图像传感器及其制作方法、电子设备与流程

本申请涉及图像传感器，具体而言，涉及一种图像传感器及其制作方法、电子设备。

背景技术：

1、图像传感器是数字摄像头的重要组成部分，是一种将光学图像转换成电学信号的设备，它被广泛地应用在数码相机、移动终端、便携式电子装置等电子设备中。图像传感器包括ccd(charge coupled device，电荷耦合元件)图像传感器和cmos(complementarymetal oxide semiconductor，互补型金属氧化物半导体元件)图像传感器两大类，而cmos图像传感器具有高度集成化、低功耗、速度快、成本低等优点，已经广泛应用在许多产品中。这些产品包括手机、平板电脑、汽车以及安防监控系统等。

2、根据目前的图像传感器中感光器件与金属层的位置关系以及入射光路径，可以将图像传感器分为前照式图像传感器(fsi)和背照式图像传感器(bsi)两种，为了适应像素单元高灵敏度的需求，业内目前广泛采用背照式图像传感器。在背照式图像传感器中，通常采用硅片制备包括光电二极管在内的半导体结构层，并在光电二极管的受光方向上设置基于三原色的彩色滤光片，因此透过彩色滤光片的光线可以呈现为红色光、绿色光和蓝色光，硅材料对于入射光的吸收系数随波长的增强而降低：由于三原色的波长呈现红色大于绿色大于蓝色的趋势，因此红色光在硅片中的吸收位置最深，其次是绿色光，而蓝色光在硅片中的吸收位置最浅，换言之，硅材料对红色光的吸收系数最低。

3、受制于硅材料对红色光的吸收能力，现有的背照式图像传感器对红色光线以及近红外光线的接收能力较差，导致现有的背照式图像传感器对图像暗部的光线捕捉能力及成像能力较差。

技术实现思路

1、为了至少克服现有技术中的上述不足，本申请的目的在于提供一种图像传感器及其制作方法、电子设备。

2、第一方面，本申请实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括电路连接层、光学结构层以及位于所述电路连接层和所述光学结构层之间的半导体结构层，其中：

3、所述半导体结构层内包括呈阵列分布的感光像素区和将多个所述感光像素区间隔开的沟槽隔离结构，所述感光像素区包括感光元件；

4、所述光学结构层在所述半导体结构层上的投影覆盖所述感光元件，所述光学结构层用于接收入射光并将所述入射光传输至所述半导体结构层，在所述光学结构层内靠近所述感光元件的一侧设置有微结构阵列，所述微结构阵列包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构及阵列设置且具有第二高度的第二微结构，所述第一高度大于或等于所述第二高度，且所述第一微结构和所述第二微结构均用于延长所述入射光的光程；

5、所述电路连接层包括若干阵列设置的栅极结构，所述栅极结构与所述感光元件对应设置。

6、在一种可能的实现方式中，所述微结构阵列包括基底结构，所述第一微结构和所述第二微结构均设置于所述基底结构远离所述感光元件的一侧，且所述第一微结构和所述第二微结构在所述基底结构上间隔设置。

7、在一种可能的实现方式中，所述第一微结构为锥体结构且所述第一微结构靠近所述基底结构一侧的表面为锥体结构的下表面，和/或，所述第二微结构为锥体结构且所述第二微结构靠近所述基底结构一侧的表面为锥体结构的下表面。

8、在一种可能的实现方式中，所述第一微结构为柱状结构，和/或，所述第二微结构为柱状结构。

9、在一种可能的实现方式中，所述沟槽隔离结构包括相对设置的浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构设置于所述半导体结构层内部朝向所述光学结构层的一侧，所述浅沟槽隔离结构设置于所述半导体结构层内部朝向所述电路连接层的一侧。

10、在一种可能的实现方式中，对应所述感光像素区，所述光学结构层还包括层叠设置的滤色层和微透镜，微透镜在所述电路连接层上的正投影位于所述滤色层在所述电路连接层上的正投影内，且所述滤色层在所述电路连接层上的正投影覆盖所述半导体结构层在所述电路连接层上的正投影。

11、在一种可能的实现方式中，所述光学结构层还包括层间介质层，所述微结构阵列位于所述层间介质层内，所述层间介质层包括栅格结构，所述沟槽隔离结构在所述电路连接层上的正投影覆盖所述栅格结构在所述电路连接层上的正投影。

