[发明专利]利用空气环改善CIS成像质量的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种CMOS图像传感器工艺，特别是一种改善CMOS图像传感器成像质量的方法。

背景技术

在传统的CIS(CMOS图像传感器)后段工艺中，一般只有一种介质层，当入射光以大角度入射时，由于CIS的后段介质层及金属层有一定高度且该高度很难降低，因此该入射光有可能入射到相邻的CIS像素，造成“光互扰”的产生，从而使相邻的CIS像素产生杂讯；同时，这也就表明对特定的像素来说，其光的响应角度不能太大，这就极大的限制了光的转换效率，降低了图像传感器成像的质量。

传统的CIS后段工艺如图1所示，它的后段工艺过程如下：1.传统介质层(如PEOX、HDP、FSG等，折射系数RI为1.4～1.6)CVD淀积和平坦化；2.完成后续通孔及金属层工艺；3.重复步骤一、步骤二直到除钝化层的所有介质及金属层工艺完成；4.一致性CVD钝化层；5.完成后续其他工艺。

特点如下：1.考虑到内部放大电路及其他外围电路晶体管的速度等特性，后段工艺(包括介质层和金属层厚度)往往与纯逻辑电路的后段工艺一致或者相当，从而整个后段介质层的厚度比较厚。2.太厚的后段高度导致入射光通过微透镜要经过比较远的距离才能到达感光二极管的表面，这样就有可能导致像素之间的“光互扰”以及降低传感器对光的响应角度，从而降低了图像的质量，特别是随着像素的尺寸日益缩小，这种现象越来越严重(如图2所示)。如图3(a)、图3(b)所示，对同一角度的入射光，当H1＞H2时，一定有D1＞D2；因此，厚的后段工艺容易发生像素之间的“光互扰”。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种解决像素之间的“光互扰”的方法，并且提高传感器对光的响应角度，从而提高图像的质量。

为了解决以上技术问题，本发明提供了一种利用空气环改善CIS成像质量的方法；包括以下步骤：步骤一、形成第一层介质层，方法包括CVD化学气相淀积(如磷硅玻璃、二氧化硅或者它们不同厚度的叠加等)和平坦化(如化学机械研磨CMP或者回刻蚀)；步骤二、形成通孔及金属层；步骤三、重复步骤一和步骤二直到除钝化层之前的所有介质层(如IMD1-IMD2)和金属层完成；步骤四、进行光刻和刻蚀，将像素四周一圈的介质层刻蚀掉，直到光电二极管表面；步骤五、以非一致性化学气相淀积CVD的方式淀积钝化层，形成一个包围像素的空气环。

本发明的有益效果在于，提供了一种新的CMOS图像传感器后段工艺，由于在像素引入了折射率为1的空气，进而利用光的全反射原理：即当光从光密介质入射到光疏介质时，如果入射角大于一个固定的角度(取决于两种介质的折射率)，则该入射光能发生全发射。当入射光以大角度入射时，该入射光在像素上面的介质层发生全反射，从而该入射光也能到达该像素；另外，即使该光线入射角还达不到全反射的临界条件，但由于从光密进入光疏的过程中，光线能发生较大角度的折射偏转，那么也能改善像素之间的“光互扰”，从而提高了传感器对光的响应角度和转换效率，并且在提高传感器成像质量的同时也不影响CMOS器件的性能。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是现有的CIS剖面及入射角示意图；

图2是薄的后段工艺能够得到更大的光的响应角度的示意图；

图3(a)、(b)是厚的后段工艺容易发生像素之间的“光互扰”的示意图；

图4(a)是本发明实施例的CIS后段工艺俯视图；

图4(b)是本发明实施例的CIS剖面图；

图5(a)-(d)是本发明实施例步骤一至四的示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种新的CMOS图像传感器后段工艺，该工艺在完成了所有传统介质层及金属层工艺之后(钝化层之前)，利用一次光刻和刻蚀，将像素单元四周的介质层刻蚀掉，然后以非一致性CVD(化学气相淀积)的方式淀积最后的钝化层，形成一个包围像素的空气环，后续的工艺同传统工艺一致。由于在像素引入了折射率为1的空气，进而利用光的全反射原理：即当光从光密介质入射到光疏介质时，如果入射角大于一个固定的角度(取决于两种介质的折射率)，则该入射光能发生全发射。

因此，当入射光以大角度入射时(满足全反射)，该入射光在像素上面的介质层发生全反射，从而该入射光也能到达该像素，改善了像素之间的“光互扰”，并提高了传感器对光的响应角度，以及传感器的转换效率。在提高传感器成像质量的同时也不影响CMOS器件的性能。

本发明的CIS后段工艺如图4所示，其工艺过程如下：