CN112331684A - 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：半导体衬底，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；金属互连层，位于所述半导体衬底的表面，所述金属互连层内具有金属互连结构；多层堆叠的感光元件层，位于所述金属互连层的表面，每层感光元件层中包含多个感光元件，不同的感光元件经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件；其中，每个感光元件包括堆叠的第一透明电极层、PIN二极管、第二透明电极层。本发明可以不依赖于光电二极管、滤光片、有机光敏薄膜等材料，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
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
图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件为例，由于其具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。
在现有的一种CIS技术中，为了实现彩色成像，通常在像素单元表面加上滤光片(Color Filter)，在现有的另一种CIS技术中，基于有机光敏薄膜(OrganicPhotoconductive Films，OPFs)的堆叠式无滤光片彩色CIS。具体地，将分别能对蓝色、红色以及绿色做出光电响应的有机薄膜在纵向上进行堆叠，可以实现无滤光片的彩色成像，同时可以有效提高像素密度，提高分辨率。
然而，由于滤光片对光柱的吸收率有限，因此滤光片的厚度具有一定的下限，难以形成非常小的像素单元，同时滤光片多属于有机物，在紫外线的照射下或高温中容易退化；而有机光敏薄膜的耐用性较差，且与CMOS集成工艺难以兼容。
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，可以不依赖于光电二极管、滤光片、有机光敏薄膜等材料，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；金属互连层，位于所述半导体衬底的表面，所述金属互连层内具有金属互连结构；多层堆叠的感光元件层，位于所述金属互连层的表面，每层感光元件层中包含多个感光元件，不同的感光元件经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件；其中，每个感光元件包括堆叠的第一透明电极层、PIN二极管、第二透明电极层。
可选的，所述PIN二极管是采用多晶硅材料形成的。
可选的，不同的感光元件层中的感光元件用于吸收不同波长的光线；其中，越邻近所述半导体衬底的感光元件层中的感光元件吸收的光线的波长越长。
可选的，所述感光元件的横截面面积越大，所述感光元件吸收的光线的波长越长。
可选的，所述多层堆叠的感光元件层为三层，且沿着远离所述半导体衬底的方向排列，第一感光元件层的感光元件吸收的光线为红光，第二感光元件层的感光元件吸收的光线为绿光，第三感光元件层的感光元件吸收的光线为蓝光；其中，第一感光元件层的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层的感光元件的横截面面积，第二感光元件层的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层的感光元件的横截面面积。
可选的，所述感光元件的横截面为圆形；所述感光元件的横截面的直径满足以下一项或多项：第一感光元件层的感光元件的横截面的直径选自130～150nm；第二感光元件层的感光元件的横截面的直径选自110～130nm；第三感光元件层的感光元件的横截面的直径选自60～100nm。
可选的，相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底表面的方向上中心点重合，且相邻的感光元件之间均具有间隔。
可选的，相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底表面的方向上中心点不重合，且在所述相邻的感光元件层中，下层感光元件的第二透明电极层与上层的第一透明电极层位于同一层且之间具有间隔；其中，下层感光元件为邻近所述半导体衬底的感光元件，上层感光元件为远离所述半导体衬底的感光元件。
可选的，所述半导体衬底内具有光电二极管。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；在所述半导体衬底的表面形成金属互连层，所述金属互连层内具有金属互连结构；在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层，每层感光元件层中包含多个感光元件，不同的感光元件经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件；其中，每个感光元件包括堆叠的第一透明电极层、PIN二极管、第二透明电极层。
