图像传感器及其形成方法、成像设备与流程

本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及一种图像传感器及其形成方法以及包含该图像传感器的成像设备。

背景技术：

图像传感器是一种用于将聚焦在图像传感器上的光学图像转换成电信号的电子设备。图像传感器可以用于诸如数码相机之类的成像设备，使得成像设备接收到的光被转换为数字图像。目前常见的图像传感器包括互补金属氧化物半导体(cmos)图像传感器(cis)和电荷耦合器件(ccd)传感器，它们被广泛用于各种成像应用中，诸如数码相机或手机摄像头应用。

无论是ccd还是cmos，图像传感器都采用感光元件作为影像捕获的基本手段，感光元件的核心可以是光二极管(photodiode)，该感光元件在接受光线照射之后能够吸收入射到所述感光元件的光来产生载流子，从而产生电信号。然后，通过处理器对于从光线所得到的信号进行还原，从而可以得到彩色图像。

目前，存在对于新的技术的需求以改善图像传感器的光敏感度。

技术实现要素：

本公开的一个目的是改善图像传感器的光敏感度。

根据本公开的一个方面，提供了一种图像传感器，包括衬底，所述衬底中形成有感光元件区域；以及在所述感光元件区域的周围区域形成的第一聚光部，其中，所述第一聚光部被成形为使得要进入所述感光元件的周围区域的光通过所述聚光部向所述感光元件区域折射。

根据本公开的另一方面，提供了一种形成图像传感器的方法，包括提供衬底，所述衬底中形成有感光元件区域；以及在所述感光元件区域的周围区域形成第一聚光部，其中，所述第一聚光部被成形为使得要进入所述感光元件的周围区域的光通过所述聚光部向所述感光元件区域折射。

根据本公开的还另一方面，提供了一种包括文中所述的图像传感器的成像设备。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及优点将会变得清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1是以截面图的形式示意性地示出常见的图像传感器的构造的示意图。

图2是示意性地示出图1中的图像传感器中部分光的传输路径的示意图。

图3是以截面图的形式示意性地示出本公开的一个示例性实施例的图像传感器的构造及其中光的传输路径的示意图。

图4是示意性示出根据本公开的一个示例性实施例的聚光部的角度设置的示意图。

图5a是示意性地示出在图3中的斜面a处光的传输路径的一个示例的示意图。

图5b是示意性地示出在图3中的交界面e处光的传输路径的一个示例的示意图。

图6是以截面图的形式示意性地示出本公开的一个示例性实施例的聚光部的构造以及光的传输路径的示意图。

图7是以截面图的形式示意性地示出本公开的另一个示例性实施例的聚光部的构造以及光的传输路径的示意图。

图8是以截面图的形式示意性地示出本公开的还另一个示例性实施例的聚光部的构造的示意图。

图9是以截面图的形式示意性地示出本公开的一个示例性实施例的图像传感器的构造的示意图。

图10a至10f是分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来形成图像传感器的方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面的示意图。

图11是以截面图的形式示意性地示出本公开的另一个示例性实施例的图像传感器的构造的示意图。

图12a至12h是分别示出了在根据本公开的另一个示例性实施例来形成图像传感器的方法示例的各个步骤处的图像传感器的截面的示意图。

图13是以截面图的形式示意性地示出本公开的还另一个示例性实施例的图像传感器的构造的示意图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

此外，本领域技术人员可以理解，附图中示出的光的传输路径只是示意性的，不构成对以下各项中的任何一项的限制：光入射的角度和位置、光折射的角度、光传输的方向、光入射的深度、光传输路径的个数、以及光的密度等。

具体实施方式

图1示出了一种常见的图像传感器的构造。该图像传感器包括衬底10，在衬底10中形成有用于感测光的感光元件11，例如光二极管或者其它类似的器件。在衬底10中感光元件11周围为像素周围区域12，用于在衬底中实现相邻感光元件(像素区)之间的隔离。

图像传感器还可以包括在衬底10上形成的滤色层20，微透镜40以及光学隔离部30，下文将对这些部件进行更详细的描述。应指出，现有技术中的图像传感器还可能包括其它的结构，例如电路布线层等等，在这里未示出。

本申请的发明人经研究发现，在图1所示的常见的图像传感器中，如图2所示，即使已经使用了微透镜40使得入射光向中间汇聚，但仍然可能有部分光会入射到衬底10中感光元件11周围的像素周围区域12，见图2中的虚线l21、l22所示出的光的传输路径。

图像传感器的光敏感度与在光照射期间感光元件的入射光量有关。入射光量增大，则图像传感器的光敏感度也会改善。由于像素周围区域12并不能用来感测光，因此希望进一步地减少进入像素周围区域12的光而增加进入感光元件11区域的光，由此进一步提高图像传感器的光敏感度。

根据本公开的实施例，提供了一种图像传感器，该图像传感器具有聚光部，该聚光部位于感光元件的周围区域，并且该聚光部被成形为使得要进入所述感光元件的周围区域的光通过所述聚光部向所述感光元件区域折射。

应指出，位于感光元件的周围区域意指在感光元件的周围区域中形成，和/或在该周围区域的投影区域(诸如沿垂直于衬底主表面的方向的在衬底表面上的投影区域)中形成，例如不仅可以在衬底中形成，也可以在衬底上在周围区域的投影区域中形成。

