图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种图像传感器及其制造方法，能够提高光吸收的效率。所述图像传感器形成于带有绝缘埋层的衬底中，所述衬底包括绝缘埋层和绝缘埋层表面的器件层，所述图像传感器的像素电路和光电二极管形成于器件层中，在所述光电二极管的表面设置有第一覆盖层，并在所述衬底的另一表面与第一覆盖层对应的位置设置有第二覆盖层，所述第二覆盖层为光入射层。本发明专利技术的优点在于，通过入射光线的多次反射，使其在感光区内被多次吸收，从而提高了基于图像传感器感光单元的光吸收效率，进一步采用背面照射技术也避免了入射光收到金属布线层的遮挡，提高了图像传感器的量子效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像传感器领域，尤其涉及一种。
技术介绍
SOI (Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的娃)技术是在顶层娃和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了传统的体硅材料所无法比拟的优点可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、エ艺简単、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势。图像传感器是ー种将光学图像转换为电信号的半导体器件，一般由感光像素和CMOS信号处理电路构成。目前常见的CMOS图像传感器是有源像素型图像传感器(APS)，其 中又分为三管图像传感器(3T，包括复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管)和四管图像传感器(4T，包括转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管)两大类。一种现有的制作于SOI衬底上的CMOS图像传感器像素单元结构如图I所示，采用的是全耗尽结构，包括衬底100、埋氧层110和器件层130。器件层130包括光电ニ极管140、复位晶体管150、源极跟随晶体管160和行选晶体管170。此像素结构的感光区主要位于光电ニ极管140的PN结耗尽区。每个晶体管均包括源极、栅极和漏极等基本结构。上述各个器件的位置关系以及电学连接关系请參考附图I。參考附图1，现有像素结构的工作原理是开始工作时，首先将复位晶体管150栅极加高电平，使其导通，曝光时，光电ニ极管140作为光电子收集区域，当入射光照射时，产生电子空穴对，在完成曝光之后并通过源极跟随晶体管160和行选晶体管170将积分电压信号读出。于是输出电压的值就反映了光信号的強弱。上述制作于SOI衬底上的CMOS图像传感器像素电路的缺点在于SOI衬底的器件层130很薄，通常只有数十个微米甚至十几个微米，入射光在光电ニ极管140中的光程很短，导致光吸收效率以及量子效率低下。尤其是对于波长大于600nm的红色，橙色光，吸收效率极低，成像质量很不理想；此外，由于通常采用正面照射技术，光线照射到感光区之前必须越过一定厚度的金属布线层，使得部分斜入射光被遮挡，降低了此像素结构的量子效率。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种，能够提高光吸收的效率。为了解决上述问题，本专利技术提供了ー种图像传感器，形成于带有绝缘埋层的衬底中，所述衬底绝缘埋层和绝缘埋层表面的器件层，所述图像传感器的像素电路和光电ニ极管形成于器件层中，在所述光电ニ极管的表面设置有第一覆盖层，并在所述衬底的另ー表面与第一覆盖层对应的位置设置有第二覆盖层，所述第二覆盖层为光入射层。可选的，所述衬底进ー步包括支撑层，所述绝缘层设置在支撑层和器件层之间，所述第二覆盖层进一步是设置在所述支撑层表面；所述支撑层的厚度小于5 μ m。可选的，所述第一覆盖层的材料为反射增强材料；所述第二覆盖层为增透膜，或所述第二覆盖层的材料为单面透射材料，光从介质层外到介质层内的透射率大于从介质层内到介质层外的透射率；所述第一覆盖层和第二覆盖层的厚度范围均为Inm至10nm。可选的，在所述第二覆盖层的表面进ー步设置有光聚焦模块。本专利技术进一歩提供了一种图像传感器的制造方法，包括如下步骤提供一村底，所述衬底包括支撑层，支撑层表面的绝缘层以及绝缘层表面的器件层；在器件层中制作图像传感器的像素电路和光电ニ极管；减薄支撑层；在所述光电ニ极管的表面形成第一覆盖层，并在与之相対的表面形成第二覆盖层；图形化第一覆盖层，形成光电ニ极管的电学通孔；形成光电ニ极管与像素电路之间的电学连接。