圖像傳感器及其形成方法
【專(zhuān)利摘要】一種圖像傳感器及其形成方法，所述圖像傳感器包括：半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的若干分立的光電二極管，所述光電二極管按矩陣排列；位于相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力層，所述應(yīng)力層對(duì)兩側(cè)的光電二極管施加壓應(yīng)力。所述圖像傳感器的暗電流減小。
【專(zhuān)利說(shuō)明】圖像傳感器及其形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及圖像傳感器及其形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]圖像傳感器是將光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。以圖像傳感器作為關(guān)鍵零部件的產(chǎn)品成為當(dāng)前以及未來(lái)業(yè)界關(guān)注的對(duì)象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類(lèi)別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為電荷稱(chēng)合圖像傳感器(Charge-coupled Device imagesensor,簡(jiǎn)稱(chēng)CO)圖像傳感器)、互補(bǔ)型金屬氧化物圖像傳感器(Complementary MetalOxide Semiconductor image sensor,簡(jiǎn)稱(chēng)CMOS傳感器)。CMOS圖像傳感器是一種快速發(fā)展的固態(tài)圖像傳感器，由于CMOS圖像傳感器中的圖像傳感器部分和控制電路部分集成于同一芯片中，因此CMOS圖像傳感器的體積小、功耗低、價(jià)格低廉,相較于傳統(tǒng)的CCD(電荷率禹合)圖像傳感器更具優(yōu)勢(shì)，也更易普及。
[0003]請(qǐng)參考圖1，圖1是現(xiàn)有的4T結(jié)構(gòu)的CMOS圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖，包括:傳輸晶體管Ml、復(fù)位晶體管M2、源跟隨晶體管M3、行選通晶體管M4。所述4T結(jié)構(gòu)CMOS圖像傳感器的工作原理為:傳輸晶體管Ml用來(lái)將感光二極管F1D的光生電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散區(qū)FD,復(fù)位晶體管M2用來(lái)對(duì)浮置擴(kuò)散區(qū)FD復(fù)位，源跟隨晶體管M3用來(lái)將浮置擴(kuò)散區(qū)FD的電信號(hào)放大輸出。其工作過(guò)程包括:由復(fù)位信號(hào)R控制復(fù)位晶體管M2開(kāi)啟，將浮置擴(kuò)散區(qū)FD置為高電位；然后關(guān)斷復(fù)位晶體管M2，并由傳輸信號(hào)T控制打開(kāi)傳輸晶體管M1，將感光二極管H)中的光生電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散區(qū)FD，使浮置擴(kuò)散區(qū)FD產(chǎn)生壓降，這個(gè)壓降通過(guò)源跟隨晶體管M3在行選通晶體管M4的輸出端out輸出，該輸出的壓降即為輸出信號(hào)。
[0004]現(xiàn)有的圖像傳感器中存在較大的暗電流，暗電流是指器件在反向偏壓的條件下，沒(méi)有入射光時(shí)產(chǎn)生的反相直流電流，暗電流在圖像傳感器工作時(shí)，會(huì)摻入信號(hào)電流中，造成信號(hào)干擾，導(dǎo)致圖像傳感器性能下降。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種圖像傳感器及其形成方法，減少圖像傳感器的暗電流。
[0006]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，包括:半導(dǎo)體襯底；位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的若干分立的光電二極管，所述光電二極管按矩陣排列；位于相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力層，所述應(yīng)力層對(duì)兩側(cè)的光電二極管施加壓應(yīng)力。
[0007]可選的，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)包括若干像素單元，所述每一像素單元分別包含有光電二極管，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔離不同像素單元的光電二極管。
[0008]可選的，所述半導(dǎo)體襯底材料為硅，所述應(yīng)力層的晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)。
[0009]可選的，所述應(yīng)力層的平均原子量大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的原子量。
[0010]可選的，所述應(yīng)力層的材料為SiGe、Ge或SiN。
[0011]可選的，所述應(yīng)力層的側(cè)壁、底部與半導(dǎo)體襯底之間還具有部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0012]可選的，所述應(yīng)力層的側(cè)壁與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底之間的距離為
100 A?O 2μιη
[0013]口」選的，所述應(yīng)力層位于同一行的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)或者所述應(yīng)力層位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0014]可選的，所述應(yīng)力層位于同一行的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0015]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種上述圖像傳感器的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)以及位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的光電二極管；在所述相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽；在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層，所述應(yīng)力層對(duì)兩側(cè)的光電二極管施加壓應(yīng)力。
[0016]可選的，在形成所述應(yīng)力層之后，再形成所述位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的光電二極管。
[0017]可選的，所述半導(dǎo)體襯底材料為硅，所述應(yīng)力層的晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)。
[0018]可選的，所述應(yīng)力層的平均原子量大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的原子量。
[0019]可選的，所述應(yīng)力層的材料為SiGe、Ge或SiN。
[0020]可選的，采用外延工藝形成所述應(yīng)力層。
[0021]可選的，所述凹槽的形成方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底、光電二極管和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面形成圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層暴露出相鄰光電二極管之間的部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面；以所述圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)，形成凹槽。
[0022]可選的，所述凹槽的側(cè)壁和底部具有部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
[0023]可選的，所述應(yīng)力層的側(cè)壁與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底之間的距離為100A?0.2 μ m。
