CN110211981A - 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，方法包括：提供衬底，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述衬底包括逻辑区，所述逻辑区包括相邻的第一区和第二区；在所述逻辑区第一区的第二面表面形成遮挡结构；在所述遮挡结构表面形成抗反射层；在所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层。所述方法形成的图形传感器性能得到提升。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。
背景技术
随着半导体技术的迅速发展，互补金属氧化物(Complementary Metal OxideSemiconductor，简称CMOS)图像传感器广泛应用在各种电子设备中，作为提供数字成像功能的图像采集设备使用。图像传感器使用感光像素阵列采集图像信息，将像素图像信号转换为像素光电信号，再经过图像信号处理操作还原每个像素的真实图像信息。
现有技术中的图像传感器一般采用贝尔模式的感光像素阵列排列方式，随着电气技术和电子技术的快速发展，越来越多应用影像传感器技术的现代移动电子产品，如智能手机、数码相机、笔记本电脑等得到飞速发展及普及。目前，人们在手机等电子产品上的消费比例越来越高，对产品的质量和个人体验要求越来越苛刻。图像传感器作为电子产品成像的主要部件，对其成像品质的要求也越来越高。
但是现有的图像传感器的性能仍有待提高。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，以提高图像传感器的性能。
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：提供衬底，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述衬底包括逻辑区，所述逻辑区包括相邻的第一区和第二区；在所述逻辑区第一区的第二面表面形成遮挡结构；在所述遮挡结构表面形成抗反射层；在所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层。
可选的，所述第一固化层的材料包括：透明有机材料；所述透明有机材料包括光刻胶。
可选的，所述第一固化层的形成方法包括：在所述抗反射层表面以及第二区第二面表面形成固化材料层；对所述固化材料层进行曝光、显影和固化处理，在所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层。
可选的，所述遮挡结构包括第一遮挡层和位于第一遮挡层表面的第二遮挡层，所述第二遮挡层的材料与所述抗反射层的材料不同。
可选的，所述第二遮挡层的材料包括有机材料；所述有机材料包括硅胶光阻、铁氟龙、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛树脂、乙酸乙二醇丁醚酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
可选的，所述抗反射层的材料包括：氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
可选的，还包括：在所述第二区第二面与抗反射层侧壁连接的部分表面形成第二固化层，所述第一固化层和第二固化层相接。
可选的，所述第二固化层与所述第一固化层同时形成。
可选的，所述衬底还包括像素区；所述像素区与所述逻辑区相邻，且所述第一区位于所述像素区和第二区之间。
可选的，还包括：在所述像素区第二面表面形成滤光层；在所述滤光层表面形成透镜；在所述透镜表面形成抗反射层。
可选的，所述第一遮挡层与所述滤光层同时形成。
可选的，所述第二遮挡层与所述透镜同时形成。
可选的，所述衬底包括：基底和位于基底表面的逻辑电路，所述逻辑电路位于所述衬底的逻辑区内。
相应的，本发明技术方案还提供一种采用上述任一方法所形成的图像传感器，包括：衬底，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述衬底包括逻辑区，所述逻辑区包括第一区和第二区；位于逻辑区第一区的第二面表面的遮挡结构；位于所述遮挡结构表面的抗反射层；位于所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面的第一固化层。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
通过在所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层，则所述第一固化层可以在第一区遮挡结构的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面将所述抗反射层进行固定，使得所述抗反射层在外力的影响下，不容易从第一区遮挡结构表面的边缘位置出现缺陷，进而发生膜层破裂以致脱落的情况，从而使得所述图像传感器的可靠性和良率得到提升。
进一步，所述像素区第二面表面的透镜表面也有抗反射层，所述第一固化层在第一区遮挡结构的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面将所述抗反射层进行固定，避免了所述像素区第二面表面的透镜表面的抗反射层发生破裂以及脱落，使得进入到像素区内的光线入射量减少使得图像传感器的感光度下降的情况，从而使得图像传感器的性能得到提升。
附图说明
图1是一种图像传感器的剖面结构示意图；
图2至图8是本发明实施例中图像传感器形成过程的剖面结构示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，现有的图像传感器的性能有待提高。现结合一种图像传感器的结构进行分析说明。
图1是一种图像传感器的剖面结构示意图。
请参考图1，提供衬底100，所述衬底100包括相对的第一面和第二面，所述衬底100包括像素区A和逻辑区B，所述像素区A和逻辑区B相邻，且所述逻辑区B包围所述像素区A；位于像素区A第二面表面以及部分逻辑区B第二面表面的滤光层101；位于滤光层101表面和侧壁的透镜层102；位于透镜层102表面的抗反射层103。
在所述图像传感器的结构中，所述透镜层102的材料为树脂，所述抗反射层103的材料为氧化硅，所述氧化硅和树脂材料二者具有不同的杨氏模量，氧化硅的形变能力小，树脂的形变能力大，在受到外界作用力的情况下，比如受热、受冷或加湿等条件下，所述抗反射层103和所述透镜层102具有不同的形变，故在所述抗反射层103附着于所述透镜层102表面的边缘位置容易产生缺陷，从而使所述抗反射层103从所述透镜层102表面的边缘位置开始发生破裂以及脱落，从而导致所述图像传感器的可靠性变差、良率受损。
同时，位于像素区A的透镜层102表面的抗反射层103起到增加光线透过的作用，当所述像素区A的透镜层102表面的抗反射层103也脱落时，则会减少光线进入到像素区A内的入射量，从而使得图像传感器的感光度下降，使得图像传感器的成像性能受到影响。
为了解决上述问题，本发明技术方案提供了一种图像传感器及其形成方法，通过在所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层，则所述第一固化层可以在第一区遮挡结构的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面将所述抗反射层进行固定，使得所述抗反射层在外力的影响下，不容易从边缘位置出现缺陷，进而发生膜层破裂以致脱落的情况，从而使得所述图像传感器的可靠性和良率得到提升。
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8是本发明实施例中图像传感器形成过程的剖面结构示意图。
请参考图2和图3，图3是图2的俯视结构示意图，图2是图3沿剖面线AA’方向的剖面结构示意图，提供衬底200，所述衬底200包括相对的第一面和第二面，所述衬底200包括逻辑区，所述逻辑区包括相邻的第一区I和第二区II。
在本实施例中，所述衬底200包括：基底和位于基底表面的逻辑电路，所述逻辑电路位于所述衬底200的逻辑区内。
在本实施例中，部分与逻辑电路相连接的衬垫210暴露于所述第二区II的第二面表面，所述衬垫210用于与其他电路或器件电连接。
在本实施例中，所述衬底200第一面还与逻辑电路、元器件、导电结构或者晶体管等半导体器件电连接。
所述基底的材料为半导体材料。本实施例中，所述基底的材料为硅。其他实施例中，所述基底的材料包括碳化硅、硅锗、Ⅲ-Ⅴ族元素构成的多元半导体材料、绝缘体上硅(SOI)或者绝缘体上锗。其中，Ⅲ-Ⅴ族元素构成的多元半导体材料包括InP、GaAs、GaP、InAs、InSb、InGaAs或者InGaAsP。
在本实施例中，所述衬底200还包括像素区III；所述像素区III与所述逻辑区相邻，且所述第一区I位于所述像素区III和第二区II之间。
在本实施例中，所述像素区III内具有若干像素单元(未图示)，所述像素单元内具有感光结构(未图示)以及位于相邻感光结构之间的深沟槽隔离结构211。
在本实施例中，所述感光结构包括光电二极管，所述感光结构用于光电转换。所述深沟槽隔离结构211用于防止相邻像素单元的光串扰。
在本实施例中，所述逻辑区包围所述像素区III。
接下来，在所述逻辑区第一区I的第二面表面形成遮挡结构。所述遮挡结构用于阻挡光线进入所述逻辑区第一区I内。
在本实施例中，所述遮挡结构包括第一遮挡层和位于第一遮挡层表面的第二遮挡层。
请参考图4，在所述逻辑区第一区I的第二面表面形成第一遮挡层201。
在本实施例中，在形成第一遮挡层201之前，在所述衬底200第二面表面形成介电层203。在其他实施例中，能够不形成所述介电层203。
在本实施例中，所述介电层203的材料包括氧化硅和位于氧化硅上的氮化硅；所述氧化硅和氮化硅两种不同折射率材料的叠加形成的介电层203，所述介电层203可以增加光线的透过率。
接下来，还包括：在所述像素区III第二面表面形成滤光层204。
在所述像素区III第二面表面形成滤光层204的方法包括：在所述像素区III第二面表面形成栅格层212，相邻栅格层212之间具有凹槽(未图示)；在所述凹槽内形成滤光层204。
在本实施例中，所述第一遮挡层201与所述滤光层204同时形成；所述第一遮挡层201与所述滤光层204同时形成时，在所述第一遮挡层201起到遮挡作用的同时，节省了图像传感器制程的工艺流程。
在其他实施例中，所述第一遮挡层201与所述滤光层204能够不同时形成；所述第一遮挡层201与所述滤光层204能够不同时形成时，所述第一遮挡层201可以有更多的材料进行选择，以满足工艺要求。
本实施例中，所述第一遮挡层201与所述滤光层204的形成工艺包括：沉积工艺。
所述滤光层204为有色滤光层，所述有色滤光层包括红光滤光层、蓝光滤光层和绿光滤光层。
所述滤光层204的材料包括掺杂有色素的有机材料。所述掺杂有色素的有机材料，可以根据掺杂色素的不同，选择可以通过的有色光。
自然光为多个颜色光的集合而成的白光，自然光经过所述有色滤光层后，仅部分特定波长的有色光可以通过，从而产生特定的有色光。
在本实施例中，所述滤光层204包括红光滤光层、蓝光滤光层和绿光滤光层。
请参考图5，在所述逻辑区第一区I的第二面表面形成第一遮挡层201之后，在所述第一遮挡层201表面形成第二遮挡层202。
接下来，还包括：在所述像素区III滤光层204表面形成透镜205。
在本实施例中，所述第二遮挡层202与所述透镜205同时形成；所述第二遮挡层202与所述透镜205同时形成时，在所述第二遮挡层202起到遮挡作用的同时，可以节省图像传感器制程的工艺流程。
在其他实施例中，所述第二遮挡层202与所述透镜205能够不同时形成；所述第二遮挡层202与所述透镜205能够不同时形成时，所述第二遮挡层202可以有更多的材料进行选择，以满足工艺要求。
所述第二遮挡层202的材料包括有机材料；所述有机材料包括硅胶光阻、铁氟龙、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛树脂、乙酸乙二醇丁醚酯或聚甲基丙烯酸甲酯。在本实施例中，所述第二遮挡层202的材料包括聚氯乙烯。
形成所述第二遮挡层202与所述透镜205的方法包括：在所述第一遮挡层201表面、所述像素区III滤光层204表面以及逻辑区第二区II的第二面表面形成初始透镜材料层(未图示)；对所述初始透镜材料层进行曝光、显影处理，及热板加热处理，再进行刻蚀处理去除逻辑区第二区II的第二面表面的初始透镜材料层，在所述第一遮挡层201表面以及所述像素区III滤光层204表面形成透镜材料层(未图示)；使所述滤光层204表面的透镜材料层形成球状的透镜205，所述第一遮挡层201表面的透镜材料层形成平面状的第二遮挡层202。
在本实施例中，位于像素区III第二面表面的透镜205为球状，所述透镜205用于会聚光线，使得光线沿特定的光路进入滤光层204和像素区III内。
在本实施例中，位于第一区I第二面表面的第二遮挡层202为平面状，不具备汇聚光线的作用。
在本实施例中，位于第一区I第二面表面的第一遮挡层201以及位于第一遮挡层201表面的第二遮挡层202形成的遮挡结构，所述遮挡结构用于对所述第一区I内的逻辑电路进行遮挡光线的作用，避免因光线进入第一区I而对第一区I的逻辑电路产生干扰，从而影响逻辑电路的效果，进而影响图像传感器的性能；而由第一遮挡层201和第二遮挡层202两层形成的遮挡结构，对所述第一区I内的逻辑电路进行遮挡光线的效果更好，同时也节省了工艺流程。
请参考图6，在所述遮挡结构表面形成抗反射层206。
在本实施例中，还包括：在所述像素区III的透镜205表面形成抗反射层206。
