CIS芯片的像元结构、微透镜阵列、图像传感器及制作方法技术

本发明专利技术提供了一种CIS芯片的像元结构、微透镜阵列、图像传感器及制作方法，该像元结构包括：半导体基底，该半导体基底具有光敏元件，平坦层，位于该半导体基底上方。第一微透镜，为凸透镜，第一微透镜的上表面为凸面，第一微透镜的下表面位于平坦层的正上方。彩色滤光层，位于第一微透镜的上表面，彩色滤光层的上表面和下表面均为凸面。第二微透镜，为凸透镜，该第二微透镜位于彩色滤光层的上表面，第二微透镜的上表面和下表面均为凸面。本发明专利技术通过将第一微透镜的上表面设置为凸面，彩色滤光层和第二微透镜的上表面和下表面均设置为凸面，从而将像元结构接收到的光线全折射到光敏元件中，提高了成像的质量。高了成像的质量。高了成像的质量。

【技术实现步骤摘要】
CIS芯片的像元结构、微透镜阵列、图像传感器及制作方法


[0001]本专利技术涉及图像传感器
，尤其涉及一种CIS芯片的像元结构、微透镜阵列、图像传感器及制作方法。

技术介绍

[0002]随着半导体制作技术的提高，互补式金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor，CMOS)图像传感器(image sensor)(简称CIS)芯片应用的领域不断丰富，同时也对CIS芯片的分辨率提出了更多的挑战。
[0003]图1为传统的CIS芯片像元结构的剖视图，该像元结构包括单层微透镜(micro
‑
lens，ML)104、彩色滤光层103、平坦层102和半导体基底100，可见通过单层微透镜104折射光线时，只有中间部分的光线穿过彩色滤光层103和平坦层102传输至半导体基底100上的光敏元件101中。其中，单层微透镜104的两侧的光线不能折射至光敏元件中，导致光信号的丢失。
[0004]为了满足高成像分辨率的需求，CIS芯片中像元结构数量不断增加，导致像元结构的尺寸不断缩小，从而使得像元结构内有效的感光面积减小，光电二极管(photodiode，PD)接收到的光变少，使CIS芯片的光学效率降低，进而引起CIS芯片灵敏度和成像质量的下降。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种CIS芯片的像元结构、微透镜阵列、图像传感器及制作方法，增加了光敏元件接收的光信号，提高了成像质量。
[0006]为实现上述目的，第一方面，本专利技术实施例提供了一种CIS芯片的像元结构，该像元结构包括：
[0007]半导体基底，该半导体基底具有光敏元件，平坦层，位于该半导体基底上方。第一微透镜，为凸透镜，第一微透镜的上表面为凸面，第一微透镜的下表面位于平坦层的正上方。彩色滤光层，位于第一微透镜的上表面，彩色滤光层的上表面和下表面均为凸面。第二微透镜，为凸透镜，该第二微透镜位于彩色滤光层的上表面，第二微透镜的上表面和下表面均为凸面。
[0008]本专利技术实施例CIS芯片的像元结构的有益效果在于：通过将第一微透镜的上表面设置为凸面，彩色滤光层和第二微透镜的上表面和下表面均设置为凸面，从而将像元结构接收到的光线全折射到光敏元件中，从而提高了成像的质量。
[0009]在一种可能的实现中，彩色滤光层的下表面与第一微透镜的上表面的面积相等，第二微透镜的下表面与彩色滤光层的上表面的面积相等。其有益效果在于：使像元结构的形状结构更加合理紧凑，避免了相邻的像元结构之间可能存在的间隙。
[0010]在一种可能的实现中，第一微透镜、彩色滤光层和第二微透镜对应光敏元件设置，且彩色滤光层与第二微透镜形状相同。其有益效果在于：从而使光线经过第二微透镜、彩色滤光层和第一微透镜全部折射至光敏元件中，增加了光敏元件接收的光信号。
[0011]第二方面，本专利技术实施例提供一种微透镜阵列，包括：上述的像元结构，其中，第一微透镜、彩色滤光层和第二微透镜形成叠层结构，若干叠层结构阵列设置覆盖平坦层。
[0012]本专利技术实施例微透镜阵列的有益效果在于：第一微透镜、彩色滤光层和第二微透镜形成叠层结构，通过多个叠层结构阵列设置覆盖平坦层，可以理解的是，多个叠层结构对应半导体基底上的多个光敏元件，从而增加了微透镜阵列中光敏元件接收的光信号。
[0013]在一种可能的实现中，所述第一微透镜、所述彩色滤光层和所述第二微透镜的侧面均为平面，相邻的所述叠层结构侧面抵接。其有益效果在于：通过将第一微透镜、彩色滤光层和第二微透镜的侧面均设置为平面，从而使得相邻的叠层结构侧面抵接，避免了阵列设置的叠层结构之间出现间隙，实现了将微透镜阵列上的光信号全部折射至光敏元件中。
