[發明專利]CMOS感光元件及制備方法

在審

• 申請號: 201410273300.7
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN105206629A
• 公開（公告）日: 2015-12-30
• 發明（設計）人: 李程;吳敏;楊渝書;秦偉;高慧慧
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 吳俊

技術領域

本發明涉及圖形傳感器制備領域，具體涉及一種CMOS感光元件的設計和制備方法。

背景技術

CMOS圖像傳感器屬于光電元器件，CMOS圖像傳感器由于其制造工藝和現有集成電路制造工藝兼容，同時其性能比原有的電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器有很多優點，而逐漸成為圖像傳感器的主流。CMOS圖像傳感器可以將驅動電路和像素集成在一起，簡化了硬件設計，同時也降低了系統的功耗。CMOS圖像傳感器由于在采集光信號的同時就可以取出電信號，還能實時處理圖像信息，速度比CCD圖像傳感器快，同時CMOS圖像傳感器還具有價格便宜，帶寬較大，防模糊，訪問的靈活性和較大的填充系數的優點而得到了大量的使用，廣泛應用于工業自動控制和消費電子等多種產品中，如監視器，視頻通訊，玩具等。鑒于CMOS圖像傳感器的諸多優點，現在CIS的研究和發展是要利用其系統集成的優點來實現多功能和智能化；利用其具有訪問靈活的優點，可以通過只讀出感光面上感興趣的小區域來實現高的幀速率CMOS；同時CMOS圖像傳感器寬動態范圍，高分辨率和低噪聲技術也在不斷發展。

日本Canon公司于2013年公開了一種基于諧振原理的提升特定波長感光效率的CMOS感光元件(日本公開專利號No.2013-93553)，其原理為通過在PD層(photodiode，光電二極管，簡稱PD層)上部構建橫向光柵結構，對于特定波長的光線起到諧振效果，從而使得光線在PD層停留更長的時間，從而提升其感光效率。然而該結構，對于特定波長更高的感光效率的提升仍然有限。

中國專利(CN102664185A)公開了一種CMOS圖像傳感器及其制作方法，通過形成于感光器件表面的、或形成于介質層中的、或形成于金屬布線層中的納米金屬顆粒層，利用納米金屬顆粒層的表面等離子體激元，增強位于其下的感光器件對光的吸收效率；通過控制表面金屬顆粒層的納米金屬顆粒的大小，增強對于特定波長光的吸收。本發明不僅增強了CMOS圖像傳感器原本可吸收波段光的吸收效率，而且有效地提高了該圖像傳感器對波長在500～1000nm之間的較長波長光的吸收效率。該專利是通過納米金屬顆粒層來增強針對特定波長的光線吸收效率，但是該發明對光線的吸收效率有限，而且制作實現難度也較大。

因此如何在不影響對其他光線的前提下，進一步提高CMOS感光元件對波長較長的光線的感光率，并有效控制生產成本，一直為本領域技術人員孜孜不倦所研究的技術方向。

發明內容

一種CMOS感光元件，其中，所述CMOS感光元件包括一襯底，所述襯底中設置有PD層，位于該襯底頂部設置有一ILD層，位于所述ILD層中設置有第一反射鏡，位于所述襯底的下表面設置有第二反射鏡；

在所述第一反射鏡和第二反射鏡之間形成法布里-珀羅諧振腔(Fabry-Perotcavity，簡稱FP腔)，以提高所述CMOS感光元件對特定光波的感光效率。

上述的CMOS感光元件，其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡均為布拉格反射鏡。

上述的CMOS感光元件，其中，所述第一反射鏡自下而上依次包括有若干層間隔設置的第一反射層和第二反射層；

所述第二反射鏡自下而上依次包括有若干層間隔設置的所述第二反射層和所述第一反射層。

上述的CMOS感光元件，其中，所述第一反射層為SiO₂，所述第二反射層為SiN。

上述的CMOS感光元件，其中，所述特定光波為紅光光波。

上述的CMOS感光元件，其中，所述CMOS感光元件還設置有微透鏡(U-lens)。

一種CMOS感光元件的制備方法，其中，所述方法包括如下步驟：

提供一襯底，并在所述襯底中制備PD層；

在所述襯底之上沉積一層ILD層；

在所述ILD層的上表面制備第一反射鏡；

在所述第一反射鏡的上表面沉積一層氧化物后進行接觸孔制備工藝，并完成后段制程后作為器件片；

提供一空白晶圓，并在所述空白晶圓的上表面制備第二反射鏡，作為支撐片；

對所述器件片背面進行減薄，并將所述器件片的背面和所述支撐片的正面鍵合；

其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡之間形成法布里-珀羅腔，從而提高所述CMOS感光元件對特定光波的感光效率。

上述的方法，其中，所述第一反射鏡和第二反射鏡均為布拉格反射鏡。

上述的方法，其中，制備所述第一反射鏡的步驟如下：