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CN110098212A - 一种图像传感器及其制作方法 - Google Patents

一种图像传感器及其制作方法 Download PDF

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CN110098212A
CN110098212A CN201910400420.1A CN201910400420A CN110098212A CN 110098212 A CN110098212 A CN 110098212A CN 201910400420 A CN201910400420 A CN 201910400420A CN 110098212 A CN110098212 A CN 110098212A
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CN
China
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layer
image sensor
light
light reflection
reflection layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910400420.1A
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English (en)
Inventor
沈新林
王海宽
洪波
郭松辉
林宗贤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
Original Assignee
Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Huaian Imaging Device Manufacturer Corp filed Critical Huaian Imaging Device Manufacturer Corp
Priority to CN201910400420.1A priority Critical patent/CN110098212A/zh
Publication of CN110098212A publication Critical patent/CN110098212A/zh
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/024Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of coatings or optical elements
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10FINORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80Constructional details of image sensors
    • H10F39/806Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8067Reflectors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本申请涉及半导体器件的制造领域,具体地涉及一种图像传感器及其制作方法。本申请提供一种图像传感器及其制作方法,所述图像传感器包括:半导体衬底,所述半导体衬底包括一个以上像素区域,所述一个以上像素区域包括白色像素区域;第一介质层,位于所述半导体衬底上;第二介质层,位于所述第一介质层上;光反射层,所述光反射层位于所述第二介质层中,位置对应于所述白色像素区域。所述位于白色像素区域上方的光反射层反射部分白光,因此,可以减少所述感光元件的进光量,降低白色像素区域提前饱和的问题,提高了图像传感器的图像质量。

Description

一种图像传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件的制造领域,具体地涉及一种图像传感器及其制作方法。
背景技术
图像传感器是一种将光学图像转换成电信号的器件。随着计算机和通信产业的发展,对高性能图像传感器的需求不断增长,这些高性能图像传感器广泛用于诸如数字照相机、摄像录像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、安防摄像机、医用微型照相机之类的各种领域。
图像传感器包括两种类型,电荷藕合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器(CMOSImage Sensors,CIS)。相比于CCD图像传感器,CMOS图像传感器具有集成度高、功耗小、生成成本低等优点。
