CN109755265A - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：衬底；保护层，覆盖所述衬底表面；第一屏蔽层，位于所述保护层表面；金属栅格，分立排列于所述第一屏蔽层表面；滤色层，位于相邻所述金属栅格之间，所述滤色层表面与所述金属栅格表面齐平。本发明有助于屏蔽电磁干扰，从而可改善成像质量。
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
图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛的应用在如数码相机等电子光学设备中。根据数字数据传送方式的不同，图像传感器可分为电荷耦合元件(CCD，Charge Coupled Device)和金属氧化物半导体元件(CMOS，Complementary Metal-Oxide Semiconductor)两大类。其中，CMOS传感器由于具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特点，在近几年发展迅速。
填充因子是衡量图像传感器的像素灵敏度的一个重要参数，具体的，填充因子指的是感光面积占整个像素面积的比例。当今CMOS传感器的一个重要开发目标是提高填充因子大小。随着当前像素尺寸的逐渐缩小，提高填充因子越来越困难。目前流行的技术是将CMOS传感器由传统的前感光式(FSI，Front Side Illumination)转变为背部感光式(BSI，Back Side Illumination)，在背部感光式CMOS传感器中，放大器等晶体管以及互联电路置于CMOS传感器背部，CMOS传感器前部全部留给光电二极管，从而可实现100％的填充因子。
然而，现有的背部感光CMOS图像传感器的电磁干扰问题严重，导致成像质量差。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种图像传感器及其形成方法，有助于屏蔽电磁干扰，以改善成像质量。
为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器，包括：衬底；保护层，覆盖所述衬底表面；第一屏蔽层，位于所述保护层表面；金属栅格，分立排列于所述第一屏蔽层表面；滤色层，位于相邻所述金属栅格之间，所述滤色层表面与所述金属栅格表面齐平。
可选的，所述第一屏蔽层的材料为ITO、AZO、氧化锡、氧化锌、氧化钛、铁氧体或碳基复合材料。
可选的，所述第一屏蔽层的厚度为10nm～20nm。
可选的，所述图像传感器还包括：隔离层，位于所述保护层与所述第一屏蔽层之间，或者，位于所述第一屏蔽层与所述滤色层之间。
可选的，所述衬底具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，所述保护层覆盖所述第一表面；所述图像传感器还包括：传感器层，覆盖所述第二表面，所述传感器层内具有晶体管；金属布线层，位于所述传感器层表面；钝化层，位于所述金属布线层的表面。
可选的，所述图像传感器还包括：第二屏蔽层，位于所述金属布线层与所述钝化层之间，或者，位于所述传感器层与所述金属布线层之间。
可选的，所述第二屏蔽层的材料为ITO、AZO、氧化锡、氧化锌、氧化钛、铁氧体或碳基复合材料。
本发明还提供一种图像传感器形成方法，包括：提供衬底；形成覆盖所述衬底表面的保护层；在所述保护层表面形成第一屏蔽层；形成分立排列于所述第一屏蔽层表面的金属栅格；在相邻所述金属栅格之间形成滤色层，所述滤色层表面与所述金属栅格表面齐平。
可选的，形成所述第一屏蔽层的工艺包括磁控溅射工艺、化学气相沉积工艺或蒸发沉积工艺。
可选的，所述形成方法还包括：所述衬底具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，所述保护层覆盖所述第一表面；形成所述保护层前还包括：在所述第二表面形成传感器层，所述传感器层内具有晶体管；在所述传感器层表面形成金属布线层；在所述金属布线层表面形成钝化层；形成第二屏蔽层，所述第二屏蔽层位于所述金属布线层与所述钝化层之间，或者，位于所述传感器层与所述金属布线层之间。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
