[发明专利]CMOS图像传感器及其形成方法

说明书

本发明提供一种CMOS图像传感器及其形成方法，所述CMOS图像传感器包括：若干像素单元、位于所述像素单元上部的微透镜结构；所述微透镜结构包括：由多层透光铺设层堆叠的微透镜核，以及包覆所述微透镜核的微透镜外层，其中，多层透光铺设层具有不完全相同的折射率。本发明通过以透光铺设层作为硬掩模，形成多层透光铺设层构成的微透镜核，能够提高光刻和刻蚀工艺稳定性，并且所形成的图像传感器光敏感性和相对照度更好，像素之间的串扰更小。

技术领域

本发明涉及图像处理领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器及其形成方法。

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。CMOS图像传感器产品可分为FSI（FrontSide Illumination，前照式）和BSI（Back Side Illumination，背照式）。

图像传感器通过微透镜将入射光照射在图像传感器上。微透镜是提高光集中效率，并且是确定图像传感器特性的主要因素。微透镜的制备方法通常有两种：热回流工艺和反向蚀刻工艺。热回流工艺通过加热柱状的光刻胶到玻璃化温度以上，使得光刻胶处于熔融状态，在光刻胶表面张力的作用下，光刻胶会自动形成半球状的微透镜。由于光刻胶在熔融后容易粘连，相邻的熔融光刻胶一旦接触后，无法形成透镜的面型，引起最终形成的微透镜结构异常，使入射的光不能充分利用，并且会引起背景噪声，因此，热回流工艺需要保证熔融的光刻胶之间具有一定的间距，最终导致图像传感器填充因子过小；反向蚀刻工艺是在热回流工艺的基础上加上一步反蚀刻工艺，使得光刻胶底部的材料按照熔融半球状的光刻胶形状进行反向刻蚀最终形成几乎无间隙的微透镜，可以达到提高图像传感器填充因子的作用。但是，目前常用的热回流工艺和反向蚀刻工艺需要在专门的彩色滤光片代工厂（OCF FAB）进行加工，因此需要额外的物流时间以及复杂的加工工艺，从而造成成本的提高。

微透镜的材料以及结构是决定光集中效率的关键因素，而在传统的图像传感器微透镜结构中，微透镜结构大多只采用一种材料，只有一种折射率，不能对入射光路进行调整，无法大幅地提升图像传感器的光性能。

一方面，需要保证图像传感器光学性能的同时降低加工成本，从而提高产品的竞争力；另一方面，通过设置合适的微透镜结构，从而使得微透镜的形成工艺更加稳定且光路更加优化。本发明就是为了解决以上两个问题而提出的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CMOS图像传感器及其形成方法，光敏感性和相对照度更好，像素之间的串扰更小，且工艺更稳定。

基于以上考虑，本发明提供一种CMOS图像传感器，包括：

若干像素单元、位于所述像素单元上部的微透镜结构；

所述微透镜结构包括：由多层透光铺设层堆叠的微透镜核，以及包覆所述微透镜核的微透镜外层，其中，多层透光铺设层具有不完全相同的折射率。

可选地，所述微透镜核为：沿光路方向由下而上依次层叠的第一层透光铺设层至第N-1层透光铺设层，所述第一层透光铺设层至第N-1层透光铺设层的折射率依次为n₁至n_N-1；

所述微透镜外层的折射率为n_N；其中，N为大于等于3的自然数。

可选地，所述透光铺设层或微透镜外层的材质选用SiN、SiO₂或SiON，所述n₁至n_N先变大后变小。

可选地，所述第N-1层透光铺设层的材质为SiN或SiON，所述第N-1层透光铺设层为形成所述微透镜核的硬掩模层。

可选地，所述微透镜核整体成岛状、柱状、弧状结构。