CN215988760U - 图像传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种图像传感器，包括电路连接层、光学结构层以及半导体结构层，半导体结构层内具有多个感光像素区以及将多个感光像素区间隔开并贯穿半导体结构层的沟槽隔离结构，沟槽隔离结构包括相互对应的反射结构和吸光结构，反射结构靠近光学结构层的一端并用于反射光线，吸光结构靠近电路连接层的一端并用于吸收光线，吸光结构朝向电路连接层的一端伸入电路连接层内并与电路连接层电性连接。反射结构可以增加感光元件对光线的接收性能，吸光结构可以吸收靠近电路连接层附近的光线，从而避免或减少光线在电路连接层附近发生串扰，而且吸光结构与电路连接层电性连接，从而可以在吸光结构上施加负电压，以降低暗电流。

Description

图像传感器

技术领域

本实用新型涉及图像传感器技术领域，特别是涉及一种图像传感器。

背景技术

图像传感器是指将光信号转换为电信号的装置，通常大规模商用的图像传感器芯片包括电荷耦合器件(CCD)和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器芯片两大类。

CMOS图像传感器和传统的CCD传感器相比，具有低功耗，低成本和与CMOS工艺兼容等特点，因此得到越来越广泛的应用。现在CMOS图像传感器不仅用于消费电子领域，例如微型数码相机(DSC)，手机摄像头，摄像机和数码单反(DSLR)中，而且在汽车电子，监控，生物技术和医学等领域也得到了广泛的应用。

CMOS图像传感器的像素单元是图像传感器实现感光的核心器件。最常用的像素单元为包含一个光电二极管和多个晶体管的有源像素结构。这些器件中光电二极管是感光单元，实现对光线的收集和光电转换，其它的MOS晶体管是控制单元，主要实现对光电二极管的选中，复位，信号放大和读出的控制。

CMOS图像传感器按照入射光进入光电二极管的路径不同，可以分为前照式和背照式两种图像传感器，前照式是指入射光从靠近电路连接层的一面进入光电二极管的图像传感器，而背照式是指入射光从远离电路连接层的一面进入光电二极管的图像传感器。

为了提高CMOS图像传感器中光电二极管的面积和减少介质层对入射光的损耗，我们可以采用背照式CMOS图像传感器工艺，即入射光从硅片的背面进入光电二极管，从而减小介质层对入射光的损耗，提高像素单元的灵敏度。

硅材料对入射光的吸收系数随波长的增大而减小。常规像素单元通常使用红、绿、蓝三原色的滤光层。其中红光在硅片中的吸收位置最深，而蓝光最浅。蓝光在最靠近硅片表面的位置被吸收，其吸收系数最高；红光进入硅片最深，其吸收系数最低；绿光的吸收系数介于蓝光和红光两者之间，而近红外光的吸收需要大于2.3微米的吸收厚度。所以，现有的背照式CMOS图像传感器对于接收红色光线及近红外光线的性能较差，导致暗场效果的光线捕捉能力及成像能力较差。

现有的背照式CMOS图像传感器为了增加对收红色光线及近红外光线的接收性能，通常会在背照式CMOS图像传感器上通过加厚感光元件的厚度或在感光元件上增加些微结构进行光线发散，虽然这增强了背照式CMOS图像传感器对收红色光线及近红外光线的接收性能，但也会增加了光学串扰，影响成像。

而且，在现有背照式CMOS图像传感器的像素中，在光电转换单元(光电二极管)与电介质材料有界面的地方容易产生暗电流，这是影响图像传感器的信噪比及图像质量的一个重要因素。目前常用的改善技术方案有三大类，第一种是在有界面的地方对半导体材料进行P型掺杂，使界面产生的电荷能与P型掺杂杂质复合而不容易产生界面暗电流。第二种是在半导体界面处制备带有负电荷的介电层，例如Al2O3，该介电层会在半导体的界面附近感生出一个P型层，同样能够起到抑制暗电流的作用。第三种是在半导体界面处加一负电位，使半导体界面附近感生出P型层从而抑制暗电流。

但是，在目前的背照式CMOS图像传感器中，没有既能防止光学串扰又能抑制暗电流的方案，而现有抑制暗电流的方案比较复杂，大大增加了制作成本。所以现在急需一款既能防止光学串扰又能抑制暗电流的CMOS图像传感器。

实用新型内容

为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本实用新型的目的在于提供一种图像传感器，以解决现有技术中CMOS图像传感器存在光学串扰和暗电流的问题。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

本实用新型提供一种图像传感器，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，所述半导体结构层内具有呈阵列分布的多个感光像素区以及将多个所述感光像素区间隔开并贯穿半导体结构层的沟槽隔离结构，所述感光像素区内设有感光元件，所述沟槽隔离结构包括相互对应的反射结构和吸光结构，所述反射结构位于所述沟槽隔离结构靠近所述光学结构层的一端并用于反射光线，所述吸光结构位于所述沟槽隔离结构靠近所述电路连接层的一端并用于吸收光线，所述吸光结构朝向所述电路连接层的一端伸入所述电路连接层内并与所述电路连接层电性连接，在工作状态时，所述电路连接层向所述吸光结构施加负电压。