下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应指出，附图中所示出的部件仅仅是示例性的，而且附图是为了更清楚地阐述本公开的设计思路而被示出的简化示图。在实际应用中，除了附图中所示出的部件之外还会存在其它部件，为了清楚阐述本公开的实施例的实现而未示出这些其它部件。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为本公开说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

在本公开中，对“一个实施例”的提及意味着结合该实施例描述的特征、结构或特性包含在本公开的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”在本公开的各处的出现未必是指同一个实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以任何合适的组合和/或子组合来组合特征、结构或特性。

图3以截面图的形式示意性地示出本公开的一些示例性实施例的图像传感器的构造以及其中的光的传输路径。虽然图中仅示出了一个感光装置作为示例，但是本公开的一个示例性实施例的图像传感器可以包括多个感光装置，通常，多个感光装置可以形成阵列。由于图像传感器中的各感光装置可以采用相同的构造，因此为了避免模糊本发明，本文中都只示出和描述一个感光装置。

如图3所示，图像传感器包括衬底10。在一些实施例中，衬底10可以为半导体衬底，由适合于半导体装置的任何半导体材料(诸如si、sic、sige等)制成，半导体材料可以是本征半导体材料或者掺杂了杂质的半导体材料。在另一些实施例中，衬底10也可以为绝缘体上硅(soi)、绝缘体上锗硅等各种复合衬底。本领域技术人员均理解衬底不受到任何限制，而是可以根据实际应用进行选择。

衬底10中形成有感光元件11以用于感测光。作为示例，感光元件可以为光二极管。在衬底10中，在感光元件11周围还存在像素周围区域12，主要用于在衬底中在相邻的感光元件之间进行隔离。作为示例，感光元件11(光二极管区)可以通过硅衬底中进行不同掺杂实现，像素周围区域12中也实现有掺杂以使得电子流向光二极管区而被衬底中的电路(例如，相对于入射光在感光元件之下形成的电路)收集。

图像传感器还包括聚光部50(在文中被称为“第一聚光部”)。如图3所示，该聚光部50是在衬底10中在该像素周围区域12中形成的，其被用于使得将入射到周围区域的光朝向感光元件传播。在图3所示的示例中，聚光部50为倒梯形构造，其具有两个斜面a和b以及一个底边c，入射到周围区域继而入射到聚光部50的光能够经聚光部50的斜面折射到对应的感光元件中，由此使得原来入射到周围区域的无用光(即，通常未被感光元件感测的光)被转向到感光元件中，增加了感光元件的入射光量。

在一些实施例中，聚光部50可以与感光元件11的像素周围区域12在平行于衬底主表面的平面视图中是重合的，例如在垂直于衬底主表面的方向上的投影是重合的。本领域技术人员可以理解，重合包括部分重合与完全重合。作为示例，聚光部50的截面可以与感光元件11的像素周围区域12在截面图中重合，如图3示例性示出的。图3中示出了聚光部50可以在整个像素周围区域12中形成的情况。应指出，聚光部50也可以仅在像素周围区域12的一部分中形成，而无需跨整个周围区域形成。应指出，除了像素周围区域12之外，聚光部50还可以部分地形成于感光元件区域。作为另外的示例，聚光部50的截面可以与感光元件11在与衬底10的主平面平行的平面图中是至少部分重合的。

在一些实施例中，聚光部50的斜面a、b(即聚光部50的侧表面)向下且向外倾斜，即从聚光部50的顶表面(或者，在聚光部50没有如图3所示的顶表面的情况下，从聚光部50的顶点或顶边)开始，在衬底的垂直方向上向下延伸，且在水平方向上向外(背离所对应的感光元件11的方向)延伸。例如，斜面a背离与之对应(例如，与之相邻)的感光元件(所示出的感光元件11)延伸，斜面b背离与之对应的感光元件(附图中未示出，位于右侧的感光元件)延伸。本领域技术人员可以理解，“斜面”是指倾斜的表面，而不仅指平面，例如其还可以是圆锥面等倾斜的表面。优选地，本公开中的聚光部50的斜面在图像传感器的截面图中呈直线。

斜面a、b的底边位于像素周围区域12内，并且斜面a、b的顶边或顶点可以位于感光元件11的边界的上方或位于感光元件11的区域的上方。尽管在图3中示出斜面a和b位于周围区域中，但是应理解，斜面a和b也可以部分地位于感光元件区域中，特别地斜面a和b可以部分地在感光元件区域中位于感光元件上方，这样可以更加有助于入射光向感光元件的汇聚。

具有上述构造的聚光部50使得原本(即，图像传感器不包括聚光部50时)要进入感光元件11周围的像素周围区域12的光(参考图2中的虚线l21、l22所示出的光的传输路径)进入聚光部50，并经由斜面向与之对应的感光元件11的方向折射，如图3中的虚线l31、l32所示出的光的传输路径，进而使得更多的光被感光元件11感测，以改善图像传感器的光敏感度。

图3中所示出的聚光部50的截面的形状为倒梯形。在一些实施例中，聚光部50的截面可以是对称的倒梯形设置，即对应于对称梯形，两个侧边a和b相等且与底边c形成相同的夹角。在一些实施例中，聚光部50的截面也可是非对称的倒梯形设置，即两个侧边可不相等且与底边c形成不同的夹角。

虽然图3中所示出的聚光部50的截面的形状为倒梯形，但本领域技术人员可以理解，聚光部50的截面的形状还可以是其他的多边形(例如三角形等)以及具有圆弧的图形(例如将图3所示出的聚光部50的底面替换为弧形等)等，只要聚光部50具有斜面并能够使得进入聚光部50的光经斜面折射到对应的感光元件11中即可。

