CN109860216A - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents

Abstract

一种图像传感器及其形成方法，所述形成方法包括：提供基底，所述基底包括边缘区域和像素区域，所述边缘区域高于所述像素区域；在所述基底表面形成栅格层；在所述栅格层表面形成牺牲层，所述边缘区域的所述牺牲层与所述像素区域的所述牺牲层顶部齐平；在所述牺牲层表面形成光刻胶层后，图形化所述光刻胶层；以所述图形化光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述牺牲层和所述栅格层至露出所述基底，形成分立的栅格。本发明有助于防止所述光刻胶层发生剥裂，从而改善图像传感器的电学性能。

Description

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，背部感光式图像传感器的电学性能仍有待改善。

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，有助于防止光刻胶层发生剥裂，以改善图像传感器的电学性能。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供基底，所述基底包括边缘区域和像素区域，所述边缘区域高于所述像素区域；在所述基底表面形成栅格层；在所述栅格层表面形成牺牲层，所述边缘区域的所述牺牲层与所述像素区域的所述牺牲层顶部齐平；在所述牺牲层表面形成光刻胶层后，图形化所述光刻胶层；以所述图形化光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述牺牲层和所述栅格层至露出所述基底，形成分立的栅格。

可选的，所述牺牲层的材料为非晶硅或非晶碳。

可选的，形成所述牺牲层的工艺为化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。

可选的，形成所述牺牲层的工艺温度为400℃～450℃。

可选的，所述栅格层的材料为铝、钨或铝铜合金。

可选的，所述分立的栅格之间形成有隔离沟槽。

可选的，在所述像素区域的所述隔离沟槽侧壁及底部形成绝缘层。

可选的，在所述绝缘层表面形成滤光层，且所述滤光层填充满所述像素区域的所述隔离沟槽。

可选的，形成所述牺牲层之前，在形成所述栅格层之后，还包括：在所述栅格层表面形成阻挡层。

本发明还提供一种图像传感器，包括：基底，所述基底包括边缘区域和像素区域，所述边缘区域高于所述像素区域；栅格，位于所述基底表面，且分立排布。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

本发明提供的图像传感器的形成方法的技术方案中，提供的所述基底包括边缘区域和像素区域，所述边缘区域高于所述像素区域，即所述边缘区域与所述像素区域存在高度差。在基底表面形成栅格层后，在所述栅格层表面形成牺牲层，所述边缘区域的所述牺牲层与所述像素区域的所述牺牲层顶部齐平。利用所述牺牲层以填平所述边缘区域与所述像素区域存在的高度差，可避免在所述牺牲层表面形成的光刻胶层由于厚度过大而发生剥裂，从而保证形成的栅格符合工艺要求，从而改善图像传感器的电学性能。

附图说明

图1及图2是一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的结构示意图；

图3至图14是本发明图像传感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有图像传感器的电学性能仍有待提高。

现结合一种图像传感器的形成方法进行分析，形成图像传感器的工艺步骤主要包括：

如图1所示，提供基底10，所述基底10包括边缘区域i和像素区域ii，所述边缘区域i高于所述像素区域ii；在所述基底10表面形成栅格层21。

其中，所述基底10包括：衬底11；抗反射层12，所述抗反射层12覆盖所述衬底11表面；第一介质层13，所述第一介质层13覆盖所述抗反射层12表面；键合封装层14，所述键合封装层14覆盖所述边缘区域Ⅰ的所述第一介质层13顶部；隔离层15，所述隔离层15覆盖所述键合封装层14的顶部及侧壁表面。

如图2所示，在所述栅格层21表面形成光刻胶层50，所述像素区域ii的所述光刻胶层50顶部与所述边缘区域i的所述光刻胶层50顶部齐平。

然后，图形化所述光刻胶层50；以所述图形化光刻胶层50为掩膜，刻蚀所述栅格层21至露出所述基底10，形成分立的栅格(图中未示出)。

上述方法形成的图像传感器的电学性能差，分析其原因在于：

所述边缘区域i高于所述像素区域ii，即所述边缘区域i与所述像素区域ii存在高度差。由于所述高度差的影响，相较于所述边缘区域i的光刻胶层50，所述像素区域ii的光刻胶层50的厚度更大，导致所述像素区域ii的光刻胶层50容易发生剥裂，影响对所述栅格层21进行的刻蚀工艺，导致形成的栅格难以达到工艺要求，造成图像传感器的电学性能差。

