CN108807441A - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents
图像传感器及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108807441A CN108807441A CN201810703456.2A CN201810703456A CN108807441A CN 108807441 A CN108807441 A CN 108807441A CN 201810703456 A CN201810703456 A CN 201810703456A CN 108807441 A CN108807441 A CN 108807441A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- antireflective film
- filter
- thickness
- region
- 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
Links
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims abstract description 160
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 85
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 75
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 73
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 45
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 40
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 16
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 78
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 12
- 230000003252 repetitive effect Effects 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000035859 Drug effect increased Diseases 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 241001062009 Indigofera Species 0.000 description 1
- 229910000577 Silicon-germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005516 deep trap Effects 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007943 implant Substances 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001429 visible spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1462—Coatings
- H01L27/14621—Colour filter arrangements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Optical Filters (AREA)
Abstract
一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：半导体衬底；像素器件，位于所述半导体衬底内；防反射薄膜，覆盖所述半导体衬底；滤光器矩阵，堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器；其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。本发明方案可以增加图像传感器对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
Description
技术领域
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
图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以CMOS图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件为例，由于其具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。
以后照式(Back-side Illumination，简称BSI)CIS为例，在现有的制造工艺中，先在半导体衬底内形成逻辑器件、像素器件以及金属互连结构，然后采用承载晶圆与所述半导体衬底的正面键合，进而对半导体衬底的背部进行减薄，进而在半导体衬底的背面形成CIS的后续工艺，例如在所述像素器件的半导体衬底背面形成防反射薄膜，进而在防反射薄膜的表面形成滤光器(Filter)矩阵等。
其中，滤光器矩阵通常包括多个最小重复单元，以拜耳(Bayer)滤光器阵列为例，所述最小重复单元中包含的绿色滤光器为红色滤光器或蓝色滤光器的两倍。具体而言，相比于可见光谱中的其他色彩，人类视觉系统对绿波段中的色彩更加敏感，因此倾向于设置更多的绿色滤光器。
其中，通过设置防反射薄膜，可以使半导体衬底内的像素器件获取更多的透过滤光器矩阵的入射光，然后通过光电二极管对通过每个滤光器的入射光子进行吸收且形成光电流，进而通过逻辑电路进行运算放大后，分别得到通过每个滤光器的数据，对根据多个滤光器确定的数据进行整合，输出得到图像。
然而，在现有技术中，防反射薄膜的厚度一致且仅适用于绿光，对于红光以及蓝光会有较大的反射率，导致降低输出图像的色彩饱和度，特别是在暗光条件下，图像效果更差。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，可以增加图像传感器对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；像素器件，位于所述半导体衬底内；防反射薄膜，覆盖所述半导体衬底；滤光器矩阵，堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器；其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。
