高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法，包括由大子像素和小子像素组成的像素单元，像素单元包括自下而上依次布置的光电二极管、钝化层、彩色滤光片阵列、平坦层和微透镜阵列；光电二极管安置于半导体材料中，表面沉积钝化层、彩色滤光片阵列和平坦层；在平坦层之上沉积微透镜材料并通过一次光刻形成大子像素的小微透镜阵列和小子像素的小微透镜。使用较小的微透镜阵列可以更加精确控制微透镜偏移量，保证入射光最佳的聚焦位置；使用高度相同的微透镜可以减少光入射角过小时，大微透镜的遮挡问题，提高像素的灵敏度以及量子效率；减少了一次光刻工序，降低了工艺过程中缺陷的引入，节约成本、提高良率。提高良率。提高良率。

【技术实现步骤摘要】
高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法


[0001]本专利技术涉及一种光学器件，尤其(但非排它性地)涉及一种高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法。

技术介绍

[0002]动态范围作为图像传感器的重要指标在各个图像领域备受关注，尤其是监控领域和自动驾驶领域。人眼具有大致100db的动态范围，而普通的图像传感器大致有70db的动态范围。高动态范围图像传感器动态范围需要大于120db，以满足低照度场景和高照度场景同时使用的需求。
[0003]如图1和图3所示，已知针对高动态图像传感器使用的大小像素组合图像传感器，分别使用较大的微透镜聚焦暗态光于大子像素，及使用较小的微透镜聚焦亮态光于小子像素。此方案在微透镜制程过程中较大的微透镜具有较高的高度，较小的微透镜具有较低的高度，从而需要进行两次光刻工艺。并且在进行二次光刻的过程中易引入缺陷(defect)影响产品良率。
[0004]在接收亮态光过程中，厚度较高的大微透镜会将一部分入射光角度过小的光聚焦到大子像素中，减少了聚焦在小子像素的入光量。而在接受暗态光时，仅调节一个大微透镜的偏移量无法满足入射光最佳的聚焦位置，影响图像传感器对亮态光的灵敏度和量子效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法。
[0006]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007]本专利技术的高动态范围图像传感器的微透镜结构，包括由大子像素和小子像素组成的像素单元，所述像素单元包括自下而上依次布置的光电二极管、钝化层、彩色滤光片阵列、平坦层和微透镜阵列；
[0008]所述光电二极管包括所述大子像素的大光电二极管和所述小子像素的小光电二极管；
[0009]所述微透镜阵列包括所述大子像素的小微透镜阵列和所述小子像素的小微透镜。
[0010]上述的高动态范围图像传感器的微透镜结构的制作方法，包括步骤：
[0011]所述大子像素的大光电二极管和小子像素的小光电二极管分别安置于半导体材料中；
[0012]在所述大光电二极管和小光电二极管表面沉积一层钝化层，在钝化层上层依次沉积所述彩色滤光片阵列和平坦层；
[0013]在所述平坦层之上沉积微透镜材料并通过一次光刻形成所述微透镜阵列。
[0014]由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术实施例提供的高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法，使用较小的微透镜阵列可以更加精确控制微透镜偏移量，
保证入射光最佳的聚焦位置；本实施例使用高度相同的微透镜可以减少光入射角过小时，大微透镜的遮挡问题。提高像素的灵敏度以及量子效率。并且本实施例减少了一次光刻工序，降低了工艺过程中缺陷的引入，在节约成本的同时提高良率。
附图说明
[0015]图1为现有技术中，由大小像素组成的高动态范围图像传感器像素及微透镜平面图；
[0016]图2为本专利技术实施例提供的高动态范围图像传感器的微透镜结构的平面结构示意图。
[0017]图3为现有技术中，由大小像素组成的高动态范围图像传感器像素及微透镜剖面图；
[0018]图4为本专利技术实施例提供的高动态范围图像传感器的微透镜结构的剖面结构示意图。
具体实施方式
[0019]下面将对本专利技术实施例作进一步地详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0020]本专利技术的高动态范围图像传感器的微透镜结构，其较佳的具体实施方式是：