在传统CMOS图像传感器中,感光二极管位于电路晶体管后方,进光量会因电路晶体管的遮挡而受到影响。背照式CMOS图像传感器就是将电路晶体管和感光二极管掉转方向,让入射光线首先进入感光二极管,从而增大感光二极管的感光量,显著提高低光照条件下CMOS图像传感器的拍摄效果。为了在黑暗的环境获得更明亮的拍摄图像,除了红色(R)像素、绿色(G)像素和蓝色(B)像素之外,人们还设计了包括白色(W)像素的固态成像设备。固态成像设备中使用白色像素,由于白色像素的高灵敏度,白色像素比其他颜色的像素更早饱和,使电子溢出到相邻的感光元件中,从而造成CMOS图像传感器图像质量下降,例如图像模糊的问题。因此,需要改进措施抑制CMOS图像传感器图像质量的下降。
发明内容
本申请的目的在于针对现有的图像传感器中白色像素的灵敏度高,比其他颜色的像素更早饱和,使电子溢出到相邻的感光元件中,从而造成图像质量下降的缺陷,提供一种新的图像传感器结构及其制作方法,提高图像传感器在暗光下的成像质量。
本申请的一个方面提供一种图像传感器,包括:半导体衬底,所述半导体衬底包括一个以上像素区域,所述一个以上像素区域包括白色像素区域;第二介质层,位于所述半导体衬底上;光反射层,所述光反射层位于所述第二介质层中,位置对应于所述白色像素区域。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层的表面与所述第二介质层的表面平齐并且所述光反射层的厚度小于所述第二介质层的厚度。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层的反射率大于所述第二介质层的反射率。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层材料的反射率为0.1至0.6。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层为SiC,α-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层的厚度为5nm至50nm。
在本申请的一些实施例中,所述第二介质层与所述半导体衬底之间还包括第一介质层。
本申请的另一方面提供一种图像传感器的制作方法,包括:提供形成有感光元件的半导体衬底,所述半导体衬底包括一个以上像素区域,所述一个以上像素区域包括白色像素区域;在所述半导体衬底上形成第二介质层;在所述第二介质层内形成沟槽,所述沟槽的位置对应于所述白色像素区域;在所述沟槽内填充光反射层。
在本申请的一些实施例中,在所述第二介质层内形成沟槽,所述沟槽的位置对应于所述白色像素区域的步骤包括:在所述第二介质层上依次形成抗反射层和光阻层,并在所述光阻层和抗反射层上定义出白色像素区域;以所述光阻层和抗反射层为掩膜,刻蚀所述第二介质层形成沟槽;去除所述光阻层和抗反射层。
在本申请的一些实施例中,在所述沟槽内填充光反射层的步骤包括:在所述第二介质层表面以及所述沟槽内形成光反射层材料;采用研磨工艺去除所述第二介质层表面的光反射层材料。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层的反射率大于所述第二介质层的反射率。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层材料的反射率为0.1至0.6。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层为SiC,α-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合。
在本申请的一些实施例中,形成所述光反射层的温度小于500摄氏度。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层的厚度为5nm至50nm。
在本申请的一些实施例中,所述方法还包括:在所述半导体衬底与所述第二介质层之间形成第一介质层。
在本申请提供的一种图像传感器制作方法以及结构中,所述位于白色像素区域上方的光反射层反射部分白光,因此,可以减少感光元件的进光量,降低白色像素区域提前饱和的问题,提高了图像传感器的图像质量。
附图说明
以下附图详细描述了本申请中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例,附图仅用于说明和描述的目的,并不旨在限制本公开的范围,其他方式的实施例也可能同样的完成本申请中的发明意图。应当理解,附图未按比例绘制。其中:
图1至图8为本发明实施例中图像传感器形成方法各步骤对应的结构示意图。
图9为本发明实施例所述的图像传感器中,入射光线通过所述滤光层,光反射层,第二介质层和第一介质层的行进路线。
图10为现有技术中图像传感器在亮光条件下发生光电子溢出情况的示意图。
图11为暗光条件下本申请实施例所述的图像传感器不同位置的光电荷分布。
具体实施方式
以下描述提供了本申请的特定应用场景和要求,目的是使本领域技术人员能够制造和使用本申请中的内容。对于本领域技术人员来说,对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的,并且在不脱离本公开的精神和范围的情况下,可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此,本公开不限于所示的实施例,而是与权利要求一致的最宽范围。
