像素结构及图像传感器的制作方法

本技术属于图像传感领域，特别是涉及一种像素结构及图像传感器。

背景技术：

1、数字照相机及其他光学成像装置使用图像传感器，图像传感器将光学影像转换成可表示为数字影像的数字数据，因此图像传感器是数字摄像头的重要组成部分。特别是，单反相机以及无反相机上使用的高端图像传感器，普遍在芯片上设置有双层微透镜，帮助像素单元更好的聚光；同时，相邻像素的微透镜之间会使用金属网格实现入射光信号之间的隔离以减少像素间的光学串扰。如图1所示，图像传感器的光学结构层中设置多层堆叠的金属网格231、261，在细间距像素产品中，常用钨金属作为金属网格，钨的光吸收性会使透过第一微透镜层210的一部分入射光信号被金属网格吸收，造成光信号的耗损，由此影响成像的光灵敏度。此外，受限于现有的金属网格自身的性质，金属网格的制备温度偏高以及制备过程中难以避免地会引入沾污，不仅会对光学结构层造成损伤，还会复杂化像素结构的制备工序。

2、因此，有必要提供一种具有双层微透镜的改良像素结构以及包括所述像素结构的图像传感器。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种像素结构及图像传感器，用于解决现有技术中多层金属网格对光信号的吸收而影响成像的光灵敏度，以及限制像素结构的制作环境等问题。

2、实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种像素结构，所述像素结构包括：衬底，所述衬底内设置有多个感光区域以及与每个感光区域对应设置的光敏元件；光学结构层，设置于所述衬底上方，所述光学结构层包括上下层叠设置的第一微透镜层和第二微透镜层，所述第一微透镜层包括多个第一微透镜，所述第二微透镜层包括多个第二微透镜，且每个所述第二微透镜与其对应设置的所述第一微透镜构成一组双层微透镜；所述第二微透镜层还包括介质网格，所述介质网格周期性分布于相邻所述第二微透镜之间，以调整透过所述第一微透镜进入所述第二微透镜层的入射光的入射角度。

3、可选地，所述第二微透镜层还包括覆盖所述第二微透镜和所述介质网格的第一平坦层，且所述第一平坦层的折射率高于所述介质网格的折射率。

4、可选地，所述介质网格具有低于1.5的折射率。

5、可选地，所述第二微透镜层与所述第一微透镜层之间还设置有颜色滤镜阵列，所述颜色滤镜阵列形成有多个颜色滤镜且相邻所述颜色滤镜之间设置有滤镜隔离网格，以使相邻的所述颜色滤镜之间彼此光学隔离。

6、可选地，所述介质网格为单层结构，所述介质网格设置成凸出于所述第一平坦层朝向所述颜色滤镜阵列一侧的表面以使所述介质网格延伸进入相邻所述颜色滤镜之间，并形成为所述滤镜隔离网格。

7、可选地，所述介质网格包括上下层叠设置的第一介质网格和第二介质网格，且所述第一介质网格与所述第二介质网格之间彼此错位。

8、可选地，所述第一介质网格设置成凸出于所述第一平坦层朝向所述颜色滤镜阵列一侧的表面以使所述第一介质网格延伸进入相邻所述颜色滤镜之间，并形成为所述滤镜隔离网格。

9、可选地，所述像素结构还包括设置于所述衬底与所述光学结构层之间的金属网格层，所述金属网格层包括金属网格和覆盖所述金属网格的第二平坦层，所述金属网格设置为将多个所述感光区域分隔开的像素隔离图案，且所述介质网格的光吸收系数小于所述金属网格的光吸收系数。

10、可选地，位于所述像素结构边缘的所述金属网格与所述介质网格之间的水平间距为x，位于所述像素结构中心的所述金属网格与所述介质网格之间的水平间距为y，其中，x大于y。

11、本实用新型还提供一种具有双层微透镜的图像传感器，所述图像传感器包括前述的像素结构。

12、如上所述，本实用新型的像素结构及图像传感器，具有以下有益效果：

13、本实用新型通过于双层微透镜之间设置介质网格替代金属网格，所述介质网格周期性分布于相邻的第二微透镜之间，使透过上层微透镜的入射光在介质网格处发生反射，避免了使用金属网格时引发的光吸收，因而减少光信号的损失，提升了像素结构的进光量以及成像质量；此外，使用介质网格还可以优化双层微透镜的制备环境，将上层微透镜的制备环境转变为无金属环境，避免了金属网格的制备温度过高导致对其他器件的损伤，因而提升了像素结构设计和制作流程的灵活性，具有更好的普适性和广阔的应用范围。

技术特征：

1.一种像素结构，其特征在于，所述像素结构包括：

2.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述第二微透镜层还包括覆盖所述第二微透镜和所述介质网格的第一平坦层，且所述第一平坦层的折射率高于所述介质网格的折射率。

3.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于：所述第一平坦化层选用为氧化硅或氮化硅，所述介质网格具有低于1.5的折射率。

4.根据权利要求2所述的像素结构，其特征在于，所述第二微透镜层与所述第一微透镜层之间还设置有颜色滤镜阵列，所述颜色滤镜阵列形成有多个颜色滤镜且相邻所述颜色滤镜之间设置有滤镜隔离网格，以使相邻的所述颜色滤镜之间彼此光学隔离。

5.根据权利要求4所述的像素结构，其特征在于，所述介质网格为单层结构，所述介质网格设置成凸出于所述第一平坦层朝向所述颜色滤镜阵列一侧的表面以使所述介质网格延伸进入相邻所述颜色滤镜之间，并形成为所述滤镜隔离网格。

6.根据权利要求4所述的像素结构，其特征在于，所述介质网格包括上下层叠设置的第一介质网格和第二介质网格，且所述第一介质网格与所述第二介质网格之间彼此错位。

7.根据权利要求6所述的像素结构，其特征在于，所述第一介质网格设置成凸出于所述第一平坦层朝向所述颜色滤镜阵列一侧的表面以使所述第一介质网格延伸进入相邻所述颜色滤镜之间，并形成为所述滤镜隔离网格。

8.根据权利要求1所述的像素结构，其特征在于，所述像素结构还包括设置于所述衬底与所述光学结构层之间的金属网格层，所述金属网格层包括金属网格和覆盖所述金属网格的第二平坦层，所述金属网格设置为将多个所述感光区域分隔开的像素隔离图案。

9.根据权利要求8所述的像素结构，其特征在于，位于所述像素结构边缘的所述金属网格与所述介质网格之间的水平间距为x，位于所述像素结构中心的所述金属网格与所述介质网格之间的水平间距为y，其中，x大于y。

10.一种具有双层微透镜的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：

技术总结
本技术提供一种像素结构及图像传感器，像素结构包括：衬底，衬底内设置有多个感光区域以及与每个感光区域对应设置的光敏元件；光学结构层，设置于衬底上方，光学结构层包括上下层叠设置的第一微透镜层和第二微透镜层，第一微透镜层包括多个第一微透镜，第二微透镜层包括多个第二微透镜，且每个所述第二微透镜与其对应设置的第一微透镜构成一组双层微透镜；第二微透镜层还包括介质网格，介质网格周期性分布于相邻第二微透镜之间，以调整透过第二微透镜进入第一微透镜层的入射光的入射角度。本技术于双层微透镜之间使用介质网格，减少了光信号的损失，提升了成像质量，同时优化双层微透镜的制备环境。

技术研发人员：王文轩,石文杰,胡泽望
受保护的技术使用者：思特威（上海）电子科技股份有限公司
技术研发日：20220928
技术公布日：2024/1/13