图像传感器及其制备方法与流程

1.本技术涉及图像传感器制造技术领域，具体涉及一种图像传感器及其制备方法。


背景技术：

2.cis(cmos image sensor)是采用cmos器件制作的图像传感器，由于其具有集成度高、供电电压低和技术门槛低等优势，广泛应用于摄影摄像、安防系统、智能便携电话以及医疗电子等领域。
3.传统的cis中，像素区域的cis结构通常包括：pd(光电二极管)、位于pd上的介质层、位于介质层中的金属互连结构和位于介质层上的微透镜。传统设计经过微透镜的光线在介质层中会发生折射、反射现象，严重的影响相邻像素，导致串扰现象。串扰一直是影响cis性能的一项不可忽视的指标，常常会带来图像失真，影像图像质量。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种图像传感器及其制备方法，可以解决现有的图像传感器因串扰导致图像失真的问题。
5.一方面，本技术实施例提供了一种图像传感器，包括：
6.衬底，所述衬底上形成有第一介质层，所述第一介质层中形成有若干金属互连结构；所述衬底包含像素区域和外围电路区域，所述像素区域的衬底中形成有阵列式的光电二极管；所述像素区域的第一介质层中形成有位于所述光电二极管顶端的阵列式的沟槽；
7.第二介质层，所述第二介质层填充所述沟槽；其中，所述沟槽的底壁与所述光电二极管的上表面之间保留一定厚度的第一介质层；所述第二介质层的折射率大于所述第一介质层的折射率；
8.微透镜，所述微透镜位于所述第二介质层上。
9.可选的，在所述图像传感器中，所述沟槽的底壁与所述光电二极管的上表面之间保留的第一介质层的厚度大于
10.可选的，在所述图像传感器中，所述沟槽在二维平面上的横向尺寸大于或者等于所述光电二极管在二维平面上的横向尺寸；所述沟槽在二维平面上的纵向尺寸大于或者等于所述光电二极管在二维平面上的纵向尺寸。
11.可选的，在所述图像传感器中，所述沟槽在二维平面上的横向尺寸、纵向尺寸均小于或者等于所述微透镜的直径。
12.可选的，在所述图像传感器中，采用化学气相沉积工艺形成所述第二介质层。
13.另一方面，本技术实施例还提供了一种图像传感器的制备方法，包括：
14.提供一衬底，所述衬底上形成有第一介质层，所述第一介质层中形成有若干金属互连结构；所述衬底包含像素区域和外围电路区域，所述像素区域的衬底中形成有阵列式的光电二极管；
15.刻蚀所述像素区域的第一介质层以在所述光电二极管上形成阵列式的沟槽，其
中，所述沟槽的底壁与所述光电二极管的上表面之间保留一定厚度的第一介质层；
16.形成第二介质层，所述第二介质层填充所述沟槽并覆盖所述第一介质层表面；其中，所述第二介质层的折射率大于所述第一介质层的折射率；
17.通过执行cmp工艺去除所述第一介质层表面的第二介质层和所述沟槽上的第二介质层，保留所述沟槽中的第二介质层；
18.形成微透镜，所述微透镜位于所述第二介质层上。
19.可选的，在所述图像传感器的制备方法中，所述沟槽的底壁与所述光电二极管的上表面之间保留的第一介质层的厚度大于
20.可选的，在所述图像传感器的制备方法中，所述沟槽在二维平面上的横向尺寸大于或者等于所述光电二极管在二维平面上的横向尺寸；所述沟槽在二维平面上的纵向尺寸大于或者等于所述光电二极管在二维平面上的纵向尺寸。
21.可选的，在所述图像传感器的制备方法中，所述沟槽在二维平面上的横向尺寸、纵向尺寸均小于或者等于所述微透镜的直径。
22.可选的，在所述图像传感器的制备方法中，采用化学气相沉积工艺形成所述第二介质层。
23.本技术技术方案，至少包括如下优点：
24.本技术通过在像素区域的第一介质层中回填折射率大于第一介质层的第二介质层(光密介质)，并且在所述第二介质层的下表面与所述光电二极管的上表面之间保留一定厚度的第一介质层，所述第二介质层侧壁上的光线经过所述第二介质层之后会完全反射至各自底部对应的光电二极管表面，不会折射至邻近的其他光电二极管单元中，这样可以在不损害光电二极管的情况下，避免影响相邻单元的像素，避免了图像传感器的像素区域相邻光电单元发生串扰引出图像失真的情况，提高了图像传感器的性能，提高了图像质量。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1-图5是本发明实施例的制备图像传感器的各工艺步骤中的半导体结构示意图；
27.其中，附图标记说明如下：
28.a-像素区域，b-外围电路区域；
29.10-衬底，11-光电二极管，20-第一介质层，21-第一金属层，22-第二金属层，212-金属插塞，223-金属插塞，23-第三金属层，30-沟槽，31-第二介质层，40-微透镜。
具体实施方式
30.下面将结合附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的
范围。
31.在本技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
32.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电气连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
33.此外，下面所描述的本技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
34.本技术实施例提供了一种图像传感器的制备方法，参考图1-图5，图1-图5是本发明实施例的制备图像传感器的各工艺步骤中的半导体结构示意图。