[0014]第三方面，本专利技术实施例提供一种图像传感器，包括上述的微透镜阵列，该微透镜阵列集成于图像传感器。
[0015]本专利技术实施例图像传感器的有益效果在于：通过采用上述的微透镜阵列，有效提高了图像传感器的光学效率，提高了图像传感器的成像质量，同时提高了图像传感器的灵敏度。
[0016]第四方面，本专利技术实施例提供一种CIS芯片的像元结构制造方法，包括：
[0017]提供半导体基底，该半导体基底具有光敏元件；在半导体基底上涂布平坦层材料，形成平坦层，在平坦层的正上方形成第一微透镜，第一微透镜为凸透镜，第一微透镜的上表面为凸面，第一微透镜的下表面位于平坦层的正上方，在第一微透镜的上表面形成彩色滤光层，彩色滤光层的上表面和下表面均为凸面，在彩色滤光层的上表面形成第二微透镜，第二微透镜为凸透镜，且第二微透镜的上表面和下表面均为凸面。
[0018]本专利技术实施例一种CIS芯片的像元结构制造方法有益效果在于：通过依次设置具有凸面的第一微透镜、彩色滤光层和第二微透镜，从而使光信号通过具有凸面的第二微透镜、彩色滤光层和第一微透镜全部折射至光敏元件中，大大提高了光敏元件接收到更多的光信号。
[0019]在一种可能的实现中，所述提供半导体基底之后包括：烘烤半导体基底，在所述半导体基底的表面旋涂活性剂。其有益效果在于：烘烤半导体基底从而除去了半导体基底上的水分，再半导体基底的表面旋涂活性剂，从而可增加光刻胶与半导体基底间表面附着力。
[0020]在一种可能的实现中，在平坦层的正上方形成第一微透镜，第一微透镜为凸透镜，包括：在平坦层的正上方涂布微透镜材料，然后进行光刻、显影和回流处理，形成第一微透镜。在第一微透镜的上表面形成彩色滤光层，包括：采用物理气相沉积方式在第一微透镜的上表面形成彩色滤光层。在彩色滤光层的上表面形成第二微透镜，包括：采用物理气相沉积方式在所述彩色滤光层上表面淀积形成第二微透镜。
[0021]在一种可能的实现中，第一微透镜、彩色滤光层和第二微透镜对应光敏元件设置，且彩色滤光层与第二微透镜形状相同。其有益效果在于：使光敏元件可接收较多的光信号。
附图说明
[0022]图1为传统的CIS芯片像元结构的剖视图；
[0023]图2为本专利技术实施例中CIS芯片的像元结构的剖视图；
[0024]图3为本专利技术实施例中微透镜阵列结构的剖视图；
[0025]图4为本专利技术实施例中CIS芯片的像元结构制造方法的流程示意图；
[0026]图5A为本专利技术实施例中CIS芯片的像元结构制造方法在半导体基底上形成平坦层后的结构示意图；
[0027]图5B为本专利技术实施例中CIS芯片的像元结构制造方法在平坦层上形成第一微透镜后的结构示意图；
[0028]图5C为本专利技术实施例中CIS芯片的像元结构制造方法在第一微透镜上形成彩色滤光层后的结构示意图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种CIS芯片的像元结构，其特征在于，包括：半导体基底，具有光敏元件；平坦层，位于所述半导体基底上方；第一微透镜，为凸透镜，所述第一微透镜的上表面为凸面，所述第一微透镜的下表面位于所述平坦层的正上方；彩色滤光层，位于所述第一微透镜的上表面，所述彩色滤光层的上表面和下表面均为凸面；第二微透镜，为凸透镜，所述第二微透镜位于所述彩色滤光层的上表面，所述第二微透镜的上表面和下表面均为凸面。2.根据权利要求1所述的像元结构，其特征在于：所述彩色滤光层的下表面与所述第一微透镜的上表面的面积相等，所述第二微透镜的下表面与所述彩色滤光层的上表面的面积相等。3.根据权利要求2所述的像元结构，其特征在于：所述第一微透镜、所述彩色滤光层和所述第二微透镜对应所述光敏元件设置，且所述彩色滤光层与所述第二微透镜形状相同。4.一种微透镜阵列，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的像元结构；其中，所述第一微透镜、所述彩色滤光层和所述第二微透镜形成叠层结构，若干所述叠层结构阵列设置覆盖所述平坦层。5.根据权利要求4所述的微透镜阵列，其特征在于：所述第一微透镜、所述彩色滤光层和所述第二微透镜的侧面均为平面，相邻的所述叠层结构侧面抵接。6.一种图像传感器，其特征在于，包括：上述权利要求4或5所述的微透镜阵列，所述微透镜阵列集成于所述图像传感器。7.一种CIS芯片的...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦笑，叶红波，史海军，温建新，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：