圖像傳感器及其形成方法
【專利摘要】一種圖像傳感器及其形成方法，其中，所述圖像傳感器包括襯底；位于所述襯底表面的傳感器層，所述傳感器層具有若干像素區(qū)，相鄰像素區(qū)之間具有邊界區(qū)；位于所述傳感器層表面的隔離層；位于像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡；位于邊界區(qū)的隔離層表面的屏蔽結(jié)構(gòu)，使相鄰濾色鏡之間具有屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)用于阻擋入射光通過，避免入射光自一濾色鏡進(jìn)入與該濾色鏡相鄰的濾色鏡中而發(fā)生串?dāng)_；位于所述濾色鏡表面的透鏡結(jié)構(gòu)。所述圖像傳感器能夠避免發(fā)生串?dāng)_，使穩(wěn)定性和精確度提高。
【專利說明】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)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種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)圖像信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。CMOS (互補金屬氧化物半導(dǎo)體)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、價格低廉，相較于傳統(tǒng)的CCD (電荷耦合)圖像傳感器更具優(yōu)勢，也更易普及。
[0003]現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器中包括用于將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的光電傳感器,所述光電傳感器為形成于娃襯底中的光電二極管。此外，在形成有光電二極管的娃襯底表面還形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)形成有金屬互聯(lián)層，所述金屬互聯(lián)層用于使光電二極管與外圍電路電連接。對于上述CMOS圖像傳感器來說,所述娃襯底具有介質(zhì)層和金屬互聯(lián)層的一面為CMOS圖像傳感器的正面，與正面相對的一面為CMOS圖像傳感器的背面，根據(jù)光線照射方向的差異，所述CMOS圖像傳感器能夠分為前照式(Front-side Illuminat1n,FSI)CMOS圖像傳感器和后照式(Back-side Illuminat1n) CMOS圖像傳感器。
[0004]對于前照式CMOS圖像傳感器，光線照射到CMOS圖像傳感器的正面，然而，由于所述光線需要穿過介質(zhì)層和金屬互聯(lián)層之后才能夠照射到光電二極管，由于光線路徑中的介質(zhì)層和金屬互聯(lián)層較多，會限制光電二極管所吸收的光量，造成量子效率降低。對于背照式CMOS圖像傳感器，光線自CMOS圖像傳感器的背面入射到光電二極管，從而消除了光線的損耗，光子到電子的轉(zhuǎn)換效率提高。
[0005]然而，現(xiàn)有的背照式CMOS圖像傳感器的串?dāng)_問題嚴(yán)重，造成光電轉(zhuǎn)換的精確度和穩(wěn)定性不良。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種圖像傳感器及其形成方法，避免圖像傳感器發(fā)生串?dāng)_，提高器件的穩(wěn)定性和精確度。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，包括:襯底；位于所述襯底表面的傳感器層，所述傳感器層具有若干像素區(qū)，相鄰像素區(qū)之間具有邊界區(qū)；位于所述傳感器層表面的隔離層；位于像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡；位于邊界區(qū)的隔離層表面的屏蔽結(jié)構(gòu)，使相鄰濾色鏡之間具有屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)用于阻擋入射光通過，避免入射光自一濾色鏡進(jìn)入與該濾色鏡相鄰的濾色鏡中而發(fā)生串?dāng)_；位于所述濾色鏡表面的透鏡結(jié)構(gòu)。
[0008]可選的，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的材料為金屬。
[0009]可選的，所述金屬材料為鋁、或鋁和銅的組合。
[0010]可選的，所述傳感器層包括若干光電二極管，且一個像素區(qū)的傳感器層內(nèi)具有一個光電二極管。
[0011]可選的，一個像素區(qū)的隔離層表面具有一個濾色鏡，且位于一個像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡為紅色濾色鏡、綠色濾色鏡或藍(lán)色濾色鏡。
[0012]可選的，所述若干像素區(qū)呈陣列排布。
