1.本技术涉及半导体技术领域，尤其涉及一种图像传感器及其形成方法。
背景技术：
2.图像传感器，亦称感光元件，是一种利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光信号(光学图像)转换成电信号的一种功能器件，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。目前图像传感器主要分为ccd(charge coupled device电荷耦合器件)、cmos(complementary metal oxide semiconductor互补金属氧化物半导体)以及cis(contactimage sensor接触式图像传感器)传感器三种。ccd特有的工艺，使其具有低照度效果好、信噪比高、通透感强、色彩还原能力佳等优点，被广泛应用于摄像摄影、交通、医疗等高端技术元件中；cmos传感器采用一般半导体电路最常用的cmos工艺，具有集成度高、功耗小、速度快、制造成本低等特点，主要应用于较低影响品质的产品中，但随着其工艺技术的不断提升及高端cmos价格的不断下降，其在安防行业、高清摄像机等领域，cmos也逐渐占据越来越重要的地位；cis采用触点式感光元件(光敏传感器)进行感光，在扫描平台下1mm～2mm处，300～600个红、绿、蓝三色led(发光二极管)传感器紧紧排列在一起，产生白色光源，取代了ccd扫描仪中的ccd阵列、透镜、荧光管和冷阴极射线管等复杂机构，把ccd扫描仪的光、机、电一体变成cis扫描仪的机、电一体。用cis技术制作的扫描仪具有体积小、重量轻、生产成本低等优点，在传真机、扫描仪、纸币清分兑零等领域应用非常广泛。
3.对于图像传感器而言，像素区域的光学透过率直接影响到图像的质量。目前的图像传感器仍然存在像素区域的光学透过率不高的问题，因此，有必要提供更有效、更可靠的技术方案。
技术实现要素：
4.本技术提供一种图像传感器及其形成方法，可以提高图像传感器像素区域的光学透过率，从而提高成像质量。
5.本技术的一个方面提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构；在所述半导体衬底表面和所述隔离结构表面形成透光层，所述透光层包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值；在所述透光层表面形成若干金属栅格，所述金属栅格的位置与所述隔离结构的位置对应；在所述透光层表面形成位于相邻所述金属栅格之间的滤色层；在所述滤色层上形成微透镜。
6.在本技术的一些实施例中，所述一个以上像素区域包括第一像素区域、第二像素区域和第三像素区域，所述第一像素区域为红色像素区域，所述第二像素区域为绿色像素区域，所述第三像素区域为蓝色像素区域。
7.在本技术的一些实施例中，所述透光层包括位于所述半导体衬底表面和所述隔离
结构表面的第一介质层和位于所述第一介质层表面的第二介质层。
8.在本技术的一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层厚度相同且所述第一介质层的厚度使一个像素区域中入射光的光学透过率达到最大值，所述第二介质层在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
9.在本技术的一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度之和相等，并且，所述第一介质层在任意像素区域的厚度所述第二介质层在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
10.在本技术的一些实施例中，形成所述透光层的方法包括：在所述半导体衬底表面和所述隔离结构表面依次形成第一介质层和第二介质层；分别刻蚀所述第一像素区域、所述第二像素区域及所述第三像素区域的第二介质层，使之分别达到预定厚度。
11.在本技术的一些实施例中，形成所述透光层的方法包括：在所述半导体衬底表面和所述隔离结构表面形成第一介质层；分别刻蚀所述第一像素区域、所述第二像素区域及所述第三像素区域的第一介质层，使之分别达到预定厚度；在所述第一介质层表面形成第二介质层。
12.在本技术的一些实施例中，形成所述第二介质层的方法包括旋涂工艺。
13.在本技术的一些实施例中，形成所述第二介质层的方法包括化学气相沉积工艺和化学机械研磨工艺。
14.在本技术的一些实施例中，所述图像传感器的形成方法还包括：确定所述第一介质层和所述第二介质层的材料；根据薄膜材料中光干涉原理及透射原理，计算所述一个以上像素区域的第一介质层和第二介质层厚度，即最优厚度，使第一像素区域的红光透过率达到最大峰值，使第二像素区域的绿光透过率达到最大峰值，使第三像素区域的蓝光透过率达到最大峰值。
15.本技术的另一个方面还提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构；透光层，位于所述半导体衬底表面和所述隔离结构表面，所述透光层包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值；若干金属栅格，位于所述透光层表面，所述金属栅格的位置与所述隔离结构的位置对应；滤色层，位于所述透光层表面以及相邻所述金属栅格之间；微透镜，位于所述滤色层上。
16.在本技术的一些实施例中，所述一个以上像素区域包括第一像素区域、第二像素区域和第三像素区域，所述第一像素区域为红色像素区域，所述第二像素区域为绿色像素区域，所述第三像素区域为蓝色像素区域。
