图像传感器及制备方法技术

本发明专利技术提供了一种图像传感器及制备方法。该图像传感器包括：半导体衬底，半导体衬底内具有感光单元；位于半导体衬底的表面的第一介质层；位于第一介质层上的超表面膜层，超表面膜层具有负折射率特性，位于感光单元的旁侧，超表面膜层包括多个阵列排布的图形单元；位于超表面膜层的表面的第二介质层；位于第二介质层上的滤镜结构和微透镜结构。该图像传感器的超表面膜层具有负折射率特性，照射到超表面膜层上的光将发生负折射后再折回，入射到相应的感光单元从而被吸收。且即使相邻像素的光都入射到同一片超表面膜层上，仍可以相互独立折射，从而避免了光线入射到相邻的感光单元中，能够有效降低光学串扰。能够有效降低光学串扰。能够有效降低光学串扰。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及制备方法


[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制备方法。

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CMOS图像传感器(CMOSImageSensors，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，以后照式(Back
‑
sideIllumination，简称BSI)CIS的制造工艺为例，包括：先在半导体衬底内及表面形成逻辑器件、像素器件以及金属互连结构，然后采用承载晶圆与所述半导体衬底的正面键合，进而对半导体衬底的背部进行减薄，在半导体衬底的背面形成CIS的后续工艺，例如在像素器件的半导体衬底背面形成介质层、网格状的金属格栅(Grid)，在金属格栅之间的网格内形成滤镜结构(ColorFilter)、透镜结构(MicroLens)等。
[0004]通过上述制造工艺形成的图像传感器的应用中，光信号经过镜头模组到达透镜结构进行聚焦，然后通过滤镜结构过滤，滤镜滤光后到达像素进行光电转换。其中，当透镜结构捕捉到入射光之后，经过滤镜结构过滤，除去非相关光，形成单色光，入射光子到达半导体衬底被像素器件吸收，产生光生载流子。由于在光到达硅衬底之前，容易发生光学串扰导致影响成像效果，因此需要在半导体衬底的表面形成金属格栅以隔离入射光。
[0005]一种在半导体衬底表面形成有金属格栅的图像传感器的结构如图1所示，图像传感器包括微透镜100，滤镜结构101，金属光栅结构102，介质层103，半导体衬底104和光电二极管105。然而在实际应用中发现，由于金属格栅不能与光电二极管紧靠，之间存在间隔，例如存在介质层和半导体衬底的一部分，当光线传播至滤镜结构的边缘时，容易导致光线射入相邻的光电二极管，产生光学串扰，从而会影响图像传感器的成像效果。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种图像传感器及制备方法，用以改善图像传感器容易产生光学串扰影响成像效果的问题。
[0007]本专利技术提供的图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内具有感光单元；第一介质层，位于所述半导体衬底的表面；位于所述第一介质层上的超表面膜层，所述超表面膜层具有负折射率特性，位于所述感光单元的旁侧，所述超表面膜层包括多个阵列排布的图形单元；第二介质层，位于所述超表面膜层的表面；位于所述第二介质层上的滤镜结构和微透镜结构。
[0008]本专利技术提供的图像传感器的有益效果在于：超表面膜层具有负折射率特性，照射到超表面膜层上的光将发生负折射后再折回，入射到相应的感光单元从而被吸收。且即使相邻像素的光都入射到同一片超表面膜层上，仍可以相互独立折射，从而避免了光线入射到相邻的感光单元中，能够有效降低光学串扰。
[0009]可选地，所述超表面膜层为金属材料。
[0010]所述超表面膜层为介电质材料。
[0011]示例性地，所述图形单元为垂直角结构。
[0012]示例性地，所述超表面膜层的宽度与入射光的最大入射角度成正比，与所述第二介质层、所述滤镜结构及所述微透镜结构的厚度之和成正比，且与所述第一介质层的厚度成反比。超表面膜层的大小发生变化，能够使超表面膜层无论设置于任一可能设置的位置时均能实现入射光的最大入射角度能入射到负折射率超表面膜层中。
[0013]本专利技术还提供了一种图像传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底中形成有感光单元；在所述半导体衬底上形成第一介质层；在所述第一介质层上形成具有负折射率的超表面膜层，所述超表面膜层包括多个阵列排布的图形单元；在所述超表面膜层上形成第二介质层；在所述第二介质层上形成滤镜结构和微透镜结构。
[0014]示例性地，在所述第一介质层上形成具有负折射率的超表面膜层，包括：在所述第一介质层上沉积金属材料或介电质材料；对所述金属材料或介电质材料进行图形化刻蚀，形成具有负折射率的超表面膜层。
[0015]所述图形单元为垂直角结构。
附图说明
[0016]图1为现有技术的图像传感器的结构示意图；
[0017]图2为本专利技术实施例提供的图像传感器的结构示意图；
[0018]图3为本专利技术实施例提供的图像传感器的工作示意图；
[0019]图4为本专利技术实施例提供的超表面膜层发生负折射的示意图；
[0020]图5为本专利技术实施例提供的超表面膜层的一种结构示意图；
[0021]图6为本专利技术实施例的图像传感器中应用的负折射率超表面膜层的结构示意图；
[0022]图7为本专利技术实施例提供的图像传感器制备方法的流程示意图；
[0023]图8为本专利技术实施例提供的根据制备方法制备图像传感器的结构变化示意图。
具体实施方式
[0024]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。除非另外定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中使用的“包括”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。
[0025]针对现有技术存在的问题，本专利技术的实施例提供了一种图像传感器及制备方法。
[0026]本实施例提供了一种图像传感器。参见说明书附图2，该图像传感器包括：半导体衬底201，第一介质层202，超表面膜层203，第二介质层204，滤镜结构205和微透镜结构206。其中，半导体衬底内具有感光单元207，第一介质层202位于半导体衬底201的表面。超表面膜层203位于第一介质层202上，且位于感光单元207的旁侧，超表面膜层203具有负折射率
特性，超表面膜层203上包括多个阵列排布的图像单元。第二介质层204位于超表面膜层203的表面，滤镜结构205位于第二介质层204的表面，微透镜结构206位于滤镜结构205上。
[0027]在本实施例中，第一介质层202和第二介质层204的材料相同。
[0028]参见说明书附图3，为本实施例的图像传感器的工作示意图，可以看出：本实施例的图像传感器应用时，当光从聚透镜射入到滤镜结构205后，大部分光会支架透过介质层到达感光单元207，一部分由于衍射效应会从介质层照射到超表面膜层203上。由于超表面膜层203具有负折射率特性，且超表面膜层203与半导体衬底201表面平行，照射到超表面膜层203上的光将发生负折射后再折回，入射到相应的感光单元207从而被吸收。且即使相邻像素的光都入射到同一片超表面膜层203上，仍可以相互独立折射，从而避免了光线入射到相邻的感光单元207中，能够有效降低光学串扰。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，其特征在于，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内具有感光单元；第一介质层，位于所述半导体衬底的表面；位于所述第一介质层上的超表面膜层，所述超表面膜层具有负折射率特性，位于所述感光单元的旁侧，所述超表面膜层包括多个阵列排布的图形单元；第二介质层，位于所述超表面膜层的表面；位于所述第二介质层上的滤镜结构和微透镜结构。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述超表面膜层为金属材料。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述超表面膜层为介电质材料。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图形单元为垂直角结构。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述超表面膜层的宽度与入射光的最大入射角度成正比，与所述第二介质层、所...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁永浩，李梦，周炎洁，赵昕，卢意飞，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：