CN109244095A - Bsi图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种BSI图像传感器及其形成方法，所述BSI图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底的正面形成有逻辑器件；多个光电转换块，位于所述半导体衬底的背面，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，其中，不同的光电转换层经由所述连接结构电连接至不同的逻辑器件。本发明方案可以形成更多的光生载流子，减少对半导体衬底的损伤，降低生产成本，减少工艺复杂度。
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BSI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，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、像素器件以及在半导体衬底的表面形成金属互连结构，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网格状的格栅(Grid)，在所述格栅之间的网格内形成滤光镜(Color Filter)矩阵等。
然而，在现有技术中，采用离子注入工艺形成像素器件中的光电二极管(PhotoDiode，PD)，容易对半导体衬底产生损伤，并且手动像素器件的尺寸限制，光电二极管的尺寸往往较小，导致形成的光生载流子较少；并且在形成滤光镜矩阵的过程中，由于滤光镜的原材料价格昂贵，导致生产成本较高。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种BSI图像传感器及其形成方法，可以形成更多的光生载流子，减少对半导体衬底的损伤，降低生产成本，减少工艺复杂度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种BSI图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底的正面形成有逻辑器件；多个光电转换块，位于所述半导体衬底的背面，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，其中，不同的光电转换层经由所述连接结构电连接至不同的逻辑器件。
可选的，所述至少三层光电转换结构包括：红光光电转换结构，位于所述半导体衬底的背面；绿光光电转换结构，堆叠于所述红光光电转换结构；蓝光光电转换结构，堆叠于所述绿光光电转换结构。
可选的，所述蓝光光电转换结构中的连接结构贯穿所述绿光光电转换结构和红光光电转换结构；所述绿光光电转换结构中的连接结构贯穿所述红光光电转换结构。
可选的，所述光电转换层包括：耗尽层以及堆叠于所述耗尽层的激发层，所述耗尽层和激发层的掺杂类型相反，所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同。
可选的，耗尽层以及堆叠于所述耗尽层的激发层，所述耗尽层和激发层的掺杂类型相反，所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同。
可选的，所述激发层与所述连接结构的材料相同。
可选的，所述激发层、耗尽层以及所述连接结构的材料选自：无定形硅、多晶硅、氮化镓、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓以及镓化铟。
可选的，所述连接结构包括：连接沟槽；隔离薄膜，覆盖所述连接沟槽的内壁；填充材料，填充于所述连接沟槽内，所述隔离薄膜位于所述填充材料与所述连接沟槽的内壁之间。
可选的，所述的BSI图像传感器还包括：导通结构，位于所述连接结构底部的半导体衬底内，且与所述连接结构接触；其中，所述连接结构经由所述导通结构与对应的逻辑器件电连接。
可选的，所述导通结构的材料为锗化硅。
可选的，所述逻辑器件包括MOS晶体管，所述MOS晶体管的源区具有金属硅化物，所述导通结构与所述金属硅化物接触。
可选的，相邻的光电转换结构之间具有绝缘层。
可选的，所述的BSI图像传感器还包括：隔离栅格，位于所述半导体衬底的背面，各个光电转换块之间由所述隔离栅格隔离。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种BSI图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底的正面形成有逻辑器件；在所述半导体衬底的背面形成多个光电转换块，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构；其中，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，不同的光电转换层经由所述连接结构电连接至不同的逻辑器件。
