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，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以及单向导通结构；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泄电互连结构和逻辑互连结构；堆叠的至少三层光电转换层，位于所述金属互连层的表面，不同的光电转换层经由所述逻辑互连结构电连接至不同的逻辑器件；衬垫结构，位于所述堆叠的至少三层光电转换层的表面，所述堆叠的至少三层光电转换层经由所述泄电互连结构和单向导通结构与所述衬垫结构电连接。本发明专利技术方案可以将光电转换层内的光生载流子导出，降低发生图像拖尾的可能性。

【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
，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CMOS图像传感器(CMOSImageSensors，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。然而，在现有技术中，采用离子注入工艺形成像素器件中的光电二极管(PhotoDiode，PD)，容易对半导体衬底产生损伤，并且手动像素器件的尺寸限制，光电二极管的尺寸往往较小，导致形成的光生载流子较少；并且在形成滤光镜矩阵的过程中，由于滤光镜的原材料价格昂贵，导致生产成本较高。在一种图像传感器中，采用堆叠的光电转换层生成光生载流子，然后通过导电结构和金属互连结构将所述光生载流子传输至所述逻辑器件，可以不依赖于光电二极管以及滤光镜，即可实现光电转换功能且对光生载流子进行收集，由于光电转换层的表面尺寸可以大于现有技术中的光电二极管的尺寸，有助于形成更多的光生载流子。然而，在上述图像传感器中，光生载流子需要移动较远的路径传输至逻辑器件中，容易发生前一次光照时生成的光生载流子在光电转换层残留的问题，导致对后一次光照形成的图像产生影响，发生图像拖尾的问题。
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，可以将光电转换层内的光生载流子导出，降低发生图像拖尾的可能性。为解决上述技术问题，本专利技术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以及单向导通结构；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泄电互连结构和逻辑互连结构；堆叠的至少三层光电转换层，位于所述金属互连层的表面，不同的光电转换层经由所述逻辑互连结构电连接至不同的逻辑器件；衬垫结构，位于所述堆叠的至少三层光电转换层的表面，所述堆叠的至少三层光电转换层经由所述泄电互连结构和单向导通结构与所述衬垫结构电连接。可选的，所述单向导通结构具有第一端和第二端，流经所述单向导通结构的电子的流动方向被限制为从所述第一端至第二端，所述泄电互连结构包括：衬垫互连结构以及成对的第一端互连结构和第二端互连结构，所述第一端互连结构的第一端连接至所述单向导通结构的第一端，所述第一端互连结构的第二端连接至所述光电转换层，所述第二端互连结构的第一端连接至所述单向导通结构的第二端，所述第二端互连结构的第二端连接至所述衬垫互连结构；其中，不同的光电转换层经由不同的第一端互连结构连接至不同的单向导通结构。可选的，所述单向导通结构为PN结二极管，所述PN结二极管的第一端为N区，所述PN结二极管的第二端为P区。可选的，所述图像传感器还包括：衬垫开关器件，位于所述半导体衬底内，所述衬垫开关器件包括衬垫第一端、衬垫第二端以及衬垫控制端；其中，所述衬垫互连结构包括连接至所述衬垫第一端的衬垫第一互连结构以及连接至所述衬垫第二端的衬垫第二互连结构，其中，所述衬垫第一互连结构连接至所述第二端互连结构，所述衬垫第二互连结构电连接至所述衬垫结构；所述衬垫控制端用于控制所述衬垫开关器件导通或关断。可选的，所述衬垫开关器件为MOS器件；其中，所述衬垫第一端为所述MOS器件的源区，所述衬垫第二端为所述MOS器件的漏区，所述衬垫控制端为所述MOS器件的栅极。可选的，所述图像传感器还包括：衬垫导电结构，所述衬垫导电结构的一端连接所述衬垫结构，另一端连接至所述衬垫第二互连结构。可选的，所述图像传感器还包括以下一项或多项：多个光电导电结构，每个光电导电结构的一端连接所述光电转换层，另一端连接至所述逻辑互连结构，其中，不同的光电转换层经由不同的光电导电结构连接至不同的逻辑互连结构；多个单向导电结构，每个单向导电结构的一端连接所述光电转换层，另一端连接至所述第一端互连结构，其中，不同的光电转换层经由不同的单向导电结构连接至不同的第一端互连结构。为解决上述技术问题，本专利技术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；在所述半导体衬底内形成逻辑器件以及单向导通结构；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泄电互连结构和逻辑互连结构；在所述金属互连层的表面，形成堆叠的至少三层光电转换层，不同的光电转换层经由所述逻辑互连结构电连接至不同的逻辑器件；在所述堆叠的至少三层光电转换层的表面，形成衬垫结构，所述堆叠的至少三层光电转换层经由所述泄电互连结构和单向导通结构与所述衬垫结构电连接。可选的，所述单向导通结构具有第一端和第二端，流经所述单向导通结构的电子的流动方向被限制为从所述第一端至第二端，所述泄电互连结构包括：衬垫互连结构以及成对的第一端互连结构和第二端互连结构，所述第一端互连结构的第一端连接至所述单向导通结构的第一端，所述第一端互连结构的第二端连接至所述光电转换层，所述第二端互连结构的第一端连接至所述单向导通结构的第二端，所述第二端互连结构的第二端连接至所述衬垫互连结构；其中，不同的光电转换层经由不同的第一端互连结构连接至不同的单向导通结构。可选的，所述单向导通结构为PN结二极管，所述PN结二极管的第一端为N区，所述PN结二极管的第二端为P区。可选的，在形成所述金属互连层之前，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衬垫开关器件，所述衬垫开关器件包括衬垫第一端、衬垫第二端以及衬垫控制端；在所述半导体衬底的表面，形成金属互连层包括：形成连接至所述衬垫第一端的衬垫第一互连结构以及连接至所述衬垫第二端的衬垫第二互连结构；其中，所述衬垫第一互连结构连接至所述第二端互连结构，所述衬垫第二互连结构电连接至所述衬垫结构，所述衬垫控制端用于控制所述衬垫开关器件导通或关断。可选的，所述衬垫开关器件为MOS器件；其中，所述衬垫第一端为所述MOS器件的源区，所述衬垫第二端为所述MOS器件的漏区，所述衬垫控制端为所述MOS器件的栅极。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：在本专利技术实施例中，通过在半导体衬底内形成单向导通结构，可以使所述堆叠的至少三层光电转换层经由所述泄电互连结构和单向导通结构与所述衬垫结构电连接，从而实现将光电转换层内的光生载流子导出，避免前一次光照时残留在光电转换层内的光生载流子对后一次光照形成的图像产生影响，降低发生图像拖尾的可能性。进一步，所述单向导通结构具有第一端和第二端，所述泄电互连结构包括：衬垫互连结构以及成对的第一端互连结构和第二端互连结构，采用本专利技术实施例的方案，可以使所述堆叠的至少三层光电转换层经由所述第一端互连结构、单向导通结构、第二端互连结构以及衬垫互连结构与所述衬垫结构电连接，从而更好地将光电转换层内的光生载流子导出，降低发生图像拖尾的可能性；且由于具有单向导通功能，可以避免电子流回至光电转换层导致电子残留问题加重，从而提高图像传感器的品质。进一步，通过设置衬垫开关器件，可以使光电转换层内的光生载流子自第二端互连结构经过衬垫第一互连结构到达衬垫第一端，然后通过衬垫控制端控制所述衬垫开关器件导通或关断并且在导通时移动到衬垫第二端，进而传输至衬垫结构。采用本专利技术实施例的方案，可以通过衬垫开关器件选择光电转换层内的光生载流子是否需要导出，从而仅在光照步骤完成后才导出残留的光生载流本文档来自技高网...

