CN109346489A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及图像传感器及其制造方法。该用于制造图像传感器的方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；在所述衬底的第一表面上形成碳化硅层；在所述碳化硅层的远离所述衬底的一侧上形成半导体层；在所述半导体层中形成所述图像传感器的像素单元以及像素单元之间的隔离结构；以及在所述像素单元以及隔离结构之上形成金属互连层，其中在形成所述金属互连层时，所述碳化硅层吸附进入到所述半导体层中的金属。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本公开涉及图像传感器及其制造方法。
背景技术
图像传感器可用于感测辐射(例如，光辐射，包括但不限于可见光、红外线、紫外线等)。
图像传感器按照其接收辐射的方式可以分为背照式图像传感器和前照式图像传感器。背照式图像传感器能够从其背面接收辐射，布线等可能影响辐射接收的部件基本位于衬底的正面，而光线从衬底的背面入射进入。前照式图像传感器从其正面接收辐射。
背照式图像传感器和前照式图像传感器都对金属污染格外敏感，因为金属污染会导致前照式图像传感器和前照式图像传感器的暗电流增大，从而导致白像素。
因此，需要提出一种新的技术来解决上述技术中的一个或多个问题。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种新颖的技术，更好地降低图像传感器中的金属污染，从而改善图像传感器的暗电流以及白像素问题的技术。
本公开的实施例的另一个目的是提供一种新颖的图像传感器及其制造方法。
根据本公开的第一方面，提供了一种用于制造图像传感器的方法，包括：提供衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；在所述衬底的第一表面上形成碳化硅层；在所述碳化硅层的远离所述衬底的一侧上形成半导体层；在所述半导体层中形成所述图像传感器的像素单元以及像素单元之间的隔离结构；以及在所述像素单元以及隔离结构之上形成金属互连层，其中在形成所述金属互连层时，所述碳化硅层吸附进入到所述半导体层中的金属。
根据本公开的第二方面，提供了一种背照式图像传感器，该背照式传感器是根据上述方法制造的。
根据本公开的第三方面，提供了一种前照式图像传感器，该前照式传感器是根据上述方法制造的。
根据本公开的实施例的一个优点在于，在形成图像传感器的过程中，衬底上的碳化硅层吸附进入用于形成图像传感器的像素单元的半导体层中的金属，降低了半导体层中的金属污染，从而降低图像传感器的暗电流，继而改善白像素问题。
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是示出根据本公开的至少一个实施例的制造图像传感器的方法的流程图；
图2A至图2E示意性地示出了根据本公开的至少一个实施例的图1的方法的部分步骤的图像传感器的部分截面图；
图3是示出根据本公开的至少一个实施例的方法制造的背照式图像传感器的示图；以及
图4是示出根据本公开的至少一个实施例的方法制造的前照式图像传感器的示图。
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。
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。
图1是示出根据本公开的至少一个实施例的制造图像传感器的方法100的流程图。图2A至图2E示意性地示出了图1所示的方法100的部分步骤的图像传感器的部分截面图。
下面将结合图1和图2A至2E进行说明。在以下例子中，示出了多个像素(具体而言，4个像素)，然而，本领域技术人员可以理解，可以根据需要设置像素的数目，本公开的实施例对此没有限制。
在步骤S101，如图2A所示，提供衬底101。如图2A所示，衬底101具有第一表面1011和与第一表面1011相对的第二表面1013。
衬底101可以由一元半导体材料(诸如，硅或锗等)或化合物半导体(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合构成。对于衬底101没有特别的限制，只要其适于在其上形成碳化硅层即可。
在步骤S102，如图2B所示，在衬底101的第一表面1011上形成碳化硅层103。
在本公开的一个示例中，可以通过分子束外延(MEB)、低压化学气相沉积(LPCVD)、高频化学气相沉积(HFCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)、高温化学气相沉积(HTCVD)等或其他合适的技术来形成碳化硅层103。
在本公开的一个示例中，所形成的碳化硅层103的厚度为2至10微米。然而，本领域技术人员可以理解，可以根据需要设置要形成的碳化硅层的厚度。本公开的实施例对此不进行限制。
在步骤S103，如图2C所示，在碳化硅层103的远离衬底101的一侧上形成半导体层105。
半导体层105可以由一元半导体材料(诸如，硅或锗等)或除了碳化硅的化合物半导体(诸硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合构成。对于半导体层的材料没有特别的限制，只要其适于在碳化硅层上形成并且可以用于在其中形成光电感测器件(例如，光电二极管)即可。
在本公开的一个示例中，所形成的半导体层105的厚度为2至10微米。然而，本领域技术人员可以理解，可以根据需要设置要形成的半导体层的厚度。本公开的实施例对此不进行限制。
在本公开的一个示例中，半导体层可以是硅层，并且可以通过使用SiH4、B2H6和H2作为反应气体，利用低压化学气相沉积(LPCVD)方法来在碳化硅层上形成该硅层。然而，本领域技术人员可以理解，可以根据需要来选择要在碳化硅层上形成的半导体层的类型以及选择适当的技术来形成半导体层。本公开的实施例对此不进行限制。
在步骤S104，在半导体层105中形成图像传感器的像素单元以及像素单元之间的隔离结构。图2D示意性地示出了像素单元以及像素单元之间的隔离结构。本领域技术人员可以理解，像素单元和隔离结构可以包括常规的结构，并且可以使用任何常规技术来形成像素单元以及像素单元之间的隔离结构。本公开的实施例对此不进行限制。
在步骤S105，如图2E所示，在像素单元以及隔离结构之上形成金属互连层107，其中在形成金属互连层时，碳化硅层吸附进入到半导体层中的金属。
在一个示例中，金属互连层包括多个金属互连层，并且多个金属互连层的相邻金属互连层之间设置有电介质层。
图2E仅示意性地示出了位于单个电介质层中的多个金属层(例如，金属堆叠)。然而，本领域技术人员可以理解，可以根据需要设置多个金属互连层以及相邻的金属互连层之间的电介质层。本公开的实施例对此不进行限制。
根据本公开的实施例，由于碳化硅吸附进入半导体层中的金属，使得用于形成图像传感器的像素单元的半导体层中的金属污染降低，从而减小图像传感器的暗电流，继而改善白像素问题。
在本公开的至少一个实施例中，要形成的图像传感器为背照式图像传感器，该方法100还包括：将承载衬底附接到金属互连层107；以及从衬底101的第二表面1013去除衬底101以及碳化硅层103。
在本公开的一个示例中，从衬底101的第二表面1013去除衬底101以及碳化硅层103可以通过激光剥离、化学剥离、物理研磨等或者其他适合的方法。本公开的实施例对此不进行限制。
在本公开的至少一个实施例中，方法100还包括在半导体层105的远离金属互连层107的一侧上形成微透镜以及微透镜和半导体层之间的滤光器。在一些实施例中，在形成微透镜和滤光器之后，承载衬底可以被去除。
在本公开的至少另一个示例中，图像传感器为前照式图像传感器，方法100还包括：在金属互连层107的远离半导体层105的一侧上形成微透镜以及微透镜和金属互连层之间的滤光器。
图3是示出根据本公开的至少一个实施例的图1的方法制造的背照式图像传感器300的示图。
如图3所示，背照式图像传感器300包括：半导体层105；形成在半导体层105中的像素单元和像素单元之间的隔离结构；以及在像素单元和隔离结构之上的金属互连层107。
在本公开的实施例中，在制造背照式图像传感器300的过程中，由于碳化硅吸附进入形成像素单元的半导体层中的金属，使得半导体层中的金属污染降低，从而减小了图像传感器的暗电流，继而改善白像素问题。
如图3所示，背照式图像传感器300还包括半导体层105的与金属互连层107相对的一侧上的微透镜以及在微透镜和半导体层105之间的滤光器。
图4是示出根据本公开的至少一个实施例的图1的方法制造的前照式图像传感器400的示图。
如图4所示，前照式图像传感器400包括：衬底101，衬底具有第一表面1011和与第一表面相对的第二表面1013；在衬底101的第一表面上1011的碳化硅层103；在碳化硅层103的远离衬底101的一侧上的半导体层105；形成在半导体层105中的像素单元以及像素单元之间的隔离结构；以及在所述像素单元以及隔离结构之上的金属互连层107。
如图4所示，前照式图像传感器400还包括在金属互连层107的远离半导体层105的一侧上的微透镜以及在微透镜和金属互连层107之间的滤光器。
在本公开的实施例中，在制造前照式图像传感器400的过程中，由于碳化硅吸附进入形成像素单元的半导体层中的金属，使得半导体层中的金属污染降低，从而减小了图像传感器的暗电流，继而改善白像素问题。
在一个示例中，碳化硅层的厚度为2至10微米。然而，本领域技术人员可以理解，可以根据需要设置碳化硅层的厚度。本公开的实施例对此不进行限制。
在一个示例中，半导体层的厚度为2至10微米。然而，本领域技术人员可以理解，可以根据需要设置半导体层的厚度。本公开的实施例对此不进行限制。
本公开还构思了以下项目。
项目11、一种前照式图像传感器，其特征在于，包括：
衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
在所述衬底的第一表面上的碳化硅层；
在所述碳化硅层的远离所述衬底的一侧上的半导体层；
形成在半导体层中的像素单元以及像素单元之间的隔离结构；以及
在所述像素单元以及隔离结构之上的金属互连层，其中在形成所述金属互连层时，所述碳化硅层吸附进入到所述半导体层中的金属。
项目12、根据项目11所述的前照式图像传感器，其特征在于，还包括在所述金属互连层的远离所述半导体层的一侧上的微透镜以及在微透镜和所述金属互连层之间的滤光器。
项目13、根据项目11所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述碳化硅层的厚度为2至10微米。
项目14、根据项目11所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述半导体层的厚度为2至10微米。
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)

1.一种用于制造图像传感器的方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
在所述衬底的第一表面上形成碳化硅层；
在所述碳化硅层的远离所述衬底的一侧上形成半导体层；
在所述半导体层中形成所述图像传感器的像素单元以及像素单元之间的隔离结构；以及
在所述像素单元以及隔离结构之上形成金属互连层，其中在形成所述金属互连层时，所述碳化硅层吸附进入到所述半导体层中的金属。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像传感器为背照式图像传感器，所述方法还包括：
将承载衬底附接到所述金属互连层；以及
从所述衬底的第二表面去除所述衬底以及所述碳化硅层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括在所述半导体层的远离所述金属互连层的一侧上形成微透镜以及所述微透镜和所述半导体层之间的滤光器。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括，在形成所述微透镜和所述滤光器之后，去除所述承载衬底。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像传感器为前照式图像传感器，所述方法还包括在所述金属互连层的远离所述半导体层的一侧上形成微透镜以及所述微透镜和所述金属互连层之间的滤光器。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述金属互连层包括多个金属互连层，并且所述多个金属互连层的相邻金属互连层之间设置有电介质层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碳化硅层的厚度为2至10微米。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体层的厚度为2至10微米。
9.一种背照式图像传感器，其特征在于，所述背照式传感器是根据权利要求1-4以及6-8中任一项所述的方法制造的。
10.一种前照式图像传感器，其特征在于，所述前照式传感器是根据权利要求1以及5-8中任一项所述的方法制造的。
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