一种背照式近红外像素单元及其制备方法技术

本发明专利技术公开的一种背照式近红外像素单元的制备方法，包括如下步骤：S01：准备一衬底，在所述衬底表面外延生成第一外延层，并在第一外延层表面形成第一对准标记；S02：在第一外延层表面外延生成第二外延层，并在第二外延层表面形成与第一对准标记对准的第二对准标记；S03：重复步骤S02直至生成第N外延层和第N对准标记；S04：在第N外延层表面形成正面器件；S05：将上述衬底倒置，并将正面器件和载片键合；S06：去除衬底，暴露出第一外延层；在暴露出来的第一外延层表面形成背面器件，背面器件通过第一外延层、第二外延层直至第N外延层与正面器件对准。本发明专利技术提供的一种背照式近红外像素单元及其制备方法，能够提高背照式近红外像素单元的外延层厚度。

A back illuminated near infrared pixel unit and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种背照式近红外像素单元及其制备方法
本专利技术涉及图像传感器领域，具体涉及一种背照式近红外像素单元及其制备方法。
技术介绍
图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，通常大规模商用的图像传感器芯片包括电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器芯片两大类。CMOS图像传感器和传统的CCD图像传感器相比具有的低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于微型数码相机(DSC)，手机摄像头，摄像机和数码单反(DSLR)中等消费电子领域，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。在目前的安防监控、机器视觉、智能交通系统和科学探测等应用中，对像素单元的近红外感光性能的需求越来越高，由于外延层对入射光的吸收系数随波长的增加而减小的特性，外延层通常为硅感光材料；常规像素单元受到外延层的厚度限制，其仅对可见光波段敏感。为了增加像素单元对近红外波段的感光特性，需要增加外延层的厚度，以尽量收集波长较长的近红外波段的光线，因此制造近红外像素单元通常需要将用于外延层厚度从常规的2到3微米增加至几十甚至上百微米。在进行背照工艺加工时，硅片背面需要进行沟槽隔离和金属隔离等工艺，而这些工艺步骤需要和正面已加工完成的晶体管实现对准，这样才能保证像素单元正常工作。进行背面和正面的对准工艺时，需要使用光刻机将背面层次的图形和正面的对准标记进行对准，当使用常规2到3微米厚度的硅层时，光刻机的对准激光能够穿透硅层，实现背面和正面的对准。但光刻机能穿透的硅层极限是5微米，因此当使用几十到上百微米的外延层时光刻机已经无法有效穿透，也就无法实现硅片背面图形和正面晶体管的对准，从而影响近红外像素单元的性能。因此需要一种在厚硅层上进行背面器件和正面器件进行对准的背照式近红外像素单元的加工工艺。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种背照式近红外像素单元及其制备方法，通过多次小于5微米的外延，并在每层外延层上留下对准标记来实现背照式工艺背面和正面的对准，用于提高背照式近红外像素单元的外延层厚度，增加像素单元对近红外波段的感光特性。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种背照式近红外像素单元的制备方法，包括如下步骤：S01：准备一衬底，在所述衬底表面外延生成第一外延层，并在所述第一外延层表面通过刻蚀形成第一对准标记；S02：在所述第一外延层表面外延生成第二外延层，并在所述第二外延层表面通过刻蚀形成与所述第一对准标记对准的第二对准标记；S03：重复步骤S02直至生成第N外延层和第N对准标记；其中，第M对准标记和第M-1对准标记对准；N为大于1的正整数；M为大于1小于等于N的正整数；S04：在所述第N外延层表面形成正面器件，且所述正面器件和所述第N对准标记对准；S05：将上述形成的衬底、第一外延层、第二外延层直至第N外延层以及正面器件整体倒置，并将所述正面器件和载片键合；S06：去除所述衬底，暴露出所述第一外延层；在暴露出来的所述第一外延层表面形成背面器件，且所述背面器件与所述第一对准标记对准，从而使得所述背面器件通过第一外延层、第二外延层直至第N外延层与所述正面器件对准。进一步地，所述第一外延层、第二外延层直至第N外延层的厚度均小于等于5微米。进一步地，所述第一外延层、第二外延层直至第N外延层均为硅感光材料。进一步地，所述背面器件包括背面沟槽隔离，所述背面沟槽隔离位于第一外延层中，且所述背面沟槽隔离与所述第一对准标记对准。进一步地，所述背面器件还包括背面金属隔离，所述背面金属隔离的形成方法为：在暴露出来的第一外延层表面沉积金属隔离层，并进行抛光和图像化形成背面金属隔离，使得所述背面金属隔离覆盖所述背面沟槽隔离。进一步地，所述正面器件包括正面晶体管、光电二极管和正面金属互连，所述光电二极管位于所述正面晶体管之间；所述正面晶体管通过第N对准标记、第N-1对准标记直至第一对准标记和所述背面沟槽隔离对准。一种背照式近红外像素单元，包括载片、正面器件、外延层和背面器件，其中，所述外延层包括第一外延层、第二外延层直至第N外延层，且所述第一外延层、第二外延层直至第N外延层中分别含有第一对准标记、第二对准标记直至第N对准标记，第M对准标记和第M-1对准标记对准；N为大于1的正整数；M为大于1小于等于N的正整数；所述正面器件位于载片表面，所述第N外延层位于所述正面器件表面，且所述第N对准标记位于所述第N外延层和所述正面器件的接触面上；第N-1外延层位于所述第N外延层表面，且第N-1对准标记位于所述第N-1外延层和所述第N外延层接触面上；直至所述第一外延层位于所述第二外延层表面，且所述第一对准标记位于所述第一外延层和所述第二外延层接触面上；所述背面器件位于所述第一外延层表面，所述背面器件通过第N对准标记、第N-1对准标记直至第一对准标记与所述正面器件对准。进一步地，所述第一外延层、第二外延层直至第N外延层的厚度均小于等于5微米。进一步地，述背面器件包括背面沟槽隔离，所述背面沟槽隔离位于第一外延层中，且所述背面沟槽隔离与所述第一对准标记对准。进一步地，所述正面器件包括正面晶体管、光电二极管和正面金属互连，所述光电二极管位于所述正面晶体管之间；所述正面晶体管通过第N对准标记、第N-1对准标记直至第一对准标记和所述背面沟槽隔离对准。本专利技术的有益效果为：本专利技术突破了常规背照式工艺外延层厚度必须小于5微米的限制，可以实现任意厚度外延层的背照式近红外像素单元，其中，外延层即为感光材料；通过多次小于5微米的外延，并在每层外延层上留下对准的对准标记来实现背照式工艺背面和正面的对准，用于提高背照式近红外像素单元的外延层厚度，增加近红外像素单元对近红外波段的感光特性。附图说明附图1为现有技术中背照式近红外像素单元的截面图。附图2为形成第一外延层的截面图。附图3为形成第一对准标记的截面图。附图4为形成第二外延层和第二对准标记的截面图。附图5为形成第N外延层和第N对准标记的截面图。附图6为形成正面器件之后的截面图。附图7为将外延层和载片键合之后的截面图。附图8为去除衬底之后的截面图。附图9为本专利技术背照式近红外像素单元的截面图。图中：1衬底，2背面沟槽隔离，3背面金属隔离，4外延层，41第一外延层，42第二外延层，43第N外延层，51第一对准标记，52第二对准标记，53第N对准标记，6正面金属互连，7正面晶体管，8载片，11正面器件，12背面器件。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。如附图1所示，由于近红外像素单元中需要的外延层4厚度为几十甚至上百微米，而在该厚度下，光刻机无法将硅层底部的正面晶体管7和硅层顶部的背面沟槽隔离2和背面金属隔离3进行对准，从而影响近红外像素单元的正本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背照式近红外像素单元的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS01：准备一衬底，在所述衬底表面外延生成第一外延层，并在所述第一外延层表面通过刻蚀形成第一对准标记；/nS02：在所述第一外延层表面外延生成第二外延层，并在所述第二外延层表面通过刻蚀形成与所述第一对准标记对准的第二对准标记；/nS03：重复步骤S02直至生成第N外延层和第N对准标记；其中，第M对准标记和第M-1对准标记对准；N为大于1的正整数；M为大于1小于等于N的正整数；/nS04：在所述第N外延层表面形成正面器件，且所述正面器件和所述第N对准标记对准；/nS05：将上述形成的衬底、第一外延层、第二外延层直至第N外延层以及正面器件整体倒置，并将所述正面器件和载片键合；/nS06：去除所述衬底，暴露出所述第一外延层；在暴露出来的所述第一外延层表面形成背面器件，且所述背面器件与所述第一对准标记对准，从而使得所述背面器件通过第一外延层、第二外延层直至第N外延层与所述正面器件对准。/n