在一些实施例中，聚光部50的截面的斜面的角度要求：斜面与衬底表面(例如，衬底的主表面)的夹角θ′应该小于感光元件区域的对角线与垂直于衬底表面的垂直方向的夹角θ，如图4所示。在图4中，s和h指示感光元件区域的尺寸，例如分别指示感光元件区域的在平行于衬底主表面的方向上的大小以及感光元件区域的在垂直于衬底主表面的方向上的大小。如果不满足此关系，则经聚光部50的斜面折射的光有可能到达相邻像素的感光元件区域，引起串扰。斜面的角度可通过调节刻蚀气体的比例来实现。应指出，即使聚光部50的截面不是梯形，非梯形的聚光部50的斜面的角度也应该满足上述要求。

在一些实施例中，若要达到使得进入聚光部50的光经由斜面a、b向感光元件11的方向折射的效果，需要使得聚光部50(或者至少是聚光部50在斜面a、b附近的部分)的折射率小于斜面a、b之外(之下)的衬底与其接触的部分的折射率。作为示例，聚光部50的材料的折射率小于衬底10的材料的折射率。

图5a是示意性地示出在图3中的斜面a处光的传输路径的一个示例的示意图。其中，粗黑线表示两种光传输介质的交界面(即图3示出的斜面a)，其为聚光部50与衬底10的交界面，带箭头的实线表示光在两种传输介质中的传输路径，点划线表示法线，虚线为入射光的传输方向的延长线。当光从聚光部50的斜面a发生折射时，如图5a所示，由于是从光疏介质进入光密介质，其折射角r1小于入射角i1，从而使得入射光的传输路径改变为向内(即向着感光元件11的方向)偏折，使得更多的光进入感光元件11，从而改善图像传感器的光敏感度。尽管图5a只示出了斜面a处光的传输路径的一个示例，本领域技术人员可以理解，斜面b处光的传输路径与图5a示出的类似。

在一些实施例中，为了使得从衬底10上方进入聚光部50进一步朝向聚光部50的斜面，从而进一步使得图像传感器的光敏感度进一步改善，聚光部50(或者至少是聚光部50的与衬底10上的部件相接触的部分)的折射率可以小于或等于衬底10上的部件(或者至少是衬底10上的部件的与聚光部50接触的部分)的折射率。

图5b是示意性地示出在图3中的交界面e处光的传输路径的一个示例的示意图。其中，粗黑线表示两种光传输介质的交界面(即图3示出的交界面e)，其为聚光部50与在衬底10上形成的其它部件之间的交界面。带箭头的实线表示光在两种传输介质中的传输路径，点划线表示法线，虚线为入射光的传输方向的延长线。若聚光部50的折射率等于衬底10上的部件(或者至少是衬底10上的部件与聚光部50接触的部分)的折射率，当光从衬底10上方进入聚光部50时，光的传输路径不发生改变，即如图3所示，光线仍能入射到聚光部50的斜面。若聚光部50的折射率小于衬底10上的部件(或者至少是衬底10上的部件的与聚光部50接触的部分)的折射率，如图5b所示，当光从衬底10上方进入聚光部50时，由于是从光密介质进入光疏介质，其折射角r2大于入射角i2，从而使得入射光的传输路径改变为向内偏折，例如在底面c所对应的部分入射光将朝向斜面折射，从而使得图像传感器的光敏感度进一步改善。

在一些实施例中，如图3所示，聚光部50的斜面可以与衬底10直接接触而作为聚光部50与衬底10的接触面，即在聚光部50的斜面和衬底10之间不存在其他的光传输介质，从而使得经聚光部50折射后的光直接经过聚光部50与衬底10的交界面a或b，而不再经过其他的两种光传输介质的交界面，从而避免了已被聚光部50向感光元件11的方向折射的光再经过多余的折射或反射而改变光的传输路径。

在一些实施例中，聚光部50的表面，例如斜面和/或底面，可以进一步形成有抗反射涂层/增透层，从而使得更多的光能够进入聚光部50而不是被其表面反射出去，有助于使得更多的光进入感光元件11。

此外，应指出，图3中仅示出了一个感光元件的示例，并且在实际应用中可存在并行布置的相邻的多个感光元件，在一些实施例中，一个聚光部50由相邻的两个感光元件共用。也就是说，入射到同一聚光部50中的光可经由相对的两个斜面a和b而分别被折射到不同的感光元件，即分别与斜面a和b对应的两个感光元件。如图6中示出了入射到聚光部50的光分别经由两个斜面a和b而折射到对应的两个感光元件。在本文中，与斜面对应的感光元件意指(例如，在与衬底表面平行的方向上或者与衬底表面垂直的方向上)与聚光部的斜面相邻的、在聚光部的斜面之外/之下的感光元件。

在一些其它实施例中，对于相邻的两个感光元件可以分别设置各自的聚光部50，也就是说在这两个感光元件之间的周围区域中可存在分别用于各个感光元件的聚光部50，并且入射到该周围区域中的光可分别经由各聚光部而被折射到相应的感光元件中。作为示例，如图7所示，形成有间隔开的两个聚光部，分别用于对应的感光元件并且具有朝向该感光元件的斜面。应指出，这两个聚光部也可以彼此紧邻。

在此情况中，应指出，聚光部50可以为非规则的倒梯形，例如直角梯形，或者任何其它形状，例如直角三角形等，只要朝向其对应的感光元件的侧边为斜面能够将光折射到该感光元件中即可。

