图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术实施例提供一种具有高量子效率的图像传感器。在一些实施例中，半导体衬底包括非多孔性半导体层，所述非多孔性半导体层是沿着所述半导体衬底的前侧。周期性结构是沿着所述半导体衬底的后侧。高吸收性层在所述半导体衬底的所述后侧上对所述周期性结构进行衬覆。所述高吸收性层是能量带隙小于所述非多孔性半导体层的能量带隙的半导体材料。光检测器位于所述半导体衬底及所述高吸收性层中。本发明专利技术实施例还提供一种制造图像传感器的方法。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制造方法
技术介绍
具有图像传感器的集成电路(integratedcircuit，IC)被用于各种现代电子装置(例如，照相机及手机)中。近年来，互补金属氧化物半导体(complementarymetal-oxidesemiconductor，CMOS)图像传感器开始被广泛使用，大大地替代了电荷耦合装置(charge-coupleddevice，CCD)图像传感器。相比于CCD图像传感器，CMOS图像传感器因功耗低、尺寸小、数据处理快、数据直接输出、及制造成本低而受到青睐。一些类型的CMOS图像传感器包括前侧照明式(front-sideilluminated，FSI)图像传感器及后侧照明式(back-sideilluminated，BSI)图像传感器。
技术实现思路
本申请的一些实施例提供一种图像传感器。半导体衬底包括非多孔性半导体层。所述非多孔性半导体层是沿着所述半导体衬底的前侧。周期性结构是沿着所述半导体衬底的后侧。所述周期性结构包括由所述半导体衬底界定的多个突起。高吸收性层在所述半导体衬底的所述后侧上对所述周期性结构进行衬覆。所述高吸收性层是能量带隙小于所述非多孔性半导体层的能量带隙的半导体材料。光检测器位于所述半导体衬底及所述高吸收性层中。此外，本申请的其他实施例提供一种制造图像传感器的方法。提供半导体衬底。所述半导体衬底包括位于所述半导体衬底的前侧上的非多孔性半导体层。向所述半导体衬底的后侧执行蚀刻，以在所述后侧上形成多个表面突起。所述表面突起被形成为周期性图案，且其中所述后侧与所述前侧相对。在所述半导体衬底的所述后侧上形成对所述多个表面突起进行衬覆的高吸收性层。所述高吸收性层是带隙能量低于所述非多孔性半导体层的带隙能量的半导体材料。在所述半导体衬底及所述高吸收性层中形成光检测器。另外，本申请的其他实施例提供一种图像传感器。半导体衬底包括非多孔性半导体层及多孔性半导体层。所述非多孔性半导体层是沿着所述半导体衬底的前侧。所述多孔性半导体层是沿着所述半导体衬底的与所述前侧相对的后侧。高吸收性层在所述半导体衬底的所述后侧上衬覆所述多孔性半导体层。所述高吸收性层具有比所述非多孔性半导体层高的吸收系数。光检测器包括第一掺杂类型区及第二掺杂类型区。所述第一掺杂类型区处于所述非多孔性半导体层与所述多孔性半导体层二者中。所述第二掺杂类型区处于所述高吸收性层中且具有与所述第一掺杂类型区相反的掺杂类型。所述第一掺杂类型区与所述第二掺杂类型区介接而界定光敏结(photojunction)。转移晶体管(transfertransistor)位于所述半导体衬底的所述前侧上。所述转移晶体管包括源极/漏极区，且其中所述源极/漏极区是所述第一掺杂类型区。附图说明结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本专利技术的各个方面。应注意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。图1说明具有高吸收性像素传感器的图像传感器的一些实施例的剖视图。图2A说明具有多孔性半导体层的图1所示图像传感器的一些更详细实施例的剖视图。图2B说明不具有多孔性半导体层的图1所示图像传感器的一些更详细实施例的剖视图。图3说明图1及/或图2所示图像传感器的一些实施例的布局图。图4A说明图3所示图像传感器的一些前侧照明式(FSI)实施例的剖视图。图4B说明图3所示图像传感器的一些后侧照明式(BSI)实施例的剖视图。图5至图13是一系列剖视图，其说明一种制造具有高吸收性像素传感器的FSI图像传感器的方法的一些实施例。图14说明图5至图13所示方法的一些实施例的流程图。图15至图23是一系列剖视图，其说明一种制造具有高吸收性像素传感器的BSI图像传感器的方法的一些实施例。图24说明图15至图23所示方法的一些实施例的流程图。[符号的说明]100：剖视图102：高吸收性像素传感器102a、102b、102c：高吸收性像素传感器104：半导体衬底104b：半导体衬底的后侧表面104f：半导体衬底的前侧表面104n：非多孔性半导体层104p：多孔性半导体层106：周期性结构106p：突起108：辐射108p：光子110：高吸收性层112：保护层112d：凹陷112i：保护层的内表面112o：保护层的外表面114：光检测器114a：第一掺杂类型区114b：第二掺杂类型区116：电子-电洞对200A：剖视图202：光敏结204：碳掺杂区206：转移晶体管208：栅极210：栅极介电层212：浮动扩散节点(FDN)214：隔离结构216：互连结构218：层间介电(ILD)层220：布线层222：通孔300：布局图302：逻辑区304：像素传感器阵列400A：剖视图400B：剖视图402：载体衬底404：滤色片406：微透镜500：剖视图502：氢氟酸溶液600：剖视图602：抗蚀剂层604：干蚀刻剂700：剖视图800：剖视图900：剖视图1000：剖视图1100：剖视图1200：剖视图1300：剖视图1400：流程图1402、1404、1406、1408、1410、1412、1414、1416、1418：步骤1500：剖视图1600：剖视图1700：剖视图1800：剖视图1900：剖视图2000：剖视图2100：剖视图2200：剖视图2300：剖视图2400：流程图2402、2404、2406、2408、2410、2412、2414、2416、2418：步骤A：线H：高度P：节距T：厚度T1：第一厚度T2：第二厚度T3：第三厚度具体实施方式本专利技术提供用于实施本公开内容的不同特征的许多不同实施例或实例。