进一步地，所述电路连接层包括绝缘层以及设于所述绝缘层内的第一导电线路和第二导电线路，所述第一导电线路与栅极层连接，所述吸光结构朝向所述电路连接层的一端伸入所述绝缘层内并与所述第二导电线路电性连接。

进一步地，所述反射结构由折射率低于所述半导体结构层的折射率的材料制成。

进一步地，所述半导体结构层朝向所述光学结构层的一侧设有反射层，所述反射层能够透射所述光学结构层一侧的光线并反射所述半导体结构层一侧的光线。

进一步地，所述反射层与所述反射结构采用相同的材料，所述反射层和所述反射结构的折射率低于所述半导体结构层的折射率。

进一步地，所述沟槽隔离结构还包括保护层结构，所述保护层结构位于所述半导体结构层内并覆盖在所述反射结构和所述吸光结构的表面。

进一步地，所述反射结构与所述保护层结构采用相同的材料，所述反射结构和所述保护层结构的折射率低于所述半导体结构层的折射率。

本实用新型有益效果在于：通过在半导体结构层内设置沟槽隔离结构，沟槽隔离结构靠近光学结构层的一端为具有反射光线的反射结构，以增加光线的接收性能，还可避免或减少光线在靠近光学结构层附近产生光学串扰；沟槽隔离结构靠近电路连接层的一端为具有吸收光线的吸光结构，吸光结构可以吸收射入电路连接层附近的光线，从而避免或减少光线在电路连接接层附近发生串扰，而且吸光结构与电路连接层电性连接，从而可以向吸光结构上施加负电压，并使吸光结构的周围与半导体结构层形成P型区，以降低暗电流。

附图说明

图1是本实用新型实施例一中图像传感器的纵截面结构示意图；

图2是本实用新型实施例一中图像传感器的横截面结构示意图；

图3a-3j是本实用新型实施例一中图像传感器的制作方法的结构流程图；

图4是本实用新型实施例二中图像传感器的横截面结构示意图；

图5a-5h是本实用新型实施例二中图像传感器的制作方法的结构流程图；

图6是本实用新型实施例三中图像传感器的横截面结构示意图；

图7是本实用新型实施例四中图像传感器的纵截面结构示意图；

图8a-8j是本实用新型实施例一中图像传感器的制作方法的结构流程图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的图像传感器的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

[实施例一]

图1是本实用新型实施例一中图像传感器的纵截面结构示意图，图2是本实用新型实施例一中图像传感器的横截面结构示意图，图3a-3j是本实用新型实施例一中图像传感器的制作方法的结构流程图。

如图1至图2所示，本实用新型实施例一提供的一种图像传感器，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，半导体结构层20内具有呈阵列分布的多个感光像素区21以及将多个感光像素区21间隔开并贯穿半导体结构层20的沟槽隔离结构22，感光像素区21内设有感光元件(光电二极管)。沟槽隔离结构22包括相互对应的反射结构221和吸光结构222，反射结构221位于沟槽隔离结构22靠近光学结构层30的一端并用于反射光线，吸光结构222位于沟槽隔离结构22靠近电路连接层10的一端并用于吸收光线，吸光结构222朝向电路连接层10的一端伸入电路连接层10内并与电路连接层10电性连接，在工作状态时，电路连接层10向吸光结构222施加负电压，即沟槽隔离结构22分为两个部分，靠近光学结构层30的部分为反射结构221，靠近电路连接层10的部分为吸光结构222，工作状态时吸光结构222上被施加负电压。

其中，电路连接层10和半导体结构层20在每个感光像素区21内会形成传输晶体管(M_TX)、复位晶体管(M_RS)以及放大晶体管(M_RD)等，其具体的结构可以参考现有技术，这里不再赘述。但在本实施例中，电路连接层10会额外设置一个线路来给吸光结构222进行供电，优选地，电路连接层10向吸光结构222施加负电压，以在吸光结构222周围的半导体结构层20形成P型区，从而降低暗电流。

本实用新型通过在半导体结构层20内设置沟槽隔离结构22，沟槽隔离结构22靠近光学结构层30的一端为具有反射光线的反射结构221，以增加光线的接收性能，还可避免或减少光线在靠近光学结构层30附近产生光学串扰；沟槽隔离结构22靠近电路连接层10的一端为具有吸收光线的吸光结构222，吸光结构222可以吸收射入电路连接层10附近的光线，从而避免或减少光线在电路连接层10附近发生串扰，而且吸光结构222与电路连接层10电性连接，从而可以向吸光结构222上施加负电压，并使吸光结构222的周围与附近的半导体结构层20形成P型区，以降低暗电流。

