[發(fā)明專利]一種CMOS圖像傳感器及其制造方法

有效

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• 申請日: 2012-11-05
• 公開（公告）號: CN103066084B
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發(fā)明（設計）人: 顧學強;周偉
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發(fā)中心有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,林彥之

技術領域

本發(fā)明涉及圖像傳感器領域，特別涉及一種CMOS圖像傳感器。

背景技術

通常，圖像傳感器是指將光信號轉換為電信號的裝置。圖像傳感器包括電荷耦合器件（CCD）和互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器芯片。

CMOS圖像傳感器和傳統的CCD傳感器相比具有的低功耗，低成本和與CMOS工藝兼容等特點，因此得到越來越廣泛的應用。現在CMOS圖像傳感器不僅用于消費電子領域，例如微型數碼相機（DSC），手機攝像頭，攝像機和數碼單反（DSLR）中，而且在汽車電子，監(jiān)控，生物技術和醫(yī)學等領域也得到了廣泛的應用。

對普通的CMOS圖像傳感器而言，通常使用濾色層（color filter array）的拜亞（Bayer）形式排列來分別得到紅，綠，藍三種顏色，然后通過后續(xù)的信號處理來合成最終的圖像。這種結構的每個像素單元只對應紅，綠，藍三種顏色中的一種，因此降低了圖像傳感器的空間分辨率，增加了顏色之間的串擾，同時濾色層的使用增加了入射光到光電二極管感光區(qū)的距離，使得傳感器靈敏度降低。如圖1所示，現有的CMOS圖像傳感器包括位于半導體襯底100上用于光電轉換的光電二極管101，金屬互連線105，106和107，用于金屬互連線之間隔離的層間介質層108，用于分色的紅色濾色層102，綠色濾色層103和藍色濾色層104，以及用于光線聚焦的微透鏡109。每個像素單元只對應紅綠藍三種顏色中的一種，因此降低了圖像的空間分辨率，增加了顏色之間的串擾。此外，由于濾色層的使用，使得入射光到達光電二極管表面的距離變大，導致圖像傳感器的靈敏度降低。同時紅綠藍三色光在光電二極管的耗盡區(qū)被收集，由于波長不一樣，它們在半導體襯底中的吸收深度是不一樣的，波長越長，光線穿透能力也越強，因此會在比較深的位置被吸收。例如藍光的波長為450納米，綠 光波長為550納米，紅光波長為650納米，因此紅光的吸收位置最深，藍光最淺，若使用一種光電二極管來收集三種不同波長的光線，會使得紅光這樣具有較長波長的顏色的吸收系數較低，而無法實現不同波長光線的收集效率都達到最優(yōu)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的主要目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種CMOS圖像傳感器及其制造方法，無需通過濾色層即可產生彩色圖像，有效地降低了工藝成本。

為達成上述目的，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器，包括形成于半導體襯底上的光電二極管區(qū)域，還包括：淺槽隔離區(qū)域，形成于所述光電二極管區(qū)域中；深槽隔離區(qū)域，形成于所述光電二極管區(qū)域中；其中，所述淺槽隔離區(qū)域與所述深槽隔離區(qū)域填充透光介質；光電二極管及光電二極管耗盡區(qū)，形成于所述光電二極管區(qū)域中；以及層間介質層，金屬互連線及微透鏡，形成于所述半導體襯底上方。

可選的，所述透光介質為二氧化硅。

可選的，所述光電二極管區(qū)域還包括摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)與所述半導體襯底之間構成PN結，以形成所述光電二極管及所述光電二極管耗盡區(qū)。

可選的，所述淺槽隔離區(qū)域底部至其下方的所述光電二極管耗盡區(qū)的深度對應于綠色光在所述半導體襯底的吸收深度。

可選的，所述深槽隔離區(qū)域底部至其下方的所述光電二極管耗盡區(qū)的深度對應于藍色光在所述半導體襯底的吸收深度。

可選的，所述半導體襯底表面至其下方的所述光電二極管的耗盡區(qū)的深度對應于紅色光在所述半導體襯底的吸收深度。

本發(fā)明進一步提供一種CMOS圖像傳感器制造方法，包括如下步驟：提供半導體襯底，所述半導體襯底具有光電二極管區(qū)域；在所述光電二極管區(qū)域光刻和刻蝕淺槽隔離區(qū)域；在所述光電二極管區(qū)域光刻和刻蝕深槽隔離區(qū)域；在所述淺槽隔離區(qū)域及所述深槽隔離區(qū)域填充透光介質并平坦化；在所述光電二極管區(qū)域形成光電二極管及光電二極管耗盡區(qū)；以及在所述襯底上方形成層間介質層，金屬互連線及微透鏡。

可選的，所述透光介質為二氧化硅。

可選的，在所述光電二極管區(qū)域形成光電二極管及光電二極管耗盡區(qū)的步驟包括:在所述光電二極管區(qū)域進行雜質離子注入形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)與所述半導體襯底之間構成PN結，以形成所述光電二極管及所述光電二極管耗盡區(qū)。

可選的，所述淺槽隔離區(qū)域底部至其下方的所述光電二極管耗盡區(qū)的深度對應于綠色光在所述半導體襯底的吸收深度；所述深槽隔離區(qū)域底部至其下方的所述光電二極管耗盡區(qū)的深度對應于藍色光在所述半導體襯底的吸收深度；可選的，所述半導體襯底表面至其下方的所述光電二極管的耗盡區(qū)的深度對應于紅色光在所述半導體襯底的吸收深度。