[发明专利]一种近红外增强的CMOS图像传感器结构及形成方法

说明书

本发明公开了一种近红外增强的CMOS图像传感器结构及形成方法，图像传感器结构包括：设于所述半导体衬底正面上的第一感光单元；设于所述半导体衬底正面上，且位于所述第一感光单元上方并与其相接触的近红外光吸收层；其中，入射光由所述半导体衬底背面进入所述第一感光单元，利用所述近红外光吸收层对所述入射光中的近红外光进行吸收，降低所述近红外光入射深度，并存储在所述第一感光单元中。本发明通过形成近红外光吸收层增加近红外波段的吸收系数，降低近红外波段的入射深度，进而使得更多的近红外波段存储于感光单元中，从而能提高近红外光的量子效率。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种近红外增强的CMOS图像传感器结构及形成方法。

背景技术

近红外(NIR)图像传感器在两个领域有着重要的应用。第一个领域是安防监控系统，在低光环境下，近红外光子比可见光子更多，因此捕获的图像分辨率更高，可以捕获更清晰的入侵者的图像。第二个领域是机器视觉的应用，近红外光人眼看不见，可以避免对周围环境的干扰，但却可以用于照亮物体。

近红外成像系统的一个关键性参数是量子效率(QE)，图像传感器的量子效率是捕获的光子与转换成电子的比值。量子效率越高，近红外照明能达到的距离越远，图像亮度越高。

请参考图1，图1是现有的一种背照式图像传感器像素单元结构示意图。如图1所示，背照式图像传感器中，光是从硅衬底10背面直接入射进入光电二极管11，无需经过金属互连层及介质层12，进而避免了光损耗，提高了量子效率。

硅衬底对入射光的吸收深度与入射光的波长密切相关，波长越长，吸收系数越小，入射深度越深。像素单元通常使用的是红光，绿光及蓝光这3种光。其中蓝光的波长为450纳米，在硅衬底中入射深度约为0.32微米，绿光波长为550纳米，在硅衬底中入射深度约为0.79微米，红光波长为650纳米，在硅衬底中入射深度约为3微米。而近红外光波长为780～1100纳米，在硅衬底中入射深度大于6微米。

由于上述现有背照式图像传感器中硅衬底的厚度一般在3微米左右，这就造成近红外的入射光会直接穿过硅衬底进入介质层，进而导致近红外光量子效率很低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种近红外增强的CMOS图像传感器结构及形成方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种近红外增强的CMOS图像传感器结构，包括：

半导体衬底；

设于所述半导体衬底正面上的第一感光单元；

设于所述半导体衬底正面上，且位于所述第一感光单元上方并与其相接触的近红外光吸收层；

其中，入射光由所述半导体衬底背面进入所述第一感光单元，利用所述近红外光吸收层对所述入射光中的近红外光进行吸收，降低所述近红外光入射深度，并存储在所述第一感光单元中。

进一步地，所述第一感光单元上方的所述半导体衬底正面上设有凹槽，所述凹槽的底面与所述第一感光单元的顶面相接，所述近红外光吸收层填充于所述凹槽内。

进一步地，所述近红外光吸收层位于所述半导体衬底正面的表面上，所述第一感光单元的顶面露出于所述半导体衬底的正面表面。

进一步地，所述近红外光吸收层之上还设有半导体层，所述半导体层上设有第二感光单元，所述第二感光单元与所述近红外光吸收层和所述第一感光单元依次相接。

进一步地，转移栅极设于所述半导体层正面上，浮动扩散极由所述半导体层正面延伸进入所述半导体衬底中。

进一步地，还包括：设于所述半导体层之上的层间介质层，以及设于所述层间介质层中的金属互连层。