应指出，在聚光部形成为被相邻感光元件公用的情况下，光学隔离部通常形成于该聚光部的中部上方，例如在聚光部为倒梯形的情况下，可以形成为与该倒梯形的短边相对应的位置处。在聚光部被形成为单独的分别用于各自感光元件的聚光部的情况下，光学隔离部可以形成于该两个聚光部之间的位置。

通过聚光部50的上述配置，本公开的图像传感器能够在基本不影响感光元件区及其上方的构造的情况下，进一步增加入射到感光元件区的入射光量，由此能够提高图像传感器的光敏感度。也即是说，本公开的聚光部可以结合到任何现有的图像传感器的配置中，而该图像传感器的感光元件上方的部件构造不受影响，从上方入射的入射光的透过率基本不受影响。例如，图像传感器中的在衬底之上形成的其它部件，例如滤色层、微透镜、增透层等的形状和性能均不受影响。

而且，聚光部50是在衬底中形成的，而这种形成方式受益于加工工艺。例如，硅衬底上容易通过氧化腐蚀形成光滑透射面，由此容易在衬底中形成聚光部。

虽然图3示出了聚光部50是在衬底中形成的，但是应指出，聚光部50还可以以其它方式形成，只要聚光部50能够使要进入感光元件11周围的像素周围区域12的光通过聚光部50向感光元件11的方向折射即可。例如，在一些实施例中，聚光部50可以在衬底10上在周围区域的投影区域形成，例如在衬底上的覆盖像素区域(感光元件区域)的增强透射层中形成。甚至可以在覆盖像素区域(感光元件区域)的滤色层中形成，如图8所示。应指出，聚光部50也可部分地位于感光元件区域上方，使得更多的光传输到感光元件。

在此情况下，聚光部50的斜面，也就是聚光部50与图像传感器上的另一部件13(例如，增强透射层，滤色层等)之间的界面，将使得入射到聚光部50的光将经由该界面传输到感光元件中。此界面处的光线传输将如上文结合图5a所描述的那样。也就是说，聚光部50的折射率将小于与聚光部50接触的另一部件的折射率，从而导致入射到聚光部50斜面上的光的入射角大于其折射角，使得原本入射到周围区域而不被感测到的光被折射到感光元件中，进一步提高了感光元件的入光量，改善了图像传感器的光敏感度。在一些实施例中，除了在周围区域之外，聚光部50的斜面可至少部分地位于感光元件区域上方，有助于进一步汇聚入射光线。应指出，尽管附图中示出了聚光部50仅仅位于部件13中而没有与衬底接触，但是应指出，聚光部50也可与衬底直接接触。在另外的示例中，甚至聚光部50可以向下一直延伸到像素周围区域12中，即聚光部位于部件13以及周围区域两者中。

在一些实施例中，在衬底10上可以形成有滤色层20，以允许特定波长范围的光通过从而进入感光元件11，如图9所示。滤色层20可以由颜料或染料材料制成，这些材料可以允许通过一些波长的光。在一些实施例中，可以允许通过红光、蓝光、或者绿光。在另一些实施例中，可以允许通过青色、黄色、或者深红色的光。然而这些只是滤色层能够过滤的示例色，本领域技术人员可以理解，本公开中的滤色层还可以允许其他颜色的光通过。此外，滤色层还可以由其他材料制成，例如能够将特定波长的光反射出去的反光材料等。

在一些实施例中，如图9所示，图像传感器还可以包括光学隔离部30。光学隔离部30位于衬底10上并限定图像传感器的每个感光装置的边界，从而在图像传感器的每个感光装置之间形成光学屏蔽，以降低入射光对邻近的感光装置的干扰。在一些实施例中，光学隔离部30由反光材料形成。在一些实施例中，光学隔离部30可以由金属材料形成，例如钨或铜。光学隔离部30将到达其表面(特别是光学隔离部30的侧表面)的光向内反射，使更多的光能够到达感光元件11。此外，对于那些经过光学隔离部30的反射仍然将进入周围区域而不能到达感光元件11的区域的光，通过聚光部50使得其传输路径进一步向内偏折，从而更增大了光能够达到感光元件11的可能性。可见，聚光部50可以与光学隔离部30协同作用，能够使得更多的光进入感光元件11，从而使得图像传感器的光敏感度进一步改善。

在一些实施例中，光学隔离部30可以是由金属材料形成的金属栅格。在一些实施例中，金属栅格可以是通过对沉积的金属层进行图案化处理而形成的。在另一些实施例中，可以通过对沉积的或生长的非金属层(例如半导体材料层或电介质材料层)进行图案化处理、然后在图案化处理形成的非金属层的侧表面(至少在侧表面，也可以包括顶表面)上形成金属膜，来形成金属栅格。

在一些实施例中，如图9所示，图像传感器还可以包括位于感光元件11的上方的微透镜40。微透镜40用于将入射到其上的光进行汇聚，从而使得更多光到达感光元件11的区域的光。即使存在微透镜40无法有效汇聚的光，例如入射在周围区域的光，其在入射到聚光部50时其传输路径进一步向内偏折，从而更增大了光能够达到感光元件11的可能性。可见，聚光部50可以与微透镜40协同作用，能够使得更多的光进入感光元件11，从而使得图像传感器的光敏感度进一步改善。虽然图9所示出的图像传感器的感光装置中，微透镜40形成在滤色层和光学隔离部之上，本领域技术人员可以理解，在图像传感器不包括滤色层或光学隔离部的情况下，微透镜40可以直接形成在衬底10之上，覆盖衬底和聚光部。