12、第二方面，提供了一种图像传感器的制作方法，所述图像传感器的制作方法包括以下步骤：

13、形成半导体结构层，所述半导体结构层内包括呈阵列分布的多个感光像素区和将多个所述感光像素区间隔开的沟槽隔离结构；

14、在所述半导体结构层的一侧形成电路连接层；

15、在所述半导体结构层远离所述电路连接层的一侧形成光学结构层；

16、在所述光学结构层内朝向所述半导体结构层的一侧形成微结构阵列，所述微结构阵列包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构及阵列设置且具有第二高度的第二微结构，所述第一高度大于或等于所述第二高度。

17、在一种可能的实现方式中，在所述光学结构层内朝向所述半导体结构层的一侧形成微结构阵列的步骤还包括：

18、在所述半导体结构层远离所述电路连接层的一侧形成阵列设置且具有第二高度的第二微结构；

19、以所述第二微结构为基准，在相邻的两个所述第二微结构之间形成阵列设置且具有第一高度的第一微结构。

20、第三方面，本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述图像传感器。

21、基于上述任意一个方面，本申请公开了一种图像传感器及其制作方法、电子设备，该图像传感器包括电路连接层、光学结构层以及位于电路连接层和光学结构层之间的半导体结构层，通过在光学结构层中设置包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构及阵列设置且具有第二高度的第二微结构的微结构阵列，其中，第一高度大于或等于第二高度，且所述第一微结构和所述第二微结构均用于延长所述入射光的光程，从而在入射光穿过光学结构层进入半导体结构层之前增加入射光反射和散射的次数，使入射光的光程增加，进而使半导体结构层中感光元件接收更多入射光，进而提升图像传感器对入射光的探测效率和对入射光的吸收率。

技术特征：

1.一种图像传感器，其特征在于，包括电路连接层、光学结构层以及位于所述电路连接层和所述光学结构层之间的半导体结构层，其中：

2.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述微结构阵列包括基底结构，所述第一微结构和所述第二微结构均设置于所述基底结构远离所述感光元件的一侧，且所述第一微结构和所述第二微结构在所述基底结构上间隔设置。

3.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一微结构为锥体结构且所述第一微结构靠近所述基底结构一侧的表面为锥体结构的下表面，和/或，所述第二微结构为锥体结构且所述第二微结构靠近所述基底结构一侧的表面为锥体结构的下表面。

4.如权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述第一微结构为柱状结构，和/或，所述第二微结构为柱状结构。

5.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述沟槽隔离结构包括相对设置的浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构，所述深沟槽隔离结构设置于所述半导体结构层内部朝向所述光学结构层的一侧，所述浅沟槽隔离结构设置于所述半导体结构层内部朝向所述电路连接层的一侧。

6.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，对应所述感光像素区，所述光学结构层还包括层叠设置的滤色层和微透镜，微透镜在所述电路连接层上的正投影位于所述滤色层在所述电路连接层上的正投影内，且所述滤色层在所述电路连接层上的正投影覆盖所述半导体结构层在所述电路连接层上的正投影。

7.如权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述光学结构层还包括层间介质层，所述微结构阵列位于所述层间介质层内，所述层间介质层包括栅格结构，所述沟槽隔离结构在所述电路连接层上的正投影覆盖所述栅格结构在所述电路连接层上的正投影。

8.一种图像传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求9所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，在所述光学结构层内朝向所述半导体结构层的一侧形成微结构阵列的步骤还包括：

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-7所述的图像传感器。

技术总结
本申请公开了一种图像传感器及其制作方法、电子设备，本申请公开的图像传感器包括电路连接层、光学结构层以及位于电路连接层和光学结构层之间的半导体结构层，通过在光学结构层中设置包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构及阵列设置且具有第二高度的第二微结构的微结构阵列，其中，第一高度大于或等于第二高度，且所述第一微结构和所述第二微结构均用于延长所述入射光的光程，从而在入射光穿过光学结构层进入半导体结构层之前增加入射光反射和散射的次数，使入射光的光程增加，进而使半导体结构层中感光元件接收更多入射光，进而提升图像传感器对入射光的探测效率和对入射光的吸收率。

技术研发人员：王婉晴,石文杰,吴松昌
受保护的技术使用者：思特威（上海）电子科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15