[发明专利]背照式图像传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种背照式图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器是将光学图像信号转换为电信号的半导体器件。CMOS（互补金属氧化物半导体）图像传感器是一种快速发展的固态图像传感器，由于CMOS图像传感器中的图像传感器部分和控制电路部分集成于同一芯片中，因此CMOS图像传感器的体积小、功耗低、价格低廉，相较于传统的CCD（电荷耦合）图像传感器更具优势，也更易普及。

现有的CMOS图像传感器中包括用于将光信号转换为电信号的光电传感器，所述光电传感器为形成于硅衬底中的光电二极管。此外，在形成有光电二极管的硅衬底表面还形成有介质层，所述介质层内形成有金属互联层，所述金属互联层用于使光电二极管与外围电路电连接。对于上述CMOS图像传感器来说，所述硅衬底具有介质层和金属互联层的一面为CMOS图像传感器的正面，与正面相对的一面为CMOS图像传感器的背面，根据光线照射方向的差异，所述CMOS图像传感器能够分为前照式（Front-side Illumination，FSI）CMOS图像传感器和背照式（Back-side Illumination）CMOS图像传感器。

对于前照式CMOS图像传感器，光线到达光电二极管所经的路程较长，经介质层散射和吸收，光强损失较大，影响光电二极管的光电转换效率。对于背照式CMOS图像传感器，衬底减薄后的厚度可达7um以下，光线从CMOS图像传感器的背面入射到光电二极管，所经路程较短且没有介质层散射，从而减小了光线的损耗，使光电转换效率提高。

由于背照式CMOS图像传感器的衬底较薄，光线到达光电二极管后，部分光线被吸收产生光生载流子，部分光线会穿透衬底，进入介质层，这部分光被损失掉了。如果能减少这部分光的损失将进一步提高背照式CMOS图像传感器的光电转换效率。

更多有关背照式CMOS图像传感器的相关资料，请参考公开号为CN102842590A的中国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种背照式图像传感器及其形成方法，所述图像传感器的光能损失减少、光电转换效率提高、而且精确度和稳定性得到提高。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的形成方法，包括：

提供衬底，所述衬底具有第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面，所述衬底内具有感光器件；

至少在所述感光器件上方的衬底第一表面形成器件层；

在感光器件正上方的器件层表面形成凸部，所述凸部表面为弧面、且相对于器件层表面凸起，所述感光器件与凸部之间的部分器件层材料为透光材料，所述凸部的材料为透光材料；

在所述凸部表面形成反光层，所述反光层用于反射光线；

在形成反光层之后，在衬底的第二表面形成滤色层结构、以及位于滤色层结构表面的微透镜结构，所述滤色层结构和微透镜结构的位置与感光器件对应，外部光线自衬底第二表面入射、并通过微透镜结构和滤色层结构进入感光器件。

可选的，所述凸部的形成方法包括：在器件层表面形成凸部层；在感光器件上方的凸部层表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层表面为弧面、且相对于凸部层表面凸起；采用各向异性的干法刻蚀工艺刻蚀所述第一掩膜层和凸部层，直至去除第一掩膜层、并使凸部层形成凸部，所述各向异性的刻蚀工艺对于第一掩膜层和凸部层均具有刻蚀速率。

可选的，所述第一掩膜层为光刻胶层，所述第一掩膜层的形成工艺包括：在凸部层表面涂布光刻胶膜；对所述光刻胶膜进行曝光，以去除感光器件以外的凸部层表面的光刻胶膜，并且使感光器件上方的光刻胶膜表面呈圆弧形并凸起。

可选的，所述各向异性的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺；其中，所述干法刻蚀工艺包括反应离子刻蚀工艺。

可选的，所述反光层的材料为铝或银，所述反光层的形成方法包括：在器件层和凸部表面形成反光膜；在凸部上的反光膜表面形成第二掩膜层；以所述第二掩膜层为掩膜，刻蚀凸部以外的反光膜，直至暴露出器件层表面为止，形成反光层；在所述刻蚀工艺之后，去除所述第二掩膜层。

可选的，所述器件层包括：位于衬底第一表面的器件结构、以及电隔离所述器件结构的第一介质层。

可选的，还包括：在形成反光层之后，在器件层和反光层表面形成第二介质层，所述第二介质层内具有电互连结构。

相应的，本发明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，所述衬底具有第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面，所述衬底内具有感光器件；