CN112436026A - 减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器 - Google Patents
减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112436026A CN112436026A CN202011410304.7A CN202011410304A CN112436026A CN 112436026 A CN112436026 A CN 112436026A CN 202011410304 A CN202011410304 A CN 202011410304A CN 112436026 A CN112436026 A CN 112436026A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- image sensor
- illuminated image
- dark current
- layer
- wafer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 42
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 11
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical group O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 19
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 14
- 238000009281 ultraviolet germicidal irradiation Methods 0.000 claims description 7
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 6
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 6
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 10
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 abstract description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 13
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000003574 free electron Substances 0.000 description 3
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- -1 oxygen ions Chemical class 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1464—Back illuminated imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14698—Post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity-gettering, shor-circuit elimination, recrystallisation
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，属于半导体技术领域，可应用于图像传感器中。所述减少背照式图像传感器暗电流的方法包括如下步骤：第一步、以晶圆片为基底，在所述晶圆片的第一面生成绝缘层；第二步、在所述绝缘层上生长High‑k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层；第三步、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层。本发明提供的减少背照式图像传感器暗电流的方法能够增加High‑k材料的Qtot负电荷量，进一步降低背照式图像传感器的暗电流，从而提高背照式图像传感器的成像效果、改善背照式图像传感器的光电探测性能。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器。
背景技术
半导体制造领域的技术人员都知道，光电探测器的背表面往往会产生暗电流，造成白像素，从而影响背照式图像传感器的成像效果。为了减少暗电流的产生，在制造背照式图像传感器(BSI-CIS)时，现有技术在背面硅基底上形成绝缘层，然后在绝缘层上再生长High-k材料层，其中，High-k材料层作为硅表面钝化层以减少暗电流的产生。High-k材料可以对硅表面进行钝化的原因在于High-k材料本身存在负电荷，因此在硅和绝缘层的界面处会镜像出等量的正电荷，从而起到界面钝化作用，可以减少BSI-CIS背表面的暗电流。其中，Qtot（Total charge of high-k）是决定High-k材料钝化效果的一个重要参数，对于n型CIS来说，增加High-k材料的Qtot负电荷量，可以加强界面钝化效果、降低暗电流。
为了提高High-k材料的Qtot负电荷量，通常采用以下两种方法：一种是使用不同的High-k材料；另一种是调节High-k材料的平带电压VFB。但是，目前发现的带负电且兼容CIS制程的High-k材料并不多，主要只有Al2O3和HfO2两种；而通过调节工艺来调节VFB则难度较大、效果欠佳。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，能够增加High-k材料的Qtot负电荷量，进一步降低背照式图像传感器的暗电流，从而提高背照式图像传感器的成像效果、改善背照式图像传感器的光电探测性能。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，包括如下步骤：
第一步、以晶圆片为基底，在所述晶圆片的第一面生成绝缘层；所述绝缘层优选为二氧化硅层。在所述晶圆片的第一面生成绝缘层工艺步骤之前，根据工艺的需要可以对晶圆片进行减薄工艺。
第二步、在所述绝缘层上生长High-k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层；所述High-k材料层的材料优选为Al2O3或者HfO2材料。
第三步、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层。紫外线UV对所述钝化层的照射时间介于0-5分钟之间。将紫外线UV对所述钝化层的照射时间设置在5分钟内，即可实现电子通过隧穿穿透二氧化硅层，从而提高High-k材料层的Qtot负电荷量，达到降低暗电流的目的。
在紫外线UV照射后还可以根据需要来后续进行二氧化硅等绝缘层沉积或者防反射层沉积。
本发明通过紫外线UV照射晶圆片上High-k材料层来增加High-k材料层的Qtot负电荷量，从而阻止自由电子的活动，达到降低暗电流的目的。通过降低背照式图像传感器的暗电流，从而提高背照式图像传感器的成像效果、改善背照式图像传感器的光电探测性能。
另一方面，本发明还提供了一种背照式图像传感器，采用了上述工艺方法。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：High-k材料本身就存在负电荷，对硅表面有钝化效果，而本发明通过紫外线UV照射由High-k材料形成的钝化层，增加了High-k材料的Qtot负电荷量，阻止了自由电子的活动，进一步降低了背照式图像传感器的暗电流。暗电流减少导致白像素相应减少，从而提高了背照式图像传感器的成像效果，也改善了背照式图像传感器的光电探测性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施的一种减少背照式图像传感器暗电流的方法流程示意图；