17.在本技术的一些实施例中，所述透光层包括位于所述半导体衬底表面和所述隔离结构表面的第一介质层和位于所述第一介质层表面的第二介质层。
18.在本技术的一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层厚度相同且所述第一介质层的厚度使一个像素区域中入射光的光学透过率达到最大值，所述第二介质层在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
19.在本技术的一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度之和相等，并且，所述第一介质层在任意像素区域的厚度所述第二介质层在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
20.本技术所述的图像传感器及其形成方法，可以针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。
附图说明
21.以下附图详细描述了本技术中披露的示例性实施例。其中相同的附图标记在附图的若干视图中表示类似的结构。本领域的一般技术人员将理解这些实施例是非限制性的、示例性的实施例，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本技术的范围，其他方式的实施例也可能同样的完成本技术中的发明意图。应当理解，附图未按比例绘制。其中：
22.图1为一种图像传感器的示意图；
23.图2至图13为本技术的一些实施例所述的图像传感器的形成方法中各步骤的结构示意图；
24.图14至图25为本技术的另一些实施例所述的图像传感器的形成方法中各步骤的结构示意图。
具体实施方式
25.以下描述提供了本技术的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本技术中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本技术的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本技术不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
26.下面结合实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明。
27.图1为一种图像传感器的示意图。
28.参考图1所示，所述图像传感器包括半导体衬底100，所述半导体衬底100中包括红色像素区域101、绿色像素区域102、蓝色像素区域103以及隔离所述红色像素区域101、绿色像素区域102、蓝色像素区域103的隔离结构110。所述红色像素区域101、绿色像素区域102、蓝色像素区域103中都形成有感光元件(图中未示出)，例如光电二极管等，用于光电转换。
29.所述半导体衬底100上形成有介质层120，所述介质层120上形成有若干金属栅格130以及位于所述金属栅格130之间的滤色层140。所述滤色层140上形成有微透镜150。
30.所述滤色层140可以滤光片，包括红/绿/蓝三种，分别只能透过红色、绿色、蓝色对应波长的光线。该滤光片结构的存在，使得每个像素只能感应一种颜色。例如，红色像素区域101上的滤色层140由红色滤光片构成；绿色像素区域102上的滤色层140由绿色滤光片构成；蓝色像素区域103上的滤色层140由蓝色滤光片构成。
31.在所述图像传感器中，由于所述滤色层140的存在，每个像素区域中只会有一种颜色(红色、绿色、蓝色)的光进入感光元件发生光电转换。不同颜色的光波长不同，红光波长605～700nm，绿光波长500～560nm，蓝光波长450～480nm，而不同波长的光，在不同厚度或不同介质里的光学透过率是不同的，因此，不同波长的光通过所述介质层120的光学透过率是不同的。而所述介质层120的厚度是均匀的(尤其是当所述介质层为多层结构时，每层介质层的厚度都很关键)，因此难以同时使不同波长的光通过所述介质层120的光学透过率都
符合要求，这会限制像素区域收到的光，进而影响成像质量。
32.针对上述问题，本技术提供一种图像传感器及其形成方法，可以针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。
33.本技术的实施例提供一种图像传感器的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构；在所述半导体衬底表面和所述隔离结构表面形成透光层，所述透光层包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值；在所述透光层表面形成若干金属栅格，所述金属栅格的位置与所述隔离结构的位置对应；在所述透光层表面形成位于相邻所述金属栅格之间的滤色层；在所述滤色层上形成微透镜。
34.图2至图13为本技术的一些实施例所述的图像传感器的形成方法中各步骤的结构示意图。下面结合附图对本技术实施例所述的图像传感器的形成方法进行详细描述。
35.参考图2所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构210。
36.在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200的材料包括(i)元素半导体，例如硅或锗等；(ii)化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、磷化镓或磷化铟等；(iii)合金半导体，例如硅锗碳化物、硅锗、磷砷化镓或磷化镓铟等；或(iv)上述的组合。此外，所述半导体衬底200可以被掺杂(例如，p型衬底或n型衬底)。在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200可以掺杂有p型掺杂剂(例如，硼、铟、铝或镓)或n型掺杂剂(例如，磷或砷)。