为了解决上述问题，本发明提供一种图像传感器及其形成方法，在形成所述图像传感器的过程中，通过在所述栅格层表面形成牺牲层，以填平所述边缘区域与所述像素区域存在的高度差。所述形成方法能够降低在所述牺牲层表面形成的光刻胶层的厚度，可避免所述光刻胶层发生剥裂。

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3至图14为本发明一实施例提供的图像传感器形成过程的结构示意图。

参考图3，提供基底100，所述基底100包括边缘区域Ⅰ和像素区域Ⅱ，所述边缘区域高于所述像素区域Ⅱ。

本实施例中，所述基底100包括：衬底101；键合封装层104，所述键合封装层104覆盖所述边缘区域Ⅰ的所述衬底101顶部。

所述边缘区域Ⅰ的所述衬底101表面与像素区域Ⅱ的所述衬底101表面齐平。

本实施例中，所述衬底101的材料为硅。所述衬底101内具有若干个分立的光电二极管(图中未示出)。

由于所述键合封装层104仅位于所述边缘区域Ⅰ内，因而在提供基底100的工艺中，所述边缘区域Ⅰ高于所述像素区域Ⅱ。

本实施例中，所述键合封装层104覆盖所述边缘区域Ⅰ的所述衬底101的部分顶部。

所述键合封装层104的材料为金属。本实施例中，所述键合封装层104的材料为铝。

本实施例中，所述基底100还包括：抗反射层102，所述抗反射层102覆盖所述衬底101表面；第一介质层103，所述第一介质层103覆盖所述抗反射层102表面。

本实施例中，所述抗反射层102覆盖所述衬底101的全部表面。

本实施例中，所述抗反射层102的材料为氮化硅。

本实施例中，所述第一介质层103覆盖所述抗反射层102的全部表面。

本实施例中，所述第一介质层103的材料为二氧化硅。

在所述边缘区域Ⅰ内，所述键合封装层104覆盖所述第一介质层103的部分表面。所述第一介质层103及所述抗反射层102起到隔离所述键合封装层104与所述衬底101的作用。此外，后续刻蚀所述栅格层，所述第一介质层103还能起到刻蚀停止的作用。

本实施例中，所述基底100还包括：隔离层105，所述隔离层105覆盖所述键合封装层104的顶部及侧壁表面。

本实施例中，在所述边缘区域Ⅰ内，所述隔离层105还覆盖所述键合封装层104露出的所述第一介质层103表面。

本实施例中，所述隔离层105的材料为二氧化硅。

后续在所述基底100表面形成栅格层，所述隔离层105的作用为隔离所述键合封装层104与所述栅格层，防止所述键合封装层104及所述栅格层201相串联。

参考图4，在所述基底100表面形成栅格层201。

本实施例中，所述栅格层201覆盖所述隔离层105表面及所述像素区域Ⅱ的所述第一介质层103表面。

本实施例中，所述栅格层201的材料为钨。在其他实施例中，所述栅格层的材料还可以为铝或铝铜合金。

后续在所述栅格层201表面形成牺牲层，本实施例中，形成所述牺牲层之前，如图5所示，还包括：形成覆盖所述栅格层201表面的第二介质层301；在所述第二介质层301表面形成阻挡层302。

本实施例中，所述第二介质层301的材料为氮化硅。所述第二介质层301的厚度为

本实施例中，所述阻挡层302的材料为二氧化硅。所述阻挡层302的厚度为

参考图6及图7，在所述栅格层201表面形成牺牲层400，所述边缘区域Ⅰ的所述牺牲层400与所述像素区域Ⅱ的所述牺牲层400顶部齐平。

本实施例中，所述牺牲层400的材料为非晶硅。在其他实施例中，所述牺牲层的材料还可以为非晶碳。

所述牺牲层400的材料为非晶硅或非晶碳。一方面，后续刻蚀所述牺牲层400，刻蚀工艺对所述牺牲层400及所述阻挡层302具有高选择比，能够避免在该工艺中所述阻挡层302受到刻蚀。另一方面，后续去除所述牺牲层400的工艺简单易行，能够避免在所述阻挡层302表面形成残留物。

