图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有改进的暗电流性能的图像传感器。本发明专利技术提供了一种半导体图像传感器件。该图像传感器包括：具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的半导体衬底。半导体衬底包括被配置为感测从第二侧投射向衬底的辐射的辐射感测区域。第一层设置在半导体衬底的第二侧上方。第一层具有第一能带隙。第二层设置在第一层上方。第二层具有第二能带隙。第三层设置在第二层上方。第三层具有第三能带隙。第二能带隙小于第一能带隙和第三能带隙。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制造方法分案申请本申请是2014年01月07日提交的标题为“具有改进的暗电流性能的图像传感器”、专利申请号为201410006926.1的分案申请。
本专利技术总体上涉及半导体领域，更具体地，涉及具有改进的暗电流性能的图像传感器。
技术介绍
半导体图像传感器用于感测诸如光的辐射。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器被广泛用于诸如数码相机或手机摄像头应用程序的各种应用中。这些器件利用衬底中的像素阵列(包括光电二极管和晶体管)，像素阵列可以吸收投射到衬底上的辐射并将感测的辐射转化为电信号。背照式(BSI)图像传感器件是一种类型的图像传感器件。这种BSI图像传感器件被配置为检测从背侧投射的光。然而，制造BSI图像传感器件的现有方法仍存在诸如暗电流、白像素、暗图像非均匀等的问题。在制造BSI图像传感器件期间(诸如等离子体蚀刻工艺)可能会产生过量的外部载流子，这些载流子可以导致上述这些问题。还未提出减小或缓解这些上述问题的有效结构或方法。因此，尽管现有的半导体图像传感器总体满足它们的预期目的，但它们并非在所有方面尽如人意。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供了一种半导体图像传感器件，包括：半导体衬底，具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中，半导体衬底包括被配置为感测从第二侧投射向衬底的辐射的辐射感测区域；第一层，设置在半导体衬底的第二侧上方，第一层具有第一能带隙；第二层，设置在第一层上方，第二层具有第二能带隙；以及第三层，设置在第二层上方，第三层具有第三能带隙；其中，第二能带隙小于第一能带隙和第三能带隙。其中：第一层包括氧化硅；第二层包括氧化铪或碳化硅；以及第三层包括氧化硅。该半导体图像传感器件还包括：设置在第三层上方的钝化层。其中，钝化层包括氮化硅。其中，第一层的厚度为第一能带隙与第二能带隙之间的差值的函数。其中，函数表示为：其中，d表示第一层的最小厚度，h表示普朗克常数，m表示电子质量，ΔE表示第一能带隙和第二能带隙之间的差值。其中：第一层的厚度介于约10埃至约500埃的范围内；第二层的厚度介于约20埃至约800埃的范围内；以及第三层的厚度介于约10埃至约5000埃的范围内。该半导体图像传感器件还包括：透镜，设置在第二侧上的钝化层上方；以及互连结构，设置在衬底的第一侧上方。此外，还提供了一种半导体图像传感器件，包括：衬底，具有正面和背面，衬底包括被配置为检测穿过背面进入衬底的辐射的一个或多个辐射敏感像素；互连结构，位于衬底的正面上方；第一层，位于衬底的背面上方，第一层包括被选择为具有第一导带底能级的第一材料；第二层，位于第一层上方，第二层包括被选择为具有第二导带底能级的第二材料；以及第三层，位于第二层上方，第三层包括被选择为具有第三导带底能级的第三材料；其中，第二导带底能级小于第一导带底能级和第三导带底能级。其中：第一层包括氧化硅，并且具有介于约10埃至约500埃的范围内的厚度；第二层包括氧化铪或碳化硅，并且具有介于约20埃至约800埃的范围内的厚度；以及第三层包括氧化硅，并且具有介于约10埃至约5000埃的范围内的厚度。该半导体图像传感器件还包括：位于第三层上方的钝化层。其中，钝化层包括氮化硅。其中，第一层的厚度相关于第一导带底能级与第二导带底能级之间的差值。其中，厚度大于或等于：(普朗克常数)除以[(2*电子质量*第一导带底能级与第二导带底能级之间的差值)的平方根]。该半导体图像传感器件还包括设置在钝化层上方的滤色器和微透镜。此外，还提供了一种制造半导体图像传感器件的方法，包括：在衬底中形成辐射感测元件，衬底具有正侧和与正侧相对的背侧，其中，辐射感测元件被配置为感测从背侧进入衬底的辐射；在衬底的正侧上方形成互连结构；以将互连结构设置在衬底与载体之间的方式将衬底接合至载体；在接合之后，从背侧减薄衬底；在减薄之后，在衬底的背侧上方形成第一层，第一层具有第一能带隙；在第一层上方形成第二层，第二层具有第二能带隙；以及在第二层上方形成第三层，第三层具有第三能带隙；其中，第二能带隙小于第一能带隙和第三能带隙。其中：实施形成第一层的步骤，使第一层包括氧化硅，并且具有介于约10埃至约500埃的范围内的厚度；实施形成第二层的步骤，使第二层包括氧化铪或碳化硅，并且具有介于约20埃至约800埃的范围内的厚度；实施形成第三层的步骤，使第三层包括氧化硅，并且具有介于约10埃至约5000埃的范围内的厚度。该方法还包括：在第三层上方形成含氮钝化层；以及在钝化层上方形成透镜。其中，形成第一层的步骤包括：将第一层的厚度配置为第一能带隙和第二能带隙之间的差值的函数。其中，函数表示为：其中，d表示第一层的最小厚度，h表示普朗克常数，m表示电子质量，ΔE表示第一能带隙和第二能带隙之间的差值。附图说明当结合附图进行阅读时，根据以下详细描述可以更好地理解本专利技术的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，未按比例绘制各个部件。事实上，为了清楚讨论起见，可以任意地增大或减小各个部件的尺寸。图1是根据本专利技术的各个方面示出用于制造图像传感器件的方法的流程图。图2至图5和图7是根据本专利技术的各个方面的图像传感器件在各个制造阶段中的示例性的局部截面侧视图。