下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
图1至图8为本发明实施例中图像传感器形成方法各步骤对应的结构示意图。
本实施例所述图像传感器的制作方法包括:提供形成有感光元件130的半导体衬底110,所述半导体衬底包括一个以上像素区域120,所述一个以上像素区域包括白色像素区域,其中所述感光元件130形成于不同的像素区域120;在所述半导体衬底110上形成第二介质层150;在所述第二介质层150内形成沟槽114,所述沟槽114的位置对应于所述白色像素区域;在所述沟槽114内填充光反射层160。本申请实施例描述的位于″.....上″可以是直接位于某层的表面,也可以间接位于某层之上。例如,在所述半导体衬底110上形成第二介质层150可以是直接在所述半导体衬底110表面形成第二介质层150,也可以是在所述半导体衬底110表面形成其他若干膜层之后再形成所述第二介质层150。
参考图1,首先提供形成有感光元件130的半导体衬底110,所述半导体衬底110包括一个以上像素区域120,所述一个以上像素区域120包括白色像素区域,所述一个以上的像素区域120中都形成有所述感光元件130。
在本申请的一些实施例中,所述半导体衬底110可以为硅衬底,还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟,或者为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底,或者是生长有外延层的衬底。根据需要,所述的半导体衬底110被划分设置为不同的像素区域120,例如红色像素区域、绿色像素区域和蓝色像素区域等基本像素区域以及白色像素区域。本实施例中描述像素区域时,若没有特别指出,所述的像素区域包含白色像素区域以及其他基本像素区域。所述的每一个像素区域120中,都形成有感光元件130,所述感光元件130用于将接收到的光信号转换为电信号。
在本申请的一些实施例中,所述感光元件130可以包括能够进行光电转换的结构,包括但不限于光电二极管。在本申请的一些实施例中,在所述半导体衬底110中,所述光电二极管以阵列形式排布,用于将接收到的光信号转换为电信号。例如:所述的光电二极管在半导体衬底中以拜耳(Bayer)阵列布置,也可以根据需要布置成其他任何阵列。为了满足所述半导体衬底110的总厚度薄化的要求,各个所述光电二极管在所述半导体衬底110中基本上位于同一深度。
在本申请的实施例中,所述光电二极管可以通过在半导体衬底110中通过执行一次以上的离子注入工艺形成。所述光电二极管的掺杂类型与所述半导体衬底110的掺杂类型相反,例如,当所述半导体衬底110为P型掺杂时,所述光电二极管为N型掺杂。
如图1所示,根据半导体衬底110像素区域的划分,不同的感光元件130形成于不同的像素区域例如红色像素区域、绿色像素区域和蓝色像素区域等基本像素区域以及白色像素区域。在附图1中,为了描述方便,示例性的表示出绿色像素区域,白色像素区域以及红色像素区域,对应所述像素区域的感光元件130分别被标注为感光元件130G,感光元件130W,感光元件130R。
在本申请的实施例中,所述一个以上像素区域120中任意相邻的两个像素区域之间还形成有隔离结构,为了附图的简洁,本申请所述的实施例中都未示出,但是本领域技术人员应该明白,所述任意相邻的像素区域之间必然存在隔离结构。所述隔离结构用于电隔离所述任意相邻的两个像素区域120。
随后,继续参考附图1所示,在所述半导体衬底110的光入射面形成第一介质层140。所述的第一介质层140的材料例如为氮化硅。形成所述第一介质层140的工艺例如为化学气相沉积工艺等。
在本申请的实施例中,所述的半导体衬底110与所述第一介质层之间还可以包括高介电材料层,例如SiO2与氧化铪或者氧化铝形成的复合层。所述的高介电材料层的厚度例如为100埃。所述的高介电材料层可用于减少所述图像传感器的暗电流。
然后在所述第一介质层140表面形成第二介质层150。所述第二介质层150可以用于在其内形成光反射层160。本申请实施例中,所述的第二介质层150的材料例如为二氧化硅。形成所述第二介质层150的工艺例如为低压化学气相沉积工艺等。在本申请的一些实施例中,采用低压化学气相沉积工艺,采用TEOS(硅酸乙酯)为沉积材料,在400℃~500℃,250m~350TOR的压力下,TEOS分解,在第二介质层150表面淀积生成二氧化硅薄膜。
在本申请一些实施例中,所述的第一介质层140的刚性大于所述第二介质层150的刚性。在后续工艺中,所述的第一介质层和第二介质层上会继续形成滤光层,微透镜等,导致所述图像传感器的整体重量较大,因此,采用刚性大于所述第二介质层150的材料作为第一介质层140,可以提高所述图像传感器的结构刚性,防止所述图像传感器坍塌。而且,由于第一介质层140的刚性大于所述第二介质层150的刚性,可以减小所述第二介质层的厚度,降低工艺成本。
