CN116759432A - 图像传感器及其制作方法、电子设备 - Google Patents

Abstract

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。

Description

图像传感器及其制作方法、电子设备

技术领域

本申请涉及图像传感器技术领域，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

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。

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。

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。

发明内容

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。

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：

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；

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；

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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：

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；

在所述半导体结构层的一侧形成电路连接层；

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；

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。

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：

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；

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。

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。

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。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术提供的图像传感器截面示意图；

图2是本申请实施例提供的一种图像传感器的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的微结构阵列的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的微结构阵列的其他多种结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种图像传感器的制作方法流程示意图；

图6是本申请实施例提供的一种图像传感器的制作方法另一流程示意图；

图7是本申请实施例提供的微结构阵列的制作方法流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

应当理解的是，本申请提及的“多个”是指两个或两个以上。在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示或的意思，比如，A/B可以表示A或B；本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，比如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，为了便于清楚描述本申请的技术方案，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。

图1示出了现有技术中的两种图像传感器的切面图，上述两种图像传感器均包括依次堆叠设置的电路连接层10、半导体层20和光学结构层30，其中，电路连接层10包括衬底11，衬底11内设置有栅极结构，半导体层20内包括光电二极管，光电二极管和栅极结构二者电性连接，任一光电二极管对应一硅结构22，相邻的两个硅结构22之间设置有隔离结构用以分隔，在半导体层20远离电路连接层10的一侧，光学结构层30包括彩色滤色器，在垂直于电路连接层10的方向上，任一彩色滤色器对应一个硅结构22，彩色滤色器包括红色滤色器311、绿色滤色器312和蓝色滤色器313，相邻的两个彩色滤色器之间设置有栅格结构用于遮挡从相邻彩色滤色器射入的光线以避免混色现象，在彩色滤色器远离半导体层20的一侧、对应硅结构的位置设置有透镜结构32用于折射聚集入射光。

如背景技术提到的，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；因此，在一些可行的方式中，也可以在彩色滤色器和硅结构22之间设置介质层23，用来延长入射光的光路，使红色光在硅片中的吸收位置尽可能远离光电二极管，从而使入射光到达光电二极管的光程延长，然而由于延长的光程仍然达不到预期，设置的介质层23过厚会降低入射光的主光角，因此实际上由于硅结构22接收到的入射光没有发生明显变化，同时也会导致图像传感器尺寸增加、导致制造成本增加，现有技术中的图像传感器仍然存在对红色光线以及近红外光线的接收能力较差的问题。

为此，本申请实施例提供了一种图像传感器及其制作方法、电子设备，具体地，请参考以下实施例：

实施例一

请参见图2，该图像传感器包括电路连接层10、光学结构层30以及位于电路连接层10和光学结构层30之间的半导体结构层20，其中：

半导体结构层20内包括呈阵列分布的感光像素区201和将多个感光像素区201间隔开的沟槽隔离结构202，感光像素区201包括感光元件(未图示)；可以理解的是，感光元件可以是用于将入射光转换为电子(光电荷)的任何感光性结构，例如光电二极管、光栅或光导体中的任一者，作为一优选实施例，本实施例中感光元件为光电二极管。

进一步地，沟槽隔离结构202包括浅沟槽隔离结构2021和深沟槽隔离结构2022，深沟槽隔离结构2022设置于半导体结构层20内部朝向光学结构层30的一侧，浅沟槽隔离结构2021设置于半导体结构层20内部朝向电路连接层10的一侧。可以理解的是，浅沟槽隔离结构2021通过掩膜经过淀积、图形化、刻蚀等工艺后形成凹槽，并在凹槽中填充淀积氧化物以形成与硅结构隔离的结构，通过设置浅沟槽隔离结构2021可以将若干个感光元件隔离开，一方面可以避免后续工艺对感光元件的侵蚀，另一方面可以为感光元件提供充足的闩锁保护；深沟槽隔离结构2022则是在半导体结构层20内部、与浅沟槽隔离结构2021相对的位置设置，设置深沟槽隔离结构2022的目的在于，将若干个感光元件隔离开的同时，针对其中一个感光元件通过填充氧化物的方式遮挡从其侧面入射的光路，深沟槽隔离结构2022与浅沟槽隔离结构2021的显著区别体现于深度和设置的位置，在实际工艺流程中，深沟槽隔离结构2022与浅沟槽隔离结构2021也会在不同的工艺流程中形成，从而在半导体结构中形成足够坚实的隔离效果基础上，划分出感光像素区201，避免相邻的感光元件接收到的入射光发生串扰。

可以理解的是，在一些实施方式中，在沟槽隔离结构内、深沟槽隔离结构2022与浅沟槽隔离结构2021之间还可以设置P阱隔离结构2023，用于进一步将相邻的感光像素区201隔离开；优选地，P阱隔离结构2023可通过掺杂形成，掺杂离子可选用例如硼离子、铝离子、砷离子等三五族元素离子。

光学结构层30在半导体结构层20上的投影覆盖感光元件，光学结构层30用于接收入射光并将入射光传输至半导体结构层20，在光学结构层30内靠近感光元件的一侧设置有微结构阵列3011。请参见图3，微结构阵列3011包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构3011B及阵列设置且具有第二高度的第二微结构3011C，第一高度大于或等于第二高度，且第一微结构3011B和第二微结构3011C均用于延长所述入射光的光程。

进一步地，如图3所示，微结构阵列3011包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构3011B及阵列设置且具有第二高度的第二微结构3011C；在一些可行的实施方式中，微结构阵列3011还包括由例如氧化硅或氮化硅或者其结合构成的无机物形成的基底结构3011A，第一微结构3011B和第二微结构3011C均设置于基底结构3011A远离感光元件的一侧，且第一微结构3011B和第二微结构3011C在基底结构3011A上间隔设置。

由于第一微结构3011B和第二微结构3011C均用于延长所述入射光的光程，例如图3示出的，第一微结构3011B和第二微结构3011C均可以为沿远离基底结构3011A的方向延伸形成的凸起结构，且第一微结构3011B和第二微结构3011C均选用高透过率或者透明的有机物作为形成材料；优选地，第一微结构3011B和第二微结构3011C可以均为半椭球体结构；以此作为示例，参考图3中左侧的示意图，图3中左侧的示意图示出了第一高度大于第二高度的情况，以其中一条射至第一微结构3011B的入射光为例，其中：入射光在进入第一微结构3011B时因传播介质发生改变会同时在第一微结构3011B表面发生反射、折射或者散射现象，从而产生若干条由入射光反射、折射或者散射出的光线，由于第一微结构3011B选用高透过率或者透明的有机物作为形成材料，上述光线会在第一微结构3011B内部进行多次反射、折射或者散射，从而在穿过基底结构3011A射入半导体结构层20之前使入射光的光程增加，进而使半导体结构层20中感光元件接收更多入射光。

与此同时，入射光在进入第一微结构3011B时，在第一微结构3011B的表面发生反射，其中一部分入射光会反射到第二微结构3011C的表面上，经反射的入射光在进入第二微结构3011C时因传播介质发生改变会同时在第二微结构3011C表面发生反射、折射或者散射现象，从而产生若干条由入射光反射、折射或者散射出的光线，由于第二微结构3011C选用高透过率或者透明的有机物作为形成材料，上述光线会在第二微结构3011C内部进行多次反射、折射或者散射，进而在穿过基底结构3011A射入半导体结构层20之前使入射光的光程进一步增加，进而使半导体结构层20中感光元件接收更多入射光；除此之外，入射光在第一微结构3011B的表面发生反射时，会反射一部分光线到第二微结构3011C的表面，从而在第一微结构3011B和第二微结构3011C之间发生多次反射，使入射光的光程增加，进而使半导体结构层20中感光元件接收更多入射光。

