b為p型導(dǎo)電型，且形成在襯底310中的像素(未圖示)中所包含的光電二極管包含具有N型光產(chǎn)生區(qū)域(例如形成于P型外延層的N型阱)的光檢測器。所述N型光產(chǎn)生區(qū)域可利用將N型摻雜物(如磷、砷和/或其它所述領(lǐng)域常用的N型摻雜物)摻雜于所述襯底來形成。所述摻雜可利用所述領(lǐng)域已知的傳統(tǒng)工藝(如光刻圖案化接著離子植入或擴散)來實現(xiàn)。在其它實施例中，所述光電二極管包含接腳光電二極管。所述接腳層可摻雜p型摻雜物。所述p型摻雜物可包含硼、鋁和/或其它所述領(lǐng)域常用的P型導(dǎo)電型摻雜物。
包含隔離溝渠340的隔離結(jié)構(gòu)形成于所述圖像傳感器300的外圍區(qū)域304中。所述隔離溝渠340可包含淺溝渠隔離(STI)結(jié)構(gòu)。所述隔離溝渠340可協(xié)助隔離一個或一個以上形成于所述外圍區(qū)域304上的構(gòu)件。所述隔離溝渠340的深度D2小于大約0.6 pm。在一實施例中，所述隔離溝渠340的深度D2介于大約0.3 pm到0.6 |im。較深的深度D2(例如大于0々pm)可提供位于所述外圍區(qū)域304的N型阱接合的高片電阻(Rs)。較高的Rs可減損拾取(Pick-up)功能。所述隔離溝渠340可包含氧化硅。在一實施例中，除氧化硅以外或替代氧化硅，隔離溝渠340可包含空氣。所述溝渠340包含其它隔離材料的其它實施例也是可行的。所述隔離溝渠340可由所述領(lǐng)域中常用的傳統(tǒng)方法形成。例如，利用傳統(tǒng)的工藝(如根據(jù)傳統(tǒng)光刻工藝形成的圖案的反應(yīng)式離子蝕刻(R正))在襯底310的外圍區(qū)域304中進行孔洞蝕刻。所述孔洞可接著被填滿。例如在一實施例中，所述溝渠被填入氧化硅。在一實施例中，所述工藝包含氧化硅的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition; HDPCVD)以填入孔洞，并接著進行化學(xué)機械拋光(Chemical Mechanical Polish; CMP)工藝以平坦化所述氧化物。在替代實施例中，所述工藝包含氧化硅的次大氣化學(xué)氣相沉積(Sub-Atmospheric ChemicalVapor Deposition; SACVD)，并接著進行化學(xué)機械拋光工藝以平坦化所述氧化物。形成所述隔離溝渠340的方法將隨后進行更詳細論述。
包含隔離溝渠330a、 330b和330c的多個隔離結(jié)構(gòu)形成于襯底310的像素區(qū)域302中。所述隔離溝渠330a、 330b和330c可包含淺溝渠隔離(STI)結(jié)構(gòu)。所述隔離溝渠330a、330b和/或330c至少部分將像素與所述像素區(qū)域302的第二像素隔離。例如，所述隔離溝渠330b提供阻隔少數(shù)載子從像素區(qū)域P3到達像素區(qū)域P4。所述隔離溝渠330a、 330b和/或330c的深度D3大于大約0々^m。在一實施例中，所述隔離溝渠330a、 330b和/或330c可具有介于大約0力pm到？pm的深度D3。在一實施例中，所述隔離溝渠330a、 330b和/或330c可具有介于大約0.6 pm到1 pm的深度D3。在一實施例中，所述隔離溝渠330a、330b和/或330c可具有介于大約1 到的深度D3。
所述隔離溝渠330a、 330b和/或330c可包含(例如完全填滿或部分填入)絕緣材料。所述絕緣材料(如氧化硅)可隔離少數(shù)載子從像素到達第二像素。在替代實施例中，所述隔離溝渠330a、 330b和/或330c可填入氧化物、實質(zhì)光學(xué)不透明材料和/或低折射率材料，其將參看圖7在隨后詳細敘述。所述隔離溝渠330a、 330b和/或330c可利用所述領(lǐng)域常用的傳統(tǒng)技術(shù)形成。例如，利用傳統(tǒng)的工藝(如執(zhí)行于傳統(tǒng)光刻工藝形成的圖案后的反應(yīng)式離子蝕刻(RIE))在襯底310的像素區(qū)域302中進行孔洞蝕刻。所述孔洞可接著被填滿。例如在一實施例中，所述溝渠被填入氧化硅。在一實施例中，所述工藝包含氧化硅的高密度等離子體化學(xué)氣相沉積以填入孔洞，并接著進行化學(xué)機械拋光工藝以平坦化所述氧化物。在替代實施例中，所述工藝包含氧化硅的次大氣化學(xué)氣相沉積，并接著進行化學(xué)機械拋光工藝以平坦化所述氧化物。形成所述隔離溝渠330a、 330b和330c的方法將隨后進行更詳細論述。