[0013]可選的，所述襯底包括:支撐基底；位于支撐基底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有電互連結(jié)構(gòu)。
[0014]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種圖像傳感器的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底表面具有傳感器層，所述傳感器層具有若干像素區(qū)，相鄰像素區(qū)之間具有邊界區(qū)，所述傳感器層表面具有隔離層；在邊界區(qū)的隔離層表面形成屏蔽結(jié)構(gòu)；在形成屏蔽結(jié)構(gòu)之后，在像素區(qū)的隔離層表面形成濾色鏡，相鄰濾色鏡之間具有屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)用于阻擋入射光通過，避免入射光自一濾色鏡進(jìn)入與該濾色鏡相鄰的濾色鏡中而發(fā)生串?dāng)_；在所述濾色鏡表面形成透鏡結(jié)構(gòu)。
[0015]可選的，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的形成方法包括:在所述隔離層表面形成屏蔽層；在所述屏蔽層表面形成圖形化層，所述圖形化層暴露出像素區(qū)的屏蔽層表面；以所述圖形化層為掩膜，刻蝕所述屏蔽層直至暴露出隔離層為止，形成屏蔽結(jié)構(gòu)。
[0016]可選的，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的材料為金屬，所述屏蔽層的形成工藝為物理濺射工藝。
[0017]可選的，所述傳感器層包括若干光電二極管，且一個像素區(qū)的傳感器層內(nèi)形成有一個光電二極管。
[0018]可選的，在一個像素區(qū)的隔離層表面形成一個濾色鏡，且形成于一個像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡為紅色濾色鏡、綠色濾色鏡或藍(lán)色濾色鏡。
[0019]可選的，所述若干像素區(qū)呈陣列排布。
[0020]可選的，所述襯底包括:支撐基底，位于支撐基底表面的介質(zhì)層，以及位于所述介質(zhì)層內(nèi)的電互連結(jié)構(gòu)。
[0021]可選的，所述襯底和傳感器層的形成方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成傳感器層；在形成傳感器層之后，在半導(dǎo)體襯底的第一表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有電互連結(jié)構(gòu)；在所述介質(zhì)層表面形成支撐基底；在形成所述支撐基底之后，自所述半導(dǎo)體襯底的第二表面對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行減薄，直至暴露出傳感器層為止，所述第二表面與第一表面相對，所述隔離層形成于所述半導(dǎo)體襯底減薄后的第二表面。
[0022]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:
[0023]在所述圖像傳感器結(jié)構(gòu)中，濾色鏡位于像素區(qū)的隔離層表面，而相鄰像素區(qū)之間的邊界區(qū)的隔離層表面具有屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)能夠阻擋光線通過，因此對于經(jīng)過透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)入單個像素區(qū)內(nèi)的濾色鏡中的入射光來說，即使所述入射光的角度較大，所述入射光也不會通過位于邊界區(qū)的屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)入相鄰像素區(qū)的濾色鏡內(nèi)，使進(jìn)入單個像素區(qū)濾色鏡內(nèi)的入射光能夠完全照射到該像素區(qū)所對應(yīng)的傳感器層上，從而避免了串?dāng)_效應(yīng)，因此所述圖像傳感器精確且性能穩(wěn)定。
[0024]進(jìn)一步，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的材料為金屬，所述金屬材料能夠反射入射光，進(jìn)入單個像素區(qū)的濾色鏡中的入射光在接觸到所述屏蔽結(jié)構(gòu)之后會發(fā)生反射，并最終照射到該像素區(qū)所對應(yīng)的傳感器層上，因此進(jìn)入該像素區(qū)的濾色鏡中的入射光能夠完全照射到所對應(yīng)的傳感器層上，入射光的能量不會受到損失，光電轉(zhuǎn)換效率提高。
