專(zhuān)利名稱(chēng)：反光cmos圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器的領(lǐng)域，或涉及用CMOS技術(shù)制造的 "背面(backside)"型成像器，即，使得光經(jīng)由與布置有互連層的 側(cè)部相^j"的側(cè)部進(jìn)入這些傳感器。
本發(fā)明尤其適用于低成本圖像傳感器的制造，所述低成本圖像 傳感器例如用于移動(dòng)電話或網(wǎng)絡(luò)掘/f象才幾中，并更通常地用于使用 CMOS圖^f象傳感器的任何類(lèi)型的照相才幾或4聶像才幾中。
背景技術(shù)：
存在兩種類(lèi)型的用于電子記錄圖像的圖像傳感器
-CCD傳感器，即，將從光電二極管接收的電信號(hào)轉(zhuǎn)移至放大 器和lt字專(zhuān)爭(zhēng)4奐器的電荷轉(zhuǎn)移器4牛(charge transfer device )，
-CMOS傳感器，包括放大器，該放大器在所需時(shí)刻使得由每 個(gè)光電二極管傳送的電信號(hào)在通向數(shù)字轉(zhuǎn)換器的電線上流動(dòng)。
這種由CCD或CMOS技術(shù)制造的傳感器可以是"背面"型的 或"前面，，型的，對(duì)于"背面"型傳感器，被捕獲的光接著經(jīng)由與 傳感器電互連層所在的面相對(duì)的面進(jìn)入，而對(duì)于"前面，，型傳感器， 被捕獲的光接著通過(guò)電互連之間的左側(cè)自由區(qū)域，以到達(dá)光電二極 管的半導(dǎo)體。
6"背面"型CMOS成像器主要由硅工藝制造，即，包括被制造 在一層硅中的CMOS光電二極管和晶體管。為了降低其制造成本， 要尋找盡可能減d、這些成像器尺寸的方法，以在同 一半導(dǎo)體晶片上 制造最大數(shù)量的成像器。另外，類(lèi)似地要尋找通過(guò)增加每個(gè)成像器 中的光電二極管數(shù)量(即，每個(gè)成像器的像素?cái)?shù)量)來(lái)增加所捕獲 圖像的分辨率的方法。為了響應(yīng)這兩種限制，因此，要尋找減小這 些成像器的像素寬度或間距的方法。
然而，在制造這些成像器的過(guò)程中必須類(lèi)似地考慮其他限制。 這些限制與用來(lái)制造CMOS光電二^ L管和晶體管的半導(dǎo)體的物理 常凄t相對(duì)應(yīng)，例如，吸光性或這些材并+中產(chǎn)生的電荷的運(yùn)動(dòng)身見(jiàn)律。 關(guān)于半導(dǎo)體材料的物理常數(shù)的這些限制彼此矛盾，因?yàn)?，為了使?br> 電二極管吸收光子的能力最大，必須^吏所用的半導(dǎo)體層的厚度最大， 并且，為了使由光電二極管吸收光子而產(chǎn)生的電荷的收集最大，必 須使此半導(dǎo)體層的厚度最小。因此，在半導(dǎo)體層的厚度方面達(dá)到折 衷，這種折衷在于，保持半導(dǎo)體厚度大于大約2|am，例如，等于大 約2.5pm，以獲得傳感器的適當(dāng)功能。
雖然，技術(shù)上可以將像素的寬度或間距減小至小于大約2pm的 尺寸，但是考慮到半導(dǎo)體層的最小厚度是2nm，因此，由于所使用 的半導(dǎo)體的厚度的影響，例如斜入射光子的吸收或所產(chǎn)生的電子的 橫向散射的作用，使得在不改變像素實(shí)際結(jié)構(gòu)的情況下無(wú)法實(shí)現(xiàn)像 素寬度的這種減小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提出 一種圖4象傳感器和制造這種傳感器的 方法，該圖像傳感器結(jié)構(gòu)與厚度減小的半導(dǎo)體層兼容，與此同時(shí)， 保持傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的像素元件，并具有良好的光電二極管光子轉(zhuǎn)換效率。
7為了實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明提供一種圖像傳感器，該圖像傳感器
至少包括
-CMOS型光電二極管和晶體管，其制造在包含至少一種半導(dǎo) 體的層中，
畫(huà)包含至少一種電介質(zhì)的層，在該層中制造電互連層，電互連 層彼此電連接和/或與CMOS光電二極管和/或晶體管電連接，所述 電介質(zhì)層被布置為抵靠半導(dǎo)體層的第一面，所述第一面與半導(dǎo)體層 的第二面相對(duì)，由傳感器從外部接收的光將通過(guò)所述半導(dǎo)體層的第 二面進(jìn)入,
-反光裝置，布置在電介質(zhì)層中，例如，所述反光裝置與光電 二極管相對(duì)，并能夠朝著光電二極管或朝著半導(dǎo)體層反射至少一部 分由傳感器接收的光。