所述的第一介质层140与第二介质层150之间还可以形成粘附介质层,使得第一介质层140与第二介质层150更好的粘合。
在本申请的一些实施例中,也可以直接在所述半导体衬底110的光入射面直接形成所述第二介质层150。
随后,参考附图2至附图4所示,在所述第二介质层150内形成沟槽114,所述沟槽114的位置对应于所述白色像素区域。形成所述沟槽114的步骤包括:在所述第二介质层150上形成抗反射层111以及光阻层112,在所述光阻层112上形成开口113,所述的开口113与白色像素区域的位置对应;以所述光阻层112为掩膜,刻蚀所述抗反射层111以及第二介质层150形成沟槽114;去除所述光阻层112以及抗反射层111。
参考图2,首先在所述第二介质层150表面形成抗反射层111,所述抗反射层111可以在后续光刻所述光刻胶层112时减少漫反射,降低驻波效应。形成所述抗反射层111的工艺例如为化学气相沉积。然后在所述抗反射层111上进行光阻旋涂、曝光、显影,在光阻层112中形成开口113,所述的开口113的位置与白色像素区域的位置对应。
参考图3,以所述光刻胶层112为掩膜,刻蚀所述抗反射层111以及部分第二介质层150,形成沟槽114。所述沟槽114的底部位于第二介质层150中。在本申请实施例中,所述的第二介质层150的厚度范围为100nm-500nm,所述沟槽114位于第二介质层150中的部分的厚度为5nm-50nm。形成所述沟槽114的工艺例如为湿法刻蚀。
参考图4,去除所述光刻胶层112与抗反射层111。参考附图4所示,本实施例所述的方案在第二介质层150中形成了不穿透所述第二介质层150的沟槽114,所述位于第二介质层150中的沟槽114的厚度为5nm-50nm,所述沟槽114的位置对应于所述白色像素区域。去除所述光刻胶层112与抗反射层111的工艺例如为干法刻蚀,在本申请的一些实施例中,采用O2等离子体作为刻蚀离子,执行所述干法刻蚀工艺。
参考图5以及图6,在所述沟槽114内填充光反射层160。在所述沟槽114内填充光反射层160的步骤包括:在所述第二介质层150表面以及所述沟槽114内形成光反射层材料;采用研磨工艺去除所述第二介质层150表面的光反射层材料。
参考图5,在所述第二介质层150表面以及所述沟槽114内形成光反射层160。所述光反射层160用于在图像传感器中反射部分白光,减少感光元件130的进光量,降低白色像素区域提前饱和的问题,提高图像传感器的图像质量。因此,一方面所述光反射层160的材料的反射率不能太高,否则光反射层160反射的光量太多,感光元件130的进光量不足;另一方面所述光反射层160的材料的反射率也不能太低,否则,光反射层160反射的光量太少,没有解决感光元件130进光量太大导致的过度饱和问题。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层的反射率大于所述第二介质层的反射率,这样可以在不额外设计电路,不改变所述图像传感器的布图设计(layout)的前提下,利用比所述第二介质层反射系数更大的材料,反射出去部分进光量,降低所述图像传感器由于进光量太大导致过度饱和,从而导致电子溢出(blooming)的现象。
更进一步,所述光反射层160的材料的反射率为0.1至0.6。则所述第二介质层150材料的反射率小于0.1。
在本申请的一些实施例中,形成所述光反射层160的材料例如为SiC,α-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层160的材料为α-Si,形成所述光反射层160的工艺为:以硅烷为反应气体,进行化学气相沉积工艺,在350℃至400℃的温度条件下,在炉管(furnace)中,采用化学气相沉积工艺形成所述α-Si光反射层。
在本申请的另一些实施例中,所述光反射层160的材料为α-Si,形成所述光反射层160的工艺可以为:以乙硅烷为反应气体,在200℃至300℃的温度条件下,在炉管(furnace)中,进行化学气相沉积工艺形成所述α-Si光反射层。
在本申请的实施例中,采用乙硅烷在所述沟槽114内沉积α-Si光反射层的沉积速度比用硅烷在所述沟槽114内沉积α-Si光反射层的沉积速度快。
在本申请的实施例中,所述光反射层160的材料为SiC,α-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合时,形成所述光反射层的反应温度都小于500摄氏度,优选的为400摄氏度或者小于400摄氏度,因此沉积所述光反射层的工艺步骤对所述图像传感器的性能影响很小,不会使所述图像传感器产生器件缺陷。
参考图6,用研磨工艺去除所述第二介质层150表面的光反射层材料,形成位于所述第二介质层150中的光反射层160,所述光反射层160的厚度为5nm-50nm。