可见光与外界环境中的电磁干扰一同进入滤色层中。在可见光与电磁干扰由所述滤色层向相应的光电二极管传输的过程中，所述第一屏蔽层能够将电磁干扰屏蔽掉，从而仅使可见光照射到所述滤色层所对应的光电二极管上，以防止电磁干扰影响图像传感器的稳定性和精确度，进而改善所述图像传感器的成像质量。
附图说明
图1至图8是本发明图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，现有半导体结构的成像质量仍有待提高。
现结合一种图像传感器进行分析，所述图像传感器包括：基底，沿平行于基底表面的方向上包括若干第一区以及位于相邻第一区之间的第二区，第一区所述基底内具有光电二极管；金属栅格，位于第二区所述基底表面；滤色层，位于第一区所述基底表面；透镜，位于所述滤色层表面。
上述图像传感器结构中，不同角度的光线经过透镜的聚焦，进入滤色层中，过滤去除不相关的光子，以形成与滤色层相应的单色光。所述单色光分别进入滤色层所对应的光电二极管中，被相应的光电二极管吸收并激发电子-空穴对，从而实现光电的转化。
上述方法形成的图像传感器的电磁干扰问题严重，成像质量差，分析其原因在于：
外界环境中的电磁干扰容易与可见光一同进入滤色层中，最终被滤色层对应的光电二极管所接收，电磁干扰导致图像传感器的稳定性和精确度差，造成所述图像传感器的成像质量差。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1至图8是本发明图像传感器的形成方法一实施例各步骤的结构示意图。
参考图1，提供衬底100，所述衬底100具有第一表面101及与第一表面101相对的第二表面102。沿平行于衬底100表面的方向上，所述衬底100包括若干第一区Ⅰ以及位于相邻第一区Ⅰ之间的第二区Ⅱ，第一区Ⅰ所述衬底100内具有光电二极管(未示出)。
提供所述衬底100后，所述形成方法还包括：形成覆盖所述第二表面102的传感器层200，所述传感器层200内具有晶体管210；在所述传感器层200表面形成金属布线层300。
本实施例中，所述衬底100的材料为硅。在其他实施例中，所述衬底100的材料还可以为锗、碳化硅、锗硅、绝缘体上硅或绝缘体上锗。
参考图2，在所述金属布线层300表面形成第二屏蔽层410。
所述第二屏蔽层410能够阻挡外界环境中的电磁干扰，避免电磁干扰自所述第二表面102所在的一侧进入所述衬底100内。
本实施例中，所述第二屏蔽层410的材料为ITO。在其他实施例中，所述第二屏蔽层410的材料还可以为AZO、氧化锡、氧化锌、氧化钛、铁氧体或碳基复合材料。其中，ITO是在In2O3中掺Sn后形成的半导体材料，AZO是在ZnO中掺Al后形成的半导体材料。
本实施例中，所述第二屏蔽层410的厚度为10nm～20nm。
形成所述第二屏蔽层410的工艺为磁控溅射工艺、化学气相沉积工艺或蒸发沉积工艺。
参考图3，在所述第二屏蔽层410表面形成钝化层500。
所述钝化层500的作用为保护所述第二屏蔽层410，在后续形成第一屏蔽层的过程中，防止所述第二屏蔽层410磨损。
本实施例中，所述钝化层500的材料为氮化硅。
本实施例中，所述第二屏蔽层410位于所述金属布线层300与所述钝化层500之间。需要说明的是，在其他实施例中，还可以在形成所述传感器层200后，且在形成所述金属布线层300前，形成所述第二屏蔽层410，使得所述第二屏蔽层410位于所述传感器层200与所述金属布线层300之间。
其中，由于所述第二屏蔽层410位于所述传感器层200与所述金属布线层300之间，因此所述第二屏蔽层410不仅能屏蔽来自外界环境中的电磁干扰，还能够屏蔽所述金属布线层300产生的电磁干扰。
参考图4，形成覆盖所述衬底100表面的保护层610。
本实施例中，所述保护层610覆盖所述第一表面101。
本实施例中，形成所述保护层610后，还包括：在所述保护层610表面形成隔离层620。
所述保护层610能够对所述第一表面101起到保护作用，防止所述第一表面101刮伤。
本实施例中，所述保护层610的材料为氧化硅。在其他实施例中，所述保护层610的材料还可以为氮化硅、碳化硅或氮氧化硅。
