一种图像传感器及其形成方法技术

一种图像传感器及其形成方法，所述图像传感器包括：半导体衬底；多个光电二极管，位于所述半导体衬底内；多个微透镜阵列，位于所述半导体衬底表面，每个微透镜阵列对应一光电二极管，每个所述微透镜阵列由n行与n列的微透镜组成，n≥2；其中，排布在所述微透镜阵列中的同行微透镜或同列微透镜或同一对角线的微透镜尺寸相同。通过本发明专利技术方案能够提供一种改进的图像传感器，既满足营销、市场需求又保证像素单元的成效性能。元的成效性能。元的成效性能。

【技术实现步骤摘要】
一种图像传感器及其形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，具体地涉及一种图像传感器及其形成方法。

技术介绍

[0002]图像传感器是将光学图像信号转换为电信号的半导体器件。在种类繁多的图像传感器中，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，简称CMOS)图像传感器(CMOS Image Sensor，简称CIS)因其体积小、功耗低、价格低廉的优点而得到广泛应用。
[0003]现有的CMOS图像传感器(可简称为图像传感器)主要包括前照式(Front-sideIllumination，简称FSI)CMOS图像传感器和后照式(Back-sideIllumination，简称BSI)CMOS图像传感器两种。其中，后照式CMOS图像传感器因其更好的光电转换效果而获得的更广泛的应用，所述后照式CMOS图像传感器也可以称为背照式CMOS图像传感器。
[0004]目前，高像素图像传感器芯片受到市场热捧。从市场销售、市场营销的角度，便携式电子装置厂商、智能手机厂商多将摄像头的性能参数、像素数量作为主打卖点，在推出新产品时从广告效益方面突出图像传感器芯片的高像素，近年来智能手机的像素数量从1600万像素提升至4800万、6400万像素、甚至1亿像素，像素数量的增多对应的像素单元的尺寸变小，从1.75微米(um)降到现在的0.7um，而当像素单元尺寸较小的时候，像素单元进光量变小，接受到的信号变弱，像素单元上微透镜之间的光信号串扰问题加重。且为了要实现PD的功能需求，解决光信号的串扰问题，会在像素设计的时候，引入深度隔离(DTI)。另外，小尺寸的像素单元，会导致图像传感器的满阱容量降低，图像传感器的性能较差。若仍采用大尺寸的像素单元则会导致图像传感器芯片的尺寸变大、模组高度变高，与智能手机轻薄化的应用需求方向矛盾。因此，如何兼容营销高像素图像传感器芯片与兼顾图像传感器芯片性能成为亟待解决的问题。
[0005]专利CN106257678B提供一种CMOS图像传感器，通过设置与光电二极管一一对应的微透镜阵列，微透镜阵列中设置多个微透镜，并且在微透镜阵列中，对应光电二极管边缘区域的微透镜尺寸小于对应光电二极管中央区域的微透镜尺寸，以实现增加光通量，提高光敏度的技术效果。本专利技术人对专利CN106257678B中提出的技术方案与技术效果进行仿真验证，以微透镜阵列包含3个微透镜，且中央微透镜尺寸大，边缘微透镜尺寸小作为示例，与像素单元对应单个微透镜的传统结构进行验证对比，图1是专利CN106257678B中的技术方案与传统微透镜方案的对比验证结果。具体的，如图1所示，分别用图像传感器中央微透镜区域与边缘微透镜区域在单个微透镜和微透镜阵列中的光敏度进行比对，对于单个微透镜来说，中央微透镜区域为单个微透镜的中央区域，边缘微透镜区域为单个微透镜的边缘区域。由图中可以看出，像素单元对应单个透镜的光敏度约为78％，像素单元对应微透镜阵列的光敏度约为60％，当把微透镜设置为多个微透镜组成的微透镜阵列时，并不能提高光敏度，反而会致使光敏度降低。显然，经技术验证，专利CN106257678B提出的技术方案并不能达到增加光通量、提供光敏度的技术效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术解决的技术问题是提供一种改进的图像传感器及其形成方法。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；多个光电二极管，位于所述半导体衬底内；多个微透镜阵列，位于所述半导体衬底表面，每个微透镜阵列对应一光电二极管，每个所述微透镜阵列由n行与n列的微透镜组成，n≥2；其中，排布在所述微透镜阵列中的同行微透镜或同列微透镜或同一对角线的微透镜尺寸相同。
[0008]可选地，每个所述微透镜阵列中的微透镜尺寸相同。
[0009]可选地，每个所述微透镜阵列由2行与2列的4个微透镜组成，位于同一对角线的微透镜的尺寸两两相同。
[0010]可选地，每个所述微透镜阵列由2行与2列的4个微透镜组成，位于同一行的两个微透镜的尺寸两两相同。
[0011]可选地，每个所述微透镜阵列由2行与2列的4个微透镜组成，位于同一列的两个微透镜的尺寸两两相同。
[0012]可选地，每个所述微透镜阵列由3行与3列的9个微透镜组成，位于同一行的三个微透镜的尺寸相同。
[0013]可选地，每个所述微透镜阵列由3行与3列的9个微透镜组成，位于同一列的三个微透镜的尺寸相同。
[0014]可选地，所述微透镜为凸透镜形状，凸透镜的底面平坦。
[0015]本专利技术还提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底内具有光电二极管；在所述半导体衬底表面设置多个微透镜阵列，每个所述微透镜阵列与一所述光电二极管对应，每个所述微透镜阵列由n行与n列的微透镜组成，n≥2；其中，排布在所述微透镜阵列中的同行微透镜或同列微透镜或同一对角线的微透镜尺寸相同。
[0016]可选地，还包括在所述半导体衬底和微透镜阵列之间形成滤光片的步骤。
[0017]可选地，形成所述微透镜阵列包括以下步骤：在与每个所述光电二极管对应的滤光片上形成栅栏，所述栅栏由若干相互间隔的条状结构组成，相邻所述条状结构之间具有间隙，每个所述间隙与一预定形成的所述微透镜对应；沉积微透镜材料，以填充所述间隙；去除所述栅栏；回流所述微透镜材料，以形成多个所述微透镜。
[0018]可选地，所述栅栏由若干行或若干列相交的条状结构组成，相邻所述条状结构之间为方形间隙。
[0019]可选地，所述微透镜为凸透镜形状，凸透镜的底面平坦。
[0020]与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：
[0021]通过将微透镜阵列设置为多个尺寸的微透镜，使像素数量成倍增加，从而满足市场对高像素的需求，同时又避免了因像素尺寸过小导致的感光性能弱、芯片性能下降的问题，既满足营销、市场需求又保证像素单元的成像性能；
[0022]通过将具有多个微透镜的微透镜阵列对应一个感光二极管，从而在满足像素数量的情况下，提升感光单元的面积，从而提升像素的灵敏度，解决由于单个像素因为分辨率要求，单位面积下降而带来的信噪比的损失。
附图说明
[0023]图1是专利CN106257678B中的技术方案与传统微透镜方案的对比验证结果。
[0024]图2是本专利技术实施例一提供的图像传感器的局部俯视图；
[0025]图3是图2所示图像传感器中沿虚线的剖面结构示意图；
[0026]图4是本专利技术实施例一种图像传感器的形成方法的流程图；
[0027]图5是本专利技术实施例二提供的图像传感器的局部俯视图；
[0028]图6是本专利技术实施例三提供的图像传感器的局部俯视图；
[0029]图7是本专利技术实施例四提供的图像传感器的局部俯视图；
[0030]图8是本专利技术实施例五提供的图像传感器的局部俯视图；
[0031]图9是本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；多个光电二极管，位于所述半导体衬底内；多个微透镜阵列，位于所述半导体衬底表面，每个微透镜阵列对应一光电二极管，每个所述微透镜阵列由n行与n列的微透镜组成，n≥2；其中，排布在所述微透镜阵列中的同行微透镜或同列微透镜或同一对角线的微透镜尺寸相同。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述微透镜阵列中的微透镜尺寸相同。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述微透镜阵列由2行与2列的4个微透镜组成，位于同一对角线的微透镜的尺寸两两相同。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述微透镜阵列由2行与2列的4个微透镜组成，位于同一行的微透镜的尺寸两两相同。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述微透镜阵列由2行与2列的4个微透镜组成，位于同一列的微透镜的尺寸两两相同。6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述微透镜阵列由3行与3列的9个微透镜组成，位于同一行的三个微透镜的尺寸相同。7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述微透镜阵列由3行与3列的9个微透镜组成，位于同一列的三个微透镜的尺寸相同。8.根据权利要求1所述的图像传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立新，张黎黎，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：