其中，图像传感器为背照式(BSI，Backside illumination)图像传感器，电路连接层10用于将感光元件的信息进行处理和传输以及用于向吸光结构222施加电信号。光学结构层30包括滤色层31和微透镜阵列结构32，滤色层31包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，多个滤色层31呈阵列分布，每个滤色层31对应一个像素单元。微透镜阵列结构32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。每个像素单元可以包括一个像素，也可以包括多个共享像素。至于背照式图像传感器更详细的介绍请参考现有技术，这里不再赘述。

本实施例中，电路连接层10包括绝缘层11以及设于绝缘层11内的第一导电线路12和第二导电线路13，吸光结构222朝向电路连接层10的一端伸入绝缘层11内并与第二导电线路13电性连接以通过所述第二导电线路13接负电压，所述第一导电线路12与栅极层121连接以使得栅极层121对应的各个晶体管获得工作电压，所述第一导电线路12和所述第二导电线路13为各自独立的电路结构，两者对应的各金属层位于相同的层并由同一道工艺制成。绝缘层11是由多次堆叠工艺制作而成，如图3f所示，绝缘层11包括第一绝缘层111、第二绝缘层112、第三绝缘层113以及第四绝缘层114，当然，在实际制作过程，绝缘层11还可包括更多的层级堆叠而成，这里不再具体陈述。电路连接层10包括栅极层121、第一导电柱层122、第一金属层123、第二导电柱层124以及第二金属层125，当然，在实际中，电路连接层10还包括其他结构，以形成传输晶体管(M_TX)、复位晶体管(M_RS)、放大晶体管(M_RD)以及其他电路等，这里不再具体陈述。在本实施例中，电路连接层10通过第一金属层123、第二导电柱层124以及第二金属层125与吸光结构222电性连接，以将吸光结构222与外部电路连接，从而给吸光结构222施加电信号。当然，电路连接层10与吸光结构222的连接结构也可以根据实际情况进行调整，并不以此为限。

进一步地，沟槽隔离结构22还包括保护层结构223，保护层结构223位于半导体结构层20内并覆盖在反射结构221和吸光结构222的表面，即反射结构221、吸光结构222与半导体结构层20之间通过保护层结构223间隔开。

本实施例中，反射结构221由折射率低于半导体结构层20的折射率的电介质材料制成。吸光结构222采用钨(W)或氮化钛(TiN)制成。优选地，反射结构221的折射率n小于2.5，使反射结构221与半导体结构层20之间形成全反射，反射结构221可以采用氧化物(OX)、氮化硅(SiN)、高介电材料或空气。当然，吸光结构222也可以采用其他的吸光材料。其中，保护层结构223可以与反射结构221采用相同的材料，使得反射结构221可以与保护层结构223采用同一道工艺制成，以减少制作工艺复杂度。当然，保护层结构223也可以采用与反射结构221不同的材料，保护层结构223与反射结构221各自采用一道工艺制成。

进一步地，反射结构221的高度大于沟槽隔离结构22高度的二分之一，吸光结构222位于半导体结构层20中的部分小于沟槽隔离结构22高度的二分之一。本实施例中，半导体结构层20的厚度和沟槽隔离结构22的高度均为2～15um，沟槽隔离结构22的宽度是0.1～0.3um。

如图2所示，在本实施例中，吸光结构222的横截面为连续式结构，即，吸光结构222的横截面为多个相互交叉的条状结构，每个像素单元周围的吸光结构222上没有间隙。

进一步地，电路连接层10和半导体结构层20之间还可设有第一介质层，以增加电路连接层10和半导体结构层20接触面的平整性。半导体结构层20与光学结构层30之间还可设有第二介质层，以增加半导体结构层20与光学结构层30接触面的平整性。

如图3a-3j所示，本实施例还提供一种图像传感器的制作方法，该制作方法用于制作如上所述的图像传感器，该制作方法包括：

如图3a所示，在半导体衬底20a的第一表面形成第一沟槽201，具体地，半导体衬底20a具有相对的第一表面和第二表面，其中第二表面通常是通过翻转后，进行化学机械抛光使得半导体衬底20a变薄，并形成半导体衬底20a的第二表面。首先在半导体衬底20a的第一表面蚀刻并形成第一沟槽201，第一沟槽201的俯视形状与沟槽隔离结构22的俯视形状相同。

如图3b所示，在第一沟槽201内填充第一介质保护层223a。具体地，半导体衬底20a上覆盖一层绝缘膜，绝缘膜覆盖在半导体衬底20a的第一表面和第一沟槽201中，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第一表面的绝缘膜，保留第一沟槽201内的绝缘膜并形成第一介质保护层223a。

