本發(fā)明涉及圖像傳感器制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種三維圖像傳感器及其制造方法。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的二維圖像技術(shù)已不能滿足人們的需求，越來越多的三維圖像技術(shù)被應(yīng)用在相關(guān)領(lǐng)域中，例如，海洋陸地勘測、機器視覺、視覺游戲、三維家庭影院、三維視頻會議以及汽車移動控制等等。

在傳統(tǒng)的三維成像技術(shù)中，三維成像系統(tǒng)由分立元器件實現(xiàn)的機器掃描與強大的信號處理芯片構(gòu)成。這樣構(gòu)成的系統(tǒng)不僅笨拙體積大而且價格昂貴，此外它的功耗高也是其一大劣勢。而單芯片cmos圖像傳感器，基于飛行時間法(timeoffly，tof)測距原理，用一個約幾十毫伏功率的激光脈沖代替了傳統(tǒng)的機器掃描，并且將邏輯電路、存儲電路與像素電路集成到單一芯片上，用標準的cmos工藝來實現(xiàn)這一設(shè)計。

請參考圖1，其為現(xiàn)有的三維圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，在現(xiàn)有的三維圖像傳感器1中，包括邏輯晶圓10、鍵合于所述邏輯晶圓10上的存儲晶圓11、鍵合于所述存儲晶圓11上的像素晶圓12以及形成于所述像素晶圓12上的玻璃透鏡13，其中，所述像素晶圓12主要包括光電二極管120、彩色濾光片121及微透鏡122。在現(xiàn)有技術(shù)中，主要通過玻璃透鏡13實現(xiàn)聚光作用，同時，在每個像素中，還通過微透鏡122對玻璃透鏡13透射出來的光線進行調(diào)整，通過彩色濾光片121實現(xiàn)波長的選擇，通過光電二極管120進行光電的轉(zhuǎn)換。彩色濾光片121和微透鏡122均可以通過現(xiàn)有的cmos工藝形成，而玻璃透鏡13需要通過額外的工藝粘貼在像素晶圓12上。

現(xiàn)有的三維圖像傳感器仍舊存在一定的體積較大和成本較昂貴的問題，如何進一步降低三維圖像傳感器的體積和成本成了本領(lǐng)域技術(shù)人員需要解決的一個問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種三維圖像傳感器及其制造方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的三維圖像傳感器體積較大的問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種三維圖像傳感器，所述三維圖像傳感器包括：邏輯晶圓、鍵合于所述邏輯晶圓的第一表面的存儲晶圓、鍵合于所述存儲晶圓的第二表面的像素晶圓及形成于所述像素晶圓的第三表面的光柵透鏡，所述光柵透鏡能夠選擇波長，并對選擇后的波長進行聚光后傳遞至所述像素晶圓。

可選的，在所述的三維圖像傳感器中，所述光柵透鏡包括多個間隔的二氧化鈦納米磚塊。

可選的，在所述的三維圖像傳感器中，所述二氧化鈦納米磚塊的高度為500nm～700nm。

可選的，在所述的三維圖像傳感器中，所述二氧化鈦納米磚塊的截面寬度為100nm～700nm。

可選的，在所述的三維圖像傳感器中，相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙為10nm～200nm。

可選的，在所述的三維圖像傳感器中，所述像素晶圓包括多個間隔的單光子雪崩二極管，相鄰兩個單光子雪崩二極管之間通過深溝槽隔離結(jié)構(gòu)予以隔離。

本發(fā)明還提供一種三維圖像傳感器的制造方法，所述三維圖像傳感器的制造方法包括：

提供邏輯晶圓；

在所述邏輯晶圓的第一表面鍵合存儲晶圓；

在所述存儲晶圓的第二表面鍵合像素晶圓，所述像素晶圓的第三表面形成有光柵透鏡，所述光柵透鏡能夠選擇波長，并對選擇后的波長進行聚光后傳遞至所述像素晶圓。

可選的，在所述的三維圖像傳感器的制造方法中，通過如下方法在所述像素晶圓的第三表面形成光柵透鏡：

在所述像素晶圓的第三表面形成二氧化鈦層；

刻蝕所述二氧化鈦層以形成光柵透鏡。

可選的，在所述的三維圖像傳感器的制造方法中，所述光柵透鏡包括多個間隔的二氧化鈦納米磚塊；所述二氧化鈦納米磚塊的高度為500nm～700nm；所述二氧化鈦納米磚塊的截面寬度為100nm～700nm；相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙為10nm～200nm。

可選的，在所述的三維圖像傳感器的制造方法中，所述像素晶圓包括多個間隔的單光子雪崩二極管，相鄰兩個單光子雪崩二極管之間通過深溝槽隔離結(jié)構(gòu)予以隔離。

在本發(fā)明提供的三維圖像傳感器及其制造方法中，在像素晶圓上形成光柵透鏡，所述光柵透鏡能夠選擇波長，并對選擇后的波長進行聚光后傳遞至所述像素晶圓，由此可以避免增加專門的透鏡組件，從而可以減小所形成的三維圖像傳感器的體積；此外，相對于增加專門的透鏡組件，將具有波長選擇和聚光作用的光柵透鏡集成到三維圖像傳感器內(nèi)也能夠降低成本。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的三維圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例的三維圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例的光柵透鏡的一顯微鏡示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例的光柵透鏡的另一顯微鏡示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例的三維圖像傳感器的制造方法的流程示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的三維圖像傳感器及其制造方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

考慮到玻璃透鏡體積較大并且價格比較昂貴，本申請的核心思想在于：在像素晶圓上形成光柵透鏡，所述光柵透鏡能夠選擇波長，并對選擇后的波長進行聚光后傳遞至所述像素晶圓，由此可以避免增加專門的透鏡組件，從而可以減小所形成的三維圖像傳感器的體積；此外，相對于增加專門的透鏡組件，將具有波長選擇和聚光作用的光柵透鏡集成到三維圖像傳感器內(nèi)也能夠降低成本。

請參考圖2，其為本發(fā)明實施例的三維圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，在本申請實施例中，所述三維圖像傳感器2包括：邏輯晶圓20、鍵合于所述邏輯晶圓20的第一表面的存儲晶圓21、鍵合于所述存儲晶圓21的第二表面的像素晶圓22及形成于所述像素晶圓22的第三表面的光柵透鏡23，所述光柵透鏡23能夠選擇波長，并對選擇后的波長進行聚光后傳遞至所述像素晶圓22。

優(yōu)選的，所述光柵透鏡23包括多個間隔的二氧化鈦納米磚塊。即在本申請實施例中，所述光柵透鏡23由二氧化鈦材料制成，且其形式為多個間隔的納米磚塊。具體的，所述二氧化鈦納米磚塊的高度(即圖2所示的y方向上的一個二氧化鈦納米磚塊的兩側(cè)邊之間的距離)為500nm～700nm，所述二氧化鈦納米磚塊的截面寬度(即圖2所示的x方向上的一個二氧化鈦納米磚塊的兩側(cè)邊之間的距離)為100nm～700nm，相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙/間隔為10nm～200nm。

例如，所述二氧化鈦納米磚塊的高度為500nm、550nm、580nm、600nm、620nm、650nm或者700nm等；所述二氧化鈦納米磚塊的截面寬度為100nm、120nm、150nm、200nm、350nm、500nm或者700nm等；相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙/間隔為10nm、15nm、20nm、50nm、60nm、80nm、100nm、150nm或者200nm等。

在本申請實施例中，多個二氧化鈦納米磚塊之間的高度相同或者基本相同，即也可以由于工藝條件的限制，而存在一定的高度差，通常的，最高的二氧化鈦納米磚塊的高度與最低的二氧化鈦納米磚塊的高度之差小于等于20nm。

進一步的，多個二氧化鈦納米磚塊之間的截面寬度可以相同也可以不相同。對于多個二氧化鈦納米磚塊之間的截面寬度不相同的情況，可以是由于各二氧化鈦納米磚塊采用了不同的尺寸而致，也可以是由于各二氧化鈦納米磚塊采用了(相對于x方向的)不同的傾斜角度而致(對此可具體參考圖3和圖4)。

相應(yīng)的，相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙/間隔可以相同也可以不相同。當相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙/間隔相同時，相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊各處之間的間隙/間隔均相同或者基本相同(即差別主要是由于工藝條件的限制)；當相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙/間隔不相同時，相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊各相應(yīng)位置中只要有一個位置處的間隙/間隔與其他位置處的間隙/間隔不相同即可。

其中，所述二氧化鈦納米磚塊的高度、所述二氧化鈦納米磚塊的截面寬度以及相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙/間隔具體可根據(jù)需要聚焦的光線的位置，也即光電二極管(在本申請實施例中，具體為單光子雪崩二極管，即spad)的位置以及需要選擇的波長而定，本申請實施例對此不作限定。較佳的，所述二氧化鈦納米磚塊的高度為500nm～700nm，所述二氧化鈦納米磚塊的截面寬度為100nm～700nm，相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙/間隔為10nm～200nm。

在本申請實施例中，所述邏輯晶圓20的第一表面為所述邏輯晶圓20的背面，所述存儲晶圓21的第二表面為所述存儲晶圓21的背面，所述像素晶圓22的第三表面為所述像素晶圓22的正面。

進一步的，所述存儲晶圓21的第四表面(即所述存儲晶圓21的正面)鍵合于所述邏輯晶圓20的第一表面，所述像素晶圓22的第五表面(即所述像素晶圓22的背面)鍵合于所述存儲晶圓21的第二表面。其中，所述存儲晶圓21的第二表面和所述像素晶圓22的第五表面均為經(jīng)過減薄后的表面。

請繼續(xù)參考圖2，在本申請實施例中，所述像素晶圓22包括多個間隔的單光子雪崩二極管(spad)220，相鄰兩個單光子雪崩二極管220之間通過深溝槽隔離結(jié)構(gòu)(dti)221予以隔離。其中，所述單光子雪崩二極管220可以采用現(xiàn)有的任何一種工藝形成，本申請實施例對此不作限定。進一步的，所述深溝槽隔離結(jié)構(gòu)221可以采用金屬隔離，也可以采用非金屬隔離，其只要能夠?qū)崿F(xiàn)對于相鄰兩個單光子雪崩二極管220之間的隔離，防止串擾即可。進一步的，所述像素晶圓22還可包括微透鏡222，對于每個像素而言，也可通過所述微透鏡222對光柵透鏡23透射出來的光線進行調(diào)整，以提高三維圖像傳感器的成像質(zhì)量。

在本申請實施例中，所述邏輯晶圓20具體可包括邏輯電路等結(jié)構(gòu)，所述存儲晶圓21具體可包括存儲電路等結(jié)構(gòu)，此外，所述邏輯晶圓20和所述存儲晶圓21還可包括隔離結(jié)構(gòu)(主要為介質(zhì)層)等。其中，所述邏輯晶圓20和所述存儲晶圓21只要能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯控制和存儲功能即可，其可采用現(xiàn)有的任何一種結(jié)構(gòu)。

進一步的，所述邏輯晶圓20和所述存儲晶圓21之間的鍵合可以通過復(fù)合鍵合工藝實現(xiàn)(即可同時包括金屬和金屬之間的鍵合以及非金屬和非金屬之間的鍵合)；所述存儲晶圓21和所述像素晶圓22之間的鍵合亦可通過復(fù)合鍵合工藝實現(xiàn)。

相應(yīng)的，本實施例還提供一種三維圖像傳感器的制造方法，具體可參考圖5，其為本發(fā)明實施例的三維圖像傳感器的制造方法的流程示意圖。結(jié)合參考圖2和圖5，所述三維圖像傳感器的制造方法包括：

步驟s30：提供邏輯晶圓20；

步驟s31：在所述邏輯晶圓20的第一表面鍵合存儲晶圓21；

步驟s32：在所述存儲晶圓21的第二表面鍵合像素晶圓22，所述像素晶圓22的第三表面形成有光柵透鏡23，所述光柵透鏡23能夠選擇波長，并對選擇后的波長進行聚光后傳遞至所述像素晶圓。

即在本申請實施例中，可以先在所述像素晶圓22的第三表面形成光柵透鏡23，然后再將邏輯晶圓20的第一表面和存儲晶圓21的第四表面鍵合，再將存儲晶圓21的第二表面和像素晶圓22的第五表面鍵合。其中，在執(zhí)行存儲晶圓21的第二表面和像素晶圓22的第五表面鍵合之前，可先對所述存儲晶圓21和所述像素晶圓22執(zhí)行背面減薄工藝。

在本申請實施例中，可通過如下方法在所述像素晶圓22的第三表面形成光柵透鏡23：在所述像素晶圓22的第三表面形成二氧化鈦層；刻蝕所述二氧化鈦層以形成光柵透鏡23。具體的，可通過干法刻蝕工藝或者濕法刻蝕工藝刻蝕所述二氧化鈦層，形成多個間隔的二氧化鈦納米磚塊。其中，所述二氧化鈦納米磚塊的高度可以為500nm～700nm；所述二氧化鈦納米磚塊的截面寬度可以為100nm～700nm；相鄰兩個所述二氧化鈦納米磚塊之間的間隙可以為10nm～200nm。

綜上可見，在本發(fā)明實施例提供的三維圖像傳感器及其制造方法中，在像素晶圓上形成光柵透鏡，所述光柵透鏡能夠選擇波長，并對選擇后的波長進行聚光后傳遞至所述像素晶圓，由此可以避免增加專門的透鏡組件，從而可以減小所形成的三維圖像傳感器的體積；此外，相對于增加專門的透鏡組件，將具有波長選擇和聚光作用的光柵透鏡集成到三維圖像傳感器內(nèi)也能夠降低成本。

上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。