CN103094298A - 背照式的cmos图像传感器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种背照式的CMOS图像传感器，包括：半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面；所述半导体基底的正面形成有至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素；所述半导体基底的背面形成有沟槽，所述沟槽位于相邻所述像素单元区域之间；所述半导体基底的背面形成有隔绝层，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙；所述隔绝层上依次形成有滤光片和微透镜。同时，本发明还提供一种背照式的CMOS图像传感器的制备方法，采用本发明的背照式的CMOS图像传感器，能够减少或避免光线进入相邻的像素单元区域，改善对相邻的像素单元区域造成光学串扰现象，提高背照式的CMOS图像传感器的成色质量。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器领域，特别是涉及一种背照式的CMOS图像传感器及其制备方法。
背景技术
图像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓图像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可输出信号的传感器。图像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见图像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。可以说，现代人类活动已经无法离开图像传感器了。
图像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置(Charge-CoupledDevice)图像传感器(亦即俗称CCD图像传感器)以及CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor)图像传感器，其中CMOS图像传感器基于互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术而制造。由于CMOS图像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将图像传感器以及其所需要的外围电路加以整合，从而使得CMOS图像传感器具有更广的应用前景。
按照接收光线的位置的不同，CMOS图像传感器可以分为前照式的CMOS图像传感器及背照式的CMOS图像传感器，其中，背照式的CMOS影像传感器与前照式的CMOS图像传感器相比，最大的优化之处就是将元件内部的结构改变了，即将感光层的元件入射光路调转方向，让光线能从背面直射进去，避免了在前照式的CMOS图像传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的结构和厚度的影响，提高了光线接收的效能。
但在现有技术的背照式的CMOS图像传感器中，光线会进入相邻的像素单元区域，从而对相邻的像素单元区域造成光学串扰，使得背照式的CMOS图像传感器的显示褪色。
因此，如何提供一种背照式的CMOS图像传感器及其制备方法，减少或避免光线进入相邻的像素单元区域，改善对相邻的像素单元区域造成电信号的串扰，已成为本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种背照式的CMOS图像传感器及其制备方法，能够减少或避免光线进入相邻的像素单元区域，改善对相邻的像素单元区域造成电信号的串扰，提高背照式的CMOS图像传感器的成色质量。
为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式的CMOS图像传感器，包括：
半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面；
所述半导体基底的正面形成有至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素；
所述半导体基底的背面形成有沟槽，所述沟槽位于相邻所述像素单元区域之间；
所述半导体基底的背面形成有隔绝层，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙；
所述隔绝层上依次形成有滤光片和微透镜。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器中，所述隔绝层为透明材料。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器中，所述隔绝层的材料为深宽比填隙能力小于等于4∶1的材料。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器中，所述隔绝层的材料为二氧化硅。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器中，所述隔绝层的厚度为1纳米～2微米。
根据本发明的另一面，本发明还提供一种背照式的CMOS图像传感器的制备方法，包括：
提供半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面；
