互补金属氧化物半导体图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于半导体固态成像器件技术领域，具体涉及一种互补金属氧化物半导体图像传感器。
技术背景
[0002]互补金属氧化物图像传感器因其制造工艺与信号处理芯片等制造工艺相兼容，易于集成片上系统，同时功耗相较于电荷耦合器件类传感器有较大优势，利用图像处理降噪算法可以提高信噪比，因此已在图像传感器应用领域占有优势地位。
[0003]图像传感器一个重要的特征指标就是感光度，特别在低照度应用环境下，对于图像质量起关键作用。现有图像传感器，如图1所示，包括滤光片2、感光工作电路单元4、硅衬底6、设置在滤光片2顶面的微透镜阵列1、设置在滤光片2底面的金属互联介质层3、与感光工作电路单元4匹配并位于金属互联介质层3内的金属互联层5、位于硅衬底6顶面的硅衬底外延层7，所述感光工作电路单元4设置在硅衬底外延层7内，所述硅衬底外延层7的顶面设置在金属互联介质层3底面，微透镜阵列I的每块微透镜下方对应的娃衬底外延层7及对应硅衬底外延层7区域内的感光工作电路单元4为一个像素单元，相邻两个像素单元之间设有像素间隔绝势皇8。
[0004]对于这种传统的图像传感器要想提高光电转换的量子效率，特别是长波长的量子效率，通常采用的方法是增加硅外延层中PN结的耗尽区深度，比如采用较深的离子注入或低掺杂硅衬底外延层。但此种途径硅衬底的耗尽深度仍然有限。而且因为长波长光线吸收深度较大，衬底深处产生的载流子容易超出漂移电场的控制区域，横向扩散到相邻像素中，产生信号串扰。另外，对于衬底深处的区域若相邻像素间隔绝势皇做不到足够深的话，阻挡不了光生载流子横向扩散，也容易产生信号串扰。这种横向扩散带来的信号串扰会对暗光下的成像分辨率和色彩噪音产生不良影响。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的是针对上述技术问题，提供一种互补金属氧化物半导体图像传感器，该传感器能够提高光电转换量子效率，同时降低载流子信号串扰，提高图像传感器在暗场环境下的成像质量。
[0006]为实现此目的，本实用新型所设计的互补金属氧化物半导体图像传感器，它包括滤光片、感光工作电路单元、硅衬底、设置在滤光片顶面的微透镜阵列、设置在滤光片底面的金属互联介质层、与感光工作电路单元匹配并位于金属互联介质层内的金属互联层、位于娃衬底顶面的娃衬底外延层，感光工作电路单元设置在娃衬底外延层内，娃衬底外延层的顶面设置在金属互联介质层底面，微透镜阵列的每块微透镜下方对应的硅衬底外延层及对应硅衬底外延层区域内的感光工作电路单元为一个像素单元，其特征在于:它还包括设置在硅衬底底面的硅衬底反射曲面块阵列，微透镜阵列中的每块微透镜与硅衬底反射曲面块阵列中的每个硅衬底反射曲面块一一对应且同轴设置，硅衬底反射曲面块阵列的曲面表层设有反射介质层；
[0007]相邻两个像素单元之间设置有像素间隔绝势皇，每个像素间隔绝势皇向下延伸至穿过硅衬底。
[0008]所述硅衬底反射曲面块阵列与反射介质层之间形成的反射率范围为20?50%。
[0009]本实用新型的有益效果是:
[0010]本实用新型利用了硅与高折射率的介质层的界面反射效应(即硅衬底反射曲面块阵列与反射介质层之间形成的反射率范围为20?50% )，可以将硅衬底中深处的光线部分地重新反射到硅衬底吸收区中，使之再次吸收并转换成光生载流子，同时由于硅衬底反射曲面块阵列的三维弧形界面对光线的反射汇聚作用，可以控制反射光线不要进入或很少进入到相邻像素单元的衬底吸收区中。而且因为硅衬底反射曲面块阵列(三维弧形界面)，在像素与像素相邻的区域，硅衬底较薄，而介质层较厚，加上像素间采用深槽或者离子注入形成的隔绝势皇，阻挡光生载流子的横向扩散。因此在提高光电转换量子效率的同时，提高了光学和电学的双重防信号串扰的能力。
