CN114300496A - 图像传感器及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种图像传感器及其制备工艺。所述图像传感器包括衬底、热敏区、钉扎区和光敏区。设置于所述衬底正面的钉扎区和光敏区相接触以产生由所述第一输出部指向所述第二输出部方向的内建电场，设置在所述衬底正面的热敏区的第一输出部和第二输出部分别与所述钉扎区的两个端部电接触，当所述热敏区响应第一波长范围光的入射而产生热电势，从而加强了钉扎区内建电场，为所述光敏区内的光生电子施加更大的传输力，以提高位于所述光敏区内的光生电子的传输速率，防止图像传感器出现信号延迟或者拖尾，提高图像传感器的性能。

Description

图像传感器及其制备工艺

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及图像传感器及其制备工艺。

背景技术

现有技术的多数光电类图像传感器是利用像素单元在入射光作用下在传输管的一端产生光生电荷，并利用传输管另一端施加高电压，将电荷引出到外部进行放大和处理。当像素单元较大时，其远离传输管一端会会受到距离问题导致传输延迟，这会引起图像的延迟和拖尾。

因此，有必要开发一种新型的图像传感器及其制备工艺以解决现有技术存在的上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器，以有利于提高光生电子的传输能力，防止图像传感器出现信号延迟或者拖尾，提高图像传感器的性能。

为实现上述目的，本发明的所述图像传感器包括；

衬底；

热敏区，设置于所述衬底正面，以响应第一波长范围光的入射而产生热电势，所述热敏区包括第一输出部和第二输出部；

钉扎区，设置于所述衬底正面，所述钉扎区的两个端部电接触所述第一输出部和所述第二输出部；

光敏区，设置于所述衬底内，以响应第二波长范围光的入射而产生光生电子，所述光敏区与所述钉扎区相接触，以产生由所述第一输出部指向所述第二输出部方向的内建电场，所述钉扎区位于所述热敏区和所述光敏区之间。

本发明的所述图像传感器有益效果在于：设置于所述衬底正面的钉扎区和光敏区相接触以产生由所述第一输出部指向所述第二输出部方向的内建电场，设置在所述衬底正面的热敏区的第一输出部和第二输出部分别与所述钉扎区的两个端部电接触，当所述热敏区响应第一波长范围光的入射而产生热电势，从而加强了内建电场，为所述光敏区内的光生电子施加更大的传输力，以提高位于所述光敏区内的光生电子的传输速率，防止图像传感器出现信号延迟或者拖尾，提高图像传感器的性能。

优选的，所述钉扎区由掺杂有受主杂质的半导体材料组成，所述钉扎区的掺杂浓度沿所述第一输出部指向所述第二输出部的方向减小。其有益效果在于：产生所述钉扎区内建电场。

优选的，还包括设置于所述衬底顶部的传输区，所述传输区电接触所述钉扎区，所述第一输出部远离所述传输区，所述第二输出部靠近所述传输区。其有益效果在于：吸引更多的光生电子靠近所述传输区迁移。

优选的，所述光敏区由掺杂有施主杂质的半导体材料组成，所述光敏区沿所述衬底底部指向所述衬底顶部方向的高度自所述第一输出部指向所述第二输出部的方向减小，所述光敏区的掺杂浓度沿所述第一输出部指向所述第二输出部的方向增加，并沿所述衬底底部指向所述衬底顶部的方向增加。其有益效果在于：吸引更多的光生电子靠近所述传输区迁移。

优选的，所述热敏区包括与所述光敏区对应设置的热电偶结构，所述热电偶结构的两端分别电接触所述第一输出部和所述第二输出部。其有益效果在于：提高集成度。

进一步优选的，所述图像传感器还包括互连介质区，所述互连介质区覆盖所述钉扎区的至少部分顶面，所述互连介质区内设置有空腔结构，所述热电偶结构跨所述空腔结构设置于所述互连介质区，所述第一输出部和所述第二输出部贯穿所述互连介质区的至少一部分。其有益效果在于：加强对所述热电偶结构的支撑作用。

进一步优选的，所述空腔结构的至少部分内侧壁的折射率不大于所述互连介质区的折射率。其有益效果在于：保证从各个角度入射到所述空腔结构内侧壁的光能够在所述空腔结构内发生全反射，从而增强所述热电偶结构的吸收作用。

进一步优选的，所述空腔结构的至少部分内侧壁的组成材料与所述互连介质区的组成材料不同，使所述空腔结构的至少部分内侧壁的折射率不大于所述互连介质区的折射率。

优选的，所述热电偶结构包括若干第一热电偶单元、若干第二热电偶单元和若干热电偶连接结构，所述若干第一热电偶单元与所述若干第二热电偶单元的组成材料不同且交替排布，并通过所述热电偶连接结构串联连接，所述若干热电偶连接结构包括若干第一热电偶连接结构和若干第二热电偶连接结构，所述若干第一热电偶连接结构与所述空腔结构对应设置，所述第一输出部和所述第二输出部分别连接所述第一热电偶连接结构和所述第二热电偶连接结构。其有益效果在于：提高集成度。