圖4展示形成包含隔離結(jié)構(gòu)的圖像傳感器的方法400。圖5a、 5b、 5c、 5d、 5e和5f展示襯底500的持續(xù)改變，其對應(yīng)于圖4的步驟。所述方法400可用于制造實質(zhì)上類似于圖3所述的圖像傳感器300的圖像傳感器元件。
方法400起始于步驟402，提供包含像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底。所述襯底還包含外延層。所提供的襯底可實質(zhì)上類似于前述圖3的襯底310。在圖5a的例子中，提供襯底500。襯底500包含次層502和外延層504。在一實施例中，所述次層502為P+層，而外延層504可為P-層。所述襯底500進一步包含像素區(qū)域500a和外圍區(qū)域500b。所述像素區(qū)域500a可實質(zhì)上類似于圖1和3分別所示的像素區(qū)域110和/或像素區(qū)域302。所述外圍區(qū)域500b可實質(zhì)上類似于圖1和圖3分別所示的外圍區(qū)域120和/或外圍區(qū)域304。
方法400接著進行步驟404，其中在襯底的像素區(qū)域中形成多個隔離結(jié)構(gòu)。所述隔離結(jié)構(gòu)包含隔離溝渠。所述溝渠形成的深度大于大約0.6 pm。所述溝渠可利用所述領(lǐng)域常用的工藝形成(如光刻圖案化伴隨Rffi蝕刻)以在圖案化區(qū)域中形成孔洞(溝渠)。在圖5b的例子中，溝渠510蝕刻于襯底500中，而更精確地說是在襯底500的外延層504中。所述溝渠510被蝕刻到深度D4。 D4可介于大約0.6pm到2nm。
方法400進行步驟406，其中在所述襯底上形成絕緣材料層。所述層可由沉積材料制成，其使用化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced ChemicalVapor Deposition; PECVD)、大氣壓化學(xué)氣相沉積(Atmospheric Pressure Chemical VaporDeposition; APCVD)、低壓(Low Pressure)化學(xué)氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積、原子層(Atomic Layer)化學(xué)氣相沉積、次氣壓化學(xué)氣相沉積(Sub-atmosphericChemical Vapor Deposition; SACVD)和/或其它所述領(lǐng)域常用的工藝。在一實施例中，所述隔離材料是氧化硅。在一實施例中，所述氧化物由HDPCVD或SACVD沉積。所述層可部分或完全填入如先前關(guān)于步驟404所述的像素區(qū)域的溝渠。在圖5c的例子中，順應(yīng)形貌的絕緣層520沉積于所述襯底500上。所述絕緣層520填入所述溝渠510，其現(xiàn)在被指定為隔離溝渠510a。所述方法接著進行步驟408，其中將所述絕緣層進行平坦化。在一實施例中，所述層利用化學(xué)機械拋光工藝進行平坦化。圖5d的例子展示平坦化后的絕緣材料層520，因此所述絕緣材料完全填入所述隔離溝渠510a中，且提供襯底500的實質(zhì)平面。
方法400進行步驟410，其中在所述襯底的外圍區(qū)域中形成至少一隔離結(jié)構(gòu)。所述隔離結(jié)構(gòu)包含隔離溝渠。溝渠蝕刻的深度小于步驟404所述形成于像素區(qū)域的溝渠的深度。所述溝渠的蝕刻深度可小于大約0.6 pm。所述溝渠可利用所述領(lǐng)域常用的工藝來蝕刻形成，如光刻圖案化后伴隨RIE蝕刻以根據(jù)圖案化區(qū)域形成孔洞(溝渠)。在圖5e的例子中，溝渠530蝕刻于襯底500的外圍區(qū)域500b中，而更精確地說是在襯底500的外延層504中。所述溝渠530被蝕刻到深度D5。 D5小于圖5b所示的D4。在一實施例中，D5小于大約0.6pm。所述方法400進行到步驟412，其中在所述襯底上沉積順應(yīng)形貌的絕緣材料層。所述層如步驟410所述可完全或部分填入所述外圍區(qū)域的溝渠。