【中國(guó)儀表網(wǎng) 儀表專利】創(chuàng)意無極限，儀表大發(fā)明。今天為大家介紹一項(xiàng)國(guó)家發(fā)明授權(quán)專利――CMOS圖像傳感器。該專利由量子半導(dǎo)體有限公司申請(qǐng)，并于2016年11月30日獲得授權(quán)公告。
　　
　　內(nèi)容說明
　　
　　本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換方法，尤其涉及使用適合與互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體( CMOS )技術(shù)集成的基于硅的器件進(jìn)行光檢測(cè)。
　　
　　發(fā)明背景
　　
　　常規(guī)的電荷耦合器件( CCD )和CMOS圖像傳感器( CIS )包含幾個(gè)對(duì)于高性能圖像傳感至關(guān)重要的元件。將光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電二極管，處理模擬信號(hào)、將其轉(zhuǎn)換成一個(gè)數(shù)字信號(hào)并且執(zhí)行數(shù)字信號(hào)處理的CMOS器件和電路，彩色濾波器等。CIS的技術(shù)具有這樣一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即這些元件能被單片集成在同一“晶粒( die )”或“芯片( chip )”上，而CCD只能單片集成彩色濾波和光吸收。在常規(guī)CIS技術(shù)中，在CMOS器件制造期間形成的內(nèi)建的垂直pn結(jié)、源-井和漏-井結(jié)被用于光檢測(cè)的光電二極管。光檢測(cè)能力取決于硅的本征能帶結(jié)構(gòu)屬性，例如吸收系數(shù)，并且取決于結(jié)的幾個(gè)特征，例如摻雜分布、結(jié)深度、隔離結(jié)構(gòu)深度( LOCOS或STI )等。
　　
　　廣泛認(rèn)識(shí)到薄膜SOI襯底非常有益，或許是制造高性能90nm以下的CMOS的器件的一個(gè)必需。CMOS技術(shù)越高級(jí)，利用薄膜襯底的優(yōu)勢(shì)就越大。但是，常規(guī)的CCD和CIS器件利用硅晶片的大體積進(jìn)行光吸收，而對(duì)于薄膜SOI，用于制造CMOS器件的最頂層的硅膜不能有效地吸收可見光中的波長(zhǎng)，因?yàn)樗×耍次漳?nèi)的光程太短。
　　
　　本發(fā)明公布了一種使能利用薄膜SOI襯底制造高性能CMOS圖像傳感器的方案。除了得自更高級(jí)的CMOS器件的優(yōu)點(diǎn)以外，例如速度、功耗和減小的尺寸，SOI襯底與大塊襯底相比有一個(gè)質(zhì)的差異：去除SOI襯底的背面并且用一個(gè)對(duì)光透明的不同襯底替代它是很容易的。即使用厚膜SOI和薄膜SOI都可能做到這一點(diǎn)，用薄膜SOI襯底的優(yōu)點(diǎn)也更多，正如下文都要描述的那樣。
　　
　　因此，將TF-SOI或TF-GeOI襯底用于CMOS圖像傳感器，使得能夠進(jìn)行背面光照，是克服由圖像傳感器、波長(zhǎng)濾波器和透鏡組構(gòu)成的常規(guī)成像系統(tǒng)的基本局限的全新的結(jié)構(gòu)和技術(shù)的基礎(chǔ)。
　　
　　發(fā)明內(nèi)容
　　
　　本發(fā)明的第一目的是一個(gè)在薄膜絕緣體上硅( TF-SOI )或薄膜絕緣體上鍺( TFGEOI)襯底上制造CMOS圖像傳感器工藝結(jié)構(gòu)。光電二極管活動(dòng)層被外延地生成在襯底的正面，并且致密金屬互聯(lián)被制造在襯底的正面上的傳感器矩陣之上。在對(duì)TF-SOI或TF-GeOI襯底的正面完全處理之后，襯底材料被從埋入的絕緣體(埋入的氧化物)之下去除。然后單片集成的結(jié)構(gòu)被制造在埋入的氧化物的背面。然后背面被粘合到一個(gè)對(duì)所需要的波長(zhǎng)透明的新襯底。例如，石英、藍(lán)寶石、玻璃或塑料適于可見光范圍。從而傳感器矩陣的背面光照被允許，光穿過在與制成CMOS的一側(cè)相反的襯底背面上制造的結(jié)構(gòu)。

超級(jí)透鏡與背面光照的TF-SOI CMOS圖像傳感器以及根據(jù)第
一實(shí)施方式的SPP光漏斗單片集成的一個(gè)典型工藝流程

 

　　本發(fā)明的一個(gè)第二目的是一個(gè)在TF-SOI或TF-GeOI襯底上制造背面光照的彩色CMOS圖像傳感器的工藝結(jié)構(gòu)，其中常規(guī)彩色濾波器被制造在埋入的氧化物背面之上。
　　
　　本發(fā)明的一個(gè)第三目的是一個(gè)在TF-SOI或TF-GeOI襯底上制造背面光照的彩色CMOS圖像傳感器的工藝結(jié)構(gòu)，其中表面等離極化激元( SPP )結(jié)構(gòu)(以下稱為“SPP光漏斗”)被制造在埋入的氧化物背面，從而與傳感器矩陣單片集成。SPP光漏斗元件可對(duì)可見光、UV和IR范圍內(nèi)的波長(zhǎng)提供以下功能中的任一種或全部：
　　
　　•波長(zhǎng)濾波
　　
　　•偏振濾波
　　
　　•波導(dǎo)和將光束限于亞波長(zhǎng)尺寸
　　
　　本發(fā)明的一個(gè)第四目的是一個(gè)在TF-SOI或TF-GeOI襯底上制造背面光照的彩色CMOS圖像傳感器的工藝結(jié)構(gòu)，其中平面或厚片狀的并且能夠進(jìn)行亞波長(zhǎng)分辨的“超級(jí)透鏡”被制造在襯底的背面，從而與傳感器矩陣單片集成。