[0024]可選的，所述凹槽位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)或所述應(yīng)力層位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0025]可選的，所述應(yīng)力層位于同一行的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0027]本發(fā)明的技術(shù)方案提出的一種圖像傳感器，所述圖像傳感器包括若干分立光電二極管，相鄰光電二極管之間具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)具有應(yīng)力層，對(duì)光電二極管施加壓應(yīng)力，使得光電二極管的禁帶寬度增大，提高了光電二極管內(nèi)的電子發(fā)生自發(fā)躍遷的難度，從而可以減少圖像傳感器的暗電流，提高圖像傳感器的性能。并且，所述應(yīng)力層位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)，不需要占據(jù)額外的半導(dǎo)體襯底的面積，從而不會(huì)影響圖像傳感器的面積。
[0028]進(jìn)一步的，所述應(yīng)力層的材料晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)，從而由于晶格不匹配，能夠?qū)怆姸O管施加壓應(yīng)力；所述應(yīng)力層的材料的平均原子量大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的原子量，從而由于重力作用，也會(huì)對(duì)光電二極管施加壓應(yīng)力作用，進(jìn)一步提高圖像傳感器的性倉(cāng)泛。
[0029]本發(fā)明的技術(shù)方案還提供一種上述圖像傳感器的形成方法，在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成光電二極管和位于相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)之后，在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽，再在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層。所述凹槽形成與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)，不會(huì)對(duì)半導(dǎo)體襯底上的其他區(qū)域造成影響，并且在所述凹槽內(nèi)形成的應(yīng)力層也不會(huì)額外占據(jù)半導(dǎo)體襯底的面積。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0030]圖1是本發(fā)明的現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2至圖7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器及其形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖8至圖12是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器及其形成過(guò)程的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖13至圖15是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)和封裝方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0034]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的暗電流較大，影響圖像傳感器的性倉(cāng)泛。
[0035]研究發(fā)現(xiàn)，圖像傳感器的暗電流通常是由很多不同的因素導(dǎo)致，主要包括光電二極管內(nèi)的缺陷、光電二極管材料的禁帶寬度等。對(duì)于光電二極管內(nèi)的缺陷通常是由離子注入工藝造成，通常是無(wú)法完全消除的。而光電二極管材料的禁帶寬度決定了光電二極管內(nèi)的電子發(fā)生自發(fā)躍遷的難度，禁帶寬度越大，電子從價(jià)帶自發(fā)躍遷到導(dǎo)帶的難度越大，從而產(chǎn)生暗電流的難度也較大。
[0036]進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，光電二極管的材料在受到壓應(yīng)力時(shí)，禁帶寬度會(huì)增大，從而能夠有效減小暗電流。
[0037]基于上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的實(shí)施例中，通過(guò)對(duì)光電二極管施加壓應(yīng)力，提高所述光電二極管的禁帶寬度，進(jìn)而提高圖像傳感器的性能。
[0038]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0039]請(qǐng)參考圖2，為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]所述圖像傳感器包括:半導(dǎo)體襯底100 ;位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的若干分離的光電二極管101，所述光電二極管101按矩陣排列；位于相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110 ;位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力層，所述應(yīng)力層對(duì)兩側(cè)的光電二極管施加壓應(yīng)力。
[0041]具體的，所述半導(dǎo)體襯底100用于形成器件結(jié)構(gòu)或芯片電路，所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體襯底100可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類(lèi)型，因此所述半導(dǎo)體襯底的類(lèi)型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0042]所述半導(dǎo)體襯底100還可以是包括基底、以及通過(guò)外延工藝形成于基底表面的外延層，所述基底的較厚，摻雜濃度較大，缺陷很多；而基底表面的外延層一般只有幾微米，摻雜濃度較低，缺陷很少。所述光電二極管101位于所述外延層內(nèi)。此外，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)還可以具有阱區(qū)。所述外延層為P型摻雜的單晶硅層。
[0043]本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為P型摻雜的單晶硅，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)具有P阱。
[0044]所述光電二極管101能夠在受到外界光強(qiáng)激發(fā)的情況下，產(chǎn)生光生載流子，即電子。所述光電二極管101能夠通過(guò)離子注入工藝形成，而且，通過(guò)控制離子注入的能量和濃度，能夠控制離子注入的深度和注入范圍，從而控制光電二極管101的深度和厚度。
[0045]本實(shí)施例中，所述光電二極管101包括N型摻雜區(qū)，所述N型摻雜區(qū)的摻雜離子包括磷離子、砷離子或銻離子中的一種或幾種N型摻雜離子。所述光電二極管101為圖像傳感器的像素單元的光敏器件，用于產(chǎn)生光剩載流子。所述光電二極管101在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)按照矩陣形式排列。本實(shí)施例中，以圖像傳感器中的像素單元陣列中的同一行的兩個(gè)相鄰像素單元作為示例，其中包括相鄰的兩個(gè)光電二極管101。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述圖像傳感器還可以包括其他數(shù)量的光電二極管。
[0046]所述半導(dǎo)體襯底100包括若干像素單元，所述光電二極管101作為圖像傳感器的像素單元的一部分，所述像素單元還包括每個(gè)光電二極管101周?chē)陌雽?dǎo)體襯底100上的用于獲取和輸出電信號(hào)的像素電路，包括傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管、行選通晶體管等。圖2中未示出上述晶體管以及半導(dǎo)體襯底100的其他區(qū)域。
[0047]相鄰光電二極管101之間通過(guò)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔離110隔離，同時(shí)所述淺溝槽隔離作為相連像素單元之間的隔離結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110下方或者兩側(cè)還可以具有阱區(qū)隔離相鄰的光電二極管101。所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110的材料為的材料為氧化硅。
