一种图像传感器、摄像头组件及电子设备的制作方法

1.本发明属于半导体器件技术领域，尤其涉及一种图像传感器、摄像头组件及电子设备。


背景技术：

2.背照式互补式金属氧化物半导体(bsi-cmos)图像传感器已经变成手机相机的主流，对于应用于虹膜验证、面部识别以及动态捕获的近红外(near infrared，nir)图像传感器的需求与日俱增。背照式图像传感器是更适合近红外的传感器。但是由于近红外的应用波长较长(700～1000)，传统的像素结构在近红外波段量子效率较低(850nm 10％左右940nm 4％左右)，因此，增强近红外光的敏感度变的尤为重要。最简单的方法是增加入射光子吸收层的厚度，但是例如高能注入等工艺限制使得这种方法很难做到。


技术实现要素：

3.根据本发明实施例的第一方面，提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：
4.光电二极管，具有第一表面，所述光电二极管的外周侧设有沟槽隔离结构；
5.微透镜，位于所述光电二极管的第一表面所在的一侧，所述微透镜朝向背离所述光电二极管的一侧凸起，所述微透镜的光轴与所述光电二极管沿第一预设方向上的中心线不重合。
6.在一些实施例中，所述微透镜在沿第一预设方向上投影的尺寸与所述光电二极管在沿第一预设方向上投影的尺寸一致，所述微透镜和所述光电二极管在第二预设方向上的尺寸为d，所述微透镜和所述光电二极管在第三预设方向上的尺寸为t；
7.其中，所述第一预设方向与所述第二预设方向和所述第三预设方向所确定的平面垂直；所述微透镜的光轴与所述光电二极管沿第一预设方向上的中心轴在第二预设方向上的距离为d/2；和/或所述微透镜的光轴与所述光电二极管沿第一预设方向上的中心轴在第三预设方向上的距离为t/2。
8.在一些实施例中，所述微透镜和所述光电二极管在第二预设方向上的尺寸与所述微透镜和所述光电二极管在第三预设方向上的尺寸相等。
9.在一些实施例中，所光电二极管的第一表面与所述微透镜之间设有抗反射层。
10.在一些实施例中，所述抗反射层中设有与所述沟槽隔离结构对应的隔离结构。
11.在一些实施例中，所述图像传感器为背照式图像传感器。
12.在一些实施例中，所述光电二极管具有与所述第一表面在第一预设方向上相背离的第二表面，所述图像传感器包括设于所述光电二极管第二表面上的转移栅极。
13.在一些实施例中，所述图像传感器包括多个光电二极管及多个微透镜，所述多个光电二极管呈阵列排布。
14.根据本发明实施例的第二方面，提供一种摄像头组件，所述摄像头组件包括如上所述的图像传感器。
15.根据本发明实施例的第三方面，提供一种电子设备，所述电子设备包括括壳体及如上所述的摄像头组件，所述摄像头组件组装于所述壳体上。
16.基于上述技术方案，上述结构通过将微透镜的光轴设置为与所述光电二极管沿第一预设方向上的中心线不重合，使得沟槽结构对入射图像传感器的波长较长的光线起到反射作用，有利于增加波长较长的光线在光电二极管中的光程，从而有利于减少波长较长的光线穿过光电二极管，提高波长较长的光线吸收效率，提高光图像传感器的量子效率。
附图说明
17.图1为相关技术中的一种图像传感器的剖视图；
18.图2为图1所示图像传感器的立体结构图；
19.图3为图1所示图像传感器中的光电二极管的立体结构图；
20.图4为本发明的一实施例提供的一种图像传感器的剖视图；
21.图5为图4所示图像传感器的入射光线分别示意图；
22.图6为本发明的一实施例提供的一种图像传感器的立体结构图；
23.图7为图6所示图像传感器中的光电二极管的立体结构图；
24.图8为本发明的一实施例提供的另一种图像传感器的立体结构图；
25.图9为不同图像传感器的量子效率及光线穿透率的对比分析表。
具体实施方式
26.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。
27.请参照图1至图3所示，相关技术中，一种应用于近红外的图像传感器(即近红外图像传感器)100’包括光电二极管10’和位于光电二极管10’入光侧的微透镜20’。微透镜20’的光轴r’与光电二极管沿该光电二极管10’厚度方向z’上的中心线重合。如图1所示该微透镜20’在厚度方向z’上的投影与光电二极管10’在厚度方向z’上的投影基本完全重合。然而，由于近红外光的波长较长(700～1000)，该近红外图像传感器100’，在近红外光波段的量子效率较低。
28.为此，本发明实施例提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：
29.光电二极管，具有第一表面，所述光电二极管的外周侧设有沟槽隔离结构；
30.微透镜，位于所述光电二极管的第一表面所在的一侧，所述微透镜朝向背离所述光电二极管的一侧凸起，所述微透镜的光轴与所述光电二极管沿第一预设方向上的中心线不重合。
