[发明专利]背照式图像传感器及其形成方法

说明书

本发明提供了一种背照式图像传感器，包括：器件层，器件层内形成有多个光电二极管；层间介质层，设置于器件层一侧；金属间介质层，形成于层间介质层背离器件层的一侧；凸透镜阵列，配置于层间介质层与金属间介质层之间，其材料的折射率大于层间介质层和金属间介质层的材料的折射率。该背照式图像传感器能够有效偏折原本可能造成串扰的光线，使其经反射后仍旧回到原先的光电二极管，不仅避免了相邻光电二极管之间的串扰，还提高了光的量子效率。

技术领域

本发明涉及半导体设计制造领域，更详细地说，本发明涉及一种背照式图像传感器及其制造方法。

背景技术

相比于正照式图像传感器而言，背照式图像传感器能够有效的减少光线的串扰。尽管如此，从背部入射的光经过光电二极管进行光电转化后，仍有部分光穿射到金属互连层并在金属互连层发生反射。反射回来的光会直射到相邻的光电二极管内，发生光线的串扰，进而影响成像质量。

目前常见的用于隔离相邻的光电二极管之间光线串扰的方法为在串扰光线经过的位置增设垂直方向的吸光结构或隔离结构，然而此类结构的隔离效果依然难以满足要求。

发明内容

鉴于现有技术的上述问题，本发明提供了一种背照式图像传感器，能够有效偏折原本可能造成串扰的光线，使其经反射后仍旧回到原先的光电二极管，不仅避免了相邻光电二极管之间的串扰，还提高了光的量子效率。

该背照式图像传感器包括：

器件层，所述器件层内形成有多个光电二极管；

层间介质层，设置于所述器件层一侧；

金属间介质层，形成于所述层间介质层背离所述器件层的一侧；

凸透镜阵列，配置于所述层间介质层与所述金属间介质层之间，其材料的折射率大于所述层间介质层和所述金属间介质层的材料的折射率。

在层间介质层与金属间介质层之间增设凸透镜阵列，能够使原本可能发生串扰的光线在直射和被反射后的两次经过凸透镜阵列时，均被该凸透镜阵列偏折、汇聚，使其最终回到原先经过的光电二极管。通过以上方式，该背照式图像传感器不仅避免了相邻光电二极管之间的串扰，还使每个光电二极管能够更加高效地吸收经过该光电二极管的光线，提高光的量子效率。

在本发明的较优技术方案中，所述凸透镜阵列的材料为折射率大于2的材料。优选为氮化硅(n≈2.25)、无定型碳(n≈2.42)、无定型硅(n≈3.98)中的一种或多种的组合。采用高折射率材料可以有效提高凸透镜阵列的折光能力，同时减小对凸透镜阵列厚度差的形貌要求，降低工艺的难度。

在本发明的较优技术方案中，所述层间介质层和/或所述金属间介质层的材料为氧化硅。氧化硅材料具有较低的折射率，使光线在其与凸透镜阵列的界面处更易偏折，且氧化硅材料的加工工艺成熟，成本较低。

在本发明的较优技术方案中，所述凸透镜阵列具有若干凸透镜单元，所述凸透镜单元的水平位置对应于所述光电二极管，且所述凸透镜单元沿垂直方向具有大于所述光电二极管的投影面积。较大面积的凸透镜单元能够接收来自更大面积的入射光线，进一步提高对串扰的改善效果。

本发明还提供了一种背照式图像传感器的形成方法，包括以下步骤：

提供其内形成有多个光电二极管的器件层；

在所述器件层一侧形成层间介质层；

在所述层间介质层背离所述器件层的一侧形成凸透镜阵列，所述凸透镜阵列的材料的折射率大于所述层间介质层的折射率；

在所述凸透镜阵列背离所述层间介质层的一侧形成金属间介质层，所述金属间介质层的材料的折射率小于所述凸透镜阵列的材料的折射率。

在本发明的较优技术方案中，所述凸透镜阵列的形成包括以下步骤：