[0048]所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)具有應(yīng)力層120。本實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120位于所述淺溝槽隔結(jié)構(gòu)110內(nèi)部，所述應(yīng)力層120與半導(dǎo)體襯底100之間還具有部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，所述部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110可以避免所述應(yīng)力層120與應(yīng)力層120導(dǎo)通。若所述應(yīng)力層120直接與半導(dǎo)體襯底100接觸可能導(dǎo)致相鄰的光電二極管101之間導(dǎo)通，從而影響圖像傳感器的性能。
[0049]本實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120的側(cè)壁、底部與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底100之間的距離為100Α?0.2μιη,從而使得所述應(yīng)力層120能夠與所述半導(dǎo)體襯底100隔離。
[0050]所述應(yīng)力層120的晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)，從而能夠?qū)λ霭雽?dǎo)體襯底100施加壓應(yīng)力，所述壓應(yīng)力能夠通過(guò)所述應(yīng)力層120與半導(dǎo)體襯底100之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)傳遞給兩側(cè)的光電二極管101。所述壓應(yīng)力可以提高所述光電二極管101的禁帶寬度，從而使得所述光電二極管101內(nèi)的電子無(wú)法通過(guò)自發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，從而可以減少所述圖像傳感器的暗電流，提高圖像傳感器的性能。所述應(yīng)力層I1的材料可以是SiGe、Ge或SiN。上述材料的晶格常數(shù)均大于硅的晶格常數(shù)，可以對(duì)光電二極管施加壓應(yīng)力。
[0051]并且，所述應(yīng)力層120的具有傾斜的側(cè)壁，所述應(yīng)力層120的頂部寬度大于底部寬度，采用SiGe、Ge形成的應(yīng)力層120的平均原子量大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110的平均原子量，從而在所淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)形成所述應(yīng)力層120，由于重力作用，所述應(yīng)力層120能夠?qū)ζ鋫?cè)壁及其底部的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110施加壓應(yīng)力作用，從而進(jìn)一步提高所述應(yīng)力層120對(duì)光電二極管101施加的壓應(yīng)力，進(jìn)一步減少圖像傳感器的暗電流。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120的密度大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110的密度，在體積相同的情況下，使得形成的應(yīng)力層受到的重力大于去除的部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)所受到的重力，從而所述應(yīng)力層120可以對(duì)側(cè)壁及底部的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110施加壓應(yīng)力作用，所述應(yīng)力層120的材料還可以是SiN。
[0052]本實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120的材料為SiGe。
[0053]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成有光電二極管101陣列，所述光電二極管101按照矩陣排列。同一行內(nèi)的相鄰光電二極管101之間具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，同一列的相鄰光電二極管101之間也具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120位于同一行的相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120可以位于同一列的相鄰光電二極管101之間淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120位于同一行的相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)，以及位于同一列的相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)，可以對(duì)光電二極管101的各個(gè)方向都施加壓應(yīng)力，從而提高所述光電二極管101的禁帶寬度，從而減少圖像傳感器的暗電流，進(jìn)而提高所述圖像傳感器的性能。
[0054]請(qǐng)參考圖3，為本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖像傳感器的剖面示意圖。其中，兩個(gè)相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)具有兩個(gè)應(yīng)力層121，且所述應(yīng)力層121的一側(cè)側(cè)壁與半導(dǎo)體襯底100直接接觸，兩個(gè)應(yīng)力層121之間仍具有部分寬度的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，作為應(yīng)力層121之間的隔離結(jié)構(gòu)，同時(shí)作為相鄰光電二極管101之間的隔離結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例中，所述應(yīng)力層121與半導(dǎo)體襯底100之間直接接觸，減小了所述應(yīng)力層121與光電二極管101之間的距離，且所述應(yīng)力層121與半導(dǎo)體襯底100界面上的晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力能夠直接傳遞給半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的光電二極管101，從而提高所述光電二極管101受到的應(yīng)力作用，進(jìn)而對(duì)暗電流的減少效果更好。
[0055]本實(shí)施例還提供了上述圖像傳感器的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)以及位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的光電二極管；在所述相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽；在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層，所述應(yīng)力層對(duì)兩側(cè)的光電二極管施加壓應(yīng)力。
[0056]請(qǐng)參考圖4，提供半導(dǎo)體襯底100，在所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，以及位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的光電二極管101。
[0057]所述半導(dǎo)體襯底100用于形成器件結(jié)構(gòu)或芯片電路，所述半導(dǎo)體襯底100的材料包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，所述半導(dǎo)體襯底100可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)半導(dǎo)體襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇所述半導(dǎo)體襯底100的類(lèi)型，因此所述半導(dǎo)體襯底的類(lèi)型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0058]此外，所述半導(dǎo)體襯底100還能夠包括半導(dǎo)體基底、以及通過(guò)外延工藝形成于半導(dǎo)體基底表面的外延層，而所述光電二極管、淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)形成于外延層內(nèi)部或表面。此夕卜，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)具有阱區(qū)。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為P型摻雜的單晶硅，所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)具有P阱。
[0059]所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110的形成方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底100形成圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層覆蓋有源區(qū)，暴露出需要形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的區(qū)域；以所述圖形化掩膜層為掩膜刻蝕所述半導(dǎo)體襯底100，形成溝槽；然后去除所述圖形化掩膜層，在所述溝槽內(nèi)填充絕緣材料，所述絕緣材料填充滿所述溝槽并覆蓋半導(dǎo)體襯底100的表面；以所述半導(dǎo)體襯底100表面作為停止層，對(duì)所述絕緣材料進(jìn)行平坦化，或回刻蝕，去除位于半導(dǎo)體襯底100表面的絕緣材料，形成位于半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的絕緣材料層，作為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu) 110。
[0060]可以采用化學(xué)氣相沉積工藝、可流動(dòng)性化學(xué)沉積工藝、高深寬比沉積工藝等形成所述絕緣介質(zhì)材料,所述絕緣介質(zhì)材料為氧化娃。在填充所述絕緣介質(zhì)材料之前，還可以采用熱氧化工藝或原子層沉積工藝在所述溝槽內(nèi)壁表面形成一層墊氧化層，以修復(fù)所述溝槽內(nèi)壁表面的缺陷，提高絕緣介質(zhì)材料的沉積質(zhì)量和隔離性能。
[0061]所述光電二極管101的形成方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底100上形成掩膜層，所述掩膜層定義光電二級(jí)管101的位置和尺寸，以所述掩膜層為掩膜，對(duì)所述半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行離子注入，形成與半導(dǎo)體襯底100摻雜類(lèi)型相反的摻雜層，作為光電二極管101。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為P型襯底，對(duì)半導(dǎo)體襯底100進(jìn)行N型離子注入，形成N型摻雜層，所述N型離子包括磷離子、砷離子或銻離子。通過(guò)控制離子注入的能量和濃度，能夠控制離子注入的深度和注入范圍，從而控制光電二極管101的深度和厚度。
[0062]位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110兩側(cè)的光電二極管101之間通過(guò)所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110隔離，本實(shí)施例中，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的光電二極管101為像素陣列中的位于同一行的相鄰像素單元的光電二極管。所述光電二極管101能夠在受到外界光強(qiáng)激發(fā)的情況下，產(chǎn)生光生載流子，即電子。
[0063]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以在N型的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成P型摻雜層作為光電二極管，此時(shí)，所述光電二極管手機(jī)的光生載流子為空穴。
[0064]由于半導(dǎo)體襯底100的材料禁帶寬度較小，所述光電二極管內(nèi)的電子會(huì)發(fā)生自發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，在圖像傳感器工作時(shí)，形成暗電流，導(dǎo)致所述圖像傳感器輸出信號(hào)不準(zhǔn)確，從而影響圖像傳感器的性能。
[0065]請(qǐng)參考圖5，在所述相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)形成凹槽111。
[0066]所述凹槽111的形成方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底100、光電二極管101和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110表面形成圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層暴露出相鄰光電二極管101之間的部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110的表面；以所述圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，形成凹槽111。所述凹槽111采用干法刻蝕工藝形成，所述干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體包括cf4、C2F6或C3F8等含氟氣體。所述凹槽111具有傾斜側(cè)壁，使得所述凹槽111的頂部覽度大于底部覽度。
[0067]本實(shí)施例中，所述凹槽111的側(cè)壁和底部還具有部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110。從而可以使后續(xù)在所述凹槽111內(nèi)形成的應(yīng)力層與光電二極管101之間隔離。所述凹槽111的側(cè)壁與底部與半導(dǎo)體襯底100之間的距離為100A?0.2 μ m,從而使得后續(xù)在凹槽111內(nèi)形成的應(yīng)力層與半導(dǎo)體襯底100之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110具有足夠的厚度，起到隔離作用。
[0068]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成光電二極管101的陣列，所述光電二極管101在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)按照矩陣形式排列。同一行內(nèi)的相鄰光電二極管101之間具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，同一列的相鄰光電二極管101之間也具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)101。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，可以在同一行的相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)I1內(nèi)形成所述凹槽111。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，可以在同一列的相鄰光電二極管101之間淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)形成所述凹槽111。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，還同時(shí)在同一行的相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)，以及同一列的相鄰光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)形成所述凹槽111，后續(xù)在所述凹槽111內(nèi)形成的應(yīng)力層可以對(duì)光電二極管101的各個(gè)方向都施加壓應(yīng)力，從而提高所述光電二極管101的禁帶寬度，從而減少圖像傳感器的暗電流，進(jìn)而提高所述圖像傳感器的性能。
[0069]請(qǐng)參考圖6，在所述凹槽111 (請(qǐng)參考圖5)內(nèi)以及半導(dǎo)體襯底100和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110表面形成填充滿所述凹槽111的應(yīng)力材料層120a。
