[发明专利]一种高光谱图像传感器单片集成方法、传感器及成像设备

权利要求书

1.一种高光谱图像传感器的单片集成方法，其特征在于，包括如下步骤：

在CMOS图像传感器晶圆的感光区域表面上形成底反射层；

采用多次薄膜沉积工艺和多次光刻、刻蚀工艺的方法在所述底反射层上形成多个台阶结构，构成透明空腔层，其中，所述多次薄膜沉积工艺和多次光刻、刻蚀工艺具体包括：

第1次薄膜沉积工艺和第1次光刻、刻蚀工艺，包括在所述底反射层整个表面上沉积第一层材料层，所述第一层材料层的厚度为大于或等于二分之一的透明空腔层的最高台阶的厚度，小于透明空腔层的最高台阶的厚度；将所述第一层材料层划分为两个区域，以所述底反射层为刻蚀终止层，对所述第一层材料层进行光刻、刻蚀，去除一个区域内所述第一层材料层，暴露出部分所述底反射层，同步形成两个第一台阶结构；

第2次薄膜沉积工艺和第2次光刻、刻蚀工艺，包括在两个所述第一台阶结构上方同步沉积第二层材料层，其中，所述第二层材料层的厚度为大于或等于二分之一的所述第一层材料层厚度，小于所述第一层材料层厚度；将每个所述第一台阶结构上的所述第二层材料层分别划分为两个区域，以所述第一台阶结构为刻蚀终止层，每间隔一个区域对所述第二层材料层进行光刻、刻蚀，依次去除部分所述第二层材料层，同步形成四个第二台阶结构；

第3次薄膜沉积工艺和第3次光刻、刻蚀工艺，包括在四个所述第二台阶结构上方同步沉积第三层材料层，其中，所述第三层材料层的厚度为大于或等于二分之一的所述第二层材料层厚度，小于所述第二层材料层厚度；将每个所述第二台阶结构上的所述第三层材料层分别划分为两个区域，以所述第二台阶结构为刻蚀终止层，每间隔一个区域对所述第三层材料层进行光刻、刻蚀，依次去除部分所述第三层材料层，同步形成八个第三台阶结构；

……

第N次薄膜沉积工艺和第N次光刻、刻蚀工艺，包括在2^N-1个所述第N-1台阶结构上方同步沉积第N层材料层，其中，所述第N层材料层的厚度为大于或等于二分之一的第N-1层材料层厚度，小于所述第N-1层材料层厚度；将每个所述第N-1台阶结构上的所述第N层材料层分别划分为两个区域，以所述第N-1台阶结构为刻蚀终止层，每间隔一个区域对所述第N层材料层进行光刻、刻蚀，去除部分所述第N层材料层，同步形成2^N个第N台阶结构，其中，N∈｛1，i｝，且i和N均为正整数；

在所述第N台阶结构上形成第N+1层材料层，构成透明空腔层，形成2^N个光谱带；

在所述透明空腔层上沉积薄膜形成顶反射层。

2.根据权利要求1所述的高光谱图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述薄膜沉积工艺中，在沉积温度为200~450℃，压力为1~10Torr，高频RF为100~400W，低频RF为50~200W的条件下，使用SiH₄气体和N₂O气体作为沉积用气体，沉积得到各材料层。

3.根据权利要求2所述的高光谱图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述薄膜沉积工艺中，所述SiH₄气体流量为10~200sccm，所述N₂O气体流量为1000~10000sccm。

4.根据权利要求1项所述的高光谱图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺中，所用的刻蚀气体包括CO、Ar、O₂和C₄F₆。

5.根据权利要求1所述的高光谱图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺中，刻蚀气体流量分别为75sccm的CO、150sccm的Ar、5sccm的O₂以及7sccm的C₄F₆。

6.根据权利要求1所述的高光谱图像传感器的单片集成方法，其特征在于，所述刻蚀工艺中，所述刻蚀工艺条件为：温度为室温，压力为65mTorr，27MHz高频RF为1600W；2MHz低频RF为1300W。