进一步优选的，所述图像传感器还包括设置于所述互连介质区内的电阻测试结构，所述若干第一热电偶单元和所述若干第二热电偶单元设置于所述互连介质区内，并围绕所述电阻测试结构，所述若干热电偶连接结构的顶部露出所述互连介质区顶面。

本发明还提供了所述图像传感器的制备工艺，包括以下步骤：

S1：提供衬底，在所述衬底上形成包括光敏区和钉扎区的像素结构，使所述光敏区设置于所述衬底内，所述钉扎区具有内建电场并设置于所述衬底正面，以及使所述光敏区和所述钉扎区相接触；

S2：在所述衬底正面设置包括第一输出部和第二输出部的热敏区，使所述第一输出部和所述第二输出部分别电接触所述钉扎区的两个端部。

优选的，所述步骤S1中，在所述衬底上形成包括光敏区和钉扎区的像素结构的步骤包括：在所述衬底上形成传输区，并使所述传输区电接触所述钉扎区。其有益效果在于：通过控制所述传输区促使所述光敏区内的光生电子进行迁移。

优选的，所述步骤S2中，在所述衬底正面设置包括第一输出部和第二输出部的热敏区的步骤包括：

S21：在所述衬底顶面形成覆盖所述钉扎区的至少部分顶面的初始互连介质层，以及形成贯穿所述初始互连介质层并分别与所述钉扎区的两个端部相接触的两个底部金属互连结构；

S22：去除部分所述初始互连介质层形成位于所述两个底部金属互连结构之间的凹槽结构，向所述凹槽结构填充牺牲材料形成牺牲结构；

S23：在经所述步骤S22得到的互连介质层顶面形成跨所述牺牲结构设置的所述热电偶结构，使所述热电偶结构的两端分别与所述底部两个金属互连结构相接。

优选的，所述步骤S23中，在经所述步骤S22得到的互连介质层顶面形成热电偶结构的步骤包括：

S231：在经所述步骤S22得到的互连介质层顶部沉积第一材料以形成初始第一材料层，去除部分所述初始第一材料层以形成若干第一热电偶单元，使每个所述第一热电偶单元的一端与经所述步骤S22得到的互连介质层相接，另一端与所述凹槽结构对应设置；

S232：在经所述步骤S231得到的互连介质层顶部沉积与所述第一材料不同的第二材料以形成初始第二材料层，去除部分所述初始第二材料层以形成若干第二热电偶单元，使每个所述第二热电偶单元位于相邻所述第一热电偶单元之间；

S233：形成串联连接所述若干第一热电偶单元和所述若干第二热电偶单元的若干第一热电偶连接结构以及若干第二热电偶连接结构，使所述若干第一热电偶连接结构与所述凹槽结构对应设置，以及使所述两个底部金属互连结构中的一个所述底部金属互连结构连接所述若干第一热电偶连接结构中的任意一个，另一个所述底部金属互连结构连接所述若干第二热电偶连接结构中的任意一个。

进一步优选的，向所述凹槽结构填充牺牲材料形成牺牲结构的步骤执行完毕后，再形成覆盖所述牺牲结构顶面的中部互连介质层，以及贯穿所述中部互连介质层并分别与所述两个底部金属互连结构相接触的两个顶部金属互连结构，然后执行所述步骤S231，所述步骤S231还包括：去除部分所述初始第一材料层以形成若干第一热电偶单元的同时还形成所述电阻测试结构，并使所述若干第一热电偶单元围绕所述电阻测试结构。

进一步优选的，所述步骤S232执行完毕后，形成顶部互连介质层以包埋所述若干第一热电偶单元、所述若干第二热电偶单元和所述电阻测试结构，并使所述若干热电偶连接结构的顶部露出，开设贯穿所述顶部互连介质层和所述中部互连介质层的释放通道使所述牺牲结构的部分顶面露出。

附图说明

图1为本发明实施例的第一种图像传感器的结构示意图；

图2为本发明实施例的第二种图像传感器的结构示意图；

图3为本发明实施例的第三种图像传感器的结构示意图；

图4为本发明实施例的一种热电偶结构的俯视图；

图5为本发明一些实施例在衬底上形成传输区后所得结构的示意图；

图6为在图5所示结构基础上进行若干次离子注入工艺后所得结构的示意图；

图7为在图6所示结构基础上形成初始互连介质层后所得结构的示意图；

图8为在图7所示结构基础上去除部分初始互连介质层后所得结构的示意图；

图9为在图8所示结构基础上再去除部分初始互连介质层后所得到结构的示意图；

图10为在图9所示结构基础上沉积牺牲材料后所得到结构的示意图；

图11为在图10所示结构基础上形成一部分热电偶结构后所得结构的示意图；

图12为在图11所示结构基础上形成另一部分热电偶结构后所得结构的示意图；

图13为在图12所示结构基础上采用Al-PAD工艺形成外接互连结构后所得结构的示意图；

图14是本发明实施例的第四种图像传感器的结构示意图；

图15是本发明实施例的另一种热电偶结构的俯视图；

图16是在图10所示结构基础上形成中部互连介质层和两个顶部金属互连结构后所得结构的示意图；

图17是在图16所示结构基础上形成热电偶结构后所得结构的示意图；

图18是在图17所示结构基础上形成顶部互连介质层后所得结构的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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作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。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。

