CMOS图像传感器的制作方法

本实用新型涉及一种CMOS图像传感器。

背景技术：

CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此，随着技术发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置（例如胃镜）、车用摄像装置等。

图1、图2示出现有的CMOS图像传感器的结构，其包括设置有若干像素的像素阵列，在此仅示出像素阵列中的四个像素P1、P2、P3、P4为例；每个像素P1、P2、P3、P4对应的半导体材料1中分别设置有光电二极管10、20、30、40，每个像素P1、P2、P3、P4分别设置有彩色滤光膜C1、C2、C3、C4和微透镜M1、M2、M3、M4，入射光经微透镜层M1、M2、M3、M4的会聚和彩色滤光膜层C1、C2、C3、C4的过滤后，分别进入半导体材料1中的光电二极管10、20、30、40，经光电二极管10、20、30、40吸收后转化为电信号并由电路导出。

在CMOS图像传感器中，入射光的吸光效率对图像传感器的成像质量有较大影响，提高吸光效率可有效改善成像质量。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种CMOS图像传感器，提高吸光效率，改善成像质量。

基于以上考虑，本实用新型提供一种CMOS图像传感器，包括：设置有若干像素的像素阵列；单个像素分别设置有至少两个微透镜。

优选的，单个像素上具有同一的彩色滤光膜，同时单个像素上设置有四个微透镜。

优选的，单像素四微透镜结构中相邻的对角像素之间微透镜的对角间隙小于单像素单微透镜结构中相邻的对角像素之间微透镜的对角间隙。

优选的，微透镜之间对应的半导体材料中由深沟槽隔离结构或掺杂区域隔离。

优选的，所述半导体材料中包括光电二极管，所述光电二极管的部分区域隔离，另一部分区域连通。

优选的，所述深沟槽隔离结构包括：导电材料，所述导电材料耦接电压源；及电介质材料，其位于所述深沟槽隔离结构的侧壁上且介于所述半导体材料与所述导电材料之间。

优选的，所述光电二极管为N型掺杂区域，所述电压源为负电压源。

优选的，所述光电二极管为P型掺杂区域，所述电压源为正电压源。

优选的，所述导电材料包含钨、铜、铝、钛、多晶硅中的至少一种或其任意组合。

优选的，所述电介质材料包含氧化铪、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝中的至少一种或其任意组合。

本实用新型的CMOS图像传感器，通过单个像素分别设置有至少两个微透镜，减小了相邻的对角像素之间微透镜的对角间隙，提高了图像传感器的吸光效率，改善了成像质量。

附图说明

通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本实用新型某些原理的具体实施方式，本实用新型所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

图1为现有的CMOS图像传感器的俯视示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视示意图；

图3为本实用新型的CMOS图像传感器的俯视示意图；

图4为沿图3中B-B线的剖视示意图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

图3、图4示出本实用新型的CMOS图像传感器的结构，其包括设置有若干像素的像素阵列，在此仅示出像素阵列中的四个像素P10、P20、P30、P40为例；每个像素P10、P20、P30、P40对应的半导体材料100中分别设置有光电二极管110、120、130、140，每个像素P10、P20、P30、P40分别设置有彩色滤光膜C10、C20、C30、C40，并且每个像素P10、P20、P30、P40分别设置有至少两个微透镜，在此作为示例，像素P10设置有四个微透镜M11、M12、M13、M14，像素P20设置有四个微透镜M21、M22、M23、M24，像素P30设置有四个微透镜M31、M32、M33、M34，像素P40设置有四个微透镜M41、M42、M43、M44。也即是说，与现有技术类似的，本实用新型的CMOS图像传感器的单个像素具有同一的彩色滤光膜，与现有技术不同的，本实用新型的CMOS图像传感器的单个像素设置有四个微透镜。

由于单像素四微透镜结构中相邻的对角像素之间微透镜的对角间隙小于单像素单微透镜结构中相邻的对角像素之间微透镜的对角间隙，例如图3中像素P30的微透镜M32与像素P20的微透镜M23之间的间隙D2小于图1中像素P3的微透镜M3与像素P2的微透镜M2之间的间隙D1，提高了图像传感器的吸光效率，改善了成像质量。

在图4示出的优选实施例中，像素P10的微透镜M11、M12之间对应的半导体材料100中由深沟槽隔离结构200隔离，于是，半导体材料100中的光电二极管110的部分区域（图4中的上部区域）隔离，另一部分区域（图4中的下部区域）连通；同样的，像素P20的微透镜M21、M22之间对应的半导体材料100中也由深沟槽隔离结构200隔离，于是，半导体材料100中的光电二极管120的部分区域（图4中的上部区域）隔离，另一部分区域（图4中的下部区域）连通。在未示出的其他实施例中，微透镜M11、M12之间，M21、M22之间对应的半导体材料100中还可以由掺杂区域隔离。

优选的，所述深沟槽隔离结构200包括：导电材料201，所述导电材料耦接电压源；及电介质材料202，其位于所述深沟槽隔离结构的侧壁上且介于所述半导体材料100与所述导电材料201之间。

优选的，所述光电二极管110、120为N型掺杂区域，所述电压源为负电压源，导电材料201响应于从负电压源施加于导电材料的负电压而在深沟槽隔离结构200与半导体材料100的界面处的半导体材料100内诱发正电荷，减少来自深沟槽隔离结构200与半导体材料100的界面处的缺陷对光电二极管110、120的影响，从而减轻光电二极管110、120的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

优选的，所述光电二极管110、120为P型掺杂区域，所述电压源为正电压源，导电材料201响应于从正电压源施加于导电材料的正电压而在深沟槽隔离结构200与半导体材料100的界面处的半导体材料100内诱发负电荷，减少来自深沟槽隔离结构200与半导体材料100的界面处的缺陷对光电二极管110、120的影响，从而减轻光电二极管110、120的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

在本实用新型的一个实施例中，电介质材料202可包含二氧化硅(SiO2)；然而，在其它实例中， 电介质材料202可包含其它氧化物，例如：氧化铪(HfO2或HfOx)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅 (SiOxNy)、氧化钽(Ta2O5)、二氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化镧(La2O3)、 氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕 (Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇等(Y2O3)等等。此外，相关领域的技术人员将认识到，根据本实用新型的教示，可在电介质材料202中采用上述金属/半导体及其氧化物/ 氮化物/氮氧化物的任何化学计量组合。

类似地，导电材料201可包含钨；然而，导电材料201还可包含例如以下项的金属： 铜、金、钯、银、铝、铟、铅、镍、钛等，以及多晶硅。相关领域的技术人员将认识到，上述金属(及未列举的其它金属)以及多晶硅的任何化学计量组合可用于形成导电材料201。

本实用新型的CMOS图像传感器，通过单个像素分别设置有至少两个微透镜，减小了相邻的对角像素之间微透镜的对角间隙，提高了图像传感器的吸光效率，改善了成像质量。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。