所述隔离层620用于隔离所述衬底100与后续形成的滤色层。
所述隔离层620的材料为氧化硅、氮化硅、碳化硅或氮氧化硅。本实施例中，所述隔离层620的材料为氮化硅。
参考图5，在所述保护层610表面形成第一屏蔽层420。
本实施例中，所述第一屏蔽层420覆盖所述隔离层620表面。
所述第一屏蔽层420的材料为ITO、AZO、氧化锡、氧化锌、氧化钛、铁氧体或碳基复合材料。
优选的，所述第一屏蔽层420的材料为ITO或AZO。一方面，ITO及AZO对电磁干扰具有优异的屏蔽性能。具体的，ITO对紫外线的吸收率高达85％以上，对红外线的反射率高达80％以上，微波在ITO内的衰减率在85％以上。另一方面，ITO及AZO为透明材料，对可见光具有良好的透过率，对可见光的传输影响微弱。
此外，ITO还具有良好的导电性能，且硬度高、耐磨性好，具有良好的酸刻及光刻性能。AZO的导电性能和透光率比ITO更好，且掺杂效果优异。
本实施例中，采用磁控溅射工艺形成所述第一屏蔽层420，工艺温度为100℃～300℃。
在其他实施例中，还可以采用化学气相沉积工艺形成所述第一屏蔽层420，工艺温度为300℃～400℃。
在另一实施例中，还可以采用蒸发沉积工艺形成所述第一屏蔽层420，工艺温度为250℃～400℃。
本实施例中，所述第一屏蔽层420的厚度为10nm～20nm。若所述第一屏蔽层420的厚度小于10nm，影响所述第一屏蔽层420对电磁干扰的屏蔽效果。若所述第一屏蔽层420的厚度大于20nm，可见光经所述第一屏蔽层420的透过率低，影响成像质量。
参考图6，形成分立排列于所述第一屏蔽层420表面的金属栅格700。
本实施例中，在第二区Ⅱ所述第一屏蔽层420表面形成金属栅格700。
后续形成滤色层，所述金属栅格700用于防止相邻所述滤色层间发生光学串扰。
本实施例中，所述金属栅格700的形成步骤包括：在所述第一屏蔽层420表面形成金属栅格膜(未示出)，所述金属栅格膜上具有图形层(未示出)，所述图形层暴露出第一区Ⅰ金属栅格膜的顶部表面；以所述图形层为掩膜，刻蚀所述金属栅格膜，直至暴露出所述第一屏蔽层420表面，形成金属栅格700。
本实施例中，所述金属栅格700的材料为铝。在其他实施例中，所述金属栅格700的材料还可以为铜或铜铝合金。
参考图7，在相邻所述金属栅格700之间形成滤色层810，所述滤色层810表面与所述金属栅格700表面齐平。
本实施例中，在第一区Ⅰ所述第一屏蔽层420表面形成滤色层810。
所述滤色层810位于第一区Ⅰ内，所述滤色层810与光电二极管一一对应。
所述滤色层810的数量为若干个，沿平行于衬底100表面的方向上，依次为红色滤色层810、绿色滤色层810及蓝色滤色层810。进入所述滤色层810的光线能够被所述滤色层810滤色，使得照射到相应光电二极管上的光为单色光。
参考图8，在所述滤色层810表面形成透镜820。
所述透镜820与所述滤色层810一一对应。
所述透镜820能够起到聚焦光线的作用，使得照射到所述透镜820上的光能够进入相应的所述滤色层810内，进而被相应的所述光电二极管所接收。
本实施例中，所述隔离层620位于所述保护层610与所述第一屏蔽层420之间。需要说明的是，在其他实施例中，还可以在形成所述第一屏蔽层420后，且在形成所述金属栅格700前，形成所述隔离层620，使得所述隔离层620位于所述第一屏蔽层420与所述金属栅格700之间，即所述隔离层620位于所述第一屏蔽层420与所述滤色层810之间。
相应的，本发明还提供一种采用上述方法形成的图像传感器，请继续参考图8，所述图像传感器包括：衬底100；保护层610，覆盖所述衬底100表面；第一屏蔽层420，位于所述保护层610表面；金属栅格700，分立排列于所述第一屏蔽层420表面；滤色层810，位于相邻所述金属栅格700之间，所述滤色层810表面与所述金属栅格700表面齐平。
本实施例中，所述衬底100具有第一表面101及与第一表面101相对的第二表面102，沿平行于衬底100表面的方向上包括若干第一区Ⅰ以及位于相邻第一区Ⅰ之间的第二区Ⅱ，第一区Ⅰ所述衬底100内具有光电二极管
本实施例中，所述保护层610覆盖所述第一表面101。
本实施例中，所述金属栅格700位于第二区Ⅱ所述第一屏蔽层420表面。
