本发明属于图像传感器制造工艺技术领域，具体涉及一种图像传感器及其形成方法。
背景技术：
一般来说，图像传感器是一种用于将光学图像转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为电荷耦合器件(charge-coupleddevice，ccd)和互补金属氧化物半导体(complementarymetaloxidesemiconductor，cmos)图像传感器。
传统的图像传感器采用红绿蓝三色滤光器，对应的滤光器下有吸收对应波长光的光电二极管。采用垂直像素结构利用可见光入射半导体材料后的吸收深度跟波长存在的相关性即短波长光的吸收深度小，长波长光的吸收深度大的特点可以实现在同一区域不同深度吸收不同波长的光。
现有技术中，一种基于垂直像素结构的图像传感器如图1所示，半导体衬底10内形成有吸收绿光的光电二极管11g、吸收红光的光电二极管11r、吸收蓝光的光电二极管11b、垂直电荷转移层12和电荷分离层13；半导体10上依次形成有抗反射层14、平坦化层15、滤光层(包括绿色滤光器17g和品红滤光器17r)和多个微透镜18。金属阻挡层16形成在平坦化层15内、对应于垂直电荷转移层12上的位置，用于使垂直电荷转移层11上的光被反射，以降低光对垂直电荷转移层11的串扰，然而，由于金属阻挡层16阻挡了光的入射，由此也造成了图像传感器部分透光面积的浪费。
技术实现要素：
本发明技术方案要解决的技术问题是如何在降低光对垂直电荷转移层的串扰的同时，不浪费透光面积。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种图像传感器，包括：
半导体衬底；
位于所述半导体衬底内的吸收绿光的光电二极管、吸收蓝光的光电二极管、吸收红光的光电二极管及垂直电荷转移层，其中，所述吸收绿光的光电二极管、吸收红光的光电二极管和垂直电荷转移层间隔分布，所述吸收蓝光的光电二极管位于所述吸收红光的光电二极管上且延伸至覆盖所述垂直电荷转移层；
位于所述半导体衬底上的平坦化层；
位于所述平坦化层上的滤光层和微透镜，其中，所述滤光层包括绿色滤光器、品红滤光器和蓝色滤光器，所述绿色滤光器下对应有所述吸收绿光的光电二极管，所述品红滤光器下对应有所述吸收红光的光电二极管，所述蓝色滤光器下对应有所述垂直电荷转移层。
可选的，所述吸收蓝光的光电二极管的宽度等于所述吸收红光的光电二极管的宽度、垂直电荷转移层的宽度及所述吸收红光的光电二极管与垂直电荷转移层之间的间隔宽度的总和。
可选的，还包括位于所述半导体衬底表面的抗反射层，所述平坦化层位于所述抗反射层表面。
可选的，所述吸收绿光的光电二极管的深度范围为2.5μm～3μm，所述吸收蓝光的光电二极管的深度范围为0.5μm～1μm，所述吸收红光的光电二极管的深度范围为1μm～3μm，所述垂直电荷转移层的深度范围为1μm～3μm。
可选的，所述吸收绿光的光电二极管与所述半导体衬底上表面的间距范围为0～0.5μm，所述吸收蓝光的光电二极管与所述半导体衬底上表面的间距范围为0～0.5μm。
可选的，所述图像传感器还包括电荷分离层，所述电荷分离层位于所述吸收蓝光的光电二极管和所述吸收红光的光电二极管之间。
可选的，所述垂直电荷转移层注入n型离子，所述电荷分离层注入p型离子。
为解决上述技术问题，本发明技术方案还提供一种图像传感器的形成方法，包括：
提供半导体衬底；