本发明实施例提供了一种图像传感器，以有利于提高光生电子的传输能力，防止图像传感器出现信号延迟或者拖尾，提高图像传感器的性能。

图1为本发明实施例的第一种图像传感器的结构示意图。

参照图1，图1所示的第一种图像传感器包括衬底11、钉扎区12、设置于所述衬底11内的光敏区13和设置于所述衬底11正面的热敏区(图中未标示)。所述热敏区(图中未标示)包括第一输出部141和第二输出部142。所述第一输出部141和所述第二输出部142电接触所述钉扎区12的两个端部。

一些实施例中，参照图1，所述热敏区(图中未标示)还包括朝向所述光敏区13的热电偶结构143，所述热电偶结构143的两端分别电接触所述第一输出部141和所述第二输出部142。

一些实施例中，所述热电偶结构143和所述光敏区13共享投影面积。具体的，所述热电偶结构143和所述光敏区13朝向所述衬底的同一区域投影所形成的两个投影面具有重叠区域。

一些实施例中，所述热电偶结构143和所述钉扎区12之间围成空腔结构17，以提高集成度。另外，所述空腔结构17作为谐振腔能够加强所述第一输出部141和所述第二输出部142之间的热电动势输出。

一些实施例中，所述衬底11为半导体衬底。一些具体的实施例中，所述半导体衬底的组成材料为硅、锗、硅锗化合物以及硅碳化合物中的至少一种。

一些实施例中，所述衬底11为P型半导体衬底。

一些实施例中，所述光敏区13能够响应第二波长范围光的入射而产生光生电子。

一些实施例中，所述热敏区能够响应第一波长范围光的入射而产生热电势。

一些实施例中，所述第一波长范围光的波长范围与所述第二波长范围光的波长范围不重叠。

一些具体的实施例中，所述第二波长范围光为可见光，所述第一波长范围光为红外光，图1所示的图像传感器可应用于可见光和红外的混合成像。

一些实施例中，所述第一波长范围光的波长范围与所述第二波长范围光的波长范围之间具有重叠范围。

一些实施例中，所述钉扎区12具有钉扎区内建电场，所述光敏区13与所述钉扎区12相接触，以促使所述光敏区13内的光生电子朝向所述光敏区13靠近所述第二输出部142的区域迁移。

一些实施例中，所述钉扎区12由掺杂有受主杂质的半导体材料组成，使得所述钉扎区12成为具有浓度梯度的P型掺杂区。具体的，所述钉扎区12的掺杂浓度沿所述第一输出部141指向所述第二输出部142的方向连续减小。

一种具体的实施例中，参见图1，所述钉扎区12的掺杂浓度沿图1所示的B方向连续减小。

一些具体的实施例中，所述受主杂质为三价元素。一些具体的实施例中，所述三价元素为硼、铟、镓或铝的任意一种。

一些实施例中，当所述衬底11掺杂有受主杂质成为P型衬底，所述钉扎区的受主杂质掺杂浓度高于所述衬底11的掺杂浓度。

一些实施例中，所述第一输出部141和所述第二输出部142中任意一种的组成材料为金属互连材料。一些具体的实施例中，所述金属互连材料为金属钨或金属铝。

一些实施例中，参照图1，图1所示的第一种图像传感器还包括电接触所述钉扎区12的传输区15。所述第一输出部141远离所述传输区15，所述第二输出部142靠近所述传输区15，以吸引更多的光生电子靠近所述传输区15迁移。

一些实施例中，所述光敏区13由掺杂有施主杂质的半导体材料组成，使得所述光敏区13成为N型掺杂区。

一些具体的实施例中，所述施主杂质为五价元素。一些具体的实施例中，所述五价元素为磷、锑和砷的任意一种。一些实施例中，参照图1，所述光敏区13不具有光敏区内建电场。由于所述钉扎区12和所述光敏区13的掺杂类型不同，所述光敏区13的耗尽层在A方向上是由所述钉扎区12和所述光敏区13形成的PN结，所述光敏区13的耗尽层内的电荷与沿A方向对应的所述钉扎区12内的电荷数量相等。当所述钉扎区12沿B方向具有浓度梯度，所述光敏区13也沿B方向存在和所述钉扎区12一致的电荷浓度分布，因此能够促使光生电子沿B方向迁移。

一些实施例中，所述光敏区13具有光敏区内建电场，其方向由所述第一输出部141指向所述第二输出部142，以吸引更多的光生电子靠近所述传输区15迁移。

一些实施例中，当混合光从所述衬底11底面入射，所述光敏区13响应所述混合光中的所述第一波长范围光的入射而产生光生电子，参照图1，所述光敏区13沿所述衬底11底部指向所述衬底11顶部方向的高度自所述第一输出部141指向所述第二输出部142的方向连续减小，所述光敏区13的掺杂浓度沿所述第一输出部141指向所述第二输出部142的方向增加，并沿所述衬底11底部指向所述衬底11顶部的方向连续增加，以有利于光生电子朝向所述传输区15的方向更快迁移。