在一些实施例中，可以用下述方法来形成根据本公开的一些实施例的图像传感器。以下结合图10a至图10f来具体描述。本领域技术人员可以理解，以下描述中的步骤只是示意性的，其中一个或更多个步骤或过程可以根据实际应用被省略或增加。

如图10a所示，提供具有感光元件11的衬底10。感光元件11的构造和类型并无限制，例如，感光元件11可以是pn结型感光元件。在衬底中感光元件的周围还可形成有周围区域，在感光元件上方或者下方还可形成有器件层，为了清楚起见在附图中未示出。

如图10b所示，在衬底10上涂覆光刻胶，然后对其进行曝光，从而在意图形成聚光部的位置处在光刻胶中形成有开口。光刻胶的材料、以及光刻胶的涂覆和曝光可以采用本领域中已知的材料以及已知的技术来实现，这里将不再详细描述。

如图10c所示，对衬底进行刻蚀并去除光刻胶，从而形成凹部。衬底刻蚀可以采用本领域中已知的技术来实现，这里将不再详细描述。该凹部可具有希望的聚光部的形状，如文中所述的倒梯形等形状。聚光部的斜面的角度也应该为斜面与衬底表面的夹角小于感光元件区域的对角线和垂直方向的夹角，如文中所述，并且斜面的角度可以通过调节刻蚀工艺参数来实现，例如调节刻蚀气体的比例来实现。

光刻胶去除可以采用本领域中已知的技术来实现，例如灰化去胶方法，这里将不再详细描述。

如图10d所示，对于刻蚀后的硅衬底进行氧化以在衬底的表面上形成氧化物。作为示例，可以进行原位蒸汽氧化(issg)，从而在硅衬底表面上形成氧化硅。issg为在高温下将h2和o2通入炉管中，将硅表面氧化，以改善硅表面平整度的工艺。还可以考虑采用其它氧化方式来进行衬底表面的氧化。

如图10e所示，对于氧化之后的硅衬底表面进行刻蚀处理，以便去除氧化物。作为示例，可以进行湿法刻蚀(例如，采用氢氟酸)来去除表面氧化硅，从而获得光滑的斜面。

如图10f所示，在进行处理之后的硅衬底上沉积材料，然后对所沉积的材料进行平坦化和抛光，从而获得聚光部。此外，该材料的折射率应该小于衬底材料的折射率，从而光在入射到聚光部中时可以经由聚光部的斜面被转向感光元件区域。

材料可以通过例如化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)或其他合适的技术来沉积，并且材料是可透可见光的。例如，材料可以是氧化硅，hi-k材料或者其它对可见光透明的介电材料。作为示例，可以进行化学机械平坦化以进行抛光。

作为示例，在沉积材料时，除了凹部中之外，还可以在衬底上沉积一定厚度的该材料，作为与聚光部成一体地形成的图像传感器的其它结构层(取决于所沉积的材料的作用)，如图10f。例如，该材料可以用作增强透射层的材料，从而聚光部可以与增强透射层一体地形成。

在一些实施例中，可以通过该上述工艺而仅仅形成聚光部，并且在形成聚光部之后再通过其他的工艺(例如，沉积等)形成增强透射层或者其它结构层，其材料可以与聚光部不同。

应指出，在聚光部被填充材料之前，可以首先在聚光部中形成抗反射涂层。抗反射涂层的材料为氧化硅、氧化铪、氮化硅、氧化铝、氧化铊等介电材料或若干层上述材料的组合。该抗反射涂层的材料可以与聚光部的填充材料相同或者不同。

在另外一些实施例中，聚光部可以在衬底上形成。作为一个示例，可以在衬底表面上首先通过沉积来形成增强透射膜或者其它结构层，然后在增强透射膜或其它结构层上进行上述的步骤图10b到图10f，从而在增强透射膜中形成聚光部。

此外，在形成上述的结构之后，还可以在上述结构之上进一步形成上述的滤色层，光屏蔽部和微透镜。这些部件可以根据本领域公知的任何工艺和过程来形成，这里将不再进行详细描述。

图像传感器通常具有前照式(fsi)图像传感器和背照式(bsi)图像传感器。在前照式图像传感器构造中，在光的入射方向上，自上至下依次为微透镜(micro-lens)、滤色器(colorfilter)、布线层(wiringlayers)和光二极管(photodiodes)，并且光被从微透镜侧入射到感光元件。作为对比，在背照式图像传感器构造中，感光元件和电路层的位置发生了调换，在光的入射方向上，自上至下依次为微透镜(micro-lens)、滤色器(colorfilter)、光二极管(photodiodes)和布线层(wiringlayers)。

在背照式图像传感器中，光从背面入射，而布线层(器件和电路)相对于光二极管位于衬底下方，分布在正面，因此入射光将首先入射到光二极管，由此电路层的干扰被减少，入射光量增大，图像传感器的光敏感度提高。而且，与前照式相比，bsi图像传感器件提供了高填充因数且降低了相消干扰。

在背照式图像传感器的实现中，为了减小光在像素间的串扰，研究人员在硅衬底上制作了背面沟槽隔离。具体而言，在相邻像素间器件层背面插入沟槽隔离区域。依赖于沟槽的深度，可以分为浅沟槽隔离和深沟槽隔离。与浅沟槽隔离相比，深沟槽隔离可以更好地抑制像素区域之间的串扰。但是深沟槽的引入会占用一定的像素区的面积，这样降低了图像传感器灵敏度。而且，为了减少暗电流，深沟槽边缘通常会进行反形的p+掺杂，这样导致满阱容量(fwc)的降低。

在本申请的一些实施例中，可以将本申请中的聚光部的技术方案与深沟槽隔离相组合地实现，从而形成复合深沟槽隔离结构。在降低了光在像素间的串扰的同时，还能够使得更多光入射到像素中，从而提高图像传感器的敏感度。图11示出了根据本公开的一些实施例的图像传感器的构造，其中聚光部50和深沟槽隔离部14形成复合深沟槽隔离结构。

以下将参照附图描述根据本公开的一些实施例的用于背照式图像传感器的复合深沟槽隔离结构的制作过程。

图12a到图12c的过程基本与前文参照图10a到10c所述的过程相似，其详细过程将不再详细描述。特别地，对于背照式图像传感器，可以在硅衬底中形成感光元件区域并且在感光元件区域之上形成有器件层，然后在完成器件层的制作之后将衬底的背面朝上。然后在衬底背面执行上述操作过程。

如图12d所示，在形成了凹部的硅衬底表面上进一步涂覆光刻胶，然后进行光刻以在凹部上形成光刻胶的开口，该开口将作为背面深沟槽的形成开口。

如图12e所示，对硅衬底进行刻蚀，从而形成背面深沟槽，然后进行去胶。该去胶可以采用本领域中任何已知的方法，例如上述的灰化去胶。

如图12f所示，进行氧化来形成氧化物，其操作方式可以如图10d中的方式来进行，如采用issg的方式。

如图12g所示，对于氧化之后的硅衬底表面进行刻蚀处理，以便去除氧化物，如图10e所示。作为示例，可以进行湿法刻蚀(例如，采用氢氟酸)来去除表面氧化硅，从而获得光滑的斜面。

然后在进行处理之后的硅衬底上沉积材料，然后对所沉积的材料进行平坦化和抛光，从而获得聚光部和深沟槽隔离部。此外，该材料的折射率应该小于衬底材料的折射率，从而光在入射到聚光部中时可以经由聚光部的斜面被转向感光元件区域。该材料的沉积方式和材料类型可如文中所述，这里将不再详细描述。

应指出，在聚光部被填充材料之前，可以首先在聚光部中形成抗反射涂层，如文中所述。

然后，如图12h所示，可以在硅衬底上形成图像传感器的其它结构层。该其它结构层的材料可以与聚光部的材料相同或者不同。

此外，在形成上述的构造之后，还可以在上述构造之上进一步形成上述的滤色层，光屏蔽部和微透镜。这些部件可以根据本领域公知的任何工艺和过程来形成，这里将不再进行详细描述。

在本公开的一些实施例中，除了如上文所述地在衬底10中形成聚光部50之外，还可以在衬底上形成第二聚光部，使得更多的光进一步进入感光元件11，从而使得图像传感器的光敏感度进一步改善。以下将详细描述这种形式的第二聚光部的实现。

在一些实施例中，第二聚光部是针对对应的感光元件形成的，并且在至少部分地与感光元件以及相关联的第一聚光部重合。在一些实施例中，第二聚光部可以与感光元件以及第一聚光部在与衬底的主表面平行的平面图中重合，例如在垂直于衬底表面的方向上的投影中至少部分地与感光元件和第一聚光部重合。重合包括部分重合与完全重合。

在一些实施例中，第二聚光部具有斜面，该斜面被构造成使得入射到第二聚光部的光能够通过斜面进行折射，实现光的聚集。第二聚光部的斜面可以与位于周围区域中的第一聚光部重合，使得入射到该斜面的光能够朝第一聚光部的方向折射传输。并且，第二聚光部的斜面也可以与感光元件重合，从而入射到该斜面的光还可以朝感光元件11的方向折射。应指出，第二聚光部的斜面也可以不与感光元件重合。

第二聚光部可以与衬底和第一聚光部接触或者不接触。例如，第二聚光部可以在衬底10上形成，与衬底10接触，以及与第一聚光部部分地接触。应指出，在其它示例中，第二聚光部可以在该感光元件上方形成，例如在衬底与第二聚光部之间可存在图像传感器的其它结构层，例如增强透射层等。

通过设置第二聚光部，入射到周围区域的光首先经第二聚光部的斜面折射，从而更多地入射到在衬底中形成的第一聚光部，尤其是入射到在第一聚光部的斜面。入射到第一聚光部的斜面的光进一步经由该斜面而折射到感光元件中。由此，这种组合式的聚光部实现能够进一步增大入射到感光元件中的光量，继而进一步改善图像传感器的光敏感度。

图13示出了根据本公开的实施例的图像传感器的构造，其中包括第二聚光部150，该第二聚光部150的斜面(即聚光部150的侧表面)向下且向外倾斜，即从聚光部150的顶表面(或者，在聚光部150没有如图13所示的顶表面的情况下，从聚光部150的顶点或顶边)开始，在垂直方向上向下延伸，且在水平方向上向外(即远离感光元件11的方向)延伸。斜面的底边位于像素周围区域12内，并且斜面的顶边或顶点位于感光元件11的边界的上方或位于感光元件11的区域的上方。本领域技术人员可以理解，“斜面”是指倾斜的表面，而不仅指平面，例如其还可以是圆锥面等倾斜的表面。优选地，本公开中的聚光部150的斜面，在图像传感器的截面图中呈直线。

虽然图13中所示出的聚光部150的截面的形状为梯形，但本领域技术人员可以理解，聚光部150的截面的形状还可以是其他的多边形(例如三角形等)以及具有圆弧的图形(例如将图13所示出的聚光部150的上表面替换为弧形等)等，只要聚光部150具有斜面并能够将从斜面进入聚光部150的光向周围区域中的第一聚光部折射即可。

如文中针对斜面处的光传输路径所描述的，若要达到使得从斜面进入聚光部150的光向感光元件11的方向以及第一聚光部的斜面折射的效果，需要使得聚光部150(或者至少是聚光部150在斜面近的部分)的折射率大于斜面之上与其接触的部分的折射率。如此，当光从斜面进入聚光部150发生折射时，折射角小于入射角，从而使得入射光的传输路径改变为向内(即向着感光元件11以及第一聚光部的方向)偏折，使得更多的光进入感光元件11以及第一聚光部的斜面，从而改善图像传感器的光敏感度。聚光部150的斜面处光的传输路径与文中参照图5a所描述的情况类似，这里将不再详细描述。

在第二聚光部150与第一聚光部50的界面处的光传输路径类似于如前文所述的图5b中所示的界面e处的光传输路径。在一些实施例中，第二聚光部150(或者至少是第二聚光部150的与第一聚光部50接触的部分)的折射率可以大于或等于第一聚光部50(或者至少是第一聚光部50的与第二聚光部150接触的部分)的折射率，从而当光入射到该界面时，折射角大于入射角，从而使得入射光的传输路径改变为向内(即向着感光元件11以及第一聚光部的方向)偏折，使得更多的光进入感光元件11以及第一聚光部的斜面，从而改善图像传感器的光敏感度。

第二聚光部的截面还可以具有任何其它的形状，只要该第二聚光部的截面具有斜面并且该斜面导致入射到周围区域的光能够被反射转向到感光元件和第一聚光部的斜面即可。例如，第二聚光部的截面可以是与前图所示的第二聚光部的梯形形状相反的倒梯形形状。

在一些实施例中，聚光部150的表面可以形成有抗反射涂层，从而使得更多的光能够进入聚光部150而不是被其表面反射出去，从而使得图像传感器的光敏感度进一步改善。

在一些实施例中，图像传感器除了包括在以上实施例中描述的衬底10和聚光部150之外，还可以包括填充层120，如图13所示。填充层120位于聚光部50的上方并覆盖聚光部150的表面。如上所述，聚光部150(或者至少是聚光部150在斜面附近的部分)的折射率大于填充层120(或者至少是填充层120的与聚光部150接触的部分)的折射率。如此，当光从聚光部150的斜面进入聚光部150发生折射时，折射角小于入射角，从而入射光的传输路径改变为向内偏折，能够使得更多的光进入感光元件11，从而改善图像传感器的光敏感度。

在一些实施例中，填充层120可以具有滤色功能，以允许特定波长范围的光通过从而进入感光元件11。具有滤色功能的填充层120可以由颜料或染料材料制成，如上文针对滤色层所描述的那样，这里将不再详细描述。

在一些实施例中，第二聚光部150的外沿与光学隔离部30接触，如图13所示。这样可以尽量避免将要入射到像素周围区域12的光不经过聚光部150而直接进入衬底10，从而增大了光能够达到感光元件11的可能性，使得更多的光能够入射到感光元件11。在一些实施例中，第二聚光部150的高度可以小于或等于光学隔离部30的高度，如图13所示，以保证光学隔离部30的光学屏蔽效果。

在一些实施例中，图像传感器进一步可以包括微透镜40，如图13所示。

在一些实施例中，在图13所示的图像传感器中，也可以进一步形成深沟槽隔离部，这里为了清楚起见而未示出。

以下将简要描述具有第一和第二聚光部的组合的图像传感器的形成。

首先，可以如前文结合附图所述的那样实现具有第一聚光部的图像传感器的构造，如图10a-f或者12a-12h所示。

然后在衬底上限定图像传感器中的每个感光装置的边界处形成光学隔离部。光学隔离部可采用多种方式来形成，这里将不再详细描述。

然后，在衬底10上在光学隔离部之间形成材料层，该材料为第二聚光部的材料。该材料层可以通过本领域的多种技术，例如沉积技术以及其它合适的技术来形成，这里将不再详细描述。此外，为了避免或减轻形成材料层时对已经形成的光学隔离部或图像传感器的其他部分的不利影响，在形成材料层的处理时控制工艺温度小于或等于700摄氏度。

然后，将材料层图案化以形成第二聚光部150，并且使得形成的第二聚光部150的高度小于或等于光学隔离部的高度。图案化可通过本领域已知的多种技术，例如刻蚀等，来实现，这里将不再进行详细描述。

然后，在第二聚光部150上形成填充层，并使得填充层覆盖第二聚光部150的表面。最后，为图像传感器的感光装置形成微透镜。填充层和微透镜的形成可通过本领域已知的多种技术来实现，这里将不再进行详细描述。

虽然本公开的附图中仅以截面图的形式示意性地示出了像素区的图像传感器的构造，本领域技术人员基于本公开记载的内容能够得到本公开所涉及的图像传感器整体的构造和形成方法。

在说明书及权利要求中的词语“a或b”包括“a和b”以及“a或b”，而不是排他地仅包括“a”或者仅包括“b”，除非另有特别说明。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例性示例(ee)。

ee1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底中形成有感光元件区域；以及

在所述感光元件区域的周围区域形成的第一聚光部，

其中，所述第一聚光部被成形为使得要进入所述感光元件的周围区域的光通过所述聚光部向所述感光元件区域折射。

ee2.根据ee1所述的图像传感器，其特征在于，

所述第一聚光部被形成在所述衬底中，并且所述第一聚光部的折射率小于所述衬底的与其接触的部分的折射率。

ee3.根据ee1所述的图像传感器，其特征在于，所述第一聚光部具有斜面使得要进入所述感光元件区域的周围区域的光通过所述斜面向所述感光元件区域折射。

ee4.根据ee3所述的图像传感器，其特征在于，所述斜面与所述衬底的表面的夹角小于感光元件区域的对角线与所述衬底的所述表面的垂直方向的夹角。

ee5.根据ee3所述的图像传感器，其特征在于，

所述第一聚光部与所述周围区域在与所述衬底的主表面平行的平面图中重合，并且

所述第一聚光部的斜面向下且向外倾斜，所述斜面的底边位于所述周围区域，以及所述斜面的顶边或顶点位于所述感光元件区域的边界、或者位于所述感光元件区域的边界的上方、或者位于所述感光元件区域的上方。

ee6.根据ee1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：

在所述周围区域中形成的沟槽隔离部，

其中所述第一聚光部和所述沟槽隔离部形成用于所述图像传感器的组合隔离结构。

ee7.根据ee1所述的图像传感器，其特征在于，还包括

滤色层，所述滤色层位于所述感光元件区域上方，并且覆盖所述感光元件区域和所述第一聚光部，和/或

所述滤色层的折射率大于或者等于所述第一聚光部的折射率。

ee8.根据ee1所述的图像传感器，其特征在于，还包括：

第二聚光部，所述第二聚光部位于所述感光元件区域上方，并且所述第二聚光部具有斜面，所述斜面被构造为使得入射到所述斜面的光从所述第二聚光部的斜面向所述感光元件区域的方向折射。

ee9.根据ee8所述的图像传感器，其特征在于，

所述第二聚光部与所述感光元件区域和所述周围区域在与所述衬底的主表面平行的平面图中重合，并且

其中，所述第二聚光部的斜面在垂直于所述主平面的方向的投影中至少部分地覆盖所述周围区域。

ee10.根据ee8所述的图像传感器，其特征在于，所述第二聚光部在所述衬底上形成，并且所述第二聚光部的折射率大于或等于所述衬底的与其接触的部分的折射率。

ee11.根据ee8所述的图像传感器，其特征在于，在所述第二聚光部上形成具有滤色功能的填充层，所述填充层覆盖所述第二聚光部的表面，

其中，所述填充层的折射率小于所述第二聚光部的折射率。

ee12.一种形成图像传感器的方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底中形成有感光元件区域；以及

在所述感光元件区域的周围区域形成第一聚光部，

其中，所述第一聚光部被成形为使得要进入所述感光元件的周围区域的光通过所述聚光部向所述感光元件区域折射。

ee13.根据ee12所述的方法，其特征在于，

所述第一聚光部被形成在所述衬底中，并且所述第一聚光部的折射率小于所述衬底的与其接触的部分的折射率。

ee14.根据ee12所述的方法，其特征在于，所述第一聚光部被形成有斜面使得要进入所述感光元件区域的周围区域的光通过所述斜面向所述感光元件区域折射。

ee15.根据ee14所述的方法，其特征在于，所述斜面与所述衬底的表面的夹角小于感光元件区域的对角线与所述衬底的所述表面的垂直方向的夹角。

ee16.根据ee14所述的方法，其特征在于，

所述第一聚光部与所述周围区域在与所述衬底的主表面平行的平面图中重合，并且

所述第一聚光部的斜面向下且向外倾斜，所述斜面的底边位于所述周围区域，以及所述斜面的顶边或顶点位于所述感光元件区域的边界、或者位于所述感光元件区域的边界的上方、或者位于所述感光元件区域的上方。

ee17.根据ee12所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述周围区域中形成沟槽隔离部，

其中所述第一聚光部和所述沟槽隔离部形成用于所述图像传感器的组合隔离结构。

ee18.根据ee12所述的方法，其特征在于，还包括

在所述感光元件区域上方形成滤色层，所述滤色层覆盖所述感光元件区域和所述第一聚光部，和/或

所述滤色层的折射率大于或者等于所述第一聚光部的折射率。

ee19.根据ee12所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述感光元件区域上方形成第二聚光部，所述第二聚光部具有斜面，所述斜面被构造为使得入射到所述斜面的光从所述第二聚光部的斜面向所述感光元件区域的方向折射。

ee20.根据ee19所述的方法，其特征在于，

所述第二聚光部与所述感光元件区域和所述周围区域在与所述衬底的主表面平行的平面图中重合，并且

其中，所述第二聚光部的斜面在垂直于所述主平面的方向的投影中至少部分地覆盖所述周围区域。

ee21.根据ee19所述的方法，其特征在于，所述第二聚光部在所述衬底上形成，并且所述第二聚光部的折射率大于或等于所述衬底的与其接触的部分的折射率。

ee22.根据ee19所述的方法，其特征在于，还包括：

在所述第二聚光部上形成具有滤色功能的填充层，所述填充层覆盖所述第二聚光部的表面，

其中，所述填充层的折射率小于所述第二聚光部的折射率。

ee23.一种成像设备，包括根据ee1-11中任一项所述的图像传感器。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。