【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，所述半导体衬底内形成有逻辑器件以及单向导通结构；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泄电互连结构和逻辑互连结构；堆叠的至少三层光电转换层，位于所述金属互连层的表面，不同的光电转换层经由所述逻辑互连结构电连接至不同的逻辑器件；衬垫结构，位于所述堆叠的至少三层光电转换层的表面，所述堆叠的至少三层光电转换层经由所述泄电互连结构和单向导通结构与所述衬垫结构电连接。

【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，所述半导体衬底内形成有逻辑器件以及单向导通结构；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泄电互连结构和逻辑互连结构；堆叠的至少三层光电转换层，位于所述金属互连层的表面，不同的光电转换层经由所述逻辑互连结构电连接至不同的逻辑器件；衬垫结构，位于所述堆叠的至少三层光电转换层的表面，所述堆叠的至少三层光电转换层经由所述泄电互连结构和单向导通结构与所述衬垫结构电连接。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述单向导通结构具有第一端和第二端，流经所述单向导通结构的电子的流动方向被限制为从所述第一端至第二端，所述泄电互连结构包括：衬垫互连结构以及成对的第一端互连结构和第二端互连结构，所述第一端互连结构的第一端连接至所述单向导通结构的第一端，所述第一端互连结构的第二端连接至所述光电转换层，所述第二端互连结构的第一端连接至所述单向导通结构的第二端，所述第二端互连结构的第二端连接至所述衬垫互连结构；其中，不同的光电转换层经由不同的第一端互连结构连接至不同的单向导通结构。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述单向导通结构为PN结二极管，所述PN结二极管的第一端为N区，所述PN结二极管的第二端为P区。4.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，还包括：衬垫开关器件，位于所述半导体衬底内，所述衬垫开关器件包括衬垫第一端、衬垫第二端以及衬垫控制端；其中，所述衬垫互连结构包括连接至所述衬垫第一端的衬垫第一互连结构以及连接至所述衬垫第二端的衬垫第二互连结构，其中，所述衬垫第一互连结构连接至所述第二端互连结构，所述衬垫第二互连结构电连接至所述衬垫结构；所述衬垫控制端用于控制所述衬垫开关器件导通或关断。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述衬垫开关器件为MOS器件；其中，所述衬垫第一端为所述MOS器件的源区，所述衬垫第二端为所述MOS器件的漏区，所述衬垫控制端为所述MOS器件的栅极。6.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，还包括：衬垫导电结构，所述衬垫导电结构的一端连接所述衬垫结构，另一端连接至所述衬垫第二互连结构。7.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，还包括以下一项或多项：多个光电导电结构，每个光电导电结构的一端连接所述光电转换层，另一端连接至所述逻辑互连结构，其中，不同的光电转换层...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴明，吴孝哲，林宗贤，吴龙江，熊建锋，朱晓彤，
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