37.在本技术的一些实施例中，所述一个以上像素区域包括第一像素区域201、第二像素区域202、第三像素区域203。根据需要，所述的半导体衬底200被划分设置为不同的像素区域，例如，红色像素区域、绿色像素区域、蓝色像素区域。所述第一像素区域201例如为红色像素区域，所述第二像素区域202例如为绿色像素区域，所述第三像素区域203例如为蓝色像素区域。
38.所述的每一个像素区域中，都形成有感光元件(图中未示出)，所述感光元件用于将接收到的光信号转换为电信号。
39.在本技术的一些实施例中，所述感光元件可以包括能够进行光电转换的结构，包括但不限于光电二极管。在本技术的一些实施例中，在所述半导体衬底200中，所述光电二极管以阵列形式排布，用于将接收到的光信号转换为电信号。例如：所述的光电二极管在半导体衬底中以拜耳(bayer)阵列布置，也可以根据需要布置成其他任何阵列。为了满足所述半导体衬底200的总厚度薄化的要求，各个所述光电二极管在所述半导体衬底200中基本上位于同一深度。
40.在本技术的一些实施例中，所述光电二极管可以通过在半导体衬底200中通过执行一次以上的离子注入工艺形成。所述光电二极管的掺杂类型与所述半导体衬底200的掺杂类型相反，例如，当所述半导体衬底200为p型掺杂时，所述光电二极管为n型掺杂。
41.在本技术的一些实施例中，所述隔离结构210由在沟槽中填充绝缘材料(例如二氧化硅或氮化硅等)形成。所述隔离结构210隔离相邻的像素区域，保证相邻像素区域里面的光线不发生串扰，进而提高每个像素区域的光子探测效率。
42.参考图3至图11，在所述半导体衬底200表面和所述隔离结构210表面形成透光层220和金属栅格230，所述透光层220包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值。
43.为了最大化的提高光线通过透光层220的光学透过率，本技术实施例所述的图像传感器的形成方法中，专门针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。具体地，不同颜色的像素区域的介质层的厚度可以根据薄膜干涉原理以及菲涅耳公式来计算，相关计算过程后文中会详细介绍。
44.在本技术的另一些实施例中，不同像素区域上的若干介质层厚度可是根据计算结果得到的，其选择也是可以根据实际情况来定的。
45.在本技术的一些实施例中，所述透光层220包括位于所述半导体衬底200表面和所述隔离结构210表面的第一介质层221和位于所述第一介质层221表面的第二介质层222。当然，在其他实施例中，所述透光层220可以包括更多介质层，本实施例仅以两层介质层作为示例来对本技术的技术方案进行说明。
46.在本技术的一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层221厚度相同且所述第一介质层221的厚度使一个像素区域中入射光的光学透过率达到最大值，所述第二介质层222在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
47.在本技术的一些实施例中，形成所述透光层220的方法包括：在所述半导体衬底200表面和所述隔离结构210表面依次形成第一介质层221和第二介质层222；分别刻蚀所述第一像素区域201、所述第二像素区域202及所述第三像素区域203的第二介质层222，使之分别达到预定厚度。
48.参考图3所示，在所述半导体衬底200表面和所述隔离结构210表面形成第一介质层221。
49.在本技术的一些实施例中，形成所述第一介质层221的方法包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺等。
50.在本技术的一些实施例中，所述第一介质层221的材料包括氧化硅或氮化硅等。
51.在本技术的一些实施例中，所述第一介质层221为单一材料或多种材料的组合。
52.参考图4所示，在第一介质层221表面形成第二介质层222，所述第一介质层221和所述第二介质层222共同构成透光层220。
53.在本技术的一些实施例中，形成所述第二介质层222的方法包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺等。
54.在本技术的一些实施例中，所述第二介质层222的材料包括氧化硅或氮化硅等。所述第二介质层222的材料与所述第一介质层221的材料不同。
55.在本技术的一些实施例中，所述第二介质层222为单一材料或多种材料的组合。
56.参考图5和图6，在所述透光层220表面形成若干金属栅格230，所述金属栅格230的位置与所述隔离结构210的位置对应。所述位置对应指的是所述金属栅格230在垂直方向上的投影与所述隔离结构210在垂直方向上的投影基本重合。
57.参考图5所示，在所述透光层220表面形成金属材料层230a。
58.在本技术的一些实施例中，形成所述金属材料层230a的方法包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺等。
59.在本技术的一些实施例中，所述金属材料层230a的材料包括铝或钨等。
