一种图像传感器及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种图像传感器及其制备方法，包括衬底层和介质层，其中，所述衬底层包括位于浅沟槽隔离之间的光电二极管和电子接收转移模块；所述介质层中远离衬底层的一侧包括反射层，且所述反射层对应光电二极管的区域为平面反射层，对应光电二极管之外的区域为朝向衬底层的凸面反射层。本发明专利技术提供的一种图像传感器及其制备方法，使得非光电二极管区域的光能够被光电二极管区域收集，进而提高了近红外光的量子效率。

An image sensor and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器及其制备方法
本专利技术属于图像传感器领域，具体属于一种图像传感器及其制备方法。
技术介绍
近红外(NIR)图像传感器在两个领域有着重要的应用。第一个领域是安防监控系统，在低光环境下，NIR光子比可见光子更多，因此捕获的图像分辨率更高，可以捕获更清晰的家庭入侵者的图像。第二个领域的应用是机器视觉，近红外(NIR)光人眼看不见，进而可以避免对周围环境的干扰，但是可以用于照亮物体。近红外(NIR)成像系统的两个关键性参数之一是量子效率(QE)，图像传感器的量子效率是捕获的光子与转换成电子的比值。QE越高，NIR照明能达到的距离越远，图像亮度越高。背照式图像传感器光是从硅片背面直接入射进入光电二极管，无需经过金属互联层及介质层，进而避免了光损耗，提高了量子效率。硅衬底对入射光的吸收深度与入射的波长密切相关，波长越长，吸收系数越小，入射深度越深。像素单元通常使用的是红光，绿光及蓝光这3种光。蓝光的波长为450纳米，在硅衬底中入射深度为0.32微米,绿光波长为550纳米，在硅衬底中入射深度为0.79um,红光波长为650纳米，在硅衬底中入射深度为3微米左右。近红外光波长为780～1100纳米，在在硅衬底中入射深度大于6微米。而背照式图像传感器的硅衬底厚度在3微米左右，这就导致近红外的光会直接穿过硅衬底进入介质层，进而导致近红外光量子效率很低。若直接制备硅衬底厚度为6微米左右的图像传感器，则无法同时兼容可见光和近红外的图像采集。
技术实现思路
本专利技术提供的一种图像传感器及其制备方法，在背照式图像传感器中光电二极管上方形成平面反射层，在非光电二极管上方形成凸面反射层，反射层使得入射在介质层中的入射光被反射至光电二极管中，其中凸面反射层对于入射光具有聚拢作用，使得非光电二极管区域的光能够被光电二极管区域收集，进而提高了近红外光的量子效率。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种图像传感器，包括衬底层和介质层，其中，所述衬底层包括位于浅沟槽隔离之间的光电二极管和电子接收转移模块；所述介质层中远离衬底层的一侧包括反射层，且所述反射层对应光电二极管的区域为平面反射层，对应光电二极管之外的区域为朝向衬底层的凸面反射层。进一步地，所述电子接收转移模块包括转移栅极和浮动扩散。进一步地，所述衬底层的厚度为2-4微米中的任意数值。进一步地，所述平面反射层在衬底层上的正投影面积大于等于衬底层上光电二极管的面积。进一步地，所述凸面反射层为梯形凸面或者弧形凸面。进一步地，所述反射层为金属反射层。本专利技术提供的一种图像传感器的制备方法，包括如下步骤：S01：在衬底层正面形成浅沟槽隔离以及位于浅沟槽隔离之间的光电二极管和电子接收转移模块；S02：在衬底层正面沉积介质层；S03：在介质层中远离衬底层的一侧形成反射层，使得反射层对应光电二极管的区域为平面反射层，对应光电二极管之外的区域为朝向衬底层的凸面反射层。进一步地，所述步骤S03具体包括：S031：在介质层上沉积光刻胶并图形化，形成位于光电二极管上方的光刻胶图形；S032：以光刻胶图形为掩模，刻蚀介质层，在光电二极管之外的区域形成凹面；S033：去除光刻胶图形，在介质层的表面沉积反射层，并平坦化，使得反射层对应光电二极管的区域为平面反射层，对应光电二极管之外的区域为朝向衬底层的凸面反射层。进一步地，所述步骤S03还包括在介质层中形成金属互连层和连接金属互连层的通孔。进一步地，还包括步骤S04：对衬底层的背面进行减薄工艺，使得衬底层的厚度为2-4微米中的任意数值。本专利技术在背照式图像传感器中光电二极管上方形成平面反射层，在非光电二极管上方形成凸面反射层，由于衬底层的厚度为3微米左右，而近红外光在衬底中入射深度大于6微米，因此从衬底层背面入射的入射光会直接进入介质层中，对应光电二极管的平面反射层将入射光直接反射至光电二极管中；对应光电二极管之外的凸面反射层将入射光进行聚拢并反射至光电二极管中，从而提高了近红外光的量子效率。附图说明附图1为现有技术中图像传感器的结构示意图。附图2为衬底层的结构示意图。