一种图像传感器形成方法及图像传感器与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，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：

2.为了提高图像传感器的解析度，需要尽可能提高电子的提取能力，因此需要增加传感器半导体衬底的体积和电子浓度。在此基础上，为了缩减芯片的表面积，提高半导体衬底的深度便成为了首选的方案。
3.图像传感器的半导体衬底中通常包括若干的隔离区，现有的半导体衬底形成方法中，浅沟槽隔离是比较常用的方式，但是，浅沟槽隔离无法实现深层半导体衬底的需求，因此产生了采用离子注入，或者离子注入与浅沟槽隔离相结合的方式来形成隔离区。
4.但是，为了实现深度较深的隔离难度仍然很大，一般需要多次离子注入，离子注入对半导体衬底的破坏会影响暗电流和白像素，离子注入的p型半导体与衬底中的n型半导体在临界面的突变，使得该处的电场强度较高；此外，多次离子注入使得在深度上浓度分布很不均匀，不光滑的浓度变化产生的电子势垒会使得电子在此处聚集，很难完整地提取。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种图像传感器形成方法，通过刻蚀和外延过程形成图像传感器中的侧向pn结，具体方案如下。
6.一种图像传感器形成方法，其特征在于，包括：在所述图像传感器形成栅极前，通过至少一次刻蚀过程与至少一次外延过程形成第一侧向pn结，所述第一侧向pn结用于所述图像传感器各像素单元之间的隔离。
7.优选地，所述第一侧向pn结包括低掺杂和/或无掺杂的缓冲层，在所述第一侧向pn结中形成缓变结结构。
8.优选地，还包括：在所述第一侧向pn结上方进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，用于形成器件层。
9.优选地，所述至少一次外延过程包括：在高浓度硅衬底上进行至少一次外延，形成第一外延层，所述高浓度硅衬底的掺杂浓度不低于10
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。
10.优选地，进行所述至少一次刻蚀过程时，在所述第一外延层上形成对准标记图形。
11.优选地，还包括步骤：在所述器件层中通过离子注入形成第二侧向pn结，所述第二侧向pn结与所述第一侧向pn结对应的部分电性连接。
12.优选地，所述形成第一外延层包括：在高浓度硅衬底上进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，形成刻蚀停止层；在所述刻蚀停止层上进行至少一次外延，形成第一外延层。
13.优选地，所述第一外延层为掺杂浓度不低于10
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的高浓度p型外延层；所述至少一次刻蚀过程包括：在所述第一外延层上刻蚀形成第一隔离区域；或所述第一外延层为低掺杂和/或无掺杂外延层；所述至少一次刻蚀过程包括：在所述第一外延层上刻蚀，在刻蚀后的所述第一外延层表面进行p型离子注入，形成第一隔离区域；所述p型离子注入包括铟和/或硼。
14.优选地，还包括：在所述第一隔离区域表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，在所述第一隔离区域表面形成所述缓冲层。
15.优选地，还包括：在所述缓冲层表面进行至少一次掺杂浓度不低于10
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的高浓度n型外延，生长第二外延层，所述第二外延层、所述缓冲层和所述第一隔离区域形成所述第一侧向pn结。
16.优选地，在所述形成第一隔离区域之后，所述形成所述缓冲层之前，还包括：在所述第一隔离区域的表面上进行氧化处理，平滑所述第一隔离区域的表面；在进行外延形成所述缓冲层之前，清理所述第一隔离区域表面的氧化物层。
17.优选地，所述第一外延层为掺杂浓度不低于10