31.上述结构通过将微透镜的光轴设置为与所述光电二极管沿第一预设方向上的中心线不重合，使得沟槽结构对入射图像传感器的波长较长的光线起到反射作用，有利于增加波长较长的光线在光电二极管中的光程，从而有利于减少波长较长的光线穿过光电二极管，提高波长较长的光线吸收效率，提高光图像传感器的量子效率。且基于上述相关技术中的近红外图像传感器100’可知，本发明提供的图像传感器，在现有工艺的基础上即可制备，
不需要增加额外的工艺步骤，有利于成本控制。
32.本技术所述的图像传感器可以为近红外(near infrared，nir)图像传感器。
33.下面结合附图1至9对本技术所提供的图像传感器进行详细说明。
34.请参照图4，并在必要时结合图6和图7所示，在一些实施例中，所述图像传感器100包括光电二极管10及微透镜20。光电二极管10具有在第一预设方向上相背离的第一表面1001和第二表面1002且所述光电二极管10的外周侧设有沟槽隔离结构30。微透镜20位于所述光电二极管10的第一表面1001所在的一侧，所述微透镜20朝向背离所述光电二极管10的一侧凸起，所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心线不重合。
35.这里沟槽隔离结构30的设置能够减少不同光电二极管10之间的串扰，且在微透镜20采用上述方式设置的情况下，还能够对自微透镜20进入光电二极管10中的光线进行反射。
36.在一些实施例中，沟槽隔离结构30可以为采用深槽隔离技术形成的深槽隔离(deep trench isolation，dti)结构，以在更好地提高波长较长的光线吸收效率，提高光图像传感器的量子效率的同时，能够有效防止不同光电二极管10之间的串扰。
37.在一些实施例中，第一预设方向可以为图像传感器100的厚度方向z。当然，第一预设方向还可以是传感器的长度方向、或宽度方向等。
38.在一些实施例中，所述图像传感器100包括多个光电二极管10及多个微透镜20，所述多个光电二极管10呈阵列排布。请结合图7所示，比如，该多个光电二极管10在垂直于第一预设方向的平面上阵列排布。
39.当然，在其它一些实施例中，图像传感器也可仅包括一个光电二极管10。
40.在一些实施例中，所述图像传感器100为背照式图像传感器100。光电二极管10的第一表面1001为其背面。图像传感器100中光线(比如近红外光)自微透镜20背离光电二极管10的一侧入射，穿过微透镜后进入光电二极管10，以在光电二极管10中实现光电转换。
41.在一些实施例中，所述微透镜20在沿第一预设方向上投影的尺寸与所述光电二极管10在沿第一预设方向上投影的尺寸一致，所述微透镜20和所述光电二极管10在第二预设方向上的尺寸为d，所述微透镜20和所述光电二极管10在第三预设方向上的尺寸为t。其中，所述第一预设方向与所述第二预设方向和所述第三预设方向所确定的平面垂直。
42.所述微透镜20在沿第一预设方向上投影的尺寸与所述光电二极管10在沿第一预设方向上投影的尺寸一致可以理解为二者在第一预设方向上投影的形状及大小均一样。
43.这里光电二极管10在第一预设方向上的横截面可呈矩形、圆形、正方形等形状。微透镜20在第一预设方向上的横截面可呈相应地矩形、圆形、正方形等形状。
44.在一些实施例中，所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第二预设方向上，以及所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第三预设方向上均有偏移。比如，所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第二预设方向上的距离为d/2，所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第三预设方向上的距离为t/2。
45.在一些实施例中，第二预设方向和第三预设方向可以分别为图7所示的x方向、y方向。这里x方向、y方向及z方向两两垂直，即第一预设方向、第二预设方向和第三预设方向两两垂直。当然，在其它一些实施例中，第二预设方向和第三预设方向也可不垂直，而呈其他
夹角。
46.在一些实施例中，所述微透镜20和所述光电二极管10在第二预设方向上的尺寸与所述微透镜20和所述光电二极管10在第三预设方向上的尺寸相等。比如如图6和图7所示的图像传感器100中d与t相等，这里d和t的尺寸可以理解为一个像素的尺寸。
47.在一些实施例中，所光电二极管10的第一表面1001与所述微透镜20之间设有抗反射层40。
48.在一些实施例中，所述抗反射层40中设有与所述沟槽隔离结构30对应的隔离结构50。该隔离结构50的设置，有助于防止不同二极管之间的串扰。
