[发明专利]CMOS感光元件及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及图形传感器制备领域，具体涉及一种CMOS感光元件的设计和制备方法。

背景技术

CMOS图像传感器属于光电元器件，CMOS图像传感器由于其制造工艺和现有集成电路制造工艺兼容，同时其性能比原有的电荷耦合器件(CCD)图像传感器有很多优点，而逐渐成为图像传感器的主流。CMOS图像传感器可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计，同时也降低了系统的功耗。CMOS图像传感器由于在采集光信号的同时就可以取出电信号，还能实时处理图像信息，速度比CCD图像传感器快，同时CMOS图像传感器还具有价格便宜，带宽较大，防模糊，访问的灵活性和较大的填充系数的优点而得到了大量的使用，广泛应用于工业自动控制和消费电子等多种产品中，如监视器，视频通讯，玩具等。鉴于CMOS图像传感器的诸多优点，现在CIS的研究和发展是要利用其系统集成的优点来实现多功能和智能化；利用其具有访问灵活的优点，可以通过只读出感光面上感兴趣的小区域来实现高的帧速率CMOS；同时CMOS图像传感器宽动态范围，高分辨率和低噪声技术也在不断发展。

日本Canon公司于2013年公开了一种基于谐振原理的提升特定波长感光效率的CMOS感光元件(日本公开专利号No.2013-93553)，其原理为通过在PD层(photodiode，光电二极管，简称PD层)上部构建横向光栅结构，对于特定波长的光线起到谐振效果，从而使得光线在PD层停留更长的时间，从而提升其感光效率。然而该结构，对于特定波长更高的感光效率的提升仍然有限。

中国专利(CN102664185A)公开了一种CMOS图像传感器及其制作方法，通过形成于感光器件表面的、或形成于介质层中的、或形成于金属布线层中的纳米金属颗粒层，利用纳米金属颗粒层的表面等离子体激元，增强位于其下的感光器件对光的吸收效率；通过控制表面金属颗粒层的纳米金属颗粒的大小，增强对于特定波长光的吸收。本发明不仅增强了CMOS图像传感器原本可吸收波段光的吸收效率，而且有效地提高了该图像传感器对波长在500～1000nm之间的较长波长光的吸收效率。该专利是通过纳米金属颗粒层来增强针对特定波长的光线吸收效率，但是该发明对光线的吸收效率有限，而且制作实现难度也较大。

因此如何在不影响对其他光线的前提下，进一步提高CMOS感光元件对波长较长的光线的感光率，并有效控制生产成本，一直为本领域技术人员孜孜不倦所研究的技术方向。

发明内容

一种CMOS感光元件，其中，所述CMOS感光元件包括一衬底，所述衬底中设置有PD层，位于该衬底顶部设置有一ILD层，位于所述ILD层中设置有第一反射镜，位于所述衬底的下表面设置有第二反射镜；

在所述第一反射镜和第二反射镜之间形成法布里-珀罗谐振腔(Fabry-Perotcavity，简称FP腔)，以提高所述CMOS感光元件对特定光波的感光效率。

上述的CMOS感光元件，其中，所述第一反射镜和第二反射镜均为布拉格反射镜。

上述的CMOS感光元件，其中，所述第一反射镜自下而上依次包括有若干层间隔设置的第一反射层和第二反射层；

所述第二反射镜自下而上依次包括有若干层间隔设置的所述第二反射层和所述第一反射层。

上述的CMOS感光元件，其中，所述第一反射层为SiO₂，所述第二反射层为SiN。

上述的CMOS感光元件，其中，所述特定光波为红光光波。

上述的CMOS感光元件，其中，所述CMOS感光元件还设置有微透镜(U-lens)。

一种CMOS感光元件的制备方法，其中，所述方法包括如下步骤：

提供一衬底，并在所述衬底中制备PD层；

在所述衬底之上沉积一层ILD层；

在所述ILD层的上表面制备第一反射镜；

在所述第一反射镜的上表面沉积一层氧化物后进行接触孔制备工艺，并完成后段制程后作为器件片；

提供一空白晶圆，并在所述空白晶圆的上表面制备第二反射镜，作为支撑片；

对所述器件片背面进行减薄，并将所述器件片的背面和所述支撑片的正面键合；

其中，所述第一反射镜和第二反射镜之间形成法布里-珀罗腔，从而提高所述CMOS感光元件对特定光波的感光效率。

上述的方法，其中，所述第一反射镜和第二反射镜均为布拉格反射镜。

上述的方法，其中，制备所述第一反射镜的步骤如下：