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的高浓度n型外延层；所述至少一次刻蚀过程包括：在所述第一外延层上刻蚀形成第二感光区域。
18.优选地，在所述刻蚀形成第二感光区域时，留出开口线宽小于中部线宽的沟槽，用于形成第二隔离区域。
19.优选地，在所述第二感光区域表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，在所述第二感光区域表面形成所述缓冲层。
20.优选地，在所述缓冲层表面进行至少一次掺杂浓度不低于10
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的高浓度p型外延，生长第三外延层，所述第三外延层形成第二隔离区域，所述第二感光区域、所述缓冲层和所述第二隔离区域形成所述第一侧向pn结。
21.优选地，在生长所述第三外延层时，调整外延的方向和生长速度，使所述第二隔离区域的开口快速封闭，形成隔离中空槽。
22.优选地，在所述形成第二感光区域之后，所述形成所述缓冲层之前，还包括：在所述第二感光区域的表面上进行氧化处理，平滑所述第二感光区域的表面；在进行外延形成所述缓冲层之前，清理所述第二感光区域表面的氧化物层。
23.优选地，所述图像传感器为背照式图像传感器，所述图像传感器形成方法还包括：对所述高浓度硅衬底进行减薄，直至减薄到预设的厚度位置；对所述高浓度硅衬底的剩余部分进行刻蚀，至所述刻蚀停止层；对所述刻蚀停止层进行减薄，直至去除所述刻蚀停止层。
24.优选地，在所述图像传感器形成栅极前，在所述第一侧向pn结中形成隔离中空槽。
25.优选地，在去除所述刻蚀停止层之后，还包括：打开所述隔离中空槽的开口；
在所述隔离中空槽中填充钉扎层；其中，所述打开所述隔离中空槽的开口包括：继续对所述第一外延层进行化学机械研磨，直至露出所述隔离中空槽；或，继续对所述第一外延层下表面进行刻蚀，打开所述隔离中空槽的开口。
26.优选地，在去除所述刻蚀停止层之后，还包括：在所述第一外延层中的隔离区域中间形成深沟槽；在所述深沟槽中填充钉扎层。
27.优选地，所述在所述第一侧向pn结上方进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，形成器件层包括：在所述第一侧向pn结表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，形成第四外延层；对所述第四外延层表面进行平整化处理，形成所述器件层；或，对所述第一侧向pn结表面进行平整化处理；在所述第一侧向pn结表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，生长第四外延层，形成所述器件层。
28.优选地，在形成所述第一外延层之后，还包括：在所述第一外延层上通过化学气相淀积形成硬掩模层；在形成所述第一侧向pn结之后，去除所述第一侧向pn结表面的硬掩模层。
29.本发明还提供一种图像传感器，采用如前述的任一种图像传感器的形成方式形成。
30.本技术中，采用刻蚀与外延工艺形成图像传感器中的隔离区域与感光区域，形成侧向pn结，使p型和n型半导体的交界面更均匀，能够避免采用多次离子注入的方式对半导体衬底造成的破坏，减小暗电流和白像素对感光的影响。
31.进一步地，通过外延工艺可以在侧向pn结中形成掺杂浓度均匀变化的缓变pn结，使得隔离部分的电场分布更均匀，减少了电子在侧壁的聚集，感光产生电子后能够更加完整地提取。
32.进一步地，本发明的优选方案中可以在形成栅极之前通过调整外延工艺的参数，在隔离区域形成中空槽，在形成背照式传感器时可以省略深沟槽隔离的步骤直接填充钉扎层，减少了复杂的工序，提高效率。
附图说明
33.通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
34.图1-本发明一实施例中第一侧向pn结示意图；图2
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本发明一实施例中包括缓变结的第一侧向pn结示意图；图3