49.在一些实施例中，所述图像传感器100包括设于所述光电二极管10第二表面1002上的转移栅极60。
50.需要说明的是，在其它一些实施例中，所述微透镜20的光轴r与光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r之间仅在第二预设方向上有偏移。比如，所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第二预设方向上的距离为d/2。或者所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r仅在第三预设方向上有偏移。比如所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r仅在第三预设方向上的距离为t/2。再或者，所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第二预设方向上，以及所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第三预设方向上均有偏移，只是微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r在第二预设方向上或第三预设方向上的偏移量与图像传感器100中的相应偏移量不同。
51.比如，在另一些实施例中，请参照图8所示，图8为图像传感器200的立体结构图。图像传感器200与上述图像传感器100的结构大致相同，相似或相同之处可参照上述相关描述。不同之处在于，图像传感器200中，仅所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r仅在第三预设方向上有偏移。所述微透镜20的光轴r与所述光电二极管10沿第一预设方向上的中心轴r仅在第三预设方向上的距离为t/2。
52.相对于相关技术中所述微透镜的光轴与所述光电二极管沿第一预设方向上的中心线重合的实施方式而言，本技术所提供上述图像传感器，穿过微透镜20表面(即入光处)与光轴r之间的夹角呈预设角度(比如10
°
以内)的，其光线穿透率明显得到有效降低，量子效率明显得到较高。
53.且在本技术所提供的各实施例中，图像传感器100的微透镜20在第二预设方向及第三预设方向上均相对偏移半个像素，相对于其他偏移量的实施方式(比如图像传感器200)而言，该图像传感器100的光线穿透率更低，量子效率相对更高。
54.比如，请参照图9所示，图9示意出图像传感器100’、图像传感器100及图像传感器200在各自微透镜的入光处与微透镜光轴之间夹角为0
°
、10
°
及-10
°
的量子效率及光线穿透率。其中，图9中所采用的红外光的波长为850nm。入光处与微透镜光轴之间夹角为0
°
可以理解为入光处在光轴上。结合图1所示，图像传感器100’中微透镜20’的入光处与微透镜20’的光轴r’之间夹角为10
°
可以对应为夹角β为10
°
，图像传感器100’中微透镜20’的入光处与微透镜20’光轴r’之间夹角为-10
°
，可以对应为夹角α为10
°
。相应地，结合图4所示，图像传感器100中微透镜20的入光处与微透镜20的光轴r之间夹角为10
°
可以对应为夹角β为10
°
，图
像传感器100中微透镜20的入光处与微透镜20的光轴r之间夹角为-10
°
，可以对应为夹角α为10
°
。图像传感器200中的各夹角类似。自图9可看出，对于红外光的波长为850nm的，在这3种图像传感器中，相对应图像传感器100’而言，图像传感器100和图像传感器200在各自微透镜上的入光处与微透镜光轴r之间的夹角分别为0
°
、10
°
及-10
°
时，量子效率均有相对较高，光线穿透率均明显较低。且同等情况下，图像传感器100相较于图像传感器200而言，量子效率更高，光线穿透率更低。
55.此外，基于图像传感器的上述描述，可以理解的是，可以通过调整微透镜20的曲率半径来调节光的入射情况。比如，对于应用于光波段相对较长的图像传感器，其微透镜的曲率半径可以设置为相对较小的尺寸。相应地，对于应用于光波段相对较短的图像传感器，其微透镜的曲率半径可以设置为相对较大的尺寸。图像传感器中微透镜的曲率半径，具体可以根据其所应用的光波(比如红外光波段)。
56.本发明另提供一种摄像头组件，所述摄像头组件包括如上所述的图像传感器。
57.本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括如上所述的摄像头组件。所述电子设备包括壳体，所述摄像头组件组装于所述壳体上。该电子设备可以是手机、相机、平板等具有摄像头组件的设备。
58.本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。