[發明專利]圖像傳感器及其形成方法

在審

• 申請號: 201811067385.8
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109065561A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 吳明;吳孝哲;林宗賢;吳龍江;熊建鋒;薛超
• 申請（專利權）人: 德淮半導體有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 武振華;吳敏

一種圖像傳感器及其形成方法，所述圖像傳感器包括：半導體襯底，所述半導體襯底內形成有邏輯器件；金屬互連層，位于所述半導體襯底的表面，所述金屬互連層內具有金屬互連結構；多個光電轉換塊，位于所述金屬互連層的表面，每個光電轉換塊包括堆疊的至少三層光電轉換結構，每層光電轉換結構均包括光電轉換層以及連接結構，其中，不同的光電轉換層經由所述連接結構和金屬互連結構電連接至不同的邏輯器件。本發明方案可以形成更多的光生載流子，減少對半導體襯底的損傷，降低生產成本，減少工藝復雜度。

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種圖像傳感器及其形成方法。

背景技術

圖像傳感器是攝像設備的核心部件，通過將光信號轉換成電信號實現圖像拍攝功能。以CMOS圖像傳感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件為例，由于其具有低功耗和高信噪比的優點，因此在各種領域內得到了廣泛應用。

以后照式(Back-side Illumination，BSI)CIS為例，在現有的制造工藝中，先在半導體襯底內形成邏輯器件、像素器件以及在半導體襯底的表面形成金屬互連結構，然后采用承載晶圓與所述半導體襯底的正面鍵合，進而對半導體襯底的背部進行減薄，進而在半導體襯底的背面形成CIS的后續工藝，例如在所述像素器件的半導體襯底背面形成網格狀的格柵(Grid)，在所述格柵之間的網格內形成濾光鏡(Color Filter)矩陣等。

以前照式(Front-side Illumination，FSI)CIS為例，在現有的制造工藝中，先在半導體襯底內形成邏輯器件、像素器件以及在半導體襯底的表面形成金屬互連結構，然后在所述金屬互連結構的表面形成網格狀的格柵(Grid)，在所述格柵之間的網格內形成濾光鏡(Color Filter)矩陣等。

然而，在現有技術中，采用離子注入工藝形成像素器件中的光電二極管(PhotoDiode，PD)，容易對半導體襯底產生損傷，并且手動像素器件的尺寸限制，光電二極管的尺寸往往較小，導致形成的光生載流子較少；并且在形成濾光鏡矩陣的過程中，由于濾光鏡的原材料價格昂貴，導致生產成本較高。

進一步地，在FSI-CIS中，所述金屬互連結構位于所述PD上方，容易遮擋入射光，導致形成的光生載流子減少；而在BSI-CIS中，由于需要在半導體襯底的背面形成CIS的后續工藝，因此需要采用承載晶圓與所述半導體襯底的正面鍵合，進而對半導體襯底的背部進行減薄，增加大量額外的制造工藝。

發明內容

本發明解決的技術問題是提供一種圖像傳感器及其形成方法，可以形成更多的光生載流子，減少對半導體襯底的損傷，降低生產成本，減少工藝復雜度。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種圖像傳感器，包括：半導體襯底，所述半導體襯底內形成有邏輯器件；金屬互連層，位于所述半導體襯底的表面，所述金屬互連層內具有金屬互連結構；多個光電轉換塊，位于所述金屬互連層的表面，每個光電轉換塊包括堆疊的至少三層光電轉換結構，每層光電轉換結構均包括光電轉換層以及連接結構，其中，不同的光電轉換層經由所述連接結構和金屬互連結構電連接至不同的邏輯器件。

可選的，所述至少三層光電轉換結構包括：紅光光電轉換結構，位于所述金屬互連層的表面；綠光光電轉換結構，堆疊于所述紅光光電轉換結構；藍光光電轉換結構，堆疊于所述綠光光電轉換結構。

可選的，所述藍光光電轉換結構中的連接結構貫穿所述綠光光電轉換結構和紅光光電轉換結構；所述綠光光電轉換結構中的連接結構貫穿所述紅光光電轉換結構。

可選的，所述光電轉換層包括：耗盡層以及堆疊于所述耗盡層的激發層，所述耗盡層和激發層的摻雜類型相反，所述激發層與所述連接結構的摻雜類型相同。

可選的，所述耗盡層和激發層的材料相同。

可選的，所述激發層與所述連接結構的材料相同。