图2示意的是钝化层在得到紫外线UV照射后，High-k材料（Al2O3）与SiO2和Si中的电荷分布趋向。
附图标记：1-硅基底；2-二氧化硅层；3-钝化层；4-硅基底经过减薄的一面。
具体实施方式
下面将对本发明具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的是采用本发明一种减少背照式图像传感器暗电流的方法来制备背照式图像传感器的一实施例，在该实施例中，所述的背照式图像传感器包括了晶圆片硅基底1，二氧化硅层2，在二氧化硅层2上由High-k材料生成的钝化层3。需要说明的是，为了更加具体地描述技术方案，本实施例中所描述的步骤并不严格和发明内容部分描述的步骤一一对应。
本发明提供一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，所述减少背照式图像传感器暗电流的方法包括如下步骤：
第一步①、准备一晶圆片，以所述晶圆片的硅为硅基底1，自所述晶圆片的一面对硅基底1进行减薄。
第二步②、在硅基底1经过减薄的一面4渗入氧离子生成二氧化硅层2；在其他实施方式里面也可以通过其他方式来生成二氧化硅层2。
第三步③、在所述二氧化硅层2上生长High-k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层3，所述High-k材料层的材料为Al2O3。本优选实施例中所述的High-k材料用的是Al2O3，本发明所披露的用于钝化层3的材料，包括但不局限于材料HfO2、Al2O3，还可以有其它合适的材料用作钝化层3。
第四步④、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层3。紫外线UV对所述钝化层3的照射时间优选在0-5分钟之间。经过紫外线UV照射后电荷分布趋向如图2所示，对钝化层3进行紫外线照射，电子进入Si和SiO2表面，电子通过隧穿穿透SiO2，在SiO2和High-k材料的界面聚集，提高了High-k材料的Qtot负电荷量。
在紫外线UV照射后还可以根据需要来后续进行二氧化硅等绝缘层沉积或者防反射层沉积。
通过本实施例阐述本发明的原理：本发明在硅基底1上生成二氧化硅层2作为绝缘层和电子隧穿层，然后在二氧化硅层2上生成High-k材料层作为钝化层3。通过对High-k材料层进行紫外线UV照射，更多的电子进入Si和SiO2表面，电子通过隧穿穿透二氧化硅层2，在SiO2和High-k材料的界面聚集，从而增加了High-k材料的Qtot负电荷量。相应地，由于High-k材料的Qtot负电荷量的增加，在Si和SiO2的界面处镜像出的等量正电荷也增加，阻止了自由电子的运动，从而提高了界面钝化效果，进一步减少了BSI-CIS的暗电流。暗电流减少，导致白像素减少，最终提高了BSI-CIS的成像效果，改善了BSI-CIS的光电探测性能。
以上对本发明所提供的一种减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的发明原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。
Claims (7)
1.一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、以晶圆片为基底，在所述晶圆片的第一面生成绝缘层；
第二步、在所述绝缘层上生长High-k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层；
第三步、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层。
2.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，在第一步中所述晶圆片的第一面生成绝缘层工艺步骤之前，对晶圆片进行减薄工艺。
3.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层。
4.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，所述High-k材料层的材料为Al2O3或者HfO2材料。
5.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，紫外线UV对所述钝化层的照射时间介于0-5分钟之间。
6.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，在紫外线UV照射后进行绝缘层沉积或者防反射层沉积。
7.一种背照式图像传感器，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011410304.7A CN112436026A (zh) | 2020-12-06 | 2020-12-06 | 减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011410304.7A CN112436026A (zh) | 2020-12-06 | 2020-12-06 | 减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112436026A true CN112436026A (zh) | 2021-03-02 |
Family
ID=74691885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011410304.7A Pending CN112436026A (zh) | 2020-12-06 | 2020-12-06 | 减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112436026A (zh) |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1734777A (zh) * | 2004-08-10 | 2006-02-15 | 索尼株式会社 | 固态成像装置及其制造方法以及照相机 |
| CN101409301A (zh) * | 2007-10-11 | 2009-04-15 | 索尼株式会社 | 固态成像装置及其制造方法和成像装置 |
| US20110101482A1 (en) * | 2009-11-05 | 2011-05-05 | Guy Meynants | Method of manufacture of a backside illuminated image sensor |
| CN103378114A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 减少图像传感器中的串扰的设备和方法 |
| US20130285130A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside illuminated image sensor with negatively charged layer |
| CN103700677A (zh) * | 2012-09-27 | 2014-04-02 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 图像装置及其形成方法 |
| US8736006B1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-05-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside structure for a BSI image sensor device |
| US20140299956A1 (en) * | 2013-04-04 | 2014-10-09 | Omnivision Technologies, Inc. | Layers for increasing performance in image sensors |
| CN106486507A (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-08 | 瑞萨电子株式会社 | 成像器件和制造成像器件的方法 |
| CN108666333A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-10-16 | 德淮半导体有限公司 | 减少背照式图像传感器暗电流的方法 |
| CN111656525A (zh) * | 2018-03-19 | 2020-09-11 | 索尼半导体解决方案公司 | 固态成像元件和固态成像装置 |
-
2020
- 2020-12-06 CN CN202011410304.7A patent/CN112436026A/zh active Pending
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1734777A (zh) * | 2004-08-10 | 2006-02-15 | 索尼株式会社 | 固态成像装置及其制造方法以及照相机 |
| CN101409301A (zh) * | 2007-10-11 | 2009-04-15 | 索尼株式会社 | 固态成像装置及其制造方法和成像装置 |
| US20110101482A1 (en) * | 2009-11-05 | 2011-05-05 | Guy Meynants | Method of manufacture of a backside illuminated image sensor |
| US20130285130A1 (en) * | 2012-04-25 | 2013-10-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside illuminated image sensor with negatively charged layer |
| CN103378114A (zh) * | 2012-04-27 | 2013-10-30 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 减少图像传感器中的串扰的设备和方法 |
| CN103700677A (zh) * | 2012-09-27 | 2014-04-02 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 图像装置及其形成方法 |
| US8736006B1 (en) * | 2013-03-14 | 2014-05-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside structure for a BSI image sensor device |
| US20140299956A1 (en) * | 2013-04-04 | 2014-10-09 | Omnivision Technologies, Inc. | Layers for increasing performance in image sensors |
| CN106486507A (zh) * | 2015-08-26 | 2017-03-08 | 瑞萨电子株式会社 | 成像器件和制造成像器件的方法 |
| CN111656525A (zh) * | 2018-03-19 | 2020-09-11 | 索尼半导体解决方案公司 | 固态成像元件和固态成像装置 |
| CN108666333A (zh) * | 2018-05-02 | 2018-10-16 | 德淮半导体有限公司 | 减少背照式图像传感器暗电流的方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9537030B2 (en) | Method of fabricating a solar cell with a tunnel dielectric layer | |
| CN1030498A (zh) | 用四氮化三硅涂层制造太阳电池的方法 | |
| US7838761B2 (en) | Method for manufacturing solar cell and solar cell manufactured by the method | |
| EP4383350A1 (en) | Solar cell, and manufacturing method therefor | |
| US20130048070A1 (en) | Tunnel photovoltaic | |
| EP0735597B1 (en) | Silicon solar cell and fabrication method thereof | |
| US20140166094A1 (en) | Solar cell emitter region fabrication using etch resistant film | |
| Jeco-Espaldon et al. | Electrical passivation of III-V multijunction solar cells with luminescent coupling effect | |
| CN112436026A (zh) | 减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器 | |
| US11374145B2 (en) | UV-curing of light-receiving surfaces of solar cells | |
| CN111733399A (zh) | 一种晶体硅太阳能电池镀膜方法及镀膜设备 | |
| FR2795868A1 (fr) | Transistor mosfet a effet canal court compense par le materiau de grille | |
| DE112015001440T5 (de) | Passivierung von lichtempfangenden Oberflächen von Solarzellen | |
| JP3207869B2 (ja) | 半導体装置の製造およびパッシベーション方法 | |
| US12125926B2 (en) | Semiconductor device and solar cell and production method for semiconductor device | |
| CN209183557U (zh) | 一种高效晶硅太阳能电池 | |
| Cheng et al. | Photovoltaic and interface characteristics of mono-crystalline silicon solar cells with molybdenum oxide hole-selective layers by ammonium hydroxide reconstructed nanostructure | |
| JP2005116783A (ja) | 太陽電池の製造方法およびその方法により製造した太陽電池 | |
| TW201445755A (zh) | 太陽能電池單元的製造方法 | |
| CN110112073A (zh) | 场效应晶体管制备方法及场效应晶体管 | |
| CN109841701B (zh) | 光电二极管及其制造工艺 | |
| JP3453315B2 (ja) | 非晶質シリコン太陽電池及びその製造方法 | |
| CN111933651B (zh) | 图像传感器的像素结构及其形成方法 | |
| JPH11274465A (ja) | 固体撮像装置、受光素子、並びに半導体の製造方法 | |
| CN112117292A (zh) | 降低图像传感器表面暗电流的方法及图像传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210302 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |