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，包括：提供半导体衬底；形成像素单元层，所述像素单元层位于所述半导体衬底的表面；在所述像素单元层的表面形成第一微透镜材料层；对所述第一微透镜材料层进行刻蚀，以在第一像素单元的表面形成第一微透镜；形成第二微透镜材料层，所述第二微透镜材料层覆盖所述像素单元层以及第一微透镜；对所述第二微透镜材料层进行刻蚀，以在第二像素单元的表面形成第二微透镜，以及在所述第一微透镜的表面形成补充微透镜；其中，所述第一微透镜材料层的折射率不等于第二微透镜材料层的折射率。本发明专利技术可以分别实现PDAF功能和成像功能，有效避免对成像像素单元的成像质量产生影响。像质量产生影响。像质量产生影响。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。

技术介绍

[0002]图像传感器是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。以互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件为例，由于其具有低功耗和高信噪比的优点，因此在各种领域内得到了广泛应用。
[0003]在现有技术中，为了提高光学图像传感器的性能，采用相位检测自动对焦(Phase Detection Auto Focus，PDAF)技术进行聚焦，PDAF技术基于相位差的原理进行聚焦，有助于提高聚焦速度，提高对焦效果，确定透镜的正确位置，以免使图像处于离焦状态，导致光学图像传感器无法正常工作。
[0004]具体而言，在PDAF技术中，光源的光分别通过成对的两个滤色镜后进入半导体衬底内的像素器件(例如光电二极管)，然后根据两个光电二极管中接收到的光生载流子形成聚焦光斑，并对所述聚焦光斑进行比较以确定聚焦程度。
[0005]在现有的制造工艺中，为实现上述功能以及提高PDAF像素单元的灵敏度，针对PDAF像素单元的微透镜以及成像像素单元的微透镜，可以采用不同的微透镜曲率。例如设置PDAF像素单元的微透镜的表面弯曲程度更高，曲率更大。
[0006]然而，形成不同曲率的工艺通常会对成像像素单元的微透镜产生影响，导致PDAF像素单元周围的成像像素单元的微透镜形状发生变形，严重时导致成像像素单元成像异常。

技术实现思路

>[0007]本专利技术解决的技术问题是提供一种图像传感器及其形成方法，可以分别实现PDAF功能和成像功能，有效避免对成像像素单元的成像质量产生影响。
[0008]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的形成方法，包括：提供半导体衬底；形成像素单元层，所述像素单元层位于所述半导体衬底的表面，其中，所述像素单元层包括PDAF像素单元以及成像像素单元；在所述像素单元层的表面形成第一微透镜材料层；对所述第一微透镜材料层进行刻蚀，以在第一像素单元的表面形成第一微透镜，其中，所述第一像素单元为PDAF像素单元和成像像素单元中的一种；形成第二微透镜材料层，所述第二微透镜材料层覆盖所述像素单元层以及第一微透镜；对所述第二微透镜材料层进行刻蚀，以在第二像素单元的表面形成第二微透镜，以及在所述第一微透镜的表面形成补充微透镜，其中，所述第二像素单元为PDAF像素单元和成像像素单元中的另一种；其中，所述第一微透镜材料层的折射率不等于第二微透镜材料层的折射率。
[0009]可选的，对所述第二微透镜材料层进行刻蚀包括：采用预设的停止刻蚀位置，对所述第二微透镜材料层进行刻蚀；其中，所述预设的停止刻蚀位置高于所述第一微透镜的顶部表面。
[0010]可选的，所述第二微透镜的顶部表面的曲率与所述补充微透镜的顶部表面的曲率一致。
[0011]可选的，所述第一微透镜材料层的折射率与第二微透镜材料层的折射率之间的差值为0.5～2。
[0012]可选的，对所述第一微透镜材料层进行刻蚀包括：在所述第一微透镜材料层的表面形成图形化的第一光刻胶层，以所述图形化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一微透镜材料层；对刻蚀后的第一微透镜材料层进行退火回流处理，以得到所述第一微透镜；其中，位于所述第一像素单元表面的第一光刻胶层的底部截面面积小于所述第一微透镜的底部截面面积。
[0013]可选的，对所述第二微透镜材料层进行刻蚀包括：在所述第二微透镜材料层的表面形成图形化的第二光刻胶层，以所述图形化的第二光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二微透镜材料层；对刻蚀后的第二微透镜材料层进行退火回流处理，以得到所述第二微透镜以及补充微透镜；其中，所述位于所述第一像素单元以及第二像素单元的表面的第二光刻胶层的宽度一致，所述图形化的第二光刻胶层的底部截面面积小于所述第二微透镜的底部截面面积。
[0014]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；像素单元层，位于所述半导体衬底的表面，其中，所述像素单元层包括PDAF像素单元以及成像像素单元；第一微透镜，位于第一像素单元的表面，其中，所述第一微透镜是对所述第一微透镜材料层进行刻蚀形成的，所述第一像素单元为PDAF像素单元和成像像素单元中的一种；第二微透镜，位于第二像素单元的表面；补充微透镜，位于所述第一微透镜的表面，其中，所述第二微透镜以及所述补充微透镜是对第二微透镜材料层进行刻蚀形成的，所述第二像素单元为PDAF像素单元和成像像素单元中的另一种；其中，所述第一微透镜材料层的折射率不等于第二微透镜材料层的折射率。
[0015]可选的，所述第二微透镜的顶部表面的曲率与所述补充微透镜的顶部表面的曲率一致。
[0016]可选的，所述第一微透镜材料层的折射率与第二微透镜材料层的折射率之间的差值为0.5～2。
[0017]可选的，所述半导体衬底内形成有光电二极管。
[0018]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：
[0019]在本专利技术实施例中，通过采用具有不同的折射率的材料，先后形成第一微透镜以及第二微透镜，并且在形成第二微透镜时一并形成覆盖第一微透镜的补充微透镜，从而可以摆脱对采用不同的微透镜曲率实现PDAF功能和成像功能的依赖，利用第一微透镜与第二微透镜不同的折射率分别实现PDAF功能和成像功能，有效避免对成像像素单元的成像质量产生影响。
[0020]进一步，在本专利技术实施例中，通过设置采用高于所述第一微透镜的顶部表面的预设的停止刻蚀位置，对所述第二微透镜材料层进行刻蚀，可以使得补充微透镜的顶部表面高于第一微透镜的顶部表面，可以避免对第一微透镜产生损伤。
[0021]进一步，通过设置所述第二微透镜的顶部表面的曲率与所述补充微透镜的顶部表面的曲率一致，可以有效克服由于曲率半径不同导致的成像像素单元的微透镜形变以及成
像像素单元成像异常的问题，提高器件的成像质量。
[0022]进一步，所述第一微透镜材料层的折射率与第二微透镜材料层的折射率之间的差值为0.5～2，可以实现成像像素单元的微透镜与PDAF像素单元的微透镜之间的差异，进而有助于实现PDAF功能和成像功能。
[0023]进一步，通过设置位于所述第一像素单元以及第二像素单元的表面的第二光刻胶层的宽度一致，可以在具体实施中实现第二微透镜的顶部表面的曲率与所述补充微透镜的顶部表面的曲率一致；通过设置位于所述第一像素单元以及第二像素单元的表面的第二光刻胶层的底部截面面积小于所述第二微透镜的底部截面面积，有助于在退火回流处理后，得到适当形貌以及曲率的第二微透镜以及补充微透镜。
附图说明
[0024]图1是本专利技术实施例中一种图像传感器的形成方法的流程图；
[0025]图2至图7是本专利技术实施例中一种图像传感器的形成方法中各步骤对应的器件剖面结构示意图。
[0026]图8是本专利技术实施例中另一种图像传感器的器件剖面结构示意图。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；形成像素单元层，所述像素单元层位于所述半导体衬底的表面，其中，所述像素单元层包括PDAF像素单元以及成像像素单元；在所述像素单元层的表面形成第一微透镜材料层；对所述第一微透镜材料层进行刻蚀，以在第一像素单元的表面形成第一微透镜，其中，所述第一像素单元为PDAF像素单元和成像像素单元中的一种；形成第二微透镜材料层，所述第二微透镜材料层覆盖所述像素单元层以及第一微透镜；对所述第二微透镜材料层进行刻蚀，以在第二像素单元的表面形成第二微透镜，以及在所述第一微透镜的表面形成补充微透镜，其中，所述第二像素单元为PDAF像素单元和成像像素单元中的另一种；其中，所述第一微透镜材料层的折射率不等于第二微透镜材料层的折射率。2.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，对所述第二微透镜材料层进行刻蚀包括：采用预设的停止刻蚀位置，对所述第二微透镜材料层进行刻蚀；其中，所述预设的停止刻蚀位置高于所述第一微透镜的顶部表面。3.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第二微透镜的顶部表面的曲率与所述补充微透镜的顶部表面的曲率一致。4.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，所述第一微透镜材料层的折射率与第二微透镜材料层的折射率之间的差值为0.5～2。5.根据权利要求1所述的图像传感器的形成方法，其特征在于，对所述第一微透镜材料层进行刻蚀包括：在所述第一微透镜材料层的表面形成图形化的第一光刻胶层，以所述图形化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第一微透镜材料层；对刻蚀后的第一微透镜材料层进行退火回流处理，以得到所述第一微透镜；其中，位于所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：张舒，黄晓橹，陈世杰，张斌，
申请(专利权)人：联合微电子中心有限责任公司，
类型：发明
国别省市：