在所述半导体衬底内形成吸收绿光的光电二极管、吸收蓝光的光电二极管、吸收红光的光电二极管及垂直电荷转移层，其中，所述吸收绿光的光电二极管、吸收红光的光电二极管和垂直电荷转移层间隔分布，所述吸收蓝光的光电二极管形成于所述吸收红光的光电二极管上且延伸至覆盖所述垂直电荷转移层；
在所述半导体衬底上形成平坦化层；
在所述平坦化层上形成滤光层和微透镜，其中，所述滤光层包括绿色滤光器、品红滤光器和蓝色滤光器，所述绿色滤光器对应形成在所述吸收绿光的光电二极管上，所述品红滤光器对应形成在所述吸收红光的光电二极管上，所述蓝色滤光器对应形成在所述垂直电荷转移层上。
可选的，所述吸收蓝光的光电二极管的宽度等于所述吸收红光的光电二极管的宽度、垂直电荷转移层的宽度及所述吸收红光的光电二极管与垂直电荷转移层之间的间隔宽度的总和。
可选的，所述图像传感器的形成方法还包括在所述半导体衬底表面形成抗反射层，所述平坦化层形成于所述抗反射层表面。
可选的，在所述半导体衬底内形成吸收绿光的光电二极管、吸收蓝光的光电二极管、吸收红光的光电二极管及垂直电荷转移层包括：通过离子注入在所述半导体衬底内形成吸收绿光的光电二极管、吸收蓝光的光电二极管、吸收红光的光电二极管及垂直电荷转移层；其中，所述吸收绿光的光电二极管的离子注入的深度范围为2.5μm～3μm，所述吸收蓝光的光电二极管的离子注入的深度范围为0.5μm～1μm，所述吸收红光的光电二极管的离子注入的深度范围为1μm～3μm，所述垂直电荷转移层的离子注入的深度范围为1μm～3μm。
可选的，所述吸收绿光的光电二极管与所述半导体衬底上表面的间距范围为0～0.5μm，所述吸收蓝光的光电二极管与所述半导体衬底上表面的间距范围为0～0.5μm。
可选的，所述图像传感器的形成方法还包括通过离子注入在所述吸收红光的光电二极管上形成电荷分离层，所述吸收蓝光的光电二极管形成在所述电荷分离层表面和垂直电荷转移层表面。
可选的，所述垂直电荷转移层注入n型离子，所述电荷分离层注入p型离子。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：
通过增加吸收蓝光的光电二极管的面积，使得吸收蓝光的光电二极管覆盖垂直电荷转移层，并且在垂直电荷转移层上增加微透镜和蓝色滤光器，使进入的光线过滤为蓝色的单色光，通过扩大面积的吸收蓝光的光电二极管转换成光电子，进入垂直电荷转移层的光电子仍是吸收蓝光的光电二极管转化的光电子，因此避免了光对垂直电荷转移层的串扰。
同时，由于吸收蓝光的光电二极管覆盖垂直电荷转移层，避免了光对垂直电荷转移层的串扰，因此不需要在平坦化层内、对应垂直电荷转移层上的位置形成金属阻挡层，没有金属阻挡层阻挡入射光透光，由此垂直电荷转移层上的透光面积也得到充分利用。
由于不需要在平坦化层内、对应垂直电荷转移层上的位置形成金属阻挡层，而蓝色滤光器及其对应的微透镜可以通过现有工艺实现，从而使得图像传感器形成工艺的复杂度在整体上降低了。
通过绿色滤光器、品红滤光器和蓝色滤光器，分别透过绿红蓝三色的单色光，获取更加准确的色彩信息，使得图像传感器具有很好的色彩还原准确性。
附图说明
图1是现有技术的基于垂直像素结构的图像传感器的截面结构示意图；
图2为本发明实施例的图像传感器的截面结构示意图；
图3至图7为本发明实施例的图像传感器的形成方法各步骤对应的截面结构示意图。
具体实施方式
