[发明专利]图像传感器的感光区域以及制造方法、图像传感器

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的感光区域以及制造方法、图像传感器。

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图像传感器像素结构如图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。

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的感光区域以及制造方法、图像传感器，能够提高图像传感器的光吸收效率。

为了解决上述问题，本发明提供了一种图像传感器的感光区域，包括设置在支撑衬底表面的一微镜和一光电二极管，所述光电二极管的P型掺杂区域与N型掺杂区域在支撑衬底表面横向布置，入射至图像传感器的入射光朝向所述支撑衬底的表面入射，经过所述微镜反射后形成朝向所述光电二极管侧面反射光，所述微镜的反射光是从所述光电二极管的侧面入射至光电二极管的内部，能够提高所述光电二极管的光俘获效率。

可选的，在入射光的光路上进一步设置一聚焦装置，所述聚焦装置进一步是一透镜或一透镜组，对入射到微镜表面的入射光进行聚焦，在所述聚焦装置和所述微镜之间进一步设置一滤色片。

可选的，所述光电二极管包括一PN结或者一PIN结。

可选的，所述微镜的表面进一步包括一金属反射膜。

可选的，所述支撑衬底包括表面的绝缘埋层，所述微镜和光电二极管进一步是设置在所述绝缘埋层的表面。

本发明进一步提供了一种上述图像传感器的感光区域的制造方法，包括如下步骤：提供半导体衬底；在半导体衬底表面利用各向异性腐蚀形成微镜，所述微镜和半导体衬底表面具有一角度，所述角度大于零度且小于90度；在半导体衬底表面形成光电二极管。

可选的，所述半导体衬底进一步包括衬底、器件层以及上述两者之间的绝缘埋层，所述微镜和光电二极管形成于所述器件层中。

可选的，所述微镜的平面与半导体衬底表面的夹角是45度。

可选的，在形成微镜后，进一步包括在所述微镜表面形成金属反射膜的步骤。

本发明进一步提供了一种图像传感器，包括衬底、器件层以及上述两者之间的绝缘埋层，在所述器件层中至少包括至少一个上述的感光区域。

可选的，所述器件层中包括一棱锥，所述棱锥的底面设置于所述绝缘埋层的表面，所述棱锥的侧面为所述感光区域的微镜，所述光电二极管环绕设置在棱锥周围，所述棱锥为四棱锥，所述棱锥的侧面与绝缘埋层表面之间的夹角为45度。

可选的，所述器件层的厚度范围是50nm～500nm。

可选的，所述器件层中进一步设置有复位晶体管、源极跟随晶体管和行选晶体管。