技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种图像传感器的技术领域，尤其涉及一种背照式图像传感器。
背景技术
[0002] 图像传感器是将光学
信号转化为
电信号的
半导体器件，图像传感器包括用于感光的光电
二极管和用于将所感测的光转化为电信号的逻辑
电路。
[0003] 背照式传感器与传统正照式传感器相比，最大的优化之处就是将元件内部的结构改变了，即将感光元件调转方向，让光能从产品的背面直射进去，避免了在传统感光器结构中，光线会受到电路中其它元件的影响，从而提高了其感应灵敏度，然而，背照式图像传感器中存在较大暗
电流，
暗电流在图像传感器工作时，会掺入信号电流中，造成信号干扰，导致图像传感器性能下降。
[0004] 此外，背照式图像传感器可包括设置在
基板的背表面中的背钉扎层以形成钉扎
光电二极管，背钉扎层可通过
离子注入过程形成且随后在执行
研磨过程以减小基板的厚度后通过激光
退火过程来激活。且光线在经过为透镜层进入到光电二极管，部分较长
波长的光会穿透光电二极管，这些
透射光在前端电路层又会反射回光电二极管，由于透射光在电路层的反射
角度不同，这些反射光有可能会反射到相邻的光电二极管，从而造成相邻
像素单元之间信号的串扰，最终造成图像锐度下降，
质量变差。实用新型内容
[0005] 本实用新型所要解决的技术问题是如何提供一种背照式图像传感器，降低了内部的暗电流，且能省略用于形成背钉扎层的离子注入过程和激光退火过程，以及利用吸光层吸收从光电二极管透射过来的光线，降低透射光线被反射到其它像素的机会，从而降低相邻像素之间的互相串扰。
[0006] 本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：
[0007] 一种背照式图像传感器，包括具有第一导电类型的基板、具有第二导电类型的光电二极管以及第一导电类型隔离层；
[0008] 所述光电二极管设置于所述基板内，所述第一导电类型隔离层设置在所述光电二极管与所述基板前表面之间；
[0009] 所述基板内还设置有具有第二导电类型重掺杂的高浓度杂质区，所述高浓度杂质区与所述光电二极管间隔设置；
[0010] 所述高浓度杂质区与所述光电二极管之间的基板前表面上设置有栅
电极，所述栅电极延伸至对应第一导电类型隔离层的基板前表面上，栅电极对应
覆盖光电二极管，所述栅电极包括栅
氧化层、栅极层和栅极侧墙；
[0011] 所述基板的前表面还设置有介电层和
导线层，所述介电层内设置有吸光层；
[0012] 所述基板的背表面设置有绝缘层和固定电荷层。
[0013] 在上述技术方案的
基础上，本实用新型还可以做如下改进：
[0014] 进一步地，还包括具有第一导电类型的背钉扎层，所述背钉扎层设置在所述光电二极管与所述基板的背表面之间。
[0015] 进一步地，所述固定电荷层上设置有第二绝缘层，所述第二绝缘层上设置有
钝化层，所述
钝化层上依次设置有滤光膜层和微透镜层。
[0016] 进一步地，所述基板上还设置有装置隔离区且环绕于所述光电二极管的外围。
[0017] 进一步地，所述第一导电类型为P型是，第二导电类型为N型；第一导电类型为N型时，第二导电类型为P型。
[0018] 进一步地，所述介电层和吸光层为一体结构。
[0019] 进一步地，所述吸光层材质为
碳或者三氧化铬。
[0021] 与
现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型产品将栅电极延伸至覆盖光电二极管正上方的基板前表面，从而防止光电二极管正上方的基板前表面被蚀刻，因此，光电二极管正上方的基板前表面不易出现
缺陷，从而有效防止暗电流的产生，设置的装置隔离区，使光电二极管相互之间分隔开，防止发生信号串扰。
