[實用新型]互補金屬氧化物半導體圖像傳感器

有效

• 申請號: 201520627123.8
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN204946902U
• 公開（公告）日: 2016-01-06
• 發明（設計）人: 李瀟
• 申請（專利權）人: 啟芯瑞華科技（武漢）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 武漢開元知識產權代理有限公司 42104
• 代理人: 李滿;馬輝

技術領域

本實用新型屬于半導體固態成像器件技術領域，具體涉及一種互補金屬氧化物半導體圖像傳感器。

技術背景

互補金屬氧化物圖像傳感器因其制造工藝與信號處理芯片等制造工藝相兼容，易于集成片上系統，同時功耗相較于電荷耦合器件類傳感器有較大優勢，利用圖像處理降噪算法可以提高信噪比，因此已在圖像傳感器應用領域占有優勢地位。

圖像傳感器一個重要的特征指標就是感光度，特別在低照度應用環境下，對于圖像質量起關鍵作用。現有圖像傳感器，如圖1所示，包括濾光片2、感光工作電路單元4、硅襯底6、設置在濾光片2頂面的微透鏡陣列1、設置在濾光片2底面的金屬互聯介質層3、與感光工作電路單元4匹配并位于金屬互聯介質層3內的金屬互聯層5、位于硅襯底6頂面的硅襯底外延層7，所述感光工作電路單元4設置在硅襯底外延層7內，所述硅襯底外延層7的頂面設置在金屬互聯介質層3底面，微透鏡陣列1的每塊微透鏡下方對應的硅襯底外延層7及對應硅襯底外延層7區域內的感光工作電路單元4為一個像素單元，相鄰兩個像素單元之間設有像素間隔絕勢壘8。

對于這種傳統的圖像傳感器要想提高光電轉換的量子效率，特別是長波長的量子效率，通常采用的方法是增加硅外延層中PN結的耗盡區深度，比如采用較深的離子注入或低摻雜硅襯底外延層。但此種途徑硅襯底的耗盡深度仍然有限。而且因為長波長光線吸收深度較大，襯底深處產生的載流子容易超出漂移電場的控制區域，橫向擴散到相鄰像素中，產生信號串擾。另外，對于襯底深處的區域若相鄰像素間隔絕勢壘做不到足夠深的話，阻擋不了光生載流子橫向擴散，也容易產生信號串擾。這種橫向擴散帶來的信號串擾會對暗光下的成像分辨率和色彩噪音產生不良影響。

實用新型內容

本實用新型的目的是針對上述技術問題，提供一種互補金屬氧化物半導體圖像傳感器，該傳感器能夠提高光電轉換量子效率，同時降低載流子信號串擾，提高圖像傳感器在暗場環境下的成像質量。

為實現此目的，本實用新型所設計的互補金屬氧化物半導體圖像傳感器，它包括濾光片、感光工作電路單元、硅襯底、設置在濾光片頂面的微透鏡陣列、設置在濾光片底面的金屬互聯介質層、與感光工作電路單元匹配并位于金屬互聯介質層內的金屬互聯層、位于硅襯底頂面的硅襯底外延層，感光工作電路單元設置在硅襯底外延層內，硅襯底外延層的頂面設置在金屬互聯介質層底面，微透鏡陣列的每塊微透鏡下方對應的硅襯底外延層及對應硅襯底外延層區域內的感光工作電路單元為一個像素單元，其特征在于：它還包括設置在硅襯底底面的硅襯底反射曲面塊陣列，微透鏡陣列中的每塊微透鏡與硅襯底反射曲面塊陣列中的每個硅襯底反射曲面塊一一對應且同軸設置，硅襯底反射曲面塊陣列的曲面表層設有反射介質層；

相鄰兩個像素單元之間設置有像素間隔絕勢壘，每個像素間隔絕勢壘向下延伸至穿過硅襯底。

所述硅襯底反射曲面塊陣列與反射介質層之間形成的反射率范圍為20～50％。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型利用了硅與高折射率的介質層的界面反射效應(即硅襯底反射曲面塊陣列與反射介質層之間形成的反射率范圍為20～50％)，可以將硅襯底中深處的光線部分地重新反射到硅襯底吸收區中，使之再次吸收并轉換成光生載流子，同時由于硅襯底反射曲面塊陣列的三維弧形界面對光線的反射匯聚作用，可以控制反射光線不要進入或很少進入到相鄰像素單元的襯底吸收區中。而且因為硅襯底反射曲面塊陣列(三維弧形界面)，在像素與像素相鄰的區域，硅襯底較薄，而介質層較厚，加上像素間采用深槽或者離子注入形成的隔絕勢壘，阻擋光生載流子的橫向擴散。因此在提高光電轉換量子效率的同時，提高了光學和電學的雙重防信號串擾的能力。

附圖說明

圖1為現有互補金屬氧化物圖像傳感器的結構示意圖；

圖2為本實用新型的結構示意圖；

圖中e表示電子的走向，電子在襯底深處的左右擴散會帶來信號串擾的不良影響。

其中、1—微透鏡、2—濾光片、3—金屬互聯介質層、4—感光工作電路單元、5—金屬互聯層、6—硅襯底、7—硅襯底外延層、8—像素間隔絕勢壘、9—反射介質層、10—硅襯底反射曲面塊陣列、11—載片晶圓層。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明：