[0025]在所述圖像傳感器的形成方法中，由于在像素區(qū)的隔離層表面形成濾色鏡，而在相鄰像素區(qū)之間的邊界區(qū)隔離層表面形成屏蔽結(jié)構(gòu)，且所述屏蔽結(jié)構(gòu)能夠阻擋光線通過，因此入射光也不會通過位于邊界區(qū)的屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)入相鄰像素區(qū)的濾色鏡內(nèi)，避免了串?dāng)_效應(yīng)的產(chǎn)生，所形成的圖像傳感器精確且性能穩(wěn)定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是一種背照式CMOS圖像傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖2至圖8是本發(fā)明實施例的圖像傳感器的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0028]如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有的背照式CMOS圖像傳感器的串?dāng)_問題嚴(yán)重，造成光電轉(zhuǎn)換的精確度和穩(wěn)定性不良。
[0029]經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)光線照射背照式CMOS圖像傳感器時，當(dāng)光線的入射角度過大會造成串?dāng)_問題。
[0030]具體請參考圖1，圖1是一種背照式CMOS圖像傳感器的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括:襯底100，所述襯底100具有相鄰的若干像素區(qū)101 ;位于所述襯底100表面的若干光電二極管102，每一光電二極管102對應(yīng)一個像素區(qū)101 ;位于所述光電二極管102表面的隔離層103 ;位于隔離層103表面的若干濾色鏡104，且每一濾色鏡104對應(yīng)一個像素區(qū)101 ;位于所述濾色鏡104表面的透鏡105。
[0031]其中，濾色鏡104a為紅色濾色鏡,濾色鏡104b為綠色濾色鏡,濾色鏡104c為藍(lán)色濾色鏡。光線經(jīng)過透鏡105的聚焦，進(jìn)入濾色鏡104中形成入射光，所述入射光通過濾色鏡104之后成為單色光，所述單色光分別進(jìn)入濾色鏡104所對應(yīng)的光電二極管102中。以濾色鏡104b為例，以不同角度進(jìn)入濾色鏡104b的光線分別形成入射光A和入射光B ;其中，入射光A具有入射角度a，且所述入射角度a較??；入射光B具有入射角度b，且所述入射角度b較大。由于所述入射光A的入射角度a較小，因此入射光A通過濾色鏡之后能夠進(jìn)入所對應(yīng)的光電二極管102的范圍內(nèi)。然而，由于所述入射光B的入射角度b較大，則所述入射光B會在還未到達(dá)所對應(yīng)的光電二極管102之前，就進(jìn)入了相鄰的濾色鏡104a內(nèi)，因此所述入射光B并未被濾色鏡104b完全濾色。所述未被完全濾色的入射光B自濾色鏡104b進(jìn)入濾色鏡104a之后，繼續(xù)被濾色鏡104a濾色，并最終照射到所述濾鏡104a對應(yīng)的光電二極管102上，從而造成背照式CMOS圖像傳感器的串?dāng)_效應(yīng)(cross talk)。
[0032]為了解決上述問題，本發(fā)明提出一種圖像傳感器，包括:具有若干像素區(qū)的傳感器層，相鄰像素區(qū)之間具有邊界區(qū)；位于所述傳感器層表面的隔離層；位于邊界區(qū)的隔離層表面的屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)用于阻擋光線通過；位于像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡；位于所述濾色鏡表面的透鏡結(jié)構(gòu)。由于邊界區(qū)的隔離層表面具有屏蔽結(jié)構(gòu)，且所述屏蔽結(jié)構(gòu)能夠阻擋光線通過，因此對于經(jīng)過透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)入單個像素區(qū)內(nèi)的濾色鏡中的入射光來說，即使所述入射光的角度較大，所述入射光也不會通過位于邊界區(qū)的屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)入相鄰像素區(qū)的濾色鏡內(nèi)，使進(jìn)入單個像素區(qū)濾色鏡內(nèi)的入射光能夠完全照射到該像素區(qū)所對應(yīng)的傳感器層上，從而避免了串?dāng)_效應(yīng)，因此所述圖像傳感器層精確且性能穩(wěn)定。
[0033]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細(xì)的說明。
[0034]圖2至圖8是本發(fā)明實施例的圖像傳感器的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]請參考圖2和圖3，圖3是圖2沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，提供襯底200，所述襯底200表面具有傳感器層203，所述傳感器層203具有若干像素區(qū)201，相鄰像素區(qū)201之間具有邊界區(qū)202。
[0036]本實施例中，所形成的圖像傳感器為背照式CMOS圖像傳感器，因此所述傳感器層203由半導(dǎo)體襯底形成。
