反光ＣＭＯＳ图像传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种图像传感器（１００），至少包括：ＣＭＯＳ型光电二极管（１１２）和晶体管（１１４），其制造于半导体层（１１０）中，所述半导体层（１１０）的厚度为大约１μｍ至１．５μｍ；电介质层（１１６），在所述电介质层（１１６）中制造电互连层（１２２ａ，１２２ｂ），其彼此电连接和／或与ＣＭＯＳ光电二极管和／或晶体管电连接，所述电介质层被布置为与半导体层的第一面抵靠，所述第一面与半导体层的第二面相对，由传感器从外部接收的光将通过半导体层的第二面进入；反光装置（１２２ｂ），布置在电介质层中，与光电二极管相对，并能够朝着光电二极管反射至少一部分由传感器接收的光。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器的领域，或涉及用CMOS技术制造的 "背面(backside)"型成像器，即，使得光经由与布置有互连层的 侧部相^j"的侧部进入这些传感器。本专利技术尤其适用于低成本图像传感器的制造，所述低成本图像 传感器例如用于移动电话或网络掘/f象才几中，并更通常地用于使用 CMOS图^f象传感器的任何类型的照相才几或4聂像才几中。
技术介绍
存在两种类型的用于电子记录图像的图像传感器-CCD传感器，即，将从光电二极管接收的电信号转移至放大 器和lt字專争4奂器的电荷转移器4牛(charge transfer device )，-CMOS传感器，包括放大器，该放大器在所需时刻使得由每 个光电二极管传送的电信号在通向数字转换器的电线上流动。这种由CCD或CMOS技术制造的传感器可以是"背面"型的 或"前面，，型的，对于"背面"型传感器，被捕获的光接着经由与 传感器电互连层所在的面相对的面进入，而对于"前面，，型传感器， 被捕获的光接着通过电互连之间的左侧自由区域，以到达光电二极 管的半导体。6"背面"型CMOS成像器主要由硅工艺制造，即，包括被制造 在一层硅中的CMOS光电二极管和晶体管。为了降低其制造成本， 要寻找尽可能减d、这些成像器尺寸的方法，以在同 一半导体晶片上 制造最大数量的成像器。另外，类似地要寻找通过增加每个成像器 中的光电二极管数量(即，每个成像器的像素数量)来增加所捕获 图像的分辨率的方法。为了响应这两种限制，因此，要寻找减小这 些成像器的像素宽度或间距的方法。然而，在制造这些成像器的过程中必须类似地考虑其他限制。 这些限制与用来制造CMOS光电二^ L管和晶体管的半导体的物理 常凄t相对应，例如，吸光性或这些材并+中产生的电荷的运动身见律。 关于半导体材料的物理常数的这些限制彼此矛盾，因为，为了使光电二极管吸收光子的能力最大，必须^吏所用的半导体层的厚度最大， 并且，为了使由光电二极管吸收光子而产生的电荷的收集最大，必 须使此半导体层的厚度最小。因此，在半导体层的厚度方面达到折 衷，这种折衷在于，保持半导体厚度大于大约2|am，例如，等于大 约2.5pm，以获得传感器的适当功能。虽然，技术上可以将像素的宽度或间距减小至小于大约2pm的 尺寸，但是考虑到半导体层的最小厚度是2nm，因此，由于所使用 的半导体的厚度的影响，例如斜入射光子的吸收或所产生的电子的 横向散射的作用，使得在不改变像素实际结构的情况下无法实现像 素宽度的这种减小。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提出 一种图4象传感器和制造这种传感器的 方法，该图像传感器结构与厚度减小的半导体层兼容，与此同时， 保持传统结构的像素元件，并具有良好的光电二极管光子转换效率。7为了实现此目的，本专利技术提供一种图像传感器，该图像传感器至少包括-CMOS型光电二极管和晶体管，其制造在包含至少一种半导 体的层中，画包含至少一种电介质的层，在该层中制造电互连层，电互连 层彼此电连接和/或与CMOS光电二极管和/或晶体管电连接，所述 电介质层被布置为抵靠半导体层的第一面，所述第一面与半导体层 的第二面相对，由传感器从外部接收的光将通过所述半导体层的第 二面进入,-反光装置，布置在电介质层中，例如，所述反光装置与光电 二极管相对，并能够朝着光电二极管或朝着半导体层反射至少一部 分由传感器接收的光。与现有技术的图像传感器相比，此传感器包括"前面，'区域， 即，布置有互连层的区域，"前面"区域由于出现反光装置而^皮改变。 这些反光装置不会使得传感器的"背面"区域有任何改变。因此， 此结构改变不排除可能的后续结构改变。