[发明专利]前照式图像传感器及其形成方法

说明书

本发明涉及一种前照式图像传感器及其形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底形成有对应于像素单元的光电二极管区域；于所述半导体衬底上形成多层金属互连层；至少一层金属互连层的形成方法包括：于所述光电二极管区域上方形成光密介质区域；于光密介质区域周围形成金属层；形成覆盖所述金属层及光密介质区域周围的光疏介质区域。本发明的工艺方法与当前常规的CMOS半导体工艺兼容，工艺简单，同时又可以根据设计需求独立调配光密介质区域的折射率、形貌等，设计灵活。此外，通过在光电二极管区域上增加折射率高的光密介质材料，起到光导管的作用，减少反射和折射引起得光信号损失，从而提高图像传感器的灵敏度，降低串扰。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种前照式图像传感器及其形成方法。

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可用输出信号的传感器，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。随着CMOS集成电路制造工艺特别是CMOS图像传感器设计及制造工艺的不断发展，CMOS图像传感器已经逐渐取代CCD图像传感器成为主流。CMOS图像传感器相比较具有工业集成度更高、功率更低等优点。

CMOS图像传感器产品可分为FSI（FrontSide Illumination，前照式）和BSI（BackSide Illumination，背照式）。前照式CMOS图像传感器产品中，BEOL（Back RndOf 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。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才能被感光区吸收，不仅光线衰减较大，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，从而影响了图像传感器的广泛应用。

另外，由于不同介质层的存在，光线在传播的过程中会发生反射、折射，从而使得光产生损失，造成能量减小，这样从芯片表面到达光电二极管底部的电子数目减小，降低了光的感度，影响了图像传感器的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种前照式图像传感器及其形成方法，解决现有技术的图像传感器光线传播过程中的光损失，提高灵敏度。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种前照式图像传感器的形成方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底形成有对应于像素单元的光电二极管区域；

于所述半导体衬底上形成多层金属互连层；

至少一层金属互连层的形成方法包括：于所述光电二极管区域上方形成光密介质区域；于光密介质区域周围形成金属层；形成覆盖所述金属层及光密介质区域周围的光疏介质区域。

可选的，所述光密介质区域的截面形状为正梯形或三角形。

可选的，所述光密介质的折射率至少比所述光疏介质的折射率大15%以上。

可选的，所述光密介质的材料为氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、二氧化铪中的一种或其组合。

可选的，所述光疏介质的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、二氧化铪中的一种或其组合。

可选的，所述半导体衬底上形成有2~4层金属互连层。

可选的，所述第一层至次顶层的金属互连层的形成方法还包括：于所述光疏介质区域中形成连接相邻金属互连层的通孔结构。

可选的，至少一层的所述金属互连层的形成方法包括：

于所述半导体衬底上形成光密介质，刻蚀所述光密介质，保留所述光电二极管区域上方的部分光密介质；