[0037]所述襯底200包括:支撐基底(未示出)，位于支撐基底表面的介質(zhì)層(未示出)，以及位于所述介質(zhì)層內(nèi)的電互連結(jié)構(gòu)(未示出)。所述電互連結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)所需形成的圖像傳感器與外部電路之間的電連接。
[0038]所述傳感器層203包括若干光電二極管(未示出)，且一個像素區(qū)201的傳感器層203內(nèi)形成有一個光電二極管。
[0039]所述襯底200和傳感器層203的形成方法包括:提供半導(dǎo)體襯底(未示出);在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成傳感器層203 ;在形成傳感器層203之后,在半導(dǎo)體襯底的第一表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有電互連結(jié)構(gòu)；在所述介質(zhì)層表面形成支撐基底；在形成所述支撐基底之后，自所述半導(dǎo)體襯底的第二表面對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行減薄，直至暴露出傳感器層203為止，所述第二表面與第一表面相對。
[0040]所述半導(dǎo)體襯底包括硅襯底、鍺襯底、碳化硅襯底、鍺硅襯底、絕緣體上硅襯底、絕緣體上鍺襯底，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)摻雜有P型或N型離子。
[0041]在本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底，且所述硅襯底內(nèi)摻雜有P型離子；對所述半導(dǎo)體襯底的第一表面進(jìn)行N型離子注入，在所述半導(dǎo)體襯底的第一表面內(nèi)形成若干N型摻雜區(qū)；在形成N性摻雜區(qū)之后，在半導(dǎo)體襯底的第一表面形成介質(zhì)層以及介質(zhì)層內(nèi)的電互連結(jié)構(gòu)；在所述介質(zhì)層表面形成支撐基底，所述支撐基底為半導(dǎo)體材料，形成工藝為選擇性外延沉積工藝，所述支撐基底、介質(zhì)層和電互連結(jié)構(gòu)成襯底200 ;在形成襯底200之后，對所述半導(dǎo)體襯底的第二表面進(jìn)行化學(xué)機械拋光工藝，以使所述半導(dǎo)體襯底的第二表面減薄部分厚度。減薄后的P型硅襯底與N型摻雜區(qū)構(gòu)成傳感器層203，其中，若干N型摻雜區(qū)與P型娃襯底之間形成若干光電二極管，且每一 N型摻雜區(qū)位于傳感器層203的一個像素區(qū)201內(nèi)。
[0042]此外，所述硅襯底還能夠為本征態(tài)，自所述硅襯底的第一表面離子注入P型離子，以在硅襯底的第一表面內(nèi)形成P型阱區(qū)；對所述硅襯底的第一表面進(jìn)行N型離子注入，在所述P型阱區(qū)內(nèi)形成若干N型摻雜區(qū)；在形成N型摻雜區(qū)之后，對所述半導(dǎo)體襯底的第二表面進(jìn)行化學(xué)機械拋光工藝直至暴露出P型阱區(qū)為止，所述P型阱區(qū)和N型摻雜區(qū)即所形成的傳感器層203，其中，P型阱區(qū)和N型摻雜區(qū)之間形成若干光電二極管。
[0043]在另一實施例中，所述半導(dǎo)體襯底為絕緣體上娃襯底,所述絕緣體上娃襯底包括體襯底、位于體襯底表面的絕緣層、以及位于絕緣層表面的硅層；在所述層內(nèi)形成P型阱區(qū)；在所述P型阱區(qū)內(nèi)形成若干N型摻雜區(qū)；在形成N型摻雜區(qū)之后，在硅層表面形成介質(zhì)層、電互連結(jié)構(gòu)和支撐基底，之后去除體襯底，后續(xù)在所述絕緣層表面形成濾色鏡和透鏡結(jié)構(gòu)。
[0044]所述若干像素區(qū)201呈陣列排布，圖2示出了 2X2陣列排布的4個像素區(qū)201，每一傳感器層203的像素區(qū)201內(nèi)具有一個光電二極管，而相鄰光電二極管之間的區(qū)域為邊界區(qū)202。每一像素區(qū)201表面在后續(xù)工藝中形成一個濾色鏡，而相鄰像素區(qū)201之間的邊界區(qū)202表面后續(xù)形成屏蔽結(jié)構(gòu)，用于阻擋并反射大角度入射角自一個濾色鏡進(jìn)入相鄰濾色鏡中，從而能夠避免串?dāng)_。
[0045]請參考圖4，在所述傳感器層203表面形成隔離層204 ;在所述隔離層204表面形成屏蔽層205。
[0046]由于所述傳感器層203由半導(dǎo)體襯底形成，而襯底200由形成于半導(dǎo)體襯底第一表面的介質(zhì)層、電互連結(jié)構(gòu)而后支撐基底形成，即所述隔離層204形成于與半導(dǎo)體襯底的第一表面相對的第二表面，后續(xù)形成的屏蔽結(jié)構(gòu)、濾色鏡和透鏡結(jié)構(gòu)位于所述半導(dǎo)體襯底的第二表面，所形成的圖形傳感器為背照式CMOS圖像傳感器。
