无注入损伤的图像传感器及其方法

摘要

本发明提供了无注入损伤的图像传感器及其方法。本发明公开了一种图像传感器。该图像传感器包括外延层、多个插头结构和互连结构。其中多个插头结构形成在外延层中，并且每个插头结构具有掺杂的侧壁，外延层和掺杂的侧壁形成多个光电二极管，多个插头结构被用于分开相邻的光电二极管，并且外延层和掺杂的侧壁通过插头结构连接到互连结构。本发明还公开了加工该图像传感器相关的方法。该方法包括：提供在第二型掺杂外延衬底层上具有第一型掺杂外延衬底层的衬底；在第一型掺杂外延衬底层中形成多个隔离沟槽；沿多个隔离沟槽的侧壁和底部形成第二型掺杂区域；以及通过沉积金属填充多个隔离沟槽。

权利要求

1.一种图像传感器，包括：

外延层；

形成在所述外延层中的多个插头结构，每个所述插头结构具有掺杂的侧壁，其中，所述掺杂的侧壁形成为围绕所述插头结构，并且所有掺杂的侧壁都具有相同的掺杂类型；以及互连结构，与所述插头结构电连接；

其中所述外延层和所述掺杂的侧壁形成多个光电二极管，所述多个插头结构被用于分开相邻的光电二极管，并且所述外延层和所述掺杂的侧壁通过所述插头结构连接到所述互连结构。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述外延层具有与所述掺杂的侧壁不同的掺杂极性。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述掺杂的侧壁通过原位外延生长形成。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述掺杂的侧壁通过固相掺杂形成。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述掺杂的侧壁通过气相掺杂形成。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述掺杂的侧壁为共形的方式。

7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述图像传感器包括背照式(BSI)图像传感器。

8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述插头结构被沉积金属填充。

9.一种图像传感器，包括：

第一型掺杂外延层；

穿过所述第一型掺杂外延层形成的插头结构，所述插头结构被金属填充，并且具有第二型掺杂的侧壁，其中，所述第二型掺杂的侧壁形成为围绕所述插头结构；

连接到所述第一型掺杂外延层的侧面的互连结构，其中，所述互连结构与所述插头结构电连接；以及形成在所述第一型掺杂外延层的另一个侧面上方的微透镜；

其中所述第一型和所述第二型为不同极性，所述第一型掺杂外延层和所述插头结构的所述第二型掺杂的侧壁的边界共同形成光电二极管的p-n结 。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其中

所述图像传感器还具有穿过所述第一型掺杂外延层形成的另一个插头结构，所述另一个插头结构被金属填充并且具有第二型掺杂的侧壁，并且所述图像传感器的图像像素在所述插头结构和所述另一个插头结构之间形成。

11.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述掺杂的侧壁由原位外延生长形成。

12.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述掺杂的侧壁由固相掺杂形成。

13.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述掺杂的侧壁由气相掺杂形成。

14.根据权利要求9所述的图像传感器，其中所述图像传感器包括背照式(BSI)图像传感器。

15.一种图像传感器的加工方法，包括：

提供在第二型掺杂外延衬底层上具有第一型掺杂外延衬底层的衬底；

在所述第一型掺杂外延衬底层上形成多个隔离沟槽；

沿所述多个隔离沟槽的侧壁和底部形成第二型掺杂区域；以及通过沉积金属填充多个隔离沟槽以形成多个插头结构，其中，所述第二型掺杂区域形成为围绕所述多个插头结构；

形成与所述第一型掺杂外延衬底层和所述多个隔离沟槽连接的互连结构，其中，所述互连结构与所述多个插头结构电连接。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一型掺杂外延衬底层具有不同于所述第二型掺杂区域的掺杂极性。

17.根据权利要求15所述的方法，其中沿所述多个隔离沟槽的侧壁形成所述第二型掺杂区域包括沿所述多个隔离沟槽的所述侧壁和底部执行原位第二型掺杂外延生长。

18.根据权利要求15所述的方法，其中沿所述多个隔离沟槽的侧壁形成所述第二型掺杂区域包括执行固相第二型掺杂。

19.根据权利要求15所述的方法，其中沿所述多个隔离沟槽的侧壁形成所述第二型掺杂区域包括执行气相第二型掺杂。

说明书

无注入损伤的图像传感器及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及无注入损伤的图像传感器及其方法。

