專利名稱：用于圖像傳感器的光電二極管及其制造方法、圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領(lǐng)域，特別涉及一種用于圖像傳感器的光電二極管及其制造方法、圖像傳感器。
背景技術(shù)：
集成電路技術(shù)使計算機、控制系統(tǒng)、通訊和圖像等許多領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化。在圖像領(lǐng)域中，圖像傳感器是組成數(shù)字攝像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CXD(Charge Coupled Device,電荷稱合兀件)和互補金屬-氧化物-半導(dǎo)體(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor, CMOS)有源像素圖像傳感器兩大類。其中，CMOS圖像傳感器已在電荷耦合成像器件涉及的應(yīng)用中占領(lǐng)了相當(dāng)大的領(lǐng)域。
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公開號為CN101986432A的中國專利申請公開了一種CMOS圖像傳感器，具體請參閱圖1，所述CMOS圖像傳感器包括透鏡11、多個微棱鏡(microlens) 13、多個彩色濾光(color filter)單元15和多個感光元件(sensor) 17,所述微棱鏡13、所述彩色濾光單元15和所述感光元件17 —一對應(yīng)設(shè)置，外界光線依次經(jīng)所述透鏡11、微棱鏡13、彩色濾光單元15而照射到所述感光元件17上。授權(quán)公告號為CN2681352Y的中國專利申請公開了另一種圖像傳感器，具體請參閱圖2，所述圖像傳感器主要包括保護蓋I、微透鏡陣列3、多個棱鏡4、彩色濾光片陣列5、光接收單元7及信號處理電路板9，該各部件從上至下依次排布設(shè)置。其中，微透鏡陣列3是由多個微透鏡于二維空間內(nèi)排列成的陣列。在現(xiàn)有的圖像傳感器結(jié)構(gòu)中，通常來說，每一像素包括一個感光元件(光電轉(zhuǎn)換組件)，其將接收到的光信號轉(zhuǎn)換成電信號。如圖3所示，以CMOS圖像傳感器為例，每一像素包括一個進行光電轉(zhuǎn)化的光電二極管(photodiode)以及進行電信號方法與切換的MOS晶體管，光電二極管的第一電極可對應(yīng)于P型基板，光電二極管的第二電極可對應(yīng)于N+區(qū)，MOS晶體管可以通過施加信號到兩個N+區(qū)之間的柵極而操作。柵極可以包括例如堆疊在基板上的柵電介質(zhì)GD和柵導(dǎo)電膜GC。光2輸入到光電二極管F1D的P基板時光電二極管F1D的可接收光2的區(qū)域可以大于光I輸入到光電二極管H)的N+區(qū)時光電二極管H)的可接收光I的區(qū)域。以背側(cè)照明CMOS圖像傳感器為例，其可以接受輸入到光電二極管ro的P基板的光。但是，由于其P基板(通常為P型硅襯底)的表面均為平坦表面，導(dǎo)致光線發(fā)生較多的反射，使得圖像傳感器的填充比降低。盡管現(xiàn)有技術(shù)中的微棱鏡(微透鏡陣列)能夠增強入射光線的光強，但是仍不能滿足要求。因此，提供一種能夠提高填充系數(shù)(fill factor)的光電二極管及其圖像傳感器是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種用于圖像傳感器的光電二極管及其制造方法，使光電二極管的光入射面具有凸起，從而降低被反射的光線，提高光線的捕捉能力，從而提高圖像傳感器的填充比，最終改善圖像傳感器的性能。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用于圖像傳感器的光電二極管，所述光電二極管的光入射面具有凸起。可選的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管中，所述凸起為三棱錐結(jié)構(gòu)、四棱錐結(jié)構(gòu)、六棱錐結(jié)構(gòu)、八棱錐結(jié)構(gòu)或圓錐結(jié)構(gòu)?？蛇x的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管中，所述光電二極管包括形成于硅襯底中的P阱以及設(shè)置于所述P阱中的N+區(qū)?？蛇x的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管中，所述光電二極管包括硅襯底以及設(shè)置于所述硅襯底中的N+區(qū)。本發(fā)明還提供一種用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，包括提供一硅襯底；
在所述硅襯底的部分區(qū)域上形成凸起?？蛇x的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法中，所述硅襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起?？蛇x的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法中，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起之前，在所述硅襯底的第二區(qū)域上形成掩膜層；在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起之后，去除所述掩膜層?？蛇x的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法中，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起的步驟包括將硅襯底的正面置于堿性溶液中、背面置于堿性溶液外，刻蝕硅襯底的正面的第一區(qū)域形成凸起，所述硅襯底的正面作為光電二極管的光入射面。可選的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法中，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起的步驟還包括對所述硅襯底進行第一漂洗操作；對所述硅襯底進行脫水及去除金屬離子處理； 對所述硅襯底進行第二漂洗操作；將所述硅襯底風(fēng)干。可選的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法中，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起的步驟包括在所述硅襯底的正面的第一區(qū)域上形成多個光刻膠臺；對所述光刻膠臺進行烘烤；以烘烤后的光刻膠臺為掩膜，執(zhí)行感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝，直至所述烘烤后的光刻膠臺被完全去除，從而在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起，所述硅襯底的正面作為光電二極管的光入射面；去除所述掩膜層。可選的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法中，去除所述掩膜層之后，還包括在所述硅襯底的第一區(qū)域中形成P阱；在所述P阱中形成N+區(qū)。可選的，在所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法中，去除所述掩膜層之后，還包括在所述硅襯底的第一區(qū)域中形成N+區(qū)。本發(fā)明還提供一種圖像傳感器，包括所述的光電二極管。可選的，所述圖像傳感器為FSI圖像傳感器?？蛇x的，所述圖像傳感器為BSI圖像傳感器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的光電二極管的光入射面具有凸起，S卩，光入射面為非平坦表面，從而降低被反射的光線，提高光線的捕捉能力，進而提高圖像傳感器的填充比，最終改善圖像傳感器的性能。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)的一種圖像傳感器的剖面示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)的另一種圖像傳感器的剖面示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)的圖像傳感器的單位像素的剖面示意圖；圖4為本發(fā)明實施例一的用于圖像傳感器的光電二極管制造方法的流程圖；圖5A- 為本發(fā)明實施例一的用于圖像傳感器的光電二極管制造方法各步驟的器件剖面圖；圖6為本發(fā)明實施例二的用于圖像傳感器的光電二極管制造方法的流程圖；圖7A-7F為本發(fā)明實施例二的用于圖像傳感器的光電二極管制造方法各步驟的器件剖面圖。