可选的，在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：依次形成各层感光元件层，且形成任意一层感光元件层包括：淀积介质层；对所述介质层进行刻蚀，以得到多个感光元件沟槽；在所述感光元件沟槽内形成感光元件，以得到所述感光元件层。
可选的，所述多层堆叠的感光元件层至少包括三层，且沿着远离所述半导体衬底的方向排列；在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：在所述金属互连层的表面形成第一感光元件层，且所述第一感光元件层的感光元件吸收的光线为红光；在所述第一感光元件层的表面形成第二感光元件层，且所述第二感光元件层的感光元件吸收的光线为绿光；在所述第二感光元件层的表面形成第三感光元件层，且所述第三感光元件层的感光元件吸收的光线为蓝光；其中，第一感光元件层的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层的感光元件的横截面面积，第二感光元件层的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层的感光元件的横截面面积。
可选的，在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：在所述金属互连层的表面形成第一感光元件层以及第二感光元件层的第一透明电极层，所述第二感光元件层的第一透明电极层与所述第一感光元件层的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第二感光元件层的第一透明电极层与所述第一感光元件层的第二透明电极层之间具有间隔；在所述第一感光元件层的表面形成第二感光元件层的剩余部分以及第三感光元件层的第一透明电极层，所述第三感光元件层的第一透明电极层与所述第二感光元件层的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第三感光元件层的第一透明电极层与所述第二感光元件层的第二透明电极层之间具有间隔；依次在第N感光元件层的表面形成第N+1感光元件层的剩余部分以及第N+2感光元件层的第一透明电极层，所述第N+2感光元件层的第一透明电极层与所述第N+1感光元件层的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第N+2感光元件层的第一透明电极层与所述第N+1感光元件层的第二透明电极层之间具有间隔；其中，N为正整数，且N≥2。
可选的，所述多层堆叠的感光元件层至少包括三层，且沿着远离所述半导体衬底的方向排列；在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：在所述金属互连层的表面形成第一感光元件层，且所述第一感光元件层的感光元件吸收的光线为红光；在所述第一感光元件层的表面形成第二感光元件层，且所述第二感光元件层的感光元件吸收的光线为绿光；在所述第二感光元件层的表面形成第三感光元件层，且所述第三感光元件层的感光元件吸收的光线为蓝光；其中，第一感光元件层的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层的感光元件的横截面面积，第二感光元件层的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层的感光元件的横截面面积。
可选的，在形成金属互连层之前，所述的图像传感器的形成方法还包括：在所述半导体衬底内形成光电二极管。
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：
在本发明实施例中，采用多层堆叠的感光元件层生成光生载流子，然后经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件，可以不依赖于光电二极管、滤光片、有机光敏薄膜等材料，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
进一步，所述PIN二极管是采用多晶硅材料形成的，相比于现有技术中采用的滤光片为有机物，容易导致发生有机物污染的问题，采用本发明实施例的方案，由于PIN二极管是采用多晶硅材料形成的，可以有效避免有机物污染，提高感光元件的品质。进一步地，相比于采用光电二极管需要基于离子注入工艺形成，导致光电二极管的占地面积往往较大，采用PIN二极管可以基于淀积、刻蚀等工艺形成，与CMOS集成工艺的兼容性更好，并且能够提高像素密度。
进一步，不同的感光元件层中的感光元件用于吸收不同波长的光线；其中，越邻近所述半导体衬底的感光元件层中的感光元件吸收的光线的波长越长。采用本发明实施例的方案，可以将吸收不同波长的光线的感光元件层堆叠起来，光信号到达长波长的感光元件层时，短波长光线已经被短波长的感光元件层吸收掉了，有效地提高光线吸收效果。
进一步，所述感光元件的横截面面积越大，所述感光元件吸收的光线的波长越长。采用本发明实施例的方案，通过调整感光元件的截面积，可以改变其对不同波长光波的响应范围，有助于提高灵活性和光线吸收效果。
