CN109494233A - 背照式图像传感器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

一种背照式图像传感器及其形成方法，其中，所述背照式图像传感器包括：基底，所述基底包括相对的第一面和第二面，所述基底包括若干相互分立的感光区以及位于相邻感光区之间的隔离区；位于所述基底第二面表面的电路层；位于所述基底第一面表面的滤镜层，所述滤镜层的材料为电致变色材料。所述背照式图像传感器在实现全像素分辨率时入光量更大，图像质量更好。

Description

背照式图像传感器及其形成方法
技术领域
本发明涉及半导体制造和光电成像技术领域，特别涉及一种背照式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。以图像传感器作为关键零部件的产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为电荷耦合图像传感器(Charge-coupled Device ImageSensor，简称为CCD图像传感器)、互补型金属氧化物图像传感器(Complementary MetalOxide Semiconductor Image Sensor，简称为CMOS图像传感器)。CMOS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，相较于串通的CCD图像传感器更具优势，也更易普及。
由于现有的CMOS图像传感器大多采用Bayer模式的横向排布(horizontalarrangement)的彩色图像阵列，在给定传感器感光面积和像素数量的条件下，彩色图像像素阵列的各颜色通道的分辨率都低于全像素阵列的分辨率。在彩色图像像素阵列中，虽然RGB三元色中绿色通道的分辨率最高，但是也只有全像素分辨率的1/2，红色通道和蓝色通道的分辨率分别只有全像素分辨率的1/4。现有技术通过改变电压来改变滤镜层的颜色和透明状态，可以避免颜色失真的出现。
然而，现有的CMOS图像传感器存在入光量小、图像质量较差的缺点。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种背照式图像传感器及其形成方法，用以在实现全像素分辨率时入光量更大。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种背照式图像传感器，包括：基底，所述基底包括相对的第一面和第二面，所述基底包括若干相互分立的感光区以及位于相邻感光区之间的隔离区；位于所述基底第二面表面的电路层；位于所述基底第一面表面的滤镜层，所述滤镜层的材料为电致变色材料。
可选的，所述滤镜层包括沿垂直于基底表面方向上层叠的红色滤镜、绿色滤镜和蓝色滤镜。
可选的，所述电致变材料包括：无机电致变色材料和有机电致变色材料。
可选的，所述无机电致变色材料包括WO3或TiO2。
可选的，所述有机电致变色材料包括聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物或聚苯胺及其衍生物。
可选的，还包括：位于所述基底部分隔离区第一面表面的栅格，所述栅格覆盖滤镜层的侧壁表面，且位于相邻栅格底部的基底内具有至少一个感光区。
可选的，还包括：位于所述滤镜层表面的微透镜。
相应的，本发明实施例还提供上述所述背照式图像传感器的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括相对的第一面和第二面，所述基底包括若干相互分立的感光区以及位于相邻感光区之间的隔离区；在基底第二面表面形成电路层；在基底第一面表面形成滤镜层，所述滤镜层的材料为电致变色材料。
可选的，所述滤镜层的形成工艺包括：旋涂工艺。
可选的，还包括：在形成电路层之后，在形成滤镜层之前，在所述基底部分隔离区第一面表面形成栅格，且位于相邻栅格底部的基底内具有至少一个感光区。
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背照式图像传感器中，所述基底包括相对的第一面和第二面，所述基底包括若干相互分立的感光区以及位于相邻感光区之间的隔离区；位于所述基底第二面表面的电路层；位于所述基底第一面表面的滤镜层，所述滤镜层的材料为电致变色材料。在所述背照式图像传感器中，光线从背照式图像传感器的第一面直接入射到背照式图像传感器中的感光区，感光区能够将光子转化为电子，从而实现让光线首先进入感光区，减少光损失或光串扰，能够增大入光量，进而能够在实现全像素分辨率时提高背照式图像传感器的入光量。
