CN105428379A - 提高背照式红外图像传感器性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种提高背照式红外图像传感器性能的方法，包括：光线照射至背照式红外图像传感器；背照式红外图像传感器具有深度大于等于10微米的半导体层适于吸收光线中的近红外光线。

Description

提高背照式红外图像传感器性能的方法

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种背照式红外图像传感器。

背景技术

图像传感器是将光信号转化为电信号的半导体器件，图像传感器具有光电转换元件，通常光电转换元件形成在衬底表面之下，逻辑电路形成在光电转换元件之上，光在穿过逻辑电路之后才到达光电转换元件，期间光经过了多层结构，导致光损失或光线通过串扰（crosstalk）至相邻的图像传感器单元芯片，影响每一图像传感器单元芯片的光电转换元件的光响应特性。

为了克服上述限制，业已提出背照式（backsideillumination，BSI）图像传感器。背照式图像传感器中，光不经过逻辑电路，而是从衬底背面直接照射到光电转换元件，因此，背照式图像传感器中，光电转换元件的光响应特性提高。

此外，图像传感器捕捉光线的一面设置有对应于图像传感器像素阵列的彩色滤光片，及位于彩色滤光片上的微镜头。现有技术中，彩色滤光片通常有RGB（红色绿色蓝色）阵列组成，每一像素单元对应于一种颜色的彩色滤光平单元适于仅接收该种颜色的色彩光线。红色、绿色、蓝色光线的波长红色：622纳米至760纳米，绿色：492纳米至577纳米，蓝色,435纳米至450纳米，红色大于绿色大于蓝色，由于在暗场中红色光线的捕捉对成像起到重要作用，而在现有的背照式图像传感器由于接收光线的半导体层为2微米，对于接收红色光线及近红外光线的性能较差，导致暗场效果的光线捕捉能力及成像能力较差。

为此，如何提供一种性能较佳的背照式红外图像传感器为业内寻求的课题。

发明内容

本发明提供一种提高背照式红外图像传感器性能的方法，所述方法包括：光线照射至背照式红外图像传感器；背照式红外图像传感器具有深度大于等于10微米的半导体层适于吸收光线中的近红外光线。

优选的，所述背照式红外图像传感器包括：深度大于等于10微米的背面深沟槽隔离结构；所述背面深沟槽隔离结构包括填充其内的导电材质及导电材质外部的介质层；提供负压于导电材质，使靠近背面深沟槽隔离结构的半导体区域侧向耗尽,降低暗电流。

优选的，所述侧向耗尽为:于靠近背面深沟槽隔离结构的半导体区域形成空穴积累层。

优选的，还包括：提供负压于导电材质，使得具有固定电势负电荷的薄膜在半导体背面形成空穴积累层，降低暗电流。

优选的，所述背面深沟槽隔离结构对入射角度小于等于a的光线形成全反射,可较大程度的避免入射光线进入周围像素单元，降低光线串扰。

优选的，所述a=arcsin(n1/n2),其中，n1为半导体材质的折射率，n2为介质层的折射率。

优选的，所述背面深沟槽隔离结构使形成的光电荷积聚于光电二极管区域，形成物理隔离,可降低光电荷转移至周围像素单元可能性，提高远景成像的清晰度。

本发明提供一种背照式红外图像传感器，该图像传感器吸收光线的半导体层的厚度大于等于10微米，由于吸收层的厚度做深能够更好的吸收红外光线，并且对应于半导体层在像素单元之间具有深沟槽隔离结构，深沟槽隔离能够隔离生成的光电荷转移至相邻的像素单元；此外深沟槽隔离结构的内部表面形成的介质层能优化深沟槽隔离表面的全反射条件利于光线的更好捕捉，在深沟槽隔离结构中填充导电层并加负压能使得靠近其的半导体区域表面耗尽防止暗电流的产生。综上所述，此方法能提高背照式红外图像传感器的诸多性能。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的一实施例的背照式红外图像传感器的结构示意图；

图2为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的另一实施例的背照式红外图像传感器的结构示意图；

图3为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的再一实施例的背照式红外图像传感器的结构示意图；

图4为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的步骤示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

本发明提供一种提高背照式红外图像传感器性能的方法，包括：光线照射至背照式红外图像传感器；背照式红外图像传感器具有深度大于等于10微米的半导体层适于吸收光线中的近红外光线。

下面结合具体的实施例对本发明内容做具体说明：

实施例一：

请参见图1，图1为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的一实施例的背照式红外图像传感器的结构示意图。背照式红外图像传感器100包括：深度大于等于10微米的半导体层110，半导体层110为硅、砷化镓等，在半导体层中形成有适于吸收光线的光电二极管区域300，光电二极管区域300的深度为大于等于10微米，图像传感器100是由若干像素单元组成，在相邻的像素单元之间形成有深度大于等于10微米的背面深沟槽隔离结构400；其中，背面深沟槽隔离结构400包括填充其内的导电材质420及导电材质外部的介质层410；在本实施例中还包括对应于背面深沟槽隔离结构400的隔离阱区域700，对应于光电二极管区域300的位置，形成有钉扎层800，背照式红外图像传感器100还包括有金属互联层900。