图6是根据本专利技术的各个方面的简化的能带图。具体实施方式应该理解，以下公开内容提供了许多用于实施本专利技术的不同特征的多个不同的实施例或实例。以下描述了部件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这仅仅是实例，并不是用于限制本专利技术。而且，在以下描述中，第一部件形成在第二部件上方或者之上可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且还可以包括形成介入在第一和第二部件之间的附加部件，从而使第一和第二部件不直接接触的实施例。为了简化和清楚的目的，可以以不同比例任意绘制各个部件。图1是根据本专利技术的各个方面示出制造半导体图像传感器件的方法10的流程图。参考图1，方法10开始于框12，其中，在半导体衬底中形成辐射感测元件。衬底具有正侧和与正侧相对的背侧。辐射感测元件被配置为感测从背侧进入衬底的辐射。方法10包括步骤14，其中，在衬底的正侧上方形成互连结构。方法10包括步骤16，其中，将衬底接合至载体。以一种在接合之后使互连结构设置在衬底和载体之间的方式实施步骤16。方法10包括步骤18，其中，在接合之后从背侧减薄衬底。方法10包括步骤20，其中，在减薄之后，将在衬底的背侧上方形成第一层。第一层具有第一能带隙。在一些实施例中，实施步骤20以使第一层包含氧化硅，并且具有介于约10埃至约200埃的范围内的厚度。方法10包括步骤22，其中，在第一层上方形成第二层。第二层具有第二能带隙。在一些实施例中，实施步骤22以使第二层包含氧化铪或碳化硅，并且具有介于300埃至约800埃的范围内的厚度。方法10包括步骤24，其中，在第二层上方形成第三层。第三层具有第三能带隙。第二能带隙小于第一能带隙和第三能带隙。在一些实施例中，实施步骤24以使第三层包含氧化硅，并且具有介于约30埃至约60埃的范围内的厚度。应该理解，可以在图1的方法之前、期间或之后实施额外的工艺步骤。例如，可以在第三层上方形成含氮钝化层。再例如，可以在钝化层上方形成透镜。为了简单的目的，本文中不再详细本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体图像传感器件，包括：半导体衬底，具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述半导体衬底包括被配置为感测从所述第二侧投射向所述衬底的辐射的多个像素；第一层，设置在所述半导体衬底的第二侧上方且与所述半导体衬底的第二侧接触，所述第一层具有第一能带隙；第二层，设置在所述第一层上方，所述第二层具有第二能带隙；以及第三层，设置在所述第二层上方，所述第三层具有第三能带隙；其中，所述第二能带隙小于所述第一能带隙和所述第三能带隙。

【技术特征摘要】
2013.03.11 US 61/775,957;2013.09.18 US 14/030,0731.一种半导体图像传感器件，包括：半导体衬底，具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，其中，所述半导体衬底包括被配置为感测从所述第二侧投射向所述衬底的辐射的多个像素；第一层，设置在所述半导体衬底的第二侧上方且与所述半导体衬底的第二侧接触，所述第一层具有第一能带隙；第二层，设置在所述第一层上方，所述第二层具有第二能带隙；以及第三层，设置在所述第二层上方，所述第三层具有第三能带隙；其中，所述第二能带隙小于所述第一能带隙和所述第三能带隙。2.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中：所述第一层包括氧化硅；所述第二层包括氧化铪或碳化硅；以及所述第三层包括氧化硅。3.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中，所述半导体衬底还包括多个深沟槽隔离(DTI)结构，相邻的像素通过相应的深沟槽隔离结构隔开。4.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中，所述第二层包括低k介电材料。5.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，还包括：设置在所述第三层上方的含氮的钝化层。6.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中，所述第一层的厚度为所述第一能带隙与所述第二能带隙之间的差值的函数。7.根据权利要求6所述的半导体图像传感器件，其中，所述函数表示为：其中，d表示所述第一层的最小厚度，h表示普朗克常数，m表示电子质量，ΔE表示所述第一能带隙和所述第二能带隙之间的差值。8.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中：所述第一层的厚度介于约10埃至约500埃的范围内；所述第二层的厚度介于约20埃至约800埃的范围内；以及所述第三层的厚度介于约10埃至约5000埃的范围内。9.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，还包括：互连结构，设置在所述衬底的所述第一侧上方；缓冲层，设置在所述互连结构的上方。10.一种半导体图像传感器件，包括：衬底，具有正面和背面，所述衬底包括被配置为检测穿过所述背面进入所述衬底的辐射的一个或多个辐射敏感像素；互连结构，位于所述衬底的正面上方；缓冲层，位于所述互连结构的上方；第一层，位于所述衬底的背面上方且与所述衬底的背面接触，所述第一层包括被选择为具有第一导带底能级的第一材料；第二层，位于所述第一层上方，所述第二层包括被选择为具有第二导带底能级的第二材料；以及第三层，位于所述第二层上方，所述第三层包括被选择为具有第三导带底能级的第三材料；其中，所述第二导...

【专利技术属性】
技术研发人员：高敏峰，杨敦年，刘人诚，洪丰基，蔡双吉，林政贤，庄俊杰，
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