60.参考图6所示，刻蚀所述金属材料层230a形成所述若干金属栅格230。所述若干金属栅格230可以防止相邻滤色层中的光线串扰，增大进入像素区域的光线的量，提高成像质量。
61.在本技术的一些实施例中，所述刻蚀包括干法刻蚀或湿法刻蚀。
62.参考图7所示，在所述第一像素区域201和所述第三像素区域203上的透光层220上形成第一光阻层241。参考图8所示，刻蚀所述第二像素区域202上的第二介质层222使所述第二像素区域202上的第二介质层222的厚度小于所述第一像素区域201上的第二介质层222的厚度。
63.参考图9所示，去除所述第一光阻层241，在所述第一像素区域201和所述第二像素区域202上的透光层220上形成第二光阻层242。参考图10所示，刻蚀所述第三像素区域203上的第二介质层222使所述第三区域203上的第二介质层222的厚度小于所述第二像素区域202上的第二介质层222的厚度。参考图11所示，去除所述第二光阻层242。
64.参考图12所示，在所述透光层220表面形成位于相邻所述金属栅格230之间的滤色层240。所述滤色层240与不同的像素区域的位置对应，用于通过特定波长范围的光，使所述特定波长范围的光进入感光元件。当所述滤色层240对应不同颜色的像素区域时，可根据需要依次形成所述滤色层240。
65.在本技术的一些实施例中，根据半导体衬底200中对应像素区域的划分，可以分别依次在所述第一像素区域201上形成红色滤色层，在所述第二像素区域202上形成绿色滤色层，在所述第三像素区域203上形成蓝色滤色层。
66.在本技术的一些实施例中，所述滤色层240是用内部添加有有机颜料的树脂形成的。此外，所述滤色层240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。
67.参考图13所示，在所述滤色层240上形成微透镜250。所述微透镜250与滤色层240的位置相对应，并设置在滤色层240的正上方。
68.所述微透镜250用于针对各像素单元聚集光，其材料例如为聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂或这些树脂的共聚物树脂形成的。形成所述微透镜250的工艺可以是现有的任意一种微透镜制作工艺，在此不做赘述。
69.在本技术的一些实施例中，所述图像传感器的形成方法还包括：确定所述第一介质层221和所述第二介质层222的材料；根据薄膜材料中光干涉原理及透射原理，计算所述一个以上像素区域的第一介质层221和第二介质层222厚度，即最优厚度，使第一像素区域201的红光透过率达到最大峰值，使第二像素区域202的绿光透过率达到最大峰值，使第三像素区域203的蓝光透过率达到最大峰值。
70.根据薄膜干涉原理，穿过介质层的反射光与介质层表面的反射光的光程差为：
71.δ＝2n1d
72.其中，n1为介质层的折射率，d为介质层的厚度。
73.根据薄膜干涉原理，干涉的加强减弱条件如下：
74.加强时，δ＝2n1d+(λ/2)＝kλ，(k＝1，2，3...)
75.减弱时，δ＝2n1d+(λ/2)＝(2k-1)λ/2，(k＝1，2，3...)
76.其中，λ为入射光的波长。公式中是否加入(λ/2)取决于是否存在半波损失。有半波损失时加入(λ/2)，无半波损失时不加入(λ/2)。
77.一般情况下，只用求出光的反射率r，再根据能量守恒定律，可以得到光学透过率t：
78.t＝1-r
79.以菲涅耳公式为基础，可以计算光垂直入射介质界面的反射率和单层增透膜、增反膜的反射率，推导出多层膜系反射率的计算公式，可以计算多层增透膜、增反膜的反射率。
80.单层膜多光束干涉形式的反射总振幅如下：
[0081][0082]
其中，
[0083]
反射系数：
[0084]
其中，n0为入射光进入介质层的前一层的折射率，n1为介质层的折射率，n2为入射光进入介质层后一层的折射率。为相邻反射光束的相位差。
[0085]
可以由δ得到：
[0086][0087]
薄膜可以等效为一个界面，这个界面的反射系数为使用递推法将前面所有膜层等效为一个界面，首先从基底最近的薄膜开始，将薄膜的两个界面等效为一个界面，逐层往上，直至第一个界面。可得：
[0088][0089]
由菲涅尔系数公式求出各界面的反射透射系数，并用逐次迭代求出由所有薄膜所等效成的一个界面的反射率。反射率公式如下：
[0090][0091]
本技术实施例以滤色层材料为pmma，半导体衬底材料为硅作为示例来计算不同颜色像素区域的介质层厚度。根据多层膜透过率计算方法，可以计算出两种介质组合薄膜的
透过率的最小值和最大值。并且可以计算出当透过率最高时，第一介质层和第二介质层各自最优的厚度值。
[0092]
表1
[0093][0094][0095]
表1为不同材料在不同颜色的光中的折射率数据。
[0096]
以第一介质层为氧化硅，第二介质层为氮化硅为例，计算不同颜色的光的最大光学透过率分别对应的介质层厚度。
[0097]
表2
[0098][0099][0100]
表2为不同像素区域的最大光学透过率和最小光学透过率，以及两个实施例中不同介质层的厚度以及对应的光学透过率。参考表2可以发现，光学透过率最大值比最小值高
～45％，说明对不同介质层厚度的调整是可以有效提升透过率的。如果氮化硅厚度不同，而氧化硅厚度相同，在不同颜色的像素区域中，当氧化硅介质厚度为628.07nm时，蓝光透过率最高为94.76％，那么氮化硅可以采用最优厚度，但是氧化硅只能保证一种像素区域采用最优厚度，其余绿光透过率为52.29％，红光透过率为79.07％。上述状况可以调整氧化硅厚度进行改善，如果将氧化硅厚度调整到925.58nm，可以使三种像素区域的透过率相对均衡一些，蓝光透过率为86.02％，绿光透过率为88.82％，红光透过率为84.39％，相比于透过率最小值，有很大的改善。
[0101]
在本技术的另一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度之和相等，并且，所述第一介质层在任意像素区域的厚度所述第二介质层在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。图14至图25为本技术的另一些实施例所述的图像传感器的形成方法中各步骤的结构示意图。由于本技术另一些实施例所述的技术方案与上述实施例的技术方案有一些重复内容，因此下面省略重复内容，重点说明核心流程。
[0102]
参考图14所示，提供半导体衬底300，所述半导体衬底300包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构310。
[0103]
在本技术的一些实施例中，所述一个以上像素区域包括第一像素区域301、第二像素区域302、第三像素区域303。根据需要，所述的半导体衬底300被划分设置为不同的像素区域，例如，红色像素区域、绿色像素区域、蓝色像素区域。所述第一像素区域301例如为红色像素区域，所述第二像素区域302例如为绿色像素区域，所述第三像素区域303例如为蓝色像素区域。
[0104]
所述的每一个像素区域中，都形成有感光元件(图中未示出)，所述感光元件用于将接收到的光信号转换为电信号。
[0105]
在本技术的一些实施例中，所述隔离结构310由在沟槽中填充绝缘材料(例如二氧化硅或氮化硅等)形成。所述隔离结构310隔离相邻的像素区域，保证相邻像素区域里面的光线不发生串扰，进而提高每个像素区域的光子探测效率。
[0106]
参考图15至图21，在所述半导体衬底300表面和所述隔离结构310表面形成透光层320，所述透光层320包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值。
[0107]
为了最大化的提高光线通过透光层320的光学透过率，本技术实施例所述的图像传感器的形成方法中，专门针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。具体地，不同颜色的像素区域的介质层的厚度可以根据薄膜干涉原理以及菲涅耳公式来计算。
[0108]
在本技术的另一些实施例中，不同像素区域上的若干介质层厚度可是根据计算结果得到的，其选择也是可以根据实际情况来定的。
[0109]
在本技术的一些实施例中，所述透光层320包括位于所述半导体衬底300表面和所述隔离结构310表面的第一介质层321和位于所述第一介质层321表面的第二介质层322。当然，在其他实施例中，所述透光层320可以包括更多介质层，本实施例仅以两层介质层作为示例来对本技术的技术方案进行说明。
[0110]
在本技术的另一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层321和所
述第二介质层322的厚度之和相等，并且，所述第一介质层321在任意像素区域的厚度所述第二介质层322在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
[0111]
在本技术的一些实施例中，形成所述透光层320的方法包括：在所述半导体衬底300表面和所述隔离结构310表面形成第一介质层321；分别刻蚀所述第一像素区域301、所述第二像素区域302及所述第三像素区域303的第一介质层321，使之分别达到预定厚度；在所述第一介质层321表面形成第二介质层322。
[0112]
参考图15所示，在所述半导体衬底300表面和所述隔离结构310表面形成第一介质层321。
[0113]
在本技术的一些实施例中，形成所述第一介质层321的方法包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺等。
[0114]
在本技术的一些实施例中，所述第一介质层321的材料包括氧化硅或氮化硅等。
[0115]
在本技术的一些实施例中，所述第一介质层321为单一材料或多种材料的组合。
[0116]
参考图16所示，在所述第一像素区域301和所述第三像素区域303上的第一介质层321上形成第一光阻层341。参考图17所示，刻蚀所述第二像素区域302上的第一介质层321使所述第二像素区域302上的第一介质层321的厚度小于所述第一像素区域301上的第一介质层321的厚度。
[0117]
参考图18所示，去除所述第一光阻层341，在所述第一像素区域301和所述第二像素区域302上的第一介质层321上形成第二光阻层342。参考图19所示，刻蚀所述第三像素区域303上的第一介质层321使所述第三区域303上的第一介质层321的厚度小于所述第二像素区域302上的第一介质层321的厚度。参考图20所示，去除所述第二光阻层342。
[0118]
参考图21所示，在第一介质层321表面形成第二介质层322，所述第一介质层321和所述第二介质层322共同构成透光层320。
[0119]
在本技术的一些实施例中，形成所述第二介质层322的方法包括化学气相沉积工艺和化学机械研磨工艺，例如在所述第一介质层321表面形成第二介质材料层，然后用化学机械研磨工艺研磨所述第二介质材料层至设定厚度。在本技术的另一些实施例中，形成所述第二介质层322的方法包括旋涂工艺，使用旋涂工艺可以减少化学机械研磨工艺造成的薄膜厚度不均匀的问题，第二介质层322可以是环氧丙烯酸酯树脂(expoxy acrylate，ea)等类似可以通过旋涂方式旋涂到晶圆表面的材料，并且具有一定的硬度，耐腐蚀，耐热等性能。