一些具体的实施例中，参照图1，所述第一输出部141指向所述第二输出部142的方向如B方向所示，沿所述衬底11底部指向所述衬底11顶部的方向如A方向所示，使得所述光敏区13内的光敏区内建电场的等电势线方向如图1虚线所示，即从左到右倾斜向上。在同一水平高度上所述光敏区13右侧的电势高于左侧的电势，该电势差可以使光生电子向右加速，以更快吸引到所述光敏区13右侧。

一些具体的实施例中，所述混合光中的所述第二波长范围光透过所述钉扎区12入射到所述热电偶结构143。所述热电偶结构143响应所述第二波长范围光的入射产生热电动势，所述热电动势通过所述第一输出部141和所述第二输出部142施加到所述钉扎区12，加强了所述钉扎区12的由所述第一输出部141指向所述第二输出部142方向的钉扎区内建电场，有利于光生电子朝向所述光敏区13的靠近所述第二输出部143的区域的迁移。

进一步的，所述传输区15包括设置于所述衬底11顶面的栅介质区151和设置于所述栅介质区151顶面的栅级152。图1所示的第一种图像传感器还包括电接触所述栅介质区151的浮动区16，所述浮动区16与所述光敏区13具有相同的掺杂类型。当对所述栅级152施加电压使所述传输区15打开，所述光敏区13内的光生电子在电场作用下传输至所述浮动区16。

一些实施例中，所述栅介质层151为栅氧化层。一些具体的实施例中，所述栅氧化层的组成材料为二氧化硅或氮氧化硅。

图2为本发明实施例的第二种图像传感器的结构示意图。

参照图1和图2，图1和图2所示两种图像传感器的区别在于：图2所示的图像传感器还包括互连介质区21，所述互连介质区21覆盖所述钉扎区12的至少部分顶面，所述热电偶结构143设置于所述互连介质区21的顶部，所述第一输出部141和所述第二输出部142贯穿所述互连介质区21，且所述第一输出部141和所述第二输出部142的两端分别电接触所述热电偶结构143和所述钉扎区12，以加强对所述热电偶结构143的支撑作用。

一些实施例中，所述互连介质区21中，位于所述传输区15一侧且设置有所述热敏区(图中未标示)的互连介质区内不设置金属连线结构。

一些实施例中，所述第一输出部141和所述第二输出部142的顶面高于所述传输区15的顶面，使得所述互连介质区21包埋所述传输区15。所述传输区15顶部和所述浮动区16顶部分别电接触设置贯穿所述互连介质区21的金属连线结构，以外接其他功能器件进行光信号的检测和读出。

一些实施例中，所述互连介质区设置有空腔结构。参照图1和图2，所述互连介质区21顶面设置有空腔结构17，所述热电偶结构143跨所述空腔结构17设置于所述互连介质区21的顶面。

一些实施例中，所述空腔结构17的内侧壁的至少部分表面的折射率不大于所述互连介质区21的折射率。当光进入所述空腔结构17内并朝向所述空腔结构17内侧壁入射，能够保证从各个角度入射到所述空腔结构17内侧壁的光能够在所述空腔结构17内发生全反射，从而增强所述热电偶结构143的吸收作用。

一些实施例中，所述空腔结构17的至少部分内侧壁的组成材料与所述互连介质区21的组成材料不同，使所述空腔结构17的至少部分内侧壁的折射率不大于所述互连介质区21的折射率。

图3为本发明实施例的第三种图像传感器的结构示意图。图4为本发明实施例的一种热电偶结构的仰视图。

一些实施例中，参照图3和图4，所述热电偶结构143包括组成材料不同的若干第一热电偶单元31和若干第二热电偶单元41，以及若干热电偶连接结构32。，每个所述第二热电偶单元41位于相邻所述第一热电偶单元31之间，每个所述第一热电偶单元31与每个所述第二热电偶单元41通过热电偶连接结构32相接。

一些实施例中，若干所述热电偶连接结构32中的一部分与所述空腔结构17对应设置。参照图3和图4，所述热电偶结构143的位于图4所示的位于虚线示意框42内的结构与所述空腔结构17相对应。位于所述虚线示意框42内的若干第一热电偶连接结构412分别连接相邻的所述第一热电偶单元31和所述第二热电偶单元41形成若干热端结构以产生热电动势信号。若干所述热电偶连接结构32还包括若干第二热电偶连接结构411，若干所述第二热电偶连接结构411位于所述第二热电偶连接结构411外部，并不与所述空腔结构17相对应。

一些实施例中，参照图1和图4，所述第一输出部141连接若干所述第一热电偶连接结构412中的任意一个，所述第二输出部142连接若干所述第二热电偶连接结构411中的任意一个。

本实施例中，所述第一输出部141和所述第二输出部142分别与所述第一热电偶连接结构412和所述第二热电偶连接结构411实现连接的方式在图3中未示出。具体实现连接方式为本领域技术人员的常规技术手段，在此不做赘述。

一些实施例中，电接触所述第一输出部141的所述第一热电偶结构411与电接触所述第二输出部142的所述第二热电偶连接结构412之间所串联连接的热电偶单元的个数可以根据工艺需求灵活调整。

一些实施例中，所述第一热电偶单元31与所述第二热电偶单元41的组成材料不同。

一些实施例中，所述第一热电偶单元31的组成材料和所述第二热电偶单元41的组成材料各自的塞贝克系数(Seebeck‘s coefficient)之差的绝对值大于1。

