具有表面微柱体结构的固态影像传感器暨其制作方法技术

本发明专利技术公开一种具有表面微柱体结构的固态影像传感器暨其制作方法，其中该固态影像传感器所具有的像素包含一光电转换部位，由一第二掺杂型半导体层与一半导体材料层构成，并且该第二掺杂型半导体层接触一第一掺杂型半导体基底。一抗反射部位具有多个微柱体位于该半导体材料层上，其中该些微柱体被伸入该光电转换部位的凹部所分隔，各该微柱体的折射率从底部往顶部逐渐变小并小于该半导体材料受光层的折射率。的折射率。的折射率。

【技术实现步骤摘要】
具有表面微柱体结构的固态影像传感器暨其制作方法


[0001]本专利技术涉及一种固态影像传感器，更具体言之，其涉及一种具有表面微柱体结构的固态影像传感器暨其制作方法，其能够增进传感器的量子效率并抑制暗电流。

技术介绍

[0002]使用具有半导体元件的电子设备对现代人而言是不可或缺的装置。用来感光的电子设备普遍都会涉及到固态(半导体)影像传感器，其中的互补式金属氧化物半导体影像传感器(CMOS image sensor,CIS)被广泛地应用在多种领域，诸如数字相机以及移动电话的摄像头。CMOS影像传感器一般会包含排成阵列型态的图像元件(像素)，每个像素会含有晶体管、电容以及光电二极管，其中光电二极管暴露在光环境下会诱发电能，其所产生的电子与落在像素单元上的光量呈一定比例。这些电子在像素中会被转换成电压信号的形式并再进一步转换为数字信号。
[0003]CMOS影像传感器被分为前照式(front side illuminated,FSI)与背照式(back side illuminated,BSI)两大类，视其光路径而定。现今背照式影像传感器日益普及，其光是从传感器的基底背面入射，不会受到基底上介电层与互连层的阻挡直接打到光电二极管上。这样的直接入射使得背照式影像传感器具有更高的光敏度。
[0004]除此之外，在一些固态影像元件中，作为光电二极管的硅层受光介面处可能会具有一种被称为蛾眼(moth-eye)的细微不平整结构，其被提供来作为避免入射光反射的微结构。
[0005]然而，尽管蛾眼结构能够通过避免入射光的反射来增加光敏度，随着科技的进展，影像感测元件的尺寸变得越来越小，同时也具有更强大的功能性以及更大量的集成电路。在这样的情况下背照式影像传感器的像素节距会缩得更小，如此可能导致影像传感器的表现不良。故此，目前业界仍需持续改善背照式影像传感器的结构与制造方法，以进一步改善其性能，例如增进其量子效率，或抑制暗电流和噪声的形成。