可选的，所述减薄支撑层的步骤中，进ー步是将支撑层减薄至一厚度；所述支撑层 减薄之后的厚度小于5 μ m。可选的，进ー步包括在所述第二覆盖层的表面形成光聚焦模块的步骤。本专利技术的优点在于，通过入射光线的多次反射，使其在感光区内被多次吸收，从而提高了基于图像传感器感光単元的光吸收效率，进ー步采用背面照射技术也避免了入射光收到金属布线层的遮挡，提高了图像传感器的量子效率。附图说明附图I是ー种现有的制作于SOI衬底上的CMOS图像传感器感光单元结构。附图2所示是本专利技术的具体实施方式所述方法的实施步骤示意图。附图3A至步骤3G所示是附图2所示步骤的エ艺示意图。附图4所示是本专利技术的具体实施方式所采用的法布里珀罗腔的原理图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术提供的的具体实施方式做详细说明。步骤S20，提供一村底，所述衬底包括支撑层，支撑层表面的绝缘层以及绝缘层表面的器件层；步骤S21，在器件层中制作图像传感器的像素电路和光电ニ极管；步骤S22，减薄支撑层至一厚度；步骤S23，在所述光电ニ极管的表面形成第一覆盖层，并在与之相对的表面形成第二覆盖层；步骤S24，图形化第一覆盖层，形成光电ニ极管的电学通孔；步骤S25，形成光电ニ极管与像素电路之间的电学连接；步骤S26，在所述第二覆盖层的表面形成光聚焦模块。附图3A至步骤3G所示是附图2所示步骤的エ艺示意图。附图3A所示，參考步骤S20，提供一村底30，所述衬底30包括支撑层301，支撑层301表面的绝缘层302以及绝缘层302表面的器件层303。所述支撑层301以及器件层303的材料可以是包括单晶硅在内的任意中本领域内常见的衬底材料，并且支撑层301和器件层303的材料可以相同或者不同。所述绝缘层302的材料可以是包括氧化硅、氮化硅以及氮氧化硅在内的任意一种常见的绝缘材料。器件层303的厚度范围通常是50nm到5μπι之间；绝缘层302的厚度范围通常是50nm到300nm之间。附图3B所示，參考步骤S21，在器件层303中制作图像传感器的像素电路和光电ニ极管310，像素电路具体包括复位晶体管150、源极跟随晶体管160和行选晶体管170以及彼此之间的电学连线。本具体实施方式中，器件层303的厚度范围为50nm到500nm，光电ニ极管310为横向PIN结构。所述光电ニ极管310包括P型掺杂区311，掺杂浓度大于I X IO18CnT3 ;全耗尽区312，采用N型或P型杂质离子注入，且掺杂浓度小于I X IO15Cm-3,或者不掺杂；N型掺杂区313，其掺杂浓度大于lX1018cm_3。P型掺杂区311、全耗尽区312、N型掺杂区313依次相邻，P型掺杂区311和N型掺杂区313的掺杂浓度比全耗尽区312的掺杂浓度高三个数量级或以上，且保证全耗尽区312被全部耗尽，作为本具体实施方式中图像传感器的有效感光区。全耗尽区312的(垂直于深度方向的)长度为I 8 μ m。光电ニ极管310的工作原理大致是在全耗尽区312收集的光生空穴会在内建电场的作用下移向P型掺杂区311，而光生电子也会在内建电场的作用下移向N型掺杂区313。 于是，若将上述感光区中的P型掺杂区311，便可将收集于P型掺杂区311中的光生空穴泄入地端；N型掺杂区313连接到光电信号处理电路，可将收集于N型掺杂区313中的光生电子读出。该步骤中，作为可选实施例，当器件层303厚度大于2 μ m时，光电ニ极管310可以为PN结感光二极管或光电门结构。附图3C所示，參考步骤S22，减薄支撑层301至一厚度。可以采用研磨减薄或者化学腐蚀的方法减薄支撑衬底301。本步骤中，优选将所述支撑层301本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，形成于带有绝缘埋层的衬底中，所述衬底绝缘埋层和绝缘埋层表面的器件层，所述图像传感器的像素电路和光电二极管形成于器件层中，其特征在于，在所述光电二极管的表面设置有第一覆盖层，并在所述衬底的另一表面与第一覆盖层对应的位置设置有第二覆盖层，所述第二覆盖层为光入射层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汪辉，陈志卿，陈杰，方娜，田犁，任韬，
申请(专利权)人：上海中科高等研究院，
类型：发明
国别省市：