CN115579368A - 图像传感器结构、电子设备及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种图像传感器结构、电子设备及制备方法，制备包括：提供具有感光区的基底，在基底上制备包括凹陷主体部及填充部的光路调制结构，凹陷主体部的折射率大于填充部的折射率，且每一感光区上对应至少一个光路调制结构。本发明采用简单的工艺制备得到了可以进行光路调制的结构，可以调制射向基底的入射光，增加入射光光程，以提高光的吸收率及图像传感器的探测效率；特别是对于波长较长的红外波段光，极大扩展了对红外光的应用；本发明制备工艺简便，兼容性良好；本发明的图像传感器设计中，将光路调制结构制备在基底上，可以均适用于前照式和背照式图像传感器；另外，本发明还可以基于光路调制结构的不同配置灵活实现图像传感器性能改善。

Description

图像传感器结构、电子设备及制备方法

技术领域

本发明属于图像传感器制造技术领域，特别是涉及一种图像传感器结构、电子设备及制备方法。

背景技术

图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。根据元件的不同，可以分为CCD(电荷耦合元件)和CMOS(金属氧化物半导体元件)两大类。随着CMOS图像传感器(CIS)设计及制造工艺的不断发展，CMOS图像传感器逐渐取代CCD图像传感器已经成为主流。其中，CMOS图像传感器可以分为FSI(FrontSide Illumination，前照式)和BSI(Back Side Illumination，背照式)两类。

然而，对于现有的图像传感器(如CIS)器件结构，入射光进入基底后的光程一般较短，从而影响着感光元件对入射光的吸收，光吸收率难以得到有效提升。特别是对于红外光(主要指近红外波段780nm-1100nm)部分，由于其波长较长，若不增加其在基底中的光程，则会影响红外光的吸收率，从而影响整个传感器对于红外光的探测效率。例如，对于现有的背照式CMOS图像传感器，光线透过传感器表面的透明介质层进入基底(如，硅基底)中，大部分光线直接照射入硅基底中，并未发生路径的改变，光进入基底后光程较短，从而影响感光元件对光的吸收，特别会影响红外光的吸收率，影响整个传感器对红外光的探测效率。

因此，如何提供一种图像传感器结构、基于所述图像传感器的电子设备及制备方法，以解决现有技术中的上述问题实属必要。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图像传感器结构、基于所述图像传感器的电子设备及其制备方法，用于解决现有技术中光吸收率难以有效提升，特别是红外光吸收率低，从而影响整个图像传感器的探测效率等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种图像传感器结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

提供基底，所述基底中形成有若干个感光区；

在所述基底上制备光路调制结构，所述光路调制结构包括凹陷主体部及填充部，所述凹陷主体部形成于所述基底表面且具有凹陷区，所述填充部填充所述凹陷区；

其中，所述凹陷主体部的折射率大于所述填充部的折射率，且每一所述感光区上对应至少一个所述光路调制结构。

可选地，所述光路调制结构的制备方法包括如下步骤：

在所述基底表面制备辅助介质层并对其进行图形化，得到图形化辅助结构层，其中，所述图形化辅助结构层中形成有显露所述基底的开口；

在所述开口的内壁及所述图形化辅助结构层的上沉积第一材料层，所述第一材料层具有第一折射率，所述第一材料层对应所述开口的区域形成所述凹陷主体部，且相邻所述凹陷主体部之间的所述第一材料层构成桥接部；

