图像传感器及其形成方法技术

本发明专利技术技术方案公开了一种图像传感器及其形成方法，所述方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；在所述半导体衬底上形成第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构位于非白色像素区域，所述第二绝缘结构位于白色像素区域；刻蚀所述第二绝缘结构表面，形成凹面；在所述第一绝缘结构上形成分立排列的第一遮光层；形成第二遮光层，所述第二遮光层覆盖所述凹面以外的第二绝缘结构表面；在所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上形成与各像素区域对应的彩色滤色层；在所述第二遮光层之间所述凹面上、或者在所述第二遮光层和所述凹面上形成白色滤色层。本发明专利技术提高了图像传感器的图像质量。

Image Sensor and Its Formation Method

【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CMOS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学图像转换成电信号的器件。随着计算机和通信产业的发展，对高性能图像传感器的需求不断增长，这些高性能图像传感器广泛用于诸如数字照相机、摄像录像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、安防摄像机、医用微型照相机之类的各种领域。图像传感器通常为两种类型，电荷藕合器件(CCD)传感器和CMOS图像传感器(CMOSImageSensors，CIS)。相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器具有集成度高、功耗小、生成成本低等优点。在传统CMOS感光元件中，感光二极管位于电路晶体管后方，进光量会因遮挡受到影响。背照式CMOS就是将其掉转方向，让光线首先进入感光二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。而堆栈式图像传感器则是将原来图像传感器里的信号处理电路放到了原来的半导体衬底上，在图像传感器芯片上重叠形成背照式图像传感器的像素部分，因此能够实现在较小的图像传感器芯片尺寸上形成大量像素点，可以把腾出来的空间放置更多的像素。另外，传感器里的像素点和电路是相互独立的，所以像素点部分可以进行更高的画质优化，电路部分亦可进行高性能优化。除此之外，堆栈式图像传感器加入了RGBW的编码技术，就是由原来的R(红)，G(绿)，B(蓝)三原色像素点中再加入W(白)像素点来提升画质，提高传感器的感光能力，使摄像头在暗光环境下也能够拍摄出质量更高的照片。但是，W像素比其他像素更容易饱和，电子会溢出到相邻的光电二极管中，造成图像质量下降。现有技术是通过屏蔽部分进光量来防止白色(W)像素提前饱和，但是这种技术会浪费掉被屏蔽的像素区域，从而导致像素区的利用率降低。
技术实现思路
本专利技术技术方案要解决的技术问题是：针对现有的图像传感器中白色像素容易饱和，通过屏蔽部分进光量来防止白像素提前饱和而导致像素区的利用率降低。为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括若干像素区域，所述若干像素区域包括具有白色像素区域；在所述半导体衬底上形成第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构位于非白色像素区域，所述第二绝缘结构位于白色像素区域；刻蚀所述第二绝缘结构表面，形成凹面；在所述第一绝缘结构上形成分立排列的第一遮光层；形成第二遮光层，所述第二遮光层覆盖所述凹面以外的所述第二绝缘结构表面；在所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上形成与各像素区域对应的彩色滤色层；在所述第二遮光层之间的所述凹面上、或者在所述第二遮光层和所述凹面上形成白色滤色层。可选的，所述第二绝缘结构的厚度等于或大于所述第一绝缘结构的厚度。可选的，所述第一绝缘结构包括第一绝缘层或第二绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。可选的，所述第二绝缘结构包括第一绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。可选的，所述第一绝缘层为氧化硅或氮化硅，所述第二绝缘层为氧化硅。可选的，所述第二遮光层的表面面积为所述第二绝缘结构表面面积的20％至70％。可选的，形成所述凹面的步骤包括：在所述第一绝缘结构和所述第二绝缘结构上形成硬掩膜；图案化所述硬掩膜，定义出凹面图形；沿凹面图形刻蚀所述第二绝缘结构，在所述第二绝缘结构表面形成所述凹面。可选的，刻蚀形成所述凹面的工艺为湿法刻蚀工艺。可选的，所述湿法刻蚀使用的溶液为氢氟酸水溶液，氢氟酸与水的体积比为1:20～1:1，刻蚀时间为60秒～1200秒。可选的，所述硬掩膜的材料为无定型碳或氮化硅。可选的，所述凹面图形的半径为所述凹面的曲率半径的5％至20％。可选的，在形成所述第一遮光层的同时形成所述第二遮光层，所述第一遮光层和所述第二遮光层的材料相同。可选的，在形成所述第一遮光层之后或之前形成所述第二遮光层，所述第一遮光层和所述第二遮光层的材料不同。通过上述的形成方法得到的图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包含若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；第一绝缘结构，位于非白色像素区域的所述半导体衬底上；第二绝缘结构，位于所述白色像素区域的所述半导体衬底上；凹面，位于所述第二绝缘结构表面；第一遮光层，分立排列于所述第一绝缘结构表面；第二遮光层，覆盖所述凹面以外的第二绝缘结构表面；彩色滤色层，位于所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上且与各像素区域对应；白色滤色层，位于所述第二遮光层之间的所述凹面上、或所述第二遮光层和所述凹面上。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：在本专利技术提供的图像传感器及其形成方法中，所述第二遮光层遮挡进入所述白色像素区域的光电二极管的一部分光线，可以减少白色像素区的光电二极管的进光量，同时对应白色像素区的第一绝缘结构表面上形成的凹面具有凹透镜的功能，使入射光可以分散到被所述第二遮光层挡住的像素区域，从而提高了像素区域的利用率。在暗光情况下，不仅提高了图像传感器的图像质量，而且也提高了图像传感器的灵敏度。附图说明图1是为图像传感器的剖面结构示意图。图2至图5是本专利技术第一实施例的图像传感器的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图；图2A至图2C是本专利技术第一实施例形成图像传感器过程中第一绝缘结构和第二绝缘结构的不同实例的剖面结构示意图；图6是本专利技术第一实施例的图像传感器的光传播路径的示意图。图7至图10是本专利技术第二实施例的图像传感器的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图；图7A至图7C是本专利技术第二实施例形成图像传感器过程中第一绝缘结构和第二绝缘结构的不同实例的剖面结构示意图；图11是本专利技术第二实施例的图像传感器的光传播路径的示意图。具体实施方式目前，通过在白色像素区域上设置第二遮光层减少进光量，防止白色像素饱和，但是受到光的传播路径的限制，被第二遮光层挡住的像素区域没有光线经过，导致像素区利用率低和量子转化效率不高的问题。参照图1，图1是图像传感器的剖面结构示意图。半导体衬底10，形成有分立排列的光电二极管11，该半导体衬底10包含若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区；绝缘结构12，覆盖所述半导体衬底10的表面；第一遮光层13，分立排列于所述绝缘结构12上；第二遮光层14，阻挡进入白色像素区域的光电二极管11的一部分光线；彩色滤色层15C，位于所述第一遮光层13之间，对应于非白色像素区域的各像素；白色滤色层15W，位于所述第二遮光层14上，对应于白色像素。专利技术人经过研究发现，通过设置第二遮光层减少白色像素区域的进光量时，由于受到光的传播路径的限制，导致白色像素区内的量子转化效率不高。在本专利技术中，在所述第二遮光层下的绝缘结构上设置具有凹透镜功能的凹面，通过所述凹面改变光的入射方向，使入射光线可以分散到被第二遮光层挡住的像素区域，不仅可以防止白色像素过早饱和，还能有效提高白色像素区的利用率，能够提高光的量子转化效率。下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案进行详细说明。第一实施例图2至图6是本专利技术第一实施例的图像传感器的形成方法中各步骤对应的剖面结构示意图。参考图2，首先提供形成有分立排列的光电二极管110的半导体衬底100，所述半导体衬底100包括若干像素区域，所述若干像素区域具有白色像素区域，所述光电二极管110对应于各像素区域。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：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；在所述半导体衬底上形成第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构位于非白色像素区域，所述第二绝缘结构位于白色像素区域；刻蚀所述第二绝缘结构表面，形成凹面；在所述第一绝缘结构上形成分立排列的第一遮光层；形成第二遮光层，所述第二遮光层覆盖所述凹面以外的所述第二绝缘结构表面；在所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上形成与各像素区域对应的彩色滤色层；在所述第二遮光层之间的所述凹面上、或者在所述第二遮光层和所述凹面上形成白色滤色层。

