图像传感器及其形成方法与流程

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术：

图像传感器是将光学图像信号转换为电信号的半导体器件。cmos(互补金属氧化物半导体)图像传感器是一种快速发展的固态图像传感器，由于cmos图像传感器中的图像传感器部分和控制电路部分集成于同一芯片中，因此cmos图像传感器的体积小、功耗低、价格低廉，相较于传统的ccd(电荷耦合)图像传感器更具优势，也更易普及。

现有的cmos图像传感器中包括用于将光信号转换为电信号的光电传感器，所述光电传感器为形成于硅衬底中的光电二极管。此外，在形成有光电二极管的硅衬底表面还形成有介质层，所述介质层内形成有金属互联层，所述金属互联层用于使光电二极管与外围电路电连接。

然而，现有技术cmos图像传感器的光吸收效率较低。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是一种图形传感器及其形成方法，以提高光吸收效率。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图形传感器的形成方法，包括：提供初始基底；去除部分初始基底，形成基底，所述基底顶部具有第一开口，所述第一开口的顶部尺寸大于底部尺寸，且所述第一开口顶部所在的平面与第一开口的侧壁构成锐角；在所述基底顶部以及第一开口内形成隔离层，所述隔离层充满第一开口；在所述隔离层的顶部表面形成滤色镜和位于滤色镜表面的透镜。

可选的，所述基底的形成步骤包括：在所述初始基底表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层暴露出部分初始基底的表面；以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述初始基底，形成基底，所述基底顶部具有第一开口。

可选的，所述初始基底的材料包括硅；以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述初始基底的工艺包括：湿法刻蚀工艺和干法刻蚀工艺中的一种或者两种组合。

可选的，所述湿法刻蚀工艺的参数包括：刻蚀剂包括四甲基氢氧化铵，所述刻蚀剂的质量分数为10％～30％。

可选的，所述第一开口的侧壁具有相对的第一侧壁和第二侧壁，所述第一侧壁和第二侧壁构成的夹角为：70.5度。

可选的，所述初始基底顶部表面的晶向为<100>；所述第一开口侧壁表面的晶向为<111>。

可选的，所述隔离层的材料包括二氧化硅；所述滤色镜包括：红色滤色镜、绿色滤色镜或者蓝色滤色镜，所述基底包括若干传感区，所述红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜分别位于不同的传感区内，且每一个传感区内仅具有一种颜色的滤色镜。

可选的，相邻滤色镜之间具有金属栅格；所述金属栅格的材料为金属。

可选的，所述基底包括若干传感区，所述传感区内具有若干第一开口，且若干第一开口底部的基底内具有光电二极管。

本发明还提供一种图形传感器，包括：基底，所述基底的顶部具有第一开口，所述第一开口的顶部尺寸小于底部尺寸；位于所述基底顶部、以及第一开口内的隔离层，所述隔离层充满第一开口；位于所述隔离层表面的滤色镜；位于所述滤色镜表面的透镜。

与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

本发明技术方案提供的图形传感器的形成方法中，去除部分初始基底的顶部，形成基底。所述基底的顶部具有若干第一开口，由于第一开口的顶部尺寸大于底部尺寸，且所述第一开口所在的平面与第一开口侧壁构成锐角，使得入射光线进入第一开口的侧壁时经过多次反射，则进入基底内的光较多，光电转化效率较高，所形成的图像传感器对光的敏感度较高。

附图说明

图1是一种cmos图像传感器的结构示意图；

图2至图7是本发明图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，cmos图像传感器的光吸收效率较低。

图1是一种cmos图像传感器的结构示意图。

请参考图1，基底100；位于基底100表面的滤色镜101；位于所述滤色镜101表面的透镜102。

上述cmos图像传感器中，基底100顶部表面平整，所述基底100顶部表面的晶向为<100>，使得所述光线与基底100表面的接触面积较小，则所述光线沿基底100表面的反射率较高，使得被基底100吸收的光子的量较少，光电转化的量也较少。

为解决所述技术问题，本发明提供了一种图像传感器的形成方法，包括：提供初始基底；去除部分初始基底，形成基底，所述基底顶部具有第一开口，所述第一开口的顶部尺寸大于底部尺寸，且所述第一开口顶部所在的平面与第一开口的侧壁构成锐角。所述方法基底对光子的吸收量较多，所形成的图形传感器对光的敏感度较高。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

图2至图7是本发明图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。

请参考图2，提供初始基底200，所述初始基底200包括传感区a。

所述初始基底200的形成方法包括：提供半导体衬底(未示出)；在所述半导体衬底内形成传感器层(图中未示出)，所述传感器层沿平行于半导体衬底表面方向上包括若干传感区a，所述传感区a传感器层内具有所述光电二极管250；在形成传感器层之后，在半导体衬底的第一表面形成介质层，所述介质层内具有电互连结构；在所述介质层表面形成支撑基底；在形成所述支撑基底之后，自所述半导体衬底的第二表面对所述半导体衬底进行减薄，直至暴露出传感器层为止，所述第二表面与第一表面相对。