[0047]在本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底，則在對所述半導(dǎo)體襯底的第二表面進(jìn)行化學(xué)機械拋光工藝之后，在所述半導(dǎo)體襯底的第二表面形成隔離層204，即在傳感器層203表面形成隔離層204。所述隔離層204的材料為介質(zhì)材料，例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝，所述隔離層204用于隔離傳感器層與后續(xù)形成的濾色鏡。
[0048]在另一實施例中，所述半導(dǎo)體襯底為絕緣體上硅襯底，則在去除體襯底之后，暴露出的絕緣層即所述隔離層204，即無需額外形成所述隔離層204。
[0049]所述屏蔽層205用于形成后續(xù)的屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽層205的厚度即后續(xù)形成的屏蔽結(jié)構(gòu)的厚度，所述屏蔽層205的厚度需要大于或等于后續(xù)形成的濾色鏡的厚度，使相鄰濾色鏡之間能夠完全由屏蔽結(jié)構(gòu)屏蔽。
[0050]所述屏蔽層205的材料為金屬，所述金屬為鋁、或鋁和銅的組合，所述屏蔽層205的形成工藝為化學(xué)氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝。本實施例中，所述屏蔽層205的材料為鋁，所述屏蔽層的形成工藝為物理濺射工藝；在其他實施例中，所述屏蔽層205的材料為鋁，且所述鋁中摻雜有少量銅。
[0051]本實施例中，所述屏蔽層的材料為金屬，能夠?qū)崿F(xiàn)入射光的反射，使后續(xù)形成的屏蔽結(jié)構(gòu)除了用于阻擋入射光自一個濾色鏡進(jìn)入相鄰濾色鏡中之外，還能夠用于反射所述入射光，使所述入射光能夠回到所在的濾色鏡對應(yīng)的光電二極管上，在避免串?dāng)_的同時，能夠避免量子損耗，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0052]請參考圖5，在所述屏蔽層205表面形成圖形化層206，所述圖形化層206暴露出像素區(qū)201 (如圖2所示)的屏蔽層205表面。
[0053]所述圖形化層定義了后續(xù)形成的屏蔽結(jié)構(gòu)的圖形和位置。本實施例中，所述圖形化層206為經(jīng)過曝光圖形化的光刻膠層。所述圖形化層206位于邊界區(qū)202所對應(yīng)的屏蔽層205表面，即后續(xù)形成的屏蔽結(jié)構(gòu)位于邊界區(qū)202的對應(yīng)位置，則所形成的屏蔽結(jié)構(gòu)利用了像素區(qū)201之間的空間區(qū)域，不會使所形成的圖像傳感器的尺寸擴大。
[0054]此外，在形成光刻膠層之前，還能夠在屏蔽層205表面形成掩膜薄膜，所述掩膜薄膜的材料為氮化硅、氮氧化硅或無定形碳，在所述掩膜薄膜表面形成圖形化的光刻膠層，并以所述光刻膠層刻蝕所述掩膜薄膜至暴露出屏蔽層，形成掩膜層，后續(xù)以所述光刻膠層和掩膜層為掩膜刻蝕所述屏蔽層205，有利于保持后續(xù)形成的屏蔽結(jié)構(gòu)的圖形穩(wěn)定性。
[0055]請參考圖6和圖7，圖7是圖6沿BB’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，以所述圖形化層206(如圖5所示)為掩膜，刻蝕所述屏蔽層205 (如圖5所示)直至暴露出隔離層204為止，在邊界區(qū)202的隔離層204表面形成屏蔽結(jié)構(gòu)205a，所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a用于阻擋入射光通過。
[0056]所述刻蝕屏蔽層205的工藝為各向異性的干法刻蝕工藝。本實施例中，由于所述屏蔽層205的材料為鋁，各向異性的干法刻蝕工藝的參數(shù)包括:刻蝕氣體包括氯氣、氯化硼、氬氣、氮氣、三氟甲烷和甲烷，功率為200瓦?400瓦，壓強為30毫托?200毫托，刻蝕溫度為40攝氏度?60攝氏度。
[0057]所形成的屏蔽結(jié)構(gòu)205a位于相鄰像素區(qū)201之間的邊界區(qū)202，則所形成的屏蔽結(jié)構(gòu)205a利用了圖像傳感器中的冗余空間，不會造成所形成的圖像傳感器的尺寸擴大。所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a的材料為不透光材料，能夠防止進(jìn)入一濾色鏡的大角度入射光進(jìn)入相鄰濾色鏡中，從而避免了發(fā)生串?dāng)_。而且，由于所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a的材料為金屬，所述金屬能夠反射入射光，當(dāng)進(jìn)入一濾色鏡中的入射光接觸到所述屏蔽結(jié)構(gòu)之后會發(fā)生反射，并最終落到該濾色鏡所對應(yīng)的光電二極管上，由于入射光不會發(fā)生損失，因此光電轉(zhuǎn)換效率較高。
[0058]請參考圖8，在形成屏蔽結(jié)構(gòu)205a之后，在像素區(qū)201的隔離層204表面形成濾色鏡207，相鄰濾色鏡207之間具有屏蔽結(jié)構(gòu)205a，所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a用于阻擋入射光通過，避免入射光自一濾色鏡207進(jìn)入與該濾色鏡207相鄰的濾色鏡207中而發(fā)生串?dāng)_；在所述濾色鏡207表面形成透鏡結(jié)構(gòu)208。
[0059]一個濾色鏡207形成于一個像素區(qū)201的隔離層204表面，即所述濾色鏡207與傳感器層203內(nèi)的光電二極管一一對應(yīng)。所述濾色鏡207包括紅色濾色鏡、綠色濾色鏡或藍(lán)色濾色鏡，而且一個像素區(qū)201的隔離層204表面形成一種顏色的濾色鏡207，進(jìn)入所述濾色鏡207的入射光能夠被一種顏色的濾色鏡207濾色，使照射到光電二極管上的入射光為單色光。
[0060]由于相鄰濾色鏡207之間的屏蔽結(jié)構(gòu)205a高度高于或等于所述濾色鏡207的高度，因此所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a能夠充分阻擋入射光自一個濾色鏡207進(jìn)入相鄰濾色鏡207中，以避免發(fā)生串?dāng)_。
[0061]所述透鏡結(jié)構(gòu)208用于聚焦光線，使經(jīng)過一個透鏡結(jié)構(gòu)208的入射光能夠照射到該透鏡結(jié)構(gòu)208所對應(yīng)的光電二極管上。
[0062]如圖8所示，光線經(jīng)過透鏡208的折射之后，成為入射光C進(jìn)入一個濾色鏡207內(nèi)。由于所述入射光C的入射角度較大，所述入射光C容易在還未穿過該濾色鏡207照射到所對應(yīng)光電二極管上時，即落在該濾色鏡207的側(cè)壁上。由于所述入射光C未完全穿過該濾色鏡207，因此所述入射光C未被完全濾光，所述入射光C仍具有其他顏色的光。如圖8中虛線箭頭所示，為所述入射光C的原有路徑，當(dāng)相鄰濾光鏡207之間不具有屏蔽結(jié)構(gòu)205a阻擋時，所述入射光C會自一濾光鏡207進(jìn)入相鄰濾光鏡207中，并照射到相鄰濾光鏡207所對應(yīng)的光電二極管上，從而造成串?dāng)_。如圖8中實線箭頭所示，為本實施例中入射光C的路徑，當(dāng)所述入射光C接觸到屏蔽結(jié)構(gòu)205a時，即被所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a阻擋，避免了所述入射光C進(jìn)入相鄰濾色鏡207中，從而防止了串?dāng)_。而且，由于所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a的材料為金屬，使所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a能夠反射入射光C，因此當(dāng)所述入射光C接觸到屏蔽結(jié)構(gòu)205a之后，能夠被反射回所在的濾光鏡207中，直至照射到該濾光鏡207所對應(yīng)的光電二極管上，由于所述入射光C不易受到損失，因此量子損耗較低，光電轉(zhuǎn)換效率較高。因此，所形成的圖像傳感器的性能精確穩(wěn)定。
[0063]本實施例中，由于在像素區(qū)的隔離層表面形成濾色鏡，而在相鄰像素區(qū)之間的邊界區(qū)隔離層表面形成屏蔽結(jié)構(gòu)，且所述屏蔽結(jié)構(gòu)能夠阻擋光線通過，因此對于經(jīng)過透鏡結(jié)構(gòu)進(jìn)入單個像素區(qū)內(nèi)的濾色鏡中的入射光來說，即使所述入射光的角度較大，所述入射光也不會通過形成于邊界區(qū)的屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)入相鄰像素區(qū)的濾色鏡內(nèi)，使進(jìn)入單個像素區(qū)濾色鏡內(nèi)的入射光能夠完全照射到該像素區(qū)所對應(yīng)的傳感器層上，從而避免了串?dāng)_效應(yīng)，因此所述圖像傳感器精確且性能穩(wěn)定。此外，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的材料為金屬，所述金屬材料能夠反射入射光，進(jìn)入單個像素區(qū)的濾色鏡中的入射光在接觸到所述屏蔽結(jié)構(gòu)之后會發(fā)生反射，并最終照射到該像素區(qū)所對應(yīng)的傳感器層上，因此進(jìn)入該像素區(qū)的濾色鏡中的入射光能夠完全照射到所對應(yīng)的傳感器層上，入射光的能量不會受到損失，光電轉(zhuǎn)換效率提高。
[0064]相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，請繼續(xù)參考圖8，圖6是圖5沿AA’方向的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，包括:襯底200，所述襯底200具有若干像素區(qū)201，相鄰像素區(qū)201之間具有邊界區(qū)202 ;位于所述襯底200表面的傳感器層203 ;位于所述傳感器層203表面的隔離層204 ;位于像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡207 ;位于邊界區(qū)202的隔離層204表面的屏蔽結(jié)構(gòu)205a，使相鄰濾色鏡207之間具有屏蔽結(jié)構(gòu)205a，所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a用于阻擋入射光通過，避免入射光自一濾色鏡207進(jìn)入與該濾色鏡207相鄰的濾色鏡207a中而發(fā)生串?dāng)_；位于所述濾色鏡207表面的透鏡結(jié)構(gòu)208。
[0065]本實施例中，所形成的圖像傳感器為背照式CMOS圖像傳感器。
[0066]所述襯底200包括:支撐基底(未不出),位于支撐基底表面的介質(zhì)層(未不出)，以及位于所述介質(zhì)層內(nèi)的電互連結(jié)構(gòu)(未示出)。所述電互連結(jié)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)所需形成的圖像傳感器與外部電路之間的電連接。所述支撐基底為半導(dǎo)體材料，用于保護介質(zhì)層，并支撐后續(xù)形成于襯底表面的圖像傳感器。
[0067]所述傳感器層203包括若干光電二極管(未示出)，所述若干像素區(qū)201呈陣列排布，如圖2示出了 2X 2陣列排布的4個像素區(qū)201，每一個像素區(qū)201的傳感器層203內(nèi)具有一個光電二極管，而相鄰光電二極管之間的區(qū)域為邊界區(qū)202。
[0068]所述隔離層204的材料為介質(zhì)材料，例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅，所述隔離層204用于隔離傳感器層203與濾色鏡207。
[0069]所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a的材料為金屬，所述金屬為鋁、或鋁和銅的組合。本實施例中，所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a的材料為鋁藝；在其他實施例中，所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a的材料為鋁，且所述鋁中摻雜有少量銅。所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a的材料為金屬，能夠?qū)崿F(xiàn)入射光的反射，所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a除了用于阻擋入射光自一個濾色鏡207進(jìn)入相鄰濾色鏡207中之外，還能夠用于反射所述入射光，使所述入射光能夠回到所在的濾色鏡207對應(yīng)的光電二極管上，在避免串?dāng)_的同時，能夠避免量子損耗，以提高光電轉(zhuǎn)換效率。
[0070]而且，所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a高度高于或等于所述濾色鏡207的高度，因此所述屏蔽結(jié)構(gòu)205a能夠充分阻擋入射光自一個濾色鏡207進(jìn)入相鄰濾色鏡207中，以避免發(fā)生串?dāng)_。
[0071]一個濾色鏡207位于一個像素區(qū)201的隔離層204表面，即所述濾色鏡207與傳感器層203內(nèi)的光電二極管一一對應(yīng)。所述濾色鏡207包括紅色濾色鏡、綠色濾色鏡或藍(lán)色濾色鏡，而且一個像素區(qū)201的隔離層204表面具有一種顏色的濾色鏡207，進(jìn)入所述濾色鏡207的入射光能夠被一種顏色的濾色鏡207濾色，使照射到光電二極管上的入射光為單色光。
[0072]所述透鏡結(jié)構(gòu)208用于聚焦光線，使經(jīng)過一個透鏡結(jié)構(gòu)208的入射光能夠照射到該透鏡結(jié)構(gòu)208所對應(yīng)的光電二極管上。
[0073]本實施例中，在所述圖像傳感器的形成方法中，濾色鏡位于像素區(qū)的隔離層表面，而相鄰像素區(qū)之間的邊界區(qū)的隔離層表面具有屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)能夠阻擋光線通過，因此入射光也不會通過位于邊界區(qū)的屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)入相鄰像素區(qū)的濾色鏡內(nèi)，避免了串?dāng)_效應(yīng)的產(chǎn)生，所形成的圖像傳感器精確且性能穩(wěn)定。
[0074]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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(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: 襯底； 位于所述襯底表面的傳感器層，所述傳感器層具有若干像素區(qū)，相鄰像素區(qū)之間具有邊界區(qū)； 位于所述傳感器層表面的隔離層； 位于像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡； 位于邊界區(qū)的隔離層表面的屏蔽結(jié)構(gòu)，使相鄰濾色鏡之間具有屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)用于阻擋入射光通過，避免入射光自一濾色鏡進(jìn)入與該濾色鏡相鄰的濾色鏡中而發(fā)生串?dāng)_； 位于所述濾色鏡表面的透鏡結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的材料為金屬。