背景技术

[0002] 半导体图像传感器被用于检测辐射，例如光。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电耦合器件(CCD)传感器广泛应用于各种应用，例如数码相机或手机摄像头应用。这些器件利用衬底上的像素阵列，包括光电二极管和晶体管，以吸收投射到衬底上的辐射并将检测到的辐射转化为电信号。

[0003] 近年来，半导体集成电路(IC)行业经历了快速发展。IC材料和设计的技术进展生产了一代又一代的IC，其中每一代IC都具有比上一代更小并更复杂的电路。作为用于半导体图像传感器的IC演变的一部分，辐射敏感像素的尺寸一直在持续减小。由于像素和相邻像素之间的间隔继续收缩，暗电流过大和串扰等问题变得更加难以控制。传统的解决暗电流和串扰问题的方法，例如深沟槽隔离(DTI)，其需要进行植入操作，这可能会引起图像传感器损坏并且局限于植入深度限制。因此，可能会引起额外的缺陷和干扰。因此能够提供用于捕捉图像的被改进的图像传感器将是可取的。

发明内容

[0004] 为解决现有技术中的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：

[0005] 外延层；

[0006] 形成在所述外延层中的多个插头结构，每个所述插头结构具有掺杂的侧壁；以及[0007] 互连结构；

[0008] 其中所述外延层和所述掺杂的侧壁形成多个光电二极管，所述多个插头结构被用于分开相邻的光电二极管，并且所述外延层和所述掺杂的侧壁通过所述插头结构连接到所述互连结构。

[0009] 根据本发明的一个实施例，其中所述外延层具有与所述掺杂的侧壁不同的掺杂极性。

[0010] 根据本发明的一个实施例，其中所述掺杂的侧壁通过原位外延生长形成。

[0011] 根据本发明的一个实施例，其中所述掺杂的侧壁通过固相掺杂形成。

[0012] 根据本发明的一个实施例，其中所述掺杂的侧壁通过气相掺杂形成。

[0013] 根据本发明的一个实施例，其中所述掺杂的侧壁为共形的方式。

[0014] 根据本发明的一个实施例，其中所述图像传感器包括背照式(BSI)图像传感器。

[0015] 根据本发明的一个实施例，其中所述插头结构被沉积金属填充。

[0016] 根据本发明的另一方面，提供了一种图像传感器，包括：

[0017] 第一型掺杂外延层；

[0018] 穿过所述第一型掺杂外延层形成的插头结构，所述插头结构被金属填充，并且具有第二型掺杂的侧壁；

[0019] 连接到所述第一型掺杂外延层的侧面的互连结构；以及

[0020] 形成在所述第一型掺杂外延层的另一个侧面上方的微透镜；

[0021] 其中所述第一型和所述第二型为不同极性，所述第一型掺杂外延层和所述插头结构的所述第二型掺杂的侧壁的边界共同形成光电二极管的p-n节。

[0022] 根据本发明的一个实施例，其中，所述图像传感器还具有穿过所述第一型掺杂外延层形成的另一个插头结构，所述另一个插头结构被金属填充并且具有第二型掺杂的侧壁，并且所述图像传感器的图像像素在所述插头结构和所述另一个插头结构之间形成。

