背照式图像传感器及其制造方法技术

本公开涉及背照式图像传感器及其制造方法。一种背照式图像传感器，包括：半导体外延层；位于所述半导体外延层中的光电二极管，用于接收从所述半导体外延层的第一表面入射的光；透明电极，位于所述半导体外延层的第一表面；以及彩色滤光片和微透镜，位于所述透明电极上。

Back illuminated image sensor and its manufacturing method

The present disclosure relates to a backlight image sensor and a manufacturing method thereof. A backlighting image sensor comprising: a semiconductor epitaxial layer, a photodiode in the semiconductor epitaxial layer, used for receiving light from the first surface of the semiconductor epitaxial layer; a transparent electrode, on the first surface of the semiconductor epitaxial layer; and the color filter and microlens, located at the same time. On the transparent electrode.

【技术实现步骤摘要】
背照式图像传感器及其制造方法
本公开涉及一种背照式图像传感器及其制造方法。
技术介绍
在传统的CMOS图像传感器中，光电二极管位于电路层下方，入射光会受到电路布线的遮挡。在背照式图像传感器中，光线从图像传感器的背面入射。这样，能够使入射光先入射到光电二极管中，从而提高了入射光量，能够显著提高低光照条件下的拍摄效果。
技术实现思路
根据本公开的第一方面，提供了一种背照式图像传感器，包括：半导体外延层；位于所述半导体外延层中的光电二极管，用于接收从所述半导体外延层的第一表面入射的光；透明电极，位于所述半导体外延层的第一表面；以及彩色滤光片和微透镜，位于所述透明电极上。根据本公开的第二方面，提供了一种制造背照式图像传感器的方法，包括：在晶圆上形成半导体外延层；在所述半导体外延层中形成光电二极管，所述光电二极管用于接收从所述半导体外延层的第一表面入射的光；在所述半导体外延层的第一表面形成透明电极；以及在所述透明电极上形成彩色滤光片和微透镜。根据本公开的第三方面，提供了一种成像装置，包括根据本公开的第一方面的背照式图像传感器。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1示出根据本公开的一个实施例的背照式图像传感器的示意图。图2示出了根据本公开的一个实施例的制造背照式图像传感器的方法的流程图。图3A-图3G是示出根据本公开的一个实施例的制造背照式图像传感器的流程的示意图。图4A-图4C示出了图3F中虚线包围的部分的示意图。注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的专利技术并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。图1示出了根据本公开的一个实施例的背照式图像传感器的示意图。如图1所示，该背照式图像传感器包括衬底1、多个金属布线层6、位于多个金属互连层6之间的多个介质层5、在外延层2中形成的光电二极管3和其它器件4、透明电极8、彩色滤光片9以及微透镜10。衬底1可以是例如用于承载图像传感器的承载晶圆。在根据本公开的一些实施例中，在承载晶圆上可以没有任何逻辑电路，而仅是用于承载图像传感器的各个部件。在根据本公开的另一些实施例中，背照式图像传感器可以是堆叠式图像传感器。在堆叠式图像传感器中，在逻辑电路设置在承载晶圆中，而在器件晶圆中形成感光二极管。金属互连层6可以将图像传感器中的各个元件电连接，并且能够向图像传感器外部发送和/或接收信号。在各个金属互连层6之间具有介质层5，用于使各个金属互连层6保持绝缘。外延层2通常是在晶圆上通过外延生长形成的一层半导体。在外延层2中可以形成光电二极管3和其它半导体器件。在一些实施例中，其它器件4可以是例如电荷存储元件(浮置扩散区)、传输晶体管、重置晶体管、源跟随器晶体管、行选择晶体管等逻辑电路。在根据本公开的一些实施例中，透明电极8可以由例如锡掺杂三氧化铟(ITO)或铝掺杂氧化锌(AZO)等透明导电氧化物制成。如后面将要描述的，通过调节透明电极8的电压，可以调节表面费米能级，从而在图像传感器的暗噪声和灵敏度之间取得良好的平衡。彩色滤光片9和微透镜10布置在光电二极管上。