一种图像传感器及其形成方法与流程

本公开涉及半导体，涉及但不限于一种图像传感器及其形成方法。

背景技术：

1、在图像传感器中，通常在像素单元之间形成沟槽隔离，以减少光线衍射引发的像素串扰问题，从而提高图像传感器的成像质量。

2、相关技术中，由于沟槽隔离中存在sin/sio界面，并且在沟槽隔离的蚀刻工艺中，辉光放电产生的高能电子会轰击至sin/sio界面，导致价带电子吸收能量跃迁到导带，从而产生电子空穴对；进一步地，空穴因低迁移率滞留在sin/sio界面，形成正电荷陷阱区，使得界面累计的正电荷可以引发相邻的沟道能带向下弯曲，从而容易产生沟道穿通效应，影响图像传感器的性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供一种图像传感器及其形成方法。

2、第一方面，本公开实施例提供一种图像传感器，包括：衬底，包括沿第一方向延伸的第一有源区；隔离结构，位于所述第一有源区沿第二方向一侧、且沿第三方向贯穿所述衬底；所述隔离结构包括沿所述第三方向的反方向堆叠的第一隔离结构和第二隔离结构，所述第一隔离结构的底部设置有功能层，所述第二隔离结构延伸至所述功能层中；其中，所述功能层用于平衡所述第一隔离结构中的电荷；所述第一方向和所述第二方向相交，且所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底所在的平面，所述第三方向与所述衬底所在的平面垂直。

3、在一些实施例中，所述第一隔离结构包括：第一材料层，位于所述第一有源区沿所述第二方向的一侧，且沿所述第一方向延伸；所述第一材料层包括朝向所述第三方向的开口；所述功能层，至少位于所述第一材料层内侧的底表面，或者贯穿所述第一材料层的底部；所述第一材料层内侧为所述第一材料层所环绕的区域一侧；第二材料层，填充满具有所述功能层的所述第一材料层内侧。

4、在一些实施例中，所述第二材料层包括：氮化物层，位于所述第一材料层内侧、且未被所述功能层覆盖的侧壁；第一氧化物层，填充满具有所述功能层和所述氮化物层的所述第一材料层内侧。

5、在一些实施例中，所述氮化物层还延伸至所述第一材料层内侧的侧壁和所述功能层之间；或者，所述氮化物层还延伸至所述功能层的表面。

6、在一些实施例中，所述第二材料层还包括：第二氧化物层，位于所述氮化物层的外侧和所述功能层之间；所述氮化物层的外侧为远离所述第一氧化物层的一侧。

7、在一些实施例中，所述图像传感器还包括：第一导电结构，位于所述功能层的顶表面，用于将所述第一隔离结构中的电荷导出。

8、在一些实施例中，所述第一隔离结构在所述第二方向的最小尺寸大于所述第二隔离结构在所述第二方向的尺寸。

9、在一些实施例中，所述图像传感器还包括：栅极结构，位于所述第一有源区的表面且沿所述第二方向延伸至部分所述第一隔离结构的表面；所述第一有源区和所述栅极结构构成复位晶体管；光电二极管，用于接收入射光并产生光生电子；传输门晶体管，用于将所述光生电子转移并暂存至浮动扩散节点；所述复位晶体管用于将所述浮动扩散节点的电位进行复位。

10、第二方面，本公开实施例提供一种图像传感器的形成方法，所述方法包括：提供衬底；所述衬底包括沿第一方向延伸的第一有源区；形成位于所述第一有源区沿第二方向一侧、且沿第三方向贯穿所述衬底的隔离结构；所述隔离结构包括沿所述第三方向的反方向堆叠的第一隔离结构和第二隔离结构，所述第一隔离结构的底部设置有功能层，所述第二隔离结构延伸至所述功能层中；其中，所述功能层用于平衡所述第一隔离结构中的电荷；所述第一方向和所述第二方向相交，且所述第一方向和所述第二方向均平行于所述衬底所在的平面，所述第三方向与所述衬底所在的平面垂直。

11、在一些实施例中，所述隔离结构通过以下步骤形成：从所述衬底的第一表面进行第一刻蚀工艺，在所述第一有源区沿所述第二方向的一侧，形成沿所述第一方向延伸的第一刻蚀凹槽；在所述第一刻蚀凹槽中，形成所述第一隔离结构；所述第一隔离结构包括位于所述第一刻蚀凹槽表面的第一材料层，以及位于所述第一材料层底表面或者贯穿所述第一材料层底部的所述功能层；从所述衬底的第二表面进行第二刻蚀工艺，形成沿所述第三方向延伸、且暴露出所述功能层的第二刻蚀凹槽；在所述第二刻蚀凹槽中，形成所述第二隔离结构；其中，所述第一隔离结构在所述第二方向的最小尺寸大于所述第二隔离结构在所述第二方向的尺寸；所述第一表面和所述第二表面为所述衬底沿所述第三方向相对的两个表面，并且所述第一表面为所述第一有源区一侧的表面。

12、在一些实施例中，所述第一隔离结构还包括第二材料层，形成所述第一隔离结构还包括：形成所述第二材料层，所述第二材料层填充满剩余的所述第一刻蚀凹槽。

13、在一些实施例中，所述第二材料层包括氮化物层和第一氧化物层；形成所述第二材料层包括：在形成所述功能层之前或者之后，至少在所述第一材料层的侧壁形成所述氮化物层；在形成所述功能层和所述氮化物层之后，在具有所述功能层和所述氮化物层的所述第一材料层内侧填充满所述第一氧化物层。

14、在一些实施例中，所述第二材料层还包括第二氧化物层，形成所述第二材料层还包括：在形成所述功能层之后，在所述功能层暴露的表面形成所述第二氧化物层，所述第二氧化物层位于所述氮化物层和所述功能层之间。

15、在一些实施例中，所述方法还包括：在所述功能层的顶表面形成第一导电结构，所述第一导电结构用于将所述第一隔离结构中的电荷导出。

16、在一些实施例中，所述方法还包括：形成栅极结构，所述栅极结构位于所述第一有源区的表面、且沿所述第二方向延伸至部分所述第一隔离结构的表面；所述第一有源区和所述栅极结构构成复位晶体管；形成光电二极管，所述光电二极管用于接收入射光并产生光生电子；形成传输门晶体管，所述传输门晶体管用于将所述光生电子转移并暂存至浮动扩散节点；所述复位晶体管用于将所述浮动扩散节点的电位进行复位。

17、本公开实施例提供一种图像传感器及其形成方法；其中，图像传感器包括：衬底，包括沿第一方向延伸的第一有源区；隔离结构，位于第一有源区沿第二方向一侧、且沿第三方向贯穿衬底；隔离结构包括沿第三方向的反方向堆叠的第一隔离结构和第二隔离结构，第一隔离结构的底部设置有功能层，第二隔离结构延伸至功能层中；其中，功能层用于平衡第一隔离结构中的电荷。

18、这里，由于在第一隔离结构的底部设置有功能层，并且功能层用于平衡第一隔离结构中的电荷；一方面，可以通过功能层将第一隔离结构和第二隔离结构隔离，避免了在第二隔离结构的蚀刻工艺中，辉光放电产生的高能电子对第一隔离结构的轰击；另一方面，即使在刻蚀过程中产生电子空穴对，功能层也可以保证电荷平衡，如此，使得第一有源区的电荷能带不会弯曲，减少了沟道穿通效应的产生。

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一隔离结构包括：

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第二材料层包括：

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，

5.根据权利要求3或4所述的图像传感器，其特征在于，所述第二材料层还包括：

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，

8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：

9.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，所述方法包括：

10.根据权利要求9所述的形成方法，其特征在于，所述隔离结构通过以下步骤形成：

11.根据权利要求10所述的形成方法，其特征在于，所述第一隔离结构还包括第二材料层，形成所述第一隔离结构还包括：

12.根据权利要求11所述的形成方法，其特征在于，所述第二材料层包括氮化物层和第一氧化物层；形成所述第二材料层包括：

13.根据权利要求12所述的形成方法，其特征在于，所述第二材料层还包括第二氧化物层，形成所述第二材料层还包括：

14.根据权利要求9所述的形成方法，其特征在于，所述方法还包括：

15.根据权利要求9所述的形成方法，其特征在于，所述方法还包括：