图像传感器及其形成方法技术

一种图像传感器及其形成方法，图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括多个像素区、以及位于相邻所述像素区之间的隔离区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底像素区内的感光结构，所述半导体衬底第一面暴露出所述感光结构；位于半导体衬底第二面表面的阻挡层，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出位于像素区的阻挡层表面，所述阻挡层材料为抗压材料；位于所述第一凹槽内的滤光层，所述阻挡层材料的热膨胀系数小于滤光层材料的热膨胀系数。所述图像传感器的性能得到提高。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法
本专利技术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。
技术介绍
图像传感器是一种将光信号转化为电信号的半导体器件。图像传感器分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电荷耦合器件(CCD)图像传感器。CMOS图像传感器具有工艺简单、易于其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。因此，随着图像传感技术的发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前，CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、数码摄像机、医疗用摄像装置和车用摄像装置等。CMOS图像传感器包括前照式(FSI)图像传感器和背照式(BSI)图像传感器。在背照式图像传感器中，光从图像传感器的背面入射到图像传感器中的感光二极管上，从而将光能转化为电能。然而，随着器件集成度的提高，图像传感器中像素单元密度随之增大，相邻像素单元之间的暗电流(darkcurrent)不断增大，影响了图像传感器的性能。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，以抑制相邻像素单元之间的暗电流，以提高图像传感器的性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括多个像素区、以及位于相邻所述像素区之间的隔离区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底像素区内的感光结构，所述半导体衬底第一面暴露出所述感光结构；位于半导体衬底第二面表面的阻挡层，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出位于像素区的阻挡层表面，所述阻挡层材料为抗压材料；位于所述第一凹槽内的滤光层，所述阻挡层材料的热膨胀系数小于滤光层材料的热膨胀系数。可选的，所述阻挡层材料的热膨胀系数大于1x10-6/K。可选的，所述阻挡层材料的抗压系数大于1mpa。可选的，所述阻挡层的材料包括：单晶硅，单晶锗，硅锗等半导体材料。可选的，所述第一凹槽底部表面距离阻挡层底部表面的距离为10nm～300nm。可选的，还包括：位于隔离区的阻挡层表面的栅格层，相邻栅格层之间具有第二凹槽，所述第二凹槽与第一凹槽贯通；位于所述第一凹槽和所述第二凹槽内的滤光层。可选的，所述第一凹槽侧壁的高度与栅格层的高度比例为1:30～1:1。可选的，所述第一凹槽侧壁的高度的范围为50nm～2um。可选的，所述栅格层的结构为单层结构或者多层复合结构。可选的，当所述栅格层的结构为单层结构时，所述栅格层的材料包括：金属材料或其他非金属材料。可选的，当所述栅格层的结构为多层复合结构时，所述栅格层的结构包括：金属层，位于金属层表面的粘附层以及位于粘附层表面的氧化层。相应的，本专利技术还提供一种上述任意一种所述的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多个像素区、以及位于相邻所述像素区之间的隔离区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；在像素区的半导体衬底内形成感光结构，所述半导体衬底第一面暴露出所述感光结构；在半导体衬底第二面表面形成阻挡层，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出位于像素区的阻挡层表面，所述阻挡层材料为抗压材料；在所述第一凹槽内形成滤光层，所述阻挡层材料的热膨胀系数小于滤光层材料的热膨胀系数。可选的，还包括：在位于隔离区的阻挡层表面形成栅格层，相邻栅格层之间具有第二凹槽，所述第二凹槽与第一凹槽贯通；在所述第一凹槽和第二凹槽内形成滤光层。可选的，形成阻挡层的过程中形成所述栅格层。可选的，所述阻挡层和栅格层的形成方法包括：在所述半导体衬底第二面表面形成初始阻挡层；在所述初始阻挡层表面形成初始栅格层；在所述初始栅格层表面形成第一图形层，所述第一图形层暴露出部分初始栅格层表面；以所述第一图形层为掩膜，刻蚀去除像素区的初始栅格层和像素区的部分所述初始阻挡层，形成阻挡层、栅格层、第一凹槽和第二凹槽。可选的，当所述栅格层的结构为多层复合结构时，所述栅格层的结构包括：金属层，位于金属层表面的粘附层以及位于粘附层表面的氧化层；所述阻挡层和栅格层的形成方法包括：在所述初始阻挡层表面形成初始栅格层，所述初始栅格层包括：初始金属层、位于初始金属层表面的初始粘附层、位于初始粘附层表面的初始氧化层；在所述初始氧化层表面形成第一图形层，所述第一图形层暴露出部分初始氧化层表面；以所述第一图形层为掩膜，刻蚀去除像素区的所述初始栅格层和像素区的部分所述初始阻挡层，形成阻挡层、栅格层、第一凹槽和第二凹槽，使得所述初始金属层形成为金属层，使得所述初始粘附层形成为粘附层，使得所述初始氧化层形成为氧化层。可选的，形成阻挡层后，形成所述栅格层。可选的，所述阻挡层和栅格层的形成方法包括：在所述半导体衬底第二面表面形成初始阻挡层；在所述初始阻挡层表面形成第二图形层，所述第二图形层暴露出部分初始阻挡层表面；以所述第二图形层为掩膜，刻蚀去除像素区的所述初始阻挡层，形成阻挡层，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述第一凹槽位于像素区半导体衬底表面，所述隔离区的阻挡层顶部表面高于像素区的阻挡层顶部表面；在所述阻挡层表面形成初始栅格层；在所述初始栅格层表面形成第三图形层，所述第三图形层暴露出部分初始栅格层表面，以所述第三图形层为掩膜，刻蚀所述初始栅格层，直至暴露出阻挡层内第一凹槽的底部表面，形成所述栅格层和第二凹槽，所述第一凹槽侧壁与第二凹槽侧壁对齐。