由于布置在电介质层中的反光装置的作用，半导体层中的光子 吸收增加，并且此层中的光子转4灸步丈率也增力口，因此，允i午在不改 变电互连层的已有整体结构的情况下，通过《又改变电互连区域来减 小半导体层的厚度，同时不会使传感器的整体结构产生问题。因此，与反光装置的存在相关联的半导体层厚度的减小可以使得电干扰 (即，图像传感器中的相邻像素之间的信号混合)最小化，并且， 可以增加由光子p及收产生的电荷的4欠集。8由于半导体层的厚度减小，因此，可以减小此传感器的像素宽 度或间距，使得能够获得对于单个占用表面区域可包括更多像素的 传感器，同时不会出现斜入射光子吸收现象或所产生的电子的横向 漫射的现象，这些现象破坏传感器的工作。另外，这些反光装置的存在不会防止电介质与半导体层的表面 接触的出现，这限制了电子对图像传感器的影响。与传感器的像素宽度的减小无关，半导体层的厚度的减小使得可以更好地分离像素信号，并使得可以改进传感器的MTF (调制传 递函数)，尤其当需要将像素宽度保持在等于至少大约2pm时。另 外，半导体层的厚度的减小同样使得可以改进由传感器的滤色器执 行的色彩分离(彩色边缘效应)。光电二极管的表面(在穿过半导体层的第一面的平面中位于与 反光装置相对处)可以等于或大于在穿过半导体层的第一面的所述 平面中的光电二才及管的总表面积的大约70%。反光装置可包括至少一个电互连层，该电互连层具有反射表面 (即，与半导体层相对的表面)，该反射表面是半导体基的层的第一 面的表面或电互连层中的另一个的与半导体层相对的表面的大约 40%至80%,或是大约50%至大约90%，或是大约30%至90%。这样，至少一个互连层的表面增加，从而^f吏得形成用于朝向半 导体层反射光子的表面，光子通过半导体层，同时不被光电二极管 转换成电信号。 一个或多个金属互连层可具有这种反射表面。所述反射电互连层和半导体层的第一面之间的距离可大于或等 于大约200nm,或者大于或等于大约300nm。因此，此距离使得可9以防止电场破坏图像传感器的光电二极管和晶体管的工作，该电场 由电荷运动产生并且在电互连层中是普遍存在的。反光装置可包括至少一种金属层，其主面与半导体层的第一面 基本平行，所述电互连层布置在所述金属层和半导体层之间。金属层的这些主面中的一个的表面可与半导体层的第一面的表 面基本相等。用此替代方式，在整个传感器上获得均匀的光反射。金属层可具有大约10nm至100nm的厚度。反光装置可包括至少一个包含至少一种反光材料的层，其主面 与半导体层的第一面基本平行，所述层布置在互连层和半导体层之 间，并且电接头通过所述层，该电接头将电互连层连接至CMOS光 电二才及管和/或晶体管。例如，此反射层可形成在布置于电介质层中的CMOS晶体管的 才册才及之间，4氐靠着半导体层的第一面。可反光材料层可包含铝和/或铜和/或铬和/或非晶硅和/或多晶 石圭，并且/或者具有大约10nm至100nm的厚度。可反光材料层和半导体层的第一面之间的距离可以是大约 70nm至120nm，此^f直尤其取决于装置的中央工作波长的值。反光装置可进一步包括第二层或空隙空间，该第二层包含至少 一种电介质材料，该空隙空间布置在可反光材料层和半导体层的第 一面之间。此第二电介质层或此空隙空间使得可以改进吸收半导体 中#皮反射的光子的能力，同时有助于这些光子的反射。当可反光材 料不是金属性质时，可选择电介质材料以使得其光学指数低于可反 光材料的光学指数。电介质层的一部分可布置在第二电介质层(或空隙空间)和半导体层的第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器（１００，２００，３００，４００，５００），所述图像传感器至少包括：　－ＣＭＯＳ型光电二极管（１１２）和晶体管（１１４），其制造在包含至少一种半导体的层（１１０）中，所述层的厚度为大约１μｍ至１．５μｍ，　－包含至少一种电 介质的层（１１６），在所述层中制造电互连层（１２２ａ，１２２ｂ），所述电互连层彼此电连接和／或与所述ＣＭＯＳ光电二极管（１１２）和／或所述晶体管（１１４）电连接，所述电介质层（１１６）被布置为与半导体层（１１０）的第一面抵靠，所述第一面与所述半导体层（１１０）的第二面相对，由传感器（１００－５００）从外部接收的光将通过所述半导体层（１１０）的第二面进入，　－反光装置（１２２ｂ，１３０，１３２，１３６），布置在所述电介质层（１１６）中，例如，所述反光装置与所述光电二极管（１１ ２）相对，并且所述反光装置能够朝着所述光电二极管（１１２）反射至少一部分由所述传感器（１００－５００）接收的光。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：皮埃尔吉东，伊冯卡佐，
申请(专利权)人：法国原子能委员会，
类型：发明
国别省市：FR[法国]