参考图3中右侧的示意图，图3中右侧的示意图示出了第一高度等于第二高度的情况，如前文所述，入射光在射至第一微结构3011B或第二微结构3011C时，会因为介质的改变发生偏转，第一微结构3011B和第二微结构3011C高度相同，相较第一微结构3011B和第二微结构3011C高度不同的方案，其入射光经过反射、折射或者散射的部分光路角度会相较后者更小。

如前文所述，第一微结构3011B和第二微结构3011C均可以为沿远离基底结构3011A的方向延伸形成的凸起结构，且第一微结构3011B和第二微结构3011C均选用高透过率或者透明的有机物作为形成材料；第一微结构3011B可以是锥体结构也可以是柱状结构，和/或，第二微结构3011C的形状可以是锥体结构也可以是柱状结构；换言之，第一微结构3011B和第二微结构3011C的形状既可以相同也可以不同，但是为了减少工艺流程数量、降低成本，优选地，在本实施例中，第一微结构3011B和第二微结构3011C的形状相同。可以理解的是，锥体结构可以是锥顶为圆角的椎体，例如前文中提到的半椭球体。图4中示出了微结构阵列的形状多种实施方式，事实上，微结构阵列的形状不限于此，图4示出的内容仅供理解或列举：

如图4-A到图4-C，第一微结构3011B和第二微结构3011C均为锥体结构，既可以是图4-A示出的具有曲形锥面的椎体结构，例如前述半椭球体，也可以是图4-B和图4-C示出的具有平直锥面的椎体结构，例如圆锥体或棱锥体，可以理解的是，当锥体结构为棱锥体时，棱锥体棱的数量不限。

如图4-D和图4-E，第一微结构3011B和第二微结构3011C均为柱状结构，既可以是图4-D示出的圆柱体结构，也可以是图4-E示出的棱柱体结构，可以理解的是，当柱状结构为棱柱体时，棱柱体棱的数量不限。

进一步地，当第一微结构3011B和/或第二微结构3011C为锥体结构时，第一微结构3011B靠近基底结构3011A一侧的表面为锥体结构的下表面，和/或，第二微结构3011C靠近基底结构3011A一侧的表面为锥体结构的下表面。

在一些可行的实施方式中，第一微结构3011B和第二微结构3011C在基底结构3011A上间隔设置的方式可以如图4-F所示，第一微结构3011B和第二微结构3011C在基底结构3011A上间隔设置的方式可以为交错设置，即在基底结构3011A表面的水平和垂直方向上，第一微结构3011B均与第二微结构3011C错开设置，这样设置的好处在于，可以增加入射光发生反射、折射或散射的次数。

在一些可行的实施方式中，微结构阵列3011可以不包括基底结构3011A，直接将第一微结构3011B和第二微结构3011C设置于光学结构层30内靠近半导体结构层20的一侧；本实施例中设置有基底结构3011A的方案中，其基底结构3011A的作用在于确保在形成第一微结构3011B或第二微结构3011C的过程中避免因为微结构阵列3011的制作工艺损耗半导体结构层20靠近光学结构层30一侧的表面导致出现凹凸不平的情况、影响感光元件接收入射光线的效率。

进一步地，光学结构层30包括在垂直方向上依次层叠设置的层间介质层301、若干滤色器302和若干微透镜303，其中：

层间介质层301整体设置于半导体层20远离光学结构层30的一侧，微结构阵列3011设置于层间介质层301内，故在一些情况下，层间介质层301也可以设置为与半导体层20接触设置；层间介质层301包括栅格结构3012，沟槽隔离结构202在电路连接层10上的正投影覆盖栅格结构3012在电路连接层10上的正投影，在一些情况下，沟槽隔离结构202在电路连接层10上的正投影和栅格结构3012在电路连接层10上的正投影可以为相同大小。可以理解的是，栅格结构3012用于遮挡从感光元件所对应的滤色器302相邻的滤色器302入射的光路，避免出现混色现象。

在本实施例中，基底结构3011A的材质与层间介质层301的材质相同。由于层间介质层301位于光学结构层30内部朝向半导体结构层20的一侧，通常情况下层间介质层301设置的目的在于与将光学装置和半导体结构层20隔离开，避免互相干扰，因此通常选用稳定性较好的无机材料作为层间介质层301，例如氧化物或者氮化物等。

可选地，栅格结构3012可以为金属结构，作为一种优选的实施方式，栅格结构3012的制成材料包括铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)等在内的金属材料、氧化物、氮化物、硅化物的其中一种或多种。

在本申请提供的图像传感器中，光学结构层30还包括若干滤色器302和若干微透镜303，多个滤色器302呈阵列分布，可以是每个滤色器302对应一个感光像素区201。微透镜303具有聚光作用，使光线汇聚至感光元件上，以增加感光元件对光线的接收性能。任意一个感光像素区201对应一个滤色器302和一个微透镜303，也即任意一个滤色器302对应一个微透镜303，与此同时，任意一个滤色器302对应一个感光元件，感光元件、滤色器302和微透镜303互为一一对应的关系。微透镜303在电路连接层10上的正投影位于滤色层302在电路连接层10上的正投影内，且滤色层302在电路连接层10上的正投影覆盖半导体结构层20在电路连接层10上的正投影。换言之，在垂直方向上，感光元件、滤色器302和微透镜303互为一一对应的关系且三者同轴。滤色器302包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，在一些可选的实施方式中，滤色器302也可以包括红(R)、绿(G)、蓝(B)、白(W)四种颜色，实际上滤色器302可以包含更多颜色，本申请实施例对此不做限制，作为一种优选的实施方式，本申请所提供的图像传感器中滤色器302包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，换言之，滤色器302可以按照拜耳阵列的方式排布。

进一步地，电路连接层10包括若干阵列设置的栅极结构101，栅极结构101与感光元件对应设置；除此之外，电路连接层10包括若干沿垂直方向间隔排布并沿水平方向延伸的金属走线以及两个相邻的金属走线之间的桥接走线(未图示)。

实施例一公开的图像传感器包括电路连接层10、光学结构层30以及位于电路连接层10和光学结构层30之间的半导体结构层20，通过在光学结构层30中设置包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构3011B及阵列设置且具有第二高度的第二微结构的微结构阵列3011C，其中，第一高度大于或等于第二高度，且第一微结构3011B和第二微结构3011C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30进入半导体结构层20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20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。

实施例二

请参照图5和图6，本申请实施例提供了一种图像传感器的制作方法，具体地，该制作方法包括：

S1：形成半导体结构层20，半导体结构层20内包括呈阵列分布的多个感光像素区201和将多个感光像素区间隔开的沟槽隔离结构202；

S2：在半导体结构层20的一侧形成电路连接层10；

S3：在半导体结构层20远离电路连接层10的一侧形成光学结构层30；

S4：在光学结构层30内朝向半导体结构层20的一侧形成微结构阵列3011，微结构阵列3011包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构3011B及阵列设置且具有第二高度的第二微结构3011C，第一高度大于或等于第二高度。

如图5所示，在本申请实施例提供了一种图像传感器的制作方法中，步骤S1中，形成半导体结构层20的工艺具体包括以下内容：

提供第一晶圆100，在第一晶圆100上形成外延层(EPI)，外延层可以是在第一晶圆100上沉积单晶层，也可以通过掺杂的形式将外延层生长在第一晶圆100上，本申请实施例对此不做限制；

形成若干间隔设置的沟槽隔离结构202，沟槽隔离结构202包括浅沟槽隔离结构2021，在一些实施方式中还可以包括掺杂隔离解构2023。具体地，在外延层上制备浅沟槽隔离结构2021，制备浅沟槽隔离结构2021通常采用硅化物作为硬掩膜对硅结构进行刻蚀以形成沟槽，在一些实施方式中，还可以将多余的部分平坦化以保留沟槽，在沟槽中填充无机物以形成隔离结构，以阻挡后续进行掺杂工艺离子流动的方向，因此能够起到划分感光像素区201的效果，无机物可以选用氧化硅等较为稳定的无机材料，亦可以填充金属化合物以提升强度和对光的遮蔽能力，例如氧化铝、氧化钽等。

