图像传感器及其形成方法、工作方法技术

一种图像传感器及其形成方法，方法包括：提供衬底，所述衬底包括第一区和第二区，所述第一区包括多个第一隔离区和多个第一像素区，所述第一隔离区位于相邻第一像素区之间，所述第二区包括多个第二像素区和多个第二隔离区，所述第二隔离区位于相邻第二像素区之间；在所述衬底第一隔离区表面形成第一栅格层；在衬底第一像素区表面形成第一滤光层，所述第一滤光层位于第一栅格层之间；在衬底第二隔离区表面形成第二栅格层，所述第二栅格层顶部表面高于第一栅格层；在衬底第二像素区表面形成第二滤光层，所述第二滤光层位于第二栅格层之间，所述第二滤光层的厚度大于第一滤光层的厚度。所述方法提高了图像传感器的性能。

Image Sensor and Its Forming Method and Working Method

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法、工作方法
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、工作方法。
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、易与其它器件集成、体积小、重量轻、功耗小和成本低等优点。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。图像传感器中采用栅格层隔离滤光层以减小相邻像素单元之间的串扰，然而随着器件集成度的提高，图像传感器中滤光层的高度难以调节，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、工作方法，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的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区和第二区，所述第一区包括多个第一隔离区和多个第一像素区，所述第一隔离区位于相邻第一像素区之间，所述第二区包括多个第二像素区和多个第二隔离区，所述第二隔离区位于相邻第二像素区之间；在所述衬底第一隔离区表面形成第一栅格层；在衬底第一像素区表面形成第一滤光层，所述第一滤光层位于第一栅格层之间；在衬底第二隔离区表面形成第二栅格层，所述第二栅格层顶部表面高于第一栅格层；在衬底第二像素区表面形成第二滤光层，所述第二滤光层位于第二栅格层之间，所述第二滤光层的厚度大于第一滤光层的厚度。可选的，所述第一栅格层的形成方法包括：在所述衬底第一区和第二区表面形成初始第一栅格材料层；在所述初始第一栅格材料层表面形成第一图形化层，所述第一图形化层暴露出第一像素区的初始第一栅格材料层，所述第一图形化层覆盖第二区和第一隔离区的初始第一栅格材料层；以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀去除第一像素区的初始第一栅格材料层，在衬底第一隔离区形成第一栅格层，相邻第一栅格层之间具有第一凹槽。可选的，形成初始第一栅格材料层之前，还包括：在所述衬底第一区和第二区表面形成保护层；所述初始第一栅格材料层位于所述保护层表面；以所述第一图形化层为掩膜刻蚀所述初始第一栅格材料层，直至暴露出第一隔离区的保护层表面，在第一隔离区保护层表面形成第一栅格层，相邻第一栅格层之间具有第一凹槽，所述第一凹槽暴露出第一像素区的保护层表面。可选的，所述第二栅格层的形成方法包括：形成第一滤光层后，在所述第二区的初始第一栅格材料层、第一滤光层和第一栅格层表面形成初始增厚层；在所述初始增厚层表面形成第二图形化层，所述第二图形化层暴露出第二像素区的初始增厚层，所述第二图形化层覆盖第一区和第二隔离区的初始增厚层；以所述第二图形化层为掩膜，刻蚀去除第二像素区的初始增厚层和初始第一栅格材料层，在衬底第二隔离区形成第二栅格层，相邻第二栅格层之间具有第二凹槽。可选的，所述第一滤光层的形成方法包括：在所述第一凹槽内、第一栅格层表面和第二区的初始第一栅格材料层表面形成初始第一滤光层；回刻蚀所述初始第一滤光层，直至暴露出第一栅格层表面，形成所述第一滤光层。可选的，所述第二滤光层的形成方法包括：刻蚀去除第二像素区的初始增厚层和初始第一栅格材料层后，在所述第二凹槽内、第一区初始增厚层表面和第二栅格层表面形成初始第二滤光层；回刻蚀所述初始第二滤光层，直至暴露出第二栅格层表面，形成所述第二滤光层。可选的，所述初始增厚层的材料包括氧化硅或氮化硅。可选的，所述第一栅格层的材料为金属材料，所述金属材料包括：铜、钨、镍、铬、钛、钽和铝中的一种或多种组合。可选的，所述第一滤光层的高度小于或等于第一栅格层的高度。可选的，所述第二滤光层的高度小于或等于第二栅格层的高度。可选的，所述第二滤光层与第一滤光层的高度差为350nm～450nm。可选的，形成第二滤光层后，还包括：在所述第一滤光层表面形成第一透镜层；在所述第二滤光层表面形成第二透镜层。可选的，所述第一滤光层为有色滤光层或者白光滤光层，所述有色滤光层包括红光滤光层、蓝光滤光层和绿光滤光层。本专利技术还提供一种采用上述任一项方法所形成的图像传感器，包括：衬底，所述衬底包括第一区和第二区，所述第一区包括多个第一隔离区和多个第一像素区，所述第一隔离区位于相邻第一像素区之间，所述第二区包括多个第二像素区和多个第二隔离区，所述第二隔离区位于相邻第二像素区之间；位于所述衬底第一隔离区表面的第一栅格层；位于衬底第一像素区表面的第一滤光层，所述第一滤光层位于第一栅格层之间；位于衬底第二隔离区表面的第二栅格层，所述第二栅格层顶部表面高于第一栅格层；位于衬底第二像素区表面的第二滤光层，所述第二滤光层位于第二栅格层之间，所述第二滤光层的厚度大于第一滤光层的厚度。本专利技术还提供一种图像传感器的工作方法，包括：提供上述图像传感器；采用所述第一像素区进行相位对焦；或者，采用所述第二像素区进行相位对焦。