在本实施例中，所述半导体衬底为硅衬底。

在其他实施例中，所述半导体衬底包括锗衬底、碳化硅衬底、锗硅衬底、绝缘体上硅衬底、绝缘体上锗衬底，所述半导体衬底内掺杂有p型或n型离子。

在本实施例中，所形成的图像传感器为背照式cmos图像传感器，因此所述传感器层由半导体衬底形成。

在本实施例中，所述半导体衬底为硅衬底，且所述硅衬底内掺杂有p型阱区，所述传感器层的形成步骤包括：对所述半导体衬底的第一表面进行n型离子注入，在所述半导体衬底的第一表面内形成若干n型掺杂区，所述n型掺杂区与p型阱区构成初始传感器层，所述初始传感器层的第一表面即为半导体衬底的第一表面，所述初始传感器层还具有与第一表面相对的第二表面；在所述初始传感器层的第一表面形成支撑基底；形成所述支撑基底之后，对所述初始传感器层的第二表面进行磨平处理，直至暴露出n型掺杂区，形成传感器层。

在其他实施例中，所述硅衬底为本征态时，自所述硅衬底的第一表面离子注入p型离子，以在硅衬底的第一表面内形成p型阱区；对所述硅衬底的第一表面进行n型离子注入，在所述p型阱区内形成若干n型掺杂区，所述n型掺杂区与p型阱区构成初始传感器层，所述初始传感器层的第一表面即为半导体衬底的第一表面，所述初始传感器层还具有与第一表面相对的第二表面；在所述初始传感器层的第一表面形成所述基底；形成所述基底之后，对所述初始传感器层的第二表面进行磨平处理，直至暴露出n型掺杂区，形成传感器层。

初始传感器层用于后续形成传感器层。

对所述初始传感器层的第二表面进行磨平处理的工艺包括：化学机械研磨工艺。

所述p型阱区和一个n型掺杂区之间形成一个光电二极管250，所述传感器层内包含若干个n型掺杂区，因此，所述传感器层201包括若干光电二极管250。

请参考图3，去除部分所述初始基底200，形成基底201，所述基底201的顶部具有若干第一开口202，所述第一开口202的顶部尺寸大于底部尺寸，且所述第一开口202顶部所在的水平面x与第一开口202的侧壁构成锐角α。

所述基底201和第一开口202的形成步骤包括：在所述初始基底200表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层暴露出部分初始基底200的顶部表面；以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述初始基底200，形成基底201，所述基底201内具有所述第一开口202。

所述第一掩膜层的材料包括：氮化硅或者氮化钛。所述第一掩膜层用于形成基底201和第一开口202的掩膜。

以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀部分所述初始基底200的工艺包括：干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺中的一种或者两种组合。

在本实施例中，以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀部分所述初始基底200的工艺为湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀工艺的参数包括：刻蚀剂为四甲基氢氧化铵，所述刻蚀剂的质量分数为：10％～30％。

在其他实施例中，去除部分所述初始基底的工艺为湿法刻蚀工艺，所述湿法刻蚀的刻蚀剂为氢氧化钠。

在本实施例中，采用湿法刻蚀工艺形成的第一开口202顶部尺寸大于底部尺寸的原理包括：所述初始基底200的材料为硅，所述初始基底200顶部表面的晶向为<100>。由于硅<100>面的共价键密度大于硅<111>面的共价键密度，使得刻蚀剂对硅<100>面的刻蚀速率大于对硅<111>面的刻蚀速率，使得所形成的第一开口202的顶部尺寸大于底部尺寸，且所述第一开口202顶部所在的水平面x与第一开口202侧壁构成锐角α。且所述(硅<111>面的光电转换效率要高于硅<100>面)的光电转化效率，有利于提高图形传感器的性能。

所述第一开口202的顶部尺寸大于底部尺寸，且所述第一开口202顶部所在的平面x与第一开口202侧壁构成锐角α，使得入射光线照射在第一开口202的侧壁上发生多次反射，则进入基底201的光较多，光电转化效率较高，所形成的图形传感器的性能较好。

所述第一开口202侧壁的晶向为<111>，所述第一开口202的侧壁包括相对的第一侧壁11和第二侧壁12。所述第一侧壁1和第二侧壁2构成夹角的度数为：70.5度。

选择所述第一侧壁1和第二侧壁2构成夹角的度数的意义在于：所述第一侧壁1和第二侧壁2构成夹角为70.5度，使得光线一致向第一开口202内反射，有利于光子的吸收，因此，有利于提高图像传感器光吸收效率。

形成所述基底201和第一开口202之后，去除所述第一掩膜层。去除所述第一掩膜层的工艺包括：干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺中的一种或者两种组合。

请参考图4，去除部分所述基底201，形成第二开口(图中未标出)；在所述第二开口内形成阻挡层203；在所述基底201的顶部、阻挡层203的侧壁和顶部表面、以及第一开口202(见图4)内形成隔离层204。