进一步，相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底表面的方向上中心点重合，且相邻的感光元件之间均具有间隔，可以进一步提高像素密度。
进一步，相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底表面的方向上中心点不重合，且在所述相邻的感光元件层中，下层感光元件的第二透明电极层与上层的第一透明电极层位于同一层且之间具有间隔，可以节省工艺步骤，有效降低生产成本。
附图说明
图1是本发明实施例中一种图像传感器的剖面结构示意图；
图2是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图；
图3是图1中一种感光元件的剖面结构示意图；
图4至图5是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法中部分步骤对应的器件剖面结构示意图；
图6是本发明实施例中另一种图像传感器的剖面结构示意图。
具体实施方式
如前所述，在现有的一种CIS技术中，为了实现彩色成像，通常在像素单元表面加上滤光片。在现有的另一种CIS技术中，为了克服掉滤光片的上述缺点，并且进一步提高分辨率，有研究者提出基于有机光敏薄膜(Organic Photoconductive Films，OPFs)的堆叠式无滤光片彩色CIS。具体地，将分别能对蓝色、红色以及绿色做出光电响应的有机薄膜在纵向上进行堆叠，可以实现无滤光片的彩色成像，同时可以有效提高像素密度，提高分辨率。
本发明的发明人经过研究发现，由于滤光片对光柱的吸收率有限，因此滤光片的厚度具有一定的下限，难以形成非常小的像素单元；同时滤光片多属于有机物，在紫外线的照射下或高温中容易退化。另外，滤光片吸收掉了一部分光线，而理想的情况下，应该是全部光线用来产生光电信号以最大化光电转化效率，将不同颜色的像素单元在平面上平铺放置，图像传感器的分辨率也会受到影响。而有机光敏薄膜的耐用性较差，且与CMOS集成工艺难以兼容。
本发明的发明人经过研究进一步发现，在上述各种CIS技术中，需要依赖滤光片或者有机物薄膜，导致难以去除由于滤光片或有机物薄膜自身的特点带来的影响。
在本发明实施例中，采用多层堆叠的感光元件层生成光生载流子，然后经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件，可以不依赖于光电二极管、滤光片、有机光敏薄膜等材料，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
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。
结合参照图1和图2，图1是本发明实施例中一种图像传感器的剖面结构示意图，图2是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图。
所述图像传感器的形成方法可以包括步骤S21至步骤S23：
步骤S21：提供半导体衬底，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；
步骤S22：在所述半导体衬底的表面形成金属互连层，所述金属互连层内具有金属互连结构；
步骤S23：在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层，每层感光元件层中包含多个感光元件，不同的感光元件经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件。
其中，每个感光元件包括堆叠的第一透明电极层、PIN二极管、第二透明电极层。
下面结合图1、图3至图6对上述各个步骤进行说明。
具体地，图1示出的所述图像传感器可以包括：半导体衬底100、金属互连层110以及多层堆叠的感光元件层。
其中，所述半导体衬底100内形成有逻辑器件101。
具体地，所述半导体衬底100可以为硅衬底，或者所述半导体衬底100的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等适当的应用于图像传感器的材料，所述半导体衬底100还可以为绝缘体表面的硅衬底或者绝缘体表面的锗衬底，或者是生长有外延层(Epitaxy layer，Epi layer)的衬底。优选地，所述半导体衬底100可以为轻掺杂的半导体衬底100，且掺杂类型与漏区相反。具体地，可以通过向所述半导体衬底100进行离子注入，实现深阱掺杂(Deep Well Implant)。
需要指出的是，所述半导体衬底100还可以包括位于所述半导体衬底100的表面的结构，例如栅极结构、插塞结构等，并不限于所述半导体衬底100的表面以内的部分。
其中，所述逻辑器件101可以包括浅槽隔离结构、浮置扩散区、栅极结构以及源漏掺杂区等。其中，所述浮置扩散区、栅极结构以及源漏掺杂区可以属于所述逻辑器件101的功能区，例如为所述逻辑器件101的MOS晶体管，所述浅槽隔离结构可以用于隔离相邻的功能区。
所述金属互连层110可以位于所述半导体衬底100的表面，所述金属互连层110内可以具有金属互连结构111。可以理解的是，所述金属互连结构111可以与逻辑器件101电连接，以导出电信号。