[0023] 根据本发明的一个实施例，其中所述掺杂的侧壁由原位外延生长形成。

[0024] 根据本发明的一个实施例，其中所述掺杂的侧壁由固相掺杂形成。

[0025] 根据本发明的一个实施例，其中所述掺杂的侧壁由气相掺杂形成。

[0026] 根据本发明的一个实施例，其中所述图像传感器包括背照式(BSI)图像传感器。

[0027] 根据本发明的又一方面，提供了一种图像传感器的加工方法，包括：

[0028] 提供在第二型掺杂外延衬底层上具有第一型掺杂外延衬底层的衬底；

[0029] 在所述第一型掺杂外延衬底层上形成多个隔离沟槽；

[0030] 沿所述多个隔离沟槽的侧壁和底部形成第二型掺杂区域；以及

[0031] 通过沉积金属填充多个隔离沟槽。

[0032] 根据本发明的一个实施例，其中所述第一型掺杂外延衬底层具有不同于所述第二型掺杂区域的掺杂极性。

[0033] 根据本发明的一个实施例，其中沿所述多个隔离沟槽的侧壁形成所述第二型掺杂区域包括沿所述多个隔离沟槽的所述侧壁和底部执行原位第二型掺杂外延生长。

[0034] 根据本发明的一个实施例，其中沿所述多个隔离沟槽的侧壁形成所述第二型掺杂区域包括执行固相第二型掺杂。

[0035] 根据本发明的一个实施例，其中沿所述多个隔离沟槽的侧壁形成所述第二型掺杂区域包括执行气相第二型掺杂。

[0036] 根据本发明的一个实施例，该方法还包括：

[0037] 形成与所述第一型掺杂外延衬底层和所述多个隔离沟槽连接的互连结构。

附图说明

[0038] 当结合附图进行阅读时，通过下列详细的描述，可以更好地理解本公开的各方面。应该强调的是，根据工业中的标准实践，没有按比例绘制各种部件。实际上，为了清楚地讨论，可以任意地增加或减小各种部件的尺寸。

[0039] 图1至图18是根据本发明的优选实施例的背照式(BSI)图像传感器在制造的各个阶段的概略分段截面图。

具体实施方式

[0040] 下列公开提供了用于实现本发明的不同特征的多种不同实施例或实例。以下将描述组件和布置的特定实例以简化本发明。当然，这些仅是实例并且不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括其他部件可以形成在第一部件和第二部件之间使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。另外，本发明可以在多个实例中重复参考符号和/或字符。这种重复用于简化和清楚，并且其本身不表示所述多个实施例和/或配置之间的关系。

[0041] 此外，在此可使用诸如“在…之下”、“在…下面”、“下面的”、“在…上面”、以及“上面的”等的空间关系术语，以容易的描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件(多个元件)或部件(多个部件)的关系。除图中所示的方位之外，空间关系术语将包括使用或操作中的装置的各种不同的方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且通过在此使用的空间关系描述符进行相应地解释。

[0042] 尽管提出本发明宽泛范围的数值范围和参数设定是近似值，在特定实例中的数值设定被尽可能精确地报告。任何数值，然而，固有地包含某些必然误差，该误差由各自的测试测量结果中发现的标准偏差产生。同样，正如此处使用的术语“约”一般指在给定值或范围的10％、5％、1％或0.5％内。或者，术语“约”意思是在本领域普通的技术人员可以考虑到的可接受的平均标准误差内。除了在操作/工作的实例中，或除非另有明确规定，所有的数值范围、总额、值和百分比，例如用于材料数量、持续时间、温度、操作条件、数额以及本发明此处公开的其他型似物，应该被理解为在所有情况下被术语“约”修改。因此，除非有相反规定，本发明和所附权利要求所记载的数值参数设定是可以根据要求改变的近似值。至少，每个数值参数应该至少被解释为根据被报告的有效数字的数目，并应用普通的四舍五入技术。此处范围可以表示为从一个端点到另一个端点或在两个端点之间。此处公开的所有范围包括端点，除非另有说明。

[0043] 图1至图17是根据本发明的优选实施例的背照式(BSI)图像传感器制造的各个阶段的概略分段截面图。BSI图像传感器包括像素阵列或网格，并且记录射向BSI图像传感器背面的辐射(例如光)强度。在一些实施例中，BSI图像传感器可以包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、有源像素传感器(APS)或无源像素传感器。BSI像素传感器还包括额外的电路和用于为像素提供操作环境和支持与像素外部通信的与像素网格相邻的输入/输出。可以理解，为了更好理解本发明的发明构思，图1至图17被简化并且可以不按照比例绘制。

