CN110211982A - 双核对焦图像传感器以及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种双核对焦图像传感器，包括金属格栅；所述金属格栅包括单像素区域和用于双核对焦的双像素区域；所述双像素区域的金属格栅中包括第一填充层；所述单像素区域的金属格栅中包括第二填充层；所述第一填充层与所述第二填充层具有不同的折射率，且第一填充层为聚焦层，以对入射光起到调制作用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种双核对焦图像传感器以及制作方法。
背景技术
双核对焦(Dual PD)是CMOS图像传感器自动对焦一大类对焦技术当中较新颖，较有未来发展潜力的一种，因为它是将同一个像素底部的感光区域一分为二，这样可以实现在同一个像素内获取相位信息了。因为没有对入射光有遮蔽处理，所以对光线要求没那么高。但是双核对焦的微透镜制造工艺变得相当困难。
附图1A所示是现有技术中一种双核对焦图像传感器的平面结构示意图，附图1B所示是附图1A沿着AA方向的剖面结构示意图。所述双核对焦图像传感器包括微透镜11、以及微透镜11下方的金属格栅12。所述微透镜11以及下方的金属格栅12包括单像素区域I，用于普通的成像；以及用于双像素区域II，用于双核对焦。双像素区域II由于包含两个像素，因此透镜具有大的尺寸，起到对光程或相位的调制作用。
而为了做到上述结构，必须通过两次完全不同的工艺来在两个区域分别制作透镜，导致工艺难度和成本增加，因此，如何降低工艺难度来获得双核对焦图像传感器，是先有技术需要解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种双核对焦图像传感器及其制作方法，降低工艺难度，提高制造效率。
为了解决上述问题，本发明提供了一种双核对焦图像传感器，包括金属格栅；所述金属格栅包括单像素区域和用于双核对焦的双像素区域；所述双像素区域的金属格栅中包括第一填充层；所述单像素区域的金属格栅中包括第二填充层；所述第一填充层与所述第二填充层具有不同的折射率，且第一填充层为聚焦层，以对入射光起到调制作用。
可选的，所述第一填充层的折射率大于第二填充层，且第一填充层为凸层。
可选的，所述第一填充层是由多种不同折射率材料构成的复合层。
本发明还提供了一种双核对焦图像传感器的制作方法，包括如下步骤：提供衬底，所述半导体衬底表具有金属格栅，所述金属格栅包括单像素区域和用于双核对焦的双像素区域；在所述双像素区域的金属格栅中形成第一填充层；在所述单像素区域的金属格栅中形成第二填充层。
可选的，平坦化所述第二填充层的表面；在平坦化的第二填充层表面上形成微透镜。
可选的，在所述双像素区域的金属格栅中形成第一填充层的步骤进一步包括：在金属格栅中形成第一填充层；采用光刻工艺形成图形化的第一光刻胶层，覆盖双像素区域的第一填充层，并暴露单像素区域的第一填充层；去除暴露出的单像素区域的第一填充层，从而在所述双像素区域的金属格栅中形成第一填充层；采用光刻工艺形成图形化的第二光刻胶层，覆盖双像素区域的第一填充层的中央部分，并暴露其余部分，第二光刻胶层的图形具有倾斜侧壁；采用非直向性刻蚀处理暴露出的第一填充层，从而在所述双像素区域的金属格栅中形成凸层形貌的第一填充层。
可选的，在所述单像素区域的金属格栅中形成第二填充层的步骤进一步包括：在金属格栅表面形成第二填充层；对第二填充层表面进行平坦化处理至暴露出第一填充层。
可选的，所述第一填充层的折射率大于第二填充层。
可选的，所述第一填充层是由多种不同折射率材料构成的复合层。
上述技术方案是通过在金属格栅中制作不同折射率的聚焦层，把现有双核对焦的微透镜制造技术的难题转成工艺制作相对简单的半导芯片制作部分来解决，达到相当甚至更好的自动对焦功能。
附图说明
附图1A所示是现有技术中一种双核对焦图像传感器的平面结构示意图。
附图1B所示是附图1A沿着AA方向的剖面结构示意图。
附图2所示是本发明一具体实施方式所述双核对焦图像传感器的剖面结构示意图。
附图3所示是附图2的结构对光路的调制示意图。
附图4所示是本发明一具体实施方式的实施步骤示意图。
附图5A至附图5I所示是附图4所示方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的双核对焦图像传感器以及制作方法的具体实施方式做详细说明。
附图2所示是本具体实施方式所述双核对焦图像传感器的剖面结构示意图，所述双核对焦图像传感器包括微透镜21、以及微透镜21下方的金属格栅22。所述微透镜21以及下方的金属格栅22包括单像素区域I，用于普通的成像；以及双像素区域II，用于双核对焦。
所述双像素区域II的金属格栅中包括第一填充层201；所述单像素区域I的金属格栅中包括第二填充层202；所述第一填充层201与所述第二填充202层具有不同的折射率，优选第一填充层201的折射率大于第二填充层202，且第一填充层201为凸层，以使第一填充层为聚焦层，从而对入射光起到调制作用。附图3所示是附图2的结构对光路的调制示意图，与附图1相比可以看出，不改变微透镜21的结构，而通过改变第一填充层201的折射率和形貌，也可以起到对光的聚焦作用。所述第一填充层201也是由多种不同折射率材料构成的复合层，复合层的优点在于可以根据实际需要调整各层的厚度，达到精确调节的目的。
接下来结合附图给出本发明所述方法的具体实施方式。附图4所示是本具体实施方式的实施步骤示意图，本具体实施方式所述方法包括：步骤S40，提供衬底，所述半导体衬底表具有金属格栅，所述金属格栅包括单像素区域和双像素区域；步骤S41，在金属格栅中形成第一填充层；步骤S42，采用光刻工艺形成图形化的光刻胶层，覆盖双像素区域的第一填充层，并暴露单像素区域的第一填充层；步骤S43，去除暴露出的单像素区域的第一填充层，从而在所述双像素区域的金属格栅中形成第一填充层；步骤S44，采用光刻工艺形成图形化的光刻胶层，覆盖双像素区域的第一填充层的中央部分，并暴露其余部分，光刻胶图形具有倾斜侧壁；步骤S45，采用非直向性刻蚀处理暴露出的第一填充层，从而在所述双像素区域的金属格栅中形成凸层形貌的第一填充层；步骤S46，在金属格栅表面形成第二填充层；步骤S47，对第二填充层表面进行平坦化处理至暴露出第一填充层；步骤S48，在平坦化的第二填充层表面上形成微透镜。
附图5A至附图5I所示是附图4所示方法的工艺流程图。
附图5A所示，参考步骤S40，提供衬底50，所述半导体衬底表具有金属格栅52，所述金属格栅52包括单像素区域I和双像素区域II。单像素区域I用于普通的成像，而双像素区域II用于双核对焦。
附图5B所示，参考步骤S41，在金属格栅52中形成第一填充层501。可以采用外延、涂覆、印刷等各种工艺形成第一填充层501。该步骤是没有选择性的，金属格栅52的单像素区域I和双像素区域II都将被第一填充层501填充。在本发明的一个具体实施方式中，所述第一填充层501也可以是由多种不同折射率材料构成的复合层，复合层的优点在于可以根据实际需要调整各层的厚度，达到精确调节相位的目的。在这样的具体实施方式中，本步骤应当反复实施以形成多层结构的复合层。
附图5C所示，参考步骤S42，采用光刻工艺形成图形化的第一光刻胶层55，覆盖双像素区域II的第一填充层501，并暴露单像素区域I的第一填充层501。图形化第一光刻胶层551的形成采用半导体技术中的光刻显影工艺，此处不再赘述。
附图5D所示，参考步骤S43，去除暴露出的单像素区域I的第一填充层501，从而在所述双像素区域II的金属格栅中形成第一填充层。去除第一填充层501可以采用腐蚀工艺，包括但不限于干法腐蚀和湿法腐蚀等，腐蚀工艺可以根据第一填充层501的材料选择。腐蚀完毕后去除第一光刻胶层551。
附图5E所示，参考步骤S44，采用光刻工艺形成图形化的第二光刻胶层552，覆盖双像素区域的第一填充层501的中央部分，并暴露其余部分，第二光刻胶层552的图形具有倾斜侧壁。图形化第二光刻胶层552的形成采用半导体技术中的光刻显影工艺，此处不再赘述。
附图5F所示，步骤S45，采用非直向性刻蚀处理暴露出的第一填充层501，从而在所述双像素区域II的金属格栅52中形成凸层形貌的第一填充层501。