可选的，所述不同颜色的滤光器包括绿色滤光器、红色滤光器以及蓝色滤光器，其中，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度为绿光波长的1/4的奇数倍；所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度为红光波长的1/4的奇数倍；所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍。
可选的，所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度。
可选的，所述图像传感器还包括：第一介质层，覆盖所述防反射薄膜，且所述第一介质层的表面与所述半导体衬底的表面平行；其中，所述滤光器矩阵位于所述第一介质层的表面。
可选的，所述图像传感器还包括：堆叠层，所述堆叠层位于所述半导体衬底的表面，所述堆叠层包括堆叠的第二介质层与高介电常数层；其中，所述防反射薄膜位于所述堆叠层的表面。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有像素器件；形成覆盖所述半导体衬底的防反射薄膜；形成滤光器矩阵，所述滤光器矩阵堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器；其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。
可选的，所述形成覆盖所述半导体衬底的防反射薄膜包括：形成覆盖所述半导体衬底的初始防反射薄膜；分别形成多层掩膜层，所述多层掩膜层分别露出不同颜色的滤光器的区域；分别以所述多层掩膜层为掩膜，对初始防反射薄膜进行多次刻蚀，以形成对应于不同颜色的滤光器的区域的防反射薄膜。
可选的，所述不同颜色的滤光器包括绿色滤光器、红色滤光器以及蓝色滤光器，其中，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度为绿光波长的1/4的奇数倍；所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度为红光波长的1/4的奇数倍；所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍。
可选的，所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度。
可选的，所述图像传感器的形成方法还包括：在所述防反射薄膜的表面形成第一介质层，且所述第一介质层的表面与所述半导体衬底的表面平行；其中，所述滤光器矩阵位于所述第一介质层的表面。
可选的，所述图像传感器的形成方法还包括：在所述半导体衬底的表面形成第二介质层与高介电常数层的堆叠层；其中，所述防反射薄膜位于所述堆叠层的表面。
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：
在本发明实施例中，提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；像素器件，位于所述半导体衬底内；防反射薄膜，覆盖所述半导体衬底；滤光器矩阵，堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器；其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。采用上述方案，通过设置防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定，相比于现有技术中防反射薄膜的厚度一致且仅适用于绿光，对于红光以及蓝光会有较大的反射率，采用本发明实施例的方案，有助于使防反射薄膜的厚度针对不同颜色的光均具有较低的反射率，从而增加对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
进一步，在本发明实施例中，通过设置所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度为绿光波长的1/4的奇数倍，所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度为红光波长的1/4的奇数倍，所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍，可以使防反射薄膜的厚度针对不同颜色的光线的反射率在理论上降到最低，从而进一步地增加对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
进一步，通过设置覆盖所述防反射薄膜的第一介质层，且所述第一介质层的表面与所述半导体衬底的表面平行，可以在设置多个防反射薄膜具有不同厚度之后，避免由于多个防反射薄膜的表面不平，影响滤光器矩阵的效果。
附图说明
图1是现有技术中一种图像传感器的俯视图；
图2是图1中沿切割线A1-A2的剖面图；
图3是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图；
图4至图6是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图；
图7是本发明实施例中一种图像传感器的俯视图；
图8是图7中沿切割线B1-B2的剖面图；
图9是本发明实施例中不同的光线波长与折射率的关系示意图；
图10是本发明实施例中一种防反射薄膜的光线传播示意图。
具体实施方式
在现有技术中，通过设置防反射薄膜，可以使半导体衬底内的像素器件获取更多的透过滤光器矩阵的入射光，然后通过光电二极管对通过每个滤光器的入射光子进行吸收且形成光电流。
然而，在现有技术中，防反射薄膜的厚度一致且仅适用于绿光，对于红光以及蓝光会有较大的反射率，导致降低输出图像的色彩饱和度，特别是在暗光条件下，图像效果更差。
结合参照图1和图2，图1是现有技术中一种图像传感器的俯视图，图2是图1中沿切割线A1-A2的剖面图。
所述图像传感器可以包括半导体衬底100、像素器件102、防反射薄膜120、滤光器矩阵。其中，所述像素器件102可以位于所述半导体衬底100内。
在具体实施中，所述滤光器矩阵可以包括多个最小重复单元140，以拜耳滤光器阵列为例，每个最小重复单元140可以包含四个滤光器，分别为红色滤光器141、绿色滤光器142、绿色滤光器143以及蓝色滤光器144。
进一步地，各个滤光器之间可以采用格栅(Grid)结构150隔开。所述格栅结构150可以为网格状，用于隔离入射光，从而降低通过不同滤光器接收到的入射光的光学串扰，所述格栅结构150可以具有多个网格开口，各个滤光器位于所述格栅结构150的网格开口内。其中，所述格栅结构150可以为金属格栅(Metal Grid)结构。
进一步地，所述图像传感器还可以包括堆叠层110，所述堆叠层110可以位于所述半导体衬底100的表面，在具体实施中，可以采用介质材料形成所述堆叠层110。