可选的，在所述半导体衬底的背面，形成多个光电转换块包括：在所述半导体衬底的背面，形成红光光电转换结构；形成绿光光电转换结构，所述绿光光电转换结构堆叠于所述红光光电转换结构；形成蓝光光电转换结构，所述蓝光光电转换结构堆叠于所述绿光光电转换结构。
可选的，所述蓝光光电转换结构中的连接结构贯穿所述绿光光电转换结构和红光光电转换结构；所述绿光光电转换结构中的连接结构贯穿所述红光光电转换结构。
可选的，所述光电转换层的形成方法包括：形成耗尽层；形成堆叠于所述耗尽层的激发层；其中，所述耗尽层和激发层的掺杂类型相反，所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同。
可选的，所述耗尽层和激发层的材料相同。
可选的，所述激发层与所述连接结构的材料相同。
可选的，所述激发层、耗尽层以及所述连接结构的材料选自：无定形硅、多晶硅、氮化镓、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓以及镓化铟。
可选的，所述连接结构的形成方法包括：形成连接沟槽；形成隔离薄膜，所述隔离薄膜覆盖所述连接沟槽的内壁；采用填充材料在所述连接沟槽内进行填充，所述隔离薄膜位于所述填充材料与所述连接沟槽的内壁之间。
可选的，在所述半导体衬底的背面形成多个光电转换块之前，所述BSI图像传感器的形成方法还包括：在所述半导体衬底内形成导通结构，且所述导通结构与所述逻辑器件电连接；其中，所述连接结构的底部与所述导通结构接触，并经由所述导通结构与对应的逻辑器件电连接。
可选的，所述导通结构的材料为锗化硅。
可选的，所述逻辑器件包括MOS晶体管，所述MOS晶体管的源区具有金属硅化物，所述导通结构与所述金属硅化物接触。
可选的，相邻的光电转换结构之间具有绝缘层。
可选的，各个光电转换块之间由隔离栅格隔离。
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，采用堆叠的至少三层光电转换结构中的光电转换层生成光生载流子，然后通过连接结构将所述光生载流子传输至所述逻辑器件，可以不依赖于光电二极管以及滤光镜，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，由于光电转换层的表面尺寸可以大于现有技术中的光电二极管的尺寸，有助于形成更多的光生载流子，且相比于现有技术中采用离子注入的方式形成光电二极管，有助于减少对半导体衬底的损伤。此外，由于不需要形成滤光镜，还有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
进一步，在本发明实施例中，光电转换层包括耗尽层以及堆叠于所述耗尽层的激发层，有助于使激发层与耗尽层形成P-N结，从而形成光生载流子，并且所述耗尽层可以对光生载流子的移动方向进行限制和阻隔，有助于促使光生载流子沿预设的连接结构方向移动。
进一步，在本发明实施例中，设置所述耗尽层和激发层的材料相同，有助于在后续刻蚀绿光连接沟槽及蓝光连接沟槽时降低刻蚀复杂度。
进一步，在本发明实施例中，设置所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同且材料相同，可以在同一步沉积工艺中对激发层与连接结构进行沉积，有助于降低工艺步骤的数目，从而降低成本。
进一步，在本发明实施例中，通过设置所述导通结构的材料为锗化硅，在连接各种光线的光电转换层和逻辑器件的过程中，相比于将各种光线的连接结构直接与逻辑器件连接，由于MOS晶体管的源区具有金属硅化物，且金属硅化物与硅之间的刻蚀比较低，容易导致发生金属硅化物的过刻蚀；采用本发明实施例的方案，可以利用SiGe与半导体衬底之间具有高刻蚀选择比，实现采用导通结构的表面作为刻蚀停止层(Stop Layer)，提高对刻蚀过程的管控；更进一步地，由于不采用金属材料，还可以有效地避免产生金属污染，提高BSI图像传感器的质量，特别是提高光电转换层的品质。
进一步，在本发明实施例中，设置相邻的光电转换结构之间具有绝缘层，有助于对各组光电转换结构之间进行有效隔离，防止不同光电转换层之间产生光电子干扰，有助于提高图像的清晰度。
附图说明
图1是本发明实施例中一种BSI图像传感器的形成方法的流程图；
图2至图10是本发明实施例中一种BSI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11是本发明实施例中一种BSI图像传感器的顶视图；
图12是本发明实施例中另一种BSI图像传感器的器件剖面结构示意图。
具体实施方式
在现有的BSI图像传感器的制造技术中，存在着形成的光生载流子较少、半导体衬底容易产生离子注入损伤以及生产成本较高等问题。
本发明的发明人经过研究发现，在现有技术中，采用离子注入工艺形成像素器件中的光电二极管，容易对半导体衬底产生损伤，并且受到像素器件的尺寸限制，光电二极管的尺寸往往较小，导致形成的光生载流子较少；并且在形成滤光镜矩阵的过程中，由于滤光镜的原材料价格昂贵，导致生产成本较高。
在本发明实施例中，采用堆叠的至少三层光电转换结构中的光电转换层生成光生载流子，然后通过连接结构将所述光生载流子传输至所述逻辑器件，可以不依赖于光电二极管以及滤光镜，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，由于光电转换层的表面尺寸可以大于现有技术中的光电二极管的尺寸，有助于形成更多的光生载流子，且相比于现有技术中采用离子注入的方式形成光电二极管，有助于减少对半导体衬底的损伤。此外，由于不需要形成滤光镜，还有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
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。
图1是本发明实施例中一种BSI图像传感器的形成方法的流程图。所述BSI图像传感器的形成方法可以包括步骤S11至步骤S12：
步骤S11：提供半导体衬底，所述半导体衬底的正面形成有逻辑器件；
步骤S12：在所述半导体衬底的背面，形成多个光电转换块，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构，其中，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，不同的光电转换层经由所述连接结构电连接至不同的逻辑器件。
下面结合图2至图10对上述各个步骤进行说明。
图2至图10是本发明实施例中一种BSI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2，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100的正面形成有逻辑器件110。
具体地，所述半导体衬底100可以为硅衬底，或者所述半导体衬底100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100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100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100进行离子注入，实现深阱掺杂(Deep Well Implant)。
需要指出的是，所述半导体衬底100还可以包括位于所述半导体衬底100的表面的结构，例如栅极结构、金属互连结构，并不限于所述半导体衬底100的表面以内的部分。
其中，所述逻辑器件110可以包括浅槽隔离结构111、浮置扩散区112、栅极结构113以及源漏掺杂区114。其中，所述浮置扩散区112、栅极结构113以及源漏掺杂区114可以属于所述逻辑器件110的功能区，例如为所述逻辑器件的MOS晶体管，所述浅槽隔离结构111可以用于隔离相邻的功能区。
参照图3，在所述半导体衬底100内形成导通结构120，且所述导通结构120与所述逻辑器件110电连接。
具体地，先形成介质层121，所述介质层121覆盖所述逻辑器件110，进而在所述介质层121的表面形成图形化的掩膜层(图未示)，以所述掩膜层为掩膜刻蚀所述介质层121，以形成导通结构沟槽(图未示)，进而填充导通结构120的材料，然后采用平坦化工艺对所述导通结构120的材料进行平坦化，以暴露出介质层121的表面。
进一步地，所述逻辑器件110可以包括MOS晶体管，所述MOS晶体管的源漏掺杂区114可以具有金属硅化物，所述导通结构120可以与所述MOS晶体管的源区的金属硅化物接触。
优选地，所述金属硅化物的材料可以为镍化硅。
在本发明实施例中，通过设置导通结构120与所述MOS晶体管的源区的金属硅化物接触，可以实现导通结构120与所述逻辑器件110的电连接，有助于在后续形成连接结构后，使得连接结构的底部与所述导通结构120接触，并经由所述导通结构120与对应的逻辑器件110电连接。
参照图4，形成金属互连结构115，所述金属互连结构115可以与所述逻辑器件110连接。
进一步地，将所述半导体衬底100(也即器件晶圆，Device Wafer)与承载晶圆(Carrier Wafer)进行键合，然后自背面对所述半导体衬底100进行减薄至预设厚度。
参照图5，在所述半导体衬底100的背面，形成红光绝缘层131、红光耗尽层132、图形化的红光掩膜层161，进而以所述红光掩膜层161为掩膜，刻蚀所述红光耗尽层132以及红光绝缘层131，以形成红光连接沟槽139。
具体地，所述红光绝缘层131的材料可以选自：氧化硅、氮化硅。
在本发明实施例中，设置半导体衬底100的背面与红光耗尽层132之间具有红光绝缘层131，有助于防止红光光电转换结构与半导体衬底100之间产生光电子干扰。
具体地，所述红光耗尽层132的材料可以选自：无定形硅、多晶硅、氮化镓、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓以及镓化铟。优选地，可以采用无定形硅或者多晶硅作为所述红光耗尽层132的材料，以更好地满足成本和品质需求。
进一步地，所述红光耗尽层132的掺杂类型可以采用P型掺杂，例如采用硼离子作为所述红光耗尽层132的掺杂离子。
更具体地，可以在所述红光绝缘层131的表面，采用所述红光耗尽层132的材料作为反应源与P型掺杂源进行掺杂沉积反应，形成所述红光耗尽层132。
需要指出的是，在红光连接沟槽139的内壁可以形成隔离薄膜(图未示)，从而在填充后，有助于降低填充材料的光生载流子扩散至所述半导体衬底100的可能性，提高隔离效果。
优选地，可以采用原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)工艺形成所述隔离薄膜，由于ALD工艺通常用于进行原子尺度可控的薄膜生长，对所述隔离薄膜的均匀度控制更好，并且，由于ALD工艺是以单原子膜形式一层一层沉积形成薄膜，相比于其他沉积工艺，具有更强的填隙能力，可以满足较深的沟槽内的深宽比的需求。
进一步地，所述红光连接沟槽139的底部与所述导通结构120接触，以在形成红光连接结构之后，使所述红光连接结构经由所述导通结构120与对应的逻辑器件110电连接。
其中，所述导通结构120的材料可以选自导电材料。
优选地，所述导通结构120的材料可以为锗化硅(SiGe)。
在本发明实施例中，通过设置所述导通结构120的材料为锗化硅，在连接各种光线的光电转换层和逻辑器件110的过程中，相比于将各种光线的连接结构直接与逻辑器件110连接，由于MOS晶体管的源区具有金属硅化物，且金属硅化物与硅之间的刻蚀比较低，容易导致发生金属硅化物的过刻蚀；采用本发明实施例的方案，可以利用SiGe与半导体衬底100之间具有高刻蚀选择比，实现采用导通结构120的表面作为刻蚀停止层(Stop Layer)，提高对刻蚀过程的管控；更进一步地，由于不采用金属材料，还可以有效地避免产生金属污染，提高BSI图像传感器的质量，特别是提高光电转换层的品质。
参照图6，形成堆叠于所述红光耗尽层132的红光激发层133以及红光连接结构134。
具体地，可以在所述红光连接沟槽139内以及红光耗尽层132的表面，采用所述红光激发层133的材料作为反应源与N型掺杂源进行掺杂沉积反应，以在红光耗尽层132的表面形成所述红光激发层133，在所述红光连接沟槽139内形成红光连接结构134。
具体地，所述红光激发层133的材料可以选自：无定形硅、多晶硅、氮化镓、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓以及镓化铟。优选地，可以采用无定形硅或者多晶硅作为所述红光激发层133的材料，以更好地满足成本和品质需求。
进一步地，所述红光耗尽层132和红光激发层133的掺杂类型可以相反。
在本发明实施例中，通过设置所述红光耗尽层132和红光激发层133具有相反的掺杂类型，可以形成P-N结，从而可以实现光电转换功能，生成光生载流子，也即相当于现有技术中的光电二极管。
具体而言，所述红光激发层133的掺杂类型可以采用N型掺杂，例如采用磷离子以及砷离子作为所述红光激发层133的掺杂离子。
进一步地，所述红光激发层133与所述红光连接结构134的掺杂类型可以相同，材料可以相同。
在本发明实施例中，设置所述红光激发层133与所述红光连接结构134的掺杂类型相同且材料相同，可以在同一步沉积工艺中对红光激发层133与所述红光连接结构134进行沉积，有助于降低工艺步骤的数目，从而降低成本。
所述红光连接结构134的形成方法可以包括：形成红光连接沟槽139(参照图5)；形成隔离薄膜(图未示)，所述隔离薄膜覆盖所述红光连接沟槽139的内壁；采用填充材料在所述红光连接沟槽139内进行填充，所述隔离薄膜位于所述填充材料与所述红光连接沟槽139的内壁之间。
在本发明实施例的一种优选实施方式中，所述红光耗尽层132和红光激发层133的材料可以相同。
在本发明实施例中，设置所述红光耗尽层132和红光激发层133的材料相同，掺杂类型相反，有助于在后续刻蚀绿光连接沟槽及蓝光连接沟槽时降低刻蚀复杂度。
在本发明实施例中，光电转换层包括对应于不同的光线的耗尽层以及堆叠于所述耗尽层的激发层，有助于使激发层与耗尽层形成P-N结，从而形成光生载流子，并且所述耗尽层可以对光生载流子的移动方向进行限制和阻隔，有助于促使光生载流子沿预设的连接结构方向移动。
在本发明实施例的另一种具体实施方式中，还可以在形成所述红光连接沟槽139之后，先向红光连接沟槽139内进行填充，以形成红光连接结构134，再在所述红光连接结构134以及所述红光耗尽层132的表面形成红光激发层133。则可以在形成所述红光耗尽层132时，向所述红光连接沟槽139内一并进行填充，则所述红光连接结构134的材料与掺杂类型可以与所述红光耗尽层132相同，有助于降低工艺步骤的数目，从而降低成本。
具体而言，在图5示出的形成方法中，还可以在所述半导体衬底100的背面，先形成红光绝缘层131、图形化的红光掩膜层161，进而以所述红光掩膜层161为掩膜，刻蚀所述红光绝缘层131，以形成红光连接沟槽139。进一步地，向红光连接沟槽139内进行填充，以形成红光连接结构134，再在所述红光连接结构134以及所述红光耗尽层132的表面形成红光激发层133。
参照图7，形成绿光光电转换结构，所述绿光光电转换结构堆叠于所述红光光电转换结构。
具体地，所述形成绿光光电转换结构可以包括：形成绿光绝缘层141、绿光耗尽层142、图形化的绿光掩膜层(图未示)，进而以所述绿光掩膜层为掩膜，刻蚀所述绿光耗尽层142以及绿光绝缘层141，以形成绿光连接沟槽(图未示)，进而形成堆叠于所述绿光耗尽层142的绿光激发层143以及绿光连接结构144。
进一步地，所述绿光光电转换结构中的绿光连接结构144贯穿所述红光光电转换结构，且与对应的导通结构120接触，经由所述导通结构120与对应的逻辑器件110电连接。
在具体实施中，有关形成绿光光电转换结构的更多详细内容请参照前文以及图5至图6示出的形成红光光电转换结构的描述进行执行，此处不再赘述。
参照图8，形成蓝光光电转换结构，所述蓝光光电转换结构堆叠于所述绿光光电转换结构。
具体地，所述形成蓝光光电转换结构可以包括：形成蓝光绝缘层151、蓝光耗尽层152、图形化的蓝光掩膜层(图未示)，进而以所述蓝光掩膜层为掩膜，刻蚀所述蓝光耗尽层152以及蓝光绝缘层151，以形成蓝光连接沟槽(图未示)，进而形成堆叠于所述蓝光耗尽层152的蓝光激发层153以及蓝光连接结构154。
进一步地，所述蓝光光电转换结构中的蓝光连接结构154贯穿所述绿光光电转换结构和红光光电转换结构，且与对应的导通结构120接触，经由所述导通结构120与对应的逻辑器件110电连接。
在具体实施中，有关形成蓝光光电转换结构的更多详细内容请参照前文以及图5至图6示出的形成红光光电转换结构的描述进行执行，此处不再赘述。
在本发明实施例中，设置相邻的光电转换结构之间具有绝缘层，有助于对各组光电转换结构之间进行有效隔离，防止不同光电转换层之间产生光电子干扰，有助于提高图像的清晰度。
参照图9，形成图形化的栅格掩膜层162，以所述栅格掩膜层162为掩膜，对所述蓝光光电转换结构、绿光光电转换结构、红光光电转换结构中的叠层以及所述半导体衬底110进行刻蚀，以获得栅格沟槽171。
其中，所述蓝光光电转换结构的叠层可以包括蓝光绝缘层151、蓝光耗尽层152以及蓝光激发层153，所述绿光光电转换结构的叠层可以包括绿光绝缘层141、绿光耗尽层142以及绿光激发层143，所述红光光电转换结构的叠层可以包括红光绝缘层131、红光耗尽层132以及红光激发层133。
参照图10，在所述栅格沟槽171(参照图9)内填充栅格材料，以形成隔离栅格170，各个光电转换块之间由所述隔离栅格170隔离。
其中，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构。
需要指出的是，所述隔离栅格170位于所述半导体衬底100的背面，并不限于所述半导体衬底100的背面表面以外，所述隔离栅格170可以贯穿所述半导体衬底100的原始提供的衬底。
进一步地，所述隔离栅格170的材料可以为介质材料或金属材料。
优选地，可以采用介质材料形成所述隔离栅格170，例如可以选自：氧化硅、氮化硅，有助于降低金属污染，提高器件品质。
在本发明实施例中，采用多个光电转换块，且每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构中的光电转换层生成光生载流子，然后通过各种光线对应的连接结构将所述光生载流子传输至所述逻辑器件110，可以不依赖于光电二极管以及滤光镜，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，由于光电转换层的表面尺寸可以大于现有技术中的光电二极管的尺寸，有助于形成更多的光生载流子，且相比于现有技术中采用离子注入的方式形成光电二极管，有助于减少对半导体衬底的损伤，进一步地，由于不需要形成滤光镜，还有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
参照图11，图11是本发明实施例中一种BSI图像传感器的顶视图。所述BSI图像传感器可以包括隔离栅格170以及光电转换块180。
需要指出的是，所述光电转换块180与所述隔离栅格170的数目与尺寸不受到图11示出的示意图的限制。
参照图12，图12是本发明实施例中另一种BSI图像传感器的器件剖面结构示意图。
所述另一种BSI图像传感器可以在图10示出的BSI图像传感器的基础上，形成衬垫(Pad)结构181以及铝垫通孔(Via)182。
在本发明实施例中，通过设置衬垫结构181以及铝垫通孔182，可以使所述BSI图像传感器提供衬垫测量等功能，从而与传统的BSI图像传感器的测量仪器适配。
其中，所述衬垫结构181的材料可以为铝金属。
在本发明实施例中，还提供了一种BSI图像传感器，如图10所示，可以包括：半导体衬底100，所述半导体衬底100的正面形成有逻辑器件110；多个光电转换块，位于所述半导体衬底100的背面，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，其中，不同的光电转换层经由所述连接结构电连接至不同的逻辑器件110。
进一步地，所述至少三层光电转换结构可以包括：红光光电转换结构，位于所述半导体衬底100的背面；绿光光电转换结构，堆叠于所述红光光电转换结构；蓝光光电转换结构，堆叠于所述绿光光电转换结构。
进一步地，所述蓝光光电转换结构中的蓝光连接结构154可以贯穿所述绿光光电转换结构和红光光电转换结构；所述绿光光电转换结构中的绿光连接结构144可以贯穿所述红光光电转换结构。
进一步地，所述光电转换层可以包括：耗尽层以及堆叠于所述耗尽层的激发层，所述耗尽层和激发层的掺杂类型相反，所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同。
进一步地，所述耗尽层和激发层的材料可以相同。
进一步地，所述激发层与所述连接结构的材料可以相同。
进一步地，所述激发层、耗尽层以及所述连接结构的材料可以选自：无定形硅、多晶硅、氮化镓、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓以及镓化铟。
进一步地，所述连接结构可以包括：连接沟槽；隔离薄膜，覆盖所述连接沟槽的内壁；填充材料，填充于所述连接沟槽内，所述隔离薄膜位于所述填充材料与所述连接沟槽的内壁之间。
进一步地，所述的BSI图像传感器还可以包括：导通结构120，位于所述连接结构底部的半导体衬底100内，且与所述连接结构接触，其中，所述连接结构经由所述导通结构120与对应的逻辑器件110电连接。
进一步地，所述导通结构120的材料可以为锗化硅。
进一步地，所述逻辑器件110可以包括MOS晶体管，所述MOS晶体管的源区具有金属硅化物，所述导通结构120可以与所述金属硅化物接触。
进一步地，相邻的光电转换结构之间可以具有绝缘层。
进一步地，所述的BSI图像传感器还可以包括：隔离栅格170，位于所述半导体衬底100的背面，各个光电转换块之间由所述隔离栅格170隔离。
关于该BSI图像传感器的原理、具体实现和有益效果请参照前文及图1至图12示出的关于BSI图像传感器的形成方法的相关描述，此处不再赘述。
需要指出的是，在通过蓝光光电转换结构、绿光光电转换结构以及红光光电转换结构传输至逻辑器件的光电子中，可能混合有其他颜色的光线产生的光电子，在具体实施中，可以通过计算，根据每层光电转换层的厚度，确定各种光线产生的光电子的比例，进而确定各种光线对应的电信号的参数值(例如电流值)，从而更准确地确定结果。
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 (26)
1.一种BSI图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底的正面形成有逻辑器件；
多个光电转换块，位于所述半导体衬底的背面，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，其中，不同的光电转换层经由所述连接结构电连接至不同的逻辑器件。
2.根据权利要求1所述的BSI图像传感器，其特征在于，所述至少三层光电转换结构包括：
红光光电转换结构，位于所述半导体衬底的背面；
绿光光电转换结构，堆叠于所述红光光电转换结构；
蓝光光电转换结构，堆叠于所述绿光光电转换结构。
3.根据权利要求2所述的BSI图像传感器，其特征在于，
所述蓝光光电转换结构中的连接结构贯穿所述绿光光电转换结构和红光光电转换结构；
所述绿光光电转换结构中的连接结构贯穿所述红光光电转换结构。
4.根据权利要求1所述的BSI图像传感器，其特征在于，所述光电转换层包括：
耗尽层以及堆叠于所述耗尽层的激发层，所述耗尽层和激发层的掺杂类型相反，所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同。
5.根据权利要求4所述的BSI图像传感器，其特征在于，所述耗尽层和激发层的材料相同。
6.根据权利要求4所述的BSI图像传感器，其特征在于，所述激发层与所述连接结构的材料相同。
7.根据权利要求4所述的BSI图像传感器，其特征在于，
所述激发层、耗尽层以及所述连接结构的材料选自：无定形硅、多晶硅、氮化镓、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓以及镓化铟。
8.根据权利要求1所述的BSI图像传感器，其特征在于，所述连接结构包括：连接沟槽；
隔离薄膜，覆盖所述连接沟槽的内壁；
填充材料，填充于所述连接沟槽内，所述隔离薄膜位于所述填充材料与所述连接沟槽的内壁之间。
9.根据权利要求1所述的BSI图像传感器，其特征在于，还包括：
导通结构，位于所述连接结构底部的半导体衬底内，且与所述连接结构接触；
其中，所述连接结构经由所述导通结构与对应的逻辑器件电连接。
10.根据权利要求9所述的BSI图像传感器，其特征在于，所述导通结构的材料为锗化硅。
