本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CMOS圖像傳感器。

背景技術(shù)：

圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類(lèi)。隨著CMOS集成電路制造工藝特別是CMOS圖像傳感器設(shè)計(jì)及制造工藝的不斷發(fā)展，CMOS圖像傳感器已經(jīng)逐漸取代CCD圖像傳感器成為主流。CMOS圖像傳感器相比較具有工業(yè)集成度更高、功率更低等優(yōu)點(diǎn)。

在現(xiàn)有的CMOS圖像傳感器產(chǎn)品中，世界各地集成電路設(shè)計(jì)公司和制造廠(chǎng)的工藝不盡相同，卻有一個(gè)共同的特點(diǎn)，即后端金屬布線(xiàn)不少于三層。對(duì)于感光區(qū)，從芯片表面到感光表面的距離比較大，這就使入射光線(xiàn)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)較長(zhǎng)的路程才能被感光區(qū)吸收，不僅光線(xiàn)衰減較大，而且使芯片的CRA(Chief Ray Angle:主光線(xiàn)與成像面法線(xiàn)方向的夾角)不能太大，從而影響了圖像傳感器的廣泛應(yīng)用。

另外光在傳播的過(guò)程中，由于不同介質(zhì)層的存在，使得光會(huì)發(fā)生反射、折射，從而使得光產(chǎn)生損失，造成能量減小，這樣從芯片表面到達(dá)光電二極管底部的電子數(shù)目減小，降低了光的感度，影響了圖像傳感器的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種CMOS圖像傳感器，能夠提高感光區(qū)的光接收總量，提高圖像顯示效果。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是一種CMOS圖像傳感器，包括外圍電路與內(nèi)部電路，所述外圍電路與內(nèi)部電路均包括襯底、位于襯底上的各層金屬層以及位于頂層的金屬層上的鈍化層，其特征在于，所述內(nèi)部電路鈍化層的厚度小于所述外圍電路鈍化層的厚度。

進(jìn)一步的，還包括位于所述各層金屬層之間以及底層的金屬層與所述襯底之間的介質(zhì)層。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)部電路的襯底內(nèi)形成有光電二極管。

進(jìn)一步的，所述光電二極管上的介質(zhì)層采用的材料為高折射率材料，所述高折射率材料能使入射至其中的光線(xiàn)在傳輸過(guò)程中發(fā)生全反射。

進(jìn)一步的，所述光電二極管上的鈍化層采用的材料為高折射率材料，所述高折射率材料能使入射至其中的光線(xiàn)在傳輸過(guò)程中發(fā)生全反射。

進(jìn)一步的，所述高折射率材料為氧化硅。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型提供的CMOS圖像傳感器具有以下有益效果：

1、本實(shí)用新型通過(guò)刻蝕減薄內(nèi)部電路上鈍化層的厚度，使內(nèi)部電路感光區(qū)的厚度比外圍電路薄，在不影響外圍電路金屬布線(xiàn)和感光區(qū)功能的情況下，有效地減小了感光區(qū)入射光線(xiàn)到光電二極管表面的傳輸距離，減少了光路傳輸過(guò)程中因光電子吸收和散射而產(chǎn)生的損失，提高了入射光線(xiàn)的透光率并增大了CAR的范圍；

2、本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)光電二極管上的介質(zhì)層與鈍化層進(jìn)行刻蝕，并填充高折射率材料，使入射光線(xiàn)在所述高折射率材料中發(fā)生全反射，從而減小入射光因反射或折射而產(chǎn)生的損失，提高光電二極管的感光度，從而提高圖像的顯示效果。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一所提供的CMOS圖像傳感器的橫截面示意圖。

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例一所提供的CMOS圖像傳感器的橫截面示意圖。

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二所提供的CMOS圖像傳感器的制作方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本實(shí)用新型的內(nèi)容做進(jìn)一步說(shuō)明。當(dāng)然本實(shí)用新型并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。

其次，本實(shí)用新型利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)的表述，在詳述本實(shí)用新型實(shí)例時(shí)，為了便于說(shuō)明，示意圖不依照一般比例局部放大，不應(yīng)對(duì)此作為本實(shí)用新型的限定。

本實(shí)用新型的核心思想是：通過(guò)刻蝕減薄內(nèi)部電路上鈍化層的厚度，使內(nèi)部電路感光區(qū)的厚度比外圍電路薄，在不影響外圍電路金屬布線(xiàn)和感光區(qū)功能的情況下，有效地減小了感光區(qū)入射光線(xiàn)到光電二極管表面的傳輸距離，減少了光路傳輸過(guò)程中因光電子吸收和散射而產(chǎn)生的損失，提高了入射光線(xiàn)的透光率并增大了CAR的范圍。

【實(shí)施例一】

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例一所提供的CMOS圖像傳感器的橫截面示意圖，如圖1所示，本實(shí)用新型提出一種CMOS圖像傳感器10，包括外圍電路11與內(nèi)部電路12，所述外圍電路11與內(nèi)部電路12內(nèi)均包括襯底100、位于襯底上的各層金屬層M1、M2、……、Mn，圖1中僅示出三層，底層的金屬層M1、中間的金屬層M2及頂層的金屬層M3，以及位于所述頂層的金屬層M3上的鈍化層102，所述內(nèi)部電路12中鈍化層102的厚度小于所述外圍電路11中鈍化層102的厚度。

所述CMOS圖像傳感器10還包括位于所述各層金屬層之間以及所述底層的金屬層M1與所述襯底100之間的介質(zhì)層101。并且在所述內(nèi)部電路12的襯底100內(nèi)形成有光電二極管121，所述光電二極管121所在的區(qū)域?yàn)楦泄鈪^(qū)。

所述內(nèi)部電路12中鈍化層102的厚度小于所述外圍電路11中鈍化層102的厚度，使得內(nèi)部電路12感光區(qū)的厚度比外圍電路的厚度11薄，在不影響外圍電路11金屬布線(xiàn)和感光區(qū)功能的情況下，有效地減小了感光區(qū)入射光線(xiàn)到光電二極管表面的傳輸距離，減少了光路傳輸過(guò)程中因光電子吸收和散射而產(chǎn)生的損失，提高了入射光線(xiàn)的透光率并增大了CAR的范圍。

優(yōu)選的，所述光電二極管121上的介質(zhì)層為高折射率材料，所述高折射率材料能夠使入射至其中的光線(xiàn)在傳輸過(guò)程中發(fā)生全反射。優(yōu)選的，所述光電二極管121上的鈍化層為高折射率材料，所述高折射率材料能夠使入射至其中的光線(xiàn)在傳輸過(guò)程中發(fā)生全反射。最佳的，位于所述光電二極管121上方的介質(zhì)層及鈍化層均為高折射率材料，如圖2中所示，在所述光電二極管121上方的鈍化層102、介質(zhì)層101中形成溝槽122，并在其中填充高折射率材料。在感光區(qū)，入射至所述高折射率材料的光線(xiàn)在傳輸過(guò)程中發(fā)生全反射，從而減小入射光因反射折射而產(chǎn)生的損失，提高光電二極管的感光度，提高圖像的顯示效果。

所述高折射率材料的折射率大于相鄰的介質(zhì)層及鈍化層的折射率，入射至所述高折射率材料中的光線(xiàn)在其中進(jìn)行反射或折射時(shí)，是由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角超過(guò)某一角度C(臨界角)時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光線(xiàn)，即光線(xiàn)在所述高折射率材料中發(fā)生全反射，直至光線(xiàn)進(jìn)入光電二極管121。所述高折射率材料為透明材料，不會(huì)對(duì)入射光線(xiàn)產(chǎn)生影響，可以是使入射光在其中產(chǎn)生全反射的任何材料，需要根據(jù)與所述高折射率材料相鄰的介質(zhì)層或鈍化層的折射率來(lái)確定，一般可以選擇含有硅和氧的化合物，例如氧化硅，根據(jù)硅與氧含量的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的折射率。

需要說(shuō)明的是，在本實(shí)用新型實(shí)施例提供的上述CMOS圖像傳感器中，所述外圍電路11的金屬層的層數(shù)為三層，所述內(nèi)部電路12的金屬層的層數(shù)為兩層，在具體實(shí)施例中，可以根據(jù)實(shí)際情況，選擇不同層數(shù)的金屬層，在此不作限定。

本實(shí)施例主要通過(guò)降低內(nèi)部電路感光區(qū)的厚度來(lái)減少入射光的傳輸距離，然后通過(guò)將光電二極管上方的材質(zhì)更換為高折射率材料，使光線(xiàn)發(fā)生全反射來(lái)減小因入射光反射或折射而產(chǎn)生的損失，在本實(shí)施例中，所述兩種方案同時(shí)實(shí)施，可以理解的是，在其他實(shí)施例中，可以根據(jù)實(shí)際的工藝條件只實(shí)施一種。

【實(shí)施例二】

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例二所提供的CMOS圖像傳感器的制作方法的流程圖，如圖3所示，本實(shí)用新型提出一種CMOS圖像傳感器的制作方法，包括以下步驟：

步驟S01：提供一襯底100，在所述襯底100上形成各層金屬層；

步驟S02：在頂層金屬層上沉積鈍化層102；

步驟S03：通過(guò)刻蝕減薄內(nèi)部電路12上所述鈍化層102的厚度。

具體的，在步驟S01中，提供一襯底100，所述襯底100可以是硅襯底，比如單晶硅、多晶硅或非晶硅中的一種，也可以是絕緣體上硅(Silicon On Insulator，SOI)，還可以是硅鍺化合物。本實(shí)施例中，所述襯底100為硅襯底。所述硅襯底包括外圍電路11與內(nèi)部電路12，需要說(shuō)明的是，在所述內(nèi)部電路12中的襯底100上已經(jīng)形成有柵極、源極和漏極等半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(圖中未示出)，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)通過(guò)金屬互連結(jié)構(gòu)及焊墊結(jié)構(gòu)可以與外界電連，從而實(shí)現(xiàn)器件的各種功能，所述內(nèi)部電路12的襯底上還形成有光電二極管121，所述光電二極管121所在的區(qū)域?yàn)楦泄鈪^(qū)。

接著，通過(guò)在所述襯底100上進(jìn)行介質(zhì)層沉積和平坦化、通孔及金屬層工藝，并重復(fù)該步驟在所述襯底100上形成各層金屬層。詳細(xì)的，在所述襯底100上進(jìn)行介質(zhì)層101化學(xué)氣相沉積與平坦化，然后進(jìn)行通孔及金屬層工藝，形成底層的金屬層M1，然后重復(fù)進(jìn)行介質(zhì)層101沉積和平坦化、通孔及金屬層工藝，形成中間的金屬層M2以及頂層的金屬層M3，或者形成所需數(shù)量的金屬層。

在步驟S02中，在頂層金屬層M3上沉積鈍化層102。形成所述鈍化層102的工藝方法包括但不限于物理氣相沉積(PVD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)工藝。

在步驟S03中，通過(guò)刻蝕減薄內(nèi)部電路12上所述鈍化層102的厚度。在所述鈍化層102上沉積一層光刻膠，通過(guò)曝光與顯影，形成圖形化的光刻膠，暴露出所述內(nèi)部電路12上的鈍化層，以圖形化的光刻膠為掩膜，刻蝕掉部分厚度的所述鈍化層102，使得所述內(nèi)部電路12上的鈍化層的厚度小于所述外圍電路11上的鈍化層的厚度。所述內(nèi)部電路12上保留的鈍化層的厚度范圍可以為例如或者根據(jù)實(shí)際的工藝條件，盡可能多的刻蝕所述鈍化層102，所述鈍化層越薄，則內(nèi)部電路12感光區(qū)的厚度越薄，從而有效地減小感光區(qū)入射光線(xiàn)到光電二極管表面的傳輸距離，減少光路傳輸過(guò)程中的因光電子吸收和散射而產(chǎn)生的損失，提高了入射光線(xiàn)的透光率并增大了CAR的范圍。

優(yōu)選的，在步驟S02之前還包括：對(duì)所述光電二極管121上的介質(zhì)層101進(jìn)行刻蝕，停止在所述襯底100之上，形成溝槽，并在所述溝槽中填充高折射率材料，所述高折射率材料能使入射至其中的光線(xiàn)發(fā)生全反射。由此減少入射光的損失。

優(yōu)選的，也可以在步驟S02之后，對(duì)所述光電二極管121上的鈍化層102、介質(zhì)層101進(jìn)行刻蝕，停止在所述襯底100之上，在所述光電二極管121上形成溝槽，然后在所述溝槽中填充高折射率材料，所述高折射率材料能使入射至其中的光線(xiàn)發(fā)生全反射，從而盡可能的較少、入射光的損失，提高光電二極管的感光度，提高圖像的顯示效果。

所述高折射率材料的折射率大于相鄰的介質(zhì)層及鈍化層的折射率，入射至所述高折射率材料中的光線(xiàn)在其中進(jìn)行反射或折射時(shí)，是由光密介質(zhì)射向光疏介質(zhì)，當(dāng)入射角超過(guò)某一角度C(臨界角)時(shí)，折射光完全消失，只剩下反射光線(xiàn)，即光線(xiàn)在所述高折射率材料中發(fā)生全反射，直至光線(xiàn)進(jìn)入光電二極管121。所述高折射率材料為透明材料，不會(huì)對(duì)入射光線(xiàn)產(chǎn)生影響，可以是使入射光在其中產(chǎn)生全反射的任何材料，需要根據(jù)與所述高折射率材料相鄰的介質(zhì)層或鈍化層的折射率來(lái)確定，一般可以選擇含有硅和氧的化合物，例如氧化硅，根據(jù)硅與氧含量的不同來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的折射率。

綜上所述，本實(shí)用新型提供的CMOS圖像傳感器及其制作方法，通過(guò)刻蝕減薄內(nèi)部電路上鈍化層的厚度，使內(nèi)部電路感光區(qū)的厚度比外圍電路薄，在不影響外圍電路金屬布線(xiàn)和感光區(qū)功能的情況下，有效地減小了感光區(qū)入射光線(xiàn)到光電二極管表面的傳輸距離，減少了光路傳輸過(guò)程中因光電子吸收和散射而產(chǎn)生的損失，提高了入射光線(xiàn)的透光率并增大了CAR的范圍；本實(shí)用新型通過(guò)對(duì)光電二極管上的介質(zhì)層與鈍化層進(jìn)行刻蝕，填充高折射率材料，使入射光線(xiàn)在所述高折射率材料中發(fā)生全反射，從而減小入射光因反射或折射而產(chǎn)生的損失，提高光電二極管的感光度，從而提高圖像的顯示效果。

上述描述僅是對(duì)本實(shí)用新型較佳實(shí)施例的描述，并非對(duì)本實(shí)用新型范圍的任何限定，本實(shí)用新型領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍。