一种图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种图像传感器及其制造方法。所述图像传感器包括感光元件，形成在衬底中以将光信号转换为电信号；滤色层，形成在所述感光元件之上；第一微透镜，形成在所述滤色层上，所述第一微透镜朝入射光的方向凸起以汇聚入射光；以及第二微透镜，形成在所述感光元件和所述滤色层之间并且包括被多个沟槽隔开的多个子微透镜，以使得所述第二微透镜具有从中心到边缘减小的平均折射率。

An Image Sensor and Its Manufacturing Method

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器及其制造方法
本公开涉及半导体
，特别是涉及一种图像传感器及其制备方法。
技术介绍
包括感光元件的图像传感器是一种将光学图像转换为电子信号的设备。图像传感器从物体接收光信号并将光信号转化为电信号，接着电信号可以被传输用于进一步的处理，诸如数字化，然后在诸如存储器、光盘或磁盘的存储器件中存储，或用于在显示器上显示、打印等。根据数字数据传送方式不同，图像传感器可分为电荷耦合元件(CCD,ChargeCoupledDevice)和金属氧化物半导体元件(CMOS，ComplementaryMetal-OxideSemiconductor)两大类。其中CMOS传感器由于具有集成度高、功耗小、速度快和成本低等优点，在近几年迅速发展。图像传感器的各项性能指标直接影响成像效果，例如入射光线的转换效率。如果照射到图像传感器上的光线由于反射或者散射而无法被感光元件所接收并且有效地转化为电信号，则会不利地影响图像传感器的成像质量。在图像传感器中通常设置外部微透镜阵列以将外界的入射光汇聚到光接收面积较小的感光元件上。但是随着图像传感器阵列以及感光元件的尺寸逐渐减小，微透镜的尺寸也随之需要减小。因此为更小的感光元件制造符合其焦距特征的微透镜变得越来越困难。结果是，具有更小尺寸的微透镜的图像传感器难以满足对色彩保真度以及信噪比的要求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的旨在提供一种图像传感器及其制备方法，用于解决现有技术中图像传感器的光电转换效率低以及灵敏度差等问题。在本专利技术的一个实施例中，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括感光元件，形成在衬底中以将光信号转换为电信号；滤色层，形成在所述感光元件之上；第一微透镜，形成在所述滤色层上，所述第一微透镜朝入射光的方向凸起以汇聚入射光；以及第二微透镜，形成在所述感光元件和所述滤色层之间并且包括被多个沟槽隔开的多个子微透镜以使得所述第二微透镜具有从中心到边缘减小的平均折射率。优选地，所述滤色层填充所述第二微透镜的所述多个沟槽。优选地，所述多个子微透镜具有基本平坦的上表面。优选地，所述多个沟槽具有从所述第二微透镜的中心到边缘增加的截面宽度。优选地，所述多个子微透镜具有从所述第二微透镜的中心到边缘减小的截面宽度。优选地，所述图像传感器还包括形成在所述感光元件之上的抗反射层，所述抗反射层中具有被蚀刻的所述多个沟槽以形成所述第二微透镜。优选地，所述抗反射层由一层或者多层材料形成，并且在所述抗反射层的一层或者多层材料中形成有所述第二微透镜。优选地，所述抗反射层的材料从包括氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化铬和氧化硅的组中选择。优选地，所述抗反射层的厚度为20-700nm。优选地，所述多个沟槽刚好完全刻穿所述抗反射层、不完全刻穿所述抗反射层或者完全刻穿所述抗反射层并且进一步刻到衬底中。优选地，在所述衬底中具有被蚀刻的所述多个沟槽以形成所述第二微透镜。在本专利技术的另一个实施例中，还提供一种制造图像传感器的方法，所述方法包括提供衬底，在所述衬底中形成感光元件，所述感光元件将光信号转换为电信号；在所述感光元件之上形成内部微透镜，所述内部微透镜包括被多个沟槽隔开的多个子微透镜以使得所述内部微透镜具有从中心到边缘减小的平均折射率；在所述内部微透镜之上形成滤色层；以及在所述滤色层上形成外部微透镜，所述外部微透镜朝入射光的方向凸起以汇聚入射光。优选地，所述滤色层填充所述内部微透镜的所述多个沟槽。优选地，所述多个子微透镜具有基本平坦的上表面。优选地，所述多个沟槽被形成有从所述内部微透镜的中心到边缘增加的截面宽度。优选地，所述多个子微透镜被形成有从所述内部微透镜的中心到边缘减小的截面宽度。优选地，所述方法还包括在衬底中在所述感光元件之上形成槽，在所述槽中沉积抗反射层，在所述抗反射层中通过蚀刻所述多个沟槽来形成所述内部微透镜。优选地，所述抗反射层由一层或者多层材料形成，并且在所述抗反射层的一层或者多层材料中形成所述内部微透镜。优选地，所述抗反射层的材料从包括氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化铬和氧化硅的组中选择。优选地，所述抗反射层的厚度为20-700nm。优选地，所述多个沟槽刚好完全刻穿所述抗反射层、不完全刻穿所述抗反射层或者完全刻穿所述抗反射层并且进一步刻到衬底中。优选地，在所述感光元件之上的所述衬底中通过蚀刻多个沟槽以形成所述内部微透镜。在本专利技术的另一个实施例中，还提供一种图像传感器阵列，包括由根据以上所述的图像传感器组成的阵列。在本专利技术的另一个实施例中，还提供一种成像装置，包括根据以上所述的图像传感器阵列。如上所述，本专利技术提供了一种解决现有技术中图像传感器的光电转换效率低以及灵敏度差等问题的改进的图像传感器。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1示出了根据本专利技术一个实施例的图像传感器的示意图；图2示出了根据本专利技术一个实施例的图像传感器的入射光的光路图；图3示出了根据本专利技术另一实施例的图像传感器的示意图；图4示出了根据本专利技术又一实施例的图像传感器的示意图；图5示出了制造根据本专利技术一个实施例的图像传感器的流程图。图6示出了根据本专利技术一个实施例的图像传感器的在制造过程中各个阶段的截面图。注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的专利技术并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为本说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。图1示出了根据本专利技术一个实施例的图像传感器100的示意图。图像传感器100包括形成在衬底102中以将光信号转换为电信号的感光元件101；形成在所述感光元件101之上的滤色层103；形成在所述滤色层103上的第一微透镜104，所述第一微透镜104朝入射光的方向凸起以汇聚入射光，优选地，第一微透镜104可以由透明的有机材料、无机化合物材料制成；以及形成在所述感光元件101和所述滤色层103之间的第二微透镜105，所述第二微透镜105包括被多个沟槽106a-106f隔开的多个子微透镜105a-105g以使得所述第二微透镜105具有从中心到边缘减小的平均折射率。由于第二微透镜105具有从中心到边缘减小的平均折射率，因此第二微透镜105实际上具有光汇聚效果。第二微透镜105将来自第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：感光元件，形成在衬底中以将光信号转换为电信号；滤色层，形成在所述感光元件之上；第一微透镜，形成在所述滤色层上，所述第一微透镜朝入射光的方向凸起以汇聚入射光；以及第二微透镜，形成在所述感光元件和所述滤色层之间并且包括被多个沟槽隔开的多个子微透镜，以使得所述第二微透镜具有从中心到边缘减小的平均折射率。

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，所述图像传感器包括：感光元件，形成在衬底中以将光信号转换为电信号；滤色层，形成在所述感光元件之上；第一微透镜，形成在所述滤色层上，所述第一微透镜朝入射光的方向凸起以汇聚入射光；以及第二微透镜，形成在所述感光元件和所述滤色层之间并且包括被多个沟槽隔开的多个子微透镜，以使得所述第二微透镜具有从中心到边缘减小的平均折射率。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述滤色层填充所述第二微透镜的所述多个沟槽。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个子微透镜具有基本平坦的上表面。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个沟槽具有从所述第二微透镜的中心到边缘增加的截面宽度。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个子微透镜具有从所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄增智，龙海凤，夏睿，倪凌云，黄晓橹，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32