光线200照射至背照式红外图像传感器100的背面，光电二极管区域300作为光生载流子的吸收区域需要最大程度的吸收光生载流子，背面深沟槽隔离结构400对入射角度小于等于a的光线形成全反射,可较大程度的避免入射光线进入周围像素单元，降低光线串扰。所述a=arcsin(n1/n2),其中，n1为半导体材质的折射率，n2为介质层410的折射率。由于背面深沟槽隔离结构400的形成有介质层410，介质层的折射率小于半导体材质折射率，可较大程度的实现光线200的全反射条件，尽量避免入射光线进入周围像素单元。

此外，提供负压于导电材质420，使靠近背面深沟槽隔离结构400的半导体区域侧向耗尽,降低暗电流。侧向耗尽为:于靠近背面深沟槽隔离结构400的半导体区域形成空穴积累层。提供负压于导电材质，使得具有固定电势负电荷的薄膜在半导体背面形成空穴积累层500，降低暗电流。

此外，背面深沟槽隔离结构400并且结合隔离阱700能使形成的光电荷积聚于对应像素单元的光电二极管区域300，形成物理隔离,可降低光电荷转移至周围像素单元可能性，提高远景成像的清晰度。在光生载流子为电子时，该隔离阱700为P型掺杂。

实施例二：

请参见图2，图2为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的另一实施例的背照式红外图像传感器的结构示意图。背照式红外图像传感器100’包括：深度大于等于10微米的半导体层110’，半导体层110’为硅、砷化镓等，在半导体层中形成有适于吸收光线的光电二极管区域300’，光电二极管区域300’的深度为大于等于10微米，图像传感器100’是由若干像素单元组成，在相邻的像素单元之间形成有深度大于等于10微米的背面深沟槽隔离结构400’；其中，背面深沟槽隔离结构400’包括填充其内的导电材质420’及导电材质外部的介质层410’；在本实施例中还包括对应于背面深沟槽隔离结构400’的浅沟槽隔离结构600’及形成于背面深沟槽隔离结构400’的浅沟槽隔离结构600’之间的隔离阱区域700’，对应于光电二极管区域300’的位置，形成有钉扎层800’，背照式红外图像传感器100’还包括有金属互联层900’。

光线200’照射至背照式红外图像传感器100’的背面，光电二极管区域300’作为光生载流子的吸收区域需要最大程度的吸收光生载流子，背面深沟槽隔离结构400’对入射角度小于等于a的光线形成全反射,可较大程度的避免入射光线进入周围像素单元，降低光线串扰。所述a=arcsin(n1/n2),其中，n1为半导体材质的折射率，n2为介质层410’的折射率。由于背面深沟槽隔离结构400’的形成有介质层410’，介质层的折射率小于半导体材质折射率，可较大程度的实现光线200’的全反射条件，尽量避免入射光线进入周围像素单元。

此外，提供负压于导电材质420’，使靠近背面深沟槽隔离结构400’的半导体区域侧向耗尽,降低暗电流。侧向耗尽为:于靠近背面深沟槽隔离结构400’的半导体区域形成空穴积累层。提供负压于导电材质，使得具有固定电势负电荷的薄膜在半导体背面形成空穴积累层500’，降低暗电流。

此外，背面深沟槽隔离结构400’并且结合浅沟槽隔离结构600’、隔离阱700’能使形成的光电荷积聚于对应像素单元的光电二极管区域300’，形成物理隔离,可降低光电荷转移至周围像素单元可能性，提高远景成像的清晰度。在光生载流子为电子时，该隔离阱700’为P型掺杂。

实施例三：

请参见图3，图3为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的再一实施例的背照式红外图像传感器的结构示意图。背照式红外图像传感器100’’包括：深度大于等于10微米的半导体层110’’，半导体层110’’为硅、砷化镓等，在半导体层中形成有适于吸收光线的光电二极管区域300’’，光电二极管区域300’’的深度为大于等于10微米，图像传感器100’’是由若干像素单元组成，在相邻的像素单元之间形成有深度大于等于10微米的背面深沟槽隔离结构400’’；其中，背面深沟槽隔离结构400’’包括填充其内的导电材质420’’及导电材质外部的介质层410’’；在本实施例中还包括对应于背面深沟槽隔离结构400’’的浅沟槽隔离结构600’’，对应于光电二极管区域300’’的位置，形成有钉扎层800’’，背照式红外图像传感器100’’还包括有金属互联层900’’。

光线200’’照射至背照式红外图像传感器100’’的背面，光电二极管区域300’’作为光生载流子的吸收区域需要最大程度的吸收光生载流子，背面深沟槽隔离结构400’’对入射角度小于等于a的光线形成全反射,可较大程度的避免入射光线进入周围像素单元，降低光线串扰。所述a=arcsin(n1/n2),其中，n1为半导体材质的折射率，n2为介质层410’’的折射率。由于背面深沟槽隔离结构400’’的形成有介质层410’’，介质层的折射率小于半导体材质折射率，可较大程度的实现光线200’’的全反射条件，尽量避免入射光线进入周围像素单元。

此外，提供负压于导电材质420’’，使靠近背面深沟槽隔离结构400’’的半导体区域侧向耗尽,降低暗电流。侧向耗尽为:于靠近背面深沟槽隔离结构400’’的半导体区域形成空穴积累层。提供负压于导电材质，使得具有固定电势负电荷的薄膜在半导体背面形成空穴积累层500’’，降低暗电流。

此外，背面深沟槽隔离结构400’’并且结合浅沟槽隔离结构600’能使形成的光电荷积聚于对应像素单元的光电二极管区域300’，形成物理隔离,可降低光电荷转移至周围像素单元可能性，提高远景成像的清晰度。

请参考图4，图4为本发明一种提高背照式红外图像传感器性能的方法的步骤示意图。

所述方法包括：

S1：光线照射至背照式红外图像传感器；

S2：背照式红外图像传感器具有深度大于等于10微米的半导体层适于吸收光线中的近红外光线。

其中，所述背照式红外图像传感器包括：深度大于等于10微米的背面深沟槽隔离结构；所述背面深沟槽隔离结构包括填充其内的导电材质及导电材质外部的介质层；提供负压于导电材质，使靠近背面深沟槽隔离结构的半导体区域侧向耗尽,降低暗电流。侧向耗尽为:于靠近背面深沟槽隔离结构的半导体区域形成空穴积累层。提供负压于导电材质，使得具有固定电势负电荷的薄膜在半导体背面形成空穴积累层，降低暗电流。所述背面深沟槽隔离结构对入射角度小于等于a的光线形成全反射,可较大程度的避免入射光线进入周围像素单元，降低光线串扰。所述a=arcsin(n1/n2),其中，n1为半导体材质的折射率，n2为介质层的折射率。所述背面深沟槽隔离结构使形成的光电荷积聚于光电二极管区域，形成物理隔离,可降低光电荷转移至周围像素单元可能性，提高远景成像的清晰度。

本发明提供一种背照式红外图像传感器，该图像传感器吸收光线的半导体层的厚度大于等于10微米，由于吸收层的厚度做深能够更好的吸收红外光线，并且对应于半导体层在像素单元之间具有深沟槽隔离结构，深沟槽隔离能够隔离生成的光电荷转移至相邻的像素单元；此外深沟槽隔离结构的内部表面形成的介质层能优化深沟槽隔离表面的全反射条件利于光线的更好捕捉，在深沟槽隔离结构中填充导电层并加负压能使得靠近其的半导体区域表面耗尽防止暗电流的产生。综上所述，此方法能提高背照式红外图像传感器的诸多性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (7)

1.一种提高背照式红外图像传感器性能的方法，其特征在于，所述方法包括：

光线照射至背照式红外图像传感器；

背照式红外图像传感器具有深度大于等于10微米的半导体层适于吸收光线中的近红外光线。

2.根据权利要求1所述的提高背照式红外图像传感器性能的方法，其特征在于，所述背照式红外图像传感器包括：深度大于等于10微米的背面深沟槽隔离结构；所述背面深沟槽隔离结构包括填充其内的导电材质及导电材质外部的介质层；提供负压于导电材质，使靠近背面深沟槽隔离结构的半导体区域侧向耗尽,降低暗电流。

3.根据权利要求1所述的提高背照式红外图像传感器性能的方法,其特征在于,所述侧向耗尽为:于靠近背面深沟槽隔离结构的半导体区域形成空穴积累层。

4.根据权利要求1所述的提高背照式红外图像传感器性能的方法，其特征在于，还包括：提供负压于导电材质，使得具有固定电势负电荷的薄膜在半导体背面形成空穴积累层，降低暗电流。

5.根据权利要求1所述的提高背照式红外图像传感器性能的方法，其特征在于，所述背面深沟槽隔离结构对入射角度小于等于a的光线形成全反射,可较大程度的避免入射光线进入周围像素单元，降低光线串扰。

6.根据权利要求5所述的提高背照式红外图像传感器性能的方法，其特征在于，所述a=arcsin(n1/n2),其中，n1为半导体材质的折射率，n2为介质层的折射率。

7.根据权利要求1所述的提高背照式红外图像传感器性能的方法，其特征在于，所述背面深沟槽隔离结构使形成的光电荷积聚于光电二极管区域，形成物理隔离,可降低光电荷转移至周围像素单元可能性，提高远景成像的清晰度。