需要指出的是，虽然图1仅以感光元件层130中的感光元件连接至逻辑器件101为例进行示意，然而可以设置每个感光元件均分别连接至不同的逻辑器件101，以将光电转换后的信号输出至逻辑器件101。例如可以在图1示出的剖面周围(如3D立体结构的前方/后方)通过金属互连结构111电连接至逻辑器件101。
所述多层堆叠的感光元件层可以位于所述金属互连层110的表面，每层感光元件层中包含多个感光元件，不同的感光元件经由所述金属互连结构111电连接至不同的逻辑器件101。其中，每个感光元件可以包括堆叠的第一透明电极层、PIN二极管、第二透明电极层。
参照图3，图3是图1中一种感光元件的剖面结构示意图。
所述感光元件自下层至上层可以包括第一透明电极层131、PIN二极管中的P型(P-type)层132、PIN二极管中的I型(I-type)层133、PIN二极管中的N型(N-type)层134、第二透明电极层135。其中，下层为邻近所述半导体衬底100的层，上层为远离所述半导体衬底100的层。
其中，第一透明电极层131以及第二透明电极层135的材料可以为氧化铟锡(Indium Tin Oxide)，以更好地满足透光性和导电性的需求。
进一步地，所述PIN二极管可以是采用多晶硅(Polysilicon)材料形成的。
具体地，PIN二极管中的P型层132可以采用P型多晶硅材料形成、PIN二极管中的I型层133可以采用I型多晶硅材料形成、PIN二极管中的N型层134可以采用N型多晶硅材料形成。
在本发明实施例中，相比于现有技术中采用的滤光片为有机物，容易导致发生有机物污染的问题，采用本发明实施例的方案，由于PIN二极管是采用多晶硅材料形成的，可以有效避免有机物污染，提高感光元件的品质。进一步地，相比于采用光电二极管需要基于离子注入工艺形成，导致光电二极管的占地面积往往较大，采用PIN二极管可以基于淀积、刻蚀等工艺形成，与CMOS集成工艺的兼容性更好，并且能够提高像素密度。
继续参照1，进一步地，不同的感光元件层中的感光元件可以用于吸收不同波长的光线；其中，越邻近所述半导体衬底100的感光元件层中的感光元件吸收的光线的波长越长。
在一个具体实施例中，以吸收的光线包含红光、绿光、蓝光为例进行说明。
继续参照图1，如图1示出的第一感光元件层130可以用于吸收波长最长的红光，第二感光元件层140可以用于吸收波长居中的绿光，第三感光元件层150可以用于吸收波长最短的蓝光。
在具体实施中，当光信号到达第一感光元件层130和第二感光元件层140时，蓝光已经被第三感光元件层150吸收掉了，即使第一感光元件层130和第二感光元件层140对蓝光存在响应峰，蓝光也不会对其产生影响，能够使得多层堆叠的感光元件层得到更好的光波响应。
在本发明实施例中，通过设置不同的感光元件层中的感光元件用于吸收不同波长的光线；其中，越邻近所述半导体衬底100的感光元件层中的感光元件吸收的光线的波长越长。采用本发明实施例的方案，可以将吸收不同波长的光线的感光元件层堆叠起来，光信号到达长波长的感光元件层时，短波长光线已经被短波长的感光元件层吸收掉了，有效地提高光线吸收效果。
进一步地，所述感光元件的横截面面积越大，所述感光元件吸收的光线的波长越长。
在本发明实施例中，通过设置所述感光元件的横截面面积越大，所述感光元件吸收的光线的波长越长。采用本发明实施例的方案，通过调整感光元件的截面积，可以改变其对不同波长光波的响应范围，有助于提高灵活性和光线吸收效果。
进一步地，所述多层堆叠的感光元件层可以为三层，且沿着远离所述半导体衬底100的方向排列，第一感光元件层130的感光元件吸收的光线为红光，第二感光元件层140的感光元件吸收的光线为绿光，第三感光元件层150的感光元件吸收的光线为蓝光；其中，第一感光元件层130的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层140的感光元件的横截面面积，第二感光元件层140的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层150的感光元件的横截面面积。
具体地，如图1示出的第一感光元件层130的横截面面积大于第二感光元件层140的感光元件的横截面面积，第二感光元件层140的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层150的感光元件的横截面面积。
更进一步地，所述感光元件的横截面可以为圆形；所述感光元件的横截面的直径满足以下一项或多项：第一感光元件层130的感光元件的横截面的直径选自130～150nm；第二感光元件层140的感光元件的横截面的直径选自110～130nm；第三感光元件层150的感光元件的横截面的直径选自60～100nm。
需要指出的是，在本发明实施例的一种具体应用中，测量得到的蓝光响应度最好的感光元件的横截面直径为80nm，绿光响应度最好的感光元件的横截面直径为120nm，红光响应度最好的感光元件的横截面直径为140nm。
需要指出的是，所述感光元件的形貌不限于圆柱形，所述感光元件的横截面的形状不限于圆形，还可以是其他适当的形状，例如矩形、梯形、椭圆形等。