在所述半导体基底的正面上形成至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素；
对所述半导体基底的背面进行薄化；
选择性地对所述半导体基底的背面进行刻蚀，以在相邻所述像素单元区域之间形成沟槽；
在所述半导体基底的背面形成，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙；
在所述隔绝层上依次形成滤光片和微透镜。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器的制备方法中，通常采用化学沉积法生长所述隔绝层。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器的制备方法中，所述隔绝层为透明材料。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器的制备方法中，所述隔绝层的材料为深宽比填隙能力小于等于4∶1的材料。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器的制备方法中，所述隔绝层的材料为二氧化硅。
进一步的，在所述背照式的CMOS图像传感器的制备方法中，所述隔绝层厚度1纳米～2微米。
与现有技术相比，本发明提供的背照式的CMOS图像传感器及其制备方法具有以下优点：
本发明提供的背照式的CMOS图像传感器，在所述半导体基底的背面有空气隙，与现有技术相比，所述空气隙位于相邻所述像素单元区域之间，当像素感光时，光线从所述半导体基底的背面穿过所述微透镜、滤光片、隔绝层和半导体基底，到达所述空气隙和半导体基底材料的边界。当光从光密介质(半导体基底)进入光疏介质(空气隙)时，两种材料折射率差越大，反射率越大。由于空气的折射率在所有介质中最小(真空除外)，因此空气对光的反射率最大，当光线到达所述空气隙和半导体基底材料的边界时，大部分光线被反射回所述半导体基底以到达目标像素中，而不会进入相邻像素，避免产生光学串扰。特别地，光从光密介质(基体材料)进入光疏介质(空气隙)时，当所述光线的入射角大于临界值时，所述光线完全被反射回所述半导体基底以目标像素中，从而彻底消除光学串扰现象。
附图说明
图1为本发明一实施例中的背照式的CMOS图像传感器的示意图；
图2为本发明一实施例中的背照式的CMOS图像传感器的制备方法的流程图；
图3a-图3e为本发明一实施例中的背照式的CMOS图像传感器的制备方法的示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的背照式的CMOS图像传感器及其制备方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种背照式的CMOS图像传感器，包括半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面，所述半导体基底的正面形成有至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素，所述半导体基底的背面形成有沟槽，所述沟槽位于相邻所述像素单元区域之间，所述半导体基底的背面形成有隔绝层，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙，所述隔绝层上依次形成有滤光片和微透镜。当像素感光时，部分光线所述半导体基底的背面穿过所述微透镜、滤光片、隔绝层和半导体基底，到达所述空气隙和半导体基底材料的边界，由于空气的折射率在所有介质中最小，因此空气对光的反射率最大，当光线到达所述空气隙和半导体基底材料的边界时，光线被反射回所述半导体基底以到达目标像素中，而不会进入相邻像素，避免产生光学串扰。
结合上述核心思想，本发明还提供一种背照式的CMOS图像传感器的制备方法，包括：
提供半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面；
在所述半导体基底的正面上形成至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素；
对所述半导体基底的背面进行薄化；
选择性地对所述半导体基底的背面进行刻蚀，以在相邻所述像素单元区域之间形成沟槽；
在所述半导体基底的背面形成，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙；
在所述隔绝层上依次形成滤光片和微透镜。
以下请参考图1详细说明本发明所述背照式的CMOS图像传感器。
如图1所示，半导体基底100包括至少两个像素单元区域110，所述半导体基底100具有正面101和与之相对的背面102。需要说明的是，在图1中仅示出了3个所述像素单元区域110，但所述像素单元区域110并不限于3个，如还可以为2个、4个、10个或更多，根据具体需要设置。其中，半导体基底100可以为具有器件和金属互连的芯片。
所述半导体基底100的正面101形成有像素120，每一所述像素单元区域110内具有一个所述像素120，所述像素120可以包括光电二极管、浮动节点以及栅极等器件，另外，所述像素120之间还可通过浅槽隔离(STI)，此为本领域的常用技术手段，在此不作赘述。
所述半导体基底100的背面102具有沟槽103，所述沟槽103位于相邻所述像素单元区域110之间。所述半导体基底100的背面102的表面形成有隔绝层200，所述隔绝层200与所述沟槽103形成空气隙130，所以，所述空气隙130位于相邻所述像素单元区域110之间，所述空气隙130被空气填充，而一般所述半导体基底100的材料为硅或氮化镓等半导体，所以所述空气的折射率远小于所述半导体基底100的折射率，当入射光I从一所述像素单元区域110的所述背面102射入时，如果没有所述空气隙130，入射光I会沿着虚线方向R射入相邻的所述像素单元区域110内，从而对相邻的像素单元区域110造成光学串扰，使得该背照式的CMOS图像传感器的显示褪色；由于在本实施例中具有所述空气隙130，当像素感光时，入射光I从一所述像素单元区域110的所述背面102射入时，光线I所述半导体基底100的背面102穿过所述微透镜400、滤光片300、隔绝层200和半导体基底100，到达所述空气隙130和所述半导体基底100材料的边界，由于空气的折射率在所有介质中最小(真空除外)，因此空气对光的反射率最大，当入射光I到达空气隙130和所述半导体基底100材料的边界，大部分入射光I被所述空气隙130和所述半导体基底100材料的边界反射，形成反射光O，从而被反射回所述半导体基底100以到达目标像素中，而不会进入相邻像素，避免产生光学串扰。特别地，光从光密介质(基体材料)进入光疏介质(空气隙)时，当入射光I在空气隙130和所述半导体基底100材料的入射角α大于空气与所述半导体基底100材料的临界值时，产生全反射现象，入射光I完全被反射回目标像素中，彻底消除光学串扰现象。
在本实施例中，对所述沟槽103的深度不做具体限制，所述沟槽103的深度越深，所述空气隙130与所述半导体基底100的界面就越大，所述空气隙130就可以反射更多的入射光I，越有利于减少光学串扰。对所述沟槽103的宽度也不做具体限制，在工艺条件的允许下，所述沟槽103的宽度越小，就可以更好地防止后续沉积的隔绝层200等进入所述沟槽103，越有利于形成所述空气隙130。所述沟槽103宽度越大，则要求所述隔绝层200填隙能力越差，以确保在所述沟槽103中形成空气隙。所以所述沟槽103宽度应与所述隔绝层102填隙能力相匹配，只要能保证所述隔绝层200的材料不能填充到所述沟槽103中，亦在本发明的思想范围之内。
所述半导体基底100的背面102上形成有隔绝层200，所述隔绝层200和所述半导体基底100中的所述沟槽103形成空气隙130，使得所述空气隙130具有空气而不被隔绝层200材料所填充，以保证到达空气隙130和基体材料100边界的入射光I最大程度地被反射回目标像素中。其中，所述隔绝层200的材料较佳的为光学透明材料，可以使入射光I穿过所述隔绝层200，所述隔绝层200的厚度优选为1纳米～2微米。较佳的，所述隔绝层200的材料选择深宽比填隙能力小于等于4∶1的材料，即当所述沟槽103的深宽比小于等于4∶1时，所述隔绝层200的材料不能填充所述沟槽103，有利于形成所述空气隙130。优选的，所述隔绝层200的材料为二氧化硅，如以硅烷为主要反应物的等离子体增强化学气相沉积法制备的二氧化硅的填隙能力差，可以很好的保证所述隔绝层200的材料不能填充到所述沟槽103中，但所述隔绝层200的材料并不限于为二氧化硅，只要是填隙能力差的材料，即所述隔绝层200的材料选择深宽比填隙能力小于等于4∶1的材料，亦能保证不能填充所述沟槽103，亦在本发明的思想范围之内。
所述隔绝层200上依次形成有滤光片300和微透镜400，如体1所示。
以下结合图2以及图3a-图3e具体说明本实施例中背照式的CMOS图像传感器的制备方法。其中，图2为本发明一实施例中的背照式的CMOS图像传感器的制备方法的流程图，图3a-图3e为本发明一实施例中的背照式的CMOS图像传感器的制备方法的示意图。
首先，进行步骤S11，提供半导体基底100，所述半导体基底100包括至少两个像素单元区域110，所述半导体基底100具有正面101和与之相对的背面102。
然后，进行步骤S12，在所述半导体基底100的正面101上形成像素120，每一所述像素单元区域110内具有一个所述像素120，如图3a所示。
接着，进行步骤S13，对所述半导体基底100的背面102进行薄化，如图3b所示，可以根据不同的厚度需要对所述半导体基底100的背面102进行薄化，背面薄化已是成熟工艺，在此不再赘述。
随后，进行步骤S14，选择性地对所述半导体基底100的背面102进行刻蚀，以在相邻所述像素单元区域110之间形成沟槽103，如图3c所示。
接着，进行步骤S15，在所述半导体基底100的背面102上形成隔绝层200，所述隔绝层200与所述沟槽103形成所述空气隙130。较佳的，通常采用化学沉积法生长所述隔绝层200易于形成空气隙130。
最后，进行步骤S16，在所述隔绝层200上依次形成滤光片300和微透镜400，如图3e所示。
综上所述，本发明提供一种背照式的CMOS图像传感器及其制备方法，所述背照式的CMOS图像传感器包括半导体基底，包括半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面，所述半导体基底的正面形成有至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素，所述半导体基底的背面形成有沟槽，所述沟槽位于相邻所述像素单元区域之间，所述半导体基底的背面形成有隔绝层，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙，所述隔绝层上依次形成有滤光片和微透镜。当像素感光时，部分光线所述半导体基底的背面穿过所述微透镜、滤光片、隔绝层和半导体基底，到达所述空气隙和半导体基底材料的边界，由于空气的折射率在所有介质中最小，因此空气对光的反射率最大，当光线到达所述空气隙和半导体基底材料的边界时，光线被反射回所述半导体基底以到达目标像素中，而不会进入相邻像素，避免产生光学串扰。与现有技术相比，本发明提供的背照式的CMOS图像传感器及其制备方法具有以下优点：
本发明提供的背照式的CMOS图像传感器，在所述半导体基底的背面有空气隙，与现有技术相比，所述空气隙位于相邻所述像素单元区域之间，当像素感光时，部分光线所述半导体基底的背面穿过所述微透镜、滤光片、隔绝层和半导体基底，到达所述空气隙和半导体基底材料的边界，由于空气的折射率在所有介质中最小(真空除外)，因此空气对光的反射率最大，当光线到达所述空气隙和半导体基底材料的边界时，大部分光线被反射回所述半导体基底以到达目标像素中，而不会进入相邻像素，避免产生光学串扰。特别地，光从光密介质(基体材料)进入光疏介质(空气隙)时，当所述光线的入射角大于临界值时，所述光线完全被反射回所述半导体基底以目标像素中，从而彻底消除光学串扰现象。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (11)
1.一种背照式的CMOS图像传感器，包括：
半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面；
所述半导体基底的正面形成有至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素；
所述半导体基底的背面形成有沟槽，所述沟槽位于相邻所述像素单元区域之间；
所述半导体基底的背面形成有隔绝层，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙；
所述隔绝层上依次形成有滤光片和微透镜。
2.如权利要求1所述的背照式的CMOS图像传感器，其特征在于，所述隔绝层为透明材料。
3.如权利要求2所述的背照式的CMOS图像传感器，其特征在于，所述隔绝层的材料为深宽比填隙能力小于等于4∶1的材料。
4.如权利要求3所述的背照式的CMOS图像传感器，其特征在于，所述隔绝层的材料为二氧化硅。
5.如权利要求1所述的背照式的CMOS图像传感器，其特征在于，所述隔绝层的厚度为1纳米～2微米。
6.一种背照式的CMOS图像传感器的制备方法，包括：
提供半导体基底，包括至少两个像素单元区域，所述半导体基底具有正面和与之相对的背面；
在所述半导体基底的正面上形成至少两个像素，每一所述像素单元区域内具有一个所述像素；
对所述半导体基底的背面进行薄化；
选择性地对所述半导体基底的背面进行刻蚀，以在相邻所述像素单元区域之间形成沟槽；
在所述半导体基底的背面形成隔绝层，所述隔绝层与所述沟槽形成空气隙；
在所述隔绝层上依次形成滤光片和微透镜。
7.如权利要求6所述的背照式的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，通常采用化学沉积法生长所述隔绝层。
8.如权利要求6所述的背照式的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，所述隔绝层为透明材料。
9.如权利要求8所述的背照式的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，所述隔绝层的材料为深宽比填隙能力小于等于4∶1的材料。
10.如权利要求9所述的背照式的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，所述隔绝层的材料为二氧化硅。
11.如权利要求5所述的背照式的CMOS图像传感器的制备方法，其特征在于，所述隔绝层厚度1纳米～2微米。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SHANGHAI HUAHONG GRACE SEMICONDUCTOR MANUFACTURING Free format text: FORMER OWNER: HONGLI SEMICONDUCTOR MANUFACTURE CO LTD, SHANGHAI Effective date: 20140507 |
|
| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20140507 Address after: 201203 Shanghai city Zuchongzhi road Pudong New Area Zhangjiang hi tech Park No. 1399 Applicant after: Shanghai Huahong Grace Semiconductor Manufacturing Corporation Address before: 201203 Shanghai Guo Shou Jing Road, Pudong New Area Zhangjiang hi tech Park No. 818 Applicant before: Hongli Semiconductor Manufacture Co., Ltd., Shanghai |
|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130508 |