进一步地，在半导体衬底20a的第一表面覆盖第一绝缘层111。本实施例中，第一绝缘层111覆盖住第一介质保护层223a。当然，其他实施例中，第一绝缘层111和第一介质保护层223a可以采用相同的材料，使得第一绝缘层111和第一介质保护层223a可以采用同一道工艺制成，而且还不用去除掉覆盖在第一表面的绝缘膜，简化了制作工艺。

如图3c所示，在第一绝缘层111上制作栅极层121以及覆盖栅极层121的第二绝缘层112。具体地，在第一绝缘层111上覆盖多晶硅或者金属薄膜并蚀刻形成图案化的栅极层121，然后再制作覆盖栅极层121的第二绝缘层112。其中，第一绝缘层111可以为栅极氧化层，并通过沉积工艺或者氧化工艺制作而成。

如图3d所示，对第二绝缘层112和第一绝缘层111进行蚀刻并形成与沟槽隔离结构22对应的第一接触孔101以及与栅极层121对应第二接触孔102，第一接触孔101伸入第一沟槽201之中，即在蚀刻出第一接触孔101时，还需要刻蚀部分的第一介质保护层223a，保留第一沟槽201内壁上的第一介质保护层223a。其中，由于第二接触孔102对应的栅极层121能够阻挡蚀刻，第一接触孔101和第二接触孔102可以采用一道蚀刻工艺制成。

如图3e所示，在第一接触孔101内填充光吸收材料222a并形成吸光结构222，在第二接触孔102内填充导电材料并形成第一导电柱层122。具体地，吸光结构222与第一导电柱层122可以采用相同材料制成，即吸光结构222和第一导电柱层122采用既具有吸光特性又具有良好的导电性能的材料制成，从而使得吸光结构222和第一导电柱层122可以采用一道工艺制成。当然，吸光结构222和第一导电柱层122也可采用不同的材料制成，并分别采用两道工艺制成。

进一步地，在第二绝缘层112上形成与吸光结构222和第一导电柱层122导电连接的连接电路。其中，连接电路由导电柱和金属导线层构成。具体地，如图3f所示，在第二绝缘层112覆盖图案化的第一金属层123并分别与吸光结构222和第一导电柱层122导电连接。其中，吸光结构222、第一导电柱层122采用相同的材质并采用同一道工艺制成，然后在第二绝缘层112形成第三绝缘层113并覆盖住第一金属层123，对第三绝缘层113进行蚀刻并在第一金属层123对应位置形成接触孔。第二导电柱层124和第二金属层125可以采用相同的导电材料制成，在第三绝缘层113上制作一层金属膜并覆盖住第三绝缘层113中的接触孔，对金属膜进行蚀刻形成第二导电柱层124和第二金属层125。当然，第二导电柱层124和第二金属层125也可采用不同的导电材质制成，则第二导电柱层124和第二金属层125需采用两道工艺分别制作而成。

如图3g所示，在本实施例中，第一沟槽201的深度等于吸光结构222位于半导体衬底20a部分的高度，即第一沟槽201用于后续制作吸光结构222。在半导体衬底20a远离电路连接层10的第二表面还需形成与第一沟槽201对应的第二沟槽202。具体地，在半导体衬底20a的第二表面蚀刻并形成第二沟槽202，第二沟槽202的俯视形状与沟槽隔离结构22的俯视形状相同。当然，在其他实施例中，第一沟槽201的深度可以等于吸光结构222位于半导体衬底20a部分的高度与反射结构221的高度之和，即第一沟槽201用于后续制作反射结构221和吸光结构222，从而无需再蚀刻第二沟槽202以及制作第二介质保护层223b，可参考实施例二中的图5a-图5g所示。

如图3h所示，在第二沟槽202内形成第二介质保护层223b。本实施例中，第二介质保护层223b与反射结构221分别采用不同的材料，然后对第二介质保护层223b进行蚀刻，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第二表面上的第二介质保护层223b，保留第二沟槽202内壁上的第二介质保护层223b，第一介质保护层223a和第二介质保护层223b共同形成保护层结构223。当然，在其他实施例中，第二介质保护层223b和反射结构221可以采用相同的材料，第二介质保护层223b和反射结构221的折射率低于半导体衬底20a的折射率，从而使得第二介质保护层223b和反射结构221可以通过一道工艺制成，而且无需对第二沟槽202内的第二介质保护层223b进行蚀刻，第二介质保护层223b直接作为反射结构221，简化制作工艺，可参考实施例二中的图5g-图5h所示。

如图3i所示，在第二沟槽202内填充反光材料221a并形成反射结构221，反光材料221a的折射率低于半导体衬底20a的折射率，位于半导体结构层20中的反射结构221与吸光结构222共同形成沟槽隔离结构22的中心结构。具体地，在半导体衬底20a的第二表面覆盖一层反光材料221a，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第二表面上的反光材料221a，保留第二沟槽202内的反光材料221a，反光材料221a与第二沟槽202的内壁之间通过第二介质保护层223b隔开。

