CN110164887A - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明技术方案公开了一种图像传感器及其形成方法，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；在所述半导体衬底上形成第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构位于非白色像素区域，所述第二绝缘结构位于白色像素区域；刻蚀所述第二绝缘结构表面，形成凹面；在所述第一绝缘结构上形成分立排列的第一遮光层；形成第二遮光层，所述第二遮光层覆盖所述凹面以外的第二绝缘结构表面；在所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上形成与各像素区域对应的彩色滤色层；在所述第二遮光层之间所述凹面上、或者在所述第二遮光层和所述凹面上形成白色滤色层。本发明提高了图像传感器的图像质量。
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CMOS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信号的器件。随着计算机和通信产业的发展，对高性能图像传感器的需求不断增长，这些高性能图像传感器广泛用于诸如数字照相机、摄像录像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、安防摄像机、医用微型照相机之类的各种领域。
图像传感器通常为两种类型，电荷藕合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器(CMOSImage Sensors，CIS)。相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有集成度高、功耗小、生成成本低等优点。在传统CMOS感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量会因遮挡受到影响。背照式CMOS就是将其掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。而堆栈式图像传感器则是将原来图像传感器里的信号处理电路放到了原来的半导体衬底上，在图像传感器芯片上重叠形成背照式图像传感器的像素部分，因此能够实现在较小的图像传感器芯片尺寸上形成大量像素点，可以把腾出来的空间放置更多的像素。
另外，传感器里的像素点和电路是相互独立的，所以像素点部分可以进行更高的画质优化，电路部分亦可进行高性能优化。除此之外，堆栈式图像传感器加入了RGBW的编码技术，就是由原来的R(红)，G(绿)，B(蓝)三原色像素点中再加入W(白)像素点来提升画质，提高传感器的感光能力，使摄像头在暗光环境下也能够拍摄出质量更高的照片。但是，W像素比其他像素更容易饱和，电子会溢出到相邻的光电二极管中，造成图像质量下降。现有技术是通过屏蔽部分进光量来防止白色(W)像素提前饱和，但是这种技术会浪费掉被屏蔽的像素区域，从而导致像素区的利用率降低。
发明内容
本发明技术方案要解决的技术问题是：针对现有的图像传感器中白色像素容易饱和，通过屏蔽部分进光量来防止白像素提前饱和而导致像素区的利用率降低。
为解决上述技术问题，本发明技术方案提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括若干像素区域，所述若干像素区域包括具有白色像素区域；在所述半导体衬底上形成第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构位于非白色像素区域，所述第二绝缘结构位于白色像素区域；刻蚀所述第二绝缘结构表面，形成凹面；在所述第一绝缘结构上形成分立排列的第一遮光层；形成第二遮光层，所述第二遮光层覆盖所述凹面以外的所述第二绝缘结构表面；在所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上形成与各像素区域对应的彩色滤色层；在所述第二遮光层之间的所述凹面上、或者在所述第二遮光层和所述凹面上形成白色滤色层。
可选的，所述第二绝缘结构的厚度等于或大于所述第一绝缘结构的厚度。
可选的，所述第一绝缘结构包括第一绝缘层或第二绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。
可选的，所述第二绝缘结构包括第一绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。
可选的，所述第一绝缘层为氧化硅或氮化硅，所述第二绝缘层为氧化硅。
