CMOS图像传感器及其制备方法、电子设备

技术领域

本发明涉及图像采集技术领域，具体涉及一种CMOS图像传感器以及制备方法，以及一种电子设备。

背景技术

CMOS图像传感器(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互补金属氧化物半导体)因具有低成本、低功耗以及高整合度等优点而得到越来越广泛的应用。在红外应用领域，CMOS图像传感器常被用于安防类产品。

然而，传统的CMOS图像传感器存在一些局限性。例如，硅基CMOS图像传感器对长波长的红外光响应较弱，限制了它在红外应用领域的性能。其次，CMOS图像传感器紧邻硅表面的金属层会对穿透的红外光产生反射，引发信号串扰，降低了传感器的精度和性能。

为解决信号串扰问题，可以采用对应像素单元设置光学滤光片的方式来减少金属面红外反射带来的影响。但这种解决方案增加了制程的复杂性和成本并可能影响图像传感器的性能。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

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CMOS图像传感器及其制备方法，以及一种电子设备，用于解决现有技术中的CMOS图像传感器对长波长红外光响应较弱，以及CMOS图像传感器表面的金属层会对入射的红外光产生反射，导致信号串扰，降低了传感器的精度和性能，影响其在红外技术领域的应用，而现有通过增设光学滤光片来减少金属面红外反射的方法导致传感器制造成本增加等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器自上而下包括像素结构层、红外光吸收层及导电互连层，其中，所述像素结构层背离所述红外光吸收层的表面为入射面，所述像素结构层包括若干间隔设置的像素单元，所述红外光吸收层包括电致变色材料层。

可选地，所述电致变色材料层包括非化学计量的金属氧化物层和除金属氧化物层外的金属化合物层中的至少一种，其中，金属氧化物层和金属化合物层中的金属元素选自钨、钽、铒、钒和铬中的至少一种。

可选地，所述像素单元包括光电转换元件及对应的像素电路晶体管，所述CMOS图像传感器还包括覆盖所述像素电路晶体管及所述光电转换元件的红外吸收辅助层，所述红外光吸收层位于所述红外吸收辅助层背离所述光电转换元件的表面。

可选地，所述CMOS图像传感器沿背离像素结构层的方向依次设置有透明的第一电极材料层、所述红外光吸收层以及第二电极材料层，所述第一电极材料层位于所述红外吸收辅助层背离所述光电转换元件的表面。

可选地，所述第一电极材料层选自氧化锡层、氧化铟锡层及氧化铟锌层中的至少一种；和/或，所述第二电极材料层包括金属导电层、金属氧化物导电层和石墨导电层中的至少一种；和/或，所述红外吸收辅助层包括氧化硅层、氮化硅层及氮氧化硅层中的至少一种。

可选地，所述导电互连层包括介电层以及位于所述第二电极材料层上的金属布线层，所述像素电路晶体管通过互连结构与所述金属布线层电连接，其中，所述导电互连层还包括与所述金属布线层绝缘设置的金属引线层，所述金属引线层实现所述第一电极材料层和所述第二电极材料层的电性连接。

可选地，所述互连结构包括互连通孔、位于所述互连通孔侧壁的隔离结构层以及位于所述隔离结构层内表面并与所述像素电路晶体管的待引出部电性连接的导电结构层，所述互连通孔贯穿所述第二电极材料层、所述红外光吸收层、所述第一电极材料层及所述红外吸收辅助层，且对应显露所述待引出部。

可选地，所述红外光吸收层为钨氧化物层，所述红外吸收辅助层为氧化硅层，所述钨氧化物层的厚度介于5nm-20nm之间，所述钨氧化物层的氧化钨柱结构的直径介于15nm-25nm之间，相邻所述氧化钨柱结构之间的距离介于25nm-40nm之间。

可选地，所述CMOS图像传感器还包括设置于所述像素结构层入射面上的微透镜层；和/或，每一所述像素单元包括至少一个红外感光像素，且所述红外光吸收层与所述像素结构层对应。

本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上述任一方案中所述的CMOS图像传感器。

本申请还提供一种如上述任一方案中所述的CMOS图像传感器的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供半导体基底；

在所述半导体基底中制备所述像素结构层，所述像素结构层包括多个像素单元；

在所述像素单元上制备红外光吸收层，所述红外光吸收层覆盖所述半导体基底；

在所述红外光吸收层上制备所述导电互连层；以及

翻转所述半导体基底，在所述半导体基底远离所述红外光吸收层的一侧制备微透镜层。

可选地，当所述CMOS图像传感器还包括所述红外吸收辅助层时，所述制备方法包括如下步骤：

制备得到所述像素结构层后，在所述像素结构层上制备覆盖所述半导体基底的所述红外吸收辅助层，并在所述红外吸收辅助层表面制备所述红外光吸收层；

和/或，当所述CMOS图像传感器还包括所述互连结构时，所述制备方法包括如下步骤：

依次刻蚀所述第二电极材料层、所述红外光吸收层、所述第一电极材料层及所述红外吸收辅助层形成所述互连通孔，再制备所述隔离结构层及所述导电结构层。

如上所述，本发明的CMOS图像传感器以及制备方法、电子设备，具有以下有益效果：本发明提供的CMOS图像传感器经改善的结构设计，能够有效减少乃至避免因导电互连层的金属面的红外反射带来的光串扰，可显著提高CMOS图像传感器在红外应用领域的性能和精度，同时不增加制程的复杂性，不影响传感器的其他性能。本发明提供的电子设备，其红外成像能力得到显著提升，因而在红外成像领域的应用可以得到进一步拓展。

附图说明

图1显示为本发明实施例中提供的图像传感器的例示性系统框架图。

图2显示为本发明提供的CMOS图像传感器的例示性局部截面示意图。

图3显示为非化学计量的钨氧化物层对不同波长的光的透光率随电压的变化示意图。

图4显示为应用于本实施例的钨氧化层的例示性结构示意图。

图5显示为本发明提供的CMOS图像传感器的另一例示性截面结构示意图。

图6显示为图5的A区域沿与图5相反方向的例示性放大示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。

在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是,本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。为使图示尽量简洁，各附图中并未对所有的结构全部标示。

典型的图像传感器的系统框架图如图1所示，其包括连接到像素阵列层的读出电路和控制电路，读出电路连接到外部的功能逻辑单元，以控制像素电路的读取；读出电路和控制电路连接到状态寄存器，实现对像素阵列的读取控制。像素阵列包括按行(R1，R2，R3…Ry)和列(C1，C2，C3…Cx)排布的多个像素，像素阵列的像素信号经列线可以逐个或逐行的方式输出至读出电路。在一个实施例中，每一像素获取图像数据后，图像数据采用状态寄存器指定读出模式的读出电路读出，然后传输到功能逻辑单元。在具体应用中，读出电路通常包括模数转换(ADC)单元和放大器等模块，而状态寄存器则通常包含有用以确定读出电路的读取方式的程序化选择模块。功能逻辑单元可仅存储图像数据或通过图像效果应用或处理的图像数据。在一应用例中，读出电路可沿读出列线一次读出一行图像数据，或者可采用各种其他方式读出图像数据。控制电路的操作可通过状态寄存器的当前设置确定。例如，控制电路产生一快门信号用于控制图像的获取。在某些应用例中，此快门信号可以是一全局曝光信号，以使得像素阵列的所有像素通过单一获取窗口同时获取其图像数据。在某些其他应用中，此快门信号可以是一滚动曝光信号，每一像素行通过获取窗口实现连续读取操作。

目前常用的图像传感器主要有CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器和CCD(Charge Coupled Device，电荷耦合器)图像传感器。这其中，硅基CMOS图像传感器因相对较低的功耗、更高的灵敏度以及更低的制造成本等优势，而在安防领域得到越来越广泛的应用。但是，硅基CMOS图像传感器对长波长的红外光响应较弱，限制了它在红外应用领域的性能。其次，CMOS图像传感器紧邻硅表面的金属层会对穿透的红外光产生反射，引发信号串扰，降低了传感器的精度和性能。而已有的一些减少光串扰的方法各自存在一些不足。基于此，本案发明人经长期研究，提出了一种改善方案。