[0070]采用外延工藝形成所述應(yīng)力材料層120a，所述應(yīng)力材料層120a的晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)，后續(xù)位于凹槽111內(nèi)的部分應(yīng)力材料層120a作為應(yīng)力層，能夠?qū)λ霭雽?dǎo)體襯底100施加壓應(yīng)力，所述壓應(yīng)力能夠通過(guò)所述應(yīng)力層與半導(dǎo)體襯底100之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110傳遞給兩側(cè)的光電二極管101。所述壓應(yīng)力可以提高所述光電二極管101的禁帶寬度，從而使得所述光電二極管101內(nèi)的電子無(wú)法通過(guò)自發(fā)躍遷至導(dǎo)帶，從而可以減少所述圖像傳感器的暗電流，提高圖像傳感器的性能。所述應(yīng)力層110的材料可以是SiGe、Ge 或 SiN0
[0071]所述應(yīng)力材料層120a的材料為SiGe。采用外延工藝形成所述應(yīng)力材料層120a。具體的，所述外延工藝采用的反應(yīng)氣體包括鍺源氣體、硅源氣體和H2，其中，鍺源氣體為GeH4,硅源氣體包括SiH4或SiH2Cl2，鍺源氣體、硅源氣體的氣體流量為Isccm?lOOOsccm，H2的流量為0.1slm?50slm，所述選擇性外延工藝的溫度為500°C?800°C，壓強(qiáng)為ITorr?10Torr0
[0072]請(qǐng)參考圖2，對(duì)所述應(yīng)力材料層120a進(jìn)行平坦化，去除位于光電二極管101、淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110表面的應(yīng)力材料層120a，形成所述應(yīng)力層120。
[0073]由于所述應(yīng)力層120具有傾斜的側(cè)壁，所述應(yīng)力層120的頂部寬度大于底部寬度，采用SiGe、Ge形成的應(yīng)力層120的平均原子量大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110的平均原子量，從而在所淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)形成所述應(yīng)力層120，由于重力作用，所述應(yīng)力層120能夠?qū)ζ鋫?cè)壁及其底部的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110施加壓應(yīng)力作用，從而進(jìn)一步提高所述應(yīng)力層120對(duì)光電二極管101施加的壓應(yīng)力，進(jìn)一步減少圖像傳感器的暗電流。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述應(yīng)力層120的密度大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110的密度，在體積相同的情況下，使得形成的應(yīng)力層受到的重力大于去除的部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)所受到的重力，從而所述應(yīng)力層120可以對(duì)側(cè)壁及底部的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110施加壓應(yīng)力作用，所述應(yīng)力層120的材料還可以是SiN。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以在采用上述方法形成所述應(yīng)力層120之后，再形成所述位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的所述光電二極管101。
[0074]請(qǐng)參考圖7，為本發(fā)明的另一實(shí)施中，在所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110內(nèi)形成的凹槽112的剖面示意圖。
[0075]該實(shí)施例中，在兩個(gè)相鄰的光電二極管101之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)形成兩個(gè)凹槽112，且所述凹槽112的一側(cè)側(cè)壁暴露出半導(dǎo)體襯底100，兩個(gè)凹槽112之間還具有部分寬度的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)110，作為后續(xù)形成的應(yīng)力層之間的隔離結(jié)構(gòu)，同時(shí)作為相鄰光電二極管101之間的隔離結(jié)構(gòu)。后續(xù)在所述凹槽112內(nèi)形成的應(yīng)力層可以與半導(dǎo)體襯底100直接接觸，減少應(yīng)力層與光電二極管101之間的距離，且所述應(yīng)力層與半導(dǎo)體襯底100界面上的晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力能夠直接傳遞給半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的光電二極管101，從而提高所述光電二極管101受到的應(yīng)力作用，進(jìn)而對(duì)暗電流的減少效果更好。
[0076]請(qǐng)參考圖3,為在凹槽112 (請(qǐng)參考圖7)內(nèi)形成應(yīng)力層121之后的剖面示意圖。所述應(yīng)力層121可以對(duì)光電二極管101施加較大的應(yīng)力，從而提高圖像傳感器的性能。
[0077]圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)本身都是不具有色彩傳感功能的，即只對(duì)入射光強(qiáng)敏感，對(duì)入射光波長(zhǎng)不敏感。因此，為了獲得彩色感知功能，最常用的做法，是在圖像傳感器的像素陣列上覆蓋彩色濾光片(CFA，color filter film)陣列。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)所述彩色濾光片，對(duì)所述圖像傳感器的光電二極管施加應(yīng)力作用。
[0078]請(qǐng)參考圖8和圖9，所述圖像傳感器包括:半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200包括像素單元陣列，所述像素單元包括光電二極管101;位于所述像素單元陣列上的彩色濾光應(yīng)力膜220，所述彩色濾光應(yīng)力膜220對(duì)光電二極管101施加壓應(yīng)力。圖9為俯視示意圖，圖8為沿圖9中割線AA’的剖面示意圖。為了便于表示出所述光電二極管101在彩色濾光應(yīng)力膜220下方的排列規(guī)則，所述圖9中彩色濾光應(yīng)力膜220具有一定的透明度，以示出其下方的光電二極管101。
[0079]所述半導(dǎo)體襯底200的材料在此不作贅述，本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底100為P型摻雜的單晶硅襯底。
[0080]所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)的像素單元包括光電二極管201以及位于光電二極管201周邊的半導(dǎo)體器件，包括:所述圖像傳感器還包括復(fù)位晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管、行選通晶體管。所述半導(dǎo)體器件可以根據(jù)圖像傳感器的具體布局設(shè)計(jì)進(jìn)行分布，在此不作限制。
[0081]所述相鄰光電二極管201之間可以通過(guò)淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或者阱區(qū)隔離。所述光電二極管201在受到光照時(shí)會(huì)載流子，本實(shí)施例中，所述光電二極管201包括N型摻雜層，所述N型摻雜離子包括磷離子、砷離子或銻離子。
[0082]所述半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成有按矩陣排列的像素單元陣列，本實(shí)施例中圖8、圖9以及后續(xù)附圖中，以所述光電二極管201代表像素單元。本實(shí)施例中，以3X3的像素單元陣列為示例。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底100內(nèi)可以具有其他數(shù)量的像素單元，可以根據(jù)圖像傳感器的像素要求設(shè)定。
[0083]所述半導(dǎo)體襯底200表面具有層間介質(zhì)層210,所述層間介質(zhì)層210的材料為透光率較高的絕緣介質(zhì)材料，避免在圖像傳感器工作時(shí)，對(duì)入射光造成較大的吸收而降低圖像傳感器的光敏感性。例如，所述層間介質(zhì)層210的材料可以氧化硅、摻磷氧化硅、摻硼氧化硅等，所述層間介質(zhì)層210可以采用原子層沉積工藝、高密度等離子體氣相沉積工藝、低壓等離子體化學(xué)氣相沉積工藝等方法形成。所述層間介質(zhì)層210還可以是多層堆疊結(jié)構(gòu)，同時(shí)，所述層間介質(zhì)層210內(nèi)也具有金屬互連結(jié)構(gòu)211，所述金屬互連結(jié)構(gòu)211與下方的像素單元構(gòu)成電路，用于對(duì)像素單元進(jìn)行控制。所述金屬互連結(jié)構(gòu)211的具體分布及連接方式可以根據(jù)圖像傳感器的電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行布局，在此不作限制。圖9中，省略了所述金屬互連結(jié)構(gòu)211。
[0084]所述彩色濾光應(yīng)力膜220位于所述層間介質(zhì)層210表面，所述彩色濾光應(yīng)力膜220內(nèi)包括紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)單元，且根據(jù)設(shè)定，所述彩色單元位置與其下方的像素單元位置準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，使不同彩色單元下方的像素單元能夠接收到不同波長(zhǎng)的入射光。
[0085]所述彩色濾光應(yīng)力膜220的材料收縮率大于0.5%，使得在所述層間介質(zhì)層210表面形成彩色濾光應(yīng)力膜220之后，所述彩色濾光應(yīng)力膜220在冷卻或室溫情況下發(fā)生收縮，對(duì)下方的層間介質(zhì)層210產(chǎn)生橫向的壓應(yīng)力，所述橫向的壓應(yīng)力可以通過(guò)所述層間介質(zhì)層210向下傳遞給下方的光電二極管201,使所述光電二極管201也受到橫向壓應(yīng)力的作用，使得所述光電二極管201材料的禁帶寬度變大，使得所述光電二極管201內(nèi)的電子躍遷數(shù)量減少，從而可以減少圖像傳感器的暗電流，進(jìn)而提聞圖像傳感器的性能。
[0086]所述彩色濾光應(yīng)力膜220的材料包括:染色劑和聚合物，所述聚合物作為成膜基底材料，染色劑分散在聚合物層中，使聚合物層具有色彩。所述染色劑包括紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三種，根據(jù)彩色濾光應(yīng)力膜220的色彩分布涉及，在不同的像素單元上方的聚合物層內(nèi)具有各自對(duì)應(yīng)的染色劑。
[0087]所述聚合物的材料可以為聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯、聚丙乙烯或聚砜等透明聚合物。上述聚合物具有較高的收縮率，在成形后體積小于成形前體積，所以，位于層間介質(zhì)層210表面的已成型固化的彩色濾光應(yīng)力膜220會(huì)對(duì)其下方的層間介質(zhì)層210以及下方的光電二極管201產(chǎn)生橫向的壓應(yīng)力作用，而減少圖像傳感器的暗電流。所述聚合物材料的收縮率大于1%時(shí)，能夠?qū)怆姸O管施加足夠的壓應(yīng)力以減少暗電流。但是，所述聚合物材料的收縮率也不能過(guò)大，避免形成的彩色濾光應(yīng)力膜220破裂或變形反而影響圖像傳感器的性能，所述聚合物材料的收縮率小于30%較佳。
[0088]所述彩色濾光應(yīng)力膜220的應(yīng)力大小也與其厚度相關(guān),所述彩色濾光應(yīng)力膜220的厚度越大，對(duì)方的材料層施加的應(yīng)力越大。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述彩色濾光應(yīng)力膜220的厚度為0.5 μ m?3 μ m，所述彩色濾光應(yīng)力膜220的厚度在0.5 μ m以上，可以對(duì)光電二極管201產(chǎn)生足夠的壓應(yīng)力作用；所述彩色濾光應(yīng)力膜220的厚度在3 μ m以下，能夠避免厚度過(guò)大導(dǎo)致彩色濾光應(yīng)力膜220內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大，而發(fā)生翹曲變形等問(wèn)題而影響圖像傳感器的性能。
[0089]本實(shí)施例中，所述層間介質(zhì)層210內(nèi)的金屬互連結(jié)構(gòu)211也可以采用原子量較重的金屬形成。與現(xiàn)有技術(shù)多采用Al作為金屬互連結(jié)構(gòu)211的材料相比，本實(shí)施例中，可以采用原子量大于Al的原子量的金屬材料形成所述金屬互連結(jié)構(gòu)211。所述金屬材料可以是CiuTa或Ti等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本實(shí)施例中，所述金屬材料的原子量更大，在重力作用下，能夠在垂直方向上，對(duì)層間介質(zhì)層210下方的半導(dǎo)體襯底100施加更大的壓應(yīng)力作用，從而提高所述光電二極管201的禁帶寬度，進(jìn)而減少圖像傳感器的暗電流，提高圖形傳感器的性能。
[0090]本實(shí)施例中還提供一種圖8和圖9所示的圖像傳感器的形成方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底包括像素單元，所述像素單元內(nèi)包括光電二極管；在所述像素單元上形成彩色濾光應(yīng)力膜，所述彩色濾光應(yīng)力膜對(duì)光電二極管施加壓應(yīng)力。
[0091]請(qǐng)參考圖10和圖11，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200包括像素單元陣列，所述像素單元包括光電二極管201。圖10為所述半導(dǎo)體襯底200的俯視示意圖，圖11為沿圖10中割線BB’的剖面示意圖。
[0092]所述半導(dǎo)體襯底100的材料以及光電二極管201的形成方法請(qǐng)參考前述實(shí)施例，在此不作贅述。本實(shí)施例中，所述像素單元包括光電二極管201以及位于光電二極管201周邊的半導(dǎo)體器件，包括:所述圖像傳感器還包括復(fù)位晶體管、復(fù)位晶體管、源跟隨晶體管、行選通晶體管。所述半導(dǎo)體器件可以根據(jù)圖像傳感器的具體布局設(shè)計(jì)進(jìn)行分布，在此不作限制。本實(shí)施例中，以所述光電二極管201代表像素單元。
[0093]請(qǐng)參考圖12，在所述半導(dǎo)體襯底200以及光電二極管201表面形成層間介質(zhì)層210以及位于所述層間介質(zhì)層210內(nèi)的金屬互連結(jié)構(gòu)211。
[0094]所述層間介質(zhì)層210的材料可以是氧化硅、摻硼氧化硅、摻磷氧化硅等絕緣介質(zhì)材料，可以采用原子層沉積工藝、高密度等離子體氣相沉積工藝、低壓等離子體化學(xué)氣相沉積工藝等方法形成。本實(shí)施例中，所述層間介質(zhì)層210的材料為氧化硅。
[0095]在所述層間介質(zhì)層210內(nèi)形成金屬互連結(jié)構(gòu)211，所述金屬互連結(jié)構(gòu)211包括互連通孔和金屬互連線，可以通過(guò)大馬士革工藝在所述層間介質(zhì)層210內(nèi)形成所述金屬互連結(jié)構(gòu)211。在所述介質(zhì)層210內(nèi)形成通孔和凹槽，然后在所述通孔和凹槽內(nèi)填充金屬材料并進(jìn)行平坦化，形成所述金屬互連結(jié)構(gòu)211。
[0096]所述金屬互連結(jié)構(gòu)211的材料為原子量較大的金屬材料?，F(xiàn)有技術(shù)中，所述金屬互連結(jié)構(gòu)211的材料通常采用Al，成本較低，且導(dǎo)電效率較高。本實(shí)施例中，所述金屬互連結(jié)構(gòu)211的材料的原子量大于Al的原子量，可以是CiuTa或Ti等。與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本實(shí)施例中，所述金屬材料的原子量更大，在重力作用下，能夠在垂直方向上，對(duì)層間介質(zhì)層210下方的半導(dǎo)體襯底100施加更大的壓應(yīng)力作用，從而提高所述光電二極管201的禁帶寬度，進(jìn)而減少圖像傳感器的暗電流，提高圖形傳感器的性能。
[0097]繼續(xù)請(qǐng)參考圖8，在所述層間介質(zhì)層210上形成彩色濾光應(yīng)力膜220，所述彩色濾光應(yīng)力膜220對(duì)光電二極管201施加壓應(yīng)力。
[0098]所述彩色濾光應(yīng)力膜220內(nèi)包括紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)單元，且根據(jù)設(shè)定，所述彩色單元位置與其下方的像素單元位置準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，使不同彩色單元下方的像素單元能夠接收到不同波長(zhǎng)的入射光。
[0099]所述彩色濾光應(yīng)力膜220的材料包括:染色劑和聚合物，所述聚合物作為成膜基底材料，染色劑分散在聚合物層中，使聚合物層具有色彩。所述染色劑包括紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)三種，根據(jù)彩色濾光應(yīng)力膜220的色彩分布涉及，在不同的像素單元上方的聚合物層內(nèi)具有各自對(duì)應(yīng)的染色劑。
[0100]形成所述彩色濾光應(yīng)力膜220的方法包括:在高溫下熔融狀態(tài)的聚合物內(nèi)分散染色劑，形成紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)的彩色濾光應(yīng)力膜材料，然后采用旋涂工藝將所述彩色濾光應(yīng)力膜材料涂布在層間介質(zhì)層表面，使所述彩色濾光應(yīng)力膜材料冷卻后固化成形，形成彩色濾光應(yīng)力膜220。
[0101]具體的，為了使所述彩色濾光應(yīng)力膜220的色彩分布與像素單元位置對(duì)應(yīng)，需要分別形成所述具有不同顏色的彩色濾光應(yīng)力膜220?？梢栽诓捎蒙鲜龇椒?，在所述層間介質(zhì)層210表面形成紅色彩色濾光應(yīng)力膜220之后，對(duì)所述紅色彩色濾光應(yīng)力膜220進(jìn)行紅色彩色濾光應(yīng)力膜220進(jìn)行圖形化，僅保留部分像素單元上方的紅色單元；然后再采用上述方法在其他像素單元上形成綠色單元和藍(lán)色單元；上述紅色單元、綠色單元和藍(lán)色單元構(gòu)成彩色濾光應(yīng)力膜220。
[0102]所述彩色濾光應(yīng)力膜220的材料的收縮率大于0.5%，使得其在熔融狀態(tài)下的體積大于其冷卻固化后的體積，且兩者相差較大，從而使得冷卻后形成的彩色濾光應(yīng)力膜220具有收縮趨勢(shì)，從而受到層間介質(zhì)層210施加的橫向的張應(yīng)力作用，相應(yīng)的，所述層間介質(zhì)層210也受到所述彩色濾光應(yīng)力膜220的橫向壓應(yīng)力作用，并且通過(guò)所述層間介質(zhì)層210將所述橫向壓應(yīng)力施加給下方的半導(dǎo)體襯底200，使所述半導(dǎo)體襯底200內(nèi)的光電二極管201也受到壓應(yīng)力作用，從而提高所述光電二極管201的材料的禁帶寬度，進(jìn)而減少所述圖形傳感器的暗電流，提高圖像傳感器的性能。
[0103]所述彩色濾光應(yīng)力膜220的收縮率，體現(xiàn)在聚合物的收縮率。本實(shí)施例中，所述聚合物的材料可以是聚甲基丙烯酸甲脂、聚碳酸酯、聚丙乙烯或聚砜等透明且具有較高收縮率的聚合物材料。所述彩色濾光應(yīng)力膜220的收縮率也不能過(guò)大，避免在形成所述彩色濾光應(yīng)力膜220的過(guò)程中由于受到應(yīng)力過(guò)大發(fā)生破裂或變形問(wèn)題，反而影響圖像傳感器的性能，所述聚合物材料的收縮率小于30%較佳。
[0104]本實(shí)施例中，還可以控制所述彩色濾光應(yīng)力膜220的厚度為0.5μπι?3μπι，所述彩色濾光應(yīng)力膜220的厚度在0.5μπι以上，可以對(duì)光電二極管201產(chǎn)生足夠的壓應(yīng)力作用；所述彩色濾光應(yīng)力膜220的厚度在3 μ m以下，能夠避免厚度過(guò)大導(dǎo)致彩色濾光應(yīng)力膜220內(nèi)部應(yīng)力過(guò)大，而發(fā)生翹曲變形等問(wèn)題而影響圖像傳感器的性能。
[0105]上述方法形成的圖像傳感器的彩色濾光應(yīng)力膜220可以對(duì)光電二極管施加壓應(yīng)力，從而降低圖像傳感器的暗電流，提高圖像傳感器的性能。
[0106]圖像傳感器在工作過(guò)程中容易受到外界環(huán)境的污染，所以需要對(duì)圖像傳感器進(jìn)行封裝，使圖像傳感器處于密封環(huán)境下，從而避免外界環(huán)境對(duì)圖像傳感器的影響，從而提高圖像傳感器的性能和使用壽命。
[0107]本發(fā)明的實(shí)施例中，提供一種圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。
[0108]請(qǐng)參考圖13，所述封裝結(jié)構(gòu)包括:圖像傳感器，所述圖像傳感器包括:半導(dǎo)體襯底300、位于半導(dǎo)體襯底300上的圖像感應(yīng)區(qū)301 ;封裝基板310，所述封裝基板310大小與圖像傳感器大小對(duì)應(yīng)；輔助基板320，所述輔助基板320位于圖像傳感器與封裝基板310之間，所述輔助基板320與部分封裝基板310、部分圖像傳感器之間構(gòu)成密封腔302，所述圖像感應(yīng)區(qū)301位于所述密封腔302內(nèi)；位于所述封裝基板310側(cè)壁和半導(dǎo)體襯底300側(cè)壁表面的夾持部330，所述夾持部330對(duì)所述圖像傳感器施加壓應(yīng)力；位于所述封裝基板310與圖像傳感器之間的粘合層340。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底300為硅襯底，所述圖像感應(yīng)區(qū)201內(nèi)包括像素單元陣列及電路。
[0109]所述封裝基板310的材料可以是玻璃、塑料或藍(lán)寶石等透明材料，并且所述封裝基板310的大小與圖像傳感器的大小對(duì)應(yīng)。所述封裝基板310頂部可以制作有紅外濾光膜(IR)，在底部制作有光學(xué)增透膜(AR)，或者于頂部制作IR膜，于底部制作AR膜；從而增大封裝基板310的透光性和防紅外干擾性能。所述輔助基板320的材料也可以為玻璃、塑料或藍(lán)寶石等透明材料。所述圖像感應(yīng)區(qū)位于所述密封腔302內(nèi)，可以避免所述圖像感應(yīng)區(qū)受到污染。
[0110]所述夾持部330為有機(jī)聚合物材料，所述聚合物材料具有一定的彈性，可以為聚丙乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯等。所述夾持部330位于所述封裝基板310側(cè)壁和半導(dǎo)體襯底300側(cè)壁表面，壓緊所述圖像傳感器的半導(dǎo)體襯底300，從而會(huì)對(duì)所述半導(dǎo)體襯底100施加橫向的壓應(yīng)力作用，從而提高所述半導(dǎo)體襯底100的禁帶寬度，提高圖像傳感器的圖像感應(yīng)區(qū)與內(nèi)的光電二極管內(nèi)的電子發(fā)生自發(fā)躍遷的難度，進(jìn)而降低圖像傳感器的暗電流，提高圖像傳感器的性能。
[0111]具體的，所述封裝基板310的尺寸可以略小于半導(dǎo)體襯底300的尺寸，從而使得位于所述封裝基板310側(cè)壁表面的夾持部330之間的距離小于半導(dǎo)體襯底300的尺寸。當(dāng)形成如圖13所述的封裝結(jié)構(gòu)時(shí)，所述夾持部330位于半導(dǎo)體襯底300側(cè)壁表面，從而使得夾持部330具有一定的形變，使得所述夾持部330受到半導(dǎo)體襯底300施加的壓應(yīng)力作用，相對(duì)的，所述半導(dǎo)體襯底300也自然受到夾持部330施加的壓應(yīng)力作用。本實(shí)施例中，所述封裝基板310與半導(dǎo)體襯底300之間的尺寸差異為500nm?5 μ m,使得所述封裝結(jié)構(gòu)中，所述夾持部330具有足夠的形變，對(duì)半導(dǎo)體襯底300施加足夠的應(yīng)力。所述尺寸差異不能過(guò)大，否則所述夾持部330的形變過(guò)大，無(wú)法緊密貼合所述半導(dǎo)體襯底300的側(cè)壁。
[0112]所述圖像傳感器還包括:位于半導(dǎo)體襯底300表面、位于圖像感應(yīng)區(qū)301外圍的焊盤(pán)以及鍵合在所述焊盤(pán)上的金屬線。所述夾持部330可以位于封裝基板310和半導(dǎo)體襯底300的部分表面，從而使得所述焊盤(pán)上的金屬線可以延伸至封裝結(jié)構(gòu)外部，提供輸入或輸出端口。
[0113]所述夾持部330為聚合物材料，具有較好的絕緣特性,不僅能夠?qū)Π雽?dǎo)體襯底300提供壓應(yīng)力作用，還可以起到一定的隔離作用，進(jìn)一步保護(hù)所述圖像傳感器，避免所述圖像傳感器受到損傷。
[0114]本發(fā)明的實(shí)施例還提供上述圖像傳感器的封裝方法。
[0115]請(qǐng)參考圖14，提供圖像傳感器，所述圖像傳感器包括:半導(dǎo)體襯底300、位于半導(dǎo)體襯底300上的圖像感應(yīng)區(qū)301。所述圖像感應(yīng)區(qū)301內(nèi)包括像素單元陣列，所述像素單元包括光電二極管。本實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體襯底300具有第一尺寸dl。
[0116]請(qǐng)參考圖15，提供封裝基板310，所述封裝基板310上形成有輔助基板320，所述輔助基板320與封裝基板310構(gòu)成凹槽，所述封裝基板310側(cè)壁表面具有夾持部330，所述夾持部330高度大于封裝基板310的厚度。
[0117]所述封裝基板310的材料可以是玻璃、塑料或藍(lán)寶石等透明材料，并且所述封裝基板310的大小與圖像傳感器的大小對(duì)應(yīng)，所述封裝基板310頂部可以制作有紅外濾光膜(IR)，在底部制作有光學(xué)增透膜(AR)，或者于頂部制作IR膜，于底部制作AR膜；從而增大封裝基板310的透光性和防紅外干擾性能。所述輔助基板320的材料也可以為玻璃、塑料或藍(lán)寶石等透明材料。所述夾持部330為有機(jī)聚合物材料，所述聚合物材料具有一定的彈性，可以為聚丙乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯或聚碳酸酯等。
[0118]本實(shí)施例中，所述封裝基板310具有第二尺寸d2，從而使得位于封裝基板310側(cè)壁表面的夾持部330之間的間距為d2。本實(shí)施例中所述第二尺寸d2略小于第一尺寸dl，具體的所述dl與d2之間的差異為500nm?5 μ m。
[0119]請(qǐng)繼續(xù)參考圖13，對(duì)所述夾持部330加熱，使夾持部330軟化，同時(shí)粘合所述封裝基板310與圖像傳感器，使所述圖像傳感器的圖像感應(yīng)區(qū)301位于凹槽內(nèi)，所述圖像傳感器、輔助基板320和封裝基板310構(gòu)成密封腔302，且所述圖像傳感器嵌于所述夾持部330高于封裝基板310的部分之間，使部分所述夾持部330位于半導(dǎo)體襯底300側(cè)壁表面。
[0120]由于所述夾持部330為聚合物材料，在加熱狀態(tài)下會(huì)發(fā)生軟化，雖然夾持部330之間的距離d2略小于半導(dǎo)體襯底300的尺寸dl，但是，在粘合過(guò)程中，半導(dǎo)體襯底300依然能夠嵌入所述夾持部330之間。對(duì)所述夾持部330加熱，使夾持部330的溫度為100°C?2000C，使所述夾持部330具有一定的柔韌度，且不至于熔化。
[0121]所述圖像傳感器還包括位于半導(dǎo)體襯底300表面、位于圖像感應(yīng)區(qū)301外圍的焊盤(pán)；在對(duì)所述封裝基板310與圖像傳感器進(jìn)行粘合之前，在所述焊盤(pán)上鍵合金屬線。在粘合過(guò)程中，在所述封裝基板310與圖像傳感器之間填充粘合膠，形成粘合層340。在粘合后冷卻過(guò)程中，所述夾持部330固化定形，對(duì)半導(dǎo)體襯底300施加壓應(yīng)力，從而可以提高所述半導(dǎo)體襯底300的禁帶寬度，減小圖像傳感器的暗電流，提高圖像傳感器的性能。
[0122]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種圖像傳感器，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底； 位于所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)的若干分立的光電二極管，所述光電二極管按矩陣排列； 位于相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)； 位于所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)的應(yīng)力層，所述應(yīng)力層對(duì)兩側(cè)的光電二極管施加壓應(yīng)力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)包括若干像素單元，所述每一像素單元分別包含有光電二極管，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)隔離不同像素單元的光電二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底材料為硅，所述應(yīng)力層的晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述應(yīng)力層的平均原子量大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的原子量。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的圖像傳感器，其特征在于，所述應(yīng)力層的材料為SiGe、Ge或 SiN。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的圖像傳感器，其特征在于，所述應(yīng)力層的側(cè)壁、底部與半導(dǎo)體襯底之間還具有部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圖像傳感器，其特征在于，所述應(yīng)力層的側(cè)壁與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底之間的距離為100Α?0.2μιτι。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述應(yīng)力層位于同一行的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)或者所述應(yīng)力層位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述應(yīng)力層位于同一行的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
10.一種圖像傳感器的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底； 在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)以及位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的光電二極管； 在所述相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽； 在所述凹槽內(nèi)形成應(yīng)力層，所述應(yīng)力層對(duì)兩側(cè)的光電二極管施加壓應(yīng)力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，在形成所述應(yīng)力層之后，再形成所述位于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)兩側(cè)的光電二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底材料為硅，所述應(yīng)力層的晶格常數(shù)大于硅的晶格常數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的平均原子量大于淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的原子量。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的材料為 SiGe, Ge 或 SiN。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，采用外延工藝形成所述應(yīng)力層。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述凹槽的形成方法包括:在所述半導(dǎo)體襯底、光電二極管和淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)表面形成圖形化掩膜層，所述圖形化掩膜層暴露出相鄰光電二極管之間的部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的表面；以所述圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述溝槽隔離結(jié)構(gòu)，形成凹槽。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述凹槽的側(cè)壁和底部具有部分淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)力層的側(cè)壁與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)側(cè)壁的半導(dǎo)體襯底之間的距離為10A?0.2 μ m。
19.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述凹槽位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)或所述應(yīng)力層位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求10所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述應(yīng)力層位于同一行的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)，以及位于同一列的相鄰光電二極管之間的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK104201184SQ201410494216
【公開(kāi)日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年9月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月24日
【發(fā)明者】李 杰, 李文強(qiáng) 申請(qǐng)人:格科微電子（上海）有限公司