微透镜可以对入射光进行会聚，从而使更多的光入射到光电二极管中。彩色滤光片可以使入射光中指定颜色的光透射。下面接合图2-图3G详细描述根据本公开的一个实施例的制造背照式图像传感器的方法。图2示出了根据本公开的一个实施例的制造背照式图像传感器的方法的流程图。首先，在晶圆上形成半导体外延层(步骤201)。如图3A所示，可以在晶圆1正面形成半导体外延层2。在根据本公开的一个实施例中，通过例如化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)或者分子束外延(MolecularBeamEpitaxy,MBE)在硅晶圆1上生长硅外延层2。例如，可以使用四氯化硅(SiCl4)、三氯硅烷(SiHCl3)、二氯硅烷(SiH2Cl2)或硅烷(SiH4)，在800℃-1500℃下同氢气(H2)进行反应，从而在硅晶圆1正面形成硅外延层2。在一些可选实施例中，外延层2可以是例如P型掺杂的。例如，可以对生长后的外延层2进行离子注入，从而在外延层2中掺入P型杂质(例如硼或铟等)。然后，在半导体外延层2中形成光电二极管3(步骤202)。如图3B所示，在半导体外延层2中可以形成光电二极管3以及其它器件4。如上所述，其它器件4可以是例如电荷存储元件(浮置扩散区)、传输晶体管、重置晶体管、源跟随器晶体管、行选择晶体管等逻辑电路。例如，在外延层2是P型掺杂的情况下，可以通过在预定深度(或深度范围)注入N型杂质(例如磷、砷等)，从而在外延层2中形成光电二极管。接下来，如图3C所示，在外延层2上形成一个或多个金属互连层6。金属互连层6可以将图像传感器中的各个元件电连接，并且能够向图像传感器外部发送和/或接收信号。介质层5也被称作层间介质层，用于将各个金属互连层6绝缘。在一个示意性实施例中，可以通过例如物理气相沉积(诸如原子层沉积(ALD)或射频溅射沉积(RFPVD))或者化学电镀的方式形成金属互连层6。金属互连层6的材料可以是铝、铝合金或铜。介质层5的材料可以为例如二氧化硅等绝缘介质。通过化学气相沉积等方式，可以逐层沉积介质层5。接下来，将制备有光电二极管的晶圆的正面与支撑衬底粘合。如图3D所示，支撑衬底7例如是另一个晶圆，可以将形成有光电二极管3和金属互连层6等结构的晶圆1的正面与支撑衬底7粘合。在一些可选实施例中，可以在金属互连层6上形成粘合层(未示出)，在支撑衬底7上也形成粘合层(未示出)，然后通过粘合层将支撑衬底7和晶圆1粘合在一起。粘合层的材料可以是例如低温玻璃浆料、粘合剂或金属(例如金)等材料。在一些可选实施例中，选择金作为粘合材料，通过热压工艺实现晶圆1与支撑衬底7的粘合。接下来，对晶圆1的背面进行减薄处理，从而露出外延层。如图3E所示，利用减薄工艺去除晶圆1背面的硅衬底，露出外延层2。在一个示例中，图像传感器的整体厚度减小到例如15μm至20μm。为了保证减薄的均匀性以及降低减薄工艺的时间和成本，可以采用例如机械研磨、化学机械抛光以及湿法腐蚀相结合的工艺实现晶圆1的减薄。接下来，在半导体外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：半导体外延层；位于所述半导体外延层中的光电二极管，用于接收从所述半导体外延层的第一表面入射的光；透明电极，位于所述半导体外延层的第一表面；以及彩色滤光片和微透镜，位于所述透明电极上。

【技术特征摘要】
1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：半导体外延层；位于所述半导体外延层中的光电二极管，用于接收从所述半导体外延层的第一表面入射的光；透明电极，位于所述半导体外延层的第一表面；以及彩色滤光片和微透镜，位于所述透明电极上。2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述透明电极的电压取决于所述半导体外延层的厚度。3.根据权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，当所述半导体外延层的厚度大于第一预定值时，所述透明电极的电压为正电压。4.根据权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，当所述半导体外延层的厚度小于第一预定值时，所述透明电极的电压为负电压。5.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述透明电极的电压取决于所述背照式图像传感器的暗噪声和灵敏度。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：大石周，黄晓橹，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32