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本发明一实施例中硬掩模层示意图；图4（a）
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本发明一实施例中刻蚀形成隔离区域示意图；图4（b）
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本发明一实施例中在隔离区域表面外延形成缓冲层示意图；图5
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本发明一实施例中在刻蚀表面离子注入形成隔离区域示意图；
图6（a）
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本发明一实施例中刻蚀形成感光区域示意图；图6（b）
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本发明一实施例中在感光区域表面外延形成缓冲层示意图；图7
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本发明一实施例中在隔离区域形成隔离中空槽示意图；图8
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本发明一实施例中形成器件层示意图；图9
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本发明一实施例中刻蚀停止层示意图；图10
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本发明一实施例中形成钉扎层示意图；图11-本发明一实施例一种图像传感器结构示意图；图12
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本发明一实施例又一种图像传感器结构示意图。
35.在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
36.本发明提供一种图像传感器形成方法，通过刻蚀和外延的方式形成侧向pn结，在半导体衬底上形成隔离区域和感光区域。
37.在本发明的一种图像传感器形成方法的实施例中，包括以下步骤：步骤s110：在所述图像传感器形成栅极前，通过至少一次刻蚀过程与至少一次外延过程形成第一侧向pn结。
38.形成的第一侧向pn结用于所述图像传感器各像素单元之间的隔离。其中，本发明并不限制其中刻蚀过程域外延过程的先后顺序和具体次数，但在以本发明思想下形成图像传感器的过程中，则至少需一次刻蚀工艺和一次外延工艺形成图像传感器中的侧向pn结，即隔离区域与感光区域之间的pn结。在可选的实施方式中，隔离区域通常采用p型掺杂，感光区域采用n型掺杂，在隔离区域与感光区域的交界处形成侧向pn结，所述刻蚀工艺和外延工艺的过程用于形成隔离区域和感光区域。即如图1所示的结构，在半导体衬底100上，通过至少一次的刻蚀过程和至少一次的外延过程形成隔离区域110和感光区域120。
39.在一种优选的实施例中，第一侧向pn结包括低掺杂和/或无掺杂的缓冲层，在所述第一侧向pn结中形成缓变结结构。在侧向pn结中形成掺杂浓度均匀变化的缓变pn结，可以使隔离部分的电场分布更均匀，减少了电子在侧壁的聚集，能够更加完整地提取感光后产生的电子。
40.在此基础上，一种具体的实施例中包括：步骤s120：在高浓度硅衬底200上进行至少一次外延，形成第一外延层210，所述高浓度硅衬底200的掺杂浓度不低于10
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41.如图2所示，在高浓度硅衬底200上，本实施例进行第一次外延，生长第一外延层210。其中，高浓度硅衬底200的掺杂浓度至少不低于10
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。