3.如權(quán)利要求2所述的圖像傳感器，其特征在于，所述金屬材料為鋁、或鋁和銅的組八口 ο
4.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述傳感器層包括若干光電二極管，且一個像素區(qū)的傳感器層內(nèi)具有一個光電二極管。
5.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，一個像素區(qū)的隔離層表面具有一個濾色鏡，且位于一個像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡為紅色濾色鏡、綠色濾色鏡或藍(lán)色濾色鏡。
6.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述若干像素區(qū)呈陣列排布。
7.如權(quán)利要求1所述的圖像傳感器，其特征在于，所述襯底包括:半導(dǎo)體基底；位于半導(dǎo)體基底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有電互連結(jié)構(gòu)。
8.一種圖像傳感器的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底，所述襯底表面具有傳感器層，所述傳感器層具有若干像素區(qū)，相鄰像素區(qū)之間具有邊界區(qū)，所述傳感器層表面具有隔離層； 在邊界區(qū)的隔離層表面形成屏蔽結(jié)構(gòu)； 在形成屏蔽結(jié)構(gòu)之后，在像素區(qū)的隔離層表面形成濾色鏡，相鄰濾色鏡之間具有屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)用于阻擋入射光通過，避免入射光自一濾色鏡進(jìn)入與該濾色鏡相鄰的濾色鏡中而發(fā)生串?dāng)_； 在所述濾色鏡表面形成透鏡結(jié)構(gòu)。
9.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的形成方法包括:在所述隔離層表面形成屏蔽層；在所述屏蔽層表面形成圖形化層，所述圖形化層暴露出像素區(qū)的屏蔽層表面；以所述圖形化層為掩膜，刻蝕所述屏蔽層直至暴露出隔離層為止，形成屏蔽結(jié)構(gòu)。
10.如權(quán)利要求9所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的材料為金屬，所述屏蔽層的形成工藝為物理濺射工藝。
11.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述傳感器層包括若干光電二極管，且一個像素區(qū)的傳感器層內(nèi)形成有一個光電二極管。
12.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，在一個像素區(qū)的隔離層表面形成一個濾色鏡，且形成于一個像素區(qū)的隔離層表面的濾色鏡為紅色濾色鏡、綠色濾色鏡或藍(lán)色濾色鏡。
13.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述若干像素區(qū)呈陣列排布。
14.如權(quán)利要求8所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述襯底包括:支撐基底，位于支撐基底表面的介質(zhì)層，以及位于所述介質(zhì)層內(nèi)的電互連結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求14所述的圖像傳感器的形成方法，其特征在于，所述襯底和傳感器層的形成方法包括:提供半導(dǎo)體襯底；在所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成傳感器層；在形成傳感器層之后，在半導(dǎo)體襯底的第一表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層內(nèi)具有電互連結(jié)構(gòu)；在所述介質(zhì)層表面形成支撐基底；在形成所述支撐基底之后，自所述半導(dǎo)體襯底的第二表面對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行減薄，直至暴露出傳感器層為止，所述第二表面與第一表面相對，所述隔離層形成于所述半導(dǎo)體襯底減薄后的第二表面。
【文檔編號】H01L27/146GK104425519SQ201310379841
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月27日
【發(fā)明者】彭文杰, 奚民偉 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司