與現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器相比，此傳感器包括"前面，'區(qū)域， 即，布置有互連層的區(qū)域，"前面"區(qū)域由于出現(xiàn)反光裝置而^皮改變。 這些反光裝置不會(huì)使得傳感器的"背面"區(qū)域有任何改變。因此， 此結(jié)構(gòu)改變不排除可能的后續(xù)結(jié)構(gòu)改變。
由于布置在電介質(zhì)層中的反光裝置的作用，半導(dǎo)體層中的光子 吸收增加，并且此層中的光子轉(zhuǎn)4灸步丈率也增力口，因此，允i午在不改 變電互連層的已有整體結(jié)構(gòu)的情況下，通過(guò)《又改變電互連區(qū)域來(lái)減 小半導(dǎo)體層的厚度，同時(shí)不會(huì)使傳感器的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生問(wèn)題。因此，
與反光裝置的存在相關(guān)聯(lián)的半導(dǎo)體層厚度的減小可以使得電干擾 (即，圖像傳感器中的相鄰像素之間的信號(hào)混合)最小化，并且， 可以增加由光子p及收產(chǎn)生的電荷的4欠集。
8由于半導(dǎo)體層的厚度減小，因此，可以減小此傳感器的像素寬 度或間距，使得能夠獲得對(duì)于單個(gè)占用表面區(qū)域可包括更多像素的 傳感器，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)斜入射光子吸收現(xiàn)象或所產(chǎn)生的電子的橫向 漫射的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象破壞傳感器的工作。
另外，這些反光裝置的存在不會(huì)防止電介質(zhì)與半導(dǎo)體層的表面 接觸的出現(xiàn)，這限制了電子對(duì)圖像傳感器的影響。
與傳感器的像素寬度的減小無(wú)關(guān)，半導(dǎo)體層的厚度的減小使得
可以更好地分離像素信號(hào)，并使得可以改進(jìn)傳感器的MTF (調(diào)制傳 遞函數(shù))，尤其當(dāng)需要將像素寬度保持在等于至少大約2pm時(shí)。另 外，半導(dǎo)體層的厚度的減小同樣使得可以改進(jìn)由傳感器的濾色器執(zhí) 行的色彩分離(彩色邊緣效應(yīng))。
光電二極管的表面(在穿過(guò)半導(dǎo)體層的第一面的平面中位于與 反光裝置相對(duì)處)可以等于或大于在穿過(guò)半導(dǎo)體層的第一面的所述 平面中的光電二才及管的總表面積的大約70%。
反光裝置可包括至少一個(gè)電互連層，該電互連層具有反射表面 (即，與半導(dǎo)體層相對(duì)的表面)，該反射表面是半導(dǎo)體基的層的第一 面的表面或電互連層中的另一個(gè)的與半導(dǎo)體層相對(duì)的表面的大約 40%至80%,或是大約50%至大約90%，或是大約30%至90%。
這樣，至少一個(gè)互連層的表面增加，從而^f吏得形成用于朝向半 導(dǎo)體層反射光子的表面，光子通過(guò)半導(dǎo)體層，同時(shí)不被光電二極管 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。 一個(gè)或多個(gè)金屬互連層可具有這種反射表面。
所述反射電互連層和半導(dǎo)體層的第一面之間的距離可大于或等 于大約200nm,或者大于或等于大約300nm。因此，此距離使得可
9以防止電場(chǎng)破壞圖像傳感器的光電二極管和晶體管的工作，該電場(chǎng) 由電荷運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生并且在電互連層中是普遍存在的。
反光裝置可包括至少一種金屬層，其主面與半導(dǎo)體層的第一面 基本平行，所述電互連層布置在所述金屬層和半導(dǎo)體層之間。
金屬層的這些主面中的一個(gè)的表面可與半導(dǎo)體層的第一面的表 面基本相等。用此替代方式，在整個(gè)傳感器上獲得均勻的光反射。
金屬層可具有大約10nm至100nm的厚度。
反光裝置可包括至少一個(gè)包含至少一種反光材料的層，其主面 與半導(dǎo)體層的第一面基本平行，所述層布置在互連層和半導(dǎo)體層之 間，并且電接頭通過(guò)所述層，該電接頭將電互連層連接至CMOS光 電二才及管和/或晶體管。
例如，此反射層可形成在布置于電介質(zhì)層中的CMOS晶體管的 才冊(cè)才及之間，4氐靠著半導(dǎo)體層的第一面。
可反光材料層可包含鋁和/或銅和/或鉻和/或非晶硅和/或多晶 石圭，并且/或者具有大約10nm至100nm的厚度。