11.根据权利要求9所述的BSI图像传感器，其特征在于，所述逻辑器件包括MOS晶体管，所述MOS晶体管的源区具有金属硅化物，所述导通结构与所述金属硅化物接触。
12.根据权利要求1所述的BSI图像传感器，其特征在于，相邻的光电转换结构之间具有绝缘层。
13.根据权利要求1所述的BSI图像传感器，其特征在于，还包括：
隔离栅格，位于所述半导体衬底的背面，各个光电转换块之间由所述隔离栅格隔离。
14.一种BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底的正面形成有逻辑器件；
在所述半导体衬底的背面形成多个光电转换块，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构；
其中，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，不同的光电转换层经由所述连接结构电连接至不同的逻辑器件。
15.根据权利要求14所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述半导体衬底的背面，形成多个光电转换块包括：
在所述半导体衬底的背面，形成红光光电转换结构；
形成绿光光电转换结构，所述绿光光电转换结构堆叠于所述红光光电转换结构；
形成蓝光光电转换结构，所述蓝光光电转换结构堆叠于所述绿光光电转换结构。
16.根据权利要求15所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，所述蓝光光电转换结构中的连接结构贯穿所述绿光光电转换结构和红光光电转换结构；
所述绿光光电转换结构中的连接结构贯穿所述红光光电转换结构。
17.根据权利要求14所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，所述光电转换层的形成方法包括：
形成耗尽层；
形成堆叠于所述耗尽层的激发层；
其中，所述耗尽层和激发层的掺杂类型相反，所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同。
18.根据权利要求17所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，所述耗尽层和激发层的材料相同。
19.根据权利要求17所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，所述激发层与所述连接结构的材料相同。
20.根据权利要求17所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，
所述激发层、耗尽层以及所述连接结构的材料选自：无定形硅、多晶硅、氮化镓、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓以及镓化铟。
21.根据权利要求14所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，所述连接结构的形成方法包括：
形成连接沟槽；
形成隔离薄膜，所述隔离薄膜覆盖所述连接沟槽的内壁；
采用填充材料在所述连接沟槽内进行填充，所述隔离薄膜位于所述填充材料与所述连接沟槽的内壁之间。
22.根据权利要求14所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述半导体衬底的背面形成多个光电转换块之前，还包括：
在所述半导体衬底内形成导通结构，且所述导通结构与所述逻辑器件电连接；
其中，所述连接结构的底部与所述导通结构接触，并经由所述导通结构与对应的逻辑器件电连接。
23.根据权利要求22所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，所述导通结构的材料为锗化硅。
24.根据权利要求22所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，所述逻辑器件包括MOS晶体管，所述MOS晶体管的源区具有金属硅化物，所述导通结构与所述金属硅化物接触。
25.根据权利要求14所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，相邻的光电转换结构之间具有绝缘层。
26.根据权利要求14所述的BSI图像传感器的形成方法，其特征在于，
各个光电转换块之间由隔离栅格隔离。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| 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 | ||
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Application publication date: 20190118 |