可选的，所述第二遮光层的表面面积为所述第二绝缘结构表面面积的20％至70％。
可选的，形成所述凹面的步骤包括：在所述第一绝缘结构和所述第二绝缘结构上形成硬掩膜；图案化所述硬掩膜，定义出凹面图形；沿凹面图形刻蚀所述第二绝缘结构，在所述第二绝缘结构表面形成所述凹面。
可选的，刻蚀形成所述凹面的工艺为湿法刻蚀工艺。
可选的，所述湿法刻蚀使用的溶液为氢氟酸水溶液，氢氟酸与水的体积比为1:20～1:1，刻蚀时间为60秒～1200秒。
可选的，所述硬掩膜的材料为无定型碳或氮化硅。
可选的，所述凹面图形的半径为所述凹面的曲率半径的5％至20％。
可选的，在形成所述第一遮光层的同时形成所述第二遮光层，所述第一遮光层和所述第二遮光层的材料相同。
可选的，在形成所述第一遮光层之后或之前形成所述第二遮光层，所述第一遮光层和所述第二遮光层的材料不同。
通过上述的形成方法得到的图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包含若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；第一绝缘结构，位于非白色像素区域的所述半导体衬底上；第二绝缘结构，位于所述白色像素区域的所述半导体衬底上；凹面，位于所述第二绝缘结构表面；第一遮光层，分立排列于所述第一绝缘结构表面；第二遮光层，覆盖所述凹面以外的第二绝缘结构表面；彩色滤色层，位于所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上且与各像素区域对应；白色滤色层，位于所述第二遮光层之间的所述凹面上、或所述第二遮光层和所述凹面上。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下有益效果：在本发明提供的图像传感器及其形成方法中，所述第二遮光层遮挡进入所述白色像素区域的光电二极管的一部分光线，可以减少白色像素区的光电二极管的进光量，同时对应白色像素区的第一绝缘结构表面上形成的凹面具有凹透镜的功能，使入射光可以分散到被所述第二遮光层挡住的像素区域，从而提高了像素区域的利用率。在暗光情况下，不仅提高了图像传感器的图像质量，而且也提高了图像传感器的灵敏度。
附图说明
图1是为图像传感器的剖面结构示意图。
图2至图5是本发明第一实施例的图像传感器的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图；
图2A至图2C是本发明第一实施例形成图像传感器过程中第一绝缘结构和第二绝缘结构的不同实例的剖面结构示意图；
图6是本发明第一实施例的图像传感器的光传播路径的示意图。
图7至图10是本发明第二实施例的图像传感器的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图；
图7A至图7C是本发明第二实施例形成图像传感器过程中第一绝缘结构和第二绝缘结构的不同实例的剖面结构示意图；
图11是本发明第二实施例的图像传感器的光传播路径的示意图。
具体实施方式
目前，通过在白色像素区域上设置第二遮光层减少进光量，防止白色像素饱和，但是受到光的传播路径的限制，被第二遮光层挡住的像素区域没有光线经过，导致像素区利用率低和量子转化效率不高的问题。
参照图1，图1是图像传感器的剖面结构示意图。半导体衬底10，形成有分立排列的光电二极管11，该半导体衬底10包含若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区；绝缘结构12，覆盖所述半导体衬底10的表面；第一遮光层13，分立排列于所述绝缘结构12上；第二遮光层14，阻挡进入白色像素区域的光电二极管11的一部分光线；彩色滤色层15C，位于所述第一遮光层13之间，对应于非白色像素区域的各像素；白色滤色层15W，位于所述第二遮光层14上，对应于白色像素。
发明人经过研究发现，通过设置第二遮光层减少白色像素区域的进光量时，由于受到光的传播路径的限制，导致白色像素区内的量子转化效率不高。在本发明中，在所述第二遮光层下的绝缘结构上设置具有凹透镜功能的凹面，通过所述凹面改变光的入射方向，使入射光线可以分散到被第二遮光层挡住的像素区域，不仅可以防止白色像素过早饱和，还能有效提高白色像素区的利用率，能够提高光的量子转化效率。
下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
第一实施例
图2至图6是本发明第一实施例的图像传感器的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图。
参考图2，首先提供形成有分立排列的光电二极管110的半导体衬底100，所述半导体衬底100包括若干像素区域，所述若干像素区域具有白色像素区域，所述光电二极管110对应于各像素区域。