所述絕緣材料層可由物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition; PVD)(濺鍍(Sputtering))、化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、大氣壓化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、原子層化學(xué)氣相沉積、次氣壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)和/或其它所述領(lǐng)域常用的工藝進行沉積。在一實施例中，所述絕緣材料是氧化硅。在另一實施例中，所述氧化物由HDPCVD或SACVD沉積。在圖5f的例子中，絕緣材料的順應(yīng)形貌層540沉積在所述襯底500上，并包含填入所述溝渠530。所述方法400進行到步驟414,其中將所述絕緣層進行平坦化。在一實施例中，所述絕緣層利用化學(xué)機械拋光工藝進行平坦化。圖5g的例子展示平坦化后的絕緣材料層540,因此所述絕緣材料填入所述溝渠530中，且提供襯底500的實質(zhì)平面。在一實施例中，所述絕緣層540包含氧化硅。
參看圖6,其展示制造圖像傳感器元件的方法600;圖7a、 7b、 7c、 7d和7e展示襯底700的持續(xù)改變，其對應(yīng)于圖6的步驟。所述方法600可用于制造實質(zhì)上類似于圖3所述的圖像傳感器300的圖像傳感器元件。
方法600起始于步驟602,提供包含像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底。所述襯底還包含外延層。所提供的襯底可實質(zhì)上類似于前述圖3的襯底310。在圖7a的例子中，提供襯底700。襯底700包含次層702和外延層704。在一實施例中，所述次層702為P+層，而外延層704可為P-層。所述襯底700進一步包含像素區(qū)域700a和外圍區(qū)域700b。所述像素區(qū)域700a可實質(zhì)上類似于圖1和3分別所示的像素區(qū)域110和/或像素區(qū)域302。所述外圍區(qū)域700b可實質(zhì)上類似于圖1和圖3分別所示的外圍區(qū)域120和/或外圍區(qū)域304。
方法600接著進行步驟604，其中在襯底的像素區(qū)域中形成多個隔離結(jié)構(gòu)。所述隔離結(jié)構(gòu)包含隔離溝渠。所述溝渠可形成于所述襯底的深度大于0.6 ^m。所述溝渠可利用所述領(lǐng)域常用的工藝形成，如在光刻圖案化后根據(jù)所述圖案化RIE進行蝕刻，以形成孔洞(溝渠)。在圖7b的例子中，溝渠710蝕刻于襯底700中，而更精確地說是在襯底700的外延層704中。所述溝渠710被蝕刻到深度D6。 D6大于0.6pm。在一實施例中，D6介于大約0.6 pm到2 pm。
方法600進行步驟606，其中在所述襯底的外圍區(qū)域中形成至少一隔離結(jié)構(gòu)。所述隔離結(jié)構(gòu)包含隔離溝渠。所述溝渠的形成深度可小于0.6 pm。所述溝渠蝕刻的深度小于步驟604所述形成于像素區(qū)域的溝渠的深度。所述溝渠可利用所述領(lǐng)域常用的工藝形成，如光刻圖案化并根據(jù)所述圖案化區(qū)域進行RIE蝕刻，以形成孔洞(溝渠)。在圖7c的例子中，溝渠720蝕刻于襯底700的外圍區(qū)域700b中。所述溝渠720的深度為D7。 D7小于圖7b所示的D6。在一實施例中，D7可小于0.6nm。
所述方法600進行到步驟608，其中在所述襯底上形成絕緣材料層。所述層可由傳統(tǒng)的沉積工藝形成，例如化學(xué)氣相沉積、等離子體增強化學(xué)氣相沉積、大氣壓化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、原子層化學(xué)氣相沉積、次氣壓化學(xué)氣相沉積(SACVD)和/或其它所述領(lǐng)域常用的工藝。在一實施例中，氧化硅層可利用例如HDPCVD或SACVD沉積而形成于所述襯底上。所述絕緣材料層完全或部分填入如步驟606和604分別形成于所述外圍區(qū)域和像素區(qū)域中的溝渠。在圖7d的例子中，包含絕緣材料的順應(yīng)形貌層730沉積于所述襯底700上，并包含填入所述溝渠710和720，其目前被標示為隔離溝渠710a和720a。在一實施例中，所述層730包含氧化硅。所述方法600進行到步驟610，其中將所述絕緣層進行平坦化。在一實施例中，所述絕緣層利用化學(xué)機械拋光工藝進行平坦化。圖7e的例子展示平坦化后的絕緣材料層730，因此所述溝渠710a和720b被填入，且提供襯底700的實質(zhì)平面。
