CN111146226A - 前照式图像传感器的形成方法及前照式图像传感器 - Google Patents

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Abstract

发明公开了一种前照式图像传感器的形成方法，采用刻蚀工艺在图像传感器中形成顶层金属层，其中像素单元区域的顶层金属层之间具有若干凹槽区域；形成金属互联介质层;刻蚀像素单元区域的互联介质层留下若干凹槽区域；在像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域形成嵌入式的彩色滤光膜层，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。

Description

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
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。
背景技术
图像传感器是能够感受光学图像信息并将其转换成电学输出信号的传感器，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。
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）。
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
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，提高前照式图像传感器的性能；为此，本发明提出了一种前照式图像传感器的形成方法，前照式图像传感器的形成方法，包括：
采用刻蚀工艺在图像传感器中形成顶层金属层，其中像素单元区域的顶层金属层之间具有若干凹槽区域；
形成金属互联介质层;
刻蚀像素单元区域的互联介质层留下若干凹槽区域；
在刻蚀像素单元区域的互联介质层前或者刻蚀像素单元区域的互联介质层后形成硬掩膜层；
在像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域形成嵌入式的彩色滤光膜层，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。
优选的，所述步骤包括：
在金属互联介质层上先形成硬掩模层再刻蚀像素单元区域的硬掩膜层，以及金属互联介质层直至暴露出顶层金属层的侧部，所述顶层金属层的顶部依次有保留的部分金属互连层介质层、保留的部分硬掩模层。
优选的，所述步骤包括：
先刻蚀像素单元区域的金属互联介质层暴露出顶层金属层的顶部、侧部再形成硬掩模层，顶层金属层的凹槽区域与嵌入式的彩色滤光膜层之间具有硬掩模层。
优选的，嵌入式彩色滤光膜层由顶层金属层间隔，从而减少光学串扰。
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***电路区域的金属互联介质层。
优选的，所述顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。
优选的，所述硬掩模层为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。
本发明还提供了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彩色滤光膜层。
优选的，所述顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。
优选的，所述顶层金属层的顶面依次设置有：部分金属互联介质层、硬掩模层。
优选的，所述顶层金属层的表面设置有：硬掩模层。
优选的，所述硬掩模层的厚度为：100埃至1000埃。
优选的，所述硬掩模层为：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彩色滤光膜层，可以：
1）通过像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域的使用，降低光学串扰；
2）通过像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域的使用，可实现前照式图像传感器的嵌入式彩色滤光膜层结构；
3）通过像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域的使用，使得彩色滤光膜层嵌入其中，避免像素区域与逻辑区域的台阶处光学响应异常;
4）此像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域是在顶层金属层刻蚀的时候形成的，不需要增加额外的制造成本。
附图说明
图1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6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7至11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
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。
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，通常情况下，逻辑区域为三层金属布线，像素单元区域为两层金属布线。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。
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，其中虚线左侧为逻辑区域，虚线右侧为像素单元区域；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，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，在这里需要说明的是，像素单元区域专门留下的顶层金属层200是为了形成凹槽，为后续形成嵌入式结构做准备；图2，顶层金属层200为网格状结构。
请继续参考图3至图6，图3至6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；在本发明涉及的图1之后的步骤中，图3中，铺设形成金属互联介质层300，在金属互联介质层300上形成硬掩膜层400；图4中，在金属互联介质层300上先形成硬掩模层400再刻蚀像素单元区域的硬掩膜层400、金属互联介质层300直至暴露出顶层金属层200的侧部，所述顶层金属层的顶部依次有保留的部分金属互连层介质层310、保留的部分硬掩模层410；刻蚀金属互联介质层的过程中，刻蚀像素单元区域的金属互联介质层，保留***电路区域的金属互联介质层。图5中在像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域形成嵌入式的彩色滤光膜层510；图6形成位于彩色滤光膜层510上部的微透镜600，本实施例中嵌入式彩色滤光膜层由顶层金属层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。
请继续参考图7至图11，图7至11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7中，铺设形成金属互联介质层300’，图8中，先刻蚀像素单元区域的金属互联介质层300’暴露出顶层金属层的顶部、侧部210’，在本实施例中还会刻蚀掉金属层间介质层100’的一部分保留110’;图9中，铺设形成硬掩模层400’，覆盖图像传感器的像素单元区域和***区域；图10中在像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域覆盖硬掩膜层的区域形成嵌入式的彩色滤光膜层500’，图11形成位于彩色滤光膜层500’上部的微透镜600’，本实施例中嵌入式彩色滤光膜层由顶层金属层210’间隔，先刻蚀像素单元区域的金属互联介质层暴露出顶层金属层的顶部、侧部再形成硬掩模层，顶层金属层的凹槽区域与嵌入式的彩色滤光膜层之间具有硬掩模层400’,本实施例的方案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。
上述实施例中，顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。硬掩模层为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。
发明的有益效果如下：
1）通过像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域的使用，降低光学串扰；
2）通过像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域的使用，可实现前照式图像传感器的嵌入式彩色滤光膜层结构；
3）通过像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域的使用，使得彩色滤光膜层嵌入其中，避免像素区域与逻辑区域的台阶处光学响应异常;
4）此像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域是在顶层金属层刻蚀的时候形成的，不需要增加额外的制造成本。
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。
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***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***、基于微处理器的***、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***或设备的分布式计算环境等。
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。

Claims (13)

1.一种前照式图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：
采用刻蚀工艺在图像传感器中形成顶层金属层，其中像素单元区域的顶层金属层之间具有若干凹槽区域；
形成金属互联介质层;
刻蚀像素单元区域的互联介质层留下若干凹槽区域；
在刻蚀像素单元区域的互联介质层前或者刻蚀像素单元区域的互联介质层后形成硬掩膜层；
在像素单元区域顶层金属层之间的凹槽区域形成嵌入式的彩色滤光膜层，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，所述步骤包括：
在金属互联介质层上先形成硬掩模层再刻蚀像素单元区域的硬掩膜层，以及金属互联介质层直至暴露出顶层金属层的侧部，所述顶层金属层的顶部依次有保留的部分金属互连层介质层、保留的部分硬掩模层。
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，所述步骤包括：
先刻蚀像素单元区域的金属互联介质层暴露出顶层金属层的顶部、侧部再形成硬掩模层，顶层金属层的凹槽区域与嵌入式的彩色滤光膜层之间具有硬掩模层。
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，嵌入式彩色滤光膜层由顶层金属层间隔，从而减少光学串扰。
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，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***电路区域的金属互联介质层。
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，所述顶层金属层的厚度为：2000埃至6000埃。
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，所述硬掩模层为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。
8.一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彩色滤光膜层。
9.根据权利要求8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。
10.根据权利要求8所述的前照式图像传感器，所述顶层金属层的顶面依次设置有：部分金属互联介质层、硬掩模层。
11.根据权利要求8所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述顶层金属层的表面设置有：硬掩模层。
12.根据权利要求10或11中任意一项所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述硬掩模层的厚度为：100埃至1000埃。
13.根据权利要求10或11中任意一项所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述硬掩模层为：SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合。
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