可以理解的是，为了保证在后续工艺中，提升阻挡相邻感光像素区201内逸出的电子通过感光像素区201未被浅沟槽隔离结构2021遮挡的硅结构迁移至相邻的感光像素区201的能力，还可以在浅沟槽隔离结构2021延伸方向的一侧设置P阱隔离结构2023，P阱隔离结构2023向外延层内部延伸，用于进一步将相邻的感光像素区201隔离开；优选地，P阱隔离结构2023可以采用P型离子掺杂隔离，P型离子可选用例如硼离子、铝离子、砷离子等三五族元素离子。

在相邻两个沟槽隔离结构202之间制备感光元件和掺杂结构以形成半导体结构层20，感光像素区201为感光元件(未图示)的实际受光范围。具体地，对第一晶圆100进行处理以形成半导体结构层20，半导体结构层20用于承载感光元件，半导体结构层20包括呈阵列分布的多个感光像素区201，感光像素区201包括感光元件，因此感光像素区201实际上也可以理解为是感光元件的受光区域，实际上感光像素区201包括硅结构(未图示)，感光元件则是在硅结构上通过掺杂等方式形成。

如图5所示，在本申请实施例提供了一种图像传感器的制作方法中，步骤S2中，在半导体结构层20的一侧形成电路连接层10的工艺具体包括以下内容：

在电路连接层10对应半导体结构层20中的位置设置栅极结构102，栅极结构102既可以是传输晶体管也可以是源跟随晶体管，还可以是其他类型的晶体管结构，本申请实施例对此不作限制；感光元件与栅极结构102电性连接，通过栅极结构102实现在获取、读出光电信号等环节对感光元件的控制。在栅极结构102远离半导体结构层20的一侧形成电路连接层10，电路连接层10包括若干沿垂直方向间隔排布并沿水平方向延伸的金属走线以及两个相邻的金属走线之间的桥接走线(未图示)，电路连接层10中最靠近半导体结构层20的金属走线与栅极结构102实现电连接。

请参照图6中示出的内容，在本申请实施例提供了一种图像传感器的制作方法中，步骤S3中，在半导体结构层20远离电路连接层10的一侧形成光学结构层30的工艺具体包括以下内容：

提供第二晶圆200，以第一晶圆100上电路连接层10远离半导体结构层20一侧的表面作为键合面，与第二晶圆200进行键合；作为一种可选的实施方式，第一晶圆100实际为器件晶圆(Device Wafer)，而第二晶圆200实际为承载晶圆(Carry Wafer)，本申请实施例提供的器件晶圆用于设置感光元件在内的器件，而本实施例提供的承载晶圆一般作为后续工艺的承载基体；在其他实施方式中，也可以第一晶圆100和第二晶圆200均可以为器件晶圆(Device Wafer)，第二晶圆200可以用于设置包括存储器、图像信号处理单元等在内的器件。作为一种优选的实施方式，本申请实施例中的第二晶圆200为承载晶圆。在以第一晶圆100上电路连接层10远离半导体结构层20一侧的表面作为键合面与第二晶圆200进行键合之后，将外延层从远离感光元件的一侧沿靠近电路连接层10的方向磨平至P阱隔离结构2023。

针对步骤S3，具体地：在沟槽隔离结构202远离电路连接层10的一侧的表面开设凹槽以形成深沟槽隔离结构2022，且深沟槽隔离结构2022向沟槽隔离结构202内部延伸；可以理解的是，深沟槽隔离结构2022的底面与浅沟槽隔离结构2021间隔设置，在设置有P阱隔离结构2023的方案中，沟槽隔离结构202内部即是指P阱隔离结构2023内部；制备深沟槽隔离结构2022通常采用硅化物作为硬掩膜对硅结构进行刻蚀以形成沟槽，在一些实施方式中，还可以将多余的部分平坦化以保留沟槽，在沟槽中填充无机物以形成隔离结构，以阻挡后续进行掺杂工艺离子流动的方向，因此能够起到划分感光像素区201的效果，无机物可以选用氧化硅等较为稳定的无机材料，亦可以填充金属化合物以提升强度和对光的遮蔽能力，例如氧化铝、氧化钽等。

