專利名稱：利用空氣環(huán)改善cis成像質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種CMOS圖像傳感器工藝，特別是一種改善CMOS圖像傳感器成像質(zhì) 量的方法。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的CIS (CMOS圖像傳感器)后段工藝中，一般只有一種介質(zhì)層，當(dāng)入射光以 大角度入射時，由于CIS的后段介質(zhì)層及金屬層有一定高度且該高度很難降低，因此該入 射光有可能入射到相鄰的CIS像素，造成"光互擾"的產(chǎn)生，從而使相鄰的CIS像素產(chǎn)生雜 訊；同時，這也就表明對特定的像素來說，其光的響應(yīng)角度不能太大，這就極大的限制了光 的轉(zhuǎn)換效率，降低了圖像傳感器成像的質(zhì)量。 傳統(tǒng)的CIS后段工藝如圖l所示，它的后段工藝過程如下l.傳統(tǒng)介質(zhì)層(如 PEOX、 HDP、 FSG等，折射系數(shù)RI為1. 4 1. 6)CVD淀積和平坦化；2.完成后續(xù)通孔及金屬 層工藝；3.重復(fù)步驟一、步驟二直到除鈍化層的所有介質(zhì)及金屬層工藝完成；4. 一致性CVD 鈍化層；5.完成后續(xù)其他工藝。 特點(diǎn)如下1.考慮到內(nèi)部放大電路及其他外圍電路晶體管的速度等特性，后段工 藝(包括介質(zhì)層和金屬層厚度)往往與純邏輯電路的后段工藝一致或者相當(dāng)，從而整個后 段介質(zhì)層的厚度比較厚。2.太厚的后段高度導(dǎo)致入射光通過微透鏡要經(jīng)過比較遠(yuǎn)的距離才 能到達(dá)感光二極管的表面，這樣就有可能導(dǎo)致像素之間的"光互擾"以及降低傳感器對光的 響應(yīng)角度，從而降低了圖像的質(zhì)量，特別是隨著像素的尺寸日益縮小，這種現(xiàn)象越來越嚴(yán)重 (如圖2所示)。如圖3 (a)、圖3 (b)所示，對同一角度的入射光，當(dāng)HI > H2時， 一定有Dl > D2 ;因此，厚的后段工藝容易發(fā)生像素之間的"光互擾"。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種解決像素之間的"光互擾"的方法，并且提 高傳感器對光的響應(yīng)角度，從而提高圖像的質(zhì)量。 為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種利用空氣環(huán)改善CIS成像質(zhì)量的方 法；包括以下步驟步驟一、形成第一層介質(zhì)層，方法包括CVD化學(xué)氣相淀積(如磷硅玻璃、 二氧化硅或者它們不同厚度的疊加等)和平坦化(如化學(xué)機(jī)械研磨CMP或者回刻蝕)；步驟 二、形成通孔及金屬層；步驟三、重復(fù)步驟一和步驟二直到除鈍化層之前的所有介質(zhì)層(如 IMD1-IMD2)和金屬層完成；步驟四、進(jìn)行光刻和刻蝕，將像素四周一圈的介質(zhì)層刻蝕掉，直 到光電二極管表面；步驟五、以非一致性化學(xué)氣相淀積CVD的方式淀積鈍化層，形成一個包 圍像素的空氣環(huán)。 本發(fā)明的有益效果在于，提供了一種新的CMOS圖像傳感器后段工藝，由于在像素 引入了折射率為1的空氣，進(jìn)而利用光的全反射原理即當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì) 時，如果入射角大于一個固定的角度(取決于兩種介質(zhì)的折射率)，則該入射光能發(fā)生全發(fā) 射。當(dāng)入射光以大角度入射時，該入射光在像素上面的介質(zhì)層發(fā)生全反射，從而該入射光也能到達(dá)該像素；另外，即使該光線入射角還達(dá)不到全反射的臨界條件，但由于從光密進(jìn)入光 疏的過程中，光線能發(fā)生較大角度的折射偏轉(zhuǎn)，那么也能改善像素之間的"光互擾"，從而提 高了傳感器對光的響應(yīng)角度和轉(zhuǎn)換效率，并且在提高傳感器成像質(zhì)量的同時也不影響CMOS 器件的性能。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 圖1是現(xiàn)有的CIS剖面及入射角0示意圖； 圖2是薄的后段工藝能夠得到更大的光的響應(yīng)角度的示意圖； 圖3(a)、 (b)是厚的后段工藝容易發(fā)生像素之間的"光互擾"的示意圖； 圖4(a)是本發(fā)明實(shí)施例的CIS后段工藝俯視圖； 圖4(b)是本發(fā)明實(shí)施例的CIS剖面圖； 圖5 (a)-(d)是本發(fā)明實(shí)施例步驟一至四的示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種新的CMOS圖像傳感器后段工藝，該工藝在完成了所有傳統(tǒng)介 質(zhì)層及金屬層工藝之后(鈍化層之前)，利用一次光刻和刻蝕，將像素單元四周的介質(zhì)層刻 蝕掉，然后以非一致性CVD(化學(xué)氣相淀積)的方式淀積最后的鈍化層，形成一個包圍像素 的空氣環(huán)，后續(xù)的工藝同傳統(tǒng)工藝一致。由于在像素引入了折射率為1的空氣，進(jìn)而利用 光的全反射原理即當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時，如果入射角大于一個固定的角度 (取決于兩種介質(zhì)的折射率)，則該入射光能發(fā)生全發(fā)射。 因此，當(dāng)入射光以大角度入射時(滿足全反射)，該入射光在像素上面的介質(zhì)層發(fā) 生全反射，從而該入射光也能到達(dá)該像素，改善了像素之間的"光互擾"，并提高了傳感器對 光的響應(yīng)角度，以及傳感器的轉(zhuǎn)換效率。在提高傳感器成像質(zhì)量的同時也不影響CMOS器件 的性能。 本發(fā)明的CIS后段工藝如圖4所示，其工藝過程如下 步驟一、形成第一層介質(zhì)層，方法包括CVD化學(xué)氣相淀積(如磷硅玻璃、二氧化硅 或者它們不同厚度的疊加等)和平坦化(如化學(xué)機(jī)械研磨CMP或者回刻蝕)；
步驟二、形成通孔及金屬層； 步驟三、重復(fù)步驟一、步驟二直到除鈍化層以外的所有介質(zhì)層(如MD1-MD2)和 金屬層完成； 步驟四、進(jìn)行光刻和刻蝕，將像素四周一圈的介質(zhì)層刻蝕掉，直到光電二極管表 面； 步驟五、以非一致性化學(xué)氣相淀積CVD的方式淀積最后的鈍化層，形成一個包圍 像素的空氣環(huán)，后續(xù)工藝同傳統(tǒng)工藝一致。 其特點(diǎn)在于由于在像素引入了折射率為1的空氣，進(jìn)而利用光的全反射原理即 當(dāng)光從光密介質(zhì)入射到光疏介質(zhì)時，如果入射角大于一個固定的角度(取決于兩種介質(zhì)的 折射率)，則該入射光能發(fā)生全發(fā)射。
因此，如圖4(b)所示，當(dāng)入射光以大角度入射時(滿足全反射如光線A)，該入射光在像素上面的介質(zhì)層發(fā)生全反射，從而該入射光也能到達(dá)該像素；另外，如光線B，即使 該光線入射角還達(dá)不到全反射的臨界條件，但由于從光密進(jìn)入光疏的過程中，光線B能發(fā) 生較大角度的折射偏轉(zhuǎn)，那么也能改善像素之間的"光互擾"，從而提高了傳感器對光的響 應(yīng)角度和轉(zhuǎn)換效率，并且在提高傳感器成像質(zhì)量的同時也不影響CMOS器件的性能。
權(quán)利要求
一種利用空氣環(huán)改善CIS成像質(zhì)量的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一、化學(xué)氣相淀積形成第一層介質(zhì)層，并進(jìn)行平坦化；步驟二、形成通孔及金屬層；步驟三、重復(fù)步驟一和步驟二直到鈍化層之前的介質(zhì)層和金屬層完成；步驟四、將像素四周一圈的介質(zhì)層刻蝕掉，直到光電二極管表面；步驟五、以非一致性化學(xué)氣相淀積的方式淀積鈍化層，形成一個包圍像素的空氣環(huán)。
2. 如權(quán)利要求1所述的利用空氣環(huán)改善CIS成像質(zhì)量的方法，其特征在于，所述步驟一中形成的第一層介質(zhì)層包括磷硅玻璃或二氧化硅或磷硅玻璃和二氧化硅的疊加。
3. 如權(quán)利要求1所述的利用空氣環(huán)改善CIS成像質(zhì)量的方法，其特征在于，步驟一中所述的平坦化包括化學(xué)機(jī)械研磨或回刻蝕。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用空氣環(huán)改善CIS成像質(zhì)量的方法。包括以下步驟步驟一、化學(xué)氣相淀積形成第一層介質(zhì)層，并進(jìn)行平坦化；步驟二、形成通孔及金屬層；步驟三、重復(fù)步驟一和步驟二直到鈍化層之前的介質(zhì)層和金屬層完成；步驟四、將像素四周一圈的介質(zhì)層刻蝕掉，直到光電二極管表面；步驟五、以非一致性化學(xué)氣相淀積的方式淀積鈍化層，形成一個包圍像素的空氣環(huán)。本發(fā)明可以有效解決像素之間的“光互擾”的方法，并且提高傳感器對光的響應(yīng)角度，從而提高圖像的質(zhì)量。
文檔編號H01L21/82GK101740496SQ20081004393
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月13日
發(fā)明者熊濤, 羅嘯, 陳華倫, 陳瑜, 陳雄斌 申請人:上海華虹Nec電子有限公司