[发明专利]CMOS光学传感器的元胞结构

说明书

本发明公开了一种CMOS光学传感器的元胞结构，包含：提供一半导体基底，所述基底中形成有光电二极管；在所述光电二极管的上方，具有微透镜；光线经过微透镜之后照射到所述的光电二极管上，将光信号转换为电信号；所述的光电二极管是由P型半导体薄层和N型半导体薄层交替间隔排列形成；所述的交替排列的P型半导体薄层和N型半导体薄层的排列方向与微透镜上光线的入射方向垂直，且在微透镜下方呈逐级往上收缩的台阶形态，使穿过微透镜的光线能照射到下方的所有半导体薄层。半导体薄层的杂质分布方向与入射光线垂直，大大降低了工艺难度，实现更小尺寸的CIS元胞结构，提高集成度。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种CMOS光学传感器的元胞结构。

背景技术

随着CMOS工艺水平的提高，CMOS光学图像传感器（CIS）凭借功耗低、成本低、体积小、可随机读取等一系列优点，实现了在平板电脑、智能手机等消费类电子领域的广泛应用。但是，CIS的占有因子（fill factor, FF）较小，暗电流较大，串扰较大等缺点是其尚未成为主流光学图像传感器的主要原因，尤其在当前CIS的主流工艺已经降到0.35μm以下后，像素尺寸的不断减小使得像素间距越来越小。

如图1所示，是一种常见的CIS元胞结构的结构示意图，图中1和2分别为不同导电类型的半导体材料间隔交替排列形成的光电二极管，作为像素的光电转换单元，上方为微透镜3，光线通过微透镜3后入射在光电二极管上。

随着像素的不断增加，单个像素的尺寸越来越小，元胞结构尺寸的缩小，如图1中所述的柱状的1和2的高宽比越来越大，使得工艺难度越来越高，限制了尺寸的进一步缩小。其工艺制造难度主要在于以下几点：

1.元胞间距越来越小，光刻工艺实现困难；

2.随着单个元胞尺寸缩小，PN结体积变小，能产生的光电子数量减少，如果要维持CIS原有的感光性能，需要进一步提高掺杂浓度，或增加深度，来维持总体积*掺杂浓度不变或没有明显降低；

3.随着光刻尺寸缩小，光刻胶越来越薄，注入要求越深越浓，注入能量和剂量越大，光刻胶无法抵抗，因此很难产生CD又小、注入又深、浓度又高的PN结。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种CMOS光学传感器的元胞结构。

为解决上述问题，本发明所述的一种CMOS光学传感器的元胞结构，包含：

提供一半导体基底，所述基底中形成有光电二极管；在所述光电二极管的上方，具有微透镜；光线经过微透镜之后照射到所述的光电二极管上，将光信号转换为电信号；

所述的光电二极管是由P型半导体薄层和N型半导体薄层交替间隔排列形成；所述的P型半导体薄层和N型半导体薄层均呈柱型，或者是椭圆形，或者是桶形等其他形状；

所述的交替排列的P型半导体薄层和N型半导体薄层的排列方向与微透镜上光线的入射方向垂直，且在微透镜下方呈逐级往上逐渐缩短的形态，形成光照区域，使穿过微透镜的光线能照射到下方的所有光电二极管。

进一步地，所述的微透镜与光电二极管之间还具有滤色膜，对通过滤色膜的光线进行波长过滤。

进一步地，所述的半导体基底，还包括硅化物作为光电二极管的金属电极。

进一步地，所述的硅化物为硅化镍和/ 或硅化钴。

进一步地，所述的半导体薄层，其掺杂浓度分布方向与光线入射方向垂直。

进一步地，所述的台阶形成区域位于微透镜的正下方，吸收穿过微透镜的光线。