具體實施例方式本發(fā)明的核心思想在于，所述的光電二極管的光入射面具有凸起，從而降低被反射的光線，提高光線的捕捉能力，從而提高圖像傳感器的填充比，最終改善圖像傳感器的性能。并且，由于光線在光電二極管的傳輸距離增加，能夠提高量子效率(QE，QuantumEfficiency),特別是在波長較長的紅光波段。其中，所述所述凸起為三棱錐結(jié)構(gòu)、四棱錐結(jié)構(gòu)、六棱錐結(jié)構(gòu)、八棱錐結(jié)構(gòu)或圓錐結(jié)構(gòu)。所述光電二極管包括形成于硅襯底中的P阱以及設(shè)置于所述P阱中的N+區(qū)，或者，直接利用P型娃襯底作為光電二極管的第一電極，在P型娃襯底中形成N+區(qū)作為光電二極管的第二電極。在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。實施例一如圖4所示，本實施例的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，包括S41 :提供一硅襯底，所述硅襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；如圖5A所示，硅襯底100包括第一區(qū)域IOOa和100b，所述第一區(qū)域IOOa用于形成光電二極管，所述第二區(qū)域IOOb用于形成MOS晶體管。S42 :在所述硅襯底的第二區(qū)域上形成掩膜層；如圖5B所示，在硅襯底100的第二區(qū)域IOOb形成用于形成MOS晶體管，而其他區(qū)域無需形成凸起，為了避免的步驟損傷其它區(qū)域，因而在其他區(qū)域(第二區(qū)域)形成不被化學(xué)試劑損傷的掩膜層，例如，氮化硅層。S43 :在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起；如圖5C所示，可利用以下濕法腐蝕的方式形成凸起，S卩，通過化學(xué)反應(yīng)使原本平坦的硅襯底表面形成凸凹不平的結(jié)構(gòu)以延長光在其表面的傳播路徑，從而提高光電二極管對光的吸收效率。本發(fā)明實施例中僅在硅襯底正面形成凸起，即，僅使硅襯底的正面沒入化學(xué)試劑中，而使娃襯底的背面外露于化學(xué)試劑外，這樣就能實現(xiàn)僅對娃襯底的正面形成凸起。具體實施過程，可利用濕法刻蝕設(shè)備輥輪控制，另外，還可以在化學(xué)試劑中添加一定量的硫酸或乙二醇來增加化學(xué)試劑的密度和粘性，使得所述硅襯底能夠漂浮于化學(xué)試劑中，且保證硅襯底的正面置于化學(xué)試劑中，背面置于化學(xué)試劑外。對于光電二極管而言，通常使用的硅襯底為單晶硅襯底，因而化學(xué)試劑優(yōu)選為能腐蝕單晶硅的堿性溶液。下面更詳細介紹利用濕法方式在硅襯底上形成凸起的步過程，步驟S43具體包括S431 :將所述硅襯底的正面置于堿性溶液中、背面置于堿性溶液外。當(dāng)然，在此步驟之前，還可先對所述硅襯底進行超聲清洗及預(yù)處理，之后再將硅襯底放入濕法刻蝕用的設(shè)備中形成凸起。優(yōu)選的，可將硅襯底置于具有堿性溶液的濕法刻蝕設(shè)備中，利用輥輪控制所述硅襯底漂浮于堿性溶液中，且所述硅襯底的正面沒入溶液中，背面露于溶液外。所述堿性溶液為體積比為I :3. 5 6 :180 40的硅酸鈉、氫氧化鈉、異丙醇、去離子水和乙二醇的混合溶液。該溶液中特別添加了乙二醇，目的就是增加所述堿性溶液的密度和粘性，使得硅襯底能夠漂浮于所述溶液中。本實施例中，控制所述堿性溶液的溫度在70°C 85°C之間，且令硅襯底漂浮于該溶液中的時間在10mirT45min之間。S432 :對所述硅襯底進行第一漂洗操作。優(yōu)選的，將漂浮于堿性溶液中的硅襯底取出來后，對其進行第一漂洗操作，即將其放入35°C 55°C的溫水隔離槽進行漂洗。S433 :對所述硅襯底進行脫水及去除金屬離子處理。優(yōu)選的，第一漂洗操作之后，將所述硅襯底放入氫氟酸溶液或鹽酸溶液中進行脫水和去除金屬離子處理。S434 :對所述硅襯底進行第二漂洗操作。優(yōu)選的，將所述硅襯底放入35°C 55°C的溫水隔離槽進行第二漂洗操作。S435 :將所述硅襯底風(fēng)干。優(yōu)選的，通過壓縮空氣或氮氣將所述硅襯底風(fēng)干。S44:去除所述掩膜層。如圖所示，利用濕法方式在所述硅襯底100的第一區(qū)域IOOa上形成凸起后，即可去除所述掩膜層110。經(jīng)過上述步驟后，硅襯底100表面未被掩膜層覆蓋的區(qū)域即具有金字塔狀的凹凸不平的結(jié)構(gòu)。隨后，即可進行常規(guī)的光電二極管制作過程，例如在所述硅襯底的第一區(qū)域中形成P阱，并在所述P阱中形成N+區(qū)。或者，直接利用P型硅襯底作為光電二極管的第一電極，形成凸起后只需在P型硅襯底中形成N+區(qū)作為光電二極管的第二電極即可。上述步驟均為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的內(nèi)容，此處不再贅述。