【附图说明】
[0011]图1为现有互补金属氧化物图像传感器的结构示意图；
[0012]图2为本实用新型的结构示意图；
[0013]图中e表示电子的走向，电子在衬底深处的左右扩散会带来信号串扰的不良影响。
[0014]其中、I一微透镜、2—滤光片、3—金属互联介质层、4一感光工作电路单兀、5—金属互联层、6—娃衬底、7—娃衬底外延层、8—像素间隔绝势皇、9一反射介质层、10一娃衬底反射曲面块阵列、11一载片晶圆层。
【具体实施方式】
[0015]以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明:
[0016]本实用新型的互补金属氧化物半导体图像传感器，如图2所示，它包括滤光片2、感光工作电路单元4、硅衬底6、设置在滤光片2顶面的微透镜阵列I (由多个微透镜并排布置形成)、设置在滤光片2底面的金属互联介质层3、与感光工作电路单元4匹配并位于金属互联介质层3内的金属互联层5、位于娃衬底6顶面的娃衬底外延层7，感光工作电路单元4设置在硅衬底外延层7内，感光工作电路单元4用于控制互补金属氧化物半导体图像传感器成像所需的像素单元操作、信号放大和信号传输，硅衬底外延层7的顶面设置在金属互联介质层3底面，微透镜阵列I的每块微透镜下方对应的硅衬底外延层7及对应硅衬底外延层7区域内的感光工作电路单元4为一个像素单元(包括光电二极管，复位晶体管，传输晶体管、源极跟随器晶体管、像素单元阵列的行选通晶体管等)，其特征在于:它还包括设置在娃衬底6底面的娃衬底反射曲面块阵列10 (由多个娃衬底反射曲面块并排布置形成)，微透镜阵列I中的每块微透镜与硅衬底反射曲面块阵列10中的每个硅衬底反射曲面块一一对应且同轴设置，硅衬底反射曲面块阵列10的曲面表层设有反射介质层9，所述硅衬底反射曲面块阵列10与反射介质层9之间形成的反射率范围为20?50% ;该反射率范围在能保证本实用新型具有上述有益效果的前提下，制造工艺相对较简单，利于量产。
[0017]相邻两个像素单元之间设置有像素间隔绝势皇8，每个像素间隔绝势皇8向下延伸至穿过硅衬底6，效果是深处的电子不能穿越像素间隔绝势皇8而到达相邻像素，从而减少了电学串扰。本实用新型的上述技术方案能够提高光电转换的量子效率，特别是长波长光线的量子效率，同时减少长波长光信号的串扰，包括光学串扰和电子串扰。从而有效提高图像传感器在低光照度的感光度，以及长波长特别是红光及近红外光的成像质量。
[0018]上述技术方案中，所述反射介质层9的底面设有载片晶圆层11。载片晶圆层11保证了本实用新型在使用、制造和运输过程中具有一定的强度。
[0019]上述技术方案中，所述反射介质层9对400?1100纳米光波的折射率为1.4?2.3。该折射率范围在能保证本实用新型具有上述有益效果的前提下，制造工艺相对较简单，利于量产。
[0020]上述技术方案中，所述硅衬底6的厚度为I?20微米；所述硅衬底反射曲面块阵列10中每个硅衬底反射曲面块的起伏高度相等且起伏高度的范围均为0.5?5微米。该尺寸范围有利于硅衬底反射曲面块的曲率与像素边长相匹配。
[0021]上述技术方案中，所述硅衬底6和硅衬底反射曲面块阵列10的材料相同均为硅晶体，硅衬底6和硅衬底反射曲面块阵列10的片状阻值在I?2000欧姆*厘米之间，也可选渐变参杂浓度的衬底；
[0022]所述反射介质层9为氧化硅层或氮化硅层或氧化氮硅或氧化硅、氮化硅和氧