形成所述抗反射层206的工艺包括化学气相沉积工艺或者原子层沉积工艺。在本实施例中，形成所述抗反射层206的工艺包括化学气相沉积工艺；所述化学气相沉积工艺可以高效形成结构致密的抗反射层206。
在本实施例中，所述第二遮挡层202的材料与所述抗反射层206的材料不同。
所述抗反射层206的材料包括：氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。在本实施例中，所述抗反射层206的材料包括氧化硅。
在本实施例中，所述抗反射层206的厚度范围为100nm～120nm。
在所述第一区I第二遮挡层202表面形成抗反射层206，可以减少在制程中的杂质附着于所述第二遮挡层202的表面，而由于所述第二遮挡层202的材料为有机材料，在所述第二遮挡层202的表面附着杂质后难以清洗干净而形成外观缺陷，从而对所述图像传感器的良率造成损伤；同时，在对所述图像传感器的使用过程中，在所述第二遮挡层202的表面附着的杂质有游离到像素区III内的可能，从而影响所述图像传感器的成像质量。
在所述像素区III透镜205表面形成的抗反射层206，起到增加光线透过所述透镜205进入到所述滤光层204以及像素区III内的作用，使得所述图像传感器的感光度增加，能够提升所述图像传感器的成像质量；同时，所述抗反射层206可以减少制程中的杂质附着于所述透镜205的表面，避免杂质影响良率以及影响成像质量。
在本实施例中，由于所述第二遮挡层202的材料与所述抗反射层206的材料不同，故所述抗反射层206容易从第一区I遮挡结构表面的边缘位置出现缺陷，进而发生膜层破裂以致脱落的情况。
在形成所述抗反射层206之后，在所述抗反射层206的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层。
在本实施例中，还包括：在所述第二区II第二面与所述抗反射层206侧壁连接的部分表面形成第二固化层，所述第一固化层和第二固化层相接。在其他实施例中，能够不形成所述第二固化层。
在本实施例中，所述第二固化层与所述第一固化层同时形成。
请参考图7，在所述抗反射层206表面以及第二区第二面表面形成固化材料层207。
所述固化材料层207的材料包括：透明有机材料。在本实施例中，所述固化材料层207的材料包括光刻胶。
在本实施例中，形成所述固化材料层207的工艺包括旋涂工艺。
选用光刻胶作为固化层的材料，因未固化前的光刻胶具有一定的流动性，在旋涂的过程中，所述光刻胶可流向在所述抗反射层206的侧壁表面形成固化材料层207，使得固化后的光刻胶层在所述抗反射层206的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面两个方向对所述抗反射层206进行固定，避免所述抗反射层206不容易从第一区I遮挡结构表面的边缘位置出现缺陷，进而发生膜层破裂以致脱落的情况；同时，使用光刻胶的工艺简单、成本较低以及可操作性强，适用于量产。
请参考图8，对所述固化材料层207进行曝光、显影和固化处理，在所述抗反射层206的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层208，在所述第二区II第二面与抗反射层206侧壁连接的部分表面形成第二固化层209。
在本实施例中，在所述抗反射层206的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成的第一固化层208的厚度小于或齐平于所述图像区III表面的透镜205顶部表面，避免所述第一固化层208的厚度太大从而影响后续对所述图像传感器进行封装的效果。
至此，在所述抗反射层206的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成的第一固化层208，以及在所述第二区II第二面与抗反射层206侧壁连接的部分表面形成的第二固化层209，使得所述抗反射层206得到固定，使得所述抗反射层206在外力的影响下，不容易从第一区遮挡结构表面的边缘位置出现缺陷，进而发生膜层破裂以致脱落的情况，从而使得所述图像传感器的可靠性和良率得到提升；同时，避免了所述像素区第二面表面的透镜205表面的抗反射层206发生破裂以及脱落，使得进入到像素区内的光线入射量减少使得图像传感器的感光度下降的情况，从而使得图像传感器的性能得到提升。
相应的，本发明实施例还提供一种采用上述任一方法形成的半导体结构，请继续参考图8，包括：
衬底200，所述衬底200包括相对的第一面和第二面，所述衬底200包括逻辑区和像素区III，所述逻辑区包括第一区I和第二区II；
位于逻辑区第一区I的第二面表面的遮挡结构；
位于像素区III第二面表面的滤光层204以及位于滤光层204表面的透镜205；
位于所述遮挡结构和透镜205表面的抗反射层206；
位于所述抗反射层206的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面的第一固化层208，以及位于所述第二区II第二面与抗反射层206侧壁连接的部分表面的第二固化层209，所述第一固化层208和第二固化层209相接。
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 (14)
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述衬底包括逻辑区，所述逻辑区包括相邻的第一区和第二区；
在所述逻辑区第一区的第二面表面形成遮挡结构；
在所述遮挡结构表面形成抗反射层；
在所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层。
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，所述第一固化层的材料包括：透明有机材料；所述透明有机材料包括光刻胶。
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，所述第一固化层的形成方法包括：在所述抗反射层表面以及第二区第二面表面形成固化材料层；对所述固化材料层进行曝光、显影和固化处理，在所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面形成第一固化层。
4.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述遮挡结构包括第一遮挡层和位于第一遮挡层表面的第二遮挡层，所述第二遮挡层的材料与所述抗反射层的材料不同。
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，所述第二遮挡层的材料包括有机材料；所述有机材料包括硅胶光阻、铁氟龙、聚氯乙烯、聚乙烯醇、聚乙烯丁醛树脂、乙酸乙二醇丁醚酯或聚甲基丙烯酸甲酯。
6.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述抗反射层的材料包括：氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
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，还包括：在所述第二区第二面与抗反射层侧壁连接的部分表面形成第二固化层，所述第一固化层和第二固化层相接。
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，所述第二固化层与所述第一固化层同时形成。
9.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述衬底还包括像素区；所述像素区与所述逻辑区相邻，且所述第一区位于所述像素区和第二区之间。
10.如权利要求9所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，还包括：在所述像素区第二面表面形成滤光层；在所述滤光层表面形成透镜；在所述透镜表面形成抗反射层。
11.如权利要求10所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一遮挡层与所述滤光层同时形成。
12.如权利要求10所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二遮挡层与所述透镜同时形成。
13.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述衬底包括：基底和位于基底表面的逻辑电路，所述逻辑电路位于所述衬底的逻辑区内。
14.一种如权利要求1至13任一项方法所形成的图像传感器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底包括相对的第一面和第二面，所述衬底包括逻辑区，所述逻辑区包括第一区和第二区；
位于逻辑区第一区的第二面表面的遮挡结构；
位于所述遮挡结构表面的抗反射层；
位于所述抗反射层的侧壁表面和与侧壁连接的部分顶部表面的第一固化层。
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