42.优选地，在进行所述至少一次刻蚀过程时，可以在所述第一外延层210上形成对准标记图形。有助于在后续工艺中确定隔离区域和感光区域的位置，通过对多个对准标记图形的定位，对准系统可以计算出曝光时的准确位置，以实现极小的套刻误差。
43.优选地，在形成所述第一外延层210之后，还可以包括步骤：步骤s180：在所述第一外延层210上通过化学气相淀积形成硬掩模层220；步骤s190：在形成所述第一侧向pn结之后，去除所述第一侧向pn结表面的硬掩模
层220。
44.如图3所示，通过化学气相淀积形成的硬掩模层220的主要成分是tin、sin、sio2等无机薄膜材料。可以对第一外延层210的表面起到一定的保护作用。当第一侧向pn结形成后，为了方便后续步骤顺利操作，则需要去除这层硬掩模层220，优选地，可以采用化学机械研磨的方式来去除硬掩模层220。
45.根据不同设计的需求，第一外延层的掺杂浓度可以为高掺杂，也可以为低掺杂，如下给出几种具体的实施方式。
46.a．在一种可选的实施方式中，所述第一外延层为掺杂浓度不低于10
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的高浓度p型外延层；所述至少一次刻蚀过程包括：步骤s131：在所述第一外延层上刻蚀形成第一隔离区域。
47.在本种实施方式中，首先在高浓度硅衬底上进行一次高浓度p型外延，形成本实施例中的第一外延层210。之后，对第一外延层210进行刻蚀，形成如图4（a）所示的隔离区域211。即，将待形成的感光区域部分刻蚀掉，留下p型的隔离区域。之后只要在刻蚀掉的区域中填充n型半导体，即可形成侧向pn结。
48.进一步地，为了在形成的侧向pn结中形成缓变结，如图4（b）所示，在步骤s131之后还可以包括步骤：步骤s141：在所述第一隔离区域211表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，在所述第一隔离区域表面形成所述缓冲层213。
49.缓冲层213采用低掺杂或无掺杂的半导体外延形成，不限制掺杂的半导体类型，p型掺杂或n型掺杂均可。缓冲层在隔离区域与感光区域之间形成了缓冲，使得pn结之间可以均匀过渡。在实际进行外延生长时，可以在外延式减少或者停止通入氯化氢气体，降低蚀刻率，在第一隔离区域211的侧壁和感光区域底部缓慢生长缓冲层213。
50.优选地，在步骤s131和步骤s141之间，还包括步骤：步骤s161：在所述第一隔离区域的表面上进行氧化处理，平滑所述第一隔离区域的表面；步骤s171：在进行外延形成所述缓冲层之前，清理所述第一隔离区域表面的氧化物层。
51.在刻蚀形成第一隔离区域211之后，由于刻蚀工艺的特点，在第一隔离区域211表面可能存在不同程度的损伤，光线在这些损伤部位反射，与入射光线发生干涉，使得光强的分布变得不均匀，会产生驻波效应。因此，步骤s161的目的即是通过例如热氧化的方式，使晶体硅表面产生均匀的氧化物，氧化物层的表面相比原第一隔离区域的表面更加平滑，可以修补刻蚀产生的细小损伤，平滑第一隔离区域211的表面。
52.同时，生长氧化物层也可以用来控制隔离区域与感光区域的关键尺寸大小，使其在需要的合理范围之内。
53.进行氧化物层生长之后，在进行下一次外延之前，需要将该层氧化物层去除，以避免影响最后形成pn结，即步骤s171。例如，可以采用还原性气体等离子体来去除氧化层，如氢气等离子体。氧化层去除后并不会影响已经修补的第一隔离区域211表面的损伤，能够更好地进行外延生长。
54.形成缓变结之后，优选地，在缓变结上可以通过外延生长的方式形成第一感光区域212。即在步骤s141之后还包括：步骤s151：在所述缓冲层213表面进行至少一次掺杂浓度不低于10
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的高浓度n型外延，生长第二外延层，所述第二外延层、所述缓冲层213和所述第一隔离区域211形成所述第一侧向pn结。
55.步骤s151中形成侧向pn结中的感光区域，用于接收光信号，并释放出电子。在本实施方式中，第一感光区域212采用又一次外延形成，此次外延主要采用高浓度的n型掺杂半导体，形成第二外延层，即第一感光区域212。第一隔离区域211、缓冲层213和第一感光区域212形成如图2所示的图像传感器中的第一侧向pn结。
56.在本次外延生长中，可以选择控制外延的选择比，令半导体从底部缓慢向上生长。优选地，也可以逐渐增高n型半导体的掺杂浓度，形成由第一隔离区域211的表面向第一感光区域212中心掺杂浓度逐渐增加的渐变结构，使得侧向pn结中的电场变化更加均匀，这可以通过掺杂浓度递增的多次外延生长实现。
57.由此，通过上述步骤，实施方式a给出了在第一外延层210为高浓度p型掺杂的情况下，通过外延、刻蚀等工艺形成包含缓冲层213的侧向pn结的方案，是本发明一种可选的实施手段。
58.b.在又一种可选的实施方式中，所述第一外延层为低掺杂和/或无掺杂外延层；所述至少一次刻蚀过程包括：步骤s132：在所述第一外延层210上刻蚀，在刻蚀后的所述第一外延层210表面进行p型离子注入，形成第一隔离区域211；其中，所述p型离子注入包括铟和/或硼。
59.若第一外延层通过低掺杂或者无掺杂的外延生长形成，此时在步骤s132中，在对第一外延层进行刻蚀形成如图4（a）中的结构之后，在第一外延层表面进行高掺杂浓度的p型离子注入，例如通过等离子体注入的方式，在“第一隔离区域”表面覆盖高浓度的p型掺杂半导体，如图5所示，以此形成第一隔离区域211。
60.与方案a不同之处在于，方案b中初始生长的第一外延层是低掺杂浓度或不掺杂的半导体，因此隔离区域的形成方式有所区别。在刻蚀形成隔离区域的基本结构之后，通过离子注入的方式再形成高浓度的p型掺杂，作为图像传感器中的第一隔离区域211。其中，可以在离子注入时掺入包括铟、硼等元素在内的半导体材质，增加第一隔离区域211侧壁和底部的p型掺杂浓度，改善半导体材料的特性。
61.方案b的后续步骤可以采取如方案a步骤s141~步骤s171类似的方法，如图4（b）和图2所示，在第一隔离区域211表面形成低掺杂或无掺杂的缓冲层213，在缓冲层213表面进行高浓度n型外延生长，形成感光区域212，以及在形成缓冲层213之前，可以通过生长氧化物层的方式使第一隔离区域211的表面变得平滑。
62.c.在另一种可选的实施方式中，所述第一外延层210为掺杂浓度不低于10
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的高浓度n型外延层；所述至少一次刻蚀过程包括：步骤s133：在所述第一外延层210上刻蚀形成第二感光区域212。
63.与方案a、方案b不同，方案c中，在高浓度硅衬底200上生长的是高浓度的n型半导
体。n型半导体通常用于形成感光区域，因此，在本方案中，如图6（a）所示，刻蚀后保留的是n型掺杂的感光部分，形成第二感光区域212，即将待生长的隔离区域刻蚀掉，如图所示。之后只需在留出的隔离部分补充p型掺杂的半导体，即可形成侧向pn结。
64.进一步地，在步骤s133之后，为了形成缓变结，如图6（b）所示，可以采取如下的步骤：步骤s143：在所述第二感光区域212表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，在所述第二感光区域212表面形成所述缓冲层213。
65.缓冲层213采用低掺杂或无掺杂的半导体外延形成，不限制掺杂的半导体类型，p型掺杂或n型掺杂均可。缓冲层在隔离区域与感光区域之间形成了缓冲，使得pn结之间可以均匀过渡。在实际进行外延生长时，可以在外延式减少或者停止通入氯化氢气体，降低蚀刻率，在第二感光区域212的侧壁和留余的隔离区域底部缓慢生长缓冲层213。
66.优选地，在步骤s133和步骤s143之间，还包括步骤：步骤s163：在所述第一隔离区域的表面上进行氧化处理，平滑所述第一隔离区域的表面；步骤s173：在进行外延形成所述缓冲层之前，清理所述第一隔离区域表面的氧化物层。
67.在刻蚀形成第二感光区域212之后，由于刻蚀工艺的特点，在第二感光区域212表面可能存在不同程度的损伤，光线在这些损伤部位反射，与入射光线发生干涉，使得光强的分布变得不均匀，会产生驻波效应。因此，步骤s163的目的即是通过例如热氧化的方式，使晶体硅表面产生均匀的氧化物，氧化物层的表面相比原第二感光区域212的表面更加平滑，可以修补刻蚀产生的细小损伤，平滑第二感光区域212的表面。