[0022] 所述吸光层吸收从光电二极管透射过来的光线，由此降低透射光线反射到其它光电二极管的机会，降低光相邻像素之间的相互串扰。
[0023] 固定电荷层可在基板的背表面部分中形成电荷累积区，电荷累积区可用作背钉扎层，可以省略用于形成常规使用的背钉扎层的离子注入过程和激光退火过程，显著降低背照式图像传感器的制造成本。
附图说明
[0024] 图1为本实用新型产品结构示意图；
[0025] 图2为本实用新型产品设有背钉扎层结构示意图。
[0026] 附图中，各标号所代表的部件列表如下：
[0027] 1、基板，2、光电二极管，3、第一导电类型隔离层，4、高浓度杂质区，5、栅电极，51、栅氧化层，52、栅极层，53、栅极侧墙，6、介电层，7、导线层，8、吸光层，9、绝缘层，10、固定电荷层，11、背钉扎层，12、第二绝缘层，13、钝化层，14、滤光膜层，15、微透镜层，16、装置隔离区，17、电荷累积区。
具体实施方式
[0028] 以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0029] 如图1所示，一种背照式图像传感器，包括具有第一导电类型的基板1、具有第二导电类型的光电二极管2以及第一导电类型隔离层3；
[0030] 所述光电二极管2设置于所述基板1内，所述第一导电类型隔离层3设置在所述光电二极管2与所述基板1前表面之间；
[0031] 所述基板1内还设置有具有第二导电类型重掺杂的高浓度杂质区4，所述高浓度杂质区4与所述光电二极管2间隔设置；
[0032] 所述高浓度杂质区4与所述光电二极管2之间的基板1前表面上设置有栅电极5，所述栅电极5延伸至对应第一导电类型隔离层3的基板1前表面上，栅电极5对应覆盖光电二极管2，所述栅电极5包括栅氧化层51、栅极层52和栅极侧墙；
[0033] 所述基板1的前表面还设置有介电层6和导线层7，所述介电层6内设置有吸光层8；
[0034] 所述基板1的背表面设置有绝缘层9和固定电荷层10。
[0035] 具有第一导电类型的基板1，具有第二导电类型的光电二极管2，例如，N型的基板，光电二极管2可以是形成在基板1中的P型杂质区。
[0036] 绝缘层9可包括氧化
硅或氮氧化硅，固定电荷层10可在背表面部分中形成电荷累积区17，电荷累积区17可用作背钉扎层11。例如固定电荷层10可以是具有正电荷的正固定电荷层，在这种情况下，可由在基板1的背表面部分中的正固定电荷层，即在光电二极管2和基板1的背表面之间或者在基板1的背表面下面形成
电子累积层，且电子累积层可用作N型背钉扎层，具体地，固定电荷层10的正电荷可在基板1的背表面部分中形成带负电荷的浅富少数载流子区，其可用作N型背钉扎层，固定电荷层10可包括氧化锆、铪硅氧化物、铪硅氮氧化物或氮化硅。
[0037] 可替代地，P型的基板，光电二极管2包括N型杂质区，固定电荷层10可以是负固定电荷层，在基板1的背表面部分中创建能够用作P型背钉扎层电荷累积区，负固定电荷层包括氧化铪、氮氧化铪、氧化
铝、氮氧化铝或铪铝氮氧化物。
[0038] 可以省略用于形成常规使用的背钉扎层11的离子注入过程和激光退火过程，光电二极管2可以更大，由于未在光电二极管2上执行注入，克服了注入轮廓的尾部分布相关联的
掺杂剂至光电二极管2中的意外或非预期的注入问题，因此还可以改进光电二极管2的填充因子。
[0039] 在光电二极管2和基板1前表面之间制作第一导电类型隔离层3，例如，当使用P型光电二极管2时，可在光电二极管2和基板1前表面之间制作N型第一导电类型隔离层3，[0040] 此外，可在基板1内靠近前表面部分形成高浓度杂质区4，可与光电二极管2隔开地设置高浓度杂质区4，在基板1的前表面上形成栅电极5，栅电极5包括栅氧化层51、栅极层52和栅极侧墙，栅极氧化层形成在基板1的前表面上，栅极层52形成在栅氧化层51表面，栅极南墙形成在栅氧化层51和栅极层52的侧面，栅氧化层51的材料可以是氧化硅、氮化硅，栅极层52的材料可以是
多晶硅或者金属材料，栅极侧墙的材料是氧化硅或者氮氧化硅，优选
实施例中，栅极氧化层采用氧化硅、栅极层52采用多晶硅，栅极侧墙采用氮化硅。
[0041] 栅电极5对应覆盖在光电二极管2的上方，由于光电二极管2上方的基板1前表面内侧形成了第一导电类型隔离层3，因此栅电极5对应于第一导电类型隔离层3以及高浓度杂质区4与所述光电二极管2之间区域形成在基板1上表面，由于栅电极5位于第一导电类型隔离层3的上方，因此，在栅电极5形成过程中，进行的各种蚀刻工艺，不会对光电二极管2上方的基板1前表面进行蚀刻，亦即第一导电类型隔离层3所在的基板1前表面不会受到蚀刻，可见栅电极5可以减少栅电极5对应的基板1与栅氧化层51界面处的缺陷，因此，基板1的部分前表面不会出现缺陷，从而可以防止因所述部分表面出现缺陷导致图像传感器产生暗电流，整个传感器的性能得到提高。
[0042] 优选地，所述基板1上还设置有装置隔离区16且环绕于所述光电二极管2的外围。
[0043] 装置隔离区16可以把光电二极管2与外围区域隔开，使得外围区域所产生的噪声隔离在光电二极管2之外，从而提高成像质量。
[0044] 所述基板1的前表面还依次设置有介电层6和导线层7，介电层6包括第一介电层和第二介电层，靠近基板1前表面的第一介电层内设置有吸光层8；所述吸光层8用于吸收从基板1透射过来的光线，所述吸光层8置于第一介电层内，所述吸光层8可以与第一介电层和第二介电层为一体结构，即所述介电层6也采用吸光材料构成，从而使所述介电层6既有绝缘功能的同时又具有吸光功能，所述吸光层8的横截面的面积不小于所述光电二极管2横截面的面积。所述吸光层8的材质为石墨、碳或者三氧化铬。在第二介电层内形成于光电二极管2电连接的多个导线层7，导线层7可由铝、
铜等制成，介电层6可由氧化硅或者其他绝缘材料制成。
[0045] 优选地，所述固定电荷层10上设置有第二绝缘层12，所述第二绝缘层12上设置有钝化层13，所述钝化层13上依次设置有滤光膜层14和微透镜层15。
[0046] 背照式图像传感器可以为电荷耦合图像传感器或者互补式金属氧化物半导体图像传感器，背照式图像传感器可以是3T、4T或者5T型布局结构。
[0047] 基板1包括碳化硅、砷化镓、砷化铟、磷化铟、锗硅、硅锗碳化物、磷砷化镓、鳞铟镓中的一种或者多种的任意组合，基板1还可以是硅基板1，也可以包括
外延层的半导体基板1，或者是绝缘体上硅基板1。
[0048] 可在固定电荷层上形成第二绝缘层12，可在第二绝缘层12上形成钝化层13，钝化层13上形成滤光膜层14和微透镜层15。
[0049] 如图2所示，本实用新型另一优选实施例中，还包括具有第一导电类型的背钉扎层11，所述背钉扎层11设置在所述光电二极管2与所述基板1的背表面之间。
[0050] 可在光电二极管2和基板1的背表面之间形成具有第一导电类型的背钉扎层11，背钉扎等可以是N型高浓度杂质区，在这种情况下，可通过固定电荷层10在背钉扎层11中累积电子，可以显著地增强背钉扎层11，特别地，背钉扎层11可在光电二极管2之前形成且可由快速热过程激活。
[0051] 背照式图像传感器的制作方法
[0052] 在基板1的前表面部分中形成装置隔离区16以限定有源区，基板1可包括硅基板和在其上形成的外延层，可在基板1上形成第一类型，例如，N型的外延层，可替代地，基板1为N型基板，即可省略外延层，同时，可通过
浅沟槽隔离(STI)过程形成装置隔离区16。
[0053] 在基板1中形成具有第二导电类型的光电二极管2，例如，可在N型外延层中形成P型光电二极管，特别地，P型光电二极管可以是由离子注入过程形成的P型杂质区，[0054] 可在光电二极管2和基板1的前表面之间形成第一导电类型隔离层3，利用离子注入工艺在基板1前表面注入杂质离子形成，且第一导电类型隔离层3的离子掺杂浓度大于基板1掺杂浓度的一至两个数量级，例如：可与P型光电二极管上形成N型隔离层，第一导电类型隔离层3可以在一定程度上防止由基板1前表面缺陷引起的电流，从而使光电二极管2输出信息较为准确，产生的图像不失真。
[0055] 可在基板1内靠近前面部分，与光电二极管2间隔开，形成高浓度杂质区4，例如：可与P型光电二极管2横向间隔开在基板1的前表面部分中形成P型高浓度杂质区。
[0056] 在高浓度杂质区4与所述光电二极管2之间的基板1前表面上和第一导
电隔离层上的基板1前表面上形成栅电极5，先通
过热氧化工艺形成一层氧化层，然后在氧化层上沉寂一层多晶硅，再通过在晶硅层上形成图案话的
光刻叫层，以团花的
光刻胶为掩模，采用干法蚀刻或者湿法
刻蚀多晶硅层和氧化层，直至形成栅氧化层51和覆盖栅氧化层51的栅极层52，之后，可通过
物理气相沉积工艺、
化学气相沉积工艺形成侧墙材料层，再通过
干法刻蚀蚀刻侧墙材料层形成栅极侧墙。将栅电极5延伸至覆盖光电二极管2正上方的基板1前表面，从而防止光电二极管2正上方的基板1前表面在后续的刻蚀工艺中被蚀刻，因此，光电二极管2正上方的基板1前表面不易出现缺陷，从而有效防止暗电流的产生，设置的装置隔离区
16，使光电二极管2相互之间分隔开，防止发生信号串扰。
[0057] 基板1的前表面上和栅电极上还可以形成介电层6和导电层，同样通过热氧化工艺或半导体工艺沉积制作，沉积形成第一介电层于基板1的前表面，平坦化工艺后并在第一介电层背离于基板1一面上沉积形成吸光层8，平坦化工艺后再次沉积第二介电层于吸光层8，通过掩模、图像化相关的区域，并蚀刻成多个通孔于第二介电层，并通过在通孔中沉积导电材质形成导电柱，在第二介电层6中相对应形成导电层，此后，可相应形成多层的导电层结构。
[0058] 执行背研磨过程，例如：化学和/或机械
抛光或蚀刻过程以减小基板1的厚度，例如：可通过背研磨过程移除硅基板1，在执行背研磨过程后，可执行
湿蚀刻过程以从基板1的背表面移除污染物。
[0059] 可在基板1的背表面上形成绝缘层9，且随后可在绝缘层9上形成固定电荷层10，绝缘层9可包括氧化硅或氮化硅，且固定电荷层10可包括氧化锆、铪硅氧化物、铪硅氮氧化物或氮化硅，其具有正电荷。
[0060] 可替代地，当使用P型外延层和N型光电二极管时，可在绝缘层9上形成负固定电荷层，负固定电荷层可包括氧化铪、氮氧化铪、氧化铝、氮氧化铝或铪铝氮氧化物，其具有负电荷。
[0061] 可在固定电荷层10上形成第二绝缘层12，且随后可在第二绝缘层12上形成钝化层13、滤光膜层14和微透镜层15。
[0062] 在形成第一导电类型隔离层3后，可通过离子注入过程在基板1中形成第一导电类型的背钉扎层11，例如，可通过离子注入过程在基板1中形成N型背钉扎层，可由快速热过程激活N型背钉扎层、P型光电二极管和N型隔离层。
[0063] 可通过背研磨过程暴露N型背钉扎层，详细地，可以执行背研磨过程直到暴露N型背钉扎层为止，且可以暴露的N型背钉扎层上相继形成绝缘层9和固定电荷层10,即可在N型背钉扎层11的背表面上形成绝缘层9。在基板1中形成光电二极管2后，基板1背表面上形成绝缘层9和固定电荷层10，可在光电二极管2和绝缘层9之间由固定电荷层10形成电荷累积区17，其可用作背钉扎层11，结果是，可以省略用于形成常规的背钉扎层11的离子注入过程和激光退火过程，且因此可显著的降低背照式图像传感器的制造成本。
[0064] 此外，可形成为相对较薄的电荷累积区17，可相对增加光电二极管2的大小，可显著的改进光电二极管2的填充因子。
[0065] 以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