如图3j所示，在半导体衬底20a远离电路连接层10的第二表面制作光学结构层30。光学结构层30包括滤色层31和微透镜阵列结构32等，滤色层31包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，多个滤色层31呈阵列分布，每个滤色层31对应一个像素单元。微透镜阵列结构32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。光学结构层30的具体制成方法可以参考现有技术，这里不再赘述。

[实施例二]

图4是本实用新型实施例二中图像传感器的横截面结构示意图。如图4所示，本实用新型实施例二提供的图像传感器与实施例一(图1至图2)中的图像传感器基本相同，不同之处在于，在本实施例中，反射结构221与保护层结构223采用相同的材料，反射结构221和保护层结构223的折射率低于半导体结构层20的折射率。从而反射结构221可以和保护层结构223一同制成，可以简化制作工艺。

如图5a-5h所示，本实施例还提供一种图像传感器的制作方法，该制作方法用于制作如上所述的图像传感器，该制作方法包括：

如图5a所示，在半导体衬底20a的第一表面形成第一沟槽201，具体地，半导体衬底20a具有相对的第一表面和第二表面，在半导体衬底20a的第一表面蚀刻并形成第一沟槽201，第一沟槽201的俯视形状与沟槽隔离结构22的俯视形状相同。本实施例中，第一沟槽201的深度等于吸光结构222位于半导体衬底20a部分的高度与反射结构221的高度之和，即第一沟槽201用于后续制作反射结构221和吸光结构222，从而无需再蚀刻第二沟槽202。但是，第一沟槽201不能将半导体衬底20a刻蚀穿透，不然会漏料以及感光像素区21会发生活动。

如图5b所示，在第一沟槽201内填充第一介质保护层223a。具体地，半导体衬底20a上覆盖一层绝缘膜，绝缘膜覆盖在半导体衬底20a的第一表面和第一沟槽201中，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第一表面的绝缘膜，保留第一沟槽201内的绝缘膜并形成第一介质保护层223a，从而无需再制作第二介质保护层223b。

进一步地，在半导体衬底20a的第一表面覆盖第一绝缘层111。本实施例中，第一绝缘层111覆盖住第一介质保护层223a。当然，其他实施例中，第一绝缘层111和第一介质保护层223a可以采用相同的材料，使得第一绝缘层111和第一介质保护层223a可以采用同一道工艺制成，而且还不用去除掉覆盖在第一表面的绝缘膜，简化了制作工艺。

如图5c所示，在第一绝缘层111上制作栅极层121以及覆盖栅极层121的第二绝缘层112。具体地，在第一绝缘层111上覆盖一金属薄膜并蚀刻形成图案化的栅极层121，然后再制作覆盖栅极层121的第二绝缘层112。其中，第一绝缘层111可以为栅极氧化层，并通过沉积工艺或者氧化工艺制作而成。

如图5d所示，对第二绝缘层112和第一绝缘层111进行蚀刻并形成与沟槽隔离结构22对应的第一接触孔101以及与栅极层121对应第二接触孔102，第一接触孔101伸入第一沟槽201之中，即在蚀刻出第一接触孔101时，还需要刻蚀部分的第一介质保护层223a，保留第一沟槽201内壁上的第一介质保护层223a以及靠近第二表面一端的第一介质保护层223a。其中，由于第二接触孔102对应的栅极层121能够阻挡蚀刻，第一接触孔101和第二接触孔102可以采用一道蚀刻工艺制成。

如图5e所示，在第一接触孔101内填充光吸收材料222a并形成吸光结构222，在第二接触孔102内填充导电材料并形成第一导电柱层122。具体地，吸光结构222与第一导电柱层122可以采用相同材料制成，即吸光结构222和第一导电柱层122采用既具有吸光特性又具有良好的导电性能的材料制成，从而使得吸光结构222和第一导电柱层122可以采用一道工艺制成。当然，吸光结构222和第一导电柱层122也可采用不同的材料制成，并分别采用两道工艺制成。或者，吸光结构222位于半导体结构层20中的部分与位于电路连接层10中的部分各自采用不同的材料制成，吸光结构222位于半导体结构层20中的部分采用吸光电介质材料，而吸光结构222位于电路连接层10中的部分与第一导电柱层122均采用导电性较好的材料制成。

进一步地，在第二绝缘层112上形成与吸光结构222和第一导电柱层122导电连接的连接电路。其中，连接电路由导电柱和金属导线层构成。具体地，如图5f所示，在第二绝缘层112覆盖图案化的第一金属层123并分别与吸光结构222和第一导电柱层122导电连接。其中，吸光结构222、第一导电柱层122可以与第一金属层123采用相同的材质并采用同一道工艺制成，即在第二绝缘层112上制作一层金属膜并覆盖住第一接触孔101和第二接触孔102，然后再对金属膜进行蚀刻，从而同时形成吸光结构222、第一导电柱层122以及第一金属层123。然后再第二绝缘层112形成第三绝缘层113并覆盖住第一金属层123，对第三绝缘层113进行蚀刻并在第一金属层123对应位置形成接触孔。第二导电柱层124和第二金属层125可以采用相同的导电材料制成，在第三绝缘层113上制作一层金属膜并覆盖住第三绝缘层113中的接触孔，对金属膜进行蚀刻形成第二导电柱层124和第二金属层125。当然，第二导电柱层124和第二金属层125也可采用不同的导电材质制成，第二导电柱层124和第二金属层125需采用两道工艺分别制作而成。

如图5g所示，将制作好半导体结构层20的半导体衬底20a进行翻转，翻转后进行化学机械抛光，露出第一沟槽201和第一介质保护层223a，出现半导体衬底20a的第二表面，但无需在半导体衬底20a的第二表面刻蚀第二沟槽202以及覆盖第二介质保护层223b。

本实施例中，第一介质保护层223a和反射结构221采用相同的材料，第一介质保护层223a和反射结构221的折射率低于半导体衬底20a的折射率，从而使得第一介质保护层223a和反射结构221可以通过一道工艺制成，而且无需对第一沟槽201靠近第二表面的第一介质保护层223a进行蚀刻，第一介质保护层223a直接作为反射结构221，简化制作工艺。当然，在其他实施例中，第一介质保护层223a与反射结构221也可采用不同的材料，在第二表面对第一介质保护层223a进行蚀刻，保留第一沟槽201内壁上的第一介质保护层223a。然后从第二表面向第一沟槽201内填充反光材料221a并形成反射结构221，反光材料221a的折射率低于半导体衬底20a的折射率，位于半导体结构层20中的反射结构221与吸光结构222共同形成沟槽隔离结构22的中心结构。具体地，在半导体衬底20a的第二表面覆盖一层反光材料221a，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第二表面上的反光材料221a，保留第一沟槽201内的反光材料221a，反光材料221a与第一沟槽201的内壁之间通过第一介质保护层223a隔开。

如图5h所示，在半导体衬底20a远离电路连接层10的第二表面制作光学结构层30。光学结构层30包括滤色层31和微透镜阵列结构32等，滤色层31包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，多个滤色层31呈阵列分布，每个滤色层31对应一个像素单元。微透镜阵列结构32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。光学结构层30的具体制成方法可以参考现有技术，这里不再赘述。

相对于实施例中的制作方法，本实施例中第一沟槽201的深度等于半导体衬底20a的厚度，而且介质保护层223与反光材料221a采用相同的材料，从而可以大大简化制作工艺，提高制作效果以及减少制作成本。

本领域的技术人员应当理解的是，本实施例的其余结构以及工作原理均与实施例一相同，这里不再赘述。

[实施例三]

图6是本实用新型实施例三中图像传感器的横截面结构示意图。如图6所示，本实用新型实施例三提供的图像传感器与实施例一(图1至图3j中的图像传感器基本相同，不同之处在于，在本实施例中，吸光结构222的横截面为分段式结构，吸光结构222上设有多个间隙，即吸光结构222的横截面为多个相互间隔的段状结构，每个像素单元周围的吸光结构222是由多个独立的柱状结构间隔分布而组成的。

本领域的技术人员应当理解的是，本实施例的其余结构以及工作原理均与实施例一相同，这里不再赘述。

[实施例四]

图7是本实用新型实施例四中图像传感器的纵截面结构示意图。如图7所示，本实用新型实施例四提供的图像传感器与实施例一(图1中的图像传感器基本相同，不同之处在于，在本实施例中，半导体结构层20朝向光学结构层30的一侧设有反射层23，反射层23能够透射光学结构层30一侧的光线并反射半导体结构层20一侧的光线。具体地，反射层23采用折射率低于半导体结构层20的材料制成，从而使得光学结构层30侧的光线能够射入半导体结构层20内，而半导体结构层20侧的光线会被反射层23反射回去，从而增加感光元件对光线的接收性能。

进一步地，反射层23与反射结构221采用相同的材料，反射层23和反射结构221的折射率低于半导体结构层20的折射率，从而可以简化制作工艺。当然，反射层23与反射结构221也可采用不相同的材料，但是反射层23与反射结构221需要各自采用一道工艺制作而成。

如图8a-8j所示，本实施例还提供一种图像传感器的制作方法，该制作方法用于制作如上所述的图像传感器，该制作方法包括：

如图8a所示，在半导体衬底20a的第一表面形成第一沟槽201，具体地，半导体衬底20a具有相对的第一表面和第二表面，其中第二表面通常是通过翻转后，进行化学机械抛光使得半导体衬底20a变薄，并形成半导体衬底20a的第二表面。首先在半导体衬底20a的第一表面蚀刻并形成第一沟槽201，第一沟槽201的俯视形状与沟槽隔离结构22的俯视形状相同。