在所述第一材料层表面沉积第二材料层，所述第二材料层具有小于所述第一折射率的第二折射率，所述第二材料层至少填充所述凹陷区，以于所述凹陷区内形成所述填充部。

可选地，形成所述第一材料层后且在形成所述第二材料层之前还包括步骤：

刻蚀所述开口两侧的所述第一材料层，以去除所述桥接部得到间隔排布的所述凹陷主体部，且所述第二材料层沉积在所述凹陷主体部及显露的所述图形化辅助结构层表面。

可选地，所述辅助介质层的折射率与所述凹陷主体部的折射率一致。

可选地，所述开口的宽度和与其相邻的所述图形化辅助结构层宽度之比介于1∶1-2∶1之间。

可选地，所述辅助介质层的厚度介于10nm-1000nm之间之间。

可选地，所述第一材料层的厚度介于10nm-1000nm之间之间。

可选地，所述第二材料层的厚度介于10nm-1000nm之间之间。

可选地，所述制备方法还包括制作隔离结构的步骤，所述隔离结构形成于所述基底中且位于所述感光区外围。

可选地，所述基底包括衬底及位于所述衬底表面的功能介质层，其中，所述感光区位于所述衬底中，所述光路调制结构形成在所述功能介质层的表面。

可选地，所述功能介质层的折射率与所述凹陷主体部的折射率一致。

可选地，所述功能介质层的厚度小于100nm。

可选地，得到的所述图像传感器结构为前照式图像传感器结构及背照式图像传感器结构中的任意一种。

另外，本发明还提供一种图像传感器结构，其中，所述图像传感器结构优选采用本发明的上述图像传感器结构的制备方法制备得到，当然，还可以采用其他方法制备。

其中，所述图像传感器结构包括：

基底，所述基底中形成有若干个感光区；

光路调制结构，形成在所述基底上，所述光路调制结构包括凹陷主体部及填充部，所述凹陷主体部位于所述基底表面且具有凹陷区，所述填充部填充于所述凹陷区；

其中，所述凹陷主体部的折射率大于所述填充部的折射率，且每一所述感光区上对应至少一个所述光路调制结构。

可选地，所述图像传感器结构还包括图形化辅助结构层及桥接部中的至少一种，所述图形化辅助结构层形成在所述基底表面，且具有开口，所述光路调制结构穿过所述开口形成在所述基底表面；所述桥接部位于相邻所述光路调制结构之间，并连接相邻所述光路调制结构的所述凹陷主体部。

可选地，所述图形化辅助结构层与所述凹陷主体部的折射率一致。

可选地，所述图形化辅助结构层的材质包括多晶硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种。

可选地，所述凹陷主体部的材质包括多晶硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种。

可选地，所述填充部的材质包括氧化硅、氧化铝及氧化钽中的至少一种。

可选地，所述图像传感器结构还包括隔离结构，所述隔离结构形成于所述基底中且位于所述感光区外围。

可选地，所述基底包括衬底及位于所述衬底表面的功能介质层，所述感光区位于所述衬底中，所述光路调制结构形成在所述功能介质层的表面。

可选地，所述功能介质层的折射率与所述凹陷主体部的折射率一致。

可选地，所述功能介质层的厚度小于100nm。

可选地，所述图像传感器结构为前照式图像传感器结构及背照式图像传感器结构中的任意一种。

另外，本发明还提供一种电子设备，其中，所述电子设备包括如上述方案中任意一项所述的图像传感器结构。

如上所述，本发明的图像传感器结构、基于所述图像传感器结构的电子设备及图像传感器结构制备方法具有如下有益效果：

本发明采用简单的工艺制备得到了可以进行光路调制的结构，可以基于光路调制结构调制射向基底的入射光，从而可以增加入射光的光程，以增加光的吸收率，提高图像传感器的探测效率，提高器件设备的整体性能；特别是对于波长较长的红外波段光，极大扩展了对红外光的应用；且本发明制备工艺简便，兼容性良好；本发明的图像传感器设计中，引入光路调制结构并将光路调制结构制备在基底上，可以均适用于前照式图像传感器和背照式图像传感器；另外，本发明还可以基于光路调制结构的不同配置灵活实现图像传感器性能改善。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的图像传感器结构制备的工艺流程图。

图2显示为本发明实施例一图像传感器结构制备中提供基底的结构示意图。

图3显示为本发明实施例一图像传感器结构制备中形成辅助介质层的结构示意图。

图4显示为本发明实施例一图像传感器结构制备中形成图形化辅助结构层的示意图。

图5显示为本发明实施例一图像传感器结构制备中形成第一材料层的结构示意图。

图6显示为本发明实施例一图像传感器结构制备中形成第二材料层的结构示意图。

图7显示为本发明实施例二图像传感器结构制备中刻蚀开口周围第一材料层的示意图。

图8显示为本发明实施例二图像传感器结构制备中形成第二材料层的结构示意图。

图9显示为基于本发明的图像传感器结构实现对光路调制的示意图。

图10显示为本发明提供的一对比例中入射光光路路径示意图。

元件标号说明

100、200 基底

100a、200a 第一表面

100b、200b 第二表面

101、201 衬底

101a、201a 感光区

101b、201b 隔离结构

102、202 功能介质层

103、203 光电二极管

104、204 浮置扩散节点

105、205 传输栅

106 辅助介质层

107 图形化辅助结构层

107a 开口

107b 凸出部

108 第一材料层

109 凹陷主体部

109a 凹陷区

110 桥接部

111 第二材料层

112 填充部

113 光路调制结构

206 钝化层

S1～S2 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。如在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

为了方便描述，此处可能使用诸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等的空间关系词语来描述附图中所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。将理解到，这些空间关系词语意图包含使用中或操作中的器件的、除了附图中描绘的方向之外的其他方向。此外，当一层被称为在两层“之间”时，它可以是所述两层之间仅有的层，或者也可以存在一个或多个介于其间的层。另外，本发明中使用的“介于......之间”包括两个端点值。在本申请的上下文中，所描述的第一特征在第二特征“之上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一：

如图1所示，本发明提供一种图像传感器结构的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S1，提供基底，所述基底中形成有若干个感光区；

S2，在所述基底上制备光路调制结构，所述光路调制结构包括凹陷主体部及填充部，所述凹陷主体部形成于所述基底表面且具有凹陷区，所述填充部填充所述凹陷区；

其中，所述凹陷主体部的折射率大于所述填充部的折射率，且每一所述感光区上对应至少一个所述光路调制结构。基于本发明技术方案，可以解决现有技术中光吸收率难以有效提升，特别是红外光吸收率低，从而影响整个图像传感器的探测效率等的问题。

下面将结合附图详细说明本发明的图像传感器结构的制备方法，其中，图2-6代表本实施例的图像传感器结构制备中各步骤得到的结构示意图，图9显示为基于本发明的图像传感器结构实现对光路调制的示意图。另外，需要说明的是，上述顺序并不严格代表本发明所保护的图像传感器结构的制备顺序，本领域技术人员可以依据实际工艺步骤进行改变，图1仅示出了本发明一种示例中的图像传感器结构的制备步骤。

首先，如图1中的S1及图2所示，进行步骤S1，提供基底100，所述基底100中形成有若干个感光区101a。

具体的，所述基底100可以是图像传感器领域任意的制备有感光区101a的结构。其可以是单层材料层构成的结构，如由硅衬底构成，所述感光区101a制备在硅衬底中，还可以是任意对其改进的结构，如所述基底100可以为两层及以上材料层构成的叠层结构，所述感光区101a制备在其中任意需求层中。当然，所述基底100中还可以形成有除所述感光区101a外的其他结构。另外，所述基底100还可以是具有N型掺杂或者P型掺杂的结构。

其中，所示感光区101a可以接收入射光并产生光电子。在一示例中，所述感光区101a包括光电二极管103，可以基于所述光电二极管103构成PP(Passive Pixel)、AP(Active Pixel)、PPD(Pinned Photodiode Pixel)等像素结构，所述感光区101a还可以包括其他晶体管结构等，如与所述光电二极管形成像素单元的场效应晶体管。其中，可以认为一个“像素单元”构成一个所述感光区101a，当然，在其他示例中，还可以是仅光电转换元件(如光电二极管)构成一个所述感光区101a。另外，所述感光区101a的数量及排布均可依实际需求设计。

请参阅图1所示，在一具体示例中，所述基底100可以是经过标准背照式CMOS图像传感器工艺制备得到的结构，其中，光线透过传感器表面的透明介质层进入硅基底中。所述基底100包括感光区101a，所述感光区101a中形成有光电二极管103，所述感光区101a中还可以形成有浮置扩散节点(FD)104以及传输晶体管(TX)的传输栅105。在另外的示例中，所述感光区101a还可以包括其他的场效应晶体管，如复位晶体管RST、源极跟随晶体管SF以及行选择晶体管RS等，以形成3T、4T、5T等像素结构。

另外，在一示例中，定义所述基底100具有相背对的第一面100a和第二面100b，其中，背照式图像传感器中，入射光自第一面100a的方向入射，被所述感光区101a吸收转换。另外，在前照式图像传感中，还可以是在第一面上制备互连层等结构，入射光同样自第一面100a的方向入射。图中以背照式图像传感器为例，本发明方案同样适用于前照式传感器。

请继续参阅图1所示，作为一示例，所述基底100包括衬底101及位于所述衬底101表面的功能介质层102。其中，所述感光区101a形成在所述衬底101中，后续制备的光路调制结构113形成在所述功能介质层102表面。

该示例中，所述衬底101中还可以形成有图像传感器(如CIS)构成中需要的基本元件，其可以是硅衬底，还可以是其他用于制备图像传感器的材料构成的衬底。当然，也可以包括在硅衬底上形成外延层并在外延层中制备功能元件等结构。另外，所述功能介质层102可以是图像传感器衬底表面的保护层以及器件功能层等。在一示例中，所述功能介质层102为背照式图像传感器制备过程中，将衬底翻转进行背面衬底减薄之后形成的一层材料层。