附图3为在介质层中沉积光刻胶之后的结构示意图。附图4为在介质层上形成图形化光刻胶的结构示意图。附图5为刻蚀介质层之后的结构示意图。附图6为沉积反射层之后的结构示意图。附图7为衬底层背面减薄之后的结构示意图。10衬底，11光电二极管，12介质层，20衬底层，21光电二极管，22转移栅极，23浮动扩散，24浅沟槽隔离，25介质层，26反射层，31光刻胶。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做进一步的详细说明。现有技术中的图像传感器为了同时收集可见光，衬底层的厚度一般为3微米左右，如附图1所示，背照式图像传感器包括衬底10和位于衬底正面的介质层，其中，入射光中的近红外光从衬底背面入射之后直接进入介质层中，从而使得近红外光不能有效被光电二极管11接收。请参阅附图7，本专利技术提供的一种图像传感器，包括衬底20和介质层25，其中，衬底层20包括位于浅沟槽隔离之间的光电二极管21和电子接收转移模块；具体的电子接收转移模块可以包括转移栅极22和浮动扩散23，转移栅极22用于实现光电二极管21中产生的电荷转移；浮动栅极23用于接收从光电二极管21中产生的电荷，浅沟槽隔离24用于实现光电二极管21之间的物理隔离。本专利技术图像传感器为背照式图像传感器，即入射光从远离介质层的一侧入射至衬底层中，位于衬底层中的光电二极管为感光单元，能够实现对入射光的收集并进行光电转换，将吸收的光子转换为电子，转移栅极管22实现将光电二极管中产生的光电子转移到浮动扩散23，浮动扩散23用于储存收集到的光电子，并转换成电压信号输出。为了增大本专利技术中图像传感器的适用范围，衬底层的厚度优选为3微米左右，入射光的吸收能力与硅衬底收集区域的厚度直接相关，波长越长，吸收系数越低，吸收深度越深，背照式图像传感器的硅衬底厚度在3um左右，这会导致近红外光会直接穿透硅衬底进入介质层，导致近红外光损失，量子效率降低。鉴于此，本专利技术在介质层25中远离衬底层20的一侧设置了反射层26，并且反射层对应光电二极管的区域为平面反射层，对应光电二极管之外的区域为朝向衬底层的凸面反射层；其中，反射层对应光电二极管的区域指的是在垂直于衬底层和介质层的方向上，与光电二极管对应的反射层区域，如附图7中，衬底层和介质层为水平层，则平面反射层与光电二极管在垂直方向上重合。光电二极管21上方的平面反射层直接将近红外光反射进入光电二极管中，增加近红外光的入射；转移栅极22，浮动扩散23等结构上方设置的凸面反射层对来自衬底层20背面的入射光线进行反射，将更多的光线反射进入光电二极管21中实现光电转换，提高近红外光在硅衬底中的吸收比例，进而增加近红外光的量子效率QE。为了进一步提高近红外光在硅衬底中的吸收比例，平面反射层在衬底层上的正投影面积大于等于衬底层上光电二极管的面积，这里光电二极管的面积即光电二极管在平行于衬底层方向上的截面面积。如附图7所示，衬底层和介质层平行，平面反射层在水平方向上的截面面积大于等于光电二极管在水平方向上的截面面积，即确保平面反射层是覆盖光电二极管的。本专利技术中之所以使用凸面反射层是因为凸面反射层对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括衬底层和介质层，其中，所述衬底层包括位于浅沟槽隔离之间的光电二极管和电子接收转移模块；所述介质层中远离衬底层的一侧包括反射层，且所述反射层对应光电二极管的区域为平面反射层，对应光电二极管之外的区域为朝向衬底层的凸面反射层。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括衬底层和介质层，其中，所述衬底层包括位于浅沟槽隔离之间的光电二极管和电子接收转移模块；所述介质层中远离衬底层的一侧包括反射层，且所述反射层对应光电二极管的区域为平面反射层，对应光电二极管之外的区域为朝向衬底层的凸面反射层。2.根据权利要求1所述的一种图像传感器，其特征在于，所述电子接收转移模块包括转移栅极和浮动扩散。3.根据权利要求1所述的一种图像传感器，其特征在于，所述衬底层的厚度为2-4微米中的任意数值。4.根据权利要求1所述的一种图像传感器，其特征在于，所述平面反射层在衬底层上的正投影面积大于等于衬底层上光电二极管的面积。5.根据权利要求1所述的一种图像传感器，其特征在于，所述凸面反射层为梯形凸面或者弧形凸面。6.根据权利要求1所述的一种图像传感器，其特征在于，所述反射层为金属反射层。7.一种图像传感器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S01：在衬底层正面形成浅沟槽隔离以及位于浅沟...

【专利技术属性】
技术研发人员：李梦，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31