可反光材料層和半導(dǎo)體層的第一面之間的距離可以是大約 70nm至120nm，此^f直尤其取決于裝置的中央工作波長(zhǎng)的值。
反光裝置可進(jìn)一步包括第二層或空隙空間，該第二層包含至少 一種電介質(zhì)材料，該空隙空間布置在可反光材料層和半導(dǎo)體層的第 一面之間。此第二電介質(zhì)層或此空隙空間使得可以改進(jìn)吸收半導(dǎo)體 中#皮反射的光子的能力，同時(shí)有助于這些光子的反射。當(dāng)可反光材 料不是金屬性質(zhì)時(shí)，可選擇電介質(zhì)材料以使得其光學(xué)指數(shù)低于可反 光材料的光學(xué)指數(shù)。電介質(zhì)層的一部分可布置在第二電介質(zhì)層(或空隙空間)和半
導(dǎo)體層的第一面之間，并具有大約lnm至lOnm的厚度。
可反光材料的厚度，和/或電介質(zhì)層(一個(gè)或多個(gè))的厚度，和 /或位于半導(dǎo)體層的第 一面和可反光材料層之間的空隙的厚度可等 于大約
幾cx" 7其中
-圖像傳感器的工作波長(zhǎng)范圍的中央波長(zhǎng)，其穿過(guò)半導(dǎo)體
層，
-n:所述層的材料的光學(xué)指數(shù)，或所述層的材料的光學(xué)指數(shù)的實(shí)部。
可反光材料層可與形成于半導(dǎo)體層中的摻雜區(qū)域電連接。在此 情況中，反光層可類(lèi)似地形成與CMOS光電二4及管和/或晶體管電 連接的極化電極。
半導(dǎo)體層可具有大約lpm至2pm的厚度，或優(yōu)選地大約lpm 至1.5pm的厚度。
本發(fā)明同樣涉及一種制造圖像傳感器的方法，至少包括以下步
驟
-在包含至少 一種半導(dǎo)體的層中制造CMOS型光電二極管和晶 體管的捧雜區(qū)i或，
-制造4皮此電連4妄和/或與包含至少一種電介質(zhì)的層中的 CMOS光電二極管和/或晶體管電連接的電互連層，所述電介質(zhì)層被布置為抵靠半導(dǎo)體基的層的第一面，該第一面與半導(dǎo)體基的層的第 二面相對(duì)，由傳感器從外部接收的光將穿過(guò)半導(dǎo)體基的層的第二面 進(jìn)入，
并且，進(jìn)一步包括布置在電介質(zhì)層中(例如，與光電二才及管相 對(duì))的反光裝置的制造，該反光裝置能夠朝著半導(dǎo)體層或朝著光電 二極管反射至少一部分由傳感器接收的光。
半導(dǎo)體層的厚度可以在大約l(im至1.5pm之間，此厚度可通過(guò) 將半導(dǎo)體層變薄而獲得。


參照附圖，通過(guò)閱讀僅用來(lái)說(shuō)明而非限制性目的的示意性實(shí)施 方式的說(shuō)明，本發(fā)明將更容易理解，附圖中
-圖1至圖3分別示出了#4居第一、第二和第三實(shí)施例的本發(fā) 明的對(duì)象(圖像傳感器)，
-圖4示出了根據(jù)第三實(shí)施例的本發(fā)明的對(duì)象(圖像傳感器) 的半導(dǎo)體層中的光子吸收的模擬，其是被接收光的波長(zhǎng)的函數(shù)，并
取決于用于光反射的反射層和電介質(zhì)層的材料性質(zhì)，
-圖5和圖6分別示出了4艮據(jù)第四和第五實(shí)施例的本發(fā)明的對(duì) 象(圖像傳感器)，
-圖7示出了根據(jù)第四實(shí)施例的本發(fā)明的對(duì)象(圖像傳感器) 的半導(dǎo)體層中的光子吸收的模擬，其是^皮接收的光的波長(zhǎng)的函數(shù)， 并取決于用于光反射的反射層和電介質(zhì)層的材料性質(zhì)。下述各個(gè)附圖的相同、相似或等同的部件用相同的數(shù)字參考表 示，以便方^f更從一張附圖移至另一附圖。
附圖中所示的各種部件無(wú)需用統(tǒng)一的比例來(lái)表示，以4吏附圖更
清晰易讀。
各種可能性(替代方式和實(shí)施方式)應(yīng)理解為是不互相排斥的，
并且可以;波此結(jié)合。
具體實(shí)施例方式
首先參照?qǐng)D1，其示出了根據(jù)第一實(shí)施例的圖像傳感器IOO。
圖像傳感器100包括第一 "背面"區(qū)域，來(lái)自被捕獲的圖像的 光穿過(guò)此區(qū)i或而進(jìn)入。此區(qū)域包括孩t透4竟102，其布置在形成于濾 色器106上的平面層104上。每個(gè)微透4竟102可具有小于大約2pm 的寬度，例如，大約1^im至1.7nm之間的寬度。微透鏡102的寬度 與圖像傳感器100的一個(gè)像素的寬度或間距相對(duì)應(yīng)。這些濾色器 106,例如，可^4居所謂的，早爾"結(jié)構(gòu)而布置，這種結(jié)構(gòu)包4舌一個(gè) 紅色濾色器、兩個(gè)綠色濾色器和一個(gè)藍(lán)色濾色器，這些濾色器以正 方形矩陣的形式一個(gè)接一個(gè)地布置。"背面"區(qū)域同樣包括4屯化層 108,例如，該鈍化層108包含諸如Si02和/或SySU的SiOxNy，該 鈍化層108形成于濾色器106和半導(dǎo)體層110之間。此"背面"區(qū) 域的厚度等于微透鏡102、平面層104、濾色器106和鈍化層108 的厚度的總和，即，總厚度大于大約ljxm或在大約lpm至3jxm之 間。