技术实现思路

[0006]为了进一步提升固态影像传感器的性能，本专利技术提出了一种新颖的固态影像传感器结构，其特点在于除了受光面具有突出的微柱体所形成的蛾眼结构外，该些微柱体本身具有由下而上渐减的折射率，且该些微柱体之间的凹部底端被作成特殊的渐缩外型，这样的特征可进一步降低入射光的反射。
[0007]本专利技术的面向之一在于提出一种固态影像传感器，包含一第一掺杂型半导体基底、多个像素位于该第一掺杂型半导体基底上，每个该像素包含一光电转换部位，其中该光电转换部位由一第二掺杂型半导体层与一半导体材料层构成，并且该第二掺杂型半导体层接触该第一掺杂型半导体基底、一抗反射部位，具有多个微柱体位于该半导体材料层上，其中该些微柱体被伸入该光电转换部位的凹部所分隔，各该微柱体的折射率从底部往顶部逐渐变小并小于该半导体材料层的折射率、一微透镜位于该抗反射部位上、以及多个像素间
阻挡部位，设置在该些像素之间。
[0008]本专利技术的另一面向在于提出一种固态影像传感器，包含：一第一掺杂型半导体基底、多个像素位于该第一掺杂型半导体基底上，每个该像素包含一光电转换部位，其中该光电转换部位由一第二掺杂型半导体层与一半导体材料层构成，该第二掺杂型半导体层接触该第一掺杂型半导体基底，该半导体材料层具有多个微柱体，该些微柱体为凹部所分隔，且该凹部具有{111}晶面钻石形的底端、一微透镜位于该半导体材料层上、以及多个像素间阻挡部位，设置在该些像素之间。
[0009]本专利技术的又一面向在于提出一种固态影像传感器的制作方法，其步骤包含：提供一第一掺杂型半导体基底、在该第一掺杂型半导体基底上依序形成一第二掺杂型半导体层与一半导体材料层，以构成一光电转换部位、在该半导体材料层上形成一多层结构，其中该多层结构的折射率从底层往顶层逐渐变小并小于该半导体材料层、以及对该多层结构以及该光电转换部位进行一光刻制作工艺，以形成多个微柱体，该些微柱体从该半导体材料层上突出并被伸入该光电转换部位的凹部所分隔。
[0010]本专利技术的又一面向在于提出一种固态影像传感器的制作方法，其步骤包含：提供一第一掺杂型半导体基底、在该第一掺杂型基底上依序形成一第二掺杂型半导体层与一半导体材料层，以构成一光电转换部位、对该光电转换部位进行一光刻制作工艺以形成多个微柱体，该些微柱体被一凹部所分隔、以及进行一湿蚀刻制作工艺在该光电转换部位形成该凹部的{111}晶面钻石形底端。
[0011]本专利技术的这类目的与其他目的在阅者读过下文中以多种图示与绘图来描述的优选实施例的细节说明后应可变得更为明了显见。
附图说明
[0012]本说明书含有附图并于文中构成了本说明书的一部分，使阅者对本专利技术实施例有进一步的了解。该些图示描绘了本专利技术一些实施例并连同本文描述一起说明了其原理。在该些图示中：
[0013]图1至图6为本专利技术优选实施例中一固态影像传感器的制作流程的截面示意图；
[0014]图7为本专利技术另一实施例中一固态影像传感器的截面示意图；以及
[0015]图8为本专利技术又一实施例中一固态影像传感器的截面示意图。
[0016]需注意本说明书中的所有图示都为图例性质，为了清楚与方便图示说明之故，图示中的各部件在尺寸与比例上可能会被夸大或缩小地呈现，一般而言，图中相同的参考符号会用来标示修改后或不同实施例中对应或类似的元件特征。
[0017]符号说明
[0018]101
ꢀꢀꢀ
半导体基底
[0019]103
ꢀꢀꢀ
像素晶体管
[0020]105
ꢀꢀꢀ
电路层
[0021]107
ꢀꢀꢀ
介电层
[0022]108
ꢀꢀꢀ
载片
[0023]109
ꢀꢀꢀ
光电转换部位
[0024]111
ꢀꢀꢀ
N型半导体层
[0025]113
ꢀꢀꢀ
半导体材料层
[0026]115
ꢀꢀꢀ
抗反射部位
[0027]117
ꢀꢀꢀ
氧化钛层
[0028]119
ꢀꢀꢀ
氮化硅层
[0029]121
ꢀꢀꢀ
氧化硅层
[0030]123
ꢀꢀꢀ
微柱体
[0031]125
ꢀꢀꢀ
凹部
[0032]127
ꢀꢀꢀ
外延层
[0033]129
ꢀꢀꢀ
像素间阻挡部位
[0034]131
ꢀꢀꢀ
像素单元
[0035]133
ꢀꢀꢀ
微透镜
[0036]135
ꢀꢀꢀ
锥形底端
[0037]137
ꢀꢀꢀ
钻石形底端
[0038]139
ꢀꢀꢀ
抗反射薄膜
具体实施方式
[0039]现在下文将详细说明本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固态影像传感器，其特征在于，包含：第一掺杂型半导体基底；多个像素，位于该第一掺杂型半导体基底上，每个该像素包含光电转换部位，其中该光电转换部位由第二掺杂型半导体层与半导体材料层构成，并且该第二掺杂型半导体层接触该第一掺杂型半导体基底；抗反射部位，该抗反射部位具有多个微柱体位于该半导体材料层上，其中该些微柱体被伸入该光电转换部位的凹部所分隔，各该微柱体的折射率从底部往顶部逐渐变小并小于该半导体材料层的折射率；微透镜，位于该抗反射部位上；以及多个像素间阻挡部位，设置在该些像素之间。2.根据权利要求1所述的固态影像传感器，还包含第一掺杂型外延层位于该凹部裸露出的该光电转换部位上。3.根据权利要求1所述的固态影像传感器，还包含带有负电荷的高介电材料层，位于该些微柱体与凹部上。4.根据权利要求1所述的固态影像传感器，其中该凹部具有锥形的底端。5.根据权利要求1所述的固态影像传感器，其中该凹部具有{111}晶面钻石形的底端。6.根据权利要求1所述的固态影像传感器，其中该微柱体从该半导体材料层往上依序包含氧化钛层、氮化硅层、以及氧化硅层。7.根据权利要求1所述的固态影像传感器，其中该第一掺杂型半导体基底为P型半导体基底，该第二掺杂型半导体层为N型半导体层。8.根据权利要求1所述的固态影像传感器，其中该第一掺杂型半导体基底为N型半导体基底，该第二掺杂型半导体层为P型半导体层。9.根据权利要求1所述的固态影像传感器，其中该半导体材料层为第一掺杂型半导体层、第二掺杂型半导体层、本征半导体层其中之一或者组合。10.一种固态影像传感器，其特征在于，包含：第一掺杂型半导体基底；多个像素，位于该第一掺杂型半导体基底上，每个该像素包含光电转换部位，其中该光电转换部位由第二掺杂型半导体层与半导体材料层构成，该第二掺杂型半导体层接触该第一掺杂型半导体基底，该半导体材料层具有多个微柱体，该些微柱体为凹部所分隔，且该凹部具有{111}晶面钻石形的底端；微透镜，位于该半导体材料层上；以及多个像素间阻挡部位，设置在该些像素之间。11.根据权利要求10所述的固态影像传感器，还包含第一掺杂型外延层，形成在该半导体材料层上。12.根据权利要求10所述的固态影像传感器，还包含带有负电荷的高介电材料层，形成在该半导体材料层上。13.根据权利要求10所述的固态影像传感器，其中该第一掺杂型半导体基底为P型半导体基底，该第二掺杂型半导体层为N型半导体层。14.根据权利要求10所述的固态影像传感器，其中该第一掺杂型半导体基底为N型半导
体基底，该第二掺杂型半导体层为P型半导体层。15.根据权利要求10所述的固态影像传感器，其中该半导体材料层为第一掺杂型半导体层、第二掺杂型半导体层、本征半导体层其中之一或者组合。16.根据权利要求10所述的固态影像...

【专利技术属性】
技术研发人员：李世平，林忆苹，廖郁菁，陈雅婷，童心颖，
申请(专利权)人：力晶积成电子制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：