【技术特征摘要】
1.一种背照式近红外像素单元的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S01：准备一衬底，在所述衬底表面外延生成第一外延层，并在所述第一外延层表面通过刻蚀形成第一对准标记；
S02：在所述第一外延层表面外延生成第二外延层，并在所述第二外延层表面通过刻蚀形成与所述第一对准标记对准的第二对准标记；
S03：重复步骤S02直至生成第N外延层和第N对准标记；其中，第M对准标记和第M-1对准标记对准；N为大于1的正整数；M为大于1小于等于N的正整数；
S04：在所述第N外延层表面形成正面器件，且所述正面器件和所述第N对准标记对准；
S05：将上述形成的衬底、第一外延层、第二外延层直至第N外延层以及正面器件整体倒置，并将所述正面器件和载片键合；
S06：去除所述衬底，暴露出所述第一外延层；在暴露出来的所述第一外延层表面形成背面器件，且所述背面器件与所述第一对准标记对准，从而使得所述背面器件通过第一外延层、第二外延层直至第N外延层与所述正面器件对准。


2.根据权利要求1所述的一种背照式近红外像素单元的制备方法，其特征在于，所述第一外延层、第二外延层直至第N外延层的厚度均小于等于5微米。


3.根据权利要求1所述的一种背照式近红外像素单元的制备方法，其特征在于，所述第一外延层、第二外延层直至第N外延层均为硅感光材料。


4.根据权利要求1所述的一种背照式近红外像素单元的制备方法，其特征在于，所述背面器件包括背面沟槽隔离，所述背面沟槽隔离位于第一外延层中，且所述背面沟槽隔离与所述第一对准标记对准。


5.根据权利要求4所述的一种背照式近红外像素单元的制备方法，其特征在于，所述背面器件还包括背面金属隔离，所述背面金属隔离的形成方法为：在暴露出来的第一外延层表面沉积金属隔离层，并进行抛光和图像化形成背面金属隔离，使得所述背面金属隔离覆盖所述背面沟槽隔离。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，
申请(专利权)人：成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51