半導(dǎo)體層110 (優(yōu)選地是硅基，但是也可類(lèi)似地包含任何其他 半導(dǎo)體)形成用于吸收從"背面"區(qū)域進(jìn)入的光并用于分離由半導(dǎo)
13體IIO中的電場(chǎng)產(chǎn)生的電荷的區(qū)域。此層IIO具有大約1^im至2jam 之間的厚度，例如，等于大約1.5pm。
在石圭層110中制造光電二極管112和CMOS晶體管114。光電 二極管112收集由從傳感器100的"背面"區(qū)域接收的光子所產(chǎn)生 的電荷，以將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。然后，通過(guò)CMOS晶體管114使用 這些電信號(hào)，以將電信號(hào)放大并將其置于光電二極管和晶體管的矩
陣之外。
圖像傳感器ioo類(lèi)似地包括"前面"區(qū)域，該"前面"區(qū)域包 括電介質(zhì)層116，例如，該電介質(zhì)層116包含諸如SiCb和/或Si3N4 的SiOxNy,在電介質(zhì)層中制造有CMOS晶體管114的柵極118、連 接至CMOS晶體管114的源極和漏極的電接頭120、以及電互連層 122。在圖1中，Y又示出了兩個(gè)互連層122a和122b。然而，傳感器 100可包括大量互連層，例如，高達(dá)15個(gè)互連層，類(lèi)似地;故稱(chēng)為互 連7jc平面。通孑L 124，或電鍍通孑L (plated through-holes ),尋皮類(lèi)如乂;也 制造于電介質(zhì)層116中，并將接頭120和柵極118電連接至互連層 122，并將各個(gè)互連層122 4皮此電連接。這些通孔124形成豎直電接 頭，將這些不同的元件互相連接。
最后，圖^f象傳感器100包括粘合層126，其將電介質(zhì)層116連 4妄至支^U反或基4反128。
在此第一實(shí)施方式中，傳感器100包括第二互連層122b，第二 互連層與半導(dǎo)體層110相對(duì)，具有比傳統(tǒng)的CMOS圖^f象傳感器的互 連層面積大的表面面積。在這種情況中，如果互連層122是金屬基 的，例如，鋁和/或鎢和/或銅，則此表面使得已經(jīng)通過(guò)了半導(dǎo)體層 110但還沒(méi)有^皮光電二極管112轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光子被光反射，從 而可以4吏得這些光子朝向半導(dǎo)體層110返回。這才羊，改進(jìn)了光電二 極管112的光子吸收率，從而使得可以減小硅層110的厚度，因此
14可以減小像素寬度以及減小或消除傳感器100的電干擾，與此同時(shí)， 能夠改進(jìn)傳感器100的轉(zhuǎn)換效率。另外，此第二互連層122b的一 部分與光電二4及管112相對(duì)地/沒(méi)置，以朝著光電二才及管返回光子。
在此第一實(shí)施例的一個(gè)替代實(shí)施例中，可能不是第二互連水平 面122b具有光反射性，而是第一互連水平面122a具有光反射性， 或兩者都具有光反射性，和/或，如果傳感器100包括多于兩個(gè)電互 連水平面時(shí)則一個(gè)或多個(gè)其4也互連水平面具有光反射性。
如果想要使傳感器中的光反射性最大化，那么，優(yōu)選地選擇最 靠近半導(dǎo)體層110的互連水平面，即，第一互連水平面122a，以形 成反射層。另一方面，如果想要在不^f吏通孔通道124的制造復(fù)雜化 的情況下朝著半導(dǎo)體層110反射光，優(yōu)選地選擇第二互連層122b(或 者，如果傳感器包括多于兩個(gè)互連水平面時(shí)，至少選擇下互連水平 面中的一個(gè))，以形成反射層。
另外，用作反射層的互連層和硅層110之間的距離大于大約 300nm,或大于大約200nm，以防止光電二極管112和晶體管114 的工作中由于互連水平面122中的》茲場(chǎng)的存在而產(chǎn)生干才尤。