在本申请的一些实施例中,所述研磨工艺为化学机械平坦化工艺(CMP)。以所述光反射层160的材料为α-Si,第二介质层150的材料为氧化硅为例:选用对硅与二氧化硅的选择比在10∶1至600∶1的研磨液,执行CMP工艺。由于所述的研磨液具有极强的选择性,所述的CMP工艺最终停在所述第二介质层150。参考图7,在所述第二介质层150上形成滤色层170,所述的滤色层170与所述一个以上像素区域120的位置对应。当所述滤色层170对应不同颜色的像素区域120时,可根据需要依次形成所述滤色层170。在本申请的一个实施例中,根据半导体衬底110中对应像素区域120的划分,分别依次形成红色滤色层170R,白色滤色层170W以及绿色滤色层170G。
所述的滤色层170与所述像素区域120的位置相对应,用于通过特定波长范围的光,使所述特定波长范围的光进入感光元件130。也就是说,如图中所示,针对红色像素单元区域设置红色滤色层170R,且针对绿色像素区域设置绿色滤色层170G,针对白色像素区域设置白色滤色层170W。
在本申请的一些实施例中,所述滤色层170是用内部添加有有机颜料的树脂形成的。此外,所述滤色层170还可以由其他材料制成,例如能够将特定波长的光反射出去的反光材料等。所述的滤色层170被设计成例如具有大约400至1000nm的厚度。
在所述滤色层170之间还形成有遮光膜190,所述的遮光膜190用于隔离所述滤色层170,使不同像素区域的光线不会进入其他像素区间的光电二极管。
所述的遮光膜190可由金属制成,或是吸收光的黑色滤色层。遮光膜190的材料优选为具有遮光效果的金属材料,例如钨、铝或铜等,形成遮光膜190的工艺例如为物理或化学气相沉积遮光膜材料并进行选择性刻蚀,再去除与像素区域位置对应的部分遮光膜材料,形成所述遮光膜190。参考图8,在滤色层170上方形成微透镜180。在本申请的实施例中,只示意性的画出了微透镜180在图像传感器中的相对位置,其与滤色层170的位置相对应,并设置在滤色层170的正上方。
所述的微透镜180用于针对各像素单元聚集光,其材料例如为聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂或这些树脂的共聚物树脂形成的。形成所述微透镜180的工艺可以是现有的任意一种微透镜制作工艺,在此不做赘述。
本实施例所述的一种图像传感器制作方法,所述位于第二介质层中,并与白色像素区域位置对应的光反射层可反射部分白光,因此,可以减少白色像素区域感光元件的进光量,降低白色像素区域提前饱和的问题,提高了图像传感器的图像质量,避免了所述的图像传感器在白光像素区域发生的图像模糊的缺陷。
本实施例还提供一种图像传感器,包括:半导体衬底110,所述半导体衬底包括一个以上像素区域120,所述一个以上像素区域120包括白色像素区域;第一介质层140,位于所述半导体衬底110上;第二介质层150,位于所述第一介质层140上;光反射层160,所述光反射层160位于所述第二介质层150中,位置对应于所述白色像素区域。
参考图8,所述半导体衬底110包括一个以上像素区域120,所述一个以上像素区域120包括白色像素区域,所述感光元件130位于不同的像素区域120。
在本申请的一些实施例中,所述半导体衬底110可以为硅衬底,还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟,或者为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底,或者是生长有外延层的衬底。所述的半导体衬底110中包含用于将接收到的光信号转换为电信号的感光元件130。根据需要,所述的半导体衬底110被划分设置为不同的像素区域120,例如红色像素区域、绿色像素区域和蓝色像素区域等基本像素区域以及白色像素区域。本实施例中描述像素区域时,若没有特别指出,所述的像素区域包含白色像素区域以及其他基本像素区域。
如图8所示,根据半导体衬底110像素区域的划分,不同的感光元件130位于不同的像素区域,例如红色像素区域、绿色像素区域和蓝色像素区域等基本像素区域以及白色像素区域。在附图8中,为了描述方便,示例性的表示出绿色像素区域,白色像素区域以及红色像素区域区域,对应所述像素区域的感光元件130分别被标注为感光元件130G,感光元件130W,感光元件130R。
在本申请的实施例中,所述感光元件130可以包括能够进行光电转换的结构,包括但不限于光电二极管。在半导体衬底110中,所述光电二极管以阵列形式排布,用于将接收到的光信号转换为电信号。例如:所述的光电二极管在半导体衬底中以拜耳(Bayer)阵列布置,也可以根据需要布置成其他任何阵列。为了满足所述半导体衬底110的总厚度薄化的要求,各个所述光电二极管在所述半导体衬底110中基本上位于同一深度。
在本申请的实施例中,所述一个以上像素区域120中任意相邻的两个像素区域之间还形成有隔离结构,为了附图的简洁,本申请所述的实施例中都未示出,但是本领域技术人员应该明白,所述任意相邻的像素区域之间必然存在隔离结构。所述隔离结构用于电隔离所述任意相邻的两个像素区域120。
如图8所示,在所述半导体衬底110上还形成有第一介质层140。其中,所述的第一介质层140的材料例如为氮化硅。在本申请的实施例中,所述的半导体衬底110与所述第一介质层之间还可以包括高介电材料层,例如SiO2与氧化铪或者氧化铝形成的复合层。所述的高介电材料层的厚度例如为100埃。所述的高介电材料层可用于减少所述图像传感器的暗电流。
在所述第一介质层140表面上还形成有第二介质层150。其中,所述的第二介质层150的材料例如为二氧化硅。
在本申请一些实施例中,所述的第一介质层140的刚性大于所述第二介质层150的刚性。在后续工艺中,所述的第一介质层和第二介质层上会继续形成滤光层,微透镜等,导致所述图像传感器的整体重量较大,因此,采用刚性大于所述第二介质层150的材料作为第一介质层140,可以提高所述图像传感器的结构刚性,防止所述图像传感器坍塌。而且,由于第一介质层140的刚性大于所述第二介质层150的刚性,可以减小所述第二介质层的厚度,降低工艺成本。
参考图8,在所述第二介质层150中形成有光反射层160,位置对应于所述白色像素区域。所述光反射层160用于在图像传感器中反射部分白光,减少感光元件130的进光量,降低白色像素区域提前饱和的问题,提高图像传感器的图像质量。因此,一方面所述光反射层160的材料的反射率不能太高,否则反射的光量太多,感光元件130的进光量不足;另一方面所述光反射层160的材料的反射率也不能太低,否则,反射的光亮太少,没有解决感光元件130进光量太大导致的过度饱和问题。在本申请的一些实施例中,所述光反射层160的材料的反射率为0.1至0.6。
在本申请的一些实施例中,所述光反射层160的表面与所述第二介质层150的表面平齐并且所述光反射层160的厚度小于所述第二介质层160的厚度,所述光反射层160的厚度为5nm-50nm。
在本申请的一些实施例中,形成所述光反射层160的材料为SiC,α-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合。
参考图8,在所述一个以上像素区域120对应位置的第二介质层150上形成有对应不同像素区域120的滤色层170。在本申请的一个实施例中,根据半导体衬底110中对应像素区域120的划分,分别依次形成红色滤色层170R,白色滤色层170W以及绿色滤色层170G。
所述的滤色层170与所述像素区域120的位置相对应,用于通过特定波长范围的光,使所述特定波长范围的光进入感光元件130。也就是说,如图中所示,针对红色像素单元区域设置红色滤色层170R,且针对绿色像素区域设置绿色滤色层170G,针对白色像素区域设置白色滤色层170W。
在本申请的一些实施例中,所述滤色层170是用内部添加有有机颜料的树脂形成的。此外,所述滤色层170还可以由其他材料制成,例如能够将特定波长的光反射出去的反光材料等。所述的滤色层170被设计成例如具有大约400至1000nm的厚度。
在所述滤色层170之间还形成有遮光膜190,所述的遮光膜190用于隔离所述滤色层170,使不同像素区域的光线不会进入其他像素区间的光电二极管。
所述的遮光膜190可由金属制成,或是吸收光的黑色滤色层。遮光膜190的材料优选为具有遮光效果的金属材料,例如钨、铝或铜等,形成遮光膜190的工艺例如为物理或化学气相沉积遮光膜材料并进行选择性刻蚀,再去除与像素区域位置对应的部分遮光膜材料,形成所述遮光膜190。
参考图8,在滤色层170上方还形成有微透镜180。在本申请的实施例中,只示意性的画出了微透镜180在图像传感器中的相对位置,其与滤色层170的位置相对应,并设置在滤色层170的正上方。
所述的微透镜180用于针对各像素单元聚集光,其材料例如为聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂或这些树脂的共聚物树脂形成的。形成所述微透镜180的工艺可以是现有的任意一种微透镜制作工艺,在此不做赘述。
本实施例所述的一种图像传感器,所述位于白色像素区域上方的光反射层反射部分白光,因此,可以减少感光元件的进光量,降低白色像素区域提前饱和的问题,提高了图像传感器的图像质量,避免了所述的图像传感器在白光像素区域发生的图像模糊的缺陷。
图9示意性地展示了本申请一种实施例中入射光线通过所述滤光层,光反射层160,第二介质层150和第一介质层140的路线。假设所述滤色层170,光反射层160,第二介质层150和第一介质层140的折射率分别为n1,n2,n3和n4
在引入光反射层160的情况下,设入射光线在所述滤色层170,光反射层160,第二介质层150和第一介质层140中行进的路线与法线的夹角分别为α,β,γ和则根据折射定律可以得到等式:
n1*sinα=n2*sinβ, (1)
n2*sinβ=n3*sinγ, (2)
联立等式(1)(2)和(3)可以得到:
而在没有引入所述光反射层160的情况下,设入射光线在所述滤色层170,第二介质层150和第一介质层140中行进的路线与发现的夹角分别为a,b和c,则根据折射定律可以得到:
n1*sina=n3*sinb, (5)
n3*sinb=n4*sinc, (6)
同样地,由(5)和(6)可以得到:
n1*sina=n4*sinc (7)
因此,当进入所述滤色层170的光线入射角度相同,即α=a时,可以得到:
n1*sinα=n1*sina, (8)
则由(4),(7)和(8)可以得到:
