CN113161377A - 一种图像传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种图像传感器及其制作方法，该图像传感器包括硅基底，所述硅基底包括多个在第一方向上并排排列的感光区，所述感光区沿第二方向延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向相互交叉；金属互联层，所述金属互联层位于所述硅基底的一侧，所述金属互联层邻近硅基底的表面分别与所述第一方向和所述第二方向平行；反射层，所述反射层位于所述金属互联层远离所述硅基底的一侧，所述反射层用于将通过所述硅基底的光反射至感光区；载片，所述载片位于所述反射层远离所述金属互联层的一侧。本发明实施例提供的图像传感器及其制作方法可以增加感光区的吸收效率，提高图像传感器的灵敏度。

Description

一种图像传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种图像传感器及其制作方法。
背景技术
随着汽车、安防、医疗和物联网等市场的规模增长和重要性突出，CMOS图像传感器应用前景也更加光明，目前CMOS图像传感器市场规模基本达到139亿美元，预计接下来的五年的复合年增长率为9.4％。
近年以来，CMOS图像传感器从前照式发展到了背照式，背照式图像传感器的优势在于电路位于感光像素下方，从而增加感光区的感光面积及提升弱光环境下灵敏度。
但是，背照式技术也带来了新的问题，由于硅衬底在背照式制程中需要经过背面减薄，硅衬底的厚度减少到几微米，从而影响了感光区对光的吸收及转化效率，影响图像传感器的灵敏度。
发明内容
本发明实施例提供的图像传感器及其制作方法可以增加感光区的吸收效率，提高图像传感器的灵敏度。
第一方面，本发明实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器包括：
硅基底，所述硅基底包括多个在第一方向上并排排列的感光区，所述感光区沿第二方向延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向相互交叉；
金属互联层，所述金属互联层位于所述硅基底的一侧，所述金属互联层邻近硅基底的表面分别与所述第一方向和所述第二方向平行；
反射层，所述反射层位于所述金属互联层远离所述硅基底的一侧，所述反射层用于将通过所述硅基底的光反射至感光区；
载片，所述载片位于所述反射层远离所述金属互联层的一侧。
可选的，所述金属互联层包括介质层和设置在介质层中的多个金属互联结构；
所述金属互联结构与所述硅基底连接，且每一所述感光区对应一个所述金属互联结构。
可选的，所述感光区为掺杂区；
所述感光区的材料包括硅掺磷、硅掺砷或者硅掺硼。
可选的，本发明实施例提供的图像传感器还包括滤光片和微透镜；
所述滤光片位于所述硅基底远离所述金属互联层的一侧；
所述微透镜位于所述滤光片远离所述硅基底的一侧。
可选的，所述硅基底还包括隔离区；
所述隔离区位于所述硅基底靠近所述金属互联层的一侧；
所述感光区位于相邻两个所述隔离区之间。
可选的，所述硅基底在所述载片上的垂直投影与所述反射层在所述载片上的垂直投影重叠。
可选的，所述硅基底的厚度范围为2～3μm。
第二方面，本发明实施例还提供了一种图像传感器的制作方法，该制作方法包括：
提供一硅衬底，所述硅衬底包括多个在第一方向上并排排列的感光区，所述感光区沿第二方向延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向相互交叉；
在所述硅衬底的一侧制作金属互联层，使所述金属互联层邻近硅衬底的表面分别与所述第一方向和所述第二方向平行；
提供一载片；
在所述载片一侧制作反射层，使所述反射层将通过所述硅基底的光反射至感光区；
将反射层与金属互联层连接，使所述反射层位于所述金属互联层远离所述硅衬底的一侧；
对所述硅衬底远离所述金属互联层的一侧进行减薄形成硅基底。
可选的，通过键合的方式使反射层与金属互联层连接，使所述反射层位于所述金属互联层远离所述硅衬底的一侧。
可选的，所述硅衬底的厚度范围为720～770μm；
所述硅基底的厚度范围为2～3μm。
本发明实施例提供的图像传感器，光经过感光区和金属互联层达到反射层，反射层具有较高的反射系数，能够将通过感光区的光再次反射至感光区，反射层也可以将经过相邻两个感光区之间的衬底的光反射至感光区。本发明实施例提供的图像传感器可以增加感光区的吸收效率，提高图像传感器的灵敏度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种图像传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种图像传感器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种图像传感器的制作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种图像传感器的结构示意图，参考图1，该图像传感器包括：硅基底110，硅基底110包括多个在第一方向x上并排排列的感光区10，感光区10沿第二方向y延伸，其中，第一方向x和第二方向y相互交叉；金属互联层120，金属互联层120位于硅基底110的一侧，金属互联层120邻近硅基底110的表面分别与第一方向x和第二方向y平行；反射层130，反射层130位于金属互联层120远离硅基底110的一侧，反射层130用于将通过硅基底110的光再次反射至感光区10；载片140，载片140位于反射层130远离金属互联层120的一侧。
具体的，本发明实施例提供的图像传感器为背光式CMOS图像传感器，光从硅基底110远离金属互联层120的一侧入射。硅基底110还包括衬底20，部分衬底20位于感光区10之间，衬底20的材料为硅，硅的晶向为<100>。第一方向x可以与第二方向y垂直。载片140的材料可以为硅晶体，硅晶体的晶向也可以为<100>，载片140用于承载金属互联层120和硅基底110。反射层130的材料具有较高的反射系数，反射层130用于将通过硅基底110的光反射至感光区10，通过硅基底110的光包括通过感光区10的光和通过感光区10之间的光。示例性的，反射层130的材料可以是铝、银、铜或者铁等材料。
本发明实施例提供的图像传感器，光经过感光区和金属互联层达到反射层，反射层具有较高的反射系数，能够将通过感光区的光再次反射至感光区，反射层也可以将经过相邻两个感光区之间的衬底的光反射至感光区。本发明实施例提供的图像传感器可以增加感光区的吸收效率，提高图像传感器的灵敏度。
可选的，图2为本发明实施例提供的另一种图像传感器的结构示意图，参考图2，金属互联层120包括介质层121和设置在介质层121中的多个金属互联结构122；金属互联结构122与硅基底110连接，且每一感光区10对应一个金属互联结构122。
具体的，金属互联结构122包括第一金属层21、第二金属层22、第三金属层23和多个栓塞24，第一金属层21与第二金属层22通过一个栓塞24连接，第二金属层22和第三金属层23通过一个栓塞24连接。每一感光区10对应一个金属互联结构122，感光区10可以将吸收的光通过对应的金属互联结构122转化为电信号传输至图像传感器的其他结构中。
可选的，感光区为掺杂区；感光区的材料包括硅掺磷、硅掺砷或者硅掺硼。
具体的，通过在衬底的特定区域掺杂磷、砷或者硼等材料形成感光区，感光区的材料为硅掺磷、硅掺砷或者硅掺硼，可以提高感光区的吸收效率，进一步提高图像传感器的灵敏度。
可选的，继续参考图2，本发明实施例提供的图像传感器还包括滤光片150和微透镜160；滤光片150位于硅基底110远离金属互联层120的一侧；微透镜160位于滤光片150远离硅基底110的一侧。
具体的，滤光片150可以为彩色滤光片，示例性的，一部分滤光片150允许红光透过滤光片50到达感光区10，一部分滤光片150允许绿光透过滤光片150到达感光区10。微透镜160位于滤光片150远离硅基底110的一侧，微透镜160用于保护滤光片150，微透镜160为凸透镜，用于将入射的光汇聚，从而使更多的光入射到感光区10。
可选的，继续参考图2，硅基底110还包括隔离区30；隔离区30位于硅基底110靠近金属互联层120的一侧；感光区10位于相邻两个隔离区30之间。
具体的，隔离区30位于相邻两个感光区10之间，隔离区30用于防止感光区10之间的光发生串扰，进一步提高图像传感器的灵敏度。
可选的，硅基底在载片上的垂直投影与反射层在载片上的垂直投影重叠。
具体的，硅基底在载片上的垂直投影与反射层在载片上的垂直投影重叠，由于硅衬底包括感光区，从而说明所有感光区在载片上的垂直投影面积都不大于反射层在载片上垂直投影的面积，这样可以使一部分不经过感光区的光被反射到感光区中，也能使经过感光区的光被反射到感光区中，进一步提高感光区的吸收效率，从而提高图像传感器的灵敏度。
可选的，硅基底的厚度范围为2～3μm。
具体的，硅基底的厚度在2～3μm可以满足背光式图像传感器的要求。
图3为本发明实施例提供的一种图像传感器的制作方法的流程示意图，参考图3，该制作方法包括：
310、提供一硅衬底，硅衬底包括多个在第一方向上并排排列的感光区，感光区沿第二方向延伸，其中，第一方向和第二方向相互交叉。
具体的，硅基底包括衬底、感光区和隔离区，其中，隔离区的形成是在衬底的一侧通过光刻、刻蚀工艺及化学气相沉积形成隔离区，化学气相沉积可分别为炉管和化学气相沉积，用以生长例如垫氧和氮化硅掩膜，经过光刻、刻蚀形成隔离区的沟槽，再经过炉管和化学气相沉积填满沟槽，最后经过化学机械研磨磨平表面，形成隔离区。隔离区形成之后，感光区的形成是在硅衬底的特定区域注入掺杂，其中，掺杂的材料可以是磷、砷或者硼等。
320、在硅衬底的一侧制作金属互联层，使金属互联层邻近硅衬底的表面分别与第一方向和第二方向平行。
具体的，金属互联层包括多个金属互联结构和介质层，金属互联结构包括第一金属层、第二金属层、第三金属层和多个栓塞，第一金属层与第二金属层通过一个栓塞连接，第二金属层和第三金属层通过一个栓塞连接。每一感光区对应一个金属互联结构，感光区可以将吸收的光通过对应的金属互联结构转化为电信号传输至图像传感器的其他结构中。
330、提供一载片。
具体的，载片的材料可以为硅晶体，硅晶体的晶向可以为<100>。
340、在载片一侧制作反射层，使反射层将通过硅基底的光反射至感光区。
具体的，在载片的一侧制作反射层，能够简化反射层的制作工艺，进而提高图像传感器的制作效率。
350、将反射层与金属互联层连接，使反射层位于金属互联层远离硅衬底的一侧。
具体的，将反射层与金属互联层连接，使反射层位于金属互联区远离硅衬底的一侧，反射层可以将通过金属互联层的光反射至硅衬底中的感光区，使感光区吸收更多的光。
360、对硅衬底远离金属互联层的一侧进行减薄形成硅基底。
具体的，将硅衬底进行减薄可以使更多的光穿过部分硅衬底到达感光区，提高感光区的吸收效率。
可选的，通过键合的方式使反射层与金属互联层连接，使反射层位于金属互联层远离硅衬底的一侧。
具体的，相比于其他工艺，键合的方式的温度较低，相容性较好，键合强度及稳定性高。
可选的，硅衬底的厚度范围为720～770μm；硅基底的厚度范围为2～3μm。
具体的，将硅衬底从厚度范围为720～770μm减薄形成硅基底，且使硅基底的厚度范围为2～3μm，从而使硅基底满足背光式图像传感器的要求。
注意，上述仅为本发明实施例的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明实施例不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明实施例的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明实施例进行了较为详细的说明，但是本发明实施例不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明实施例构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明实施例的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
硅基底，所述硅基底包括多个在第一方向上并排排列的感光区，所述感光区沿第二方向延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向相互交叉；
金属互联层，所述金属互联层位于所述硅基底的一侧，所述金属互联层邻近硅基底的表面分别与所述第一方向和所述第二方向平行；
反射层，所述反射层位于所述金属互联层远离所述硅基底的一侧，所述反射层用于将通过所述硅基底的光反射至感光区；
载片，所述载片位于所述反射层远离所述金属互联层的一侧。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述金属互联层包括介质层和设置在介质层中的多个金属互联结构；
所述金属互联结构与所述硅基底连接，且每一所述感光区对应一个所述金属互联结构。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述感光区为掺杂区；
所述感光区的材料包括硅掺磷、硅掺砷或者硅掺硼。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括滤光片和微透镜；
所述滤光片位于所述硅基底远离所述金属互联层的一侧；
所述微透镜位于所述滤光片远离所述硅基底的一侧。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述硅基底还包括隔离区；
所述隔离区位于所述硅基底靠近所述金属互联层的一侧；
所述感光区位于相邻两个所述隔离区之间。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述硅基底在所述载片上的垂直投影与所述反射层在所述载片上的垂直投影重叠。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述硅基底的厚度范围为2～3μm。
8.一种图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供一硅衬底，所述硅衬底包括多个在第一方向上并排排列的感光区，所述感光区沿第二方向延伸，其中，所述第一方向和所述第二方向相互交叉；
在所述硅衬底的一侧制作金属互联层，使所述金属互联层邻近硅衬底的表面分别与所述第一方向和所述第二方向平行；
提供一载片；
在所述载片一侧制作反射层，使所述反射层将通过所述硅基底的光反射至感光区；
将反射层与金属互联层连接，使所述反射层位于所述金属互联层远离所述硅衬底的一侧；
对所述硅衬底远离所述金属互联层的一侧进行减薄形成硅基底。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，通过键合的方式使反射层与金属互联层连接，使所述反射层位于所述金属互联层远离所述硅衬底的一侧。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述硅衬底的厚度范围为720～770μm；
所述硅基底的厚度范围为2～3μm。
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