[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

说明书

本发明提供一种高光谱图像传感器的单片集成方法，包括：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、刻蚀工艺的方法在底反射层上形成多个台阶结构，构成透明空腔层；在透明空腔层上沉积薄膜形成顶反射层。本发明提供的高光谱图像传感器的单片集成方法，通过控制薄膜沉积工艺条件，实现对透明空腔层各个台阶的厚度的精准控制，优化了现有技术采用刻蚀工艺导致的不均匀性累积的问题。本发明还提供一种高光谱图像传感器和含有高光谱图像传感器的成像设备。

技术领域

本发明涉及高光谱成像技术领域，尤其涉及一种高光谱图像传感器单片集成方法、传感器及成像设备。

背景技术

高光谱成像技术广泛应用在遥感检测、食品安全监控、生物医学技术领域。目前，用于制备高光谱图像传感器的一种制备方法是将CMOS图像传感器的感光区域和多波段滤波器单片集成在一起，该制备方法制成的高光谱图像传感器具有体积小、分析速度快和成本低等特点。其中，位于CMOS图像传感器顶部的滤波器通常为法布里-珀罗干涉仪(Fabry-Pérot interometers)，其包括两个相对的具有高反射率的反射层：底反射层和顶反射层，在两反射层之间设置有一个透明空腔层(Transparent Cavity Layer)，该透明空腔层由多个台阶结构组成，一个台阶结构对应一个光谱带。

透明空腔层的作用是光能够在两高反射率反射层之间实现分谱段反射的空间。现有技术中，用于制备具有台阶结构的透明空腔层的方法是采用光刻-刻蚀工艺实现。由于透明空腔层的台阶高度决定了其对应滤波器的中心光谱波长，所以，在多台阶法布里-珀罗干涉仪中，其对透明空腔层的各台阶高度要求非常精确。基于刻蚀工艺形成的图形尺寸在每次刻蚀过程中在同一晶圆内均存在非常大的不均匀性。这就意味着刻蚀步骤越多，形成的图形的尺寸不均匀性越大。而对于由多个台阶结构组成的透明空腔层来说，需要多步刻蚀工艺，由于逐步刻蚀积累的尺寸不均匀性，最终通过刻蚀工艺形成的透明空腔层上的台阶结构的高度均匀性较差，尤其薄台阶最后的高度差别更大，可能会造成器件失效。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明一种高光谱图像传感器单片集成方法、传感器及成像设备。

根据本发明的一个方面，提供一种高光谱图像传感器的单片集成方法，包括：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、刻蚀工艺的方法在底反射层上形成多个台阶结构，构成透明空腔层，其中，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，包括在底反射层整个表面上沉积第一层材料层，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；将第一层材料层划分为两个区域，以底反射层为刻蚀终止层，对第一层材料层进行光刻、刻蚀，去除一个区域内第一层材料层，暴露出部分底反射层，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，包括在两个第一台阶结构上方同步沉积第二层材料层，其中，第二层材料层的厚度为大于或等于二分之一的第一层材料层厚度，小于第一层材料厚度；将每个第一台阶结构上的第二层材料层分别划分为两个区域，以第一台阶结构为刻蚀终止层，每间隔一个区域对第二层材料层进行光刻、刻蚀，依次去除部分第二层材料层，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，包括在四个第二台阶结构上方同步沉积第三层材料层，其中，第三层材料层的厚度为大于或等于二分之一的第二层材料层厚度，小于第二层材料厚度；将每个第二台阶结构上的第三层材料层分别划分为两个区域，以第二台阶结构为刻蚀终止层，每间隔一个区域对第三层材料层进行光刻、刻蚀，依次去除部分第三层材料层，同步形成八个第三台阶结构；

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