本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，涉及一種圖像傳感器制備技術(shù)，具體涉及一種自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)、傳感器及制備方法。
背景技術(shù)：
1、圖像傳感器作為一種被廣泛應(yīng)用于消費電子、安防監(jiān)控、汽車電子、機器視覺等眾多領(lǐng)域的光電轉(zhuǎn)換器件。背照式（backside?illuminated，bsi）圖像傳感器具有更高的靈敏度、更好的布線布局以及允許高速記錄等優(yōu)點，常應(yīng)用于對圖像傳感器像素性能要求較高的領(lǐng)域。
2、然而，在傳統(tǒng)的bsi前段制程中，需要采用高能量離子植入（ion?implantation，imp）的方式制備二極管結(jié)構(gòu)以形成光敏區(qū)，這導(dǎo)致了襯底表面損傷。不均勻的離子植入還會導(dǎo)致不同像素之間產(chǎn)生信號串?dāng)_（cross?talk），阻礙bsi圖像傳感器性能的進一步提升；因此有必要進行進一步研發(fā)新的光敏區(qū)結(jié)構(gòu)和形成工藝。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的之一是提供一種自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)，改變光電二極管的常規(guī)布局，以光電二極管的p型半導(dǎo)體作為隔離結(jié)構(gòu)，形成自隔離結(jié)構(gòu)，在無需額外隔離結(jié)構(gòu)的情況下實現(xiàn)了光敏區(qū)的分割，相比現(xiàn)有技術(shù)具有較低的串?dāng)_效應(yīng)。本發(fā)明還利用n型半導(dǎo)體層疊形成多層光敏層，利用層疊結(jié)構(gòu)使得光敏區(qū)的電子濃度梯度分布，有利于提高光電轉(zhuǎn)換效率。
2、本發(fā)明的另一目的是提供一種自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，采用可行并且成本低廉的工藝制備上述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)。
3、本發(fā)明的另一目的是提供一種自隔離型圖像傳感器的制備方法，在上述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行激光活化和制備濾光層形成背照式圖像傳感器。
4、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：
5、一方面，本發(fā)明提供一種自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：
6、提供襯底，襯底具有正面和背面，所述襯底的正面具有若干淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；
7、對襯底背面減薄處理暴露出淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；
8、在減薄后的襯底背面外延第一半導(dǎo)體層；
9、在第一半導(dǎo)體層內(nèi)與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)位置制備第一隔離結(jié)構(gòu)；
10、在第一半導(dǎo)體層上依次沉積第二半導(dǎo)體材料層和金屬格柵材料層；
11、依次刻蝕金屬格柵材料層和第二半導(dǎo)體材料層，形成若干間隔分布的金屬格柵結(jié)構(gòu)和位于其下方的自隔離結(jié)構(gòu)，所述自隔離結(jié)構(gòu)與第一隔離結(jié)構(gòu)位置對應(yīng)設(shè)置，相鄰自隔離結(jié)構(gòu)之間為光敏區(qū)凹槽；
12、在光敏區(qū)凹槽內(nèi)外延多層光敏層，形成光敏區(qū)。
13、優(yōu)選地，所述第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體材料層為p型半導(dǎo)體材料層。
14、優(yōu)選地，所述多層光敏層包括依次外延沉積的第一光敏層、第二光敏層、第三光敏層和第四光敏層，其中，第一光敏層、第二光敏層依次外延于光敏區(qū)凹槽的底部和內(nèi)壁，第三光敏層外延填滿于第二光敏層的中部內(nèi)孔，第四光敏層外延于第一至第三光敏層上方。
15、優(yōu)選地，第一至第四光敏層均為n型半導(dǎo)體材料，其中第一至第三光敏層的材料不同，第四光敏層和第一光敏層的材料相同。
16、優(yōu)選地，在第一半導(dǎo)體層內(nèi)與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)位置制備第一隔離結(jié)構(gòu)包括以下步驟：
17、通過刻蝕工藝在第一半導(dǎo)體層內(nèi)刻蝕與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)的隔離溝槽；
18、在隔離溝槽內(nèi)填充p型半導(dǎo)體材料，然后平坦化，得到第一隔離結(jié)構(gòu)。
19、優(yōu)選地，所述金屬格柵材料層包括絕緣層、第一金屬層和第二金屬層。
20、另一方面，本發(fā)明提供一種自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)，包括具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的襯底、形成于襯底上的第一半導(dǎo)體層和形成于第一半導(dǎo)體層上的若干光敏區(qū)，相鄰光敏區(qū)之間通過自隔離結(jié)構(gòu)進行隔離；所述第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體材料層，所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)設(shè)有與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)的第一隔離結(jié)構(gòu)，所述自隔離結(jié)構(gòu)為p型半導(dǎo)體材料層，所述光敏區(qū)為若干n型半導(dǎo)體材料層疊形成的多層光敏層。
21、優(yōu)選地，所述第一隔離結(jié)構(gòu)的材料為p型半導(dǎo)體材料，并且與自隔離結(jié)構(gòu)的材料種類不同。
22、優(yōu)選地，所述多層光敏層有4層，其中第一至第三光敏層從外至內(nèi)依次包裹，并在頂部開放式平齊；第四光敏層覆蓋于第一至第三光敏層頂部。
23、優(yōu)選地，第一至第四光敏層均為n型半導(dǎo)體材料，其中第一至第三光敏層的材料不同，第四光敏層和第一光敏層的材料相同。
24、優(yōu)選地，所述自隔離結(jié)構(gòu)上設(shè)有金屬格柵。
25、另一方面，本發(fā)明提供一種自隔離型圖像傳感器的制備方法，包括以下步驟：
26、提供襯底，襯底具有正面和背面，所述襯底的正面具有若干淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；
27、對襯底背面減薄處理暴露出淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)；
28、在減薄后的襯底背面外延第一半導(dǎo)體層；