本实施例中，所述半导体衬底100可以为硅衬底，还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，或者为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层的衬底。所述的半导体衬底100中包含用于将接收到的光信号转换为电信号的光电二极管110。
本实施例中，根据需要，所述的半导体衬底100被划分设置为不同的像素区域，例如红色像素、绿色像素和蓝色像素等基本像素单元或者其他各种像素单元比如白色像素。本实施例中描述像素区域时，若没有特别指出，可以指任意一个像素区域。所述各光电二极管在半导体衬底100中可以拜耳(Bayer)阵列布置，也可以根据需要布置成其他任何阵列。为了满足所述半导体衬底100的总厚度薄化的要求，通常各个所述光电二极管在所述半导体衬底100中的位置基本上处于同一深度。
如图2所示，在非白色像素区域的像素区域的半导体衬底100上形成第一绝缘结构121，在白色像素区域的半导体衬底100上形成的第二绝缘结构122。
本实施例中，所述第二绝缘结构122的光入射方向上的厚度等于或大于所述第一绝缘结构121的厚度。由于后续工艺中需要刻蚀所述第二绝缘结构122的表面形成凹面，优选的所述第二绝缘结构122的厚度需要为至所述第一绝缘结构121的厚度不超过若超过则容易导致串扰的问题，因此使所述第二绝缘结构122的厚度大于所述第一绝缘结构121的厚度，有利于实现更好的效果。
下面，以所述第二绝缘结构122的厚度大于所述第一绝缘结构121的情况为例说明所述第一绝缘结构121和所述第二绝缘结构122的形成过程。
根据第一绝缘结构121和第二绝缘结构122的形成方法，所述第一绝缘结构121可以包括第一绝缘层120a或第二绝缘层120b，或者包括第一绝缘层120a和第二绝缘层120b，所述第二绝缘结构122可以包括第一绝缘层120a，或者包括第一绝缘层120a和第二绝缘层120b。
图2A至图2C是本发明第一实施例形成图像传感器过程中第一绝缘结构和第二绝缘结构的不同实例的剖面结构示意图。
第一实例参考图2A，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100已完成深注入隔离工艺且形成有浅槽；在所述半导体衬底100的表面形成第一绝缘层120a，且所述第一绝缘层120a填充所述浅槽而形成浅槽隔离。
继续参考图2A，在形成所述绝缘层120a之后，通过刻蚀去除非白色像素区域的部分厚度的所述第一绝缘层120a，形成厚度大于第一绝缘结构121的厚度的第二绝缘结构122。其中，所述绝缘层120a的材料例如为二氧化硅，形成所述绝缘层120a的工艺例如为化学气相沉积工艺(如TEOS CVD)等，刻蚀所述绝缘层120a的工艺例如为干法刻蚀等。
第二实例参考图2B，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100已完成深注入隔离工艺且形成有浅槽；在所述半导体衬底100的表面形成第一绝缘层120a，所述第一绝缘层120a填充所述浅槽而形成浅槽隔离。
继续参考图2B，在形成所述第一绝缘层120a之后，通过刻蚀去除非白色像素区域的部分厚度的所述第一绝缘层120a；在所述第一绝缘层120a上形成第二绝缘层120b，由此所述第二绝缘结构122的厚度大于所述第一绝缘结构121的厚度。
其中，所述第一绝缘层120a的材料例如为二氧化硅或氮化硅，所述第二绝缘层120b的材料为二氧化硅；形成所述第一绝缘层120a、所述第二绝缘层120b的工艺为化学气相沉积工艺(如TEOS CVD)等；刻蚀所述第一绝缘层120a、所述第二绝缘层120b的工艺为干法刻蚀等。
本实例中，所述第一绝缘结构121包括第一绝缘层120a和第二绝缘层120b，所述第二绝缘结构122包括第一绝缘层120a和第二绝缘层120b。
第三实例参考图2C，提供半导体衬底100，所述半导体衬底100已完成深注入隔离工艺且形成有浅槽；在所述半导体衬底100的表面形成第一绝缘层120a，且所述第一绝缘层120a填充满所述浅槽而形成浅槽隔离。
继续参考图2C，在形成所述第一绝缘层120a之后，通过刻蚀去除非白色像素区域的所述第一绝缘层120a至露出所述半导体衬底100，在所述半导体衬底100和所述第一绝缘层120a上形成第二绝缘层120b，其中所述第二绝缘结构122的厚度大于所述第一绝缘结构121的厚度。
本实例中，所述第一绝缘层120a的材料例如为二氧化硅或氮化硅；所述第二绝缘层120b的材料为二氧化硅，厚度不低于且不超过因为如果太薄起不到隔绝效果，太厚则会有串扰；形成所述第一绝缘层120a、所述第二绝缘层120b的工艺为化学气相沉积工艺等；刻蚀所述第一绝缘层120a、所述第二绝缘层120b的工艺为干法刻蚀等。