在本发明实施例中，通过设置感光元件为圆柱形，可以兼顾光线响应效果以及工艺复杂度，有效地提高器件品质以及降低成本。
在本发明实施例中，通过设置第一感光元件层130的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层140的感光元件的横截面面积，第二感光元件层140的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层150的感光元件的横截面面积，可以有效实现越邻近所述半导体衬底100的感光元件层中的感光元件吸收的光线的波长越长这一技术效果。
进一步地，所述半导体衬底100内可以具有光电二极管(图未示)。
具体地，在形成金属互连层110之前，所述图像传感器的形成方法还可以包括：在所述半导体衬底100内形成光电二极管。
在本发明实施例中，通过设置光电二极管，可以补充吸收未能被多层堆叠的感光元件层吸收的光线，从而有效提高光吸收效率。
进一步地，相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底100表面的方向上中心点不重合，且在所述相邻的感光元件层中，下层感光元件的第二透明电极层与上层的第一透明电极层位于同一层且之间具有间隔；其中，下层感光元件为邻近所述半导体衬底100的感光元件，上层感光元件为远离所述半导体衬底100的感光元件。
参照图4，图4至图5是本发明实施例中一种图像传感器的形成方法中部分步骤对应的器件剖面结构示意图。
参照图4，在所述金属互连层110的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：在所述金属互连层110的表面形成第一感光元件层130以及第二感光元件层140的第一透明电极层141，所述第二感光元件层140的第一透明电极层141与所述第一感光元件层130的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第二感光元件层140的第一透明电极层141与所述第一感光元件层130的第二透明电极层之间具有间隔。
具体地，所述第二感光元件层140的第一透明电极层141与所述第一感光元件层130的第二透明电极层采用同一张掩膜版形成，可以节省工艺步骤，从而有效地提高生产效率，降低生产成本。
需要指出的是，通过设置所述第二感光元件层140的第一透明电极层141与所述第一感光元件层130的第二透明电极层之间具有间隔，可以避免电信号发生短路，影响输出效果。
参照图5，在所述第一感光元件层130的表面形成第二感光元件层140的剩余部分以及第三感光元件层150的第一透明电极层151，所述第三感光元件层150的第一透明电极层151与所述第二感光元件层140的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第三感光元件层150的第一透明电极层151与所述第二感光元件层140的第二透明电极层之间具有间隔。
具体地，所述第三感光元件层150的第一透明电极层151与所述第二感光元件层140的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，可以节省工艺步骤，从而有效地提高生产效率，降低生产成本。
进一步地，还可以依次在第N感光元件层的表面形成第N+1感光元件层的剩余部分以及第N+2感光元件层的第一透明电极层，所述第N+2感光元件层的第一透明电极层与所述第N+1感光元件层的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第N+2感光元件层的第一透明电极层与所述第N+1感光元件层的第二透明电极层之间具有间隔；其中，N为正整数，且N≥2。
以N＝2为例，则可以形成如图1示出的图像传感器。
具体地，所述多层堆叠的感光元件层至少包括三层，且沿着远离所述半导体衬底100的方向排列；在所述金属互连层110的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：在所述金属互连层110的表面形成第一感光元件层130，且所述第一感光元件层130的感光元件吸收的光线为红光；在所述第一感光元件层130的表面形成第二感光元件层140，且所述第二感光元件层140的感光元件吸收的光线为绿光；在所述第二感光元件层140的表面形成第三感光元件层150，且所述第三感光元件层150的感光元件吸收的光线为蓝光；其中，第一感光元件层130的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层140的感光元件的横截面面积，第二感光元件层140的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层150的感光元件的横截面面积。
在本发明实施例中，相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底100表面的方向上中心点不重合，且在所述相邻的感光元件层中，下层感光元件的第二透明电极层与上层的第一透明电极层位于同一层且之间具有间隔，可以节省工艺步骤，采用同一张掩膜版形成两层透明电极层，从而有效地提高生产效率，降低生产成本。