即光线最终进入所述感光元件130的入射角度也相同,这说明引入光反射层160不会影响最终进入感光元件130的光线入射角。
另一方面,如图9所示,d1为图像传感器的第二介质层中形成光反射层160的情况下,光线从滤色层170射出到进入第一介质层140这段光程之间的横向偏移量,d2为图像传感器的第二介质层中不包括光反射层160的情况下,光线从滤色层170射出到进入第一介质层140这段光程之间的横向偏移量,从图中可以看出,由于光反射层的折射率大于所述第二介质层的折射率,因此,在所述图像传感器的白色像素区域,光线更加聚集,不易扩散,所以不会有额外的光线串扰。
在所述光反射层160的材料为α-Si,所述第二介质层150的材料为二氧化硅,所述第一介质层140的材料为氮化硅的情况下,由于α-Si的折射率比二氧化硅的折射率大,所以光线从滤色层170进入光反射层160而发生折射时,光线更向法线靠拢,这使得光线从滤色层170射出到进入第一介质层140这段光程之间,横向偏移更小,因此,在所述图像传感器的白色像素区域,光线更加聚集,不易扩散。
参考图10,为现有技术中,图像传感器在亮光条件下发生光电子溢出情况的示意图,从图中可以看出,由于在第一光电二极管(PD1)区域产生了过多光电子,因此,光电子发生溢出至第二光电二极管(PD2)区域。参考图11所示,为暗光条件下,本申请实施例所述的图像传感器不同位置的光电荷分布。在暗光条件下,所述图像传感器的进光量明显小于亮光条件下,而在所述第二介质层中形成所述光反射层160的情况下,所述白光像素区域的进光量进一步减小,在保持入射光的量子效率不变的前提下,所述图像传感器中激发的光电子数变小,基本没有溢出现象。因此,本申请实施例所述的图像传感器在暗光条件下能明显降低白色像素区域的电子溢出,从而改善图像传感器成像模糊的缺陷。
综上所述,在阅读本详细公开内容之后,本领域技术人员可以明白,前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现,并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明,本领域技术人员可以理解本申请意图囊括对实施例的各种合理改变,改进和修改。这些改变,改进和修改旨在由本公开提出,并且在本公开的示例性实施例的精神和范围内。
应当理解,本实施例使用的术语“和/或”包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解,当一个元件被称作“连接”或“耦接”至另一个元件时,其可以直接地连接或耦接至另一个元件,或者也可以存在中间元件。
类似地,应当理解,当诸如层、区域或衬底之类的元件被称作在另一个元件“上”时,其可以直接在另一个元件上,或者也可以存在中间元件。与之相反,术语“直接地”表示没有中间元件。还应当理解,术语“包含”、“包含着”、“包括”和/或“包括着”,在此使用时,指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件,但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
还应当理解,尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件,但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此,在没有脱离本发明的教导的情况下,在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标志符在整个说明书中表示相同的元件。
此外,通过参考作为理想化的示例性图示的截面图示和/或平面图示来描述示例性实施例。因此,由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此,不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状,而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如,被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此,在图中示出的区域实质上是示意性的,其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。
另外,本公开的实施方式还可以包括以下示例性示例(EE)。
EE1一种图像传感器,其特征在于,包括:
半导体衬底,所述半导体衬底包括一个以上像素区域,所述一个以上像素区域包括白色像素区域;
第二介质层,位于所述半导体衬底上;
光反射层,所述光反射层位于所述第二介质层中,位置对应于所述白色像素区域。
EE2.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层的表面与所述第二介质层的表面平齐并且所述光反射层的厚度小于所述第二介质层的厚度。
EE3.如EE2所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层的反射率大于所述第二介质层的反射率。