如图8b所示，在第一沟槽201内填充第一介质保护层223a。具体地，半导体衬底20a上覆盖一层绝缘膜，绝缘膜覆盖在半导体衬底20a的第一表面和第一沟槽201中，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第一表面的绝缘膜，保留第一沟槽201内的绝缘膜并形成第一介质保护层223a。

进一步地，在半导体衬底20a的第一表面覆盖第一绝缘层111。本实施例中，第一绝缘层111覆盖住第一介质保护层223a。当然，其他实施例中，第一绝缘层111和第一介质保护层223a可以采用相同的材料，使得第一绝缘层111和第一介质保护层223a可以采用同一道工艺制成，而且还不用去除掉覆盖在第一表面的绝缘膜，简化了制作工艺。

如图8c所示，在第一绝缘层111上制作栅极层121以及覆盖栅极层121的第二绝缘层112。具体地，在第一绝缘层111上覆盖多晶硅或者金属薄膜并蚀刻形成图案化的栅极层121，然后再制作覆盖栅极层121的第二绝缘层112。其中，第一绝缘层111可以为栅极氧化层，并通过沉积工艺或者氧化工艺制作而成。

如图8d所示，对第二绝缘层112和第一绝缘层111进行蚀刻并形成与沟槽隔离结构22对应的第一接触孔101以及与栅极层121对应第二接触孔102，第一接触孔101伸入第一沟槽201之中，即在蚀刻出第一接触孔101时，需要刻蚀部分的第一介质保护层223a，保留第一沟槽201内壁上的第一介质保护层223a。其中，由于第二接触孔102对应的栅极层121能够阻挡蚀刻，第一接触孔101和第二接触孔102可以采用一道蚀刻工艺制成。

如图8e所示，在第一接触孔101内填充光吸收材料222a并形成吸光结构222，在第二接触孔102内填充导电材料并形成第一导电柱层122。具体地，吸光结构222与第一导电柱层122可以采用相同材料制成，即吸光结构222和第一导电柱层122采用既具有吸光特性又具有良好的导电性能的材料制成，从而使得吸光结构222和第一导电柱层122可以采用一道工艺制成。当然，吸光结构222和第一导电柱层122也可采用不同的材料制成，并分别采用两道工艺制成。或者，吸光结构222位于半导体结构层20中的部分与位于电路连接层10中的部分各自采用不同的导电材料制成。

进一步地，在第二绝缘层112上形成与吸光结构222和第一导电柱层122导电连接的连接电路。其中，连接电路由导电柱和金属导线层构成。具体地，如图8f所示，在第二绝缘层112覆盖图案化的第一金属层123并分别与吸光结构222和第一导电柱层122导电连接。其中，吸光结构222、第一导电柱层122采用相同的材质并采用同一道工艺制成。然后在第二绝缘层112形成第三绝缘层113并覆盖住第一金属层123，对第三绝缘层113进行蚀刻并在第一金属层123对应位置形成接触孔。第二导电柱层124和第二金属层125可以采用相同的导电材料制成，在第三绝缘层113上制作一层金属膜并覆盖住第三绝缘层113中的接触孔，对金属膜进行蚀刻形成第二导电柱层124和第二金属层125。当然，第二导电柱层124和第二金属层125也可采用不同的导电材质制成，则第二导电柱层124和第二金属层125需采用两道工艺分别制作而成。

如图8g所示，在本实施例中，第一沟槽201的深度等于吸光结构222位于半导体衬底20a部分的高度，即第一沟槽201用于后续制作吸光结构222。在半导体衬底20a远离电路连接层10的第二表面还需形成与第一沟槽201对应的第二沟槽202。具体地，在半导体衬底20a的第二表面蚀刻并形成第二沟槽202，第二沟槽202的俯视形状与沟槽隔离结构22的俯视形状相同。当然，在其他实施例中，第一沟槽201的深度可以等于吸光结构222位于半导体衬底20a部分的高度与反射结构221的高度之和，即第一沟槽201用于后续制作反射结构221和吸光结构222，从而无需再蚀刻第二沟槽202以及制作第二介质保护层223b，可参考实施例二中的图5a-图5g所示。

如图8h所示，在第二沟槽202内形成第二介质保护层223b。本实施例中，第二介质保护层223b与反射结构221分别采用不同的材料，然后对第二介质保护层223b进行蚀刻，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第二表面上的第二介质保护层223b，保留第二沟槽202内壁上的第二介质保护层223b，第一介质保护层223a和第二介质保护层223b共同形成保护层结构223。当然，在其他实施例中，第二介质保护层223b和反射结构221可以采用相同的材料，第二介质保护层223b和反射结构221的折射率低于半导体衬底20a的折射率，从而使得第二介质保护层223b和反射结构221可以通过一道工艺制成，而且无需对第二沟槽202内的第二介质保护层223b进行蚀刻，第二介质保护层223b直接作为反射结构221，简化制作工艺，可参考实施例二中的图5g-图5h所示。

如图8i所示，在第二沟槽202内填充反光材料221a并形成反射结构221，反光材料221a的折射率低于半导体衬底20a的折射率，位于半导体结构层20中的反射结构221与吸光结构222共同形成沟槽隔离结构22的中心结构。具体地，在半导体衬底20a的第二表面覆盖一层反光材料221a，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第二表面上的反光材料221a，保留第二沟槽202内的反光材料221a，反光材料221a与第二沟槽202的内壁之间通过第二介质保护层223b隔开。

进一步地，在半导体衬底20a的第二表面制作整面的反射层23并覆盖反射结构221，反射层23的折射率低于半导体衬底20a的折射率。本实施例中，反射层23和反光材料221a采用相同的材料制成且折射率低于半导体衬底20a的折射率。从而在半导体衬底20a的第二表面覆盖反光材料221a后无需对反光材料221a进行蚀刻，以去除掉第二表面上的反光材料221a，并只保留第二沟槽202内的反光材料221a，可以简化制作工艺。当然，在其他实施例中，反射层23和反光材料221a也可采用不用相同的材料制成，但反射层23和反光材料221a的折射率均需要低于半导体衬底20a的折射率。具体地，在半导体衬底20a的第二表面覆盖一层反光材料，然后去除掉覆盖在半导体衬底20a第二表面上的反光材料，保留第二沟槽202内的反光材料，反光材料与第二沟槽202的内壁之间通过第二介质保护层223b隔开。然后再覆盖另一层反光材料并形成反射层23。

如图8j所示，在半导体衬底20a远离电路连接层10的第二表面制作光学结构层30。光学结构层30包括滤色层31和微透镜阵列结构32等，滤色层31包括红(R)、绿(G)、蓝(B)三色滤色层，多个滤色层31呈阵列分布，每个滤色层31对应一个像素单元。微透镜阵列结构32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。光学结构层30的具体制成方法可以参考现有技术，这里不再赘述。

本领域的技术人员应当理解的是，本实施例的其余结构以及工作原理均与实施例一相同，这里不再赘述。

在本文中，所涉及的上、下、左、右、前、后等方位词是以附图中的结构位于图中的位置以及结构相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。还应当理解，本文中使用的术语“第一”和“第二”等，仅用于名称上的区分，并不用于限制数量和顺序。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限定，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰，为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括电路连接层(10)、光学结构层(30)以及位于所述电路连接层(10)和所述光学结构层(30)之间的半导体结构层(20)，所述半导体结构层(20)内具有呈阵列分布的多个感光像素区(21)以及将多个所述感光像素区(21)间隔开并贯穿半导体结构层(20)的沟槽隔离结构(22)，所述感光像素区(21)内设有感光元件，所述沟槽隔离结构(22)包括相互对应的反射结构(221)和吸光结构(222)，所述反射结构(221)位于所述沟槽隔离结构(22)靠近所述光学结构层(30)的一端并用于反射光线，所述吸光结构(222)位于所述沟槽隔离结构(22)靠近所述电路连接层(10)的一端并用于吸收光线，所述吸光结构(222)朝向所述电路连接层(10)的一端伸入所述电路连接层(10)内并与所述电路连接层(10)电性连接，在工作状态时，所述电路连接层(10)向所述吸光结构(222)施加负电压。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述电路连接层(10)包括绝缘层(11)以及设于所述绝缘层(11)内的第一导电线路(12)和第二导电线路(13)，所述第一导电线路(12)与栅极层(121)连接，所述吸光结构(222)朝向所述电路连接层(10)的一端伸入所述绝缘层(11)内并与所述第二导电线路(13)电性连接。

3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述反射结构(221)由折射率低于所述半导体结构层(20)的折射率的材料制成。

4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述半导体结构层(20)朝向所述光学结构层(30)的一侧设有反射层(23)，所述反射层(23)能够透射所述光学结构层(30)一侧的光线并反射所述半导体结构层(20)一侧的光线。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述反射层(23)与所述反射结构(221)采用相同的材料，所述反射层(23)和所述反射结构(221)的折射率低于所述半导体结构层(20)的折射率。

6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述沟槽隔离结构(22)还包括保护层结构(223)，所述保护层结构(223)位于所述半导体结构层(20)内并覆盖在所述反射结构(221)和所述吸光结构(222)的表面。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述反射结构(221)与所述保护层结构(223)采用相同的材料，所述反射结构(221)和所述保护层结构(223)的折射率低于所述半导体结构层(20)的折射率。

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