具体地，如图2所示，本发明提供一种CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器自上而下包括像素结构层11、红外光吸收层12及导电互连层13。这其中，所述像素结构层11背离所述红外光吸收层12的表面为入射面，所述像素结构层11包括若干间隔设置的像素单元，所述红外光吸收层12包括电致变色材料层。

所述像素结构层11用于将入射的光信号转换成电信号并向外输出，所述导电互连层13则用于将像素结构层11与外部的读出电路等模块电连接。本实施例中，导电互连层13位于像素结构层11的非入射面侧，也即位于像素结构层11的背面，因而本实施例的CMOS图像传感器更确切地说是一种背照式图像传感器(back-illuminated sensor，简称BSI)。导电互连层13通常包括金属层，且至少有部分金属层需显露于导电互连层的表面以实现与像素结构层11的互连。当入射光线照射到像素结构层11时，不可避免地会有部分光线会透过像素结构层11而入射到导电互连层13的表面。由于金属普遍对光具有较强的反射能力，且由于导电互连层13的金属层表面并非绝对的平面，因而如果入射光线照射到金属层表面会发生反射而反射回像素结构层11，会引起相邻像素单元110的串扰，导致成像精度和质量下降。而本实施例中创造性地在像素结构层11和导电互连层13中设置包括电致变色材料层的红外光吸收层12则可以有效避免此类问题。

电致变色是指材料的光学属性，例如反射率、透光率、吸收率等性能在外加电场的作用下发生稳定、可逆的颜色变化的现象，在外观上表现为颜色和透明度的可逆变化。也就是说，电致变色材料层本身是导电的，在通电状态下透光率等性能会发生变化。本实施例中在像素结构层11和导电互连层13之间引入电致变色材料层并不会影响像素结构层11和导电互连层13之间的互连，对传感器本身结构不会带来实质性的改变。在传感器工作过程中，电致变色材料层也被施加电压，使得其透光率显著下降而提高对光的吸收性能，尤其是对红外光的吸收性能显著增加，因而透过像素结构层11的光，比如透过像素结构层11的红外光将被电致变色材料层吸收而不会入射到导电互连层13表面，由此可以有效避免因红外光反射引起的光串扰，可显著提高传感器的成像精度和性能。

本实施例提供的CMOS图像传感器经改善的结构设计，能够有效减少乃至避免因导电互连层的金属面的红外反射带来的串扰，可显著提高CMOS图像传感器在红外应用领域的性能和精度，同时不增加制程的复杂性，不影响传感器的其他性能。

理论上，任何具有电致变色性能的材料都适用于本实施例。但从材料制备、制程兼容性以及器件耐久性等多方面考虑，本实施例中的电致变色材料层优选无机电致变色材料，例如，具有钨、钽、铒、钒和铬这些金属元素的非化学计量的金属氧化物层或者包含这些元素的，除金属氧化物外的其他金属化合物层(即此处的金属化合物为除包含对应金属的金属氧化物外的其他纯净物)，尤其是包含这些金属的金属氧化物层因具有材料来源广和制备工艺成熟等优点而作为优选。这其中，变色材料钨氧化物尤佳。钨氧化物可以有效地将透过像素结构层11的红外光吸收。同时，钨氧化物层的制备工艺相对成熟，制备成本较低，且钨氧化物层与其他结构层的界面结合性能优良，有助于改善器件的层间应力分布。

在一示例中，非化学计量的钨氧化物层对不同波长的光的透光率随电压变化的情况如图3所示。从图3可以知晓，当对钨氧化物层施加电压时，对波长在450nm以上的光而言，波长越长，则钨氧化物层对光的透过率越低。而近红外光(NIR)的波长范围是780～2526nm，故而当钨氧化物层上施加了电压时，近红外光将难以透过钨氧化物层。因此，将钨氧化物层应用于本实施例中，将有效阻止近红外光入射到导电互连层13上。

本实施例中，钨氧化物薄膜的电致变色机理是电致变色层本征的等离激元振荡频率处在红外波段，通过外加电压可以调控它的振荡频率，使其和对应波长的红外光发生共振吸收，基于其厚度和形貌的控制可以对应获取等离激元的本征振荡频率。而要使钨氧化物层更好地发挥对红外光的吸收功能，其厚度和形貌的控制非常重要。发明人经大量实验发现，当采用钨氧化物层作为电致变色材料层时，所述钨氧化物层的厚度较佳地为5nm-20nm，比如为5nm，9nm、10nm，13nm、15nm，20nm，或这区间的任意值。而钨氧化物层较佳地为具有如图4所示的形貌，即钨氧化物层包含多个间隔的钨氧化物柱结构19，各柱结构19的钨氧化物晶体不规则地向上生长，使得越往上，相邻的柱结构19之间越交错，最终在钨氧化物层的顶面(本实施例中，该顶面为与导电互连层13邻接的一面)形成非平坦的表面，使得自衬底(本实施例中指对应像素结构层11的硅基底)透过的红外光在进入钨氧化物柱结构19的间隙之间而逐渐发散并被氧化钨粒子吸收。当然，钨氧化物柱结构19的尺寸以及相邻柱结构19之间的尺寸也是比较重要的参数。控制合适的柱结构19的间距大小有利于提高其对红外光的吸收性能。例如，较大的柱结构19间的间距，也即钨氧化物层表面越不平坦，则有利于红外光入射到钨氧化层内在钨氧化物层表面发生反射，较小的柱结构19之间的间距，则有利于使得相邻柱结构19在背离衬底的一端交错而产生间隙，有利于防止红外光会透过钨氧化物层而入射到导电互连层13的表面。而控制合适的钨氧化物柱结构19本身直径大小也有利于提高其对红外光的吸收性能。发明人大量研究发现，所述钨氧化物层的氧化钨柱结构19的直径较佳地为15nm-25nm，例如为15nm，20nm，25nm或这区间的任意值，相邻所述氧化钨柱结构19之间的距离较佳地为25nm-40nm之间，例如为25nm，30nm，35nm，40nm或这区间的任意值时，钨氧化物层对红外光的阻挡和吸收作用尤佳，其中，相邻所述氧化钨柱结构19之间的距离如图4中的L1、L2所示。采用现有的诸如CVD、PVD等技术，很容易制备出具有上述参数的钨氧化物层，因而对其制备方法不做详细展开。

当然，电致变色材料层并不仅限于钨氧化物层，还可以为除钨氧化物层外的钨化合物层，或者为前述的含有钽、铒、钒和铬等金属元素的氧化物层和/或化合物层。电致变色材料层中的金属元素也并不仅限一种，也可以同时包含上述金属元素中的两种以上。

电致变色材料层可以是单层结构，也可以是双层结构，从简化制备工艺的角度考虑，优选为单层，而且如前所述，单层材料层中可以引入不同的金属元素以提升器件性能。

如图5和图6所示，所述像素单元110包括光电转换元件111及对应的像素电路晶体管。所述光电转换元件111例如包括PIN结构的光电二极管，其可以将入射光转换成电子，像素电路晶体管例如为NMOS晶体管，其与光电转换元件111电连接，可用于将光电转换元件111转换的电信号传输至外部电路并接受外部电路的读取控制，像素电路晶体管可以采用现有图像传感器中常用3T、4T晶体管的配置。单个像素单元110可以包括单个光电二极管或两个以上共享的光电二极管。CMOS图像传感器包括像素阵列，对应像素结构层11，像素阵列包括若干个像素单元，以基于像素单元实现光电转换获取图像，其中，像素单元可以依据实际需求采用现有的图像传感器的布局设计，可以为感知白光的透明像素，也可是进行拜耳阵列排布的彩色像素，还可以是感知红外光的红外像素设计。当单个像素单元包括两个以上光电二极管时，不同的光电二极管可以具有不同的感光特性，或者同一光电二极管可以设置有不同感光性能的感光区域，比如通过对光电二极管进行不同剂量和/或材质的掺杂，使得同一光电二极管外围相较于其中心具有更强的感光性能，这将有助于减小相邻像素单元110的串扰。

为实现光电转换元件111的电信号输出，各像素单元110都设置有与光电转换元件111连接的栅极112，该栅极112也可以称为传输栅。如图6所示，该栅极112作为对应的像素电路晶体管的栅极之一，在一示例中，图6所示的栅极自下而上包括栅氧化层112a和栅导电层112b。当然，在其他示例中还可以包括介质层。栅氧化层112a例如为通过热氧化工艺形成的氧化硅层，栅导电层112b例如为多晶硅层，介质层例如为氮化硅层，但不仅限于此。在其他示例中，各像素单元110的栅设置还可以有其他选择，对此不做严格限制。

继续参考图6所示，在像素结构层11和导电互连层13之间设置有红外光吸收层12的情况下，所述CMOS图像传感器还较佳地设置有覆盖所述像素电路晶体管及所述光电转换元件111的红外吸收辅助层16(即红外吸收辅助层16也将前述的栅极112覆盖)，所述红外光吸收层12位于所述红外吸收辅助层16背离所述光电转换元件111的表面。所述红外吸收辅助层16可选自氧化硅层、氮化硅层及氮氧化硅层中的至少一种，但不仅限于此。在所述红外光吸收层12为钨氧化物层的情况下，则所述红外吸收辅助层16优选氧化硅层，这有助于改善层间应力分布。设置红外吸收辅助层16，不仅可以进一步对透光像素单元110的红外光进行吸收，而且可以对栅极112形成良好的保护，此外还有助于后续结构层的制备。

所述像素结构层11和导电互连层13之间可以仅设置有所述红外光吸收层12，这种设计的优点是结构相对更简单，因而在制备上也更加简化。但缺点是难以确保在施加电压时电致变色材料层表面电场的均匀分布，可能会导致电致变色材料层局部难以有效发挥红外光吸收性能。在本发明提供的一较佳示例中，继续参考图6所示，所述CMOS图像传感器沿背离像素结构层11的方向依次设置有透明的第一电极材料层14、所述红外光吸收层12以及第二电极材料层15，所述第一电极材料层14位于所述红外吸收辅助层16背离所述光电转换元件111的表面。也即第二电极材料层15相较于第一电极材料层14更临近于导电互连层13。在红外光吸收层12，更确切地说是在电致变色材料层的相对两侧设置电极层，可以给电致变色材料层施加稳定的电压，使得电致变色材料层在电压作用下等离激元的振荡频率发生移动，颜色发生变化并结合其独特的晶体结构而对红外光进行吸收。第一电极材料层14选用透明的导电材料，可以使得透光像素结构层11的红外光可以入射至红外光吸收层12中，而第二电极材料层15则优选非透明的导电材料，以防止存在未被红外光吸收层12完全吸收的红外光入射至导电互连层13。作为示例，所述第一电极材料层14优选氧化锡层、氧化铟锡层及氧化铟锌层中的至少一种，但不仅限于此，还可以为其他有机透明导电材料。所述第二电极材料层15优选金属导电层、金属氧化物导电层和石墨导电层中的至少一种。

为更好地实现像素结构层11的电性引出，所述导电互连层13较佳地为包括介电层以及位于所述第二电极材料层15上的金属布线层。所述介质层例如可以为氧化硅等无机介电材料层，其形成方法依其材料的不同，可以是化学气相沉积法或涂布法。所述金属布线层的材质包括但不限于铝和铜，其形成方法较佳地为物理气相沉积法。介电层和金属布线层可以为单层或多层结构，经沉积和刻蚀方法的结合制备得到多层结构的导电互连层13，且金属布线层至少部分显露于导电互连层13的表面以实现电性连接。所述像素电路晶体管通过互连结构18与所述金属布线层电连接，其中，所述导电互连层13还包括与所述金属布线层绝缘设置的金属引线层(未示出)，所述金属引线层将所述第一电极材料层14和所述第二电极材料层15电连接，以实现对红外光吸收层12施加电压。

在进一步的示例中，所述互连结构18包括互连通孔、位于所述互连通孔侧壁的隔离结构层以及位于所述隔离结构层181内表面并与所述像素电路晶体管的待引出部电性连接的导电结构层182，所述互连通孔贯穿所述第二电极材料层15、所述红外光吸收层12、所述第一电极材料层14及所述红外吸收辅助层16，且对应显露所述待引出部。所述隔离结构层实现所述导电结构层与所述第二电极材料层15和第一电极材料层14之间的电性绝缘，所述隔离结构层的材质例如为氧化硅和/或氮化硅，所述导电结构层的材质例如为钨、铜等金属。

为拓展受光面并使入射光聚焦在各光电转换元件111上，以进一步提高传感器的成像精度和质量，于一示例中，所述CMOS图像传感器还包括设置于所述像素结构层11入射面上的微透镜层17。微透镜层17的微透镜171与各像素单元110可以为一一对应的关系，即各像素单元110的入射面上均设置有一个覆盖该像素单元110的入射面的凸透镜。在另外的示例中，各像素单元110的入射面上也可以设置两个以上微透镜171，通过对各微透镜171材质和/或曲面的调节，以进一步增大受光面。各微透镜171的材质例如为氧化硅、氮化硅、有机树脂等透明材质。且各微透镜171可以采用单一材料制备而成，也可以自上而下由多个共形但折射率不同的材料制成。例如沿远离像素单元110的方向，微透镜材料层的折射率逐渐增大，这将有助于进一步增大像素单元110的受光面积，尤其是增加对大角度入射光线的受光能力，提高传感器的成像精度。当然，像素结构层和微透镜层之间还可以设置有图像传感器常用的其他材料层，图中未一一示出。

于一些示例中，每一所述像素单元110包括至少一个红外感光像素，且所述红外光吸收层12与所述像素结构层11对应。即红外光吸收层12与像素结构层11在纵向上重叠，红外光吸收层12整体对应多个像素单元110，进一步，红外光吸收层12整体对应多红外感光像素。这有助于提高所述CMOS图像传感器的红外感知功能，提升其红外成像能力。在一示例中，一个像素单元中包括一个红外感光像素，即，IR透过像素，可以获取红外光所代表的图像信息，形成RGBIR排布的像素单元，可以对应形成拜耳阵列排布，也可以是四拜耳阵列排布，依实际需求设计；当然，在其他示例中，一个像素单元中还可以全部是红外感光像素。

如前所述，单个图像传感器上通常包括多个呈多行多列排布的像素单元110，因此避免相邻像素单元110间的串扰极为重要。本实施例中，除了在像素结构层11和导电互连层13之间设置包括电致变色材料层在内的红外光吸收层12之外，还可以于相邻的像素单元110之间设置隔离结构113。该隔离结构113可以是先通过光刻刻蚀工艺于相邻像素单元110间形成沟槽，然后于沟槽中填充隔离材料而成。或者在填充隔离材料之前，还可以于沟槽内壁形成氮化钛等粘附材料层，或者还可以于沟槽内壁形成如氧化铝等负电荷材料层。该沟槽可以是沿远离入射面的方向尺寸逐渐减小的结构。隔离材料可以是常见的非透明材料。或者于一些示例中，隔离材料可以是具有反射能力的金属材料层，以将入射到隔离结构113表面的光反射回对应的像素单元110，可以提高传感器的成像能力。在一些示例中，隔离材料也可以是采用前述提及的电致变色材料层，如钨氧化物层，以将入射到隔离结构上的红外光吸收，避免光串扰。在另外的一些示例中，隔离结构可以包括隔离沟槽内表面的反射材料层和位于反射材料层内侧的吸收材料层。因此，入射到隔离结构113表面的红外光大部分将被反射回对应的像素单元110，而极少部分透射光线将被吸收材料层吸收，有助于进一步避免像素单元110的光串扰。

本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述任一方案中所述的CMOS图像传感器。前述对所述CMOS图像传感器的介绍可以全文引用至此，出于简洁的目的不赘述。所述电子设备的具体结构根据其应用领域的不同而不同。例如其可以是用于安防领域的监控装置，也可以是用于车辆上的行车记录仪，也可以是用于航空航天领域的望远镜，还可以是用于生物检测领域的探测器。因而本实施例中对电子设备的具体结构和应用不做限制。由于采用本实施例的CMOS图像传感器，使得本实施例提供的电子设备在红外应用领域的性能和精度得到极大提升，因此尤其适用于红外成像。