现有技术中，由于在垂直电荷转移层上加了金属阻挡层，用于反射垂直电荷转移层上方的光，以此降低光对垂直电荷转移层的串扰，但是金属阻挡层的存在使得其上的透光面积被浪费，图像传感器的填充率降低，从而降低了图像传感器的性能。
针对上述问题，本发明技术方案提供一种新型的基于垂直像素结构的图像传感器，其将吸收蓝光的光电二极管的面积扩大，以覆盖垂直电荷转移层，因而避免光对垂直电荷转移层的串扰，同时，去除垂直电荷转移层上的金属挡光结构，提高透光面积，以实现高性能的图像传感器。
下面结合附图和实施例对本发明技术方案的图像传感器及其形成方法进行详细说明。
图2为本发明实施例的图像传感器的截面结构示意图，本实施例的图像传感器包括：半导体衬底20，位于半导体衬底20内的吸收绿光的光电二极管21g、吸收蓝光的光电二极管21b、吸收红光的光电二极管21r及垂直电荷转移层22，位于半导体衬底20上的平坦化层25，位于平坦化层25上的滤光层27g、27b、27r和微透镜28。当入射光透过微透镜、滤光层到达半导体衬底20表面并被其吸收，吸收的光子被光电二极管转换成电信号，然后通过外围读取电路读出。
在半导体衬底20中，吸收绿光的光电二极管21g、吸收红光的光电二极管21r和垂直电荷转移层22间隔分布。基于光波长与半导体衬底吸收深度的相关性，由于蓝光是短波光，其被完全吸收的深度小；红光是长波光，其被完全吸收的深度大，而波长处于中间的绿光被完全吸收的深度也处于此两者之间，绿光与蓝光、红光的波长相邻，因此为了保持半导体衬底20的深度最小，不会产生光的串扰，同时绿光可以完全被吸收，图2所示的截面示意图中，吸收绿光的光电二极管21g和垂直电荷转移层22分别位于吸收红光的光电二极管21r的两侧，而吸收蓝光的光电二极管21b位于吸收红光的光电二极管21r和垂直电荷转移层22上，或者说，位于吸收红光的光电二极管21r上的吸收蓝光的光电二极管21b还延伸至覆盖垂直电荷转移层22，垂直电荷转移层22用于传导吸收蓝光的光电二极管21b产生的光电子。
为了避免光对垂直电荷转移层22的串扰，吸收蓝光的光电二极管21b应当完全覆盖或几乎完全覆盖或垂直电荷转移层22，以图2所示，吸收蓝光的光电二极管21b的宽度bw(图中未标示)应当等于或略大于吸收红光的光电二极管21r的宽度rw、垂直电荷转移层22的宽度ew及吸收红光的光电二极管21r与垂直电荷转移层22之间的间隔宽度sb的总和，即bw≥rw+ew+sb,以全部覆盖垂直电荷转移层22。
本实施例中，吸收绿光的光电二极管21g的深度dg范围为2.5μm～3μm，吸收蓝光的光电二极管21b的深度db范围为0.5μm～1μm，吸收红光的光电二极管21r的深度dr范围为1μm～3μm，垂直电荷转移层22的深度dv范围为1μm～3μm，吸收绿光的光电二极管21g与半导体衬底20上表面的间距dg(图中未标示)范围为0～0.5μm，吸收蓝光的光电二极管21b与半导体衬底20上表面的间距db(图中未标示)范围为0～0.5μm。
平坦化层25位于半导体衬底22上，可以采用旋涂膜层、化学气相沉积工艺及化学机械抛光等平坦技术在半导体衬底22上形成具有平整平坦的表面层。本实施例中，图像传感器还包括位于半导体衬底20表面的抗反射层24，平坦化层25位于抗反射层24表面，抗反射层24的作用是降低表面入射光的反射。