雖然，互連層122b的尺寸被選擇成使光反射最大化(尤其是 使得光電二極管方向上的反射表面最大化)，但是，此層的尺寸同樣 被選擇為使互連層122a, 122b 4皮此不短路或使互連層122b本身的 各個(gè)部分不短3各。通常來(lái)i兌，互連層122b的反射表面(即，與半 導(dǎo)體層110相對(duì)設(shè)置的此層122b的面的表面)和半導(dǎo)體層110或互 連層122a的一個(gè)主面的表面之間的比例，可以是，例如，50%至 90%之間。這樣，可以反射已經(jīng)穿過(guò)半導(dǎo)體層110且其光子沒(méi)有被 轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光的大約40%至75%，或大約40%至80%。
現(xiàn)在參照?qǐng)D2，其示出了根據(jù)第二實(shí)施例的圖像傳感器200。與圖1所示的圖像傳感器100相比，圖像傳感器200包括兩個(gè) 互連水平面122a， 122b,該互連7JC平面的相對(duì)于半導(dǎo)體層110的表 面與由圖^象傳感器100的第二互連層122b引入的表面類(lèi)似，即， 并不對(duì)其表面進(jìn)行使其朝著硅層110最大程度地反射還沒(méi)有被轉(zhuǎn)換 成電信號(hào)的光子的特別設(shè)計(jì)。這樣，與圖像傳感器100相反，不是 第二互連層122b用作反射層，而是形成于第二互連層122b下的附 加層130用作反射層。此層130是金屬基的，例如，與互連層122 的金屬類(lèi)似，并且，此層被制造于電介質(zhì)層116的整個(gè)表面之上， 乂人而具有與石圭層110的一個(gè)主面的整個(gè)表面區(qū)域相對(duì)應(yīng)的反射表 面，該硅層110與此附加反射層130相對(duì)地設(shè)置。被選擇用來(lái)反射 光子的金屬的厚度可以較小金屬層130可具有大約10nm至100nm 的厚度。此層130使得可以在這些互連層122a, 122b之間反射通 過(guò)層122a， 122b中的開(kāi)口的所有光子。
該附加層130存在于半導(dǎo)體層110的整個(gè)表面上，該附加層130 使得可以在整個(gè)半導(dǎo)體層IIO上獲得均勻的光反射度，并且不需要 改變傳感器200的互連層122a， 122b的幾何構(gòu)造。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，其示出了根據(jù)第三實(shí)施例的圖像傳感器300。
與圖1所示的圖像傳感器100相反，圖像傳感器300包括兩個(gè) 互連水平面122a, 122b,其不具有被優(yōu)化為朝著硅層110反射光子 的表面，其方式與傳感器200相似。因此，與圖像傳感器100相反， 不是第二互連水平面122b用作反射層，而是在電介質(zhì)層116中形成 于互連層122上的附加層132用作反射層。
此附加層132，例如，是金屬基的，例如鋁和/或銅和/或鉻，和 /或半導(dǎo)體，諸如非晶硅和/或多晶硅，和/或任何其他適于產(chǎn)生這種 光反射的材并+。該附加層的厚度例如在大約10nm至100nm之間。 在此第三實(shí)施例中，附加層132的厚度等于大約30nm。另外，當(dāng)附
16加層132包含半導(dǎo)體和/或任何其他非金屬性質(zhì)的材料時(shí)，反射層 132的材料可具有大于大約3的光學(xué)指數(shù)，從而形成具有高光學(xué)指
數(shù)的層。
反射層132不是直接施加在電介質(zhì)層116的上表面上。位于反 射層132和電介質(zhì)層116的上表面之間的電介質(zhì)層116的一部分形 成電介質(zhì)部分134,其具有大約70nm至120nm的厚度，并具有大 約1.35至1.6的光學(xué)指數(shù)，從而形成低光學(xué)指數(shù)的層。
此附加層132不是用來(lái)導(dǎo)通電信號(hào)，但是使得可以反射已經(jīng)通 過(guò)了硅層110但還沒(méi)有被光電二極管112吸收和轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光 子。因此，反射層132不與柵極118和漏-源*接頭120電接觸，但是 會(huì)經(jīng)過(guò)這些棚4及118和這些接頭120，并在層132中的柵極118和 接頭120的通道中包括電絕緣區(qū)域。此外，附加層132被形成為光 電二極管112的大部分(總表面的至少70%)或整個(gè)表面與附加層 132相對(duì)地設(shè)置。
圖4示出了圖像傳感器300的半導(dǎo)體層110中的光子吸收的模 擬，其是被捕獲的光的波長(zhǎng)的函數(shù)。各條曲線用來(lái)表示反射層132 和電介質(zhì)層116的各種材料。這些模擬與厚度等于大約1.5pm的硅 層110中的光子吸收相對(duì)應(yīng)，其中，反射層132的厚度等于大約 30nm，并且其中，電介質(zhì)層134的厚度等于大約90nm。
曲線10示出了對(duì)于鋁基反射層132和Si02基電介質(zhì)層116的 這種吸收?？梢钥吹剑宋张c現(xiàn)有^支術(shù)的"背面，，CMOS型圖像 傳感器中獲得的吸收基本類(lèi)似，現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器包括厚度等 于大約2.5(im的硅層但不包括反射層(曲線12所示)。
曲線14, 16, 18分別示出了在包含非晶硅或多晶硅、銅和4各 的吸收層132與Si02基電介質(zhì)層116的情況中獲得的性能水平。在這些情況中，可以》見(jiàn)察到，此吸收比用鋁基反射層132和Si02基電 介質(zhì)層116獲得的吸收稍小一些。
曲線20示出了現(xiàn)有技術(shù)中的"背面"CMOS型圖像傳感器(即， 不包括任何反光裝置)中的厚度等于大約1.5nm的硅層中的光子吸 收。通過(guò)比較這些不同曲線，可以觀察到，在厚度等于大約1.5frni 的薄的無(wú)干擾的層中的吸收大于在單個(gè)裝置中實(shí)現(xiàn)的吸收，但是， 其并不包括任何反射層。
現(xiàn)在參照?qǐng)D5，其示出了才艮據(jù)第四實(shí)施例的圖像傳感器400。
除了在圖3的傳感器300中出現(xiàn)的反射層132以外，傳感器400 進(jìn)一步包括電介質(zhì)層136，其光學(xué)指數(shù)小于反射層132的材料的光 學(xué)指數(shù)。當(dāng)此電介質(zhì)材料與層116的電介質(zhì)材料不同時(shí)，此構(gòu)造尤 其有利。厚度為大約lnm至10nm的電介質(zhì)層116的一部分類(lèi)似地 布置在電介質(zhì)層136之上。此電介質(zhì)層136使得可以改進(jìn)半導(dǎo)體層 110中的光子吸收和反射。
在此第四實(shí)施例的替代方式中，電介質(zhì)層136可^皮空隙空間替 4、。此空隙空間實(shí)現(xiàn)與電介質(zhì)層136相同的目的。
在另一替代方式中，反射層將可以是電介質(zhì)基的。例如，反射 層可以是Ti02基，在此情況中，電介質(zhì)層136包含多孑L (porous) 材料(例如，SixOyNz型的氧化物)。圖7中的曲線22示出了圖^f象傳 感器中的厚度等于大約1.5pm的硅層的光子吸收，該圖像傳感器包 括Ti02基反射層和包含多孔材料的電介質(zhì)層136。通過(guò)將此曲線分 別與現(xiàn)有技術(shù)的"背面"CMOS型圖像傳感器中的曲線12和20 (示 出了厚度等于大約2.5pm和1.5jam的硅層中的光子吸收)進(jìn)行比較， 可用觀察到，此曲線22的值4妻近于曲線12的值。
18在另一替代方式中，可以用由高光學(xué)指數(shù)和低光學(xué)指數(shù)的替代
層形成的堆置層來(lái)替代反射層132和電介質(zhì)層136。
反射層132和/或電介質(zhì)層136和/或位于電介質(zhì)層136和半導(dǎo) 體層IIO之間的電介質(zhì)層116的一部分，優(yōu)選地被選擇為等于大約
，，其中，圖^f象傳感器的工作范圍的中央波長(zhǎng)，其穿過(guò)半導(dǎo) 4
體層IIO，并且，n是反射層132的材料的光學(xué)指數(shù)的實(shí)部。對(duì)于在 可見(jiàn)波長(zhǎng)范圍內(nèi)工作的傳感器，此中央波長(zhǎng)可等于大約570nm。此 最佳厚度指的是中央波長(zhǎng)共振厚度。
參照?qǐng)D6,其示出了才艮據(jù)第五實(shí)施例的圖^象傳感器500。
與圖像傳感器300相比，反射層132除了光反射半導(dǎo)體層110 中的光子以外，同樣i也形成光電二才及管112的才及化電才及，^f旦是，不 從光電二極管112^是供任何電流或傳送任何信號(hào)。通過(guò)與形成光電 二極管112的半導(dǎo)體層110的摻雜區(qū)域接觸而實(shí)現(xiàn)極化作用。包含 與形成其他互連層122的金屬的性質(zhì)不同的金屬的反射層132的厚 度是，例如，等于大約30nm。
這些圖像傳感器可用傳統(tǒng)的COMS技術(shù)制造。為此，先由半導(dǎo) 體層110開(kāi)始，首先將摻雜劑擴(kuò)散到此層110內(nèi)，以形成CMOS光 電二4及管112和晶體管114的活性(active)區(qū)i^。然后，用光刻和 蝕刻步驟來(lái)制造互連層和反光裝置(由一個(gè)或多個(gè)前面所述的互連 層和/或附加層而形成)，金屬材料能夠經(jīng)由生長(zhǎng)步驟或沉積步驟而 被沉積。電介質(zhì)材料116在各個(gè)層的制造過(guò)程之間逐漸沉積，以覆 蓋互連層和/或反光層。