所述图像传感器还可以包括介质层130，所述介质层130可以覆盖所述防反射薄膜。
所述图像传感器还可以包括透镜(Micro-lens)结构160，所述透镜结构160可以用于获取入射光。
本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，对于不同颜色的滤光器，所述防反射薄膜120的厚度均保持一致，进一步地，由于在现有技术中，往往设置所述防反射薄膜120的厚度为适用于绿光，对于红光以及蓝光会有较大的反射率，导致降低输出图像的色彩饱和度，特别是在暗光条件下，图像效果更差。
在本发明实施例中，提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；像素器件，位于所述半导体衬底内；防反射薄膜，覆盖所述半导体衬底；滤光器矩阵，堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器；其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。采用上述方案，通过设置防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定，相比于现有技术中防反射薄膜的厚度一致且仅适用于绿光，对于红光以及蓝光会有较大的反射率，采用本发明实施例的方案，有助于使防反射薄膜的厚度针对不同颜色的光均具有较低的反射率，从而增加对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
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。
参照图3，图3是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图。所述图像传感器的形成方法可以包括步骤S21至步骤S23：
步骤S21：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有像素器件；
步骤S22：形成覆盖所述半导体衬底的防反射薄膜；
步骤S23：形成滤光器矩阵，所述滤光器矩阵堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器，其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。
下面结合图4至图6对上述各个步骤进行说明。
图4至图6是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图。
参照图4，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200内具有像素器件202，在所述半导体衬底的表面形成第二介质层211与高介电常数层212的堆叠层210。
其中，所述像素器件202可以位于所述半导体衬底200内，所述堆叠层210可以位于所述半导体衬底200的表面。
需要指出的是，在本发明实施例的另一种具体实施方式中，所述堆叠层210还可以包括第三介质层212。
具体地，所述半导体衬底200可以为硅衬底，或者所述半导体衬底200的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等适当的应用于图像传感器的材料，所述半导体衬底200还可以为绝缘体表面的硅衬底或者绝缘体表面的锗衬底，或者是生长有外延层(Epitaxy layer，Epi layer)的衬底。优选地，所述半导体衬底200可以为轻掺杂的半导体衬底，且掺杂类型与漏区相反。具体地，可以通过向所述半导体衬底200进行离子注入，实现深阱掺杂(Deep Well Implant)
所述像素器件202可以包括光电二极管(Photo Diode，PD)以及像素电路，其中，所述像素电路可以包括形成选择晶体管、重置晶体管以及源随晶体管等各种适当的晶体管的器件，例如可以包括传输栅极(Transfer Gate，TG)以及浮置扩散区(Floating Diffusion，FD)。需要指出的是，在本发明实施例中，对于具体的像素电路的组成不作限制。
进一步地，在所述像素器件202的表面，还可以形成金属互连结构，所述金属互连结构可以包括多层金属层，所述多层金属层之间可以通过通孔连接且通过层间介质层分离。
所述堆叠层210的第二介质层211和/或第三介质层213的材料可以选自：氧化硅、氮化硅。
其中，所述氧化硅例如可以为SiO2，所述氮化硅例如可以为Si3N4。
所述高介电(High-K)常数层212可以用于防止电荷渗入半导体衬底200以形成暗电流，例如可以采用二氧化铪(HfO2)形成。
参照图5，形成覆盖所述半导体衬底200的防反射薄膜。
其中，所述防反射薄膜可以包括对应于红色滤光器的防反射薄膜221，对应于绿色滤光器的防反射薄膜222以及对应于蓝色滤光器的防反射薄膜223。且所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域可以具有不同的厚度，且所述厚度可以根据对应的滤光器的颜色波长确定。
进一步地，所述形成覆盖所述半导体衬底的防反射薄膜可以包括：形成覆盖所述半导体衬底的初始防反射薄膜；分别形成多层掩膜层，所述多层掩膜层分别露出不同颜色的滤光器的区域；分别以所述多层掩膜层为掩膜，对初始防反射薄膜进行多次刻蚀，以形成对应于不同颜色的滤光器的区域的防反射薄膜。
需要指出的是，对应于不同颜色的滤光器的区域的防反射薄膜的形成顺序，在本发明实施例中不作限制。以形成三种厚度的防反射薄膜为例，可以先形成对应于红色滤光器的防反射薄膜221，再形成对应于绿色滤光器的防反射薄膜222，然后再形成对应于蓝色滤光器的防反射薄膜223；还可以以其他顺序形成上述三种厚度的防反射薄膜。
具体地，可以形成覆盖所述半导体衬底的初始防反射薄膜；然后形成第一层掩膜层(Photo Resist，PR)，露出第一种颜色的滤光器区域(例如为红色滤光器的区域)；然后以所述第一层掩膜层为掩膜，对初始防反射薄膜进行刻蚀，以形成对应于红色滤光器的区域的防反射薄膜221。
进一步地，去除第一层掩膜层，形成第二层掩膜层，露出第二种颜色的滤光器区域(例如为绿色滤光器的区域)；然后以所述第二层掩膜层为掩膜，对初始防反射薄膜进行刻蚀，以形成对应于绿色滤光器的区域的防反射薄膜222。
进一步地，去除第二层掩膜层，形成第三层掩膜层，露出第三种颜色的滤光器区域(例如为蓝色滤光器的区域)；然后以所述第三层掩膜层为掩膜，对初始防反射薄膜进行刻蚀，以形成对应于蓝色滤光器的区域的防反射薄膜223。
其中，对应于红色滤光器的区域的防反射薄膜221的厚度为红光波长的1/4的奇数倍；对应于绿色滤光器的区域的防反射薄膜222厚度为绿光波长的1/4的奇数倍；对应于蓝色滤光器的区域的防反射薄膜223厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍。