可以理解的是，在本申请实施例中，沿垂直于电路连接层10的方向剖切本申请提供的图像传感器，深沟槽隔离结构2022的截面呈现倒梯形或者矩形的形状，沿垂直于电路连接层10的方向剖切本申请提供的图像传感器，深沟槽隔离结构2022的截面可以设置为不同的形状，不局限于倒梯形或者矩形，在一些实施方式中，也可以是正梯形或者其他形状，但作为本申请的一项优选的实施方式，深沟槽隔离结构2022的截面呈现倒梯形或者矩形的形状。

进一步地，在半导体结构层20远离电路连接层10的一侧的表面形成层间介质层301；如图6所示，层间介质层301位于光学结构层30内部朝向半导体结构层20的一侧，通常情况下层间介质层301设置的目的在于与将光学装置和半导体结构层20隔离开，避免互相干扰，因此通常选用稳定性较好的无机材料作为层间介质层301，例如氧化物或者氮化物等。

在层间介质层301远离半导体结构层20的一侧依次形成若干滤色器302和若干微透镜303，其中：多个滤色器302呈阵列分布，可以是每个滤色器302对应一个感光像素区201。微透镜303具有聚光作用，使光线汇聚至感光元件上，以增加感光元件对光线的接收性能。任意一个感光像素区201对应一个滤色器302和一个微透镜303，也即任意一个滤色器302对应一个微透镜303，与此同时，任意一个滤色器302对应一个感光元件，感光元件、滤色器302和微透镜303互为一一对应的关系。

微透镜303在电路连接层10上的正投影位于滤色层302在电路连接层10上的正投影内，且滤色层302在电路连接层10上的正投影覆盖半导体结构层20在电路连接层10上的正投影。换言之，在垂直方向上，感光元件、滤色器302和微透镜303互为一一对应的关系且三者同轴。滤色器302包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，在一些可选的实施方式中，滤色器302也可以包括红(R)、绿(G)、蓝(B)、白(W)四种颜色，实际上滤色器302可以包含更多颜色，本申请实施例对此不做限制，作为一种优选的实施方式，本申请所提供的图像传感器中滤色器302包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，换言之，滤色器302按照拜耳阵列的方式排布。

可以理解的是，实施例一的图像传感器和实施例二中的图像传感器的最终形态均未示出第一晶圆100和第二晶圆200，实际上实施例一的图像传感器和实施例二中的图像传感器的最终形态均包括第一晶圆100和第二晶圆200，为了方便阅读和理解，实施例一和实施例二所对应的附图均未将第一晶圆100和第二晶圆200在实施例一的图像传感器和实施例二中的图像传感器的最终形态中予以表示说明。

请参照图7中示出的内容，根据步骤S4中记载的，在光学结构层30内朝向半导体结构层20的一侧形成微结构阵列3011，微结构阵列3011包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构3011B及阵列设置且具有第二高度的第二微结构3011C，第一高度大于或等于第二高度。进一步地，步骤S4可以包括以下步骤：

S41：在半导体结构层20远离电路连接层10的一侧形成阵列设置且具有第二高度的第二微结构3011C；

S42：以第二微结构3011C为基准，在相邻的两个第二微结构3011C之间形成阵列设置且具有第一高度的第一微结构3011B。

图7示出了当第一微结构3011B和第二微结构3011C为半椭球体时的情况，事实上，在本实施例中，第一微结构3011B可以是锥体结构也可以是柱状结构，和/或，第二微结构3011C的形状可以是锥体结构也可以是柱状结构；换言之，第一微结构3011B和第二微结构3011C的形状既可以相同也可以不同，但是为了减少工艺流程数量、降低成本，优选地，在本实施例中，第一微结构3011B和第二微结构3011C的形状相同。可以理解的是，锥体结构可以是锥顶为圆角的椎体，例如前文中提到的半椭球体。如图7所示，具体工艺步骤如下：