本实施例中，所述滤色层810位于第一区Ⅰ所述第一屏蔽层420表面。
所述图像传感器还包括：隔离层620，本实施例中，所述隔离层620位于所述保护层610与所述第一屏蔽层420之间；在其他实施例中，所述隔离层620还可以位于所述第一屏蔽层420与所述滤色层810之间。
本实施例中，所述第一屏蔽层420的材料为ITO。在其他实施例中，所述第一屏蔽层420的材料还可以为AZO、氧化锡、氧化锌、氧化钛、铁氧体或碳基复合材料。
所述第一屏蔽层420的厚度为10nm～20nm。
本实施例中，所述图像传感器还包括：传感器层200，覆盖所述第二表面102，所述传感器层200内具有晶体管210；金属布线层300，位于所述传感器层200表面；钝化层500，位于所述金属布线层300的表面。
本实施例中，所述图像传感器还包括：第二屏蔽层410，位于所述金属布线层300与所述钝化层500之间。
在其他实施例中，所述第二屏蔽层410还可以位于所述传感器层200与所述金属布线层300之间。
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)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
衬底；
保护层，覆盖所述衬底表面；
第一屏蔽层，位于所述保护层表面；
金属栅格，分立排列于所述第一屏蔽层表面；
滤色层，位于相邻所述金属栅格之间，所述滤色层表面与所述金属栅格表面齐平。
2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一屏蔽层的材料为ITO、AZO、氧化锡、氧化锌、氧化钛、铁氧体或碳基复合材料。
3.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一屏蔽层的厚度为10nm～20nm。
4.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：隔离层，位于所述保护层与所述第一屏蔽层之间，或者，位于所述第一屏蔽层与所述滤色层之间。
5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述衬底具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，所述保护层覆盖所述第一表面；所述图像传感器还包括：传感器层，覆盖所述第二表面，所述传感器层内具有晶体管；金属布线层，位于所述传感器层表面；钝化层，位于所述金属布线层的表面。
6.如权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，还包括：第二屏蔽层，位于所述金属布线层与所述钝化层之间，或者，位于所述传感器层与所述金属布线层之间。
7.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述第二屏蔽层的材料为ITO、AZO、氧化锡、氧化锌、氧化钛、铁氧体或碳基复合材料。
8.一种图像传感器形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
形成覆盖所述衬底表面的保护层；
在所述保护层表面形成第一屏蔽层；
形成分立排列于所述第一屏蔽层表面的金属栅格；
在相邻所述金属栅格之间形成滤色层，所述滤色层表面与所述金属栅格表面齐平。
9.如权利要求8所述的图像传感器形成方法，其特征在于，形成所述第一屏蔽层的工艺包括磁控溅射工艺、化学气相沉积工艺或蒸发沉积工艺。
10.如权利要求8所述的图像传感器形成方法，其特征在于，所述衬底具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，所述保护层覆盖所述第一表面；形成所述保护层前还包括：在所述第二表面形成传感器层，所述传感器层内具有晶体管；在所述传感器层表面形成金属布线层；在所述金属布线层表面形成钝化层；形成第二屏蔽层，所述第二屏蔽层位于所述金属布线层与所述钝化层之间，或者，位于所述传感器层与所述金属布线层之间。
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