本实施例中，形成所述牺牲层400的工艺为化学气相沉积工艺。在其他实施例中，形成所述牺牲层400的工艺还可以为物理气相沉积工艺。

本实施例中，形成所述牺牲层400的工艺温度为400℃～450℃。若所述工艺温度大于450℃，容易超过所述键合封装层104的熔点，导致所述键合封装层104受到损伤；若所述工艺温度小于400℃，所述牺牲层400内容易形成有缺陷，造成所述牺牲层400的形成质量差。

本实施例中，形成所述牺牲层400的工艺步骤包括：如图6所示，采用化学机械研磨工艺形成第一牺牲膜401，所述第一牺牲膜401覆盖所述像素区域Ⅱ的所述阻挡层302表面，且所述第一牺牲膜401顶部与所述边缘区域Ⅰ的所述阻挡层302顶部齐平；如图7所示，形成覆盖所述第一牺牲膜401表面的第二牺牲膜402，所述第一牺牲膜401及所述第二牺牲膜402形成所述牺牲层400。

本实施例中，所述第一牺牲膜401与所述第二牺牲膜402的材料相同。具体的，所述第一牺牲膜401与所述第二牺牲膜402的材料均为非晶硅。

在其他实施例中，当所述牺牲层的材料为非晶碳时，形成所述牺牲层后，还包括：在所述牺牲层表面形成保护层(图中未示出)。所述保护层包括第一保护层(图中未示出)及覆盖所述第一保护层的第二保护层(图中未示出)，所述第一保护层覆盖所述牺牲层表面。

具体的，所述第一保护层的材料为碳氧化硅，所述第二保护层的材料为二氧化硅。

参考图8，在所述牺牲层400表面形成光刻胶层500，并图形化所述光刻胶层500。

由于所述边缘区域Ⅰ与所述像素区域Ⅱ的高度差已被所述牺牲层400填平，因此所述像素区域Ⅱ的所述光刻胶层500与所述边缘区域Ⅰ的所述光刻胶层500的厚度相等，能够避免所述像素区域Ⅱ的所述光刻胶层500由于厚度过大而造成剥裂。另一方面，由于所述像素区域Ⅱ的所述光刻胶层500的厚度降低，发生剥裂的风险降低，因而可适当缩小所述栅格层201的横向尺寸，以降低后续形成的栅格对光线的遮挡。此外，由于所述光刻胶层500的厚度小，光刻工艺容易进行，因而所述边缘区域Ⅰ的横向宽度可适当减小，以防止所述边缘区域Ⅰ的横向宽度过大，进而避免所述边缘区域Ⅰ过多占用所述像素区域Ⅱ的空间。

后续以所述图形化光刻胶层500为掩膜，依次刻蚀所述牺牲层400和所述栅格层201至露出所述基底100，形成分立的栅格。下面结合参考图9至图13，对所述栅格202的形成工艺进行详细的说明。

参考图9，以所述图形化光刻胶层500(参考图6)为掩膜，刻蚀所述牺牲层400。

刻蚀所述牺牲层400后，还包括：去除所述光刻胶层500(参考图6)。

本实施例中，刻蚀所述牺牲层400的工艺中，所述牺牲层400与所述阻挡层302的刻蚀选择比为100:1。

在其他实施例中，当所述牺牲层的材料为非晶碳时，刻蚀所述牺牲层的工艺中，所述牺牲层与所述阻挡层的刻蚀选择比大于15:1。

参考图10，以剩余所述牺牲层400为掩膜，刻蚀所述阻挡层302。

参考图11，去除所述牺牲层400。

参考图12，以剩余所述阻挡层302为掩膜，刻蚀所述第二介质层301。

参考图13，以剩余所述阻挡层302及所述第二介质层301为掩膜，刻蚀所述栅格层201至露出所述基底100，形成分立的栅格202。

所述分立的栅格202之间形成有隔离沟槽601。本实施例中，剩余所述阻挡层302的顶部作为所述隔离沟槽601的顶部。所述隔离沟槽601侧壁露出所述栅格202、剩余所述阻挡层302及剩余所述第二介质层301的侧壁表面。

