[發(fā)明專利]背照式圖像傳感器及其形成方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811203289.1
• 申請日: 2018-10-16
• 公開（公告）號: CN109192745A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沈新林;王海寬;洪波;吳龍江;林宗賢
• 申請（專利權(quán)）人: 德淮半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海立群專利代理事務(wù)所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發(fā)明提供了一種背照式圖像傳感器，包括：器件層，器件層內(nèi)形成有多個光電二極管；層間介質(zhì)層，設(shè)置于器件層一側(cè)；金屬間介質(zhì)層，形成于層間介質(zhì)層背離器件層的一側(cè)；凸透鏡陣列，配置于層間介質(zhì)層與金屬間介質(zhì)層之間，其材料的折射率大于層間介質(zhì)層和金屬間介質(zhì)層的材料的折射率。該背照式圖像傳感器能夠有效偏折原本可能造成串?dāng)_的光線，使其經(jīng)反射后仍舊回到原先的光電二極管，不僅避免了相鄰光電二極管之間的串?dāng)_，還提高了光的量子效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計制造領(lǐng)域，更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及一種背照式圖像傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)

相比于正照式圖像傳感器而言，背照式圖像傳感器能夠有效的減少光線的串?dāng)_。盡管如此，從背部入射的光經(jīng)過光電二極管進(jìn)行光電轉(zhuǎn)化后，仍有部分光穿射到金屬互連層并在金屬互連層發(fā)生反射。反射回來的光會直射到相鄰的光電二極管內(nèi)，發(fā)生光線的串?dāng)_，進(jìn)而影響成像質(zhì)量。

目前常見的用于隔離相鄰的光電二極管之間光線串?dāng)_的方法為在串?dāng)_光線經(jīng)過的位置增設(shè)垂直方向的吸光結(jié)構(gòu)或隔離結(jié)構(gòu)，然而此類結(jié)構(gòu)的隔離效果依然難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供了一種背照式圖像傳感器，能夠有效偏折原本可能造成串?dāng)_的光線，使其經(jīng)反射后仍舊回到原先的光電二極管，不僅避免了相鄰光電二極管之間的串?dāng)_，還提高了光的量子效率。

該背照式圖像傳感器包括：

器件層，所述器件層內(nèi)形成有多個光電二極管；

層間介質(zhì)層，設(shè)置于所述器件層一側(cè)；

金屬間介質(zhì)層，形成于所述層間介質(zhì)層背離所述器件層的一側(cè)；

凸透鏡陣列，配置于所述層間介質(zhì)層與所述金屬間介質(zhì)層之間，其材料的折射率大于所述層間介質(zhì)層和所述金屬間介質(zhì)層的材料的折射率。

在層間介質(zhì)層與金屬間介質(zhì)層之間增設(shè)凸透鏡陣列，能夠使原本可能發(fā)生串?dāng)_的光線在直射和被反射后的兩次經(jīng)過凸透鏡陣列時，均被該凸透鏡陣列偏折、匯聚，使其最終回到原先經(jīng)過的光電二極管。通過以上方式，該背照式圖像傳感器不僅避免了相鄰光電二極管之間的串?dāng)_，還使每個光電二極管能夠更加高效地吸收經(jīng)過該光電二極管的光線，提高光的量子效率。

在本發(fā)明的較優(yōu)技術(shù)方案中，所述凸透鏡陣列的材料為折射率大于2的材料。優(yōu)選為氮化硅(n≈2.25)、無定型碳(n≈2.42)、無定型硅(n≈3.98)中的一種或多種的組合。采用高折射率材料可以有效提高凸透鏡陣列的折光能力，同時減小對凸透鏡陣列厚度差的形貌要求，降低工藝的難度。

在本發(fā)明的較優(yōu)技術(shù)方案中，所述層間介質(zhì)層和/或所述金屬間介質(zhì)層的材料為氧化硅。氧化硅材料具有較低的折射率，使光線在其與凸透鏡陣列的界面處更易偏折，且氧化硅材料的加工工藝成熟，成本較低。

在本發(fā)明的較優(yōu)技術(shù)方案中，所述凸透鏡陣列具有若干凸透鏡單元，所述凸透鏡單元的水平位置對應(yīng)于所述光電二極管，且所述凸透鏡單元沿垂直方向具有大于所述光電二極管的投影面積。較大面積的凸透鏡單元能夠接收來自更大面積的入射光線，進(jìn)一步提高對串?dāng)_的改善效果。

本發(fā)明還提供了一種背照式圖像傳感器的形成方法，包括以下步驟：

提供其內(nèi)形成有多個光電二極管的器件層；

在所述器件層一側(cè)形成層間介質(zhì)層；

在所述層間介質(zhì)層背離所述器件層的一側(cè)形成凸透鏡陣列，所述凸透鏡陣列的材料的折射率大于所述層間介質(zhì)層的折射率；

在所述凸透鏡陣列背離所述層間介質(zhì)層的一側(cè)形成金屬間介質(zhì)層，所述金屬間介質(zhì)層的材料的折射率小于所述凸透鏡陣列的材料的折射率。

在本發(fā)明的較優(yōu)技術(shù)方案中，所述凸透鏡陣列的形成包括以下步驟：