在本发明实施例中，还公开了另一种图像传感器，相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底100表面的方向上中心点重合，且相邻的感光元件之间均具有间隔。
参照图6，图6是本发明实施例中另一种图像传感器的剖面结构示意图。所述在所述金属互连层110的表面形成多层堆叠的感光元件层的步骤可以包括：依次形成各层感光元件层，且形成任意一层感光元件层包括：淀积介质层；对所述介质层进行刻蚀，以得到多个感光元件沟槽；在所述感光元件沟槽内形成感光元件，以得到所述感光元件层。
具体地，所述多层堆叠的感光元件层至少包括三层，且沿着远离所述半导体衬底100的方向排列；在所述金属互连层110的表面形成多层堆叠的感光元件层的步骤可以包括：在所述金属互连层110的表面形成第一感光元件层230，且所述第一感光元件层230的感光元件吸收的光线为红光；在所述第一感光元件层230的表面形成第二感光元件层240，且所述第二感光元件层240的感光元件吸收的光线为绿光；在所述第二感光元件层240的表面形成第三感光元件层250，且所述第三感光元件层250的感光元件吸收的光线为蓝光；其中，第一感光元件层230的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层240的感光元件的横截面面积，第二感光元件层240的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层250的感光元件的横截面面积。
在本发明实施例中，通过设置相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底100表面的方向上中心点重合，且相邻的感光元件之间均具有间隔，可以进一步提高像素密度。
在本发明实施例中，采用多层堆叠的感光元件层生成光生载流子，然后经由所述金属互连结构111电连接至不同的逻辑器件101，可以不依赖于光电二极管、滤光片、有机光敏薄膜等材料，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，有助于降低生产成本，减少工艺复杂度。
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 (15)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
半导体衬底，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；
金属互连层，位于所述半导体衬底的表面，所述金属互连层内具有金属互连结构；
多层堆叠的感光元件层，位于所述金属互连层的表面，每层感光元件层中包含多个感光元件，不同的感光元件经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件；
其中，每个感光元件包括堆叠的第一透明电极层、PIN二极管、第二透明电极层。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述PIN二极管是采用多晶硅材料形成的。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，不同的感光元件层中的感光元件用于吸收不同波长的光线；
其中，越邻近所述半导体衬底的感光元件层中的感光元件吸收的光线的波长越长。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述感光元件的横截面面积越大，所述感光元件吸收的光线的波长越长。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述多层堆叠的感光元件层为三层，且沿着远离所述半导体衬底的方向排列，第一感光元件层的感光元件吸收的光线为红光，第二感光元件层的感光元件吸收的光线为绿光，第三感光元件层的感光元件吸收的光线为蓝光；
其中，第一感光元件层的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层的感光元件的横截面面积，第二感光元件层的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层的感光元件的横截面面积。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，所述感光元件的横截面为圆形；
所述感光元件的横截面的直径满足以下一项或多项：
第一感光元件层的感光元件的横截面的直径选自130～150nm；
第二感光元件层的感光元件的横截面的直径选自110～130nm；
第三感光元件层的感光元件的横截面的直径选自60～100nm。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，
相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底表面的方向上中心点重合，且相邻的感光元件之间均具有间隔。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，