本实施例中，所述隔离沟槽601的深宽比为6:1～10:1。

参考图14，在所述像素区域Ⅱ的所述隔离沟槽601侧壁及底部形成绝缘层(图中未示出)；在所述绝缘层表面形成滤光层600，且所述滤光层600填充满所述像素区域Ⅱ的所述隔离沟槽601。

本实施例中，所述绝缘层还覆盖所述阻挡层302的顶部表面。

本实施例中，所述绝缘层的材料为二氧化硅。

所述滤光层600与所述光电二极管一一对应。所述滤光层600包括红色滤光层、绿色滤光层或蓝色滤光层，进入所述滤光层600的光线能够被一种颜色的滤光层600滤色，则照射到与所述滤光层600相对应的光电二极管(图中未示出)上的入射光为单色光。

由于相邻所述滤光层600之间具有所述阻挡层302及所述栅格202，所述阻挡层302及所述栅格202能够充分阻挡入射光自一个所述滤光层600进入相邻所述滤光层600中，以避免发生串扰。

本实施例中，所述滤光层600靠近所述基底100，以缩短所述滤光层600与光电二极管(图中未示出)的间距，使得更多的光能够被所述光电二极管接收。

参照图14，本发明还提供一种采用上述形成方法获得的图像传感器，所述图像传感器包括：基底100，所述基底100包括边缘区域Ⅰ和像素区域Ⅱ，所述边缘区域Ⅰ高于所述像素区域Ⅱ；栅格202，位于所述基底100表面，且分立排布。

本实施例中，所述基底100包括：衬底101；键合封装层104，所述键合封装层104覆盖所述边缘区域Ⅰ的所述衬底101顶部。

所述图像传感器还包括：第二介质层301，所述第二介质层301位于所述栅格202顶部；阻挡层302，所述阻挡层302覆盖所述第二介质层301表面。

本实施例中，所述分立的栅格202之间形成有隔离沟槽601。所述阻挡层302的顶部作为所述隔离沟槽601的顶部。

本实施例中，所述图像传感器还包括：绝缘层(图中未示出)，所述绝缘层覆盖所述像素区域Ⅱ的所述隔离沟槽601侧壁及底部；滤光层600，所述滤光层600填充满所述像素区域Ⅱ的所述隔离沟槽601。

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)

1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：

提供基底，所述基底包括边缘区域和像素区域，所述边缘区域高于所述像素区域；

在所述基底表面形成栅格层；

在所述栅格层表面形成牺牲层，所述边缘区域的所述牺牲层与所述像素区域的所述牺牲层顶部齐平；

在所述牺牲层表面形成光刻胶层后，图形化所述光刻胶层；

以所述图形化光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述牺牲层和所述栅格层至露出所述基底，形成分立的栅格。

2.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述牺牲层的材料为非晶硅或非晶碳。

3.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述牺牲层的工艺为化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺。

4.如权利要求3所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述牺牲层的工艺温度为400℃～450℃。

5.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述栅格层的材料为铝、钨或铝铜合金。

6.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述分立的栅格之间形成有隔离沟槽。

7.如权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述像素区域的所述隔离沟槽侧壁及底部形成绝缘层。

8.如权利要求7所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述绝缘层表面形成滤光层，且所述滤光层填充满所述像素区域的所述隔离沟槽。

9.如权利要求6所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述牺牲层之前，在形成所述栅格层之后，还包括：在所述栅格层表面形成阻挡层。

10.一种图像传感器，其特征在于，包括：

基底，所述基底包括边缘区域和像素区域，所述边缘区域高于所述像素区域；

栅格，位于所述基底表面，且分立排布。