35.具体的，所述图像传感器的制备方法包括：
36.首先，如图1所示，提供一衬底10，所述衬底10上形成有第一介质层20，所述第一介质层20中形成有若干金属互连结构；所述衬底10包含像素区域a和外围电路区域b，所述像素区域a的衬底10中形成有阵列式排布的光电二极管11。具体的，所述金属互连结构包括：多层金属层以及相连金属层之间的金属插塞。在本实施例中，所述金属互连结构可以包括：第一金属层21、第二金属层22、第三金属层23以及所述第一金属层21和所述第二金属层22之间的金属插塞212、所述第二金属层22和所述第三金属层23之间的金属插塞223。所述像素区域a和所述外围电路区域b的第一介质层20中均设置有所述第一金属层21、第二金属层22和金属插塞212，所述外围电路区域b的第一介质层20中还设置有将所述像素区域a中的金属互连结构引出至外围区域表面的所述金属插塞223和所述第三金属层23。
37.然后，如图2所示，刻蚀所述像素区域a的第一介质层20以在所述光电二极管11上形成阵列式的沟槽30，其中，所述沟槽30的底壁与所述光电二极管11的上表面之间保留一定厚度的所述第一介质层20。具体的，所述沟槽30与所述光电二极管11对应，每个所述光电二极管11上方对应形成有一所述沟槽30。所述沟槽30的底壁与所述光电二极管11的上表面之间保留的所述第一介质层的厚度大于
38.值得注意的是，本实施例中，在衬底10正投影的平面上，所述沟槽30需要保证完全覆盖各自底部的所述光电二极管11。
39.进一步的，所述沟槽30在二维平面上(衬底正投影的平面)的横向尺寸大于或者等于所述光电二极管11在二维平面上的横向尺寸；所述沟槽30在二维平面上的纵向尺寸大于或者等于所述光电二极管11在二维平面上的纵向尺寸。
40.接着，如图3所示，形成第二介质层31，所述第二介质层31填充所述沟槽30并覆盖所述第一介质层20表面；其中，所述第二介质层20的折射率大于所述第一介质层的折射率。具体的，本实施例中可以采用pvd工艺或cvd工艺形成所述第二介质层31。本技术通过在像素区域a的第一介质层20中回填折射率大于第一介质层20的第二介质层31(光密介质)，并
且在所述第二介质层31的下表面与所述光电二极管11的上表面之间保留一定厚度的第一介质层，有一部分光线可以经所述微透镜40折射进入所述第二介质层31中，所述第二介质层31侧壁上的光线经过所述第二介质层31之后会完全反射至各自底部对应的光电二极管11表面，不会折射至邻近的其他光电二极管单元中，从而提高所述像素区域a收集光的效率。
41.进一步的，如图4所示，利用cmp工艺去除所述第一介质层20表面的第二介质层31和所述沟槽30上的第二介质层31，保留所述沟槽30中的第二介质层31。
42.最后，如图5所示，形成微透镜40，所述微透镜40位于所述第二介质层31上。在本实施例中，所述微透镜40为半球形，所述微透镜40覆盖所述沟槽30中的第二介质层31。进一步的，所述微透镜40的材料包括但不限于：含碳氧化硅。在所述第二介质层31上形成所述微透镜40，可以进一步提高所述像素区域a收集光的效率。
43.较佳的，所述沟槽30在二维平面上的横向尺寸、纵向尺寸均小于或者等于所述微透镜40的直径。
44.基于同一发明构思，本技术实施例还提供了一种图像传感器，如图5所示，所述图像传感器包括：
45.衬底10，所述衬底10上形成有第一介质层20，所述第一介质层20中形成有若干金属互连结构；所述衬底10包含像素区域a和外围电路区域b，所述像素区域a的衬底10中形成有阵列式排布的光电二极管11；所述像素区域a的第一介质层20中形成有位于所述光电二极管11顶端的阵列式的沟槽30；
46.第二介质层31，所述第二介质层31填充所述沟槽30；其中，所述沟槽30的底壁与所述光电二极管11的上表面之间保留一定厚度的第一介质层20；所述第二介质层31的折射率大于所述第一介质层20的折射率；
47.微透镜40，所述微透镜40位于所述第二介质层41上，其中，所述第二介质层41与所述光电二极管11对应，每个所述光电二极管11上方对应形成有一沟槽形式的所述第二介质层41。
48.进一步的，所述沟槽30的底壁与所述光电二极管11的上表面之间保留的所述第一介质层的厚度大于
49.在本实施例中，所述沟槽30在二维平面上(衬底正投影的平面)的横向尺寸大于或者等于所述光电二极管11在二维平面上的横向尺寸；所述沟槽30在二维平面上的纵向尺寸大于或者等于所述光电二极管11在二维平面上的纵向尺寸。
50.较佳的，所述沟槽30在二维平面上的横向尺寸、纵向尺寸均小于或者等于所述微透镜40的直径。
51.本技术通过在像素区域a的第一介质层20中回填折射率大于第一介质层20的第二介质层31(光密介质)，并且在所述第二介质层31的下表面与所述光电二极管11的上表面之间保留一定厚度的第一介质层，有一部分光线可以经所述微透镜40折射进入所述第二介质层31中，所述第二介质层31侧壁上的光线经过所述第二介质层31之后会完全反射至各自底部对应的光电二极管11表面，不会折射至邻近的其他光电二极管单元中，这样可以在不损害各自底部的光电二极管的情况下，避免影响相邻单元的像素，避免了图像传感器的像素区域发生串扰引出图像失真的情况，提高了图像传感器的性能，提高了图像质量。
52.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本技术创造的保护范围之中。