CN108922897A - 背照式图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种背照式图像传感器及其制造方法。一种背照式图像传感器，包括：光电二极管，用于感测入射光；以及光导管，用于将入射光传输到所述光电二极管。

Description

背照式图像传感器及其制造方法
技术领域
本公开涉及一种背照式图像传感器及其制造方法。
背景技术
随着图像传感器技术的发展，背照式CMOS图像传感器逐渐被广泛采用。同前照式CMOS图像传感器相比，背照式图像传感器中的光电二极管可以接收到更多的光线，使CMOS具有更高灵敏度和信噪比。
发明内容
根据本公开的第一方面，提供了一种背照式图像传感器，包括：光电二极管，用于感测入射光；以及光导管，用于将入射光传输到所述光电二极管。
在根据本公开的一些实施例中，所述背照式图像传感器还包括：彩色滤光片，用于对入射光进行过滤，从而得到入射光的预定颜色的分量。
在根据本公开的一些实施例中，所述彩色滤光片位于所述光导管上方。
在根据本公开的一些实施例中，所述彩色滤光片包括红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片中的至少一种。
在根据本公开的一些实施例中，所述光导管包括：侧壁，用于反射入射光；以及被所述侧壁包围的介电材料，用于使入射光的至少一部分透射。
在根据本公开的一些实施例中，所述介电材料对于入射光的预定波长范围的分量的透射率大于95％。
在根据本公开的一些实施例中，所述预定波长范围为760nm-620nm、580nm-490nm、450nm-430nm和390nm-760nm之一。
在根据本公开的一些实施例中，所述介电材料被构造成对入射光进行过滤，从而得到入射光的预定颜色的分量。
在根据本公开的一些实施例中，所述入射光的预定颜色的分量为红色分量、绿色分量或蓝色分量。
在根据本公开的一些实施例中，所述光导管具有对应的所述彩色滤光片，所述光导管中的介电材料与对应的彩色滤光片的材料相同。
在根据本公开的一些实施例中，所述背照式图像传感器还包括：微透镜，用于将入射光会聚到所述光导管中。
根据本公开的另一个方面，提供了一种制造背照式图像传感器的方法，包括：提供半导体基底，其中所述半导体基底中具有用于感测入射光的光电二极管；以及在所述光电二极管上方制造光导管，其中所述光导管用于将入射光传输到所述光电二极管。
在根据本公开的一些实施例中，在所述光电二极管上方制造光导管的步骤包括：在所述光电二极管的上方形成沟槽；在所述沟槽的侧壁上沉积金属材料，作为所述光电二极管的侧壁；以及在所述沟槽中填充介电材料。
在根据本公开的一些实施例中，所述金属材料包括铝、钨、铜、金、银、铂中的至少一种。
在根据本公开的一些实施例中，所述介电材料对于入射光的预定波长范围的分量的透射率大于95％。
在根据本公开的一些实施例中，所述预定波长范围为760nm-620nm、580nm-490nm、450nm-430nm和390nm-760nm之一。
在根据本公开的一些实施例中，通过所述介电材料对入射光进行过滤，从而得到入射光的预定颜色的分量。
在根据本公开的一些实施例中，所述入射光的预定颜色的分量为红色分量、绿色分量或蓝色分量。
在根据本公开的一些实施例中，所述方法还包括：在所述光导管上方制造彩色滤光片。
在根据本公开的一些实施例中，所述光导管具有对应的所示彩色滤光片，所述光导管中的介电材料与对应的所述彩色滤光片的材料相同。
在根据本公开的一些实施例中，所述方法还包括：制造微透镜，其中所述入射光通过所述微透镜会聚到所述光导管中。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1示出了根据本公开的一个实施例的背照式图像传感器的示意图。
图2示出了根据本公开一个实施例的光导管的结构的示意图。
图3A示意性地示出了没有光导管的背照式图像传感器中的光路。
图3B示意性地示出了根据本公开的一个实施例的具有光导管的背照式图像传感器中的光路。
图4示出了根据本公开的一些实施例的制造背照式图像传感器的方法的流程图。
图5A-图5F示出了根据本公开的一些实施例的制造背照式图像传感器的流程。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
图1示出了根据本公开的一个实施例的背照式图像传感器的示意图。
如图1所示，该背照式图像传感器包括衬底101、布线层103、位于各个布线层103之间的介质层102以及半导体层104。在半导体层104中，具有用于感测入射光的光电二极管105和光导管106。在半导体层104上还设置有彩色滤光片107和微透镜108。根据预定的像素的颜色，彩色滤光片107可以为例如红色滤光片、蓝色滤光片和绿色滤光片。在各个彩色滤光片107之间设置有间隔件110，间隔件110通常由不透明的介质构成，可以防止相邻像素之间的串扰。
在图1的背照式图像传感器中，入射光透射穿过微透镜108和彩色滤光片107后，入射到光导管106中。光导管106可以将入射光传输到光电二极管105。光电二极管105感测入射光，根据入射光的强度产生相应数量的感应电荷。
图2示出了根据本公开一个实施例的光导管的结构的示意图。
如图2所示，光导管包括侧壁201和被侧壁201包围的介电材料202。在根据本公开的一些实施例中，为了减少光导管对入射光的影响，介电材料202的透射率可以大于95％。例如，介电材料202可以采用例如氧化硅等透明材料。
此外，如后面将描述的，在根据本公开的一些实施例中，介电材料202可以使入射光的红色分量、绿色分量、蓝色分量或者可见光分量透射，例如对应波长的光的透射率可以大于95％。在一些实施例中，介电材料202可以使入射光的预定波长范围的分量透射。例如，预定波长范围可以为760nm-620nm、580nm-490nm、450nm-430nm和390nm-760nm之一。
根据本公开的一些实施例，介电材料202还可以与彩色滤光片107的材料相同。例如，对于红色滤光片下方的光导管，介电材料202可以与红色滤光片的材料相同；对于绿色滤光片下方的光导管，介电材料202可以与绿色滤光片的材料相同；对于蓝色滤光片下方的光导管，介电材料202可以与蓝色滤光片的材料相同。
图3A示意性地示出了没有光导管的背照式图像传感器中的光路。
如图3A所示，入射光穿过微透镜308和彩色滤光片307后入射到光电二极管305上。对于没有光导管的图像传感器，光电二极管305上接收到的入射光的最大入射角为假设微透镜308的折射率为n，光电二极管305的直径为D，光电二极管305与微透镜308之间的距离为S1，则最大入射角(D/2S1)。
图3B示意性地示出了根据本公开的一个实施例的具有光导管的背照式图像传感器中的光路。
如图3B所示，入射光在穿过微透镜108和滤光片107后，从光导管的上端进入光导管。光导管的侧壁201可以反射入射光。这样，反射光经过侧壁201的一次或多次反射后，从光导管的下端出射，从而被光电二极管105接收。在图3B中，能够被光电二极管105接收的入射光的最大入射角(D/2S2)，其中S2为微透镜108与光导管上端之间的距离。如图3B所示，由于导光管的存在，使得S2<S1，所以
因此，在使用了光导管的背照式图像传感器中，可以使更多的光入射到光电二极管上，从而提高背照式图像传感器的灵敏度，改善图像质量。
此外，根据本公开的一些实施例的背照式图像传感器中，光导管的侧壁可以反射入射光，从而防止相邻像素之间的串扰。
图4示出了根据本公开的一些实施例的制造背照式图像传感器的方法的流程图。
如图4所示，该方法包括以下步骤：
提供半导体基底(步骤401)，其中所述半导体基底中具有用于感测入射光的光电二极管；以及
在所述光电二极管上方制造光导管(步骤402)，其中所述光导管用于将入射光传输到所述光电二极管。
下面将结合图5A-5F详细描述根据本公开的一些实施例的制造背照式图像传感器的方法。
图5A-图5F示出了根据本公开的一些实施例的制造背照式图像传感器的流程。
首先，提供半导体基底。如图5A所示，半导体基底502中已经形成了用于感测入射光的光电二极管。此外，对于背照式图像传感器，半导体基底502的下方还可以已经形成了一个或多个金属布线层(未示出)。
然后，在半导体基底502上均匀涂覆一层光致抗蚀剂，并通过曝光、显影等处理步骤形成图案化的光刻胶503。如图5B所示，在该图案化的光刻胶503中，半导体基底502的与光电二极管105对应的表面被暴露出来。
接下来，以该图案化的光刻胶503作为掩膜，对半导体基底502进行刻蚀。如图5C所示，经过刻蚀，在半导体基底502中形成了沟槽501。如后面将描述的，在沟槽501中将形成光导管。因此，在一些实施例中，沟槽501的位置位于光电二极管105上方。
接下来，在沟槽501的侧壁沉积金属材料，例如铝、钨、铜、金、银、铂等中的至少一种或其合金，然后去除图案化的光刻胶503。如图5D所示，沉积在沟槽501的侧壁上的金属材料作为光导管的侧壁201，可以反射入射光。
接下来，在沟槽501中填充介电材料。如图5E所示，介电材料202和金属侧壁201共同构成了光导管。如上所述，在根据本公开的一些实施例中，介电材料202可以是透明材料(例如二氧化硅等)，所有波长的入射光都能够透射穿过介电材料202。在根据本公开的另一些实施例中，介电材料202可以过滤入射光，仅使入射光的一部分透射。例如，介电材料202可以仅使入射光的预定波长范围的分量透射。在一些实施例中，根据与介电材料202对应的彩色滤光器(例如位于光导管上方的彩色滤光器)，介电材料202可以使入射光中的红色分量、绿色分量、蓝色分量或者可见光分量之一透射。也就是说，介电材料202和彩色滤光器都可以对入射光进行过滤。
接下来，如图5F所示，在半导体基底上进一步形成彩色滤光片107和微透镜108。
上面详细描述了根据本公开的一些实施例的背照式图像传感器的制造流程。应当理解，本公开不限于上面描述的内容。在本公开的教导和启示下，还可以采用许多其它方式和结构来制造背照式图像传感器。
例如，在根据本公开的一些实施例中，由于介电材料202和彩色滤光器107都可以对入射光进行过滤，因此介电材料202与彩色滤光器107的材料可以相同。例如，在一个实施例中，红色滤光片及其下方的光导管的介电材料采用富士公司(Fuji Film)的SRY-A778光刻胶，绿色滤光片及其下方的光导管的介电材料采用富士公司(Fuji Film)的SGY-A779光刻胶，蓝色滤光片及其下方的光导管的介电材料采用富士公司(Fuji Film)的SBV-A780光刻胶。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：
光电二极管，用于感测入射光；以及
光导管，用于将入射光传输到所述光电二极管。
2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括：
彩色滤光片，用于对入射光进行过滤，从而得到入射光的预定颜色的分量。
3.根据权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光片位于所述光导管上方。
4.根据权利要求2或3所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述彩色滤光片包括红色滤光片、绿色滤光片和蓝色滤光片中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述光导管包括：
侧壁，用于反射入射光；以及
被所述侧壁包围的介电材料，用于使入射光的至少一部分透射。
6.根据权利要求5所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述介电材料对于入射光的预定波长范围的分量的透射率大于95％。
7.根据权利要求6所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述预定波长范围为760nm-620nm、580nm-490nm、450nm-430nm和390nm-760nm之一。
8.根据权利要求5所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述介电材料被构造成对入射光进行过滤，从而得到入射光的预定颜色的分量。
9.根据权利要求8所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述入射光的预定颜色的分量为红色分量、绿色分量或蓝色分量。
10.根据权利要求9所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括：
彩色滤光片，用于对入射光进行过滤，从而得到入射光的预定颜色的分量，
其中所述光导管具有对应的所述彩色滤光片，所述光导管中的介电材料与对应的彩色滤光片的材料相同。
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