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：本专利技术技术方案提供的图像传感器的结构中，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述滤光层位于第一凹槽内，所述阻挡层覆盖滤光层底部和侧壁表面。当温度升高时，滤光层材料向各个方向膨胀，包括横向方向和纵向方向，在纵向方向上，阻挡层位于滤光层和感光结构之间，所述阻挡层材料的热膨胀系数小于滤光层材料的热膨胀系数，且所述阻挡层材料的抗压系数较高，能对滤光层热膨胀所导致的纵向应力提供了有效的缓冲，因此可以通过阻挡层减小感光结构所经受的纵向应力大小，从而减小应力对载流子带隙的影响，从而减小图像传感器的暗电流；在横向方向上，阻挡层覆盖部分滤光层侧壁表面，所述阻挡层位于相邻像素区的滤光层之间，能够对滤光层热膨胀所导致的横向应力提供缓冲，能够通过阻挡层减小滤光层的中心偏移。综上，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结构示意图；图2至图8是本专利技术一实施例中图像传感器形成过程的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术的图像传感器的性能较差。参考图1，图1是一种图像传感器的结构示意图，所述图像传感器包括多个像素单元，所述像素单元包括：互联结构140、衬底100、感光结构120和受光结构，所述衬底100具有相对的第一表面和第二表面，所述感光结构120位于所述衬底100内，所述衬底100第一表面暴露出感光结构120，所述互连结构140与衬底100第一表面相接触，所述受光结构位于衬底100第二表面上，所述受光结构包括透镜层180、滤光层170和栅格层160，透镜层180位于滤光层170表面，栅格层160位于相邻滤光层170之间；所述图像传感器还包括隔离层130和抗反射涂层150，所述隔离层130位于相邻的像素单元的衬底100之间，所述抗反射涂层150位于衬底100第二表面，所述受光结构位于抗反射涂层150表面。图1中示出了所述图像传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括多个像素区、以及位于相邻所述像素区之间的隔离区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底像素区内的感光结构，所述半导体衬底第一面暴露出所述感光结构；位于半导体衬底第二面表面的阻挡层，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出位于像素区的阻挡层表面，所述阻挡层材料为抗压材料；位于所述第一凹槽内的滤光层，所述阻挡层材料的热膨胀系数小于滤光层材料的热膨胀系数。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括多个像素区、以及位于相邻所述像素区之间的隔离区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；位于半导体衬底像素区内的感光结构，所述半导体衬底第一面暴露出所述感光结构；位于半导体衬底第二面表面的阻挡层，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出位于像素区的阻挡层表面，所述阻挡层材料为抗压材料；位于所述第一凹槽内的滤光层，所述阻挡层材料的热膨胀系数小于滤光层材料的热膨胀系数。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述阻挡层材料的热膨胀系数大于1x10-6/K。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述阻挡层材料的抗压系数大于1mpa。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述阻挡层的材料包括：单晶硅，单晶锗，硅锗等半导体材料。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一凹槽底部表面距离阻挡层底部表面的距离为10nm～300nm。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：位于隔离区的阻挡层表面的栅格层，相邻栅格层之间具有第二凹槽，所述第二凹槽与第一凹槽贯通；位于所述第一凹槽和所述第二凹槽内的滤光层。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述第一凹槽侧壁的高度与栅格层的高度比例为1:30～1:1。8.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述第一凹槽侧壁的高度的范围为50nm～2um。9.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述栅格层的结构为单层结构或者多层复合结构。10.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，当所述栅格层的结构为单层结构时，所述栅格层的材料包括：金属材料或其他非金属材料。11.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，当所述栅格层的结构为多层复合结构时，所述栅格层的结构包括：金属层，位于金属层表面的粘附层以及位于粘附层表面的氧化层。12.一种如权利要求1至11任一项所述的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多个像素区、以及位于相邻所述像素区之间的隔离区，所述半导体衬底具有相对的第一面和第二面；在像素区的半导体衬底内形成感光结构，所述半导体衬底第一面暴露出所述感光结构；在半导体衬底第二面表面形成阻挡层，所述阻挡层内具有第一凹槽，所述第一凹槽底部暴露出位于像素区的阻挡层表面，所述阻挡层材料为抗压材料；在所述第一凹槽内形成滤光层，所述阻挡层材料的热膨...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙海凤，李天慧，藤井光一，黄晓橹，夏睿，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32