可知，由于在硅襯底表面形成了凸起，并使具有凸起的一面作為光入射面，如此，利用凸起可有效地降低反射率，提高光線的捕捉能力，從而提高圖像傳感器的填充比，最終改善圖像傳感器的性能。實施例二如圖6所示，本實施例的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，包括S61 :提供一硅襯底，所述硅襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域；如圖7A所示，硅襯底100包括第一區(qū)域IOOa和100b，所述第一區(qū)域IOOa用于形成光電二極管，所述第二區(qū)域IOOb用于形成MOS晶體管。S62 :在所述硅襯底的第二區(qū)域上形成掩膜層；如圖7B所示，在硅襯底100的第二區(qū)域IOOb形成用于形成MOS晶體管，而其他區(qū)·域無需形成凸起，為了避免的步驟損傷其它區(qū)域，因而在其他區(qū)域(第二區(qū)域)形成不被干法刻蝕損傷的掩膜層110，例如，氮化硅層。S63 :在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起；下面更詳細介紹利用干法方式在硅襯底上形成凸起的過程，所述步驟S53具體包括S631 :在所述硅襯底的正面的第一區(qū)域上形成多個光刻膠臺；如圖7C所示，可通過涂膠、曝光和顯影工藝，在所述硅襯底100上形成多個光刻膠臺 120。S632 :對所述光刻膠臺進行烘烤；如圖7D所示，在預(yù)設(shè)溫度(如1200C ^2500C )的范圍內(nèi)，對所述光刻膠臺120進行烘烤，所述光刻膠臺120在高于光刻膠的玻璃軟化溫度下，由于表面張力的作用表面被圓弧化或錐形化。具體的說，當(dāng)所述光刻膠臺為圓柱形光刻膠臺時，經(jīng)過烘烤后所述圓柱形光刻膠臺會變?yōu)榍蚬跔?；?dāng)所述光刻膠臺的橫截面為三角形或四邊形或其它多邊形時，所述光刻膠臺被烘烤后表面被錐形化(烘烤后的光刻膠臺底部尺寸較大、頂部尺寸較小)。S633:以烘烤后的光刻膠臺為掩膜，執(zhí)行感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝，直至所述烘烤后的光刻膠臺被完全去除，從而在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起，所述硅襯底的正面作為光電二極管的光入射面；參考圖7E，以所述烘烤后的光刻膠臺為掩膜，執(zhí)行一步感應(yīng)耦合等離子體(Inductive Coupled Plasma, ICP)刻蝕工藝,直至所述烘烤后的光刻膠臺被完全刻蝕掉，即可在所述硅襯底表面上形成多個凸起。在所述感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝中，可使硅襯底的刻蝕速率與烘烤后的光刻膠臺的刻蝕速率之比在廣2的范圍內(nèi)，以形成多個錐形結(jié)構(gòu)?？赏ㄟ^控制底板射頻功率(plate power)大于線圈射頻功率(coil power)來控制感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝的刻蝕選擇比之比在廣2的范圍內(nèi)。當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于此，可通過控制其它刻蝕工藝參數(shù)來達到控制感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝的刻蝕選擇比的目的。S64:去除所述掩膜層。參考圖7F，利用干法方式在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起后，即可去除所述掩膜層。經(jīng)過上述步驟后，硅襯底表面未被掩膜層覆蓋的區(qū)域即具有金字塔狀的凹凸不平的結(jié)構(gòu)。隨后，即可進行常規(guī)的光電二極管制作過程，例如在所述硅襯底的第一區(qū)域中形成P阱，并在所述P阱中形成N+區(qū)?；蛘撸苯永肞型硅襯底作為光電二極管的第一電極，形成凸起后只需在P型硅襯底中形成N+區(qū)作為光電二極管的第二電極即可。上述步驟均為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的內(nèi)容，此處不再贅述。可知，由于在硅襯底表面形成了凸起，并使具有凸起的一面作為光入射面，如此，利用凸起可有效地降低反射率，提高光線的捕捉能力，從而提高圖像傳感器的填充比，最終改善圖像傳感器的性能。實施例三本實施例提供一種圖像傳感器，包括利用上述方法形成光電二極管，由于光電二極管的光入射面具有凸起，從而降低被反射的光線，提高光線的捕捉能力，從而提高圖像傳感器的填充比，最終改善圖像傳感器的性能。其中，所述圖像傳感器可以為FSI圖像傳感器或BSI圖像傳感器。由于本發(fā)明只 涉及光電二極管的改進，因而對圖像傳感器其它公知的部分不做詳細介紹，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)是知曉的。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于圖像傳感器的光電二極管，其特征在于，所述光電二極管的光入射面具有凸起。