本实例中，所述第一绝缘结构121包括第二绝缘层120b，所述第二绝缘结构122包括第一绝缘层120a和第二绝缘层120b。
参考图3，刻蚀所述第二绝缘结构122表面，形成凹面122c。
具体形成凹面122c的步骤包括：在所述第一绝缘结构121和所述第二绝缘结构122上形成硬掩膜50；图案化所述硬掩膜50，定义出凹面图形；沿凹面图形刻蚀所述第二绝缘结构122，在所述第二绝缘结构122表面形成所述凹面122c；去除硬掩膜50。
本实施例中，所述硬掩膜50的材料例如为无定型碳或氮化硅。
本实施例中，所述硬掩膜50上定义出的所述凹面图形的半径为所述凹面122c的曲率半径的5％至20％。由于湿法刻蚀为各向同性，不可避免地发生侧蚀现象，通过将所述硬掩膜的凹面图形的半径设定为所述凹面的曲率半径的5％至20％，可以得到期望大小的凹面122c。
本实施例中，所述湿法刻蚀使用的溶液为氢氟酸水溶液，氢氟酸与水的体积比为1:20～1:1，其中，氢氟酸的质量百分比可以为49％；刻蚀时间为60秒～1200秒。
参考图4，在所述第一绝缘结构121上形成第一遮光层130，所述第一遮光层130通常为金属栅格，而且分立排列于所述第一绝缘结构121上；在所述第二绝缘结构122上形成第二遮光层140，所述第二遮光层140覆盖所述第二绝缘结构122的除所述凹面122c以外的表面。
本实施例中，在形成所述第一遮光层130的同时形成所述第二遮光层140，所述第一遮光层130和所述第二遮光层140的材料相同。
本实施例中，所述第一遮光层130和所述第二遮光层140例如由金属制成，优选为具有遮光效果的金属材料，例如钨、铝或铜等，形成所述第一遮光层130和所述第二遮光层140的工艺例如为化学气相沉积，然后进行选择性刻蚀，去除对应光电二极管110的部分材料，形成部分覆盖绝缘结构121的第一遮光层130和覆盖所述第二绝缘结构122的除凹面122c以外的表面的第二遮光层140。
在实际工艺中，根据白色像素区域的光电二极管110受光面积的大小，在满足满阱容量产生足够的光生载流子的情况下，可根据需要调节第二遮光层140对白色像素区域的光电二极管110的遮挡面积，以避免光生载流子的溢出现象。所述第二遮光层的表面面积为所述第二绝缘结构表面面积的20％至70％。
参考图5，在所述第一遮光层130之间的所述第一绝缘结构121上形成与各像素区域对应的彩色滤色层150C；在所述第二遮光层140之间的所述凹面122c上形成白色滤色层150W。
如图5所示，本实施例形成的图像传感器包括：半导体衬底100，所述半导体衬底100包含若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；第一绝缘结构121，位于非白色像素区域的所述半导体衬底100上；第二绝缘结构122，位于所述白色像素区域的所述半导体衬底100上；凹面122c，位于所述第二绝缘结构122表面；第一遮光层130，分立排列于所述第一绝缘结构121表面；第二遮光层140，覆盖所述凹面122c以外的第二绝缘结构122表面；彩色滤色层150C，位于所述第一遮光层130之间的所述第一绝缘结构121上且与各像素区域对应；白色滤色层150W，位于所述第二遮光层140之间，与白色像素区域对应。
另外，完整的图像传感器还包括微透镜，该微透镜位于各像素区域对应位置的滤色层150C、150W上，并设置在滤色层150C、150W的正上方。
图6是本发明第一实施例的图像传感器的光传播路径的示意图。
参考图6，所述第二遮光层140遮挡进入所述白色像素区域的光电二极管110的一部分光线，所述第二绝缘结构122表面上形成的凹面122c具有凹透镜的功能，使入射光可以分散到被所述第二遮光层140挡住的像素区域的光电二极管110，在暗光情况下，不仅提高了图像传感器的图像质量，而且也提高了图像传感器的灵敏度。
第二实施例
图7至图11是本发明第二实施例的图像传感器的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图。
参考图7，首先提供形成有分立排列的光电二极管210的半导体衬底200，所述半导体衬底200包括若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域，所述光电二极管210对应于各像素区域。
本实施例中，所述半导体衬底200可以为硅衬底，还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟，或者为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底，或者是生长有外延层的衬底。所述的半导体衬底200中包含用于将接收到的光信号转换为电信号的光电二极管210。