接着，如图1中的S2及图3-6所示，进行步骤S2，在所述基底100上制备光路调制结构113，所述光路调制结构113包括凹陷主体部109及填充部112，所述凹陷主体部109形成于所述基底100表面且具有凹陷区109a，所述填充部112填充所述凹陷区109a，优选所述填充部112填充满所述凹陷区109a。

其中，所述凹陷主体部109的折射率大于所述填充部112的折射率，且每一所述感光区101a上对应至少一个所述光路调制结构113，入射光经由所述光路调制结构113进入所述感光区101a。所述光路调制结构113的数量可以依据实际需求设定，例如，每一所述感光区101a对应3个所述光路调制结构113，当然，还可以是其他数量设置。另外，在一可选示例中，所述光电二极管103上对应至少一个所述光路调制结构113。

基于本发明的上述设计，引入所述光路调制结构113，入射光入射后，光路方向得以调制，可以参见图9中的光路示意图所示，入射光光线入射后被调制，从而入射光的光程增大，提高了光在基底中的吸收率，提高图像传感器的光探测效率。特别是对于红外光(如主要指近红外波段780nm-1100nm)，其波长较长，若不增加在硅基底中的光程，则会影响红外光的吸收率，从而影响整个传感器对于红外光的探测效率，基于本发明的光路调制结构，可以显著改善红外光的上述缺陷，可以有效的实现红外增强，极大扩展的红外光的应用。

作为示例，所述凹陷主体部109的折射率介于1.4-3.42之间，例如，可以是1.7、2.2、2.8；所述填充部112的折射率介于1.0-2.8之间，例如，可以是1.4、1.6、1.7。

最后，所述光路调制结构113制备完成后还可以包括完成其他后续工艺制程的步骤(图中未示出)，以得到需要结构的图像传感器。例如，对于背照式CMOS图像传感器，还可以包括制备彩色滤光片阵列(Color Filter Array)及微透镜(Micro Lenses)等的步骤。当然，也可以是其他步骤，或者适用其他类型传感器的结构，依据实际需求设定。

请参阅图3-6所示，本实施例提供一种具体的光路调制结构113的制备方法，具体为：

如图3所示，进行步骤1)：在所述基底100表面制备辅助介质层106，以基于所述辅助介质层106制备所述光路调制结构113。

其中，所述辅助介质层106形成在所述基底100上，可以采用PVD或CVD工艺在所述基底100表面制备所述辅助介质层106。在一示例中，所述辅助介质层106为可见光到近红外光波段范围(380nm-1100nm)透明的介质材料。可以在辅助光路调制结构制备的同时提高图像传感器的光吸收性能。

如图4所示，进行步骤2)：图形化所述辅助介质层106以得到图形化辅助结构层107，所述图形化辅助结构层107中形成有若干显露所述基底100的开口107a。另外，相邻所述开口107a之间的所述辅助介质层可以定义为凸出部107b。

其中，可以采用光刻-刻蚀工艺对所述辅助介质层106进行图形化，如，可以是采用光刻工艺在所述辅助介质层106上形成光刻胶掩膜层，再基于所述光刻胶掩膜层通过干法刻蚀工艺刻蚀所述辅助介质层106从而形成所述图形化辅助结构层107。

作为示例，所述开口107a的宽度d1和与其相邻的所述凸出部107b的宽度d2的比例介于1∶1-2∶1之间，例如，可以是1.2∶1、1.5∶1、1.8∶1。从而有利于凹陷主体部109的制备并有利于基于制备的光路调制结构对进入到基底的光进行调制。另外，在一示例中，所述开口107a的宽度设计为极限尺寸，即工艺条件下所能刻蚀得到的最小尺寸。需要说明的是，当所述开口侧壁的纵截面具有倾斜角度时，如开口纵截面形状为倒梯形，这里宽度是指开口的最大截面尺寸，这里对应的凸出部的宽度为与开口宽度在同一水平面上的截面尺寸。

另外，所述开口107a的形状可以是若干个间隔排布的条状，还可以是田字形，还可以是S型、三角形等其他布局，其可以设计为若干间隔的凹槽，还可以设计为连通的凹槽，基于其制备的能实现本发明光程增加的光路调制结构的形状设计均在本发明的保护范围内。