可选的，所述第二滤光层为有色滤光层或者白光滤光层，所述有色滤光层包括红光滤光层、蓝光滤光层和绿光滤光层。本专利技术还提供另一种图像传感器的工作方法，其特征在于，包括：提供上述图像传感器；采用所述第一像素区进行图像捕获；采用所述第二像素区进行相位对焦。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：本专利技术技术方案提供的图像传感器的形成方法中，所述第二区的第二滤光层的高度高于第一区的第一滤光层。所述第一滤光层的厚度较薄，入射光穿过第一滤光层损耗较小，则第一像素区的入光量相对较多，第一区的光生载流子数量较多，第一区的光电转换效率较高，因此第一区的图像传感器在暗场情况下具有较高的光电转换效率。所述第二滤光层的厚度较厚，入射光穿过第二滤光层后损耗较大，则第二像素区的入光量相对较少，第二区的光生载流子数量较少。第二区的光生载流子数量较少，相应的第二区的电子溢出减少，从而能减少暗电流的产生，因此第二区的图像传感器的暗电流较小。从而实现了不同区域所形成的图像传感器的不同功能需求的结合，使得图像传感器的性能得到提升。本专利技术技术方案提供的图像传感器的工作方法中，采用所述第一像素区进行相位对焦时，第一像素区的第一滤光层厚度较薄，在暗场情况下提高第一像素区的光电转换效率，提高了相位对焦的速度，进而提高图像传感器的灵敏度。采用所述第二像素区进行相位对焦时，第二像素区的第二滤光层厚度较厚，在较强光场情况下光损耗较大，能够减少光生载流子的产生，从而减小第二像素区的感光结构的电子溢出，进而减小第二像素区的暗电流。所述图像传感器能适应不同情况下的不同功能需求，使得图像传感器的性能得到提升。本专利技术技术方案提供的图像传感器的工作方法中，第一像素区的第一滤光层厚度较薄，用于在暗场情况下提高图像捕获区的光电转换效率，从而提高暗场情况下图像的质量；第二像素区的第二滤光层厚度较厚，在较强光场情况下光损耗较大，能够减少光生载流子的产生，从而减小相位对焦区的感光结构的电子溢出，进而减小相位对焦区的暗电流。所述图像传感器能适应图像捕获区和相位对焦区的不同功能需求，使得图像传感器的性能得到提升。附图说明图1至图2是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区和第二区，所述第一区包括多个第一隔离区和多个第一像素区，所述第一隔离区位于相邻第一像素区之间，所述第二区包括多个第二像素区和多个第二隔离区，所述第二隔离区位于相邻第二像素区之间；在所述衬底第一隔离区表面形成第一栅格层；在衬底第一像素区表面形成第一滤光层，所述第一滤光层位于第一栅格层之间；在衬底第二隔离区表面形成第二栅格层，所述第二栅格层顶部表面高于第一栅格层；在衬底第二像素区表面形成第二滤光层，所述第二滤光层位于第二栅格层之间，所述第二滤光层的厚度大于第一滤光层的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底包括第一区和第二区，所述第一区包括多个第一隔离区和多个第一像素区，所述第一隔离区位于相邻第一像素区之间，所述第二区包括多个第二像素区和多个第二隔离区，所述第二隔离区位于相邻第二像素区之间；在所述衬底第一隔离区表面形成第一栅格层；在衬底第一像素区表面形成第一滤光层，所述第一滤光层位于第一栅格层之间；在衬底第二隔离区表面形成第二栅格层，所述第二栅格层顶部表面高于第一栅格层；在衬底第二像素区表面形成第二滤光层，所述第二滤光层位于第二栅格层之间，所述第二滤光层的厚度大于第一滤光层的厚度。2.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一栅格层的形成方法包括：在所述衬底第一区和第二区表面形成初始第一栅格材料层；在所述初始第一栅格材料层表面形成第一图形化层，所述第一图形化层暴露出第一像素区的初始第一栅格材料层，所述第一图形化层覆盖第二区和第一隔离区的初始第一栅格材料层；以所述第一图形化层为掩膜，刻蚀去除第一像素区的初始第一栅格材料层，在衬底第一隔离区形成第一栅格层，相邻第一栅格层之间具有第一凹槽。3.根据权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成初始第一栅格材料层之前，还包括：在所述衬底第一区和第二区表面形成保护层；所述初始第一栅格材料层位于所述保护层表面；以所述第一图形化层为掩膜刻蚀所述初始第一栅格材料层，直至暴露出第一隔离区的保护层表面，在第一隔离区保护层表面形成第一栅格层，相邻第一栅格层之间具有第一凹槽，所述第一凹槽暴露出第一像素区的保护层表面。4.根据权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二栅格层的形成方法包括：形成第一滤光层后，在所述第二区的初始第一栅格材料层、第一滤光层和第一栅格层表面形成初始增厚层；在所述初始增厚层表面形成第二图形化层，所述第二图形化层暴露出第二像素区的初始增厚层，所述第二图形化层覆盖第一区和第二隔离区的初始增厚层；以所述第二图形化层为掩膜，刻蚀去除第二像素区的初始增厚层和初始第一栅格材料层，在衬底第二隔离区形成第二栅格层，相邻第二栅格层之间具有第二凹槽。5.根据权利要求2或3所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一滤光层的形成方法包括：在所述第一凹槽内、第一栅格层表面和第二区的初始第一栅格材料层表面形成初始第一滤光层；回刻蚀所述初始第一滤光层，直至暴露出第一栅格层表面，形成所述第一滤光层。6.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，所述第二滤光层的形成方法包括：刻蚀去...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亮，内藤逹也，
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