背照式CMOS影像传感器

摘要

本发明提供了一种背照式CMOS影像传感器，包括：器件晶圆，所述器件晶圆具有正面及背面，所述器件晶圆中形成有光电二极管，所述光电二极管靠近所述器件晶圆的背面；及带正电荷膜层，所述带正电荷膜层覆盖所述器件晶圆的背面。通过带正电荷膜层提高了靠近器件晶圆背面的能带势垒，提高了电子从光电二极管中逃离的难度，从而降低了电子从光电二极管中逃离的概率，进而提高了光子转换效率，提高了背照式CMOS影像传感器的成像质量。

权利要求

1.一种背照式CMOS影像传感器，其特征在于，包括：器件晶圆，所述器件晶圆具有正面及背面，所述器件晶圆中形成有光电二极管，所述光电二极管靠近所述器件晶圆的背面；及带正电荷膜层，所述带正电荷膜层覆盖所述器件晶圆的背面。

2.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述带正电荷膜层的材料为氧化物。

3.如权利要求2所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述带正电荷膜层的材料为硼硅玻璃、铟化玻璃和钛化玻璃中的一种或多种。

4.如权利要求1至3中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述带正电荷膜层的厚度为20埃~300埃。

5.如权利要求1至3中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述带正电荷膜层通过化学气相沉积工艺形成。

6.如权利要求1至3中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，还包括金属遮蔽层，所述金属遮蔽层覆盖所述带正电荷膜层。

7.如权利要求6所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述金属遮蔽层的材料为铝或者钨。

说明书

背照式CMOS影像传感器

技术领域

[0001] 本发明涉及影像传感器技术领域，特别涉及一种背照式CMOS影像传感器。

背景技术

[0002] 数字相机为现今所广泛使用的电子产品，而在数字相机内包含有影像传感器，其用以将光线转换为电荷。影像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置（Charge-Coupled Device）影像传感器（亦即俗称CCD影像传感器）以及CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）影像传感器，其中CMOS影像传感器即基于互补型金属氧化物半导体（CMOS）技术而制造。由于CMOS影像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将影像传感器以及其所需要的外围电路加以整合。

[0003] 传统的CMOS影像传感器系采用前面照明（Front Side Illumination，FSI）技术来制造像素阵列上的像素，其入射光需经过像素的前端（front side）才能到达光感测区域（photo-sensing area）。也就是说，传统的前面照明CMOS影像传感器的结构，使得入射光需要先通过介电层（dielectric layer）、金属层（metal layer）之后才会到达光感测区域，而这导致传统CMOS影像传感器需面临低光子转换效率（quantum efficiency）、像素间严重的交叉干扰（cross talk）以及暗电流（dark current）等等问题。

[0004] 为此，现有技术中提出了另一种CMOS影像传感器，其为背面照明（Back Side Illumination，BSI）的CMOS影像传感器，也称背照式CMOS影像传感器。不同于前面照明技术，背照式CMOS影像传感器由硅晶（silicon）的前端构建影像传感器，其将彩色滤光片（color filter）以及微镜片（microlens）放置于像素的背部（back side），使得入射光由影像传感器的背部进入影像传感器。相较于前面照明CMOS影像传感器，这种背照式CMOS影像传感器具有较少的光损失（light loss）以及较高的光子转换效率。

[0005] 其中，光子转换效率是CMOS影像传感器的一个重要参数，通常的，光子转换效率越高，则CMOS影像传感器的成像质量越高。现有的背照式CMOS影像传感器的光子转换效率虽较前面照明CMOS影像传感器要好，但是，为了获取更高的成像质量，仍希望提高背照式CMOS影像传感器的光子转换效率。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种背照式CMOS影像传感器，以提高背照式CMOS影像传感器的光子转换效率。

[0007] 为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式CMOS影像传感器，包括：

[0008] 器件晶圆，所述器件晶圆具有正面及背面，所述器件晶圆中形成有光电二极管，所述光电二极管靠近所述器件晶圆的背面；及

[0009] 带正电荷膜层，所述带正电荷膜层覆盖所述器件晶圆的背面。

[0010] 可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述带正电荷膜层的材料为氧化物。

[0011] 可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述带正电荷膜层的材料为硼硅玻璃、铟化玻璃和钛化玻璃中的一种或多种。

[0012] 可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述带正电荷膜层的厚度为20埃~300埃。

[0013] 可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述带正电荷膜层通过化学气相沉积工艺形成。

[0014] 可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，还包括金属遮蔽层，所述金属遮蔽层覆盖所述带正电荷膜层。

[0015] 可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述金属遮蔽层的材料为铝或者钨。

[0016] 在本发明提供的背照式CMOS影像传感器中，通过带正电荷膜层提高了靠近器件晶圆背面的能带势垒，提高了电子从光电二极管中逃离的难度，从而降低了电子从光电二极管中逃离的概率，进而提高了光子转换效率，提高了背照式CMOS影像传感器的成像质量。

附图说明

[0017] 图1是现有的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图；

[0018] 图2是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图；

[0019] 图3是本实施例的背照式CMOS影像传感器与现有的背照式CMOS影像传感器中光电二极管的能带势阱比较图。

具体实施方式

[0020] 以下结合附图和具体实施例对本发明提供的背照式CMOS影像传感器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

[0021] 如背景技术中所述，背照式CMOS影像传感器技术在前面照明CMOS影像传感器的技术上发展起来，其通过改变光线照射到CMOS影像传感器上的位置，对于前面照明CMOS影像传感器中的光子转换效率低的问题进行了一定的改进。如图1所示，其为现有的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。该现有的背照式CMOS影像传感器1包括：

[0022] 器件晶圆11，所述器件晶圆11具有正面111及背面112，所述器件晶圆11中形成有光电二极管12，所述光电二极管12靠近所述器件晶圆11的背面112；及

[0023] 高K介质层（即高介电常数介质层）13，所述高K介质层13覆盖所述器件晶圆11的背面112。

[0024] 该现有的背照式CMOS影像传感器1虽相较于前面照明CMOS影像传感器的光子转换效率有所提高，然基于对CMOS影像传感器影像质量的不断追求，人们希望进一步提高背照式CMOS影像传感器的光子转换效率，但此点总是收效甚微。

[0025] 对于这一问题，发明人进行了不断的深入研究，终于发现：

[0026] 在现有的背照式CMOS影像传感器1中，当光线14入射到光电二极管12中，并在光电二极管12中产生了大量电子15，以实现CMOS影像传感器光子转换的过程中，将有一定量的电子15逃离光电二极管12的束缚，而正是由于这些电子15的逃离，造成了CMOS影像传感器的光子转换效率低的问题。

[0027] 在发现了这一阻碍CMOS影像传感器光子转换效率的问题之后，发明人进一步研究，基此，提出了提高背照式CMOS影像传感器光子转换效率的解决方法。

[0028] 具体的，请参考图2，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。如图2所示，所述背照式CMOS影像传感器2包括：

[0029] 器件晶圆21，所述器件晶圆21具有正面211及背面212，所述器件晶圆21中形成有光电二极管22，所述光电二极管22靠近所述器件晶圆21的背面212；及

[0030] 带正电荷膜层23，所述带正电荷膜层23覆盖所述器件晶圆21的背面212。

[0031] 在本实施例中，所述带正电荷膜层23的材料为氧化物，具体的，可以为硼硅玻璃、铟化玻璃和钛化玻璃中的一种或者多种。优选的，所述带正电荷膜层23的厚度为20埃~300埃，例如，所述带正电荷膜层23的厚度可以为40埃、60埃、80埃、100埃、120埃、150埃、170埃、200埃、230埃、250埃或者270埃。

[0032] 在本实施例中，通过上述带正电荷膜层23能够提高靠近器件晶圆21背面212的能带势垒；由于靠近器件晶圆21背面212的能带势垒提高了，当光线24从器件晶圆21的背面212入射到光电二极管22时，光电二极管22中所形成的电子25便难以从光电二极管22中逃离，由此便可降低电子25从光电二极管22中逃离的概率，进而提高了背照式CMOS影像传感器的光子转换效率，并提高了背照式CMOS影像传感器的成像质量。

[0033] 请参考图3，其为本实施例的背照式CMOS影像传感器与现有的背照式CMOS影像传感器中光电二极管的能带势阱比较图。如图3所示，其中横坐标表示光电二极管内的深度，单位为微米，靠近器件晶圆背面的深度越大；纵坐标表示势能，单位为伏；光线从器件晶圆的背面入射到光电二极管内，从图3中所示，即为从坐标系右侧入射。

[0034] 从图3中可见，在远离器件晶圆背面的部分光电二极管中，本实施例的背照式CMOS影像传感器与现有的背照式CMOS影像传感器中光电二极管的能带基本相同，并且势能均非常大，因此，此部分光电二极管中的电子不易逃离光电二极管的束缚；而在靠近器件晶圆背面的部分光电二极管中，本实施例所提供的背照式CMOS影像传感器的部分光电二极管的势能（图3中通过虚线框中的L1标示）明显高于现有技术的背照式CMOS影像传感器的部分光电二极管的势能图3中通过虚线框中的L2标示）。

[0035] 由于本实施例提供的背照式CMOS影像传感器极大的提高了靠近器件晶圆背面的能带势垒，当光线从器件晶圆的背面入射到光电二极管时，相较于现有技术的背照式CMOS影像传感器，本实施例的背照式CMOS影像传感器的光电二极管中所形成的电子便难以从光电二极管中逃离，由此便可降低电子从光电二极管中逃离的概率，进而提高了背照式CMOS影像传感器的光子转换效率，并提高了背照式CMOS影像传感器的成像质量。

[0036] 进一步的，所述带正电荷膜层23可通过化学气相沉积工艺形成。具体的，可将所述器件晶圆21置入化学气相沉积腔室内，优选的，所述化学气相沉积腔室的温度为300℃~800℃，然后通入反应气体（根据所选取的材料不同，相应的通入不同的反应气体，此为现有技术，本申请对此不再赘述），通过化学气相沉积工艺形成所述带正电荷膜层23。

[0037] 在本实施例中，所述背照式CMOS影像传感器2还包括金属遮蔽层（图2中未示出），所述金属遮蔽层覆盖所述带正电荷膜层23，优选的，所述金属遮蔽层的材料为铝或者钨。通过所述金属遮蔽层能够避免背照式CMOS影像传感器色彩串扰的问题，进一步提高所述背照式CMOS影像传感器的质量。

[0038] 上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。