68.同时，生长氧化物层也可以用来控制隔离区域与感光区域的关键尺寸大小，使其在需要的合理范围之内。
69.进行氧化物层生长之后，在进行下一次外延之前，需要将该层氧化物层去除，以避免影响最后形成pn结，即步骤s173。例如，可以采用还原性气体等离子体来去除氧化层，如氢气等离子体。氧化层去除后并不会影响已经修补的第二感光区域212表面的损伤，能够更好地进行外延生长。
70.形成缓变结之后，优选地，在缓变结上可以通过外延生长的方式形成第一隔离区域211。即在步骤s143之后还包括：步骤s153：在所述缓冲层表面进行至少一次掺杂浓度不低于10
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的高浓度p型外延，生长第三外延层，所述第三外延层形成第二隔离区域211，所述第二感光区域212、所述缓冲层213和所述第二隔离区域211形成所述第一侧向pn结。
71.步骤s153中形成侧向pn结中的隔离区域，用于在各像素之间形成隔离。在本实施方式中，第二隔离区域211采用又一次外延形成，此次外延主要采用高浓度的p型掺杂半导体，形成第三外延层，即第二隔离区域211。第二隔离区域211、缓冲层213和第二感光区域212形成如图2所示的图像传感器中的第一侧向pn结。
72.在进行步骤s153时，优选地，如图所示，可以在生长所述第三外延层时，调整外延的方向和生长速度，使所述第二隔离区域的开口快速封闭，形成隔离中空槽214，如图7所示。当以此种方案形成背照式图像传感器时，形成的隔离中空槽214可以直接用于填充钉扎
层，节省了进行深沟槽隔离的工艺步骤，对形成工艺进行了简化。
73.为了更容易形成隔离中空槽214，优选地，在步骤s133刻蚀形成第二感光区域212时，可以为形成第二隔离区域留出开口线宽小于中部线宽的沟槽，这样在步骤s153中进行外延生长隔离区域时，能够更快速地封闭开口部分，形成隔离中空槽214的结构。
74.由此，通过上述步骤，实施方式c给出了在第一外延层位高浓度n型掺杂的情况下，通过外延、刻蚀等工艺形成包含缓冲层的侧向pn结的方案，同样是本发明一种可选的实施手段。
75.在前述的各实施例中，给出了三种在第一侧向pn结中实现缓变结的方案，分别是第一外延层为高浓度p型掺杂、低浓度p型掺杂和高浓度n型掺杂时可以采取的工艺流程。分别通过刻蚀在第一外延层上形成隔离区域或者感光区域，再在刻蚀后的区域表面形成缓冲层，进一步再外延出剩余的结构，使得缓冲层在侧向pn结中产生过渡的作用。掺杂浓度均匀变化的缓变pn结能够使隔离部分的电场分布更均匀，减少了电子在侧壁的聚集，感光产生电子后也能够更加完整地提取。
76.进一步地，在本发明的另一实施例中，与前述实施例的区别在于，在形成第一侧向pn结后，如图8所示，还可以包括步骤：步骤s200：在所述第一侧向pn结上方进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，形成器件层300。
77.形成的侧向pn结中一般采用较高掺杂浓度的半导体材料，在其上方通过外延的方式，如图1所示，生长低掺杂和/或无掺杂的器件层300，用于排列布置图像传感器表面的元器件。
78.优选地，在步骤s200具体包括：步骤s211：在所述第一侧向pn结表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，形成第四外延层；步骤s212：对所述第四外延层表面进行平整化处理，形成所述器件层300；或，步骤s221：对所述第一侧向pn结表面进行平整化处理；步骤s222：在所述第一侧向pn结表面进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，生长第四外延层，形成所述器件层。
79.由于在形成侧向pn结的过程中可能需要多次外延生长，在第一侧向pn结表面会存在一定程度的凹陷，表面并不一定是光滑平整的，需要进行平坦化处理。因此，步骤s200中，可以通过化学机械研磨（cmp）的方式对其表面进行平整化，再进生长器件层；同时，也可以先生长一层第四外延层，再对第四外延层表面进行平整化。