EE4.如EE3所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层材料的反射率为0.1至0.6。
EE5.如EE4所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层为SiC,a-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合。
EE6.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层的厚度为5nm至50nm。
EE7.如EE1所述图像传感器,其特征在于,所述第二介质层与所述半导体衬底之间还包括第一介质层。
EE8.一种图像传感器的制作方法,其特征在于,包括:
提供形成有感光元件的半导体衬底,所述半导体衬底包括一个以上像素区域,所述一个以上像素区域包括白色像素区域;
在所述半导体衬底上形成第二介质层;
在所述第二介质层内形成沟槽,所述沟槽的位置对应于所述白色像素区域;
在所述沟槽内填充光反射层。
EE9.如EE8所述图像传感器的制作方法,其特征在于,在所述第二介质层内形成沟槽,所述沟槽的位置对应于所述白色像素区域的步骤包括:
在所述第二介质层上依次形成抗反射层和光阻层,并在所述光阻层和抗反射层上定义出白色像素区域;
以所述光阻层和抗反射层为掩膜,刻蚀所述第二介质层形成沟槽;
去除所述光阻层和抗反射层。
EE10.如EE8所述图像传感器的制作方法,其特征在于,在所述沟槽内填充光反射层的步骤包括:
在所述第二介质层表面以及所述沟槽内形成光反射层材料;
采用研磨工艺去除所述第二介质层表面的光反射层材料。
EE11.如EE8所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述光反射层的反射率大于所述第二介质层的反射率。
EE12.如EE11所述图像传感器的制作方法,其特征在于所述光反射层材料的反射率为0.1至0.6。
EE13.EE12所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述光反射层为SiC,α-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合。
EE14.如EE13所述图像传感器的制作方法,其特征在于,形成所述光反射层的温度小于500摄氏度。
EE15.如EE8所述图像传感器的制作方法,其特征在于,所述光反射层的厚度为5nm至50nm。
EE16.如EE8所述图像传感器的制作方法,其特征在于,还包括:在所述半导体衬底与所述第二介质层之间形成第一介质层。

Claims (10)

1.一种图像传感器,其特征在于,包括:
半导体衬底,所述半导体衬底包括一个以上像素区域,所述一个以上像素区域包括白色像素区域;
第二介质层,位于所述半导体衬底上;
光反射层,所述光反射层位于所述第二介质层中,位置对应于所述白色像素区域。
2.如权利要求1所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层的表面与所述第二介质层的表面平齐并且所述光反射层的厚度小于所述第二介质层的厚度。
3.如权利要求2所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层的反射率大于所述第二介质层的反射率。
4.如权利要求3所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层材料的反射率为0.1至0.6。
5.如权利要求4所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层为SiC,α-Si,α-C,TiC,TiN中的任意一种或者多种的组合。
6.如权利要求1所述图像传感器,其特征在于,所述光反射层的厚度为5nm至50nm。
7.如权利要求1所述图像传感器,其特征在于,所述第二介质层与所述半导体衬底之间还包括第一介质层。
8.一种图像传感器的制作方法,其特征在于,包括:
提供形成有感光元件的半导体衬底,所述半导体衬底包括一个以上像素区域,所述一个以上像素区域包括白色像素区域;
在所述半导体衬底上形成第二介质层;
在所述第二介质层内形成沟槽,所述沟槽的位置对应于所述白色像素区域;
在所述沟槽内填充光反射层。
9.如权利要求8所述图像传感器的制作方法,其特征在于,在所述第二介质层内形成沟槽,所述沟槽的位置对应于所述白色像素区域的步骤包括:
在所述第二介质层上依次形成抗反射层和光阻层,并在所述光阻层和抗反射层上定义出白色像素区域;
以所述光阻层和抗反射层为掩膜,刻蚀所述第二介质层形成沟槽;
去除所述光阻层和抗反射层。
10.如权利要求8所述图像传感器的制作方法,其特征在于,在所述沟槽内填充光反射层的步骤包括:
在所述第二介质层表面以及所述沟槽内形成光反射层材料;
采用研磨工艺去除所述第二介质层表面的光反射层材料。
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