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前照式图像 传感器的形成方法及前照式图像传感器

阅读：1026发布：2020-05-08

专利汇可以提供前照式图像传感器的形成方法及前照式图像传感器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种前照式图像传感器的形成方法，包括：S100：采用刻蚀工艺形成图像传感器像素区域的顶层金属层；S200：形成金属互联介质层，刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层，S300：在图像传感器感光单元上形成嵌入式的微透镜层或彩色滤光膜层，从而降低前照式图像传感器不同像素单元之间的光学串扰，提高图像传感器的性能。，下面是前照式图像传感器的形成方法及前照式图像传感器专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
S100：采用刻蚀工艺形成图像传感器像素区域的顶层金属层；
S200：形成金属互联介质层，刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层，S300：在图像传感器感光单元上形成嵌入式的微透镜层或彩色滤光膜层，从而降低前照式图像传感器不同像素单元之间的光学串扰，提高图像传感器的性能。
2.根据权利要求1所述的前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，在S100步骤之后，在图像传感器表面形成阻挡层；
在S200中，刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层停止于所述阻挡层。
3.根据权利要求1所述的前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，当所述前照式图像传感器为黑白图像传感器时，所述凹槽区域形成嵌入式的微透镜层。
4.根据权利要求1所述的前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，当所述前照式图像传感器为彩色图像传感器时，所述凹槽区域形成嵌入式的彩色滤光膜层。
5.根据权利要求1所述的前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，嵌入式微透镜层或彩色滤光膜层由顶层金属层间隔，从而减少光学串扰。
6.根据权利要求1所述的前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，刻蚀金属互联介质层的步骤包括：刻蚀像素单元区域的金属互联介质层，保留外围电路区域的金属互联介质层。
7.根据权利要求1所述的前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，所述顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。
8.根据权利要求1所述的前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，所述阻挡层为：
SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合，其厚度为：100埃至1000埃。
9.一种前照式图像传感器，其特征在于，其包括：
顶层金属层以及顶层金属层之间的若干凹槽区域；
位于像素单元顶层金属层凹槽区域的嵌入式的微透镜层或彩色滤光膜层。
10.根据权利要求9述的前照式图像传感器，所述顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。
11.根据权利要求9所述的前照式图像传感器，所述顶层金属层的表面以及凹槽区域设置有阻挡层，所述阻挡层的厚度为：100埃至1000埃。
12.根据权利要求11所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述阻挡层为：SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合。

说明书全文

前照式图像传感器的形成方法及前照式图像传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种前照式图像传感器的形成方法。

背景技术

[0002] 图像传感器是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。

[0003] CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此，随着技术发展，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、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置（例如胃镜）、车用摄像装置等。CMOS图像传感器产品可分为FSI（FrontSide Illumination，前照式）和BSI（Back Side Illumination，背照式）。

[0004] 目前前照式图像传感器在光程路径的长度、相邻像素单元的串扰等性能问题上，需要进行优化，是业内亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 本发明所要解决的技术问题是如何优化前照式图像传感器的器件结构，为此，本发明提出了一种前照式图像传感器的形成方法，包括：S100：采用刻蚀工艺形成图像传感器像素区域的顶层金属层；
S200：形成金属互联介质层，刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层，S300：在图像传感器感光单元上形成嵌入式的微透镜层或彩色滤光膜层，从而降低前照式图像传感器不同像素单元之间的光学串扰，提高图像传感器的性能。

[0006] 优选的，在S100步骤之后，在图像传感器表面形成阻挡层；优选的，在图像传感器表面形成阻挡层之前，先形成一层衬垫氧化层，以缓解顶层金属层与阻挡层之间的应力。

[0007] 在S200中，刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层停止于所述阻挡层。

[0008] 优选的，当所述前照式图像传感器为黑白图像传感器时，所述凹槽区域形成嵌入式的微透镜层。

[0009] 优选的，当所述前照式图像传感器为彩色图像传感器时，所述凹槽区域形成嵌入式的彩色滤光膜层。

[0010] 优选的，嵌入式微透镜层或彩色滤光膜层由顶层金属层间隔，从而减少光学串扰。

[0011] 优选的，刻蚀金属互联介质层的步骤包括：刻蚀像素单元区域的金属互联介质层，保留外围电路区域的金属互联介质层。

[0012] 优选的，所述顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。

[0013] 优选的，所述阻挡层为：SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合，其厚度为：100埃至1000埃。

[0014] 本发明还提供一种前照式图像传感器，其包括：顶层金属层以及顶层金属层之间的若干凹槽区域；
位于像素单元顶层金属层凹槽区域的嵌入式的微透镜层或彩色滤光膜层。

[0015] 优选的，顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。

[0016] 优选的，所述顶层金属层的表面以及凹槽区域设置有阻挡层，所述阻挡层的厚度为：100埃至1000埃。

[0017] 优选的，在图像传感器表面形成阻挡层之前，先形成一层衬垫氧化层，以缓解顶层金属层与阻挡层之间的应力。所述衬垫氧化层的厚度为50埃至500埃。优选的，所述阻挡层为：SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合。

[0018] 本发明，通过工艺方式实现形成嵌入式的微透镜层或彩色滤光膜层，可：1）降低光程，提高响应；
2）通过像素区顶层金属层凹槽的使用，降低crosstalk；
3）对于黑白片，通过顶层金属层凹槽区域的使用，将微透镜层嵌入其中，一方面，避免台阶处的高度差引起微透镜层形貌异常，从而避免台阶处感光单元的响应异常（突然变亮）；另一方面可以使用更薄的微透镜层残膜(正常需要用到8-9K厚度，才能获得相对较好的shading性能)，提高黑白图像传感器的光学响应；
4）对于彩色片，通过顶层金属层凹槽区域的使用，可实现前照式图像传感器的嵌入式彩色滤光膜层结构，降低彩色图像传感器的光学串扰。
附图说明