參看圖8,其展示圖像傳感器800。所述圖像傳感器800包含具有次層804和外延層806的襯底802，和位于所述襯底802上方的彩色濾光片808。所述圖像傳感器800具有像素區(qū)域802a和外圍區(qū)域802b。所述圖像傳感器元件800可實質(zhì)上類似于前述圖3和圖1分別所示的圖像傳感器元件300和/或圖像傳感器100。再者，例如所述襯底802可實質(zhì)上類似于前述圖3所示的襯底310;所述外圍區(qū)域802b可實質(zhì)上類似于前述圖l和圖3分別所示的所述外圍區(qū)域102和/或外圍區(qū)域304。所述彩色濾光片808可實質(zhì)上類似于前述圖3所示的彩色濾光片320。多個像素(未圖示)可形成于所述襯底800的像素區(qū)域802a中。所述襯底802上所形成的一個或一個以上像素可實質(zhì)上類似于前述圖1的像素110a。
包含隔離溝渠816的隔離結(jié)構(gòu)形成于所述圖像傳感器800的外圍區(qū)域802b中。所述隔離溝渠816可實質(zhì)上類似于前述圖3所示的隔離溝渠340。包含隔離溝渠810、 812和814的多個隔離結(jié)構(gòu)可形成于所述圖像傳感器800的像素區(qū)域802a中。所述隔離溝渠810、812和/或814可包含STI結(jié)構(gòu)。所述隔離溝渠810、812和/或814提供所述像素區(qū)域802a的像素與第二像素之間的加強隔離。所述隔離溝渠810、 812和/或814的深度大于所述隔離溝渠816。在一實施例中，所述隔離溝渠810、 812和/或814包含大于0.6 pm的深度，而所述隔離溝渠816包含小于0.6 pm的深度。
所述隔離溝渠810、 812和/或814可填入一種或一種以上材料。所述隔離溝渠810包含第一層810a和第二層810b,所述隔離溝渠812包含第一層812a和第二層812b，且所述隔離溝渠包含第一層814a和第二層814b。所述隔離溝渠的第一層810a、 812a和/或814a可包含絕緣材料層。所述絕緣材料(如氧化硅)可協(xié)助隔離少數(shù)載子從像素到達第二像素。在一實施例中，所述隔離溝渠的第二層810b、 812b和/或814b包含一層實質(zhì)光學(xué)不透明材料。在一實施例中，所述實質(zhì)光學(xué)不透明材料的不透明度大于約50%。在所述實質(zhì)光學(xué)不透明材料的例子中，可包含鎢和/或其它包含其它金屬薄膜的不透明材料。使用實質(zhì)光學(xué)不透明材料可增加所述圖像傳感器800對于長波長光線的敏感度。在替代實施例中，所述第二層810b、 812b和/或814b包含低折射率材料(RI)，例如空氣。在一實施例中，所述低RI材料包含小于大約5的RI值。在一實施例中，所述第二層810b、812b和/或814b可在具有絕緣材料的第一層810a、 812a和814a中包含空氣間隙。加入低RI材料可允許增加入射光反射。上述實施例僅用于進行說明而并非限制。其它結(jié)構(gòu)和材料組合是可能的。
因此提供一種圖像傳感器元件。所述元件包含具有像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底。隔離結(jié)構(gòu)形成于襯底的像素區(qū)域中。所述隔離結(jié)構(gòu)包含溝渠。另一隔離結(jié)構(gòu)形成于所述襯底的外圍區(qū)域中。所述隔離結(jié)構(gòu)還包含溝渠。形成于像素區(qū)域的溝渠與形成于外圍區(qū)域中的溝渠相比具有較大深度。
另外，提供另一種圖像傳感器元件，所述元件包含具有像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底。多個像素形成于所述像素區(qū)域的襯底中。在兩個像素之間形成溝渠。所述溝渠具有第一深度。第二溝渠形成于所述襯底的外圍區(qū)域中。所述第二溝渠的深度小于第一深度。
還提供一種形成圖像傳感器的方法。提供包含像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底。第一隔離溝渠形成于所述襯底的像素區(qū)域中，形成所述第一隔離溝渠包含將所述襯底蝕刻到第一深度。第二隔離溝渠形成于所述襯底的外圍區(qū)域中。形成所述第二隔離溝渠包含將所述襯底蝕刻到第二深度，所述第二深度小于所述第一深度。
