CN103325804A - Cmos图像传感器结构 - Google Patents
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Abstract
一种CMOS图像传感器结构，包括：衬底、布置在衬底上的氧化硅层、布置在氧化硅层上的第一氮化硅层、布置在第一氮化硅层上的第二氮化硅层、在第二氮化硅层上邻接布置的多个彩色滤光片、和分别布置在各个彩色滤光片上的多个微透镜；在氧化硅层和第一氮化硅层中，在与邻接布置的任意两个彩色滤光片的邻接位置相对应的位置处以及邻接布置的多个彩色滤光片的最外侧彩色滤光片的外边缘处，形成有空隙。当入射光线在目标光电二极管上方的介质层中经过一段距离后，到达介质层与空隙的界面，由于空隙中空气的折射率小于介质层的折射率，使部分光线被反射回氮化硅或二氧化硅层中，增加了界面处入射光的反射率，减少光学串扰现象。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种新颖的CMOS图像传感器结构，其能够减少或者消除CMOS图像传感器相邻像素之间的光串扰现象。
背景技术
图像传感器属于光电产业里的光电元件类，随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，目前市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类日常生活的美景。以其在日常生活中的应用，无疑要属数码相机产品，其发展速度可以用日新月异来形容。短短的几年，数码相机就由几十万像素，发展到400、500万像素甚至更高。其关键零部件—图像传感器产品成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入。以产品类别区分，图像传感器产品主要分为电荷耦合图像传感器（Charge-coupled Device image sensor，简称CCD图像传感器）、互补型金属氧化物图像传感器（Complementary Metal Oxide Semiconductor image sensor，简称CMOS传感器）。
但是，具有并排布置多个像素单元的结构的CMOS图像传感器会出现光串扰问题。具体地说，图像传感器感光时，部分光线会穿过目标光电二极管（PD）上方的介质层（氮化硅或二氧化硅层），进入相邻光电二极管上方的介质层，最终到达相邻光电二极管,从而被相邻光电二极管吸收，造成光学串扰。
光串扰现象越严重，则图像的解析度和精度越差。因此,在像素尺寸不断减小的趋势下,应采取有效措施来降低光串扰的发生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够减少或者消除CMOS图像传感器相邻像素之间的光串扰现象的新颖的CMOS图像传感器结构。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种CMOS图像传感器结构，其特征在于包括：衬底、布置在衬底上的氧化硅层、布置在氧化硅层上的第一氮化硅层、布置在第一氮化硅层上的第二氮化硅层、在第二氮化硅层上邻接布置的多个彩色滤光片、以及分别布置在各个彩色滤光片上的多个微透镜；
而且，在氧化硅层和第一氮化硅层中，在与邻接布置的任意两个彩色滤光片的邻接位置相对应的位置处以及邻接布置的多个彩色滤光片的最外侧彩色滤光片的外边缘处，形成有空隙。
优选地，在第二氮化硅层上邻接布置作为绿色滤光片的第一彩色滤光片、作为红色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片。
优选地，在第二氮化硅层上邻接布置作为绿色滤光片的第一彩色滤光片、作为蓝色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为红色滤光片的第三彩色滤光片。
优选地，在第二氮化硅层上邻接布置作为红色滤光片的第一彩色滤光片、作为绿色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片。
优选地，在第二氮化硅层上邻接布置作为蓝色滤光片的第一彩色滤光片、作为红色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为绿色滤光片的第三彩色滤光片。
优选地，在第二氮化硅层上邻接布置作为蓝色滤光片的第一彩色滤光片、作为绿色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为红色滤光片的第三彩色滤光片。
优选地，在作为绿色滤光片的第一彩色滤光片、作为红色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片上分别布置第一微透镜、第二微透镜和第三微透镜。
优选地，在衬底中，在与邻接布置的任意两个彩色滤光片的邻接位置相对应的位置处以及邻接布置的多个彩色滤光片的最外侧彩色滤光片的外边缘处，形成有浅沟槽隔离区。
优选地，衬底中的相邻浅沟槽隔离区之间形成有光电二极管。
优选地，在各个彩色滤光片下方的氧化硅层中分别形成有与各个彩色滤光片相对应的金属体和半导体器件。
在根据本发明CMOS图像传感器结构中，由于在氧化硅层和第一氮化硅层中，在相邻光电二极管间形成空隙，当入射光线在目标光电二极管上方的介质层中经过一段距离后，到达介质层与空隙的界面，由于空隙中空气（光疏介质）的折射率小于介质层（光密介质）的折射率，使部分光线被反射回氮化硅或二氧化硅层中，增加了界面处入射光的反射率，减少光学串扰现象。当入射角θ（入射角θ指的是空隙和介质界面处的入射角）足够大时，到达界面的光线能完全被反射回目标像素中，从而消除光学串扰。由此，本发明上述优选实施例提供了一种能够减少或者消除CMOS图像传感器相邻像素之间的光串扰现象的新颖的CMOS图像传感器结构。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的CMOS图像传感器结构。
图2示意性地示出了本发明的工艺流程。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的CMOS图像传感器结构。
具体地说，如图1所示，根据本发明优选实施例的CMOS图像传感器结构包括：衬底100、布置在衬底100上的氧化硅层200、布置在氧化硅层200上的第一氮化硅层300、布置在第一氮化硅层300上的第二氮化硅层400、在第二氮化硅层400上邻接布置的多个彩色滤光片、以及分别布置在各个彩色滤光片上的多个微透镜。
第二氮化硅层400可有效地用于防止后面将要描述的滤光片制作时材料进入空隙中。
例如，在第二氮化硅层400上邻接布置作为绿色滤光片的第一彩色滤光片51、作为红色滤光片的第二彩色滤光片52、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片53。
可替换地，在第二氮化硅层上邻接布置作为绿色滤光片的第一彩色滤光片、作为蓝色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为红色滤光片的第三彩色滤光片。可替换地，在第二氮化硅层上邻接布置作为红色滤光片的第一彩色滤光片、作为绿色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片。可替换地，在第二氮化硅层上邻接布置作为蓝色滤光片的第一彩色滤光片、作为红色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为绿色滤光片的第三彩色滤光片。可替换地，在第二氮化硅层上邻接布置作为蓝色滤光片的第一彩色滤光片、作为绿色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为红色滤光片的第三彩色滤光片。
而且，例如，在作为绿色滤光片的第一彩色滤光片51、作为红色滤光片的第二彩色滤光片52、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片53上分别布置第一微透镜61、第二微透镜62和第三微透镜63。
而且，在氧化硅层200和第一氮化硅层300中，在与邻接布置的任意两个彩色滤光片的邻接位置相对应的位置处以及邻接布置的多个彩色滤光片的最外侧彩色滤光片的外边缘处，形成有空隙21（可在CMOS图像传感器的制造过程中通过蚀刻形成空隙）。
优选地，在衬底100中，在与邻接布置的任意两个彩色滤光片的邻接位置相对应的位置处以及邻接布置的多个彩色滤光片的最外侧彩色滤光片的外边缘处，形成有浅沟槽隔离区11。
优选地，在衬底100中的相邻浅沟槽隔离区11之间形成有光电二极管，例如第一光电二极管PD1、第二光电二极管PD2和第三光电二极管PD3。
优选地，在各个彩色滤光片下方的氧化硅层200中分别形成有与各个彩色滤光片相对应的金属体23和半导体器件22。
实际上，衬底100中的光电二极管、氧化硅层200中的金属体23和半导体器件22、彩色滤光片和微透镜对应于一个像素结构，例如像素结构pixel1、pixel2、和pixel3。
在根据本发明优选实施例的CMOS图像传感器结构中，在相邻光电二极管间形成空隙，当入射光线在目标光电二极管上方的介质层中经过一段距离后，到达介质层与空隙的界面，由于空隙中空气（光疏介质）的折射率小于介质层（光密介质）的折射率，使部分光线被反射回氮化硅或二氧化硅层中，增加了界面处入射光的反射率，减少光学串扰现象。当入射角θ（入射角θ指的是空隙和介质界面处的入射角）足够大时，到达界面的光线能完全被反射回目标像素中，使得光线不会如图1中的虚线箭头那样进入相邻像素区域，而是会如图1中的实线箭头那样反射回当前的像素区域，从而消除光学串扰。由此，本发明上述优选实施例提供了一种能够减少或者消除CMOS图像传感器相邻像素之间的光串扰现象的新颖的CMOS图像传感器结构。
举例来说，对于本发明的制造，图2示意性地示出了本发明的工艺流程的示例。
如图2所示，本发明可采用下述工艺流程：
第一步骤S1：形成光电二极管、浅沟槽隔离区11和半导体器件22。
第二步骤S2：形成金属互联层（金属体23）和氧化硅介质层200。
第三步骤S3：形成第一氮化硅介质层300。
第四步骤S4：刻蚀氧化硅介质层200和氮化硅介质层300。
第五步骤S5：形成第二氮化硅介质层400。
第六步骤S6：形成彩色滤光片和微透镜。
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种CMOS图像传感器结构，其特征在于包括：衬底、布置在衬底上的氧化硅层、布置在氧化硅层上的第一氮化硅层、布置在第一氮化硅层上的第二氮化硅层、在第二氮化硅层上邻接布置的多个彩色滤光片、以及分别布置在各个彩色滤光片上的多个微透镜；
而且，在氧化硅层和第一氮化硅层中，在与邻接布置的任意两个彩色滤光片的邻接位置相对应的位置处以及邻接布置的多个彩色滤光片的最外侧彩色滤光片的外边缘处，形成有空隙。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在第二氮化硅层上邻接布置作为绿色滤光片的第一彩色滤光片、作为红色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片。
3.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在第二氮化硅层上邻接布置作为绿色滤光片的第一彩色滤光片、作为蓝色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为红色滤光片的第三彩色滤光片。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在第二氮化硅层上邻接布置作为红色滤光片的第一彩色滤光片、作为绿色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在第二氮化硅层上邻接布置作为蓝色滤光片的第一彩色滤光片、作为红色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为绿色滤光片的第三彩色滤光片。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在第二氮化硅层上邻接布置作为蓝色滤光片的第一彩色滤光片、作为绿色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为红色滤光片的第三彩色滤光片。
7.根据权利要求1至6之一所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在作为绿色滤光片的第一彩色滤光片、作为红色滤光片的第二彩色滤光片、以及作为蓝色滤光片的第三彩色滤光片上分别布置第一微透镜、第二微透镜和第三微透镜。
8.根据权利要求1至6之一所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在衬底中，在与邻接布置的任意两个彩色滤光片的邻接位置相对应的位置处以及邻接布置的多个彩色滤光片的最外侧彩色滤光片的外边缘处，形成有浅沟槽隔离区。
9.根据权利要求1至6之一所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，衬底中的相邻浅沟槽隔离区之间形成有光电二极管。
10.根据权利要求1至6之一所述的CMOS图像传感器结构，其特征在于，在各个彩色滤光片下方的氧化硅层中分别形成有与各个彩色滤光片相对应的金属体和半导体器件。
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