本实施例中，根据需要，所述的半导体衬底200被划分设置为不同的像素区域，例如红色像素、绿色像素和蓝色像素等基本像素单元或者其他各种像素单元比如白色像素。本实施例中描述像素区域时，若没有特别指出，可以指任意一个像素区域。
继续参考图7，在非白色像素区域的像素区域的半导体衬底200上形成第一绝缘结构221，在白色像素区域的半导体衬底200上形成第二绝缘结构222。
本实施例中，所述第二绝缘结构222的光入射方向上的厚度大于所述第一绝缘结构221的厚度。由于后续工艺中需要刻蚀所述第二绝缘结构222的表面形成凹面，优选的所述第二绝缘结构222的厚度为至所述第一绝缘结构221的厚度若超过则容易导致串扰的问题，因此使所述第二绝缘结构222的厚度大于所述第一绝缘结构221的厚度，有利于实现更好的效果。
下面，以所述第二绝缘结构222的厚度大于所述第一绝缘结构221的情况为例说明所述第一绝缘结构221和所述第二绝缘结构222的形成过程。
根据第一绝缘结构221和第二绝缘结构222的形成方法，所述第一绝缘结构221可以包括第一绝缘层220a或第二绝缘层220b，或者包括第一绝缘层220a和第二绝缘层220b；所述第二绝缘结构222可以包括第一绝缘层220a，或者包括第一绝缘层220a和第二绝缘层220b。
图7A至图7C是本发明第二实施例形成图像传感器过程中第一绝缘结构和第二绝缘结构的不同实例的剖面结构示意图。
第一实例参考图7A，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200已完成深注入隔离工艺且形成有浅槽；在所述半导体衬底200的表面形成第一绝缘层220a，且所述第一绝缘层220a填充满所述浅槽而形成浅槽隔离。
继续参考图7A，在形成所述绝缘层220a之后，通过刻蚀去除非白色像素区域的部分厚度的所述第一绝缘层220a，形成厚度大于第一绝缘结构221的厚度的第二绝缘结构222。其中，所述绝缘层220a的材料例如为二氧化硅，形成所述绝缘层220a的工艺例如为化学气相沉积工艺(如TEOS CVD)等，刻蚀所述绝缘层220a的工艺例如为干法刻蚀等。
第二实例参考图7B，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200已完成深注入隔离工艺且形成有浅槽；在所述半导体衬底200的表面形成第一绝缘层220a，且所述第一绝缘层220a填充满所述浅槽而形成浅槽隔离。
继续参考图7B，在形成所述第一绝缘层220a之后，通过刻蚀去除非白色像素区域的部分厚度的所述第一绝缘层220a；在所述第一绝缘层220a上形成第二绝缘层220b，由此所述第二绝缘结构222的厚度大于所述第一绝缘结构221的厚度。
其中，所述第一绝缘层220a的材料例如为二氧化硅或氮化硅，所述第二绝缘层220b的材料为二氧化硅；形成所述第一绝缘层220a、所述第二绝缘层220b的工艺为化学气相沉积工艺(如TEOS CVD)等；刻蚀所述第一绝缘层220a、所述第二绝缘层220b的工艺为干法刻蚀等。
本实例中，所述第一绝缘结构221包括第一绝缘层220a和第二绝缘层220b，所述第二绝缘结构222包括第一绝缘层220a和第二绝缘层220b。
第三实例参考图7C，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200已完成深注入隔离工艺且在表面形成有浅槽；在所述半导体衬底200的表面形成第一绝缘层220a，且所述第一绝缘层220a填充满所述浅槽而形成浅槽隔离。
如图7C所示，在形成所述绝缘层220a之后，通过刻蚀去除非白色像素区域的所述第一绝缘层220a至露出所述半导体衬底200，在所述半导体衬底200和所述第一绝缘层220a上形成第二绝缘层220b，其中所述第二绝缘结构122的厚度大于所述第一绝缘结构121的厚度。
本实例中，所述第一绝缘层220a的材料例如为二氧化硅或氮化硅；所述第二绝缘层220b的材料为二氧化硅，厚度不低于且不超过因为如果太薄起不到隔绝效果，太厚则会有串扰；形成所述第一绝缘层220a、所述第二绝缘层220b的工艺为化学气相沉积工艺等；刻蚀所述第一绝缘层220a、所述第二绝缘层220b的工艺为干法刻蚀等。
本实例中，所述第一绝缘结构221包括第二绝缘层220b，所述第二绝缘结构222包括第一绝缘层220a和第二绝缘层220b。
参考图8，刻蚀所述第二绝缘结构222表面，形成凹面222c。
具体形成凹面222c的步骤包括：在所述第一绝缘结构221和所述第二绝缘结构222上形成硬掩膜50；图案化所述硬掩膜50，定义出凹面图形；沿凹面图形刻蚀所述第二绝缘结构222，在所述第二绝缘结构222表面形成所述凹面222c；去除硬掩膜50。
