[发明专利]背照式图像传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种背照式图像传感器及其制备方法。该背照式图像传感器包括衬底，还包括从衬底减薄后的背面起依次层叠的缓冲层、高介电常数层和金属氧化物层，其中，缓冲层的材料包括硅氧化物，高介电常数层的材料的介电常数大于硅氧化物的介电常数，金属氧化物层的材料能透光而且吉布斯自由能高于硅氧化物的吉布斯自由能。该背照式图像传感器的制备方法包括：在衬底减薄之后的背面生长缓冲层，接着生长高介电常数层，然后在高介电常数层上生长金属氧化物层，再进行氮氢混合气氛退火。这种背照式图像传感器及其制备方法界面修复能力强，结构简单，易于实施。

技术领域

本发明涉及半导体器件技术领域，更为具体来说，本发明涉及一种背照式图像传感器及其制备方法。

背景技术

对于背照式图像传感器而言，背面工艺减薄后所裸露出来的新的硅表面会有缺陷、悬挂键和损伤，这些都是背照式图像传感器的硅表面暗电流的主要来源。如果背照式图像传感器无法解决背面新增的硅表面暗电流问题，背照式图像传感器的噪点较前照式图像传感器会急剧增大，成像质量将会大幅下降，甚至难以有效成像。因此，改善硅界面质量，降低硅表面暗电流来源，成为背照式图像传感器应用的关键。

通常，用于改善背照式图像传感器界面质量的方法在衬底表面生长SiO₂，然后在氢气气氛中进行退火。生长SiO₂作表面钝化处理，降低衬底Si界面缺陷和悬挂键，H₂退火进一步修复表面悬挂键。这种现有的用于改善背照式图像传感器界面质量的方法工艺成熟，能较好地修复界面。但是，SiO₂通常为低温生长，材料的致密性不高，修复能力受到一定限制。

发明内容

本发明创新地提供了一种背照式图像传感器及其制备方法，在衬底表面生长硅氧化物，再配合金属氧化物，然后在氢气气氛中进行退火，改善背照式图像传感器界面质量。

为实现上述的技术目的，一方面，本发明公开了一种背照式图像传感器。所述背照式图像传感器包括衬底，还包括从所述衬底减薄后的背面起依次层叠的缓冲层、高介电常数层和金属氧化物层，其中，所述缓冲层的材料包括硅氧化物，所述高介电常数层的材料的介电常数大于硅氧化物的介电常数，所述金属氧化物层的材料能透光而且吉布斯自由能高于硅氧化物的吉布斯自由能。

进一步地，对于所述背照式图像传感器，所述缓冲层的厚度介于1nm-5nm之间。

进一步地，对于所述背照式图像传感器，所述高介电常数层的材料包括氧化铝和氧化铪中至少一种材料。

进一步地，对于所述背照式图像传感器，所述高介电常数层的厚度介于5nm-50nm之间。

进一步地，对于所述背照式图像传感器，所述金属氧化物层的材料包括氧化钽、氧化铟、以及氧化锡中至少一种材料。

进一步地，对于所述背照式图像传感器，所述金属氧化物层的厚度介于5nm-50nm之间。

进一步地，对于所述背照式图像传感器，所述衬底的材料包括硅。

进一步地，所述背照式图像传感器还包括在所述衬底内分隔排布的各个光感测区域，所述光感测区域包括光电二极管。

进一步地，对于所述背照式图像传感器，所述衬底减薄后的厚度介于2μm-10μm之间。

为实现上述的技术目的，另一方面，本发明公开了一种背照式图像传感器的制备方法。所述背照式图像传感器的制备方法包括：在衬底减薄之后的背面生长缓冲层，接着生长高介电常数层，然后在所述高介电常数层上生长金属氧化物层，再进行氮氢混合气氛退火，其中，所述缓冲层的材料包括硅氧化物，所述高介电常数层的材料的介电常数大于硅氧化物的介电常数，所述金属氧化物层的材料能透光而且吉布斯自由能高于硅氧化物的吉布斯自由能。

本发明的有益效果为：