[0044] 参照图1，提供了衬底102。衬底102是掺杂有p型掺杂剂例如硼的硅衬底，并因此作为p型衬底使用。或者，衬底102包括另一种合适的半导体材料。例如，衬底102可以是掺杂有n型掺杂剂例如磷或砷的硅衬底，并因此作为n型衬底使用。而且，衬底102可以包括其他元素半导体例如锗和金刚石。衬底102可以可选地包括化合物半导体和/或合金半导体。在这个实施例中，轻掺杂p型外延层(p-外延层)104和重掺杂p-外延层106在衬底102正面上方连续形成。在重掺杂p-外延层106上，形成有n型外延层(n-外延层)108。

[0045] 请注意，每一层的掺杂浓度由层102至108旁边的曲线示出，其中掺杂浓度由其以10为底数的对数值表示。例如，衬底102和重掺杂p-外延层106的p型掺杂浓度大于约1018cm-3；轻掺杂p-外延层104的p型掺杂浓度小于约1016cm-3；并且n-外延层108的n型掺杂浓度在约1014cm-3到约1017cm-3之间。

[0046] n-外延层108具有正面(也被称为前表面)10和背面(也被称为后表面)12。对于BSI图像传感器例如本实施例中的图像传感器，辐射在被减弱后从背面12被投射并且通过后表面12进入剩余的外延层。在实施例中，衬底102初始厚度为从约800微米(um)到约1000um；轻掺杂p-外延层104的初始厚度为从约0.1um到约0.3um；重掺杂p-外延层106的初始厚度为从约0.1um到约0.2um；n-外延层108的初始厚度为从约2.5um到15um。上述尺寸仅仅为实例，层102到108在本发明中不局限于此。其他申请中的相似结构同样落入本发明可预期的范围内。

[0047] 参照图2，热氧化层302通过热氧化操作在接近800℃到接近1050℃的温度范围使用氧(O2)气和水(H2O)蒸气之一形成在n-外延层108的正面10上。热氧化层302的厚度可以在接近100至1000埃的范围。然而，这并不构成对本发明的限定。

[0048] 接下来，如图3所示，光刻胶图案402形成在热氧化层302上方。光刻胶图案402作为用于后续蚀刻步骤的蚀刻掩模。特别是，光刻胶图案402使得热氧化层302的一部分被暴露。

[0049] 参照图4，热氧化层302被各向同性蚀刻以形成开口502。例如，各向同性蚀刻可以使用基于氢氟酸(HF)的蚀刻剂通过湿法蚀刻热氧化层302实施。在这个实例中，蚀刻剂具有选择性，这样光刻胶图案402不会被损害。蚀刻剂的蚀刻时间和蚀刻速率可以被控制以达到所需的凹面的曲率半径是设计的选择。蚀刻后光刻胶图案402被移除，得到图案化的热氧化层3022。

[0050] 接下来，重掺杂n-外延层被沉积。沉积可以通过两个连续的步骤制造，包括选择性原位掺杂步骤，接着是非选择性原位掺杂步骤。图5示出了BSI图像传感器在沉积选择性原位掺杂n-外延层6022之后的结构。特别地，n型外延有选择地形成在开口502中的n-外延层108上。在开口502基本被n型外延填充后，执行非选择性原位掺杂步骤以通过一定厚度的n型多晶硅和n型外延覆盖图案化的热氧化层3022和选择性原位掺杂的n型外延6022，从而完成n-外延层的形成。图6示出了BSI图像传感器在沉积非选择性原位掺杂n-外延层6023之后的结构。非选择性原位掺杂n-外延层6023包括n型多晶硅区域6026和n型外延区域6024。选择性原位掺杂n型外延6022和非选择性原位掺杂n-外延层6023为了简洁通常称为n-外延层
602。在一些实施例中，n-外延层602可以使用分裂聚合方法和离子注入步骤制造。随后，如图7所示，n-外延层602的一部分，特别是在图案化的热氧化层3022上方的多晶硅部分，通过根据应用于其上的光刻胶图案的蚀刻操作被蚀刻掉。

[0051] 参照图8，具有一定厚度的氧化膜802通过热氧化、化学气相沉积(CVD)工艺或等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺被沉积以覆盖n-外延层602。蚀刻过程可以被执行以获得正面深沟槽隔离(DTI)结构804向下到轻掺杂p外延层104，从而隔离每个独立像素的光电二极管。在这个实施例中，蚀刻工艺包括干蚀刻工艺。蚀刻掩模(例如硬掩模，此处未示出)可以在执行蚀刻工艺前形成，以限定DTI结构804的尺寸和位置。

[0052] 两个这种DTI结构在图8中为了说明被示出为沟槽804。沟槽804可以被形成为具有矩形的形状、有点梯形或其他合适的形状。沟槽804穿过图案化的热氧化层3022、n-外延层108、重掺杂p外延层106，并延伸进入轻掺杂p-外延层104。

[0053] 现在参照图9，在包括沟槽804的侧壁和底部的暴露表面上的外延生长可以通过使用硅烷(SiH4)气体和另一种气体(或多种气体)在适当的压力下引入掺杂剂实现。根据本发明的一个实施例，p+外延层902以共形的方式形成在沟槽804周围。p+外延层902和n外延层108之间的分界线或分界面为形成用于图像像素的光电二极管结构的p-n节806。p+外延层
902的共形形状可以意味着p+外延层902的轮廓沿着其相应的沟槽804的轮廓或位于其相应的沟槽804的轮廓上。掺杂剂通过原位外延生长被引入p+外延层902。特别地，选择性外延操作在本发明中被使用。选择性外延操作包含两种反应：沉积和蚀刻。它们以不同反应速率同时在硅和介电(氧化物)表面发生。外延操作导致仅仅在硅表面沉积，并且通过改变蚀刻气体的浓度在介电区域没有生长。

[0054] 根据这个实施例，p+外延层902为硼掺杂外延层。然而，这并不是本发明的限定。应用于其他应用的其他合适的材料同样落在本发明可想到的范围内。硼掺杂外延层902可以在超过约1017cm-3的浓度下在沟槽804的侧壁和底部附近形成。与已经存在的工艺比较，不使用高能量注入物的DTI可以降低将缺陷引入固定的光电二极管结构的机会，并允许与离子注入形成的P-N节相比形成更深的P-N节。非常深的节可以有益于近红外(NIR)传感器。

[0055] 在一些实施例中，固体材料可以用来执行掺杂剂扩散，从而形成共形形状的掺杂层902。在掺杂剂扩散使用固体材料完成时，其可以被称为固相掺杂法。例如，含有掺杂剂的层(图9未示出)首先形成在沟槽804暴露的表面(包括侧壁)上。含有掺杂剂的层包括硼硅酸盐玻璃(BSG)。BSG材料的形成可以使用原硅酸四乙酯(TEOS)作为前体。BSG材料的形成还可以包含使用臭氧气体(O3)。对于臭氧TEOS BSG掺杂的实施例，可以执行掺杂剂推入工艺以促进掺杂剂从含有掺杂剂的层扩散进入沟槽804周围区域，由于其为无需氩或氦轰击的热工艺。在一些实施例中，掺杂剂推入工艺包括热过程，例如快速退火工艺(RTA)。RTA工艺可以在高于约1000摄氏度的工艺温度下进行约5至15秒的工艺时间。作为掺杂剂推入工艺的结果，p+型掺杂层902通过掺杂材料(例如，用于被说明的实施例的硼)从含有掺杂剂的层扩散进入沟槽804周围区域形成。

[0056] 在一些实施例中，气相掺杂法可以被使用以形成共形形状的掺杂层902。为此，沟槽804中没有形成含有掺杂剂的层。含有掺杂剂的气体被用于使掺杂剂扩散进入沟槽804周围的硅的区域。与含有掺杂剂的层相似，含有掺杂剂的气体也包括具有p型掺杂极性的掺杂材料。因此，在所说明的实施例中，含有掺杂剂的气体包含硼。在一些实施例中，含有掺杂剂的气体包括三乙基硼(TEB)。掺杂剂从含有掺杂剂的气体扩散进入沟槽804周围的硅的区域也会引起掺杂区域902以共形的方式形成在沟槽804周围。由于掺杂剂扩散使用气体材料而不是固体材料实施，上述实施例可以被称为气相掺杂法。