以对应于绿色滤光器的区域的防反射薄膜222为例，由于绿光波长通常为500nm～560nm，则可以选择防反射薄膜222厚度为125nm～140nm，或者为125nm～140nm的奇数倍。
在本发明实施例中，通过设置所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度为绿光波长的1/4的奇数倍，所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度为红光波长的1/4的奇数倍，所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍，可以使防反射薄膜的厚度针对不同颜色的光线的反射率在理论上降到最低，从而进一步地增加对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
更进一步地，对应于红色滤光器的区域的防反射薄膜221的厚度可以大于对应于绿色滤光器的区域的防反射薄膜222的厚度，对应于绿色滤光器的区域的防反射薄膜222的厚度可以大于对应于蓝色滤光器的区域的防反射薄膜223的厚度。
在本发明实施例中，通过设置所述防反射薄膜221对应于红色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜222对应于绿色滤光器的区域的厚度，所述防反射薄膜222对应于绿色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜223对应于蓝色滤光器的区域的厚度，由于红光波长大于绿光波长，绿光波长大于蓝光波长，有助于通过设置防反射薄膜221的厚度最大，防反射薄膜223的厚度最小，实现增加对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
优选地，可以通过设置所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域的厚度为对应的滤光器的颜色波长的1/4，或者为对应的滤光器的颜色波长的1/4的相同倍数。
更具体地，以对应于绿色滤波器区域的防反射薄膜222和对应于蓝色滤波器区域的防反射薄膜223为例，由于绿光波长通常为500nm～560nm，则防反射薄膜222的厚度可以为125nm～140nm，或者375nm～420nm；由于蓝光波长通常为450～480nm，则防反射薄膜223的厚度可以为113nm～120nm，或者339nm～360nm。可以看出，当防反射薄膜222的厚度为125nm～140nm，而防反射薄膜223的厚度为339nm～360nm时，高低差值过大，容易对后续工艺的品质产生影响。
在本发明实施例中，通过设置所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域的厚度为对应的滤光器的颜色波长的1/4，可以使得防反射薄膜的高低差较小，且使防反射薄膜的厚度针对不同颜色的光均具有较低的反射率，从而增加对不同的光线的吸收效果。
进一步地，所述防反射薄膜的材料可以选自：氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝、氮化钛以及二氧化铪。
参照图6，在所述防反射薄膜的表面形成第一介质层230，且所述第一介质层230的表面与所述半导体衬底200平行。
在本发明实施例中，通过在所述防反射薄膜的表面形成第一介质层230，可以在设置多个防反射薄膜具有不同厚度之后，避免由于多个防反射薄膜的表面不平，影响滤光器矩阵的效果，提高半导体器件的品质。
结合参照图7和图8，图7是本发明实施例中一种图像传感器的俯视图；图8是图7中沿切割线B1-B2的剖面图。
形成滤光器矩阵，所述滤光器矩阵堆叠于所述第一介质层230上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器。
所述滤光器矩阵可以包括多个最小重复单元240，以拜耳滤光器阵列为例，每个最小重复单元240可以包含四个滤光器，分别为红色滤光器241、绿色滤光器242、绿色滤光器243以及蓝色滤光器244。
需要指出的是，虽然图中以包含4个最小重复单元240为例进行描述，在本发明实施例中，对于最小重复单元240的重复个数不作限制，对于每个最小重复单元240中的各个滤光器的放置位置及顺序也不作限制。
所述滤光器矩阵可以位于所述半导体衬底200的正面，还可以位于所述半导体衬底200的背面。在图8示出的背照式CIS中，所述滤光器矩阵位于所述半导体衬底200的背面。
具体而言，在现有技术中，CIS可以包括前照式(Front-side Illumination，FSI)CIS和后照式CIS，所述后照式CIS也可以称为背照式CIS。在前照式CIS中，光线从半导体衬底的正面照射到光电二极管上产生光生载流子，进而形成电信号。在背照式CIS中，光线从半导体衬底的背面照射到光电二极管上产生光生载流子，进而形成电信号。
进一步地，各个滤光器之间可以采用格栅结构250隔开。所述格栅结构250可以为网格状，可以具有多个网格开口，各个滤光器位于所述格栅结构250的网格开口内。其中，所述格栅结构250可以为金属格栅结构。
进一步地，所述图像传感器还可以包括透镜结构260，所述透镜结构260可以用于获取入射光。
在本发明实施例中，通过设置防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定，相比于现有技术中防反射薄膜的厚度一致且仅适用于绿光，对于红光以及蓝光会有较大的反射率，采用本发明实施例的方案，有助于使防反射薄膜的厚度针对不同颜色的光均具有较低的反射率，从而增加对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
参照图9，图9是本发明实施例中不同的光线波长与折射率的关系示意图。
具体地，以所述防反射薄膜的材料为氮化硅(Si3N4)为例，得到如图9所示的曲线。光线波长越长，折射率n值越小。
参照图10，图10是本发明实施例中一种防反射薄膜的光线传播示意图。
如图所示，光线自防反射薄膜的上表面射入，在防反射薄膜的上表面和下表面分别进行反射，光程差δ可以采用下述公式确定：
其中，δ用于表示光程差，e用于表示防反射薄膜的厚度，n用于表示折射率，i用于表示入射角，λ用于表示光线波长，k为整数。
具体地，δ用于表示增透膜上表面和下表面反射光的光程差，所述光程差与波长的关系可以反映出反射光是增强还是减弱。
根据上述公式可知，通过设置所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域的厚度为对应的滤光器的颜色波长的1/4，或者为对应的滤光器的颜色波长的1/4的相同倍数，有助于降低光线的反射强度，从而增加对不同的光线的吸收效果，提高输出图像的色彩饱和度。
在本发明实施例中，还提供一种图像传感器，如图8所示，包括
半导体衬底200；
像素器件202，位于所述半导体衬底200内；
防反射薄膜，覆盖所述半导体衬底200；
滤光器矩阵，堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器，其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。
进一步地，所述不同颜色的滤光器包括绿色滤光器242、红色滤光器241以及蓝色滤光器243，其中，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器242的区域的厚度为绿光波长的1/4的奇数倍；所述防反射薄膜对应于红色滤光器241的区域的厚度为红光波长的1/4的奇数倍；所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器243的区域的厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍。
更进一步地，所述防反射薄膜对应于红色滤光器241的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于绿色滤光器242的区域的厚度，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器242的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器243的区域的厚度。
所述图像传感器还可以包括：第一介质层230，覆盖所述防反射薄膜，且所述第一介质层230的表面与所述半导体衬底200的表面平行；其中，所述滤光器矩阵位于所述第一介质层230的表面。
所述图像传感器还可以包括：堆叠层210，所述堆叠层210位于所述半导体衬底200的表面，所述堆叠层210可以包括堆叠的第二介质层211与高介电常数层212，其中，所述防反射薄膜可以位于所述堆叠层210的表面。
关于该图像传感器的原理、具体实现和有益效果请参照前文及图3至图10示出的关于图像传感器的形成方法的相关描述，此处不再赘述。
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。
Claims (11)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底；
像素器件，位于所述半导体衬底内；
防反射薄膜，覆盖所述半导体衬底；
滤光器矩阵，堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器；
其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述不同颜色的滤光器包括绿色滤光器、红色滤光器以及蓝色滤光器，
其中，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度为绿光波长的1/4的奇数倍；
所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度为红光波长的1/4的奇数倍；
所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
第一介质层，覆盖所述防反射薄膜，且所述第一介质层的表面与所述半导体衬底的表面平行；
其中，所述滤光器矩阵位于所述第一介质层的表面。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：
堆叠层，所述堆叠层位于所述半导体衬底的表面，所述堆叠层包括堆叠的第二介质层与高介电常数层；
其中，所述防反射薄膜位于所述堆叠层的表面。
6.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有像素器件；
形成覆盖所述半导体衬底的防反射薄膜；
形成滤光器矩阵，所述滤光器矩阵堆叠于所述防反射薄膜上，每个所述滤光器矩阵包括多种不同颜色的滤光器；
其中，所述防反射薄膜对应于不同颜色的滤光器的区域具有不同的厚度，且所述厚度根据对应的滤光器的颜色波长确定。
7.根据权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述形成覆盖所述半导体衬底的防反射薄膜包括：
形成覆盖所述半导体衬底的初始防反射薄膜；
分别形成多层掩膜层，所述多层掩膜层分别露出不同颜色的滤光器的区域；
分别以所述多层掩膜层为掩膜，对初始防反射薄膜进行多次刻蚀，以形成对应于不同颜色的滤光器的区域的防反射薄膜。
8.根据权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述不同颜色的滤光器包括绿色滤光器、红色滤光器以及蓝色滤光器，
其中，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度为绿光波长的1/4的奇数倍；
所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度为红光波长的1/4的奇数倍；
所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度为蓝光波长的1/4的奇数倍。
9.根据权利要求8所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述防反射薄膜对应于红色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度，所述防反射薄膜对应于绿色滤光器的区域的厚度大于所述防反射薄膜对应于蓝色滤光器的区域的厚度。
10.根据权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：
在所述防反射薄膜的表面形成第一介质层，且所述第一介质层的表面与所述半导体衬底的表面平行；
其中，所述滤光器矩阵位于所述第一介质层的表面。
11.根据权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：
在所述半导体衬底的表面形成第二介质层与高介电常数层的堆叠层；
其中，所述防反射薄膜位于所述堆叠层的表面。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810703456.2A CN108807441A (zh) | 2018-06-29 | 2018-06-29 | 图像传感器及其形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810703456.2A CN108807441A (zh) | 2018-06-29 | 2018-06-29 | 图像传感器及其形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108807441A true CN108807441A (zh) | 2018-11-13 |
Family
ID=64073553