[0019] 图1为本发明涉及的前照式图像传感器的逻辑区域和像素阵列区域特定步骤后的侧面结构剖视图；图2为本发明涉及的前照式图像传感器的像素阵列区域特定步骤后的俯视图；
图3至5是本发明涉及的前照式图像传感器的第一实施例的形成方法中各步骤的结构示意图；
图6至9是本发明涉及的前照式图像传感器的第二实施例的形成方法中各步骤的结构示意图。

具体实施方式

[0020] 在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

[0021] 前照式CMOS图像传感器产品中，BEOL（Back EndOf Line，后段工艺）制程中具有至少为两层以上的金属布线，即包括多层的金属线及介质层。对于感光区，从芯片表面到感光表面的距离比较大，这就使入射光线必须经过一个较长的路程（光程）才能被感光区吸收，不仅光线衰减较大，降低了光线敏感性，而且使芯片的CRA（Chief Ray Angle，主光线与成像面法线方向的夹角）不能太大，应用范围受限，从而大大影响了图像传感器的性能。

[0022] 现有技术所存在的前照式图像传感器的工艺流程大致如下：1）采用刻蚀工艺形成顶层金属层，在此步骤中会去除图像传感器像素区域的顶层金属层；
2）形成金属互联介质层；
3）采用刻蚀工艺去除图像传感器像素区域的金属互联介质层；
4）形成顶层保护层；
5）形成微透镜层以形成黑白前照式图像传感器或者先形成彩色滤光膜层再形成微透镜层以形成彩色前照式图像传感器；
由现有技术所存在的前照式图像传感器的工艺流程可知，现有技术图像传感器像素区域没有顶层金属凹槽，因此不同像素单元之间存在较大的光学串扰。

[0023] 请参考图1、图2；图1为本发明涉及的前照式图像传感器的逻辑区域和像素阵列区域特定步骤后的侧面结构剖视图（图中虚线左侧为逻辑区域，虚线右侧为像素阵列区域）；图2为本发明涉及的前照式图像传感器的像素阵列区域特定步骤后的俯视图（图1中虚线右侧的像素阵列区域）；图1中，金属层间介质层100上形成有前照式图像传感器的顶层金属层
200，图2中，图像传感器的像素阵列区域顶层金属层200为网格状结构，为后续形成微透镜层或者彩色滤光膜层做准备。

[0024] 请继续参考图3至图5，图3至5是本发明涉及的前照式图像传感器的第一实施例的形成方法中各步骤的结构示意图；在本发明的图1之后的步骤中，图3中，铺设形成衬垫氧化物层300，图4中，在衬垫氧化物层300表面再形成一层阻挡层400，阻挡层的材质可为氮化物、氮氧化物；图5中形成金属互联介质层500，可选择的刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层500，在本实施例中未进行刻蚀，若进行刻蚀则刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层停止于所述阻挡层400，刻蚀像素单元区域的金属互联介质层（图5竖直虚线以右），保留外围电路区域的金属互联介质层（图5竖直虚线以左）；并进一步形成图像传感器感光单元上形成嵌入式的微透镜层，需要说明的是，最终的微透镜层分为两部分，其中顶部为常说的微透镜层，底部为微透镜层残膜，通常情况下，两者为同一材质，因此称为嵌入式微透镜层；本实施例中的前照式图像传感器为黑白图像传感器，嵌入式微透镜层由顶层金属层200间隔，从而减少光学串扰从而降低前照式图像传感器不同像素单元之间的光学串扰，提高图像传感器的性能。

[0025] 请继续参考图6至图9，图6至9是本发明涉及的前照式图像传感器的第二实施例的形成方法中各步骤的结构示意图；图6中，铺设形成衬垫氧化物层300’，图7中，在衬垫氧化物层300’表面再形成一层阻挡层400’，阻挡层的材质可为氮化物、氮氧化物；图8中形成金属互联介质层500’，刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层500’，在本实施例中进行刻蚀，刻蚀图像传感器感光单元上的金属互联介质层停止于所述阻挡层，从而在感光单元上面形成金属凹槽（保留外围电路区域的金属互联介质层），最后在金属凹槽中形成嵌入式的彩色滤光膜层700’以及微透镜层600’。本实施例中的前照式图像传感器为彩色图像传感器，嵌入式彩色滤光膜层700’由顶层金属层200’间隔，从而减少光学串扰从而降低前照式图像传感器不同像素单元之间的光学串扰，提高图像传感器的性能。

[0026] 上述实施例中，顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。顶层金属层的表面以及凹槽区域设置有阻挡层，所述阻挡层的厚度为：100埃至1000埃。阻挡层为：SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合本发明，通过工艺方式实现形成嵌入式的微透镜层或彩色滤光膜层，可：
1）降低光程，提高响应；
2）通过像素区顶层金属层凹槽的使用，降低crosstalk；
3）对于黑白片，通过顶层金属层凹槽区域的使用，将微透镜层嵌入其中，一方面，避免台阶处的高度差，引起微透镜层形貌异常，从而避免台阶处感光单元的响应异常（突然变亮）；另一方面可以使用更薄的微透镜层残膜(正常需要用到8-9K厚度，才能获得相对较好的shading性能)，提高黑白图像传感器的光学响应；
4）对于彩色片，通过顶层金属层凹槽区域的使用，可实现前照式图像传感器的嵌入式彩色滤光膜层结构，降低彩色图像传感器的光学串扰。

[0027] 其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。

[0028] 需要说明的是，本发明的CMOS图像传感器可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如：个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等。

[0029] 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

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