进一步，所述基底部分隔离区第一面表面还具有栅格，且相邻的栅格底部的基底内具有至少一个感光区，从而所述栅格的数量减少，有利于在相同的面积中增大位于栅格之间的滤镜层的面积，从而能够让更多的光线进入感光区，从而增大入光量，进而能够在实现全像素分辨率时提高背照式图像传感器的入光量。
附图说明
图1是一种图像传感器的结构示意图；
图2至图6是本发明一实施例的背照式图像传感器的形成方法各步骤的结构示意图。
具体实施方式
正如背景技术所述，现有技术形成的图像传感器的入光量较差。
现结合一种图像传感器，分析所述图像传感器的入光量较差的原因：
一种图像传感器，请参考图1，包括：基底100，所述基底100包括第一面101，所述基底101内包括若干感光区A和隔离区(图中未示出)，所述隔离区位于相邻的感光区A之间，所述感光区内具有光电掺杂区110；位于基底100第一面101表面的电路层102；位于电路层102表面的滤镜层103，所述滤镜层103包括沿垂直于基底100表面方向上层叠的红色滤镜(图中未示出)、绿色滤镜(图中未示出)和蓝色滤镜(图中未示出)；相邻滤镜层103之间具有栅格104，所述滤镜层103覆盖栅格104的侧壁表面，且一个隔离区表面具有一个栅格104；位于滤镜层103表面的微透镜层105。
在上述图像传感器中，所述滤镜层104的材料为电致变色材料，通过电压控制，使红色滤镜、绿色滤镜或蓝色滤镜为透明状态或半透明状态，从而能够通过多次曝光实现全像素分辨率，避免了颜色失真。
然而，所述电路层102位于基底100第一面101表面，这就使入射光线必须经过一个较长的路程才能被感光区A内的光电掺杂区110吸收，光线衰减较大。另外，光线在传播的过程中会发生反射、折射，从而使得光产生损失，这样到达感光区A的入光量进一步减小，从而所述图像传感器形成的图形质量较差。
为解决所述技术问题，本发明提供了一种背照式图像传感器的形成方法，包括：相应的，本发明实施例还提供上述所述背照式图像传感器的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括相对的第一面和第二面，所述基底包括若干相互分立的感光区以及位于相邻感光区之间的隔离区；在基底第二面表面形成电路层；在基底第一面表面形成滤镜层，所述滤镜层的材料为电致变色材料。所述方法形成的背照式图像传感器能够增大入光量，从而改善形成的图像质量。
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6是本发明一实施例的背照式图像传感器的形成方法各步骤的结构示意图。
请参考图2，提供基底200，所述基底200包括相对的第一面201和第二面202，所述基底200包括若干相互分立的感光区A以及位于相邻感光区之间的隔离区(图中未示出)。
在本实施例中，所述基底200的材料为硅(Si)。
在其他实施例中，所述基底的材料包括锗(Ge)，硅锗(GeSi)、碳化硅、绝缘体上硅、绝缘体上锗、砷化镓或者族化合物。
在本实施例中，所述感光区A内具有光电掺杂区210。
所述光电掺杂区210的形成工艺包括第一离子注入工艺。
所述基底200包括阱区(图中未示出)，所述阱区内具有第一掺杂离子，所述光电掺杂区210内具有第二掺杂离子，所述第二掺杂离子与第一掺杂离子的导电类型相反，因此，所述光电掺杂区210与阱区形成光电二极管，所述光电二极管用于将入射光经光子转换为电子形成电信号。
在本实施例中，背照式图像传感器的像素结构的类型为N型，则第一掺杂离子为P型离子，所述第二掺杂离子为N型离子。在其他实施例中，背照式图像传感器的像素结构的类型为P型，则第一掺杂离子的类型为N型离子，所述第二掺杂离子为P型离子。所述N型离子包括：磷离子、砷离子和锑离子中的一种或多种组合；所述P型离子包括：硼离子、镓离子和铟离子中的一种或多种组合。
请参考图3，在基底200第二面202表面形成电路层203。
所述电路层203用于将经所述光电二极管光电转换的电信号传输到外围电路(图中未示出)进行处理，所述外围电路包括：4T结构和逻辑电路。
所述电路层203的材料包括：钛、铝、铜、钽、氮化钛、氮化钽和钨中的一种或者几种组合。在本实施例中，所述电路层203的材料为铜。
在本实施例中，所述电路层203设置在氧化硅材料中。在其他实施例中，所述电路层设置在氮化硅或氮氧化硅等材料中。
所述电路层203位于基底200第二面202表面，从而光线从背照式图像传感器的第一面201射入基底200时，可以直接入射到背照式图像传感器中的感光区A，感光区A内的光电掺杂区210与基底200形成的光电二极管，将入射光经光子转换为电子形成电信号，从而实现让光线首先进入背照式图像传感器中，能够增大入光量，进而能够在后续实现全像素分辨率时提高背照式图像传感器的入光量。
在形成所述电路层之后，后续形成栅格之前，还包括：在所述隔离区内形成背侧深沟槽隔离(BDTI)结构(图中未示出)，所述背侧深沟槽隔离(BDTI)结构用以实现不同感光区A内的光电掺杂区210之间的电隔离。
请参考图4，在基底200第一面201表面形成栅格204，且位于相邻栅格204底部的基底200内具有至少一个感光区A。
在本实施例中，位于相邻栅格204底部的基底200内具有1个Bayer矩阵感光区A，所述Bayer矩阵包括2x2感光区A，即位于相邻栅格204底部的基底内具有2x2光电掺杂区210。
在其他实施例中，位于相邻栅格底部的基底内具有2个Bayer矩阵的光电掺杂区。
所述栅格204的形成方法包括：在所述基底200第一面201表面沉积栅格膜(图中未示出)；在所述栅格膜表面形成第一掩膜层(图中未示出)，所述第一掩膜层暴露出一个Bayer矩阵的栅格膜表面，所述Bayer矩阵包括2x2感光区A；以所述第一掩膜层为掩膜，刻蚀所述栅格膜，直至暴露出基底200的第一面201表面，形成所述栅格204。
所述栅格204的材料包括：钨、钛或者铝等。
所述栅格204用于防止后续形成的相邻滤镜层之间发生光学串扰。
由于所述电路层203位于所述基底200的第二面202，所述电路层203不再对基底200内的感光区A和隔离区的布局具有要求，从而在基底200的第一面201形成栅格204时，相邻栅格204之间的基底200内不需要被限定具有一个感光区A。同时，由于后续形成的滤镜层为电致变色材料，不同颜色的滤镜排列方向为沿垂直于基底200表面方向上层叠的，因此，相邻感光区A之间并不会发生光的串扰，从而相邻栅格204之间的基底200内不需要被限定具有一个感光区A。基于上述情况，所述栅格204位于基底200部分隔离区第一面201表面，且相邻的栅格204底部的基底200内具有至少一个感光区A，从而所述栅格204的数量减少，有利于后续在相同的面积中增大在栅格204之间形成的滤镜层的面积，从而能够让更多的光线进入感光区A内的光电掺杂区210，从而增大入光量，进而能够在实现全像素分辨率时提高背照式图像传感器的入光量。
请参考图5，形成所述栅格204后，在所述基底200第一面201表面形成滤镜层205，所述滤镜层205覆盖栅格204的侧壁表面。
所述滤镜层205包括沿垂直于基底200表面方向上层叠的红色滤镜(图中未示出)、绿色滤镜(图中未示出)和蓝色滤镜(图中未示出)。
在本实施例中，先形成红色滤镜，然后形成绿色滤镜，最后形成蓝色滤镜。
在其他实施例中，先形成绿色滤镜，然后形成红色滤镜，最后形成蓝色滤镜。
形成所述滤镜层205的工艺包括：旋涂工艺。
所述滤镜层205的材料为电致变色材料，用以通过一次曝光时间内，滤镜层205颜色变化三次，红色滤镜、绿色滤镜和蓝色滤镜分别变化一次；然后开始下一次曝光，所述滤镜层205的颜色变化能够与像素的工作同时，从而实现全像素分辨率。
所述电致变色材料包括：无机电致变色材料和有机电致变色材料。
所述无机电致变色材料包括：WO3或TiO2。
所述有机电致变色材料包括：聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺等及其衍生物。
需要说明的是，电致变色是指在电场作用下，材料发生可逆的变色现象。电致变色实质是一种电化学氧化还原反应，反应后材料在外观上表现出颜色的可逆变化。
滤镜层205的颜色和其中附着的电致变色材料的氧化材料成分有关。滤镜层205颜色的深浅由“氧化”与“还原”决定，颜色的不同是由不同的色原(chromogen)决定的。
请参考图6，形成所述滤镜层205后，在所述滤镜层205表面形成微透镜206。
所述微透镜206用于将光线汇聚至所述滤镜层205表面。在本实施例中，一个Bayer矩阵对应一个微透镜206，所述Bayer矩阵包括2x2感光区A。