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810703456.2A Pending CN108807441A (zh) | 2018-06-29 | 2018-06-29 | 图像传感器及其形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108807441A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110061020A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-26 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法、工作方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1617348A (zh) * | 2003-11-10 | 2005-05-18 | 松下电器产业株式会社 | 固体摄像装置及其制造方法 |
| CN101211946A (zh) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器和其制造方法 |
| CN102110695A (zh) * | 2009-11-06 | 2011-06-29 | 索尼公司 | 固体摄像器件、其制造方法和设计方法以及电子装置 |
| CN108010930A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-08 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及形成图像传感器的方法 |
-
2018
- 2018-06-29 CN CN201810703456.2A patent/CN108807441A/zh active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1617348A (zh) * | 2003-11-10 | 2005-05-18 | 松下电器产业株式会社 | 固体摄像装置及其制造方法 |
| CN101211946A (zh) * | 2006-12-27 | 2008-07-02 | 东部高科股份有限公司 | 图像传感器和其制造方法 |
| CN102110695A (zh) * | 2009-11-06 | 2011-06-29 | 索尼公司 | 固体摄像器件、其制造方法和设计方法以及电子装置 |
| CN108010930A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-05-08 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及形成图像传感器的方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110061020A (zh) * | 2019-04-25 | 2019-07-26 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法、工作方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7875918B2 (en) | Multilayer image sensor pixel structure for reducing crosstalk | |
| US8283195B2 (en) | Method of manufacture of a backside illuminated image sensor | |
| Tournier et al. | Pixel-to-pixel isolation by deep trench technology: application to CMOS image sensor | |
| US8587081B2 (en) | Back side illuminated image sensor with back side pixel substrate bias | |
| CN105428381B (zh) | 固体摄像装置及其制造方法以及电子设备 | |
| KR101489038B1 (ko) | 개선된 반사성의 이미지 센서용 광학 그리드를 위한 방법 및 장치 | |
| KR102051634B1 (ko) | 배면 조명 이미지 센서 및 그 제조 방법 | |
| KR101443438B1 (ko) | 후방 조명식 ｃｍｏｓ 이미지 센서 | |
| CN102148231B (zh) | 具有外延自对准光传感器的图像传感器 | |
| CN105185800B (zh) | 互补金属氧化物半导体图像传感器及其制造方法 | |
| CN104508821A (zh) | 固态成像装置、制造固态成像装置的方法和电子设备 | |
| TW202139450A (zh) | 改良影像感測器串擾之方法及結構 | |
| US20150155320A1 (en) | Mechanisms for forming image sensor device | |
| CN106252369A (zh) | 摄像装置和电子设备 | |
| CN109192742A (zh) | 背照式图像传感器及其形成方法 | |
| CN112331684B (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
| CN204946902U (zh) | 互补金属氧化物半导体图像传感器 | |
| CN109166871A (zh) | 图像传感器及其制作方法 | |
| US8951826B2 (en) | Method for increasing photodiode full well capacity | |
| CN109616487A (zh) | 背照式图像传感器及其制造方法 | |
| CN108807441A (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
| US9379275B2 (en) | Apparatus and method for reducing dark current in image sensors | |
| CN109300927A (zh) | 图像传感器及其形成方法 | |
| US8652868B2 (en) | Implanting method for forming photodiode | |
| CN108962933A (zh) | 图像传感器及其形成方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20181113 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |