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，所述半导体衬底内具有光电二极管；金属层间介质层，位于所述半导体衬底的正面，所述金属层间介质层内形成有金属互连结构；反射金属层，位于所述金属层间介质层的表面；滤镜结构，位于所述半导体衬底的背面；其中，所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管。本发明专利技术方案可以提高光线的吸收量，增加图像传感器的灵敏度。

Image Sensor and Its Formation Method

An image sensor and its forming method include: a semiconductor substrate with photodiodes in the semiconductor substrate; a metal interlayer dielectric layer located on the front side of the semiconductor substrate, a metal interconnection structure formed in the metal interlayer dielectric layer; a reflective metal layer located on the surface of the metal interlayer dielectric layer; and a filter structure located on the surface of the metal interlayer dielectric layer. The back of the semiconductor substrate is described, in which the reflecting surface of the reflecting metal layer faces the photodiode for reflecting the light incident on the reflecting surface back to the photodiode. The scheme of the invention can improve the light absorption amount and increase the sensitivity of the image sensor.

【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。以互补金属氧化物半导体图像传感器(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。以背照式(Back-sideIllumination，BSI)CIS为例，在现有的制造工艺中，先在半导体衬底内部及表面形成逻辑器件、像素器件以及金属互连结构，然后采用承载晶圆与所述半导体衬底的正面键合，进而对半导体衬底的背部进行减薄，进而在半导体衬底的背面形成CIS的后续工艺，例如在所述像素器件的半导体衬底背面形成网格状的格栅(Grid)，在所述格栅之间的网格内形成滤光镜(Filter)矩阵等。其中，所述像素器件可以包括光电二极管。3维堆栈式(3D-Stack)CIS被开发出来，以支持对更高质量影像的需求。具体而言，3D-StackCIS可以对逻辑晶圆以及像素晶圆分别进行制作，进而将所述逻辑晶圆的正面以及所述像素晶圆的正面键合，由于像素部分和逻辑电路部分相互独立，因此可针对高画质的需求对像素部分进行优化，针对高性能的需求对逻辑电路部分进行优化。然而在现有的图像传感器中，由于光线在硅衬底中的吸收深度不同，一部分光线会穿透光电二极管而未能被吸收，导致量子效率下降，影响图像传感器的成像质量。
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，可以提高光线的吸收量，增加图像传感器的灵敏度。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，所述半导体衬底内具有光电二极管；金属层间介质层，位于所述半导体衬底的正面，所述金属层间介质层内形成有金属互连结构；反射金属层，位于所述金属层间介质层的表面；滤镜结构，位于所述半导体衬底的背面；其中，所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管。可选的，所述反射金属层的反射面具有凹陷部，所述凹陷部向远离所述光电二极管的方向凹陷。可选的，所述凹陷部的纵截面的形状为弧形、三角形或梯形；其中，所述纵截面的方向垂直于所述半导体衬底的表面。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，所述半导体衬底内具有光电二极管；在所述半导体衬底的正面形成金属层间介质层，所述金属层间介质层内形成有金属互连结构；在所述金属层间介质层的表面形成反射金属层；在所述半导体衬底的背面形成滤镜结构；其中，所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管。可选的，在所述金属层间介质层的表面形成反射金属层包括：采用灰度掩膜版，在所述金属层间介质层的表面形成图案化的第一光刻胶；对所述第一光刻胶以及所述金属层间介质层进行刻蚀，以在刻蚀去除所述第一光刻胶之后，在所述金属层间介质层的表面形成第一突出部，所述第一突出部向远离所述光电二极管的方向突出；在所述金属层间介质层的表面形成第一反射金属层，所述第一反射金属层具有与所述第一突出部一一对应的第一凹陷部，所述第一凹陷部向远离所述光电二极管的方向凹陷；其中，对应于所述滤镜结构的边缘区域的灰度掩膜板的透光率高于对应于所述滤镜结构的中心区域的灰度掩膜版的透光率，以使所述第一光刻胶在所述滤镜结构的边缘区域的高度低于所述第一光刻胶在所述滤镜结构的中心区域的高度。可选的，所述第一凹陷部的纵截面的形状为弧形、三角形或梯形；其中，所述纵截面的方向垂直于所述半导体衬底的表面。可选的，在所述金属层间介质层的表面形成反射金属层包括：在所述金属层间介质层的表面形成图案化的第二光刻胶；采用光刻胶回流工艺对所述第二光刻胶进行处理，以在所述第二光刻胶的表面形成光刻胶突出部，所述光刻胶突出部向远离所述光电二极管的方向突出；对所述第二光刻胶以及所述金属层间介质层进行刻蚀，以在刻蚀去除所述第二光刻胶之后，在所述金属层间介质层的表面形成第二突出部，所述第二突出部向远离所述光电二极管的方向突出；在所述金属层间介质层的表面形成第二反射金属层，所述第二反射金属层具有与所述第二突出部一一对应的第二凹陷部，所述第二凹陷部的凹陷面向远离所述光电二极管的方向凹陷。可选的，所述第二凹陷部的纵截面的形状为弧形；其中，所述纵截面的方向垂直于所述半导体衬底的表面。可选的，在所述金属层间介质层的表面形成反射金属层包括：在所述金属层间介质层的表面形成图案化的第三光刻胶；以所述第三光刻胶为掩膜，对所述金属层间介质层进行刻蚀以形成刻蚀沟槽，且越接近所述半导体衬底，所述刻蚀沟槽的横截面的面积越小；去除所述第三光刻胶，并在所述金属层间介质层的表面及所述刻蚀沟槽内形成第三反射金属层；其中，所述横截面的方向平行于半导体衬底的表面。可选的，对所述金属层间介质层进行刻蚀的刻蚀工艺包括：以C4F6和/或C4F8作为刻蚀气体，采用干法刻蚀工艺对所述金属层间介质层进行刻蚀。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，所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底内具有光电二极管；金属层间介质层，位于所述半导体衬底的正面，所述金属层间介质层内形成有金属互连结构；反射金属层，位于所述金属层间介质层的表面；滤镜结构，位于所述半导体衬底的背面；其中，所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管。采用上述方案，通过设置反射金属层，且所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管，可以在光线穿过光电二极管之后，采用反射金属层使光线经过反射后再次回到光电二极管进行二次吸收，有助于提高光线的吸收量，增加图像传感器的灵敏度；进一步地，当所述图像传感器为3D-StackCIS，且采用逻辑晶圆与像素晶圆键合时，采用本专利技术实施例的方案，还可以避免光线进入逻辑晶圆内的逻辑器件，从而提高逻辑器件的品质。进一步，在本专利技术实施例中，所述反射金属层的反射面具有凹陷部，所述凹陷部向远离所述光电二极管的方向凹陷，有助于将更多入射方向的光线反射回光电二极管进行吸收，从而提高光线吸收率。进一步，在本专利技术实施例中，可以采用多种方法形成所述反射金属层，提高用户便利性。附图说明图1是现有技术中一种图像传感器的剖面结构示意图；图2是本专利技术实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图；图3至图6是本专利技术实施例中第一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图；图7至图10是本专利技术实施例中第二种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图；图11至图13是本专利技术实施例中第三种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图。具体实施方式在现有的图像传感器中，一部分光线会穿透光电二极管而未能被吸收，导致量子效率下降，影响图像传感器的成像质量。参照图1，图1是现有技术中一种图像传感器的剖面结构示意图。在现有的图像传感器中，可以提供半导体衬底100，在半导体衬底100的表面形成金属格栅104，进而在金属格栅104之间的开口内形成滤镜结构106，进而在所述滤镜结构106的表面形成透镜结构108。其中，在所述半导本文档来自技高网...

