[发明专利]一种集成平面聚焦透镜结构的内线转移CCD及其制作方法

说明书

本发明公开了一种集成平面聚焦透镜结构的内线转移CCD及其制作方法，包括提供一制备好的外延片；对所述外延片的上表面执行表面平坦化操作，在所述外延片的上表面形成一平坦化层；在所述平坦化层的上表面制作一平面结构的超表面层，其中，所述超表面层用于对入射光进行聚焦。本发明相比于原有的透镜结构，采用稳定的无机材料替代原有的微透镜采用有机材料制备得到，使得本发明的透镜结构能够适应的工艺温度范围更广，器件的可靠性显著增强，同时采用2D的透镜结构代替3D的微透镜结构，保持了器件表面的平整性，可进一步与其他的片上集成工艺兼容。

技术领域

本发明涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种集成平面聚焦透镜结构的内线转移CCD及其制作方法。

背景技术

内线转移CCD的像元结构与其他类型CCD像元结构不同，该种器件像元结构分为光敏区和存储区，其中，光敏区用于产生光生电子，存储区用于储存光生电子，并在转移电压开启后将光生电子转移至外围放大电路进行输出。内线转移的像元结构要求光敏区对光敏感，而存储区对光不敏感，因此存储区都需制备金属遮光层进行隔离。为提高内线CCD的响应率和填充因子，通常在CCD器件完成后会进行微阵列的透镜集成制作。

现有的内线转移CCD结构的典型金属遮光与微透镜集成结构如图1所示，图1(a)和图1(b)为现有的内线转移CCD结构的两个方向上的剖视图。在该结构中，在底部硅衬底上进行不同区域的掺杂后，制备的多晶硅电极覆盖了存储区，其覆盖结构如图1(a)所示。在多晶硅电极上方，由于多晶硅交叠产生起伏不平的表面，金属遮光层制作之前，需要预先淀积一层介质层并进行平坦化。由于金属遮光层的存在，外部入射的光线不能被器件全部吸收。因此需要增加微透镜结构进行光线的控制。在图1(a)和图1(b)中，微透镜结构主要由两层；一层为垫层101，主要作用为匹配微透镜的焦距；另外一层为微透镜结构102，用于光线的聚焦。采用微透镜结构后，入射光线更能充分聚焦于光敏区，增加了CCD器件的响应率和填充因子。

但现有的内线转移CCD的微透镜在制作时，采用有机聚合物材料，其温度适应性较差，不能在较宽的温度范围内正常工作；同时微透镜属于3D结构，制作完成后其器件表面呈周期的起伏，需要进行额外的保护和隔离，防止器件受到损坏和失效；同时，微透镜结构的成型一般形成于内线转移CCD制作工艺的末端，在微透镜结构成型后，无法与其他工艺(例如增透膜结构、滤光片结构等的设计与制作工艺)相兼容。另，现有的内线转移CCD在制作平坦化层时，采用一次成型的方式制备得到，使得器件表面将承受较大的应力，从而影响器件的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种集成平面聚焦透镜结构的内线转移CCD及其制作方法，以解决现有技术中呈周期性起伏的微透镜结构在制备过程中温度适应性较差以及器件容易受损而失效的问题。

为达到上述目的，本发明的第一方面提供一种集成平面聚焦透镜结构的内线转移CCD的制作方法，包括以下步骤：

S1：提供一制备好的外延片；

S2：对所述外延片的上表面执行表面平坦化操作，在所述外延片的上表面形成一平坦化层；

S3：在所述平坦化层的上表面制作一平面结构的超表面层，其中，所述超表面层用于对入射光进行聚焦。

进一步的，在步骤S1中，所述外延片包括从下至上依次层叠设置的外延层、多晶硅栅层、回流层及金属总线层，所述平坦化层至少完全覆盖所述金属总线层。

进一步的，所述步骤S2包括以下子步骤：

S201：在所述金属总线层的上表面沉积一层介质层；

S202：对所述介质层进行抛光，对所述介质层的表面进行平坦化，在所述外延片的上表面形成一层平坦化层。

进一步的，在步骤S202之后还包括以下步骤：