在本实施例中，一次曝光时间内，所述滤镜层205为所述电致变色材料制成，且通过电压控制，不同颜色的滤镜为透明状态或半透明状态。具体地，在一次曝光时间内，通过第一次电压控制，使红色滤镜和蓝色滤镜变成透明状态，绿色滤镜变为半透明状态，绿色滤镜透过绿光，从而基底200内的所有光电二极管都吸收绿光；通过第二次电压控制，使绿色滤镜和蓝色滤镜变成透明状态，红色滤镜变为半透明状态，红色滤镜透过红光，从而基底200内的所有光电二极管都吸收红光；通过第三次电压控制，使红色滤镜和绿色滤镜变成透明状态，蓝色滤镜变为半透明状态，蓝色滤镜透过蓝光，从而基底200内的所有光电二极管都吸收蓝光；然后开始下一次曝光，所述滤镜层205的颜色变化能够与像素的工作同时，从而实现全像素分辨率。
相应的，本发明还提供一种背照式图像传感器，请参考图6，包括：基底200；所述基底200包括相对的第一面201和第二面202，所述基底包括若干相互分立的感光区A和位于相邻感光区之间的隔离区(图中未示出)；位于所述基底200第二面202表面的电路层203；位于所述基底200第一面201表面的滤镜层205，所述滤镜层205的材料为电致变色材料。
所述滤镜层205包括沿垂直于基底200表面方向上层叠的红色滤镜、绿色滤镜和蓝色滤镜。
所述电致变材料包括：无机电致变色材料和有机电致变色材料。
所述无机电致变色材料包括WO3或TiO2。
所述有机电致变色材料包括聚吡咯、聚噻吩或聚苯胺等及其衍生物。
所述背照式图像传感器还包括：位于所述基底200部分隔离区第一面201表面的栅格204，所述栅格204覆盖滤镜层205的侧壁表面，且位于相邻栅格204底部的基底200内具有至少一个感光区A。
所述背照式图像传感器还包括：位于所述滤镜层205表面的微透镜206。
在本实施例中，一个Bayer矩阵对应一个微透镜206，所述Bayer矩阵包括2x2感光区A。
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 (10)

1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：
基底，所述基底包括相对的第一面和第二面，所述基底包括若干相互分立的感光区以及位于相邻感光区之间的隔离区；
位于所述基底第二面表面的电路层；
位于所述基底第一面表面的滤镜层，所述滤镜层的材料为电致变色材料。
2.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述滤镜层包括沿垂直于基底表面方向上层叠的红色滤镜、绿色滤镜和蓝色滤镜。
3.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述电致变材料包括：无机电致变色材料和有机电致变色材料。
4.如权利要求3所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述无机电致变色材料包括WO3或TiO2。
5.如权利要求3所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述有机电致变色材料包括：聚吡咯及其衍生物、聚噻吩及其衍生物或聚苯胺及其衍生物。
6.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括：位于所述基底部分隔离区第一面表面的栅格，所述栅格覆盖滤镜层的侧壁表面，且位于相邻栅格底部的基底内具有至少一个感光区。
7.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括：位于所述滤镜层表面的微透镜。
8.一种如权利要求1至7任一项所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底包括相对的第一面和第二面，所述基底包括若干相互分立的感光区以及位于相邻感光区之间的隔离区；
在基底第二面表面形成电路层；
在基底第一面表面形成滤镜层，所述滤镜层的材料为电致变色材料。
9.如权利要求8所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，所述滤镜层的形成工艺包括：旋涂工艺。
10.如权利要求8所述的背照式图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在形成电路层之后，在形成滤镜层之前，还包括：在所述基底部分隔离区第一面表面形成栅格，且位于相邻栅格底部的基底内具有至少一个感光区。
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