80.其中，先不对第一侧向pn结表面进行平整，直接生长第四外延层时，能够在生长后的外延层表面留下对应的痕迹，有助于后续在器件层中设置部件时进行定位。
81.优选地，在步骤s200中形成器件层300之后，如图8所示，在所述器件层中通过离子注入形成第二侧向pn结，所述第二侧向pn结与所述第一侧向pn结对应的部分电性连接。
82.在器件层中同样需要形成隔离区域和感光区域，并组成另一组侧向pn结。在优选的实施方式中，通过离子注入的手段在器件层中注入不同类型掺杂的半导体，如图8所示，通常注入p型形成隔离区域310，n型形成感光区域320，在器件层中形成侧向pn结。由于采用离子注入的方式形成，器件层中的第二侧向pn结与第一侧向pn结电性连接，并且互相对应，
即p型与p型对应电性连接，n型与n型对应电性连接。
83.通过上述方法，本发明通过外延和离子注入的方式在已形成的侧向pn结上方布置器件层。可以以此方式进一步形成前照式图像传感器。
84.在本发明的另一实施例中，如图9所示，与前述实施例的区别在于，在高浓度硅衬底400上形成第一外延层420时，包括以下步骤：步骤s310：在高浓度硅衬底400上进行至少一次低掺杂和/或无掺杂的外延，形成刻蚀停止层410；步骤s320：在所述刻蚀停止层410上进行至少一次外延，形成第一外延层420。
85.即，在高浓度硅衬底400和第一外延层420之间先生长一层低掺杂或不掺杂的刻蚀停止层410，再向上生长第一外延层420。刻蚀停止层410的作用是通过浓度的差异将第一外延层420与高浓度硅衬底400隔离开，在后进行刻蚀、外延等操作时有助于控制深度。
86.刻蚀停止层410的另一个作用在于，若所述图像传感器适于形成背照式图像传感器，即从图示的底部方向进行感光时，可以更方便的对高浓度硅衬底400进行去除。
87.如图9所示，在本实施例一项可选的实施方式中，图像传感器为背照式图像传感器。首先如步骤s310、s320的方式，在高浓度硅衬底上形成刻蚀停止层410、第一外延层420。之后，可以按照如前述实施例的方式，通过至少一次刻蚀和至少一次外延工艺，在形成栅极前，在第一外延层420上形成侧向pn结，形成隔离区域421和感光区域422，并进一步形成器件层430。亦可在优选的方式中，形成在隔离区域421和感光区域422中间形成缓冲层423，以实现pn结之间的缓变过渡。
88.如图，若要完成背照式图像传感器，则需要去掉高浓度衬底400，进一步地可以打开隔离区域填充钉扎层。在本实施例中可以采取多种方式完成这一操作。
89.在一项可选的实施方式中，所述图像传感器形成方法还包括：步骤s330：对所述高浓度硅衬底400进行减薄，直至减薄到预设的厚度位置；步骤s340：对所述高浓度硅衬底400的剩余部分进行刻蚀，至所述刻蚀停止层410；步骤s350：对所述刻蚀停止层410进行减薄，直至去除所述刻蚀停止层410。
90.步骤s330~步骤s350是在形成背照式图像传感器时去除衬底的过程。首先，在步骤s330中，可以通过磨削等方式，对下部的高浓度硅衬底400进行减薄，直至达到预设厚度。其中，预设厚度是为了避免不可控的减薄操作在靠近刻蚀停止层410和第一外延层420的时候造成损伤，因此可以设定达到预设的厚度，例如接近刻蚀停止层410时停止减薄工艺。
91.达到预设厚度后，磨削等减薄的方式不适合继续用于去除高浓度硅衬底400，因而在步骤s340中，采用刻蚀的方式，继续去除高浓度硅衬底400。由于刻蚀停止层410的掺杂浓度远小于高浓度硅衬底400，因此在实行刻蚀工艺时可以很好的将高浓度硅衬底400全部清理，而将刻蚀停留在在分界面上。
92.完全去除高浓度硅衬底400后，也需要继续去除低掺杂和/或无掺杂的刻蚀停止层410。在步骤s350中，对刻蚀停止层410进行减薄，直至去除。
93.优选地，在去除所述刻蚀停止层410之后，还可以包括步骤：步骤s361：在所述第一外延层420中的隔离区域421中间形成深沟槽；步骤s371：在所述深沟槽中填充钉扎层424。
94.如图所示，去除刻蚀停止层后，图像传感器当前的背面已经较薄，步骤s361中，可
以在第一外延层420中已经形成的隔离区域421内进行深沟槽隔离，如图所示，在隔离区域中可以通过刻蚀等技术手段形成深槽，例如可以进行硅的各向异性刻蚀，同时淀积二氧化硅，形成侧壁光滑的深沟槽，以减少有源像素区的像素之间的电学串扰。
95.步骤s371中，如图10所示，在形成的深沟槽内填充，形成钉扎[w用1] 424。
[0096]
在一个实施例中，可以在所述图像传感器形成栅极前，在所述第一侧向pn结中形成隔离中空槽，如图7所示。
[0097]
例如，在前述实施例中第一外延层420为高浓度n型掺杂的情况时，通过刻蚀形成感光区域，通过一次高浓度p型外延形成隔离区域421，此时可以通过调整外延的方向和生长速度，使所述隔离区域421的开口快速封闭，这样在第一外延层420的侧向pn结中就预先形成了隔离中空槽。
[0098]
若第一外延层420中的隔离区域421包含有隔离中空槽，在去除刻蚀停止层410之后，隔离中空槽即可实现普通钉扎层的效果。在此基础上可进一步形成背照式图像传感器。
[0099]
进一步地，也可以在去除所述刻蚀停止层之后，继续进行步骤：步骤s362：打开所述隔离中空槽的开口；步骤s372：在所述隔离中空槽中填充钉扎层424；虽然隔离中空槽可以起到钉扎层的一部分作用，但为了提高图像传感器的性能，也可以打开隔离中空槽的开口，由于已经形成了中空槽，就无需进行如步骤s362中复杂的深沟槽隔离工艺，可以直接在中空槽中填充形成钉扎层。
[0100]
其中，在步骤s372中可以继续对所述第一外延层420进行化学机械研磨，直至露出所述隔离中空槽；也可以通过继续对第一外延层420的下表面进行刻蚀的方式，打开所述隔离中空槽的开口。
[0101]
由此，在上述的实施例中，为了形成背照式图像传感器，需要第一侧向pn结底部的高浓度硅衬底400去除，因此可以通过设置低掺杂浓度或者不掺杂的刻蚀停止层410，形成浓度差异，方便在进行减薄后，通过刻蚀的方式完整地去除高浓度硅衬底400。进一步地去除刻蚀停止层410，进行深沟槽隔离和钉扎层填充，形成背照式图像传感器的基础。
[0102]
在优选的实施例中，由于在形成第一侧向pn结时在隔离区域中形成了隔离中空槽，这种结构可以直接进行钉扎层填充，有效地节省了进行深沟槽隔离的复杂工艺，减少操作流程。
[0103]
除此之外，本发明中还提供了一种图像传感器，通过前述实施例中的图像传感器形成方法形成。如图9所示，在一种实施例中，图像传感器形成过程中的典型的结构包括高浓度硅衬底500，通过至少一次刻蚀与至少一次外延工艺形成的第一侧向pn结，其中包括隔离区域511、感光区域512、缓冲层513，在第一侧向pn结上外延形成的器件层520，以及器件层520中通过离子注入形成侧向pn结的隔离区域521、感光区域522。
[0104]
在另一种典型的实施例中，图像传感器为背照式图像传感器，如图11所示，与前一个实施例不同之处在于，高浓度硅衬底和刻蚀停止层已经去除，包括第一侧向pn结，其中的隔离区域611、感光区域612、缓冲层613，以及在隔离区域611中的钉扎层614。钉扎层614填充的沟槽可以是通过深沟槽隔离的方式形成的，也可以是在外延生长隔离区域611时通过调整外延方向和速度形成的隔离中空槽。同样地，在第一侧向pn结上外延形成的器件层620，以及器件层620中通过离子注入形成侧向pn结的隔离区域621、感光区域622。
[0105]
本实施例中的图像传感器采用刻蚀与外延工艺形成隔离区域与感光区域，构成侧向pn结，使p型和n型半导体的交界面更均匀，能够避免采用多次离子注入的方式对半导体衬底造成的破坏，减小暗电流和白像素对感光的影响。此外，通过外延工艺可以在侧向pn结中形成掺杂浓度均匀变化的缓变pn结，使得隔离部分的电场分布更均匀，减少了电子在侧壁的聚集，感光产生电子后能够更加完整地提取。
[0106]
进一步地，在优选的实施例中，可以在形成栅极之前通过调整外延工艺的参数，在隔离区域形成中空槽，在形成背照式传感器时可以省略深沟槽隔离的步骤直接填充钉扎层，减少了复杂的工序，提高效率。
[0107]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。