滤光层和微透镜28位于平坦化层25上，滤光层包括绿色滤光器27g、品红滤光器27r和蓝色滤光器27b，分别用于过滤其它颜色，只允许绿、红、蓝这三种不同波长的单色光的一种通过。其中，绿色滤光器27g下对应有吸收绿光的光电二极管21g，品红滤光器27r下对应有吸收红光的光电二极管27r，蓝色滤光器27b下对应有垂直电荷转移层22。这里所说的对应，是指位置上的对应，具体地，绿色滤光器27g下对应有吸收绿光的光电二极管21g，品红滤光器27r下对应有吸收红光的光电二极管27r及吸收蓝光的光电二极管21b的位于吸收红光的光电二极管27r上的部分，蓝色滤光器27b下对应有垂直电荷转移层22及吸收蓝光的光电二极管21b的位于垂直电荷转移层22上的部分，吸收蓝光的光电二极管21b位于品红滤光器27r下，且延伸至蓝色滤光器27b下，覆盖蓝色滤光器27b下的垂直电荷转移层22。
微透镜28主要作用是聚集入射光，本实施例中，多个微透镜28以阵列方式排列，绿色滤光器27g、品红滤光器27r和蓝色滤光器27b上分别覆盖有微透镜28。在其它实施例中，也可以是，微透镜28阵列位于平坦化层25上，滤光层覆盖微透镜28，即在对应吸收绿光的光电二极管21g、吸收红光的光电二极管21r和垂直电荷转移层22位置的微透镜28上分别对应覆盖绿色滤光器27g、品红滤光器27r和蓝色滤光器27b。
进一步，由于吸收蓝光的光电二极管21b形成在吸收红光的光电二极管21r的上方，为了减少吸收蓝光的光电二极管21b和吸收红光的光电二极管21r的光电子串扰，吸收蓝光的光电二极管21b和吸收红光的光电二极管21r之间应当存在一定间隔，即吸收蓝光的光电二极管21b下表面和吸收红光的光电二极管21r上表面不接触。在本实施例中，为了避免吸收蓝光的光电二极管21b和吸收红光的光电二极管21r产生的光电子相互串扰，图2所示的图像传感器还包括位于吸收蓝光的光电二极管21b和吸收红光的光电二极管21r之间的电荷分离层23，电荷分离层23作为隔离两个光电二极管的掺杂区，用于隔离吸收红光的光电二极管21r与吸收蓝光的光电二极管21b产生的光电子，避免相互串扰。具体地，可以是电荷分离层23覆盖吸收红光的光电二极管21r表面，吸收蓝光的光电二极管21b覆盖电荷分离层23表面和垂直电荷转移层22表面。
本发明实施例的图像传感器的形成方法各步骤对应的截面结构示意图如图3至图7所示，下面对各步骤进行详细说明。
请参考图3，提供半导体衬底20。半导体衬底的材料可以采用现有的可以吸收不同波长光的半导体材料，如单晶硅、多晶硅等，本实施例的半导体衬底20为p型半导体衬底。
仍请参考图3，在半导体衬底20内形成吸收绿光的光电二极管21g、吸收蓝光的光电二极管21b、吸收红光的光电二极管21r、垂直电荷转移层22及电荷分离层23。吸收绿光的光电二极管21g、吸收红光的光电二极管21r和垂直电荷转移层22间隔分布，吸收蓝光的光电二极管21b形成于吸收红光的光电二极管21r上且延伸至覆盖垂直电荷转移层22，更具体地，电荷分离层23形成于吸收红光的光电二极管21r表面，吸收蓝光的光电二极管21b形成于电荷分离层23表面和垂直电荷转移层22表面。