去除部分所述基底201的工艺包括：干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺中的一种或者两种组合。

所述阻挡层203的形成步骤包括：在所述第一开口202和第二开口内、以及基底201的顶部表面形成阻挡膜，所述阻挡膜充满第一开口202和第二开口；在所述阻挡膜表面形成第二掩膜层，所述第二掩膜层暴露出第一开口202表面的阻挡膜；以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述阻挡膜，直至暴露出基底201的表面，在所述第二开口内形成阻挡层203。

所述阻挡膜的形成工艺包括：化学气相沉积工艺或者物理气相沉积工艺。

以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀所述阻挡膜的工艺包括：干法刻蚀工艺和湿法刻蚀工艺中的一种或者两种组合。

所述阻挡层203用于防止单晶硅中产生的光生电子发生串扰。。

所述隔离层204的材料包括二氧化硅。

所述隔离层204的形成工艺包括：化学气相沉积工艺或者物理气相沉积工艺。

所述隔离层204用于实现基底201和后续滤色镜的电隔离，并保证基底201表面的洁净。

请参考图5，去除阻挡层203表面部分的隔离层204；在所述阻挡层203表面形成金属栅格205；在相邻所述金属栅格205之间传感区a的隔离层204表面形成滤色镜206，所述滤色镜206覆盖金属栅格205的侧壁。

在本实施例中，所述金属栅格205的形成步骤包括：在所述隔离层204和阻挡层203的表面形成金属栅格膜，所述金属栅格膜上具有第三掩膜层，所述第三掩膜层暴露出相邻阻挡层203之间的金属栅格膜的顶部表面；以所述第三掩膜层为掩膜，刻蚀所述金属栅格膜，直至暴露出隔离层204的顶部表面，形成金属栅格205。

所述金属栅格膜的材料为金属，相应的，所述金属栅格205的材料为金属。在本实施例中，所述金属栅格膜的材料为铝，相应的，所述金属栅格205的材料为铝。在其他实施例中，所述金属栅格膜的材料为铝，且所述铝中掺杂有少量铜，相应的，所述金属栅格的材料为铝和铜的组合。

在本实施例中，所述金属栅格膜的形成工艺为物理气相沉积工艺。在其他实施例中，所述金属栅格膜的形成工艺为化学气相沉积工艺。

第三掩膜层用于定义金属栅格205的图形和位置。

所述第三掩膜层暴露出相邻阻挡层203之间传感区a的金属栅格膜的表面，则后续形成的金属栅格205位于相邻阻挡层203之间的传感区a隔离层204表面，则所形成的金属栅格205充分利用了相邻阻挡层203之间的空间区域，不会使所形成的图像传感器的尺寸扩大。

所述金属栅格205的作用包括：一方面，所述金属栅格205能够实现入射光的反射；另一方面，所述金属栅格205能够阻挡入射光自一个滤色镜进入相邻滤色镜中，使所述入射光能够回到所在的滤色镜对应的基底201表面，在避免串扰的同时，能够避免量子损耗，以提高光电转换效率。

所述滤色镜206包括红色滤色镜206a、绿色滤色镜206b以及蓝色滤色镜206c，所述红色滤色镜206a、滤色滤色镜206b和蓝色滤色镜206c分别位于不同的传感区a内而且每一区域隔离层204表面仅形成一种颜色的滤色镜206，则进入所述滤色镜206的光线能够被一种颜色的滤色镜206滤色，则照射到基底201表面的入射光为单色光。

由于相邻滤色镜206之间具有金属栅格205，所述金属栅格205能够充分阻挡入射光自一个滤色镜206进入相邻滤色镜206中，以避免发生串扰。

请参考图6，在所述滤色镜206表面形成透镜207。

所述透镜207用于聚焦光线，使经过一个透镜207的入射光能够照射到该透镜207所对应的基底201表面。

图7是图6中区域1的放大图。

所述第一开口202包括相对的第一侧壁11和第二侧壁12，以所述光线b通过后续透镜的聚焦，穿过滤色镜照射在第一侧壁11上进行说明。

具体的，所述光线b照射在第一开口202的第一侧壁11，部分光子被第一开口202的第一侧壁11吸收，同时，部分光线b进行第一次反射，并反射在第一开口202的第二侧壁12上，部分光子又被第一开口202的第二侧壁12吸收，与此同时，由于第一开口202的顶部尺寸小于底部尺寸，部分光线b又被重新照射在第一开口202的第一侧壁11，部分光子再次被第一侧壁11吸收，使得被基底201吸收的光子量较多，则光电转化的效率较高，所形成的图形传感器的性能较好。

相应的，请参考图6，本发明还提供一种图形传感器，包括：基底201，所述基底201的顶部具有第一开口，所述第一开口的顶部尺寸小于底部尺寸，且所述第一开口底部所在的平面与第一开口侧壁构成锐角；位于所述基底201顶部、以及第一开口内的隔离层204，所述隔离层204充满第一开口；位于所述隔离层204表面的滤色镜206；位于所述滤色镜206表面的透镜207。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。