[发明专利]图像传感器及其形成方法

说明书

一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：半导体衬底，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；金属互连层，位于所述半导体衬底的表面，所述金属互连层内具有金属互连结构；多个光电转换块，位于所述金属互连层的表面，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，其中，不同的光电转换层经由所述连接结构和金属互连结构电连接至不同的逻辑器件。本发明方案可以形成更多的光生载流子，减少对半导体衬底的损伤，降低生产成本，减少工艺复杂度。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以CMOS图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件为例，由于其具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。

以后照式(Back-side Illumination，BSI)CIS为例，在现有的制造工艺中，先在半导体衬底内形成逻辑器件、像素器件以及在半导体衬底的表面形成金属互连结构，然后采用承载晶圆与所述半导体衬底的正面键合，进而对半导体衬底的背部进行减薄，进而在半导体衬底的背面形成CIS的后续工艺，例如在所述像素器件的半导体衬底背面形成网格状的格栅(Grid)，在所述格栅之间的网格内形成滤光镜(Color Filter)矩阵等。

以前照式(Front-side Illumination，FSI)CIS为例，在现有的制造工艺中，先在半导体衬底内形成逻辑器件、像素器件以及在半导体衬底的表面形成金属互连结构，然后在所述金属互连结构的表面形成网格状的格栅(Grid)，在所述格栅之间的网格内形成滤光镜(Color Filter)矩阵等。

然而，在现有技术中，采用离子注入工艺形成像素器件中的光电二极管(PhotoDiode，PD)，容易对半导体衬底产生损伤，并且手动像素器件的尺寸限制，光电二极管的尺寸往往较小，导致形成的光生载流子较少；并且在形成滤光镜矩阵的过程中，由于滤光镜的原材料价格昂贵，导致生产成本较高。

进一步地，在FSI-CIS中，所述金属互连结构位于所述PD上方，容易遮挡入射光，导致形成的光生载流子减少；而在BSI-CIS中，由于需要在半导体衬底的背面形成CIS的后续工艺，因此需要采用承载晶圆与所述半导体衬底的正面键合，进而对半导体衬底的背部进行减薄，增加大量额外的制造工艺。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，可以形成更多的光生载流子，减少对半导体衬底的损伤，降低生产成本，减少工艺复杂度。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内形成有逻辑器件；金属互连层，位于所述半导体衬底的表面，所述金属互连层内具有金属互连结构；多个光电转换块，位于所述金属互连层的表面，每个光电转换块包括堆叠的至少三层光电转换结构，每层光电转换结构均包括光电转换层以及连接结构，其中，不同的光电转换层经由所述连接结构和金属互连结构电连接至不同的逻辑器件。

可选的，所述至少三层光电转换结构包括：红光光电转换结构，位于所述金属互连层的表面；绿光光电转换结构，堆叠于所述红光光电转换结构；蓝光光电转换结构，堆叠于所述绿光光电转换结构。

可选的，所述蓝光光电转换结构中的连接结构贯穿所述绿光光电转换结构和红光光电转换结构；所述绿光光电转换结构中的连接结构贯穿所述红光光电转换结构。

可选的，所述光电转换层包括：耗尽层以及堆叠于所述耗尽层的激发层，所述耗尽层和激发层的掺杂类型相反，所述激发层与所述连接结构的掺杂类型相同。

可选的，所述耗尽层和激发层的材料相同。

可选的，所述激发层与所述连接结构的材料相同。