CMOS图像传感器及其形成方法技术

一种CMOS图像传感器及其形成方法。其中，所述CMOS图像传感器包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的光电转换元件和CMOS器件层；覆盖所述半导体衬底、光电转换元件和CMOS器件层的层间介质层；位于所述层间介质层上的金属间介质层，所述金属间介质层内具有金属互连层；其特征在于，还包括：位于所述光电转换元件上方的通孔，所述通孔贯穿所述金属间介质层和至少部分厚度的所述层间介质层；密封所述通孔顶部开口的透明基板；位于所述透明基板上的滤色层。所述CMOS图像传感器的光响应灵敏度提高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器及其形成方法。
技术介绍
通常，半导体图像传感器有电荷耦合图像传感器(CCD)和CMOS图像传感器(CIS)两种。电荷耦合图像传感器上有许多排列整齐的电容，能够感应光线，并将影像转换成数字信号。而CMOS图像传感器是由光电二极管和CMOS器件组成，包括像敏单元阵列、行/列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出口和控制总线等，而且这些组成部分通常都可以集成在同一个芯片上。相较于电荷耦合传感器件，CMOS图像传感器具有更好的抗干扰能力等优点，因此CMOS图像传感器广泛应用在手机、个人电脑等消费电子产品中。请参考图1，现有CMOS图像传感器通常包括以下结构：半导体衬底100，形成在半导体衬底100上的光电转换元件110和CMOS器件层120，覆盖光电转换元件110和CMOS器件层120的层间介质层(ILD)130，位于层间介质层130上的金属间介质层(IMD)140，金属间介质层140内部具有一层或者多层金属互连层150(图1中示出了三层)，或者说金属互连层150之间具有金属间介质层140，位于金属间介质层140上的滤色层(color filter)160，以及位于滤色层160上的微透镜层(lens)170。在如图1所示的现有CMOS图像传感器中，光线(如图1中各箭头所示，未标注)需要透过微透镜层170、滤色层160、金属间介质层140和层间介质层130才能到达光电转换元件110以进行光电信号的转换(光电转换元件110内部的多边形代表接收到的光线)，在此传播过程中，由于各层结构都具有相应的折射作用，各层内部和不同层之间还会发生漫散射作用，并且有些层结构(例如金属互连层)还对光线具有反射作用，从而使相应的光线大量损失，最终导致CMOS图像传感器获得的光信号较弱，极大地影响了CMOS图像传
感器的光响应灵敏度。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种CMOS图像传感器及其形成方法，以减少光线在传播到光电转换元件过程中的损失，从而增强CMOS图像传感器获得的光信号，提高CMOS图像传感器的光响应灵敏度。为解决上述问题，本专利技术提供一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的光电转换元件和CMOS器件层；覆盖所述半导体衬底、光电转换元件和CMOS器件层的层间介质层；位于所述层间介质层上的金属间介质层，所述金属间介质层内具有金属互连层；还包括：位于所述光电转换元件上方的通孔，所述通孔贯穿所述金属间介质层和至少部分厚度的所述层间介质层；密封所述通孔顶部开口的透明基板；位于所述透明基板上的滤色层。可选的，还包括位于所述通孔侧壁的反射层。可选的，所述反射层的折射率为2.0以上。可选的，所述反射层的厚度范围为可选的，所述反射层的材料为氮化硅或者氮氧化硅的至少其中之一。可选的，所述通孔侧壁与通孔底部之间的夹角范围为75°～85°。可选的，所述透明基板对所述通孔的密封为真空密封。可选的，所述通孔底部保留的所述层间介质层厚度小于等于为解决上述问题，本专利技术还提供了一种CMOS图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成光电转换元件和CMOS器件层；形成层间介质层覆盖所述半导体衬底、光电转换元件和CMOS器件层；在所述层间介质层上形成金属间介质层和金属互连层，所述金属互连层位于所述金属间介质层内；在所述光电转换元件上方形成通孔，所述通孔贯穿所述金属间介质层和至少部分厚度的所述层间介质层；采用透明基板密封所述通孔顶部开口；在所述透明基板上形成滤色层。可选的，在形成所述通孔后，且在密封所述通孔顶部开口前，还包括在所述通孔侧壁形成反射层的步骤。可选的，所述反射层的折射率范围为2.0以上。可选的，所述反射层的厚度范围为可选的，所述反射层的材料为氮化硅或者氮氧化硅的至少其中之一。可选的，所述通孔侧壁与通孔底部之间的夹角范围为75°～85°。可选的，采用真空密封工艺密封所述通孔顶部开口。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术的技术方案中，通过制作出贯穿金属间介质层和至少部分厚度层间介质层的通孔，从而使光线能够通孔到达光电转换元件，减少了光线在金属间介质层和至少部分厚度层间介质层内的损耗，从而使光电转换元件获得的光信号强度增大，提高CMOS图像传感器的光响应灵敏度。进一步，通过在通孔侧壁形成反射层，大幅增加到达光电转换元件的光线，从而大幅提高CMOS图像传感器的光响应灵敏度。