[0057] 现在参照图10，在使用选择性原位操作、固相掺杂法或气相掺杂法形成高浓度硼掺杂外延层902后，介电材料被沉积以填充沟槽804，并覆盖图案化的热氧化层3022，使得介电区域1002与氧化膜802近似齐平。然而，这并不是对本发明的限定。在一些实施例中，介电区域1002可以不与氧化层802齐平。此外，上述介电材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k电介质或其他合适的介电材料。

[0058] 接下来，使用平坦化工艺(例如化学机械抛光或CMP)或蚀刻工艺(例如使用稀释的HF水溶液或缓冲的HF的湿法蚀刻，或使用碳氟蚀刻剂的选择性干法蚀刻)以如同图11所描绘的暴露n外延层602。为此，氧化膜802的和介电区域1002的顶部被磨掉或蚀刻掉。n外延层602包括近似在图案化的热氧化层3022上方的多晶硅部分，并且包括直接形成在n-外延层
108上的n型外延部分。

[0059] RTA工艺可以再次进行，以推动n型掺杂剂从p+型掺杂层902扩散进入n外延层108邻近的区域，并推动p型掺杂剂从n外延层602扩散进入n外延层108邻近的区域。以这种方式，从p型掺杂到n型掺杂的渐变过渡被形成；并且重掺杂n外延层602和n外延层108作为整体可以因此变成渐变的外延层。n外延层602的功能是为p-n节806的末端提供接触件。为此，n外延层602的顶面还可以被硅化物化以形成接触硅化物1202。从而n外延层602的电导率可以被进一步提升，其有利于图像传感器的操作。增加硅化物1202也可以有利于吸收有源CMOS电路在光电二极管像素下发出的光线。图12示出了根据本发明实施例的接触硅化物1202的构造。在接触硅化物1202形成之后，另一种介电材料1302被沉积在光电二极管结构的正面上方，以如图13所示覆盖n外延层。

[0060] 请参照图14。蚀刻工艺在正面1304的一部分上进行，以便移除不需要的介电材料，从而形成深沟槽1402和浅沟槽1404。p+外延层902因此暴露在深沟槽1402的侧壁和底部。接触硅化物1202的一部分也被暴露在浅沟槽1404的底部。在深沟槽1402和浅沟槽1404形成后，内衬层可以被应用于深沟槽1402和浅沟槽1404的底部和侧壁。接下来，深沟槽1402和浅沟槽1404被沉积金属(例如钨)填充，形成如图15所示的金属区域1502和1504。浅沟槽1404作为用于将p-n节806的p末端连接到外部电路的插头；深沟槽1402作为将p-n节806的n末端连接到参考电压(例如接地电压)的插头。需要注意的是，蚀刻沟槽1402也可以仅仅延伸到足以接触到n外延层108的顶部。在这种情况下，大多数DTI结构804仍然被氧化物填充，并且p+外延层902仅在沟槽804的侧壁的顶部形成。

[0061] 在金属沉积之后，蚀刻(例如，干法蚀刻)或CMP被实施用于移除正面1304的顶面上剩余的金属。附加的制造工艺可以被执行以完成BSI图像传感器的制造，如下所述。参照图16，互连结构1602形成在正面1304的上方。互连结构1602包括多个图案化的介电层和在BSI图像传感器的不同掺杂部件、电路和输入/输出之间提供相互连接(例如接线)的导电层。互连结构1602包括层间介电层(ILD)1604和多层互连(MLI)结构1606。MLI结构1606包括接触件、通孔和金属线。可以理解，图16所示的MLI结构仅仅为了说明的目的，导电线路和通孔/接触件的实际位置和构造可以取决于设计的需求和制造考虑而改变。

[0062] MLI结构1606可以包括导电材料例如铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、多晶硅、金属硅化物或它们的组合，被称为铝互连件。铝互连件可以通过包括物理气相沉积(PVD)(或溅射)、CVD、原子层沉积(ALD)或它们的组合的工艺形成。其他形成铝互连件的制造技术可以包括图案化导电材料以用于竖直连接和水平连接的光刻工艺和蚀刻。或者，铜多层互连件可以被用于形成金属图案。铜互连结构可包括铜、铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物或它们的组合。铜互连结构可以由包括CVD、溅射、镀的技术或其他合适的工艺形成。

[0063] 仍旧参照图16，缓冲层1608在互连结构1602上形成。在本实施例中，缓冲层1608包括介电材料例如氧化硅。或者，缓冲层1608可选择地包括氮化硅。缓冲层1608可以由CVD、PVD或其他合适的技术形成。缓冲层1608被平坦化以通过CMP工艺形成光滑表面。

[0064] 此后，载体衬底1610被接合到缓冲层1608，以便促进BSI图像传感器的背面的处理。本实施例中的载体衬底1610包括硅材料。或者，载体衬底1610可以包括玻璃衬底或其他合适的材料。载体衬底1610可以通过分子力被接合到缓冲层1608上——被称为直接接合或光学融合接合的技术——或通过本领域所熟知的其他接合技术，例如金属扩散或阳极接合。

[0065] 缓冲层1608为形成在BSI图像传感器正面上的不同部件提供电气隔离和保护。载体衬底1610还为如下所述的BSI图像传感器的背面处理提供机械强度和支撑。在载体衬底1610被接合之后，执行薄化工艺以从图17中BSI图像传感器的背面薄化。薄化工艺可以包括机械研磨工艺和化学薄化工艺。在机械研磨工艺期间，可以首先从衬底102上移除足够量的衬底材料。然后化学薄化工艺可以对图像传感器的背面应用蚀刻化学品，以进一步移除衬底102、轻掺杂p外延层104、重掺杂p外延层106的剩余部分和n外延层108的一部分。

[0066] 参照图18，彩色滤光层1802可以形成在BSI图像传感器的背面。在这个实施例中，彩色滤光层1802包括多个彩色滤光器，多个彩色滤光器被设置成使得入射辐射被引导在其上和穿过其中。彩色滤光器包括基于染料(或基于颜料)的用于过滤特定波长带的入射辐射的聚合物或树脂，其对应于颜色谱(例如红、绿、蓝)。此后，在彩色滤光层1802上方形成具有多个微透镜的微透镜层1804。微透镜向BSI图像传感器中的特定辐射集中区域引导和集中入射辐射，如光电二极管。微透镜可以以不同的安置方式被放置，并根据用于微透镜的材料的折射率和距离传感器表面的距离具有不同形状。

[0067] 可以理解，上述加工工艺的顺序并不旨在限定。在其他实施中，一些层或器件可以根据不同的处理顺序形成，而不是根据此处所示。此外，一些其他层可以被形成，但是为了简化的缘故此处没有说明。例如，抗反射涂层(ARC)可以在彩色滤光层1802和/或微透镜层1804形成之前形成在BSI图像传感器背面上方。

[0068] 也可以理解，上述讨论主要关于BSI图像传感器像素区域。除了像素区域，图像传感器还包括周边区域、接合焊盘区域和划线区域。周边区域可以包括需要保持光学黑暗的器件。这些器件可以包括数字器件，例如专用集成电路(ASIC)器件或芯片上系统(SOC)器件、或用于为BSI图像传感器建立光强度基线的参考像素。接合焊盘区域为了形成接合焊盘被保留，这样BSI图像传感器和外部器件之间的电气连接可以被建立。划线区域包括将一个半导体管芯与相邻半导体管芯分离的区域。划线区域在随后的加工过程中被由此切开，以便在管芯被封装和作为集成电路芯片被出售之前分开相邻的管芯。为了简化的缘故，BSI图像传感器的其他区域的细节此处没有示出或描述。

[0069] 上述讨论还关于BSI图像传感器。然而，可以预见的是，本发明的不同方面也可以被应用到正面照明(FSI)图像传感器。例如，FSI图像传感器还使用与此处讨论的像素相似的像素来探测光，虽然光从正面被投射(并进入衬底)，而不是从背面。FSI图像传感器不涉及晶圆背面薄化工艺，而是将在正面形成彩色滤光片和微透镜。互连结构以不妨碍或阻碍入射光从正面投射的路径的方式被实现。可以看出，掺杂的隔离区域也可以使用此处讨论的固相或气相掺杂剂扩散法与相邻的像素之间的介电沟槽共形形成。如同BSI图像传感器的情况，共形掺杂隔离区也可以提高FSI图像传感器的暗电流和串扰性能。为了简化的缘故，FSI图像传感器的处理细节此处不进行讨论。