【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：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括若干像素区域，所述若干像素区域包括白色像素区域；在所述半导体衬底上形成第一绝缘结构和第二绝缘结构，所述第一绝缘结构位于非白色像素区域，所述第二绝缘结构位于白色像素区域；刻蚀所述第二绝缘结构表面，形成凹面；在所述第一绝缘结构上形成分立排列的第一遮光层；形成第二遮光层，所述第二遮光层覆盖所述凹面以外的所述第二绝缘结构表面；在所述第一遮光层之间的所述第一绝缘结构上形成与各像素区域对应的彩色滤色层；在所述第二遮光层之间的所述凹面上、或者在所述第二遮光层和所述凹面上形成白色滤色层。2.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二绝缘结构的厚度等于或大于所述第一绝缘结构的厚度。3.如权利要求2所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘结构包括第一绝缘层或第二绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。4.如权利要求3所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二绝缘结构包括第一绝缘层，或者包括第一绝缘层和第二绝缘层。5.如权利要求4所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一绝缘层为氧化硅或氮化硅，所述第二绝缘层为氧化硅。6.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二遮光层的表面面积为所述第二绝缘结构表面面积的20％至70％。7.如权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，形成所述凹面的步骤包括：在所述第一绝缘结构和所述第二绝缘结构上形成硬掩膜；图案化所述硬掩膜，定义出凹面图形；沿凹面图形刻蚀所述第二绝缘结...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈腾飞，孟宪宇，吴宗祐，林宗贤，
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