雖然本發(fā)明僅將一些實施例詳細揭示如上，然而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員仍可能基于本發(fā)明的教示和揭示內(nèi)容而作出種種不背離本揭示內(nèi)容的新穎教示和優(yōu)點的修改。
權(quán)利要求
1. 一種圖像傳感器元件，其特征在于包含包含像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底；形成于所述襯底的像素區(qū)域中的第一隔離結(jié)構(gòu)，其中所述第一隔離結(jié)構(gòu)包含具有第一深度的第一溝渠；以及形成于所述襯底的外圍區(qū)域中的第二隔離結(jié)構(gòu)，其中所述第二隔離結(jié)構(gòu)包含具有第二深度的第二溝渠，且其中所述第一深度大于所述第二深度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于所述第一隔離結(jié)構(gòu)包含氧化硅。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于所述第一隔離結(jié)構(gòu)包含的材料選自由絕緣 材料、實質(zhì)光學(xué)不透明材料、低折射率材料和其組合組成的群組。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于所述第一深度大于約0.6 pm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的元件，其特征在于所述襯底包含具第一導(dǎo)電型的外延層和具 第二導(dǎo)電型的襯底層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的元件，其特征在于所述襯底選自由包含p-型的第一導(dǎo)電型和 p+型的第二導(dǎo)電型的襯底、包含n-型的第一導(dǎo)電型和n+型的第二導(dǎo)電型的襯底以及包含n-型的第一導(dǎo)電型和p+型的第二導(dǎo)電型的襯底組成的群組。
7. —種圖像傳感器元件，其特征在于包含包含像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底； 形成于所述襯底的像素區(qū)域中的第一像素和第二像素；第一溝渠隔離結(jié)構(gòu)，其形成于所述襯底的像素區(qū)域中，且位于所述第一像素和第 二像素之間，其中所述第一溝渠隔離結(jié)構(gòu)具有第一深度；以及第二溝渠隔離結(jié)構(gòu)，其形成于所述外圍區(qū)域中，所述第二溝渠隔離結(jié)構(gòu)具有第二 深度，所述第二深度小于所述第一深度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的元件，其特征在于所述襯底包含具有第一導(dǎo)電型的外延層， 且其中所述第一像素包含具有第二導(dǎo)電型的光電二極管。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的元件，其特征在于所述第一深度介于約0.6 Hm與1 pm之間。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的元件，其特征在于所述第二深度為約0.6^m或更小。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圖像傳感器元件，其包含具有像素區(qū)域和外圍區(qū)域的襯底。第一隔離結(jié)構(gòu)形成于所述襯底的像素區(qū)域中。所述第一隔離結(jié)構(gòu)包含具有第一深度的溝渠。第二隔離結(jié)構(gòu)形成于所述襯底的外圍區(qū)域中。所述第二隔離結(jié)構(gòu)包含具有第二深度的溝渠。所述第一深度大于所述第二深度。
文檔編號H01L27/146GK101465361SQ20071030230
公開日2009年6月24日 申請日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月18日
發(fā)明者劉人誠, 莊俊杰, 楊敦年, 洪志明, 王文德 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司