进一步，采用真空密封工艺密封通孔，从而提高通孔内结构的可靠性，提高整个CMOS图像传感器的耐用性能。附图说明图1是现有CMOS图像传感器结构示意图；图2至图6是本专利技术实施例所提供的CMOS图像传感器的形成方法各步骤对应结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有CMOS图像传感器光感应灵敏度低，这是因为现有CMOS图像传感器的结构所限：光线必须穿过相应的金属间介质层和层间介质层才能够到达光电转换元件，在这个过程中，光线在金属间介质层和层间介质层内部发生漫反射等作用，导致光线大量损失，从而使光电转换元件接收到的光信号大幅减弱。为此，本专利技术提供一种新的CMOS图像传感器及其形成方法，所述CMOS图像传感器具有位于光电转换元件上方的通孔，所述通孔贯穿金属间介质层，并且同时贯穿至少部分厚度的层间介质层，这样，大量的光线能够通过所述通孔直接到达光电转换元件，或者大量的光线能够通过所述通孔以及厚度较小的层间介质层到达光电转换元件，从而大幅提高光电转换元件接收到的光信号强度，提高了CMOS图像传感器的光响应灵敏度。同时，所述通孔的侧壁具有反射层，反射层能使避免照射到所述通孔侧壁的光线在侧壁发生漫反射，而使得进入到通孔顶部开口的绝大部分光线都到达光电转换元件，进一步提高了光电转换元件接收到的光信号强度，进一步提高了CMOS图像传感器的光响应灵敏度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。本专利技术实施例提供一种CMOS图像传感器的形成方法，请结合参考图2至图6。请结合图2，提供半导体衬底200，在半导体衬底200上形成光电转换元件210和CMOS器件层220，然后形成层间介质层230覆盖半导体衬底200、光电转换元件210和CMOS器件层220，并在层间介质层230上形成金属间
介质层240和金属互连层250。其中，金属互连层250位于金属间介质层240内。本实施例中，半导体衬底200可以为硅衬底，并且图2所示半导体衬底200可以是一个硅晶圆的其中一部分，所述硅晶圆用于制作多个CMOS图像传感器，在制作完成之后，再通过后续的封装工艺对各个CMOS图像传感器进行分离。在本专利技术的其它实施例中，半导体衬底200也可以为锗硅衬底、Ⅲ-Ⅴ族元素化合物衬底、碳化硅衬底或其叠层结构衬底，或绝缘体上硅衬底，还可以是本领域技术人员公知的其他合适的半导体材料衬底。本实施例中，光电转换元件210可以为光电二极管(photodiode)，并且具体的光电二极管可以具有PN结结构，也可以具有PIN结结构。本实施例中，CMOS器件层220中，每个光电转换元件210可以与3个晶体管结构、4个晶体管结构或者5个以上的晶体管本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的光电转换元件和CMOS器件层；覆盖所述半导体衬底、光电转换元件和CMOS器件层的层间介质层；位于所述层间介质层上的金属间介质层，所述金属间介质层内具有金属互连层；其特征在于，还包括：位于所述光电转换元件上方的通孔，所述通孔贯穿所述金属间介质层和至少部分厚度的所述层间介质层；密封所述通孔顶部开口的透明基板；位于所述透明基板上的滤色层。

【技术特征摘要】
1.一种CMOS图像传感器，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的光电转换元件和CMOS器件层；覆盖所述半导体衬底、光电转换元件和CMOS器件层的层间介质层；位于所述层间介质层上的金属间介质层，所述金属间介质层内具有金属互连层；其特征在于，还包括：位于所述光电转换元件上方的通孔，所述通孔贯穿所述金属间介质层和至少部分厚度的所述层间介质层；密封所述通孔顶部开口的透明基板；位于所述透明基板上的滤色层。2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器，其特征在于，还包括位于所述通孔侧壁的反射层。3.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述反射层的折射率为2.0以上。4.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述反射层的厚度范围为5.如权利要求2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述反射层的材料为氮化硅或者氮氧化硅的至少其中之一。6.如权利要求1或2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述通孔侧壁与通孔底部之间的夹角范围为75°～85°。7.如权利要求1或2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述透明基板对所述通孔的密封为真空密封。8.如权利要求1或2所述的CMOS图像传感器，其特征在于，所述通孔底部保...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，彭坤，赵连国，王海莲，霍燕丽，呼翔，黄鹏，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31