CN112436026A - 减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，属于半导体技术领域，可应用于图像传感器中。所述减少背照式图像传感器暗电流的方法包括如下步骤：第一步、以晶圆片为基底，在所述晶圆片的第一面生成绝缘层；第二步、在所述绝缘层上生长High‑k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层；第三步、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层。本发明提供的减少背照式图像传感器暗电流的方法能够增加High‑k材料的Qtot负电荷量，进一步降低背照式图像传感器的暗电流，从而提高背照式图像传感器的成像效果、改善背照式图像传感器的光电探测性能。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器。
背景技术
半导体制造领域的技术人员都知道，光电探测器的背表面往往会产生暗电流，造成白像素，从而影响背照式图像传感器的成像效果。为了减少暗电流的产生，在制造背照式图像传感器(BSI-CIS)时，现有技术在背面硅基底上形成绝缘层，然后在绝缘层上再生长High-k材料层，其中，High-k材料层作为硅表面钝化层以减少暗电流的产生。High-k材料可以对硅表面进行钝化的原因在于High-k材料本身存在负电荷，因此在硅和绝缘层的界面处会镜像出等量的正电荷，从而起到界面钝化作用，可以减少BSI-CIS背表面的暗电流。其中，Qtot（Total charge of high-k）是决定High-k材料钝化效果的一个重要参数，对于n型CIS来说，增加High-k材料的Qtot负电荷量，可以加强界面钝化效果、降低暗电流。
为了提高High-k材料的Qtot负电荷量，通常采用以下两种方法：一种是使用不同的High-k材料；另一种是调节High-k材料的平带电压VFB。但是，目前发现的带负电且兼容CIS制程的High-k材料并不多，主要只有Al2O3和HfO2两种；而通过调节工艺来调节VFB则难度较大、效果欠佳。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的不足，本发明的目的在于：提供一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，能够增加High-k材料的Qtot负电荷量，进一步降低背照式图像传感器的暗电流，从而提高背照式图像传感器的成像效果、改善背照式图像传感器的光电探测性能。
为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
一方面，本发明提供了一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，包括如下步骤：
第一步、以晶圆片为基底，在所述晶圆片的第一面生成绝缘层；所述绝缘层优选为二氧化硅层。在所述晶圆片的第一面生成绝缘层工艺步骤之前，根据工艺的需要可以对晶圆片进行减薄工艺。
第二步、在所述绝缘层上生长High-k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层；所述High-k材料层的材料优选为Al2O3或者HfO2材料。
第三步、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层。紫外线UV对所述钝化层的照射时间介于0-5分钟之间。将紫外线UV对所述钝化层的照射时间设置在5分钟内，即可实现电子通过隧穿穿透二氧化硅层，从而提高High-k材料层的Qtot负电荷量，达到降低暗电流的目的。
在紫外线UV照射后还可以根据需要来后续进行二氧化硅等绝缘层沉积或者防反射层沉积。
本发明通过紫外线UV照射晶圆片上High-k材料层来增加High-k材料层的Qtot负电荷量，从而阻止自由电子的活动，达到降低暗电流的目的。通过降低背照式图像传感器的暗电流，从而提高背照式图像传感器的成像效果、改善背照式图像传感器的光电探测性能。
另一方面，本发明还提供了一种背照式图像传感器，采用了上述工艺方法。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：High-k材料本身就存在负电荷，对硅表面有钝化效果，而本发明通过紫外线UV照射由High-k材料形成的钝化层，增加了High-k材料的Qtot负电荷量，阻止了自由电子的活动，进一步降低了背照式图像传感器的暗电流。暗电流减少导致白像素相应减少，从而提高了背照式图像传感器的成像效果，也改善了背照式图像传感器的光电探测性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施的一种减少背照式图像传感器暗电流的方法流程示意图；
图2示意的是钝化层在得到紫外线UV照射后，High-k材料（Al2O3）与SiO2和Si中的电荷分布趋向。
附图标记：1-硅基底；2-二氧化硅层；3-钝化层；4-硅基底经过减薄的一面。
具体实施方式
下面将对本发明具体实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的是采用本发明一种减少背照式图像传感器暗电流的方法来制备背照式图像传感器的一实施例，在该实施例中，所述的背照式图像传感器包括了晶圆片硅基底1，二氧化硅层2，在二氧化硅层2上由High-k材料生成的钝化层3。需要说明的是，为了更加具体地描述技术方案，本实施例中所描述的步骤并不严格和发明内容部分描述的步骤一一对应。
本发明提供一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，所述减少背照式图像传感器暗电流的方法包括如下步骤：
第一步①、准备一晶圆片，以所述晶圆片的硅为硅基底1，自所述晶圆片的一面对硅基底1进行减薄。
第二步②、在硅基底1经过减薄的一面4渗入氧离子生成二氧化硅层2；在其他实施方式里面也可以通过其他方式来生成二氧化硅层2。
第三步③、在所述二氧化硅层2上生长High-k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层3，所述High-k材料层的材料为Al2O3。本优选实施例中所述的High-k材料用的是Al2O3，本发明所披露的用于钝化层3的材料，包括但不局限于材料HfO2、Al2O3，还可以有其它合适的材料用作钝化层3。
第四步④、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层3。紫外线UV对所述钝化层3的照射时间优选在0-5分钟之间。经过紫外线UV照射后电荷分布趋向如图2所示，对钝化层3进行紫外线照射，电子进入Si和SiO2表面，电子通过隧穿穿透SiO2，在SiO2和High-k材料的界面聚集，提高了High-k材料的Qtot负电荷量。
在紫外线UV照射后还可以根据需要来后续进行二氧化硅等绝缘层沉积或者防反射层沉积。
通过本实施例阐述本发明的原理：本发明在硅基底1上生成二氧化硅层2作为绝缘层和电子隧穿层，然后在二氧化硅层2上生成High-k材料层作为钝化层3。通过对High-k材料层进行紫外线UV照射，更多的电子进入Si和SiO2表面，电子通过隧穿穿透二氧化硅层2，在SiO2和High-k材料的界面聚集，从而增加了High-k材料的Qtot负电荷量。相应地，由于High-k材料的Qtot负电荷量的增加，在Si和SiO2的界面处镜像出的等量正电荷也增加，阻止了自由电子的运动，从而提高了界面钝化效果，进一步减少了BSI-CIS的暗电流。暗电流减少，导致白像素减少，最终提高了BSI-CIS的成像效果，改善了BSI-CIS的光电探测性能。
以上对本发明所提供的一种减少背照式图像传感器暗电流的方法及其传感器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的发明原理进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。
Claims (7)
1.一种减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步、以晶圆片为基底，在所述晶圆片的第一面生成绝缘层；
第二步、在所述绝缘层上生长High-k材料层，作为所述背照式图像传感器背表面的钝化层；
第三步、用紫外线UV照射所述背照式图像传感器背表面的钝化层。
2.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，在第一步中所述晶圆片的第一面生成绝缘层工艺步骤之前，对晶圆片进行减薄工艺。
3.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，所述绝缘层为二氧化硅层。
4.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，所述High-k材料层的材料为Al2O3或者HfO2材料。
5.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，紫外线UV对所述钝化层的照射时间介于0-5分钟之间。
6.根据权利要求1所述的减少背照式图像传感器暗电流的方法，其特征在于，在紫外线UV照射后进行绝缘层沉积或者防反射层沉积。
7.一种背照式图像传感器，其特征在于，采用权利要求1-6任一所述的方法。
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