图像传感器及其制备方法、电子设备与流程

本发明属于图像获取，特别是涉及一种图像传感器、电子设备及图像传感器的制备方法。

背景技术：

1、图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可以分为ccd(电荷耦合元件)和cmos(金属氧化物半导体元件)两大类。随着cmos集成电路制造工艺特别是cmos图像传感器设计及制造工艺的不断发展，cmos图像传感器已经逐渐取代ccd图像传感器成为主流。cmos图像传感器相比较具有低电压、低功耗、低成本以及高集成度等优势，在机器视觉、消费电子、高清监控和医学成像等领域具有重要应用价值。

2、随着移动成像、安防监控、工业检测等领域对高分辨率高灵敏度图像传感器需求的持续增长，cmos图像传感器的像素尺寸从早期的数微米缩小到当前主流的亚微米量级，像素结构也越来越复杂。然而，像素尺寸的持续缩小和结构的复杂化不可避免地使信噪比降低，导致图像画质劣化，微透镜（microlens）的聚光能力由于尺寸缩小下降，难以高效地将光线汇聚到有效感光区，像素间串扰问题也随之加重，像素间串扰使得清晰度和色彩准确度都明显下降。

3、应该注意，上面技术背景介绍只是为方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅因为这些方案在本发明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。

技术实现思路

1、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图像传感器、制备方法、电子设备，缓解现有技术中难以高效地将光线汇聚到感光区等问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像传感器，包括：

3、半导体基底，所述半导体基底具有相对的第一面和第二面；

4、感光层，位于所述半导体基底中，包括若干个呈阵列排布的感光单元；

5、光学结构层，所述光学结构层位于所述半导体基底的一侧，且所述光学结构层包括若干个呈阵列排布的光处理单元，其中：

6、所述光处理单元包括第一聚光结构、滤光结构及第二聚光结构，所述光处理单元对应所述感光单元设置，所述感光单元基于所述光处理单元接收入射光，所述第一聚光结构和所述第二聚光结构中至少一者包括纳米柱。

7、本申请还提供一种电子设备，包括如上述方案中任意项所述的图像传感器。

8、本申请还提供一种如上述方案中的任意一项所述图像传感器的制备方法，其中，所述制备方法包括如下步骤：

9、提供所述半导体基底，并自所述半导体基底的所述第一面制备所述感光层；

10、在所述半导体基底的所述第二面上制备所述光学结构层；

11、其中，制备所述光学结构层的步骤包括：

12、在所述半导体基底的所述第二面上形成第二聚光结构层；

13、在所述第二聚光结构层上形成滤光结构层；

14、在所述滤光结构层上形成第一聚光结构层，所述第一聚光结构层、所述滤光结构层及所述第二聚光结构层堆叠设置形成多个呈阵列排布的光处理单元。

15、如上所述，本发明的图像传感器及其制备方法、电子设备，采用第一聚光结构、滤光结构和第二聚光结构的设置方式，并进一步将第一聚光结构、滤光结构及第二聚光结构进行依次叠置设置，进一步，各聚光结构采用纳米柱和介质层形成的方式，基于两次入射光相位调整实现入射光的汇聚和过滤，采用双层新型超表面微透镜的技术方案，解决了像素尺寸减小导致的感度降低、串扰增加、眩光伪影及微透镜阵列制造困难等技术问题，提高成像质量。

1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光处理单元中的所述第一聚光结构和所述第二聚光结构的设置包括如下方式中的至少一种：

3.如权利要求1或2所述的图像传感器，其特征在于，所述光处理单元中的所述第一聚光结构、所述滤光结构及所述第二聚光结构依次层叠设置，所述第一聚光结构朝向所述入射光，所述光处理单元依次基于所述第一聚光结构、所述滤光结构及所述第二聚光结构将所述入射光调制至对应的所述感光单元。

4.如权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光结构包括第一纳米柱及第一介质层且所述第二聚光结构包括第二纳米柱及第二介质层，其中，相邻的所述第二聚光结构之间具有防串扰格栅，且相邻的所述第一聚光结构基于对应的所述第一介质层形成的共享介质层邻接设置。

5.如权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述共享介质层与所述防串扰格栅对应设置，所述第一聚光结构中心与第二聚光结构中心对应设置；和/或，所述第一聚光结构和所述第二聚光结构中至少一者表面具有抗反射层。

6.如权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光结构具有第一相位延迟，所述第二聚光结构具有第二相位延迟，所述入射光依次基于所述第一相位延迟和所述第二相位延迟汇聚至对应的所述感光单元。

7.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光结构包括第一纳米柱及第一介质层，调整所述第一聚光结构中不同位置的第一纳米柱的横截面尺寸、形状、高度及周期中的至少一者以形成第一相位延迟；和/或，所述第二聚光结构包括第二纳米柱及第二介质层，调整所述第二聚光结构中不同位置的第二纳米柱的横截面尺寸、形状、高度及周期中的至少一者以形成第二相位延迟。

8.如权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光结构中，基于第一相位分布获取所述第一相位延迟，其中，所述第一相位分布为：

9.如权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述光处理单元中的所述第二聚光结构的有效折射率高于所述第一聚光结构的有效折射率，和/或，所述第一聚光结构包括第一纳米柱且所述第二聚光结构包括第二纳米柱，所述第二聚光结构中的纳米柱周期小于所述第一聚光结构中的纳米柱周期。

10.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光结构包括第一纳米柱及第一介质层时，设置方式包括：

11.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，存在纳米柱的聚光结构中的纳米柱的直径介于0.1λ到λ之间，所述纳米柱的高度介于0.5λ到1.2λ之间，所述纳米柱的周期介于0.2λ到0.8λ之间，λ为对应入射光波长。

12.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，存在纳米柱的聚光结构中，纳米柱的占空比自聚光结构边缘向聚光结构中呈递增趋势；和/或，所述第一聚光结构中心位置处的有效折射率高于边缘位置处的有效折射率，且第二聚光结构中心位置处的有效折射率高于边缘位置处的有效折射率；和/或，所述光学结构层中，所述第一聚光结构和所述第二聚光结构中的至少一者的有效折射率自光学结构层的边缘向中心呈递增趋势。

13.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括互连层，所述互连层位于所述半导体基底的第一面，所述光学结构层位于所述第二面，所述感光单元与所述光处理单元一一对应，且所述感光单元包括一个或至少两个共享设置的感光元件，所述感光元件自所述互连层电性引出。

14.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-13中任意一项所述的图像传感器。

15.一种如权利要求1-13中任意一项所述图像传感器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

16.如权利要求15所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，制备所述光学结构层的过程中：

17.如权利要求16所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，制备所述光学结构层的过程中，制备步骤包括如下方式中的至少一种：