【中國儀表網 儀表專利】創意無極限，儀表大發明。今天為大家介紹一項國家發明授權專利――CMOS圖像傳感器。該專利由量子半導體有限公司申請，并于2016年11月30日獲得授權公告。
內容說明
本發明涉及光電轉換方法，尤其涉及使用適合與互補金屬氧化物半導體( CMOS )技術集成的基于硅的器件進行光檢測。
發明背景
常規的電荷耦合器件( CCD )和CMOS圖像傳感器( CIS )包含幾個對于高性能圖像傳感至關重要的元件。將光轉換成電信號的光電二極管，處理模擬信號、將其轉換成一個數字信號并且執行數字信號處理的CMOS器件和電路，彩色濾波器等。CIS的技術具有這樣一個優點，即這些元件能被單片集成在同一“晶粒( die )”或“芯片( chip )”上，而CCD只能單片集成彩色濾波和光吸收。在常規CIS技術中，在CMOS器件制造期間形成的內建的垂直pn結、源-井和漏-井結被用于光檢測的光電二極管。光檢測能力取決于硅的本征能帶結構屬性，例如吸收系數，并且取決于結的幾個特征，例如摻雜分布、結深度、隔離結構深度( LOCOS或STI )等。
廣泛認識到薄膜SOI襯底非常有益，或許是制造高性能90nm以下的CMOS的器件的一個必需。CMOS技術越高級，利用薄膜襯底的優勢就越大。但是，常規的CCD和CIS器件利用硅晶片的大體積進行光吸收，而對于薄膜SOI，用于制造CMOS器件的最頂層的硅膜不能有效地吸收可見光中的波長，因為它太薄了，即吸收膜內的光程太短。
本發明公布了一種使能利用薄膜SOI襯底制造高性能CMOS圖像傳感器的方案。除了得自更高級的CMOS器件的優點以外，例如速度、功耗和減小的尺寸，SOI襯底與大塊襯底相比有一個質的差異：去除SOI襯底的背面并且用一個對光透明的不同襯底替代它是很容易的。即使用厚膜SOI和薄膜SOI都可能做到這一點，用薄膜SOI襯底的優點也更多，正如下文都要描述的那樣。
因此，將TF-SOI或TF-GeOI襯底用于CMOS圖像傳感器，使得能夠進行背面光照，是克服由圖像傳感器、波長濾波器和透鏡組構成的常規成像系統的基本局限的全新的結構和技術的基礎。
發明內容
本發明的第一目的是一個在薄膜絕緣體上硅( TF-SOI )或薄膜絕緣體上鍺( TFGEOI)襯底上制造CMOS圖像傳感器工藝結構。光電二極管活動層被外延地生成在襯底的正面，并且致密金屬互聯被制造在襯底的正面上的傳感器矩陣之上。在對TF-SOI或TF-GeOI襯底的正面完全處理之后，襯底材料被從埋入的絕緣體(埋入的氧化物)之下去除。然后單片集成的結構被制造在埋入的氧化物的背面。然后背面被粘合到一個對所需要的波長透明的新襯底。例如，石英、藍寶石、玻璃或塑料適于可見光范圍。從而傳感器矩陣的背面光照被允許，光穿過在與制成CMOS的一側相反的襯底背面上制造的結構。
本發明的一個第二目的是一個在TF-SOI或TF-GeOI襯底上制造背面光照的彩色CMOS圖像傳感器的工藝結構，其中常規彩色濾波器被制造在埋入的氧化物背面之上。
本發明的一個第三目的是一個在TF-SOI或TF-GeOI襯底上制造背面光照的彩色CMOS圖像傳感器的工藝結構，其中表面等離極化激元( SPP )結構(以下稱為“SPP光漏斗”)被制造在埋入的氧化物背面，從而與傳感器矩陣單片集成。SPP光漏斗元件可對可見光、UV和IR范圍內的波長提供以下功能中的任一種或全部：
•波長濾波
•偏振濾波
•波導和將光束限于亞波長尺寸
本發明的一個第四目的是一個在TF-SOI或TF-GeOI襯底上制造背面光照的彩色CMOS圖像傳感器的工藝結構，其中平面或厚片狀的并且能夠進行亞波長分辨的“超級透鏡”被制造在襯底的背面，從而與傳感器矩陣單片集成。