[0120]
在本技术的一些实施例中，所述第二介质层322的材料包括氧化硅或氮化硅等。所述第二介质层322的材料与所述第一介质层321的材料不同。
[0121]
在本技术的一些实施例中，所述第二介质层322为单一材料或多种材料的组合。
[0122]
参考图22和图23，在所述透光层320表面形成若干金属栅格330，所述金属栅格330的位置与所述隔离结构310的位置对应。所述位置对应指的是所述金属栅格330在垂直方向上的投影与所述隔离结构310在垂直方向上的投影基本重合。
[0123]
参考图22所示，在所述透光层320表面形成金属材料层330a。
[0124]
在本技术的一些实施例中，形成所述金属材料层330a的方法包括化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺等。
[0125]
在本技术的一些实施例中，所述金属材料层330a的材料包括铝或钨等。
[0126]
参考图23所示，刻蚀所述金属材料层330a形成所述若干金属栅格330。所述若干金属栅格330可以防止相邻滤色层中的光线串扰，增大进入像素区域的光线的量，提高成像质量。
[0127]
在本技术的一些实施例中，所述刻蚀包括干法刻蚀或湿法刻蚀。
[0128]
参考图24所示，在所述透光层320表面形成位于相邻所述金属栅格330之间的滤色层340。
[0129]
在本技术的一些实施例中，根据半导体衬底300中对应像素区域的划分，可以分别依次在所述第一像素区域301上形成红色滤色层，在所述第二像素区域302上形成绿色滤色层，在所述第三像素区域303上形成蓝色滤色层。
[0130]
参考图25所示，在所述滤色层340上形成微透镜350。所述微透镜350与滤色层340的位置相对应，并设置在滤色层340的正上方。
[0131]
在本技术的一些实施例中，所述图像传感器的形成方法还包括：确定所述第一介质层321和所述第二介质层322的材料；根据薄膜材料中光干涉原理及透射原理，计算所述一个以上像素区域的第一介质层321和第二介质层322厚度，即最优厚度，使第一像素区域301的红光透过率达到最大峰值，使第二像素区域302的绿光透过率达到最大峰值，使第三像素区域303的蓝光透过率达到最大峰值。计算最优厚度的方法和工艺前面已经介绍，此处不再赘述。
[0132]
以第一介质层321为氧化硅，第二介质层322为氮化硅为例，计算不同颜色的光的最大光学透过率分别对应的介质层厚度。
[0133]
表3
[0134][0135]
表3为不同像素区域的最大光学透过率和最小光学透过率，以及不同介质层的厚度以及对应的光学透过率。参考表3可以发现，光学透过率最大值比最小值高～20％，说明对不同介质层厚度的调整是可以有效提升透过率的。如果要做到氮化硅和氧化硅总厚度相同，需要选择不同波长下，氮化硅最优厚度值与氧化硅最优厚度值之和比较接近的厚度组合，并且对其中两层介质层的最优厚度值进行略微调整，得到两种介质层总厚度相同时的透过率。如表3所示，在不同颜色的像素区域中，当氧化硅和氮化硅总厚度为623.47nm时，两层介质层的厚度各不相同，最终透过率接近透过率的最大值。
[0136]
本实施例中两层介质层的厚度都是可调整的，可以通过调整，将两层介质层的厚度都调整到最优厚度，使不同像素区域的透过率都达到最大。
[0137]
本技术所述的图像传感器的形成方法，可以针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。
[0138]
本技术的实施例还提供一种图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构；透光层，位于所述半导体衬底表面和所述隔离结构表面，所述透光层包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值；若干金属栅格，位于所述透光层表面，所述金属栅格的位置与所述隔离结构的位置对应；滤色层，位于所述透光层表面以及相邻所述金属栅格之间；微透镜，位于所述滤色层上。
[0139]
参考图13所示，所述半导体衬底200包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构210。
[0140]
在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200的材料包括(i)元素半导体，例如硅或锗等；(ii)化合物半导体，例如碳化硅、砷化镓、磷化镓或磷化铟等；(iii)合金半导体，例如硅锗碳化物、硅锗、磷砷化镓或磷化镓铟等；或(iv)上述的组合。此外，所述半导体衬底200可以被掺杂(例如，p型衬底或n型衬底)。在本技术的一些实施例中，所述半导体衬底200可以掺杂有p型掺杂剂(例如，硼、铟、铝或镓)或n型掺杂剂(例如，磷或砷)。
[0141]
在本技术的一些实施例中，所述一个以上像素区域包括第一像素区域201、第二像素区域202、第三像素区域203。根据需要，所述的半导体衬底200被划分设置为不同的像素区域，例如，红色像素区域、绿色像素区域、蓝色像素区域。所述第一像素区域201例如为红色像素区域，所述第二像素区域202例如为绿色像素区域，所述第三像素区域203例如为蓝色像素区域。
[0142]
所述的每一个像素区域中，都形成有感光元件(图中未示出)，所述感光元件用于将接收到的光信号转换为电信号。
[0143]
在本技术的一些实施例中，所述感光元件可以包括能够进行光电转换的结构，包括但不限于光电二极管。在本技术的一些实施例中，在所述半导体衬底200中，所述光电二极管以阵列形式排布，用于将接收到的光信号转换为电信号。例如：所述的光电二极管在半导体衬底中以拜耳(bayer)阵列布置，也可以根据需要布置成其他任何阵列。为了满足所述半导体衬底200的总厚度薄化的要求，各个所述光电二极管在所述半导体衬底200中基本上位于同一深度。
[0144]
在本技术的一些实施例中，所述光电二极管可以通过在半导体衬底200中通过执行一次以上的离子注入工艺形成。所述光电二极管的掺杂类型与所述半导体衬底200的掺杂类型相反，例如，当所述半导体衬底200为p型掺杂时，所述光电二极管为n型掺杂。
[0145]
在本技术的一些实施例中，所述隔离结构210由在沟槽中填充绝缘材料(例如二氧化硅或氮化硅等)形成。所述隔离结构210隔离相邻的像素区域，保证相邻像素区域里面的光线不发生串扰，进而提高每个像素区域的光子探测效率。
[0146]
继续参考图13，在所述半导体衬底200表面和所述隔离结构210表面形成有透光层220和金属栅格230，所述透光层220包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值。
[0147]
为了最大化的提高光线通过透光层220的光学透过率，本技术实施例所述的图像传感器中，专门针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。具体地，不同颜色的像素区域的介质层的厚度可以根据薄膜干涉原理以及菲涅耳公式来计算。
[0148]
在本技术的另一些实施例中，不同像素区域上的若干介质层厚度可是根据计算结果得到的，其选择也是可以根据实际情况来定的。
[0149]
在本技术的一些实施例中，所述透光层220包括位于所述半导体衬底200表面和所述隔离结构210表面的第一介质层221和位于所述第一介质层221表面的第二介质层222。当然，在其他实施例中，所述透光层220可以包括更多介质层，本实施例仅以两层介质层作为示例来对本技术的技术方案进行说明。
[0150]
在本技术的一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层221厚度相同且所述第一介质层221的厚度使一个像素区域中入射光的光学透过率达到最大值，所述第二介质层222在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
[0151]
在本技术的一些实施例中，所述第一介质层221的材料包括氧化硅或氮化硅等。
[0152]
在本技术的一些实施例中，所述第一介质层221为单一材料或多种材料的组合。
[0153]
在本技术的一些实施例中，所述第二介质层222的材料包括氧化硅或氮化硅等。所述第二介质层222的材料与所述第一介质层221的材料不同。
[0154]
在本技术的一些实施例中，所述第二介质层222为单一材料或多种材料的组合。
[0155]
继续参考图13，所述金属栅格230的位置与所述隔离结构210的位置对应。所述位置对应指的是所述金属栅格230在垂直方向上的投影与所述隔离结构210在垂直方向上的投影基本重合。
[0156]
继续参考图13所示，在所述透光层220表面形成有位于相邻所述金属栅格230之间的滤色层240。所述滤色层240与不同的像素区域的位置对应，用于通过特定波长范围的光，使所述特定波长范围的光进入感光元件。当所述滤色层240对应不同颜色的像素区域时，可根据需要依次形成所述滤色层240。
[0157]
在本技术的一些实施例中，根据半导体衬底200中对应像素区域的划分，可以分别依次在所述第一像素区域201上形成红色滤色层，在所述第二像素区域202上形成绿色滤色层，在所述第三像素区域203上形成蓝色滤色层。
[0158]
在本技术的一些实施例中，所述滤色层240是用内部添加有有机颜料的树脂形成的。此外，所述滤色层240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。
[0159]
继续参考图13所示，在所述滤色层240上形成有微透镜250。所述微透镜250与滤色层240的位置相对应，并设置在滤色层240的正上方。
[0160]
所述微透镜250用于针对各像素单元聚集光，其材料例如为聚苯乙烯树脂、丙烯酸树脂或这些树脂的共聚物树脂形成的。形成所述微透镜250的工艺可以是现有的任意一种微透镜制作工艺，在此不做赘述。
[0161]
在本技术的另一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层和所述第二介质层的厚度之和相等，并且，所述第一介质层在任意像素区域的厚度所述第二介质层在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。图25为本技术的另一些实施例所述的图像传感器的结构示意图。
[0162]
参考图25所示，所述半导体衬底300包括一个以上像素区域以及用于隔离所述一个以上像素区域的隔离结构310。
[0163]
在本技术的一些实施例中，所述一个以上像素区域包括第一像素区域301、第二像素区域302、第三像素区域303。根据需要，所述的半导体衬底300被划分设置为不同的像素区域，例如，红色像素区域、绿色像素区域、蓝色像素区域。所述第一像素区域301例如为红色像素区域，所述第二像素区域302例如为绿色像素区域，所述第三像素区域303例如为蓝色像素区域。
[0164]
所述的每一个像素区域中，都形成有感光元件(图中未示出)，所述感光元件用于将接收到的光信号转换为电信号。
[0165]
在本技术的一些实施例中，所述隔离结构310由在沟槽中填充绝缘材料(例如二氧化硅或氮化硅等)形成。所述隔离结构310隔离相邻的像素区域，保证相邻像素区域里面的光线不发生串扰，进而提高每个像素区域的光子探测效率。
[0166]
继续参考图25，在所述半导体衬底300表面和所述隔离结构310表面形成透光层320，所述透光层320包括至少两层材料不同的介质层，其中，至少一层介质层的厚度使通过任意像素区域的入射光的光学透过率都达到最大值。
[0167]
为了最大化的提高光线通过透光层320的光学透过率，本技术实施例所述的图像传感器的形成方法中，专门针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。具体地，不同颜色的像素区域的介质层的厚度可以根据薄膜干涉原理以及菲涅耳公式来计算。
[0168]
在本技术的另一些实施例中，不同像素区域上的若干介质层厚度可是根据计算结果得到的，其选择也是可以根据实际情况来定的。
[0169]
在本技术的一些实施例中，所述透光层320包括位于所述半导体衬底300表面和所述隔离结构310表面的第一介质层321和位于所述第一介质层321表面的第二介质层322。当然，在其他实施例中，所述透光层320可以包括更多介质层，本实施例仅以两层介质层作为示例来对本技术的技术方案进行说明。
[0170]
在本技术的另一些实施例中，在所述一个以上像素区域，所述第一介质层321和所述第二介质层322的厚度之和相等，并且，所述第一介质层321在任意像素区域的厚度所述第二介质层322在任意像素区域的厚度都使通过该像素区域的入射光的光学透过率达到最大值。
[0171]
在本技术的一些实施例中，所述第一介质层321的材料包括氧化硅或氮化硅等。
[0172]
在本技术的一些实施例中，所述第一介质层321为单一材料或多种材料的组合。
[0173]
在本技术的一些实施例中，所述第二介质层322的材料包括氧化硅或氮化硅等。所述第二介质层322的材料与所述第一介质层321的材料不同。
[0174]
在本技术的一些实施例中，所述第二介质层322为单一材料或多种材料的组合。
[0175]
继续参考图25，在所述透光层320表面形成有若干金属栅格330，所述金属栅格330的位置与所述隔离结构310的位置对应。所述位置对应指的是所述金属栅格330在垂直方向上的投影与所述隔离结构310在垂直方向上的投影基本重合。
[0176]
继续参考图25所示，在所述透光层320表面形成有位于相邻所述金属栅格330之间的滤色层340。
[0177]
在本技术的一些实施例中，根据半导体衬底300中对应像素区域的划分，可以分别依次在所述第一像素区域301上形成红色滤色层，在所述第二像素区域302上形成绿色滤色
层，在所述第三像素区域303上形成蓝色滤色层。
[0178]
继续参考图25所示，在所述滤色层340上形成有微透镜350。所述微透镜350与滤色层340的位置相对应，并设置在滤色层340的正上方。
[0179]
本实施例中两层介质层的厚度都是可调整的，可以通过调整，将两层介质层的厚度都调整到最优厚度，使不同像素区域的透过率都达到最大。
[0180]
本技术所述的图像传感器，可以针对不同颜色的像素区域设计不同的介质层厚度，使不同颜色的像素区域的光线都能达到最佳光学透过率，从而提高图像传感器的成像质量。
[0181]
综上所述，在阅读本技术内容之后，本领域技术人员可以明白，前述申请内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本技术意图囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改都在本技术的示例性实施例的精神和范围内。
[0182]
应当理解，本实施例使用的术语
″
和/或
″
包括相关联的列出项目中的一个或多个的任意或全部组合。应当理解，当一个元件被称作
″
连接
″
或
″
耦接
″
至另一个元件时，其可以直接地连接或耦接至另一个元件，或者也可以存在中间元件。
[0183]
类似地，应当理解，当诸如层、区域或衬底之类的元件被称作在另一个元件
″
上
″
时，其可以直接在另一个元件上，或者也可以存在中间元件。与之相反，术语
″
直接地
″
表示没有中间元件。还应当理解，术语
″
包含
″
、
″
包含着
″
、
″
包括
″
或者
″
包括着
″
，在本技术文件中使用时，指明存在所记载的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但并不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。
[0184]
还应当理解，尽管术语第一、第二、第三等可以在此用于描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用于将一个元件与另一个元件区分开。因此，在没有脱离本技术的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。相同的参考标号或相同的参考标记符在整个说明书中表示相同的元件。
[0185]
此外，本技术说明书通过参考理想化的示例性截面图和/或平面图和/或立体图来描述示例性实施例。因此，由于例如制造技术和/或容差导致的与图示的形状的不同是可预见的。因此，不应当将示例性实施例解释为限于在此所示出的区域的形状，而是应当包括由例如制造所导致的形状中的偏差。例如，被示出为矩形的蚀刻区域通常会具有圆形的或弯曲的特征。因此，在图中示出的区域实质上是示意性的，其形状不是为了示出器件的区域的实际形状也不是为了限制示例性实施例的范围。