然后，通過(guò)粘合層126將此組件轉(zhuǎn)移到基4反128上。然后，半 導(dǎo)體層110的與和電介質(zhì)116^妄觸的面相對(duì)的面變薄。最后，在半導(dǎo)體層110的之前變薄的面上制造"背面"區(qū)域的元件，即，鈍化
層108、濾色器106、平面層104和樣i透4竟102。
權(quán)利要求
1.一種圖像傳感器(100，200，300，400，500)，所述圖像傳感器至少包括-CMOS型光電二極管(112)和晶體管(114)，其制造在包含至少一種半導(dǎo)體的層(110)中，所述層的厚度為大約1μm至1.5μm，-包含至少一種電介質(zhì)的層(116)，在所述層中制造電互連層(122a，122b)，所述電互連層彼此電連接和/或與所述CMOS光電二極管(112)和/或所述晶體管(114)電連接，所述電介質(zhì)層(116)被布置為與半導(dǎo)體層(110)的第一面抵靠，所述第一面與所述半導(dǎo)體層(110)的第二面相對(duì)，由傳感器(100-500)從外部接收的光將通過(guò)所述半導(dǎo)體層(110)的第二面進(jìn)入，-反光裝置(122b，130，132，136)，布置在所述電介質(zhì)層(116)中，例如，所述反光裝置與所述光電二極管(112)相對(duì)，并且所述反光裝置能夠朝著所述光電二極管(112)反射至少一部分由所述傳感器(100-500)接收的光。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的圖像傳感器(100-500)，其中，所述光 電二極管(112)的表面被設(shè)置成在穿過(guò)所述半導(dǎo)體層(110) 的第一面的平面中與所述反光 裝置(122b， 130， 132， 136) 相對(duì)，所述光電二極管(112)的表面等于或大于在穿過(guò)所述 半導(dǎo)體層(no)的第一面的所述平面中的光電二極管(112) 的總表面積的大約70%。
3. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(100)，其中， 所述反光裝置包括電互連層中的至少一個(gè)(122b)，該電互連層具有反射表面，所述反射表面是所述半導(dǎo)體基的層(110) 的第一面的表面的50%至90%或者是電互連層中的另一個(gè) (122a)的與所述半導(dǎo)體層(110 )相對(duì)的表面的50%至90%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的圖像傳感器(100 ),其中，所述反射電 互連層和所述半導(dǎo)體層的第一面之間的距離大于或等于大約 200 nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(200)，其中， 所述反光裝置包括至少一個(gè)包含至少一種金屬層(130)的層， 所述金屬層的主面與所述半導(dǎo)體層(110)的第一面基本平行， 所述電互連層(122a, 122b)布置在所述金屬層(130)和所 述半導(dǎo)體層(110)之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的圖像傳感器(200)，其中，所述金屬層(130)的主面中的一個(gè)的表面基本上等于所述半導(dǎo)體層(110) 的第一面的表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(200 ),其中， 所述金屬層(130 )的厚度是大約10 nm至100 nm。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1或2中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(300， 400， 500)，其中，所述反光裝置包4舌至少一個(gè)包含至少一種可反光 材料的層(132)，其主面與所述半導(dǎo)體層的第一面基本平行， 所述層(132)布置在所述互連層(122a， 122b)和所述半導(dǎo) 體層(110)之間，并且電接頭(124)通過(guò)所述層(132)，所 述電接頭(124)將所述電互連層(122a， 122b)連4妄至所述 CMOS光電二才及管(112 )和/或所述晶體管(114 )。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的圖像傳感器(300， 400， 500),其中， 所述可反光材料的層(132)包含鋁和/或銅和/或鉻和/或非晶 石圭和/或多晶硅，并且/或者具有大約10 nm至100 nm的厚度。