如图5所示，进行步骤3)：在所述开口107a的内壁(包括底部及侧壁)及所述开口107a周围的所述图形化辅助结构层107上沉积第一材料层108，所述第一材料层108具有第一折射率，其中，所述第一材料层108对应所述开口107a的区域形成具有所述凹陷区109a的所述凹陷主体部109，相邻所述凹陷主体部109之间的所述第一材料层构成桥接部110。另外，需要说明的是，这里“对应所述开口的区域”可以是指恰好位于开口的第一材料层，第一材料层的外缘与开口的外缘对其，当然，也可以是位于所述开口内，小于开口边缘的区域，还可以是自开口内部延伸到开口外一定距离的区域，不影响形成所述凹陷区的区域即可。

具体的，可以采用PVD或CVD工艺形成所述第一材料层108，沉积所述第一材料层108后，由于所述图形化辅助结构层107的存在以及开口107a的形成，从而在所述第一材料层108中形成凹陷区域，制备得到所述具有凹陷区109a的凹陷主体部109，工艺简便。

作为示例，请参阅图5所示，所述凹陷区109a的纵截面形状为倒梯形结构，在一可选示例中，倒梯形凹陷区的斜边与基底100表面之间所夹的钝角α大于90°，例如，可以选择为100°、120°或150°等。另外，所述倒梯形凹陷区的斜边与对应的所述桥接部110的表面之间的夹角β大于90°，例如，可以选择为100°、120°或150°等。此外，作为示例，所述凹陷区109a具有底部，如，倒梯形结构的凹陷区的较短的底边，该示例中，所述底部的表面、所述桥接部110的表面以及所述基底100的表面相平行设置。

如图6所示，进行步骤4)：在所述第一材料层108表面沉积第二材料层111，所述第二材料层111具有小于所述第一折射率的第二折射率，所述第二材料层111至少填充所述凹陷区109a，以在所述凹陷区109a中形成所述填充部112，以得到若干个与所述开口107a对应的所述光路调制结构113，且相邻所述光路调制结构113之间形成有所述桥接部110。

具体的，可以采用PVD或CVD工艺形成所述第二材料层111，沉积所述第二材料层111后，至少有一部分填充在所述凹陷区109a中形成填充部112。当然，在其他示例中，所述第二材料层111还可以形成在凹陷区109a为外，如为连续形成的材料层，形成在整个第一材料层108表面，同时覆盖所述凹陷主体部109和所述桥接部110，从而基于简单工艺在基底上形成所述光路调制结构113，工艺兼容性好。

通过上述方式，本发明基于简单的工艺制备得到了可以实现光路调制的光路调制结构，且将其制作在所述基底100上，可以同时适用于多种类型的图像传感器结构，如既适用于前照式CMOS图像传感器，也可以适用于背照式CMOS图像传感器，通用性较强，且采用简单的工艺，对原有工艺及器件影响小，兼容性良好。

作为一示例，设计所述辅助介质层106与所述第一材料层108(形成所述凹陷主体部109)的折射率一致且大于第二材料层111(形成所述填充部112)的折射率。其中，这里所描述的一致可以是相等，也可以是二者的折射率之间存在一个差值波动范围，如可以是二者的折射率之差占较大折射率的小于等于10％均可，有利于改善光程，且减少入射光损失。进一步示例中，选择所述辅助介质层106与所述第一材料层108的材料相同。

进一步可选地，当所述基底包括所述功能介质层102时，所述功能介质层102的折射率设置为与所述辅助介质层106的折射率一致，还可以进一步与所述第一材料层108的折射率一致。通过所述功能介质层102的设计，一方面，所述功能介质层102可以具有保护基底表面，同时，所述功能介质层102可以具备负电荷，可以在衬底表面感生P型层，降低暗电流；另一方面，可以基于其折射率设计，进一步与光路调制结构配合实现光路的调制，达到增加光程，提高光吸收率的作用。

其中，在一示例中，所述功能介质层102的厚度小于100nm。例如，可以设计为5nm、10nm、15nm、20nm、50nm、80nm。可以依据实际需求设定。

作为示例，所述辅助介质层106的材质包括Al₂O₃、HfO、TaO中的至少一种，即，所述辅助介质层106的材质可以选择为上述材料构成的材料层中的一种，可以是上述材料中两种及以上构成的叠层。当选择为叠层结构时，在一优选示例中，Al₂O₃层位于最下层，以进一步有利于暗电流的改善，同时，有利于配合所述光路调制结构改善入射光光程。

在另一示例中，所述第一材料层108的材质包括多晶硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种，同理，可以选择为上述材料中的一种，可以是上述材料中两种及以上构成的叠层。在另一示例中，所述第二材料层111的材质包括氧化硅、氧化铝及氧化钽中的至少一种，同理，可以选择为上述材料中的一种，可以是上述材料中两种及以上构成的叠层。

作为示例，所述辅助介质层106的厚度介于10nm-1000nm之间，例如，可以是50nm、100nm、200nm、500nm、600nm、800nm。另外，在另一示例中，所述第一材料层108的厚度介于之间10nm-1000nm，例如，可以是20nm、50nm、100nm、200nm、500nm。此外，在又一示例中，所述第二材料层111的厚度介于10nm-1000nm之间，例如，可以是200nm、300nm、500nm、600nm、600nm。在一可选示例中，所述辅助介质层106与所述第一材料层108的厚度相等。

另外，参见图1及图9所示，作为示例，所述基底100中还形成有隔离结构101b，所述隔离结构101b位于所述感光区101a外围，其中，所述隔离结构101b可以是现有的深沟槽隔离结构(DTI)，无需额外工艺制备，其材料包括但不限于氧化硅。

在一可选示例中，所述隔离结构101b贯穿所述基底100，从而可以基于隔离结构101b与光路调制结构113相配合进一步提高光路调制作用，实现全方位光路调制，进一步将入射光导入感光区101a，增加光程提高光吸收率。隔离结构(如DTI)可以作为隔绝和反射结构，将不同的入射光反射回基底中，增加光在硅基底中的光程，提高光的吸收率。但是该结构并不能起到对所有方向的光线均增加光程的作用，只有大角度的光线可以经过DTI的反射作用增加光程，提高光的吸收率，对于大部分垂直入射或小角度入射的光线起到的作用有限。

作为示例，本发明得到的所述图像传感器结构可以为前照式(FSI)CMOS图像传感器结构，也可以为背照式(BSI)CMOS图像传感器结构。即，本发明的光路调制结构可以制备在前照式图像传感器中，可以制备在背照式图像传感器中，本发明的制备方法同时适用于FSI和BSI CMOS图像传感器，工艺简便，应用灵活，具有普适性。

实施例二：

如图7-8所示，并参见图1-6及图9所示，本实施例二还提供另外一种图像传感器结构的制备，该实施例二与实施例一的主要不同在于，形成所述第一材料层108后且在形成所述第二材料层111之前还包括增加一步刻蚀的步骤。其中，其他图像传感器结构中各个材料层的结构、特征以及制备工艺等均可以参见实施例一中的描述，在此不在赘述。

其中，对于本实施例二中与实施例一具有的差别步骤，具体表现为：在形成第一材料层108之后，刻蚀去除位于所述开口107a两侧的部分所述第一材料层108，以去除所述桥接部110得到若干个间隔排布的所述凹陷主体部109，如图7所示，其中，当形成一个所述光路调制结构113时，所述第一材料层108不形成凹陷主体部109a的部分被刻蚀，凹陷主体部109a的侧部形成为后续的第二材料层111。另外，所述第二材料层111沉积在所述凹陷主体部109表面，还连续地形成在刻蚀后显露的所述图形化辅助结构层107表面，以得到若干个间隔排布的所述光路调制结构113，如图8所示。

具体的，可以采用光刻-刻蚀工艺去除所述凹陷主体部109之间的其他第一材料层，例如，可以通过刻蚀工艺条件，如刻蚀气体以及刻蚀时间等进行，在图形化辅助结构层表面制备刻蚀停止层，从而得到间隔排布的所述光路调制结构113。另外，该步骤刻蚀工艺可以与其他刻蚀步骤同时进行。其中，形成间隔排布的所述光路调制结构113可以增加光路调制结构与周围折射率低的材料之间的界面，可以基于界面进一步实现光路调制。另外，在一示例中，当基底中形成有隔离结构101b时，还可以控制靠近所述隔离结构101b的所述光路调制结构113的外缘与所述隔离结构101b之间的距离，实现全面光路调制。

实施例三：

如参见图6及图8所示，并参见图1-5、图7和图9，本发明还提供一种图像传感器结构，其中，所述图像传感器结构优选采用本发明的制备方法制备得到，当然，还可以采用其他方法制备。本实施例三中图像传感器结构中各个材料层的结构、特征以及制备工艺等均可以参见实施例一和二中的描述，在此不在赘述。其中，所述图像传感器结构包括：