本实施例中，所述硬掩膜50的材料例如为无定型碳或氮化硅。
本实施例中，所述硬掩膜50上定义出的所述凹面图形的半径为所述凹面222c的曲率半径的5％至20％。由于湿法刻蚀为各向同性，不可避免地发生侧蚀现象，通过将所述硬掩膜的凹面图形的半径设定为所述凹面的曲率半径的5％至20％，可以得到期望大小的凹面222c。
本实施例中，所述湿法刻蚀使用的溶液为氢氟酸水溶液，氢氟酸与水的体积比为1:20～1:1，其中，氢氟酸的质量百分比可以为49％；刻蚀时间为60秒～1200秒。
图9是本发明第二实施例的形成图像传感器过程中第二遮光层240的一实例的剖面结构示意图。
参考图9，在所述第一绝缘结构221上形成第一遮光层230，所述第一遮光层230通常为金属栅格，而且分立排列于所述第一绝缘结构221上；在所述第二绝缘结构222上形成第二遮光层240，所述第二遮光层240覆盖所述第二绝缘结构222的所述凹面222c以外的表面。
本实施例中，在形成所述第一遮光层230之后、或之前形成所述第二遮光层240，所述第一遮光层230和所述第二遮光层240的材料不同。
所述第一遮光层230可由金属制成，优选为具有遮光效果的金属材料，例如钨、铝或铜等，形成所述第一遮光层230的工艺例如为化学气相沉积，然后进行选择性刻蚀，去除对应光电二极管210的部分材料，形成分立排列于第一绝缘结构221的第一遮光层230。所述第二遮光层240可以由不同于所述第一遮光层230的构成材料的金属制成，也可以由具有光吸收效果的黑色光阻材料(Black PR)制成。
所述第二遮光层240可由光阻材料制成，优选为具有光吸收效果的黑色光阻材料，形成所述第二遮光层240的工艺例如为旋涂法，然后对所述黑色阻材料进行曝光、显影后，形成覆盖所述第一绝缘结构221的所述凹面221c以外的表面的第二遮光层240。
其中，所述第二遮光层240只要实现遮挡进入白色像素区域的一部分光线的效果即可，因此所述第二遮光层240不是必须与第一遮光层230的高度齐平，所述第二遮光层240的厚度小于或等于所述第一遮光层230的厚度。图9所示实例为所述第二遮光层240的厚度小于所述第一遮光层230的厚度。
在实际工艺中，根据白色像素区域光电二极管210的受光面积的大小，在满足满阱容量产生足够的光生载流子的情况下，可根据需要调节第二遮光层240对白色像素区域的光电二极管210的遮挡面积，以避免光生载流子的溢出现象。所述第二遮光层的表面面积可以为所述第二绝缘结构表面面积的20％至70％。
参考图10，在所述第一遮光层230之间的所述第一绝缘结构221上形成与各像素区域对应的彩色滤色层250C；在所述第二遮光层240和所述凹面222c上形成白色滤色层250W。
如图10所示，本实施例形成的图像传感器包括：半导体衬底200，所述半导体衬底200包含若干像素区域，所述若干像素区域中包括色像素区域；第一绝缘结构221，位于非白色像素区域的所述半导体衬底200上；第二绝缘结构222，位于所述白色像素区域的所述半导体衬底200上；凹面222c，位于所述第二绝缘结构222表面；第一遮光层230，分立排列于所述第一绝缘结构121表面；第二遮光层240，覆盖所述凹面222c以外的第二绝缘结构222表面；彩色滤色层250C，位于所述第一遮光层230之间的所述第一绝缘结构221上且与各像素区域对应；白色滤色层250W，位于所述第二遮光层240和所述凹面222c上，与白色像素区域对应。
另外，完整的图像传感器还包括微透镜，该微透镜位于各像素区域对应位置的滤色层250C、250W上，并设置在滤色层250C、250W的正上方。
图11是本发明第二实施例的图像传感器的光传播路径的示意图。
参考图11，所述第二遮光层240遮挡进入所述白色像素区域的光电二极管210的一部分光线，所述第二绝缘结构222表面上形成的凹面222c具有凹透镜的功能，使入射光可以分散到被所述第二遮光层240挡住的像素区域的光电二极管210，在暗光情况下，不仅提高了图像传感器的图像质量，而且也提高了图像传感器的灵敏度。
本发明虽然已以较佳实施方式公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施方式所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (14)
1.一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，所述半导体衬底包括若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；