[0070] 本发明提供一种新的图像传感器结构，其排除了在形成DTI时离子注入的使用。作为结果，由于离子注入引入的问题可以被缓解。

[0071] 本发明的一些实施例提供图像传感器。图像传感器包括外延层、多个插头结构和互连结构。其中多个插头结构形成在外延层中，并且每个插头结构具有掺杂的侧壁，外延层和掺杂的侧壁形成多个光电二极管，多个插头结构被用于分开相邻的光电二极管，并且外延层和掺杂的侧壁通过插头结构连接到互连结构。

[0072] 在本发明的一些实施例中，外延层具有与掺杂的侧壁不同的掺杂极性。

[0073] 在本发明的一些实施例中，掺杂的侧壁通过原位外延生长形成。

[0074] 在本发明的一些实施例中，掺杂的侧壁通过固相掺杂形成。

[0075] 在本发明的一些实施例中，掺杂的侧壁通过气相掺杂形成。

[0076] 在本发明的一些实施例中，掺杂的侧壁为共形的方式。

[0077] 在本发明的一些实施例中，图像传感器包括背照式(BSI)图像传感器。

[0078] 在本发明的一些实施例中，插头结构被沉积金属填充。

[0079] 本发明的一些实施例提供了图像传感器。图像传感器包括第一型掺杂外延层、插头结构、互连结构和微透镜。其中插头结构通过第一型掺杂外延层形成，插头结构被金属填充，并且具有第二型掺杂的侧壁，互连结构被连接到第一型掺杂外延层侧面，微透镜形成在第一型掺杂外延层另一个侧面上方，第一型和第二型为不同极性，第一型掺杂外延层和插头结构的第二型掺杂的侧壁的边界共同形成光电二极管的p-n节。

[0080] 在本发明的一些实施例中，图像传感器还具有另一个通过第一型掺杂外延层形成的插头结构，另一个插头结构被金属填充并且具有第二型掺杂的侧壁，并且图像传感器的图像像素在插头结构和另一个插头结构之间形成。

[0081] 在本发明的一些实施例中，掺杂的侧壁由原位外延生长形成。

[0082] 在本发明的一些实施例中，掺杂的侧壁由固相掺杂形成。

[0083] 在本发明的一些实施例中，掺杂的侧壁由气相掺杂形成。

[0084] 在本发明的一些实施例中，图像传感器包括背照式(BSI)图像传感器。

[0085] 本发明的一些实施例提供一种方法。该方法包括：提供在第二型掺杂外延衬底层上具有第一型掺杂外延衬底层的衬底；在第一型掺杂外延衬底层中形成多个隔离沟槽；沿多个隔离沟槽的侧壁和底部形成第二型掺杂区域；以及通过沉积金属填充多个隔离沟槽。

[0086] 在本发明的一些实施例中，第一型掺杂外延衬底层具有不同于第二型掺杂区域的掺杂极性。

[0087] 在本发明的一些实施例中，沿多个隔离沟槽的侧壁形成第二型掺杂区域包括沿多个隔离沟槽的侧壁和底部执行的原位第二型掺杂外延生长。

[0088] 在本发明的一些实施例中，沿多个隔离沟槽的侧壁形成第二型掺杂区域包括执行固相第二型掺杂。

[0089] 在本发明的一些实施例中，沿多个隔离沟槽的侧壁形成第二型掺杂区域包括执行气相第二型掺杂。

[0090] 在本发明的一些实施例中，该方法进一步包括形成与第一型掺杂外延衬底层和多个隔离沟槽连接的互连结构。

[0091] 上面论述了若干实施例的部件，使得本领域的技术人员可以更好地理解本公开的各个方面。本领域的技术人员应该理解，可以很容易地使用本公开作为基础来设计或更改其他用于达到与这里所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点的工艺和结构。本领域的技术人员也应该意识到，这种等效构造并不背离本公开的精神和范围，并且在不背离本公开的精神和范围的情况下，可以进行多种变化、更换以及改变。