提供基底结构3011A，基底结构3011A的材质选择与层间介质层301相同，在一些可行的实施方式中，微结构阵列3011可以不包括基底结构3011A，直接将第一微结构3011B和第二微结构3011C设置于光学结构层30内靠近半导体结构层20的一侧；本实施例中设置有基底结构3011A的方案中，其基底结构3011A的作用在于确保在形成第一微结构3011B或第二微结构3011C的过程中避免因为微结构阵列3011的制作工艺损耗半导体结构层20靠近光学结构层30一侧的表面导致出现凹凸不平的情况、影响感光元件接收入射光线的效率。

在基底结构3011A的一侧，具体地说，在基底结构3011A远离半导体结构层20的一侧形成第二有机物3011C’，形成方式可以是旋涂、涂布等方式，本实施例对第二有机物3011C’的形成方式不作具体限制。在第二有机物3011C’远离基底结构3011A的一侧形成第一硬掩膜3010，硬掩膜通常为通过化学气相沉积(CVD)工艺形成的无机薄膜材料，通过对第一硬掩膜3010进行光刻，可以形成第二微结构3011C的限位孔，以限位孔为基准对第二有机物3011C’进行干刻，干刻后去除第一硬掩膜3010，对干刻后保留的第二有机物3011C’进行高温热回流(reflow)工艺以形成第二微结构3011C。

可选地，在形成第二微结构3011C之后，可以采用湿刻的方式，调整或修饰第二微结构3011C的边缘轮廓。

在形成第二微结构3011C之后，可以在第二微结构3011C远离基底结构3011A的一侧形成第一有机物3011B’，形成方式可以是旋涂、涂布等方式，本实施例对第一有机物3011B’的形成方式不作具体限制。在第一有机物3011B’远离第二微结构3011C的一侧形成第二硬掩膜3010’，与第一硬掩膜3010相同，第二硬掩膜3010’也是通过化学气相沉积(CVD)工艺形成的无机薄膜材料，通过对第二硬掩膜3010’进行光刻，可以形成与第二微结构3011C在垂直方向上错开的限位孔，以限位孔为基准对第一有机物3011B’进行干刻，干刻后去除第二硬掩膜3010’，对干刻后保留的第一有机物3011B’进行高温热回流(reflow)工艺以在相邻的第二微结构3011C之间形成第一微结构3011B。

第一微结构3011B具有第一高度，第二微结构3011C具有第二高度，第一高度大于或等于第二高度。可以理解的是，第一微结构3011B和第二微结构3011C的高度既可以相同也可以不同，本实施例对此不作限定。图7示出的是第一微结构3011B的高度大于第二微结构3011C的高度的情况。第一微结构3011B和第二微结构3011C呈现间隔设置，在一些可选的实施方式中，第一微结构3011B和第二微结构3011C可以在基底结构3011A或者半导体结构层20的表面上呈现垂直与水平方向均交错设置的形貌。

可选地，在相邻的第二微结构3011C之间形成第一微结构3011B之后，可以采用湿刻的方式，调整或修饰第一微结构3011B的边缘轮廓。

实施例三

本申请还提供了一种电子设备，包括上述实施例所提供的图像传感器。

综上所述，本申请提供的上述实施例公开的图像传感器，包括电路连接层10、光学结构层30以及位于电路连接层10和光学结构层30之间的半导体结构层20，通过在光学结构层30中设置包括阵列设置且具有第一高度的第一微结构3011B及阵列设置且具有第二高度的第二微结构的微结构阵列3011C，其中，第一高度大于或等于第二高度，且第一微结构3011B和第二微结构3011C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30进入半导体结构层20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20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。

以上所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制本申请的保护范围，而仅仅是表示本申请的选定实施例。基于此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。此外，基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下可获得的所有其它实施例，都应属于本申请保护的范围。

Claims (10)

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：

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；

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；

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。

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：

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；

在所述半导体结构层的一侧形成电路连接层；

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；

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。

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：

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；

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。

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。