2.如權(quán)利要求I所述的用于圖像傳感器的光電二極管，其特征在于，所述凸起為三棱錐結(jié)構(gòu)、四棱錐結(jié)構(gòu)、六棱錐結(jié)構(gòu)、八棱錐結(jié)構(gòu)或圓錐結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求I所述的用于圖像傳感器的光電二極管，其特征在于，所述光電二極管包括形成于硅襯底中的P阱以及設(shè)置于所述P阱中的N+區(qū)。
4.如權(quán)利要求I所述的用于圖像傳感器的光電二極管，其特征在于，所述光電二極管包括硅襯底以及設(shè)置于所述硅襯底中的N+區(qū)。
5.一種用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，包括 提供一娃襯底； 在所述硅襯底的部分區(qū)域上形成凸起。
6.如權(quán)利要求6所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，所述硅襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起。
7.如權(quán)利要求6所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起之前，在所述硅襯底的第二區(qū)域上形成掩膜層；在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起之后，去除所述掩膜層。
8.如權(quán)利要求7所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起的步驟包括 將娃襯底的正面置于堿性溶液中、背面置于堿性溶液外，刻蝕娃襯底的正面的第一區(qū)域形成凸起，所述硅襯底的正面作為光電二極管的光入射面。
9.如權(quán)利要求8所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起的步驟還包括 對所述硅襯底進行第一漂洗操作； 對所述硅襯底進行脫水及去除金屬離子處理； 對所述硅襯底進行第二漂洗操作； 將所述硅襯底風(fēng)干。
10.如權(quán)利要求7所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起的步驟包括 在所述硅襯底的正面的第一區(qū)域上形成多個光刻膠臺； 對所述光刻膠臺進行烘烤； 以烘烤后的光刻膠臺為掩膜，執(zhí)行感應(yīng)耦合等離子體刻蝕工藝，直至所述烘烤后的光刻膠臺被完全去除，從而在所述硅襯底的第一區(qū)域上形成凸起，所述硅襯底的正面作為光電二極管的光入射面； 去除所述掩膜層。
11.如權(quán)利要求7所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，去除所述掩膜層之后，還包括 在所述硅襯底的第一區(qū)域中形成P阱； 在所述P阱中形成N+區(qū)。
12.如權(quán)利要求7所述的用于圖像傳感器的光電二極管的制造方法，其特征在于，去除所述掩膜層之后，還包括 在所述硅襯底的第一區(qū)域中形成N+區(qū)。
13.一種圖像傳感器，其特征在于，包括如權(quán)利要求廣4中任意一項所述的光電二極管。
14.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器為FSI圖像傳感器。
15.如權(quán)利要求13所述的圖像傳感器，其特征在于，所述圖像傳感器為BSI圖像傳感器。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于圖像傳感器的光電二極管及其制造方法和圖像傳感器，本發(fā)明的光電二極管的光入射面具有凸起，即，光入射面為非平坦表面，從而降低被反射的光線，提高光線的捕捉能力，進而提高圖像傳感器的填充比，最終改善圖像傳感器的性能。
文檔編號H01L31/102GK102945888SQ20121049621
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者鄭春生, 張文廣, 陳玉文 申請人:上海華力微電子有限公司