相邻的感光元件层中的感光元件在垂直于半导体衬底表面的方向上中心点不重合，且在所述相邻的感光元件层中，下层感光元件的第二透明电极层与上层的第一透明电极层位于同一层且之间具有间隔；
其中，下层感光元件为邻近所述半导体衬底的感光元件，上层感光元件为远离所述半导体衬底的感光元件。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底内具有光电二极管。
10.一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，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；
在所述半导体衬底的表面形成金属互连层，所述金属互连层内具有金属互连结构；
在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层，每层感光元件层中包含多个感光元件，不同的感光元件经由所述金属互连结构电连接至不同的逻辑器件；
其中，每个感光元件包括堆叠的第一透明电极层、PIN二极管、第二透明电极层。
11.根据权利要求10所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：
依次形成各层感光元件层，且形成任意一层感光元件层包括：
淀积介质层；
对所述介质层进行刻蚀，以得到多个感光元件沟槽；
在所述感光元件沟槽内形成感光元件，以得到所述感光元件层。
12.根据权利要求10或11所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述多层堆叠的感光元件层至少包括三层，且沿着远离所述半导体衬底的方向排列；
在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：
在所述金属互连层的表面形成第一感光元件层，且所述第一感光元件层的感光元件吸收的光线为红光；
在所述第一感光元件层的表面形成第二感光元件层，且所述第二感光元件层的感光元件吸收的光线为绿光；
在所述第二感光元件层的表面形成第三感光元件层，且所述第三感光元件层的感光元件吸收的光线为蓝光；
其中，第一感光元件层的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层的感光元件的横截面面积，第二感光元件层的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层的感光元件的横截面面积。
13.根据权利要求10所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：
在所述金属互连层的表面形成第一感光元件层以及第二感光元件层的第一透明电极层，所述第二感光元件层的第一透明电极层与所述第一感光元件层的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第二感光元件层的第一透明电极层与所述第一感光元件层的第二透明电极层之间具有间隔；
在所述第一感光元件层的表面形成第二感光元件层的剩余部分以及第三感光元件层的第一透明电极层，所述第三感光元件层的第一透明电极层与所述第二感光元件层的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第三感光元件层的第一透明电极层与所述第二感光元件层的第二透明电极层之间具有间隔；
依次在第N感光元件层的表面形成第N+1感光元件层的剩余部分以及第N+2感光元件层的第一透明电极层，所述第N+2感光元件层的第一透明电极层与所述第N+1感光元件层的第二透明电极层是采用同一张掩膜版形成的，且所述第N+2感光元件层的第一透明电极层与所述第N+1感光元件层的第二透明电极层之间具有间隔；
其中，N为正整数，且N≥2。
14.根据权利要求10或13所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述多层堆叠的感光元件层至少包括三层，且沿着远离所述半导体衬底的方向排列；
在所述金属互连层的表面形成多层堆叠的感光元件层包括：
在所述金属互连层的表面形成第一感光元件层，且所述第一感光元件层的感光元件吸收的光线为红光；
在所述第一感光元件层的表面形成第二感光元件层，且所述第二感光元件层的感光元件吸收的光线为绿光；
在所述第二感光元件层的表面形成第三感光元件层，且所述第三感光元件层的感光元件吸收的光线为蓝光；
其中，第一感光元件层的感光元件的横截面面积大于第二感光元件层的感光元件的横截面面积，第二感光元件层的感光元件的横截面面积大于第三感光元件层的感光元件的横截面面积。
15.根据权利要求10所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在形成金属互连层之前，还包括：
在所述半导体衬底内形成光电二极管。
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