本发明还提供如上述任一方案中所述的CMOS图像传感器的制备方法。

如前所述，所述CMOS图像传感器的具体结构有很多种选择，因而本实施例中仅大致介绍其主要结构的制备过程。

于一示例中，所述CMOS图像传感器的制备方法主要包括如下步骤：

首先提供半导体基底，所述半导体基底较佳地为硅晶圆，当然，可以采用现有CMOS图像传感器制备中所采用的各种衬底结构；

在所述半导体基底中制备所述像素结构层11，所述像素结构层11包括多个像素单元110，各像素单元110通常包括光电转换元件111和像素电路晶体管，均可基于常规的硅基半导体工艺制备而成；

在所述像素单元110上制备红外光吸收层12，所述红外光吸收层12覆盖所述半导体基底；所述红外光吸收层12的制备方法依其材料的不同可以灵活选择，例如在所述红外光吸收层12为非化学计量的钨氧化物层的情况下，其制备方法可以是化学气相沉积法(CVD)、物理气相沉积法(PVD)、分子束外延(MBE)、溶胶-凝胶法、溶剂热法和水热法，以及相应薄涂层的合成法等，具体的制备方法可以根据生长材料的特性和所需的设备条件进行选择；而根据具体方法的不同，制备过程中可以调整不同的生长条件，如调整生长时间、温度、气氛等，以获得所需性能的红外吸收材料层，本实施例中优选具有电致变色属性的金属氧化物层，例如优选非化学计量的钨氧化物层，因而其制备优选PVD工艺，因为PVD工艺相对更容易调节元素组分配比以及膜层厚度；

在所述红外光吸收层12上制备所述导电互连层13；导电互连层13的制备可以采用现有的图像传感器互连工艺，例如可以是先通过化学气相沉积工艺形成介电层，再通过光刻刻蚀于介电层中形成互连孔，再沉积覆盖介电层以及填充互连孔的金属层，再进行表面平坦化；

之后翻转所述半导体基底，在所述半导体基底远离所述红外光吸收层12的一侧制备微透镜层17。微透镜层17的制备例如可以先通过沉积或涂布工艺形成透镜材料层，之后再经刻蚀形成具有弧形面的凸透镜。

当所述CMOS图像传感器还包括红外吸收辅助层16时，所述制备方法包括如下步骤：

制备得到所述像素结构层11后，在所述像素结构层11上制备覆盖所述半导体基底的所述红外吸收辅助层16，并在所述红外吸收辅助层16表面制备所述红外光吸收层12。其中，红外吸收辅助层16包括但不限于氧化硅，可以采用热氧化的工艺制备于整个形成有光电转换元件和像素晶体管的半导体基底的表面，进一步，在其上制备红外光吸收层12。

当所述CMOS图像传感器还包括所述互连结构18时，所述制备方法包括如下步骤：

依次刻蚀所述第二电极材料层15、所述红外光吸收层12、所述第一电极材料层14及所述红外吸收辅助层16形成所述互连通孔，再制备所述隔离结构层及所述导电结构层。

本实施例中，红外光吸收层可以采用常规的气相沉积工艺等半导体工艺制备而成，并且红外光吸收层的制备和导电互连层以及红外吸收辅助层等结构层的制备在同一设备上连续进行，因而其制备工艺与现有的CMOS图像传感器的制备工艺并没有显著的不同。或者说，本实施例提供的CMOS图像传感器的工艺复杂性并没有增加，但其性能却有显著提升，因而有着极大的推广利用价值。

综上所述，本发明提供的CMOS图像传感器创造性地在像素结构层和导电互连层设置包括电致变色材料层的红外光吸收层，能够有效减少乃至避免因导电互连层的金属面的红外反射带来的串扰，可显著提高CMOS图像传感器在红外应用领域的性能和精度，同时不增加制程的复杂性，不影响传感器的其他性能。本发明提供的电子设备，其红外成像能力得到显著提升，因而在红外成像领域的应用可以得到进一步拓展。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。