以下阐述组件及构造的具体实例以简化本公开内容。当然，这些仅为实例且不旨在进行限制。例如，以下说明中将第一特征形成在第二特征“之上”或第二特征“上”可包括其中第一特征及第二特征被形成为直接接触的实施例，且也可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征、进而使得所述第一特征与所述第二特征可能不直接接触的实施例。另外，本公开内容可能在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。这种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而不是自身表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。此外，为易于说明，本文中可能使用例如“之下(beneath)”、“下面(below)”、“下部的(lower)”、“上方(above)”、“上部的(upper)”等空间相对性用语来阐述图中所示的一个元件或特征与另一(其他)元件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的取向外还囊括装置或设备在使用或操作中的不同取向。装置或设置可具有其他取向(旋转90度或其他取向)，且本文中所用的空间相对性用语可同样相应地进行解释。此外，用语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅为通用标识符，且因此可在各种实施例中互换使用。例如，虽然在一些实施例中可将一个元件(例如，蚀刻剂、介电层、或衬底)称为“第一”元件，但在其他实施例中可将所述元件称为“第二”元件。一些互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器包括单晶硅的半导体衬底及排列于半导体衬底中的像素传感器阵列。像素传感器包括埋置于半导体衬底中的各光检测器以及设置于半导体衬底的表面上的各像素晶体管。光检测器用以吸收本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，包括非多孔性半导体层，其中所述非多孔性半导体层是沿着所述半导体衬底的前侧；沿着所述半导体衬底的后侧的周期性结构，其中所述周期性结构包括由所述半导体衬底界定的多个突起；高吸收性层，在所述半导体衬底的所述后侧上对所述周期性结构进行衬覆，其中所述高吸收性层是能量带隙小于所述非多孔性半导体层的能量带隙的半导体材料；以及光检测器，位于所述半导体衬底及所述高吸收性层中。

【技术特征摘要】
2017.05.31 US 15/609,3251.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底，包括非多孔性半导体层，其中所述非多孔性半导体层是沿着所述半导体衬底的前侧；沿着所述半导体衬底的后侧的周期性结构，其中所述周期性结构包括由所述半导体衬底界定的多个突起；高吸收性层，在所述半导体衬底的所述后侧上对所述周期性结构进行衬覆，其中所述高吸收性层是能量带隙小于所述非多孔性半导体层的能量带隙的半导体材料；以及光检测器，位于所述半导体衬底及所述高吸收性层中。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述高吸收性层是硅锗或者被掺杂有硫族元素的与所述非多孔性半导体层相同的半导体材料。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述高吸收性层共形地衬覆所述周期性结构。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体衬底进一步包括沿所述半导体衬底的所述后侧且位于所述非多孔性半导体层与所述高吸收性层之间的多孔性半导体层，且其中所述周期性结构是由所述多孔性半导体层界定。5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述光检测器包括位于所述多孔性半导体层与所述高吸收性层之间界面处的PN结。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器进一步包括：像素晶体管，位于所述半导体衬底的所述前侧上，其中所述像素晶体管包括位于所述非多孔性半导体层中的源极/漏极区。7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述源极/漏极区具有第一掺杂类型，其中所述高吸收性层具有与所述第一掺杂类型相反的第二掺杂类型，且其中所述源极/漏极区从所述半导体衬底的所述前侧延伸至所述半导体衬底的所述后侧上的所述半导体衬底与所述高吸收性层之间的界面。8.一种制造图像传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：提供半导体衬底，其中所述半导体衬底包括位于所述半导体衬底的前侧上的非多孔性半导体层；向所述半导体衬底的后侧执行蚀刻，以在所述后侧上形成多个表面突起，其中所述表面突起被形成为周期性图案，且其中所述后侧与所述前侧相对；在所述半导体衬底的所述后侧上形成对所述多个表面突起进行衬覆的高吸收性层，其中所述高吸收性层是带隙能量低于所述非多孔性半导体层的带隙能量的半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建彰，杜建男，吴明锜，叶玉隆，姜吉亨，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71