一些具体的实施例中，所述第一热电偶单元31的组成材料为多晶硅。所述第二热电偶单元41和所述热电偶连接结构32的组成材料均为铝。

本发明实施例还提供了所述图像传感器的制造工艺，包括以下步骤：

本发明还提供了所述图像传感器的制备工艺，包括以下步骤：

S1：提供衬底，在所述衬底上形成包括光敏区和钉扎区的像素结构，使所述光敏区设置于所述衬底内，所述钉扎区具有内建电场并设置于所述衬底正面，以及使所述光敏区和所述钉扎区相接触；

S2：在所述衬底正面设置包括第一输出部和第二输出部的热敏区，使所述第一输出部和所述第二输出部分别电接触所述钉扎区的两个端部。

以下通过图5至图12对所述图像传感器的制造工艺进行详细阐述。

图5为本发明一些实施例在衬底上形成传输区后所得结构的示意图。图6为在图5所示结构基础上进行若干次离子注入工艺后所得结构的示意图。

一些实施例的所述步骤S1中，在所述衬底上形成包括光敏区和钉扎区的像素结构的步骤包括：在所述衬底上形成传输区，并使所述传输区和所述钉扎区电接触。

一些实施例的所述步骤S1中，在所述衬底上形成包括光敏区和钉扎区的像素结构的步骤包括：在所述衬底上形成浮动区，并使所述浮动区和所述传输区电接触。

一些实施例中，参照图5和图6，所述步骤S1中，在所述衬底上形成包括光敏区和钉扎区的像素结构的步骤包括：

S11：使用栅介质材料向所述衬底11顶部沉积形成初始栅介质层(图中未标示)后，去除部分所述初始栅介质层(图中未标示)形成所述栅介质层151；

S12：使用金属材料向所述衬底11顶部沉积形成初始栅层(图中未标示)后，去除部分所述初始栅层(图中未标示)形成所述栅级152，使所述栅级152底面覆盖所述栅介质层151的部分顶面，所述栅介质层151和所述栅级152组成了所述传输区(图中未标示)；

S13：遮挡所述栅介质层151和所述栅级152所在的区域，通过离子注入工艺分别向所述栅介质层151和所述栅级152所在区域两侧的露出表面注入施主杂质，形成所述光敏区13和所述浮动区16，使所述浮动区16电接触所述栅介质层151，并使所述光敏区13位于所述衬底11内；

S14：再次通过离子注入工艺向所述光敏区13上方的衬底区域注入受主杂质，形成与所述光敏区13相接的所述钉扎区12，并使所述钉扎区12电接触所述栅介质层151。

一些实施例的所述步骤S13中，使用掩模版遮挡所述栅介质层151和所述栅级152所在的区域。

一些实施例的所述步骤S13中，所述离子注入工艺进行的过程中，通过控制注入角度和注入能量，在所述光敏区13内形成沿图1所示的B方向的浓度梯度和沿图1所示的A方向的浓度梯度，以在所述光敏区13内形成光敏区内建电场，有利于提高光生电子的传输速度和传输效率，进而提高图像传感器的性能。

一些实施例的所述步骤S14中，所述离子注入工艺进行的过程中，通过控制注入角度和注入能量，在所述钉扎区12内形成沿图1所示的B方向的浓度梯度，以在所述钉扎区12内形成钉扎区内建电场。

图7为在图6所示结构基础上形成初始互连介质层后所得结构的示意图。图8为在图7所示结构基础上去除部分初始互连介质层后所得结构的示意图。

一些实施例的所述步骤S2中，在所述衬底正面设置包括第一输出部和第二输出部的热敏区的步骤包括：S21：在所述衬底顶面形成覆盖所述钉扎区的至少部分顶面的初始互连介质层，以及形成贯穿所述初始互连介质层并分别与所述钉扎区的两个端部相接触的两个底部金属互连结构。

一些实施例的所述步骤S21中，所述初始互连介质层还覆盖了所述浮动区并使所述传输区的至少部分顶部露出。

一些具体的实施例中，参照图5和图7，使用互连介质沉积形成的初始互连介质层71覆盖所述钉扎区12的顶面。所述初始互连介质层71还覆盖了所述衬底11的顶面、所述浮动区16的顶面，以及所述传输区15的一部分，使得所述栅级152的顶面露出。

一些具体实施例中，采用互连介质沉积并控制形成的所述初始互连介质层71进一步包埋所述传输区15，以便于后续在所述传输区15和所述浮动区16顶面分别形成电接触的金属连线结构。

一些实施例的所述步骤S21中，去除部分所述初始互连介质层形成第一互连通孔和第二互连通孔，并使所述钉扎区的部分顶面以及所述传输区的至少部分顶部露出。

一些实施例的所述步骤S21中，形成贯穿所述初始互连介质层并分别与所述钉扎区的两个端部相接触的两个底部金属互连结构的步骤包括：

S211：使用光刻胶定义刻蚀区域后进行刻蚀，以去除部分所述初始互连介质层71后形成第一互连通孔和第二互连通孔，并使所述钉扎区的部分顶面以及所述传输区的顶面露出，然后去除光刻胶；

S212：采用金属互连材料填充所述第一互连通孔和所述第二互连通孔，并覆盖经所述步骤S221后形成的互连介质层的顶面以及所述传输区的露出顶部，然后进行CMP磨平，得到如图8所示的所述第一底部金属互连结构82和所述第二底部金属互连结构83，并使所述第一输出部141顶面、所述第二输出部142顶面以及所述传输区(图中未标示)的顶面露出。

一些具体的实施例中，参照图1和图8，当需要在图8所示的底部互连介质层81顶面形成热电偶结构(图中未标示)，所述第一底部金属互连结构82和所述第二底部金属互连结构83分别作为所述第一输出部141和所述第二输出部142，所述底部互连介质层81作为所述互连介质层21。

一些具体的实施例中，当所述初始互连介质层71包埋所述传输区15，执行所述步骤S222的过程中，去除部分所述初始互连介质层71后，除了形成第一互连通孔和第二互连通孔，还在所述传输区15和所述浮动区16顶面形成第三互连通孔和第四互连通孔，以便于后续形成所述传输区15和所述浮动区16的金属连线结构。

图9为在图8所示结构基础上再去除部分初始互连介质层后所得到结构的示意图。图10为在图9所示结构基础上沉积牺牲材料后所得到结构的示意图。

一些实施例的所述步骤S2中，所述步骤S21执行完毕后，执行步骤S22：去除部分所述初始互连介质层形成位于所述两个底部金属互连结构之间的凹槽结构，向所述凹槽结构填充牺牲材料形成牺牲结构。具体的，参照图8和图9，去除部分所述底部互连介质层81形成位于所述第一底部金属互连结构82和所述第二底部金属互连结构83之间的凹槽结构22，使用牺牲材料填充所述凹槽结构22形成牺牲结构1001。

一些具体的实施例中，使用光刻胶定义刻蚀区域后，去除部分所述初始互连介质层71形成所述凹槽结构22。

图11为在图10所示结构基础上形成一部分热电偶结构后所得结构的示意图。

图12为在图11所示结构基础上形成另一部分热电偶结构后所得结构的示意图。

一些实施例中，所述步骤S22执行完毕后，执行步骤S23：在经所述步骤S22得到的互连介质层顶面形成跨所述牺牲结构设置的所述热电偶结构，使所述热电偶结构的两端分别与所述两个底部金属互连结构相接。

一些具体的实施例中，参照图4、图10至图12，在经所述步骤S22得到的互连介质层顶面形成热电偶结构的步骤包括：

S231：在经所述步骤S22得到的所述底部互连介质层81顶部沉积第一材料以形成初始第一材料层(图中未标示)，去除部分所述初始第一材料层(图中未标示)以形成若干第一热电偶单元31，使每个所述热电偶单元的一端与所述底部互连介质层81相接，另一端与所述凹槽结构22对应设置；

S232：使用与所述第一材料不同的第二材料向若干所述第一热电偶单元31顶部沉积以形成初始第二材料层(图中未标示)，去除部分所述初始第二材料层(图中未标示)以形成若干第二热电偶单元41，使每个所述第二热电偶单元41位于相邻所述第一热电偶单元31之间；

S233：形成串联连接若干所述第一热电偶单元31和若干所述第二热电偶单元41的若干所述第一热电偶连接结构412以及若干所述第二热电偶连接结构411，使若干所述第一热电偶连接结构412与所述凹槽结构22对应设置，所述第一底部金属互连结构82连接若干所述第一热电偶连接结构412中的任意一个，以及使所述第二底部金属互连结构83连接若干所述第二热电偶连接结构411中的任意一个。

一些实施例中，由于所述步骤S232中去除部分所述初始第二材料层的过程使得所述牺牲结构1001的部分顶面露出，所述步骤S233执行完毕后，释放所述牺牲材料后在所述热电偶结构143和所述钉扎区12之间形成了所述空腔结构17。

一些实施例的所述步骤S23还包括：所述步骤S233执行完毕后，对所述衬底11底部进行减薄，使所述光敏区13底面距离所述衬底11底部的距离减小，以加强所述光敏区13对所述第一波长范围光的吸收作用。

一些实施例的所述步骤S23还包括：所述步骤S233执行完毕后，对所述衬底11底部进行减薄，使所述光敏区13至少部分底面露出，以进一步加强所述光敏区13对所述第一波长范围光的吸收作用。

一些实施例的所述步骤S23还包括：向所述衬底11底面沉积抗反射层，以加强所述光敏区13对所述第一波长范围光的吸收作用。

一些实施例的所述步骤S23还包括：对所述衬底11底部进行减薄直至所述光敏区13至少部分底面露出后，向所述衬底底面沉积抗所述反射层，并使所述抗反射层覆盖所述光敏区13的底面。

图13为在图12所示结构基础上采用Al-PAD工艺形成外接互连结构后所得结构的示意图。

一些实施例的所述步骤S23还包括：参照图12和图13，光刻胶定义刻蚀区域后，刻蚀形成贯穿所述底部互连介质层81和所述衬底11的两个外接互连通孔(图中未标示)，去除光刻胶后，向所述衬底11背面沉积金属材料以填充两个所述外接互连通孔(图中未标示)并覆盖所述衬底11背面；图形化去除部分所述金属材料形成两个外接互连结构1301。一个所述外接互连结构1301电接触所述第一热电偶单元31，另一个所述外接互连结构1301用于外接其他功能器件。

图14是本发明实施例的第四种图像传感器的结构示意图。图15为图14所示的热电偶结构的俯视图。

参照图3、图4、图14和图15，相较于图3所示的图像传感器，图14所示的图像传感器还包括设置于所述互连介质区21内的电阻测试结构1401，若干所述第一热电偶单元31和若干所述第二热电偶单元41设置于所述互连介质区内21，并围绕所述电阻测试结构1401，若干所述热电偶连接结构32的顶部露出所述互连介质区21顶面。

一些实施例中，所述电阻测试结构1401的组成材料为多晶硅。

一些实施例中，参照图15，所述电阻测试结构1401包括中部测试结构1501，以及围绕所述中部测试结构1501相接的若干延伸测试结构1502。

一些实施例中，参照图15，若干所述延伸测试结构1502呈交叉状相接于所述中部测试结构1501。

一些实施例中，所述互连介质层21顶部还设置有与所述中部测试结构1501相接触的接触结构以外接相关测试器件。

图16是在图10所示结构基础上形成中部互连介质层和两个顶部金属互连结构后所得结构的示意图。

一些实施例的所述步骤S22中，参照图10和图16，向所述凹槽结构22填充牺牲材料形成所述牺牲结构1001的步骤执行完毕后，再形成覆盖所述牺牲结构1001顶面的中部互连介质层1601，以及贯穿所述中部互连介质层1601并分别与所述第一底部金属互连结构82以及所述第二底部金属互连结构83相接触的第一顶部金属互连结构1602和第二顶部金属互连结构1603，然后执行所述步骤S231。

一些实施例中，所述第一顶部金属互连结构1602和所述第一底部金属互连结构82组成了所述第一输出部141。所述第二顶部金属互连结构1603和所述第二底部金属互连结构83组成了所述第二输出部142。

图17是在图16所示结构基础上形成热电偶结构后所得结构的示意图。

一些实施例中，所述电阻测试结构1401与所述第一热电偶单元31具有相同的组成材料。所述步骤S231中，参照图15和图17，去除部分所述初始第一材料层(图中未标示)以形成若干所述第一热电偶单元31的同时还形成了所述电阻测试结构1401，并使若干所述第一热电偶单元31围绕所述电阻测试结构1401设置。

图18是在图17所示结构基础上形成顶部互连介质层后所得结构的示意图。

一些实施例中，参照图15和图18，所述步骤S233执行完毕后，形成顶部互连介质层1801以包埋若干所述第一热电偶单元31、若干所述第二热电偶单元41和所述电阻测试结构1401，并使若干所述热电偶连接结构32的顶部露出。

一些实施例中，参照图18，为去除所述牺牲结构1001，使用光刻胶在所述顶部互连介质层1801顶面定义刻蚀区域后沿指向所述牺牲结构1001的方向进行刻蚀形成贯穿所述顶部互连介质层1801和所述中部互连介质层1601的释放通道(图中未标示)直至所述牺牲结构1001的部分顶面露出，然后释放组成所述牺牲结构1001的组成材料。

进一步的，释放完毕后，为确保对若干所述第一热电偶单元31、若干所述第二热电偶单元41以及所述电阻测试结构1401的密封，使用密封材料对所述释放通道进行密封。

一些实施例中，参照图18，为去除所述栅极152顶面的介质层，使用光刻胶在所述栅极152上方的所述顶部互连介质层1801定义刻蚀区域后进行刻蚀，去除部分所述顶部互连介质层1801使所述栅极152的至少部分顶面露出。

虽然在上文中详细说明了本发明的实施方式，但是对于本领域的技术人员来说显而易见的是，能够对这些实施方式进行各种修改和变化。但是，应理解，这种修改和变化都属于权利要求书中所述的本发明的范围和精神之内。而且，在此说明的本发明可有其它的实施方式，并且可通过多种方式实施或实现。

Claims (14)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括；

衬底；

热敏区，设置于所述衬底正面，以响应第一波长范围光的入射而产生热电势，所述热敏区包括第一输出部和第二输出部；

钉扎区，设置于所述衬底正面，所述钉扎区的两个端部电接触所述第一输出部和所述第二输出部；

光敏区，设置于所述衬底内，以响应第二波长范围光的入射而产生光生电子，所述光敏区与所述钉扎区相接触，以产生由所述第一输出部指向所述第二输出部方向的内建电场，所述钉扎区位于所述热敏区和所述光敏区之间。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述钉扎区由掺杂有受主杂质的半导体材料组成，所述钉扎区的掺杂浓度沿所述第一输出部指向所述第二输出部的方向减小。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，还包括设置于所述衬底顶部的传输区，所述传输区电接触所述钉扎区，所述第一输出部远离所述传输区，所述第二输出部靠近所述传输区。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光敏区由掺杂有施主杂质的半导体材料组成，所述光敏区沿所述衬底底部指向所述衬底顶部方向的高度自所述第一输出部指向所述第二输出部的方向减小，所述光敏区的掺杂浓度沿所述第一输出部指向所述第二输出部的方向增加，并沿所述衬底底部指向所述衬底顶部的方向增加。

5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述热敏区包括与所述光敏区对应设置的热电偶结构，所述热电偶结构的两端分别电接触所述第一输出部和所述第二输出部。

6.根据权利要求5所述的图像传感器，其特征在于，还包括互连介质区，所述互连介质区覆盖所述钉扎区的至少部分顶面，所述互连介质区内设置有空腔结构，所述热电偶结构跨所述空腔结构设置于所述互连介质区，所述第一输出部和所述第二输出部贯穿所述互连介质区的至少一部分。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述空腔结构的至少部分内侧壁的折射率不大于所述互连介质区的折射率。

8.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述热电偶结构包括若干第一热电偶单元、若干第二热电偶单元和若干热电偶连接结构，所述若干第一热电偶单元与所述若干第二热电偶单元的组成材料不同且交替排布，并通过所述热电偶连接结构串联连接，所述若干热电偶连接结构包括若干第一热电偶连接结构和若干第二热电偶连接结构，所述若干第一热电偶连接结构与所述空腔结构对应设置，所述第一输出部和所述第二输出部分别连接所述第一热电偶连接结构和所述第二热电偶连接结构。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，还包括设置于所述互连介质区内的电阻测试结构，所述若干第一热电偶单元和所述若干第二热电偶单元设置于所述互连介质区内，并围绕所述电阻测试结构，所述若干热电偶连接结构的顶部露出所述互连介质区顶面。

10.一种图像传感器的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：

S1：提供衬底，在所述衬底上形成包括光敏区和钉扎区的像素结构，使所述光敏区设置于所述衬底内，所述钉扎区具有钉扎区内建电场并设置于所述衬底正面，以及使所述光敏区和所述钉扎区相接触；

S2：在所述衬底正面设置包括第一输出部和第二输出部的热敏区，使所述第一输出部和所述第二输出部分别电接触所述钉扎区的两个端部。

11.根据权利要求10所述的图像传感器的制备工艺，其特征在于，所述热敏区包括热电偶结构，所述步骤S2中，在所述衬底正面设置包括第一输出部和第二输出部的热敏区的步骤包括：

S21：在所述衬底顶面形成覆盖所述钉扎区的至少部分顶面的初始互连介质层，以及形成贯穿所述初始互连介质层并分别与所述钉扎区的两个端部相接触的两个底部金属互连结构；

S22：去除部分所述初始互连介质层形成位于所述两个底部金属互连结构之间的凹槽结构，向所述凹槽结构填充牺牲材料形成牺牲结构；

S23：在经所述步骤S22得到的互连介质层顶面形成跨所述牺牲结构设置的所述热电偶结构，使所述热电偶结构的两端分别与所述两个底部金属互连结构相接。

12.根据权利要求11所述的图像传感器的制备工艺，其特征在于，所述步骤S23中，在经所述步骤S22得到的互连介质层顶面形成热电偶结构的步骤包括：

S231：在经所述步骤S22得到的互连介质层顶部沉积第一材料以形成初始第一材料层，去除部分所述初始第一材料层以形成若干第一热电偶单元，使每个所述第一热电偶单元的一端与经所述步骤S22得到的互连介质层相接，另一端与所述凹槽结构对应设置：

S232：在经所述步骤S231得到的互连介质层顶部沉积与所述第一材料不同的第二材料以形成初始第二材料层，去除部分所述初始第二材料层以形成若干第二热电偶单元，使每个所述第二热电偶单元位于相邻所述第一热电偶单元之间；

S233：形成串联连接所述若干第一热电偶单元和所述若干第二热电偶单元的若干第一热电偶连接结构以及若干第二热电偶连接结构，使所述若干第一热电偶连接结构与所述凹槽结构对应设置，以及使所述两个底部金属互连结构中的一个所述底部金属互连结构连接所述若干第一热电偶连接结构中的任意一个，另一个所述底部金属互连结构连接所述若干第二热电偶连接结构中的任意一个。

13.根据权利要求12所述的图像传感器的制备工艺，其特征在于，所述图像传感器还包括电阻测试结构，所述步骤S22中，向所述凹槽结构填充牺牲材料形成牺牲结构的步骤执行完毕后，再形成覆盖所述牺牲结构顶面的中部互连介质层，以及贯穿所述中部互连介质层并分别与所述两个底部金属互连结构相接触的两个顶部金属互连结构，然后执行所述步骤S231，所述步骤S231还包括：

去除部分所述初始第一材料层以形成若干第一热电偶单元的同时还形成所述电阻测试结构，并使所述若干第一热电偶单元围绕所述电阻测试结构。

14.根据权利要求13所述的图像传感器的制备工艺，其特征在于，所述步骤S232执行完毕后，形成顶部互连介质层以包埋所述若干第一热电偶单元、所述若干第二热电偶单元和所述电阻测试结构，并使所述若干热电偶连接结构的顶部露出，开设贯穿所述顶部互连介质层和所述中部互连介质层的释放通道使所述牺牲结构的部分顶面露出。

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