【中国仪表网 仪表专利】创意无极限，仪表大发明。今天为大家介绍一项国家发明授权专利――CMOS图像传感器。该专利由量子半导体有限公司申请，并于2016年11月30日获得授权公告。
内容说明
本发明涉及光电转换方法，尤其涉及使用适合与互补金属氧化物半导体( CMOS )技术集成的基于硅的器件进行光检测。
发明背景
常规的电荷耦合器件( CCD )和CMOS图像传感器( CIS )包含几个对于高性能图像传感至关重要的元件。将光转换成电信号的光电二极管，处理模拟信号、将其转换成一个数字信号并且执行数字信号处理的CMOS器件和电路，彩色滤波器等。CIS的技术具有这样一个优点，即这些元件能被单片集成在同一“晶粒( die )”或“芯片( chip )”上，而CCD只能单片集成彩色滤波和光吸收。在常规CIS技术中，在CMOS器件制造期间形成的内建的垂直pn结、源-井和漏-井结被用于光检测的光电二极管。光检测能力取决于硅的本征能带结构属性，例如吸收系数，并且取决于结的几个特征，例如掺杂分布、结深度、隔离结构深度( LOCOS或STI )等。
广泛认识到薄膜SOI衬底非常有益，或许是制造高性能90nm以下的CMOS的器件的一个必需。CMOS技术越高级，利用薄膜衬底的优势就越大。但是，常规的CCD和CIS器件利用硅晶片的大体积进行光吸收，而对于薄膜SOI，用于制造CMOS器件的最顶层的硅膜不能有效地吸收可见光中的波长，因为它太薄了，即吸收膜内的光程太短。
本发明公布了一种使能利用薄膜SOI衬底制造高性能CMOS图像传感器的方案。除了得自更高级的CMOS器件的优点以外，例如速度、功耗和减小的尺寸，SOI衬底与大块衬底相比有一个质的差异：去除SOI衬底的背面并且用一个对光透明的不同衬底替代它是很容易的。即使用厚膜SOI和薄膜SOI都可能做到这一点，用薄膜SOI衬底的优点也更多，正如下文都要描述的那样。
因此，将TF-SOI或TF-GeOI衬底用于CMOS图像传感器，使得能够进行背面光照，是克服由图像传感器、波长滤波器和透镜组构成的常规成像系统的基本局限的全新的结构和技术的基础。
发明内容
本发明的第一目的是一个在薄膜绝缘体上硅( TF-SOI )或薄膜绝缘体上锗( TFGEOI)衬底上制造CMOS图像传感器工艺结构。光电二极管活动层被外延地生成在衬底的正面，并且致密金属互联被制造在衬底的正面上的传感器矩阵之上。在对TF-SOI或TF-GeOI衬底的正面完全处理之后，衬底材料被从埋入的绝缘体(埋入的氧化物)之下去除。然后单片集成的结构被制造在埋入的氧化物的背面。然后背面被粘合到一个对所需要的波长透明的新衬底。例如，石英、蓝宝石、玻璃或塑料适于可见光范围。从而传感器矩阵的背面光照被允许，光穿过在与制成CMOS的一侧相反的衬底背面上制造的结构。
本发明的一个第二目的是一个在TF-SOI或TF-GeOI衬底上制造背面光照的彩色CMOS图像传感器的工艺结构，其中常规彩色滤波器被制造在埋入的氧化物背面之上。
本发明的一个第三目的是一个在TF-SOI或TF-GeOI衬底上制造背面光照的彩色CMOS图像传感器的工艺结构，其中表面等离极化激元( SPP )结构(以下称为“SPP光漏斗”)被制造在埋入的氧化物背面，从而与传感器矩阵单片集成。SPP光漏斗元件可对可见光、UV和IR范围内的波长提供以下功能中的任一种或全部：
•波长滤波
•偏振滤波
•波导和将光束限于亚波长尺寸
本发明的一个第四目的是一个在TF-SOI或TF-GeOI衬底上制造背面光照的彩色CMOS图像传感器的工艺结构，其中平面或厚片状的并且能够进行亚波长分辨的“超级透镜”被制造在衬底的背面，从而与传感器矩阵单片集成。