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(300， 400, 500 )，其中，所述可反光材料的層(132 )和所述半導(dǎo)體層(110 ) 的第一面之間的3巨離是大約70nm至120 nm。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(400),其 中，所述反光裝置還包括第二層(136)或空隙空間，所述第 二層包含至少一種電介質(zhì)材沖+，所述空隙空間布置在所述可反 光材料的層(132)和所述半導(dǎo)體層(110)的第一面之間。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的圖像傳感器(400)，其中，所述電介 質(zhì)層(116 )的一部分布置在所述第二電介質(zhì)層(136 )或所述 空隙空間與所述半導(dǎo)體層(110)的第一面之間，并具有大約 1 nm至10nm的厚度。
13. 根據(jù)權(quán)利要求8至12中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(300， 400， 500)，其中，所述可反光材料的層(132)的厚度、和/或一個(gè) 或多個(gè)所述電介質(zhì)層(136, 116)的厚度、和/或位于所述半 導(dǎo)體層(110)的第一面和所述可反光材料的層(132)之間的 空隙的厚度等于大約h"'其巾-Xc:所述圖^象傳感器(300, 400， 500)的工作波長(zhǎng)范 圍的中央波長(zhǎng)，其穿過(guò)所述半導(dǎo)體層(110)，-n:所述層的材^"的光學(xué)指^t的實(shí)部。
14. 根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項(xiàng)所述的圖像傳感器(500),其 中，所述可反光材料的層(132 )與形成于所述半導(dǎo)體層(110 ) 中的摻雜區(qū)域電連4妄。
15. —種制造圖像傳感器(100-500)的方法，至少包括以下步驟-在包含至少一種半導(dǎo)體的層(110)中制造CMOS型 光電二極管(112)和晶體管(114)的摻雜區(qū)域，-制造^皮此電連接和/或與包含至少一種電介質(zhì)的層 (116)中的CMOS光電二才及管(112)和/或晶體管(114)電 連接的電互連層(122a， 122b),所述電介質(zhì)層(116)被布置 為抵靠所述半導(dǎo)體基的層(110)的第一面，所述第一面與所 述半導(dǎo)體基的層(110)的第二面相對(duì)，由所述傳感器(100-500) 從外部接收的光將穿過(guò)所述半導(dǎo)體基的層(110)的第二面進(jìn) 入，并且，進(jìn)一步包括布置在所述電介質(zhì)層(116)中的反光 裝置(122b， 130, 132， 136)的制造，所述電介質(zhì)層例如與 所述光電二極管(112)相對(duì)，所述反光裝置能夠朝著所述光 電二極管(112)反射至少一部分由所述傳感器(100-500)接 收的光，所述半導(dǎo)體層(110 )的厚度在大約1 iam至1.5 pm之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像傳感器(100)，至少包括CMOS型光電二極管(112)和晶體管(114)，其制造于半導(dǎo)體層(110)中，所述半導(dǎo)體層(110)的厚度為大約1μm至1.5μm；電介質(zhì)層(116)，在所述電介質(zhì)層(116)中制造電互連層(122a，122b)，其彼此電連接和/或與CMOS光電二極管和/或晶體管電連接，所述電介質(zhì)層被布置為與半導(dǎo)體層的第一面抵靠，所述第一面與半導(dǎo)體層的第二面相對(duì)，由傳感器從外部接收的光將通過(guò)半導(dǎo)體層的第二面進(jìn)入；反光裝置(122b)，布置在電介質(zhì)層中，與光電二極管相對(duì)，并能夠朝著光電二極管反射至少一部分由傳感器接收的光。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101667584SQ200910008799
公開(kāi)日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月5日
發(fā)明者伊馮·卡佐, 皮埃爾·吉東 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能委員會(huì)