以上步骤S41至S45实施完毕后，即在所述双像素区域II的金属格栅52中形成了第一填充层501，而单像素区域I的金属格栅52是保持无填充状态。优选第一填充层501的折射率大于第二填充层(后续工艺形成)，且第一填充层501为凸层，以使第一填充层501为聚焦层，从而对入射光起到调制作用。
附图5G所示，参考步骤S46，在金属格栅52表面形成第二填充层502。可以采用外延、涂覆、印刷等各种工艺形成第二填充层502。该步骤是没有选择性的，金属格栅52的单像素区域I和双像素区域II都将被第二填充层502填充。
附图5H所示，参考步骤S47，对第二填充层502的表面进行平坦化处理至暴露出第一填充层501。本步骤可以采用腐蚀或者研磨等方法。实施完毕后，即在所述单像素区域I的金属格栅中形成第二填充层502。
以上步骤S41至步骤S47中，第一填充层和第二填充层的形成顺序可以置换，即也可以首先通过光刻的方式在所述单像素区域I的金属格栅中形成第二填充层502，然后在所述双像素区域II的金属格栅中形成第一填充层501。
附图5I所示，参考步骤S46，在平坦化的第二填充层502表面上形成微透镜51。优选第一填充层501的折射率大于第二填充层502，且第一填充层501为凸层，以使第一填充层501为聚焦层，从而对入射光起到调制作用，因此本步骤中的微透镜51仅需要一步工艺，制作出单一尺寸的透镜即可。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种双核对焦图像传感器，包括金属格栅；
所述金属格栅包括单像素区域和用于双核对焦的双像素区域；
所述双像素区域的金属格栅中包括第一填充层；
所述单像素区域的金属格栅中包括第二填充层；其特征在于，
所述第一填充层与所述第二填充层具有不同的折射率，且第一填充层为聚焦层，以对入射光起到调制作用。
2.根据权利要求1所述的双核对焦图像传感器，其特征在于，所述第一填充层的折射率大于第二填充层，且第一填充层为凸层。
3.根据权利要求1所述的双核对焦图像传感器，其特征在于，所述第一填充层是由多种不同折射率材料构成的复合层。
4.一种双核对焦图像传感器的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底，所述半导体衬底表具有金属格栅，所述金属格栅包括单像素区域和用于双核对焦的双像素区域；
在所述双像素区域的金属格栅中形成第一填充层；
在所述单像素区域的金属格栅中形成第二填充层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，平坦化所述第二填充层的表面；
在平坦化的第二填充层表面上形成微透镜。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述双像素区域的金属格栅中形成第一填充层的步骤进一步包括：
在金属格栅中形成第一填充层；
采用光刻工艺形成图形化的第一光刻胶层，覆盖双像素区域的第一填充层，并暴露单像素区域的第一填充层；
去除暴露出的单像素区域的第一填充层，从而在所述双像素区域的金属格栅中形成第一填充层；
采用光刻工艺形成图形化的第二光刻胶层，覆盖双像素区域的第一填充层的中央部分，并暴露其余部分，第二光刻胶层的图形具有倾斜侧壁；
采用非直向性刻蚀处理暴露出的第一填充层，从而在所述双像素区域的金属格栅中形成凸层形貌的第一填充层。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述单像素区域的金属格栅中形成第二填充层的步骤进一步包括：
在金属格栅表面形成第二填充层；
对第二填充层表面进行平坦化处理至暴露出第一填充层。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一填充层的折射率大于第二填充层。
9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一填充层是由多种不同折射率材料构成的复合层。
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