[0021]包括由大子像素和小子像素组成的像素单元，所述像素单元包括自下而上依次布置的光电二极管、钝化层、彩色滤光片阵列、平坦层和微透镜阵列；
[0022]所述光电二极管包括所述大子像素的大光电二极管和所述小子像素的小光电二极管；
[0023]所述微透镜阵列包括所述大子像素的小微透镜阵列和所述小子像素的小微透镜。
[0024]所述小微透镜阵列由六个小微透镜紧密布置而成。
[0025]所述彩色滤光片阵列将聚集的白色光过滤成彩色图片所需的红、绿、蓝三种基本单色光，从而形成拜耳图案，构成RGGB图像传感器。
[0026]上述的高动态范围图像传感器的微透镜结构的制作方法，包括步骤：
[0027]所述大子像素的大光电二极管和小子像素的小光电二极管分别安置于半导体材料中；
[0028]在所述大光电二极管和小光电二极管表面沉积一层钝化层，在钝化层上层依次沉积所述彩色滤光片阵列和平坦层；
[0029]在所述平坦层之上沉积微透镜材料并通过一次光刻形成所述微透镜阵列。
[0030]本专利技术的高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法，基于现有高动态范围图像传感器像素传感器大小像素涉及的大小微透镜(Micro Lens)组合方案，设计使用相同大小的具有较小尺寸的微透镜阵列替代大小微透镜的方案；大像素以及大微透镜接收暗态光，小像素以及小微透镜接收亮态光，以提高图像传感器动态范围。
[0031]现有技术中使用的大小微透镜设计在制程过程中需要分别对大微透镜及小微透镜进行两次光刻的工艺。本专利技术则通过一次光刻刻相同大小的微透镜，减少目前制程过程中的工序，节约成本。以及降低制程过程中二次蚀刻所引入的缺陷，提高产品良率。
[0032]在微透镜的设计过程中，需要考虑到光入射角过小的情况，调整微透镜的高度以及偏离量，以保证最大进光量。现有技术中，大小微透镜的方案实施过程中，大微透镜具有较高的高度，小微透镜具有较低的高度，在接收亮态光入射角过小时，入射光被较高的大微透镜遮挡，减少了小像素的进光量，从而影响了小像素的灵敏度以及量子效率；本专利技术使用的较小尺寸微透镜阵列，与小子像素尺寸和高度相同，改善了光入射角过小时大微透镜遮挡入射光的问题。在接收暗态光时，本专利技术使用的较小尺寸微透镜阵列，可以由调整一个大微透镜的偏移量改为独立调整每个小微透镜的偏离量，从而精准的调节每个微透镜的位置，从而进行精准的调节入射光的聚焦位置，保证最大进光量，改善大子像素的灵敏度以及量子效率。
[0033]本专利技术的高动态范围图像传感器的微透镜结构及制作方法，在针对大子像素使用的较大微透镜设计过程中，改使用与小子像素使用微透镜相同大小的微透镜阵列。其具有相同的尺寸和高度。
[0034]本专利技术使用较小的微透镜阵列可以更加精确控制微透镜偏移量，保证入射光最佳的聚焦位置；本实施例使用高度相同的微透镜可以减少光入射角过小时，大微透镜的遮挡问题。提高像素的灵敏度以及量子效率。并且本专利技术减少了一次光刻工序，降低了工艺过程中缺陷的引入，在节约成本的同时提高良率。
[0035]具体实施例：
[0036]如图2和图4所示，高动态图像传感器的像素阵列的最小单元是有一个像素单元由大子像素和小子像素组成。大子像素的大光电二极管安置于半导体材料中；小子像素的小光电二极管安置于半导体材料中。在大光电二极管与小光电二极管表面沉积一层一定厚度的钝化层，起到保护器件隔离器件表面与外本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高动态范围图像传感器的微透镜结构，其特征在于，包括由大子像素和小子像素组成的像素单元，所述像素单元包括自下而上依次布置的光电二极管、钝化层、彩色滤光片阵列、平坦层和微透镜阵列；所述光电二极管包括所述大子像素的大光电二极管和所述小子像素的小光电二极管；所述微透镜阵列包括所述大子像素的小微透镜阵列和所述小子像素的小微透镜。2.根据权利要求1所述的高动态范围图像传感器的微透镜结构，其特征在于，所述小微透镜阵列由六个小微透镜紧密布置而成。3.根据权利要求2所述的高动态范围图像传感器的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：王菁，旷章曲，陈多金，朱军，张栋，刘志碧，陈杰，
申请(专利权)人：上海韦尔半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：