【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，所述半导体衬底内具有光电二极管；金属层间介质层，位于所述半导体衬底的正面，所述金属层间介质层内形成有金属互连结构；反射金属层，位于所述金属层间介质层的表面；滤镜结构，位于所述半导体衬底的背面；其中，所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管。

【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，所述半导体衬底内具有光电二极管；金属层间介质层，位于所述半导体衬底的正面，所述金属层间介质层内形成有金属互连结构；反射金属层，位于所述金属层间介质层的表面；滤镜结构，位于所述半导体衬底的背面；其中，所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述反射金属层的反射面具有凹陷部，所述凹陷部向远离所述光电二极管的方向凹陷。3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述凹陷部的纵截面的形状为弧形、三角形或梯形；其中，所述纵截面的方向垂直于所述半导体衬底的表面。4.一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，所述半导体衬底内具有光电二极管；在所述半导体衬底的正面形成金属层间介质层，所述金属层间介质层内形成有金属互连结构；在所述金属层间介质层的表面形成反射金属层；在所述半导体衬底的背面形成滤镜结构；其中，所述反射金属层的反射面朝向所述光电二极管，用于将入射至所述反射面的光线反射回光电二极管。5.根据权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，在所述金属层间介质层的表面形成反射金属层包括：采用灰度掩膜版，在所述金属层间介质层的表面形成图案化的第一光刻胶；对所述第一光刻胶以及所述金属层间介质层进行刻蚀，以在刻蚀去除所述第一光刻胶之后，在所述金属层间介质层的表面形成第一突出部，所述第一突出部向远离所述光电二极管的方向突出；在所述金属层间介质层的表面形成第一反射金属层，所述第一反射金属层具有与所述第一突出部一一对应的第一凹陷部，所述第一凹陷部向远离所述光电二极管的方向凹陷；其中，对应于所述滤镜结构的边缘区域的灰度掩膜板的透光率高于对应于所述滤镜结构的中心区域的灰度掩膜版的透光率，以使所述第一光刻胶在所述滤镜结...

【专利技术属性】
技术研发人员：周艮梅，金子貴昭，黄晓橹，
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