[发明专利]一种背照式CMOS图像传感器及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及成像领域，特别涉及一种背照式CMOS图像传感器及其形成方法。

背景技术

图像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓图像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。

图像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置(Charge-Coupled Device)图像传感器(亦即俗称CCD图像传感器)以及CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器，其中CMOS图像传感器基于互补型金属氧化物半导体(CMOS)技术而制造。由于CMOS图像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将图像传感器以及其所需要的外围电路加以整合，从而使得CMOS图像传感器具有更广的应用前景。

CMOS图像传感器(CMOS image sensor)分正面照明类型和背面照明类型两种。背面照明类型最大的优化之处在于将元件内部的结构改变了，其将感光层的元件调转方向，让光能从背面直射进去，避免了传统CMOS图像传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响，从而显著提高光的效能，大大改善低光照条件下的拍摄效果。

如图1a所示，显示为现有技术中的背照式CMOS图像传感器的结构示意图。该背照式CMOS图像传感器包括：前端结构1，所述前端结构1包括电路层2及介质层3，形成于所述介质层中的光电二极管4及深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构中包括折射层5以及依次形成于所述前端结构1上的滤光层6及微透镜层7。入射光顺次经过所述微透镜层7、滤光层6到达所述介质层3，经沟槽隔离结构中的所述折射层5的反射被光电二极管4吸收，吸收光子的多少制约着成像的质量。

如图1b所示，显示为现有技术中的背照式CMOS图像传感器的光路图。入射光a，经介质层3在所述介质层3与折射层5表面发生全反射；入射光b，经介质层3在所述折射层5内发生折射，部分光经所述折射层5发生二次折射，使得该部分光线不能被光电二极管吸收。

然而，随着小型化需求的愈发强烈，光电二极管的有效面积不断缩小，可吸收光的面积所占比例下降，电信干扰和暗电流增强，光电转换效率明显降低，入射光在折射层会发生二次折射，使得该部分光线不能被光电二极管吸收。如何增强光电转换效率成为现在研究的课题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种背照式CMOS图像传感器及其形成方法，用于解决现有技术中光电二极管的有效面积不断缩小，可吸收光的面积所占比例下降，电信干扰和暗电流增强，光电转换效率明显降低，入射光在折射层会发生二次折射，使得该部分光线不能被光电二极管吸收的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种背照式CMOS图像传感器，包括：

前端结构，所述前端结构包括介质层及结合于所述介质层的第一表面的电路层，所述介质层内具有光电二极管，且所述介质层还包括与所述第一表面相对的第二表面；

深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构从所述介质层的第二表面起始，并往所述介质层的第一表面方向延伸；所述深沟槽隔离结构包括第一折射层、包围所述第一折射层底面与侧面的反射层及包围所述反射层底面及侧面的第二折射层，所述第一折射层、反射层及第二折射层的顶面均与所述第一介质层的第二表面齐平，且所述第二折射层的折射率小于所述介质层的折射率；

像素元件，所述像素元件结合于所述介质层的第二表面。

优选地，所述深沟槽隔离结构延伸至所述介质层的第一表面。

优选地，所述像素元件包括滤光层及微透镜层。

优选地，所述像素元件与所述介质层之间还包括吸收层、抗反射层中的一种或组合。

本发明还提供一种背照式CMOS图像传感器的形成方法，包括：

提供前端结构，所述前端结构包括介质层及结合于所述介质层的第一表面的电路层，所述介质层内具有光电二极管，且所述介质层还包括与所述第一表面相对的第二表面；

在所述介质层中形成深沟槽，所述深沟槽从所述介质层的第二表面开口，并往所述介质层的第一表面方向延伸；在所述深沟槽内依次形成第二折射层、反射层及第一折射层，其中，所述反射层包围所述第一折射层的底面与侧面，所述第二折射层包围所述反射层的底面及侧面，所述第一折射层、反射层及第二折射层的顶面均与所述介质层的第二表面齐平，且所述第二折射层的折射率小于所述介质层的折射率；

在所述介质层的第二表面形成像素元件。