[发明专利]一种宽光谱图像传感器结构及形成方法

说明书

本发明公开了一种宽光谱图像传感器结构及形成方法，图像传感器结构包括：设于半导体衬底正面上的感光单元；设于所述半导体衬底正面，自下而上依次位于所述感光单元中的宽禁带半导体材料层、第一半导体层、窄禁带半导体材料层和第二半导体层；其中，入射光由半导体衬底背面进入感光单元，利用宽禁带半导体材料层对入射光中的短波段光进行吸收，利用窄禁带半导体材料层对入射光中的长波段光进行吸收，以同时提高短波段和长波段的量子效率。本发明通过采用复合结构的感光单元，既能提高短波段的量子效率，也能增强近红外波段的量子效率。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种宽光谱图像传感器结构及形成方法。

背景技术

近红外(NIR)图像传感器在两个领域有着重要的应用。第一个领域是安防监控系统，在低光环境下，近红外光子比可见光子更多，因此捕获的图像分辨率更高，可以捕获更清晰的入侵者的图像。第二个领域是机器视觉的应用，近红外光人眼看不见，进而可以避免对周围环境的干扰，但是可以用于照亮物体。

近红外成像系统的一个关键性参数是量子效率(QE)，图像传感器的量子效率是捕获的光子与转换成电子的比值。量子效率越高，近红外照明能达到的距离越远，图像亮度越高。

请参考图1，图1是现有的一种背照式图像传感器像素单元结构示意图。如图1所示，背照式图像传感器中，光是从硅衬底10背面直接入射进入光电二极管11，无需经过金属互连层及介质层12，进而避免了光损耗，提高了量子效率。

硅衬底对入射光的吸收深度与入射光的波长密切相关，波长越长，吸收系数越小，入射深度越深。像素单元通常使用的是红光，绿光及蓝光这3种光。其中蓝光的波长为450纳米，在硅衬底中入射深度约为0.32微米，绿光波长为550纳米，在硅衬底中入射深度约为0.79微米，红光波长为650纳米，在硅衬底中入射深度约为3微米。而近红外光波长为780～1100纳米，在硅衬底中入射深度大于6微米。

由于上述现有背照式图像传感器中硅衬底的厚度一般在3微米左右，这就造成近红外的入射光会直接穿过硅衬底进入介质层，进而导致近红外光量子效率很低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种宽光谱图像传感器结构及形成方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种宽光谱图像传感器结构，包括：

半导体衬底；

设于所述半导体衬底正面上的感光单元；

设于所述半导体衬底正面，自下而上依次位于所述感光单元中的宽禁带半导体材料层、第一半导体层、窄禁带半导体材料层和第二半导体层；

其中，入射光由所述半导体衬底背面进入所述感光单元，利用所述宽禁带半导体材料层对所述入射光中的短波段光进行吸收，利用所述窄禁带半导体材料层对所述入射光中的长波段光进行吸收，以同时提高短波段和长波段的量子效率。

进一步地，所述半导体衬底正面上设有凹槽，所述感光单元位于所述凹槽中，所述宽禁带半导体材料层、第一半导体层和窄禁带半导体材料层自所述凹槽底部向上依次设于所述凹槽中，所述第二半导体层同时覆盖于所述半导体衬底正面表面和所述凹槽中的所述窄禁带半导体材料层上。

进一步地，所述宽禁带半导体材料层、第一半导体层、窄禁带半导体材料层和第二半导体层自所述感光单元中延伸出并依次覆盖于所述半导体衬底正面表面上。

进一步地，所述宽禁带半导体材料层为SiC或GaN。

进一步地，所述窄禁带半导体材料层为SiGex，0＜x≤1。

进一步地，所述感光单元为光电二极管。