在所述半导体衬底上形成第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构位于非白色像素区域，所述第二绝缘结构位于白色像素区域；
刻蚀所述第二绝缘结构表面，形成凹面；
在所述第一绝缘结构上形成分立排列的第一遮光层；
形成第二遮光层，所述第二遮光层覆盖所述凹面以外的所述第二绝缘结构表面；
在所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上形成与各像素区域对应的彩色滤色层；
在所述第二遮光层之间的所述凹面上、或者在所述第二遮光层和所述凹面上形成白色滤色层。
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，所述第二绝缘结构的厚度等于或大于所述第一绝缘结构的厚度。
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，所述第一绝缘结构包括第一绝缘层或第二绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。
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，所述第二绝缘结构包括第一绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。
5.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘层为氧化硅或氮化硅，所述第二绝缘层为氧化硅。
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，所述第二遮光层的表面面积为所述第二绝缘结构表面面积的20％至70％。
7.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述凹面的步骤包括：
在所述第一绝缘结构和所述第二绝缘结构上形成硬掩膜；
图案化所述硬掩膜，定义出凹面图形；
沿凹面图形刻蚀所述第二绝缘结构，在所述第二绝缘结构表面形成所述凹面。
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，刻蚀形成所述凹面的工艺为湿法刻蚀工艺。
9.如权利要求8所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述湿法刻蚀使用的溶液为氢氟酸水溶液，氢氟酸与水的体积比为1:20～1:1，刻蚀时间为60秒～1200秒。
10.如权利要求8所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述硬掩膜的材料为无定型碳或氮化硅。
11.如权利要求7所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述凹面图形的半径为所述凹面的曲率半径的5％至20％。
12.如权利要求1至11中的任一项所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述第一遮光层的同时形成所述第二遮光层，所述第一遮光层和所述第二遮光层的材料相同。
13.如权利要求1至11中的任一项所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成所述第一遮光层之后或之前形成所述第二遮光层，所述第一遮光层和所述第二遮光层的材料不同。
14.一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底包含若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；
第一绝缘结构，位于非白色像素区域的所述半导体衬底上；
第二绝缘结构，位于所述白色像素区域的所述半导体衬底上；
凹面，位于所述第二绝缘结构表面；
第一遮光层，分立排列于所述第一绝缘结构表面；
第二遮光层，覆盖所述凹面以外的第二绝缘结构表面；
彩色滤色层，位于所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上且与各像素区域对应；
白色滤色层，位于所述第二遮光层之间的所述凹面上、或所述第二遮光层和所述凹面上，与白色像素区域对应。
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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 |
Application publication date: 20190823 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |