[发明专利]图像传感器感光单元及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种图像传感器感光单元及其制造方法。

背景技术

SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）技术是在顶层硅和背衬底之间引入了一层埋氧化层。通过在绝缘体上形成半导体薄膜，SOI材料具有了传统的体硅材料所无法比拟的优点：可以实现集成电路中元器件的介质隔离，彻底消除了体硅CMOS电路中的寄生闩锁效应；采用这种材料制成的集成电路还具有寄生电容小、集成密度高、速度快、工艺简单、短沟道效应小及特别适用于低压低功耗电路等优势。

图像传感器是一种将光学图像转换为电信号的半导体器件，一般由感光像素和CMOS信号处理电路构成。目前常见的CMOS图像传感器是有源像素型图像传感器（APS），其中又分为三管图像传感器（3T，包括复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管）和四管图像传感器（4T，包括转移晶体管、复位晶体管、放大晶体管和行选择晶体管）两大类。

一种现有的制作于SOI衬底上的CMOS图像传感器感光单元结构如图1所示，采用的是全耗尽结构，包括：衬底100、埋氧层110和器件层130。器件层130包括光电二极管140、复位晶体管150、源极跟随晶体管160和行选晶体管170。此像素结构的感光区主要位于光电二极管140的PN结耗尽区。每个晶体管均包括源极、栅极和漏极等基本结构。上述各个器件的位置关系以及电学连接关系请参考附图1。

参考附图1，现有像素结构的工作原理是：开始工作时，首先将复位晶体管150栅极加高电平，使其导通，曝光时，光电二极管140作为光电子收集区域，当入射光照射时，产生电子空穴对，在完成曝光之后并通过源极跟随晶体管160和行选晶体管170将积分电压信号读出。于是输出电压的值就反映了光信号的强弱。

上述制作于SOI衬底上的CMOS图像传感器像素电路的缺点在于SOI衬底的器件层130很薄，通常只有数十个微米甚至十几个微米，入射光在光电二极管140中的光程很短，导致光吸收效率以及量子效率低下。尤其是对于波长大于600nm的红色，橙色光，吸收效率极低，成像质量很不理想；此外，由于通常采用正面照射技术，光线照射到感光区之前必须越过一定厚度的金属布线层，使得部分斜入射光被遮挡，降低了此像素结构的量子效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种图像传感器感光单元及其制造方法，能够提高光吸收的效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种图像传感器感光单元，包括第一覆盖层、第二覆盖层和第一与第二覆盖层之间的介质层，所述介质层中进一步包括器件层和绝缘层，所述器件层和所述第一覆盖层贴合，在所述器件层中设置有至少一光电二极管，所述第二覆盖层为光入射层。

可选的，所述介质层进一步包括支撑层，所述绝缘层设置在支撑层和器件层之间，所述第二覆盖层与所述支撑层贴合；所述支撑层的厚度小于5μm。

可选的，所述第一覆盖层的材料为反射增强材料；所述第二覆盖层为增透膜，或所述第二覆盖层的材料为单面透射材料，光从介质层外到介质层内的透射率大于从介质层内到介质层外的透射率；所述第一覆盖层和第二覆盖层的厚度范围均为1nm至10nm。

可选的，在所述第二覆盖层的表面进一步设置有光聚焦模块。

本发明进一步提供了一种图像传感器感光单元的制造方法，包括如下步骤：提供一衬底，所述衬底包括支撑层，支撑层表面的绝缘层以及绝缘层表面的器件层；在器件层中制作至少一光电二极管；减薄支撑层；在所述衬底的器件层表面形成第一覆盖层，并在与之相对的表面形成第二覆盖层。

可选的，所述减薄支撑层的步骤中，进一步是将支撑层减薄至一厚度；所述支撑层减薄之后的厚度小于5μm。

可选的，进一步包括一在所述第二覆盖层的表面形成光聚焦模块的步骤。

本发明的优点在于用了法布里珀罗腔的特点，通过入射光线的多次反射，使其在感光区内被多次吸收，从而提高了基于图像传感器感光单元的光吸收效率。

附图说明

附图1是一种现有的制作于SOI衬底上的CMOS图像传感器感光单元结构。

附图2所示是本发明的具体实施方式所述方法的实施步骤示意图。

附图3A至步骤3E所示是附图2所示步骤的工艺示意图。

附图4所示是本发明的具体实施方式所采用的法布里珀罗腔的原理图。

具体实施方式