基底100，所述基底100中形成有若干个感光区101a；

光路调制结构113，形成在所述基底100上，所述光路调制结构113包括凹陷主体部109及填充部112，所述凹陷主体部109位于所述基底100表面且具有凹陷区109a，所述填充部112填充于所述凹陷区109a；

其中，所述凹陷主体部109的折射率大于所述填充部112的折射率，且每一所述感光区101a上对应至少一个所述光路调制结构113，入射光经由所述光路调制结构进入所述感光区。

作为示例，所述图像传感器结构还包括图形化辅助结构层107，所述图形化辅助结构层形成在所述基底100表面，具有间隔排布的开口107a及凸出部107b，其中，所述光路调制结构113穿过所述开口107a形成在所述基底100表面。

作为示例，所述图像传感器结构还包括桥接部110，所述桥接部110连接相邻所述光路调制结构的所述凹陷主体部109，进一步地，所述桥接部110位于所述凸出部107b上。

作为示例，所述图形化辅助结构层107与所述凹陷主体部109的折射率一致且大于所述填充部112的折射率。

作为示例，所述图形化辅助结构层107(形成其的辅助介质层106的沉积厚度)的厚度介于1nm-1000nm之间。

作为示例，所述凹陷主体部109(形成其的第一材料层108的沉积厚度)的厚度介于之间10nm-1000nm。

作为示例，所述图形化辅助结构层107材质包括多晶硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种。

作为示例，所述凹陷主体部109的材质包括多晶硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种。

作为示例，所述填充部112的材质包括氧化硅、氧化铝及氧化钽中的至少一种。

作为示例，所述开口107a的宽度d1和与其相邻的所述凸出部107b的宽度d2的比例介于1∶1-2∶1之间。

作为示例，所述基底100中还形成有隔离结构101b。进一步示例中，所述隔离结构101b贯穿所述基底100，且所述隔离结构101b位于所述感光区101a外围。

作为示例，所述基底100包括衬底101及位于所述衬底101表面的功能介质层102，其中，所述感光区101a位于所述衬底101中，所述光路调制结构113形成在所述功能介质层102的表面。

进一步示例中，所述功能介质层102的折射率与所述图形化辅助结构层107的折射率一致；进一步，所述功能介质层102的折射率与所述凹陷主体部109的折射率一致。

作为示例，所述功能介质层102的厚度小于100nm。

作为示例，所述图像传感器结构为前照式图像传感器结构及背照式图像传感器结构中的任意一种。

实施例四：

本发明还提供一种电子设备，其中，所述电子设备包括如上述实施例三的方案中任意一项所述的图像传感器结构。其中，所述电子设备可以是安防摄像装置、汽车电子摄像装置、手机摄像装置、无人机、机器视觉以及现有摄像机等设备。

对比例：

如图10所示，本发明还提供一对比例，该对比例的图像传感器结构包括：基底200、感光区201a、隔离结构201b、光电二极管203、浮置扩散节点204、传输栅205以及钝化层206，且所述基底200具有第一表面200a和第二表面200b，基底200包括衬底201和功能介质层202，其中，所述表面功能层202的材料选择为氧化硅，所述钝化层206的材料选择为氧化硅。

其中，采用本对比例的上述结构，可以以看出，大部分光线直接照射入硅基底中，并未发生路径的改变，另外，隔离结构也不足以对入射光形成有效地遮挡。而采用本发明的设计，引入光路调制结构，不同方向的光线先照射在该微结构(所述光路调制结构)表面，使得原本光路发生改变，对光线进行了调制，之后经过光路调制后的光线再进入硅基底，使得整个光线的光程增加，提高了光的吸收率，从而提高了图像传感器的探测效率。

综上所述，本发明的图像传感器结构、电子设备及其制备方法，采用简单的工艺制备得到了可以进行光路调制的结构，可以基于光路调制结构调制射向基底的入射光，从而可以增加入射光的光程，以增加光的吸收率，提高图像传感器的探测效率，提高器件设备的整体性能；特别是对于波长较长的红外波段光，极大扩展了对红外光的应用；且本发明制备工艺简便，兼容性良好；本发明的图像传感器设计中，引入光路调制结构并将光路调制结构制备在基底上，可以均适用于前照式图像传感器和背照式图像传感器；另外，本发明还可以基于光路调制结构的不同配置灵活实现图像传感器性能改善。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (16)

1.一种图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

提供基底，所述基底中形成有若干个感光区；

在所述基底上制备光路调制结构，所述光路调制结构包括凹陷主体部及填充部，所述凹陷主体部形成于所述基底表面且具有凹陷区，所述填充部填充所述凹陷区；

其中，所述凹陷主体部的折射率大于所述填充部的折射率，且每一所述感光区上对应至少一个所述光路调制结构。

2.根据权利要求1所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述光路调制结构的制备方法包括如下步骤：

在所述基底表面制备辅助介质层并对其进行图形化，得到图形化辅助结构层，其中，所述图形化辅助结构层中形成有显露所述基底的开口；

在所述开口的内壁及所述图形化辅助结构层的上沉积第一材料层，所述第一材料层具有第一折射率，所述第一材料层对应所述开口的区域形成所述凹陷主体部，且相邻所述凹陷主体部之间的所述第一材料层构成桥接部；

在所述第一材料层表面沉积第二材料层，所述第二材料层具有小于所述第一折射率的第二折射率，所述第二材料层至少填充所述凹陷区，以于所述凹陷区内形成所述填充部。

3.根据权利要求2所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，形成所述第一材料层后且在形成所述第二材料层之前还包括步骤：

刻蚀所述开口两侧的所述第一材料层，以去除所述桥接部得到间隔排布的所述凹陷主体部，且所述第二材料层沉积在所述凹陷主体部及显露的所述图形化辅助结构层表面。

4.根据权利要求2所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述辅助介质层的折射率与所述凹陷主体部的折射率一致。

5.根据权利要求2所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述图像传感器结构制备中材料层的设计方式包括：所述开口的宽度和与其相邻的所述图形化辅助结构层的宽度之比介于1∶1-2∶1之间；和/或，所述辅助介质层的厚度介于10nm-1000nm之间，所述第一材料层的厚度介于之间10nm-1000nm，所述第二材料层的厚度介于10nm-1000nm之间。

6.根据权利要求1所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括制作隔离结构的步骤，所述隔离结构形成于所述基底中且位于所述感光区外围。

7.根据权利要求1所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述基底包括衬底及形成于所述衬底表面的功能介质层，其中，所述感光区位于所述衬底中，所述光路调制结构形成在所述功能介质层的表面。

8.根据权利要求7所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，所述功能介质层的设计方式包括：所述功能介质层的折射率与所述凹陷主体部的折射率一致；和/或，所述功能介质层的厚度小于100nm。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的图像传感器结构的制备方法，其特征在于，得到的所述图像传感器结构为前照式CMOS图像传感器结构或背照式CMOS图像传感器结构。

10.一种图像传感器结构，其特征在于，所述图像传感器结构包括：

基底，所述基底中形成有若干个感光区；

光路调制结构，形成在所述基底上，所述光路调制结构包括凹陷主体部及填充部，所述凹陷主体部位于所述基底表面且具有凹陷区，所述填充部填充于所述凹陷区；

其中，所述凹陷主体部的折射率大于所述填充部的折射率，且每一所述感光区上对应至少一个所述光路调制结构。

11.根据权利要求10所述的图像传感器结构，其特征在于，所述图像传感器结构还包括图形化辅助结构层及桥接部中的至少一种，所述图形化辅助结构层形成在所述基底表面，且具有开口，所述光路调制结构穿过所述开口形成在所述基底表面；所述桥接部位于相邻所述光路调制结构之间，并连接相邻所述光路调制结构的所述凹陷主体部。

12.根据权利要求11所述的图像传感器结构，其特征在于，所述图形化辅助结构层与所述凹陷主体部的折射率一致；和/或，所述图形化辅助结构层的材质包括多晶硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种，所述凹陷主体部的材质包括多晶硅、非晶硅及氮化硅中的至少一种，所述填充部的材质包括氧化硅、氧化铝及氧化钽中的至少一种。

13.根据权利要求10所述的图像传感器结构，其特征在于，所述图像传感器结构还包括隔离结构，所述隔离结构形成于所述基底中且位于所述感光区外围。

14.根据权利要求10所述的图像传感器结构，其特征在于，所述基底包括衬底及位于所述衬底表面的功能介质层，所述感光区位于所述衬底中，所述光路调制结构形成在所述功能介质层的表面；其中，所述功能介质层的设置包括：所述功能介质层的折射率与所述凹陷主体部的折射率一致；和/或，所述功能介质层的厚度小于100nm。

15.根据权利要求10-14中任意一项所述的图像传感器结构，其特征在于，所述图像传感器结构为前照式CMOS图像传感器结构或背照式CMOS图像传感器结构。

16.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求10-15中任意一项所述的图像传感器结构。

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