29、在第一半導(dǎo)體層內(nèi)與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)位置制備第一隔離結(jié)構(gòu)；
30、在第一半導(dǎo)體層上依次沉積第二半導(dǎo)體材料層和金屬格柵材料層；
31、依次刻蝕金屬格柵材料層和第二半導(dǎo)體材料層，形成若干間隔分布的金屬格柵結(jié)構(gòu)和位于其下方的自隔離結(jié)構(gòu)，所述自隔離結(jié)構(gòu)與第一隔離結(jié)構(gòu)位置對應(yīng)設(shè)置，相鄰自隔離結(jié)構(gòu)之間為光敏區(qū)凹槽；
32、在光敏區(qū)凹槽內(nèi)外延多層光敏層，形成光敏區(qū)；
33、采用激光退火工藝對光敏區(qū)活化；
34、在光敏區(qū)制備濾光層。
35、另一方面，本發(fā)明提供一種自隔離型圖像傳感器，包括具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的襯底、形成于襯底上的第一半導(dǎo)體層和形成于第一半導(dǎo)體層上的若干光敏區(qū)，相鄰光敏區(qū)之間通過自隔離結(jié)構(gòu)進行隔離；所述第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體材料層，所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)設(shè)有與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)的第一隔離結(jié)構(gòu)，所述自隔離結(jié)構(gòu)為p型半導(dǎo)體材料層，所述光敏區(qū)為若干n型半導(dǎo)體材料層疊形成的多層光敏層；
36、所述自隔離結(jié)構(gòu)上設(shè)有金屬格柵；相鄰金屬格柵之間的多層光敏層上設(shè)有濾光層。
37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有效果如下：
38、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明改變現(xiàn)有技術(shù)中摻雜形成光電二極管的路線，采用選擇性外延的方式形成層疊包裹的多層光敏層，意想不到的技術(shù)效果是：在多層光敏層中形成了載流子濃度梯度，從而提高了光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明還通過改變光電二極管的基本結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造性的將光敏區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)和光電二極管的p型區(qū)結(jié)合起來，即將光電二極管的p型區(qū)作為光敏區(qū)的隔離結(jié)構(gòu)，形成自隔離結(jié)構(gòu)，意想不到的是，本發(fā)明不僅完整的實現(xiàn)了光電二極管的基本功能，而且還通過自隔離效應(yīng)，大大減少了串?dāng)_效應(yīng)，另外相比二氧化硅的自隔離結(jié)構(gòu)，在滿足隔離要求的情況下，可以做出更小尺寸，從而可以間接提高圖像傳感器的像素精度。本發(fā)明還創(chuàng)造性的改變了制作工藝順序，將金屬格柵結(jié)構(gòu)和自隔離結(jié)構(gòu)的材料一起沉積，意想不到的是，不僅實現(xiàn)了自隔離結(jié)構(gòu)的制作，而且還節(jié)省了工序，降低了成本。
1.一種自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體層，第二半導(dǎo)體材料層為p型半導(dǎo)體材料層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述多層光敏層包括依次外延沉積的第一光敏層、第二光敏層、第三光敏層和第四光敏層，其中，第一光敏層、第二光敏層依次外延于光敏區(qū)凹槽的底部和內(nèi)壁，第三光敏層外延填滿于第二光敏層的中部內(nèi)孔，第四光敏層外延于第一至第三光敏層上方。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，第一至第四光敏層均為n型半導(dǎo)體材料，其中第一至第三光敏層的材料不同，第四光敏層和第一光敏層的材料相同。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在第一半導(dǎo)體層內(nèi)與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)位置制備第一隔離結(jié)構(gòu)包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述金屬格柵材料層包括絕緣層、第一金屬層和第二金屬層。
7.一種自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的襯底、形成于襯底上的第一半導(dǎo)體層和形成于第一半導(dǎo)體層上的若干光敏區(qū)，相鄰光敏區(qū)之間通過自隔離結(jié)構(gòu)進行隔離；所述第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體材料層，所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)設(shè)有與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)的第一隔離結(jié)構(gòu)，所述自隔離結(jié)構(gòu)為p型半導(dǎo)體材料層，所述光敏區(qū)為若干n型半導(dǎo)體材料層疊形成的多層光敏層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一隔離結(jié)構(gòu)的材料為p型半導(dǎo)體材料，并且與自隔離結(jié)構(gòu)的材料種類不同。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多層光敏層有4層，其中第一至第三光敏層從外至內(nèi)依次包裹，并在頂部開放式平齊；第四光敏層覆蓋于第一至第三光敏層頂部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述自隔離型圖像傳感結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一至第四光敏層均為n型半導(dǎo)體材料，其中第一至第三光敏層的材料不同，第四光敏層和第一光敏層的材料相同。
11.一種自隔離型圖像傳感器的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
12.一種自隔離型圖像傳感器，其特征在于，包括具有淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的襯底、形成于襯底上的第一半導(dǎo)體層和形成于第一半導(dǎo)體層上的若干光敏區(qū)，相鄰光敏區(qū)之間通過自隔離結(jié)構(gòu)進行隔離；所述第一半導(dǎo)體層為n型半導(dǎo)體材料層，所述第一半導(dǎo)體層內(nèi)設(shè)有與淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)對應(yīng)的第一隔離結(jié)構(gòu)，所述自隔離結(jié)構(gòu)為p型半導(dǎo)體材料層，所述光敏區(qū)為若干n型半導(dǎo)體材料層疊形成的多層光敏層；