吸收绿光的光电二极管21g、吸收蓝光的光电二极管21b、吸收红光的光电二极管21r、垂直电荷转移层22及电荷分离层23通过离子注入方式形成。具体实施时，在半导体衬底20表面先定义出吸收绿光的光电二极管21g、吸收蓝光的光电二极管21b、吸收红光的光电二极管21r、垂直电荷转移层22及电荷分离层23的离子注入区域。以形成吸收绿光的光电二极管21g为例：在半导体衬底20表面涂布光刻胶层；图案化所述光刻胶层以露出吸收绿光的光电二极管的离子注入区域；以图案化的光刻胶层为掩模，将n型离子注入半导体衬底20的预定深度，以在半导体衬底20内形成吸收绿光的光电二极管21g；去除所述图案化的光刻胶层。以同样的方式，在半导体衬底20内，分别形成吸收红光的光电二极管21r、垂直电荷转移层22、电荷分离层23和吸收蓝光的光电二极管21b。与现有技术相比，本实施例的吸收蓝光的光电二极管21b的离子注入范围扩大了，也就是吸收蓝光的光电二极管21b的面积增加了，以覆盖垂直电荷转移层22。
吸收红光的光电二极管21r、垂直电荷转移层22和吸收蓝光的光电二极管21b分别注入n型离子，电荷分离层23注入p型离子。离子注入的深度范围和浓度可以根据实际工艺需求确定，以65nm工艺为例，吸收绿光的光电二极管21g的离子注入的深度范围可以为2.5μm～3μm，吸收蓝光的光电二极管21b的离子注入的深度范围可以为0.5μm～1μm，吸收红光的光电二极管21r的离子注入的深度范围可以为1μm～3μm，垂直电荷转移层22的离子注入的深度范围可以为1μm～3μm，电荷分离层23的离子注入的深度范围可以为0.5～1μm；吸收绿光的光电二极管21g与半导体衬底20上表面的间距范围可以为0～0.5μm，吸收蓝光的光电二极管21b与半导体衬底20上表面的间距范围可以为0～0.5μm，吸收红光的光电二极管21r与半导体衬底20上表面的间距范围可以为1μm～3μm。
请参考图4，在半导体衬底20上形成抗反射层24。可以采用旋涂工艺在半导体衬底20表面形成薄层，抗反射层24可以采用二氧化硅等材料。
请参考图5，在抗反射层24上形成平坦化层25。可以采用旋涂工艺或化学气相沉积工艺在抗反射层24表面形成膜层，采用化学机械抛光等平坦技术在抗反射层24表面形成具有平整平坦表面的膜层。平坦化层25可以采用二氧化硅、氮化硅等材料。
请参考图6，在平坦化层25上形成滤光层，所述滤光层包括绿色滤光器27g、品红滤光器27r和蓝色滤光器27b，绿色滤光器27g的位置对应吸收绿光的光电二极管21g，品红滤光器27r的位置对应吸收红光的光电二极管21r，蓝色滤光器27b的位置对应垂直电荷转移层22。可以采用曝光、显影等工艺，在平坦化层25上、对应吸收绿光的光电二极管21g、吸收红光的光电二极管21r和垂直电荷转移层22的位置分别形成选择性透过绿光波长的绿色滤光器27g、选择性透过红光波长的品红滤光器27r和选择性透过蓝色滤光器27b。绿色滤光器27g、品红滤光器27r和蓝色滤光器27b的上表面齐平。滤光层的材料可以为负性光阻材料，例如丙烯酸类聚合物等。
请参考图7，在滤光层上形成多个微透镜28。形成多个微透镜28的步骤可以包括：在所述滤光层上形成透镜材料(例如透明树脂)层和光刻胶层；对所述光刻胶层进行曝光显影，形成微透镜阵列图形；以所述光刻胶层为掩模，沿微透镜阵列图形刻蚀所述透镜材料层，形成微透镜阵列；采用回流工艺，使微透镜28表面凸起，微透镜28的位置与各个滤光器的位置分别对应。在其他实施例中，在应用光刻工艺形成微透镜28时，可以采用具有渐变透光率的掩膜版，使得曝光后的光刻胶具有不同的厚度，在后续蚀刻的过程中实现对微透镜28边缘和中心不同厚度的蚀刻量，由此形成表面凸起的微透镜28。
本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。