CN102222677B - 图像传感器的遮光结构、图像传感器 - Google Patents

Abstract

一种图像传感器的遮光结构、包括所述遮光结构的图像传感器，所述图像传感器包括多个像素单元，所述像素单元包括：衬底，形成于衬底中的光电传感器，覆盖所述衬底上的透光介质层，形成于所述透光介质层中的遮光结构，所述遮光结构包括第一遮光结构和第二遮光结构，所述第一遮光结构和第二遮光结构露出光电传感器，所述第二遮光结构位于第一遮光结构下方且靠近光电传感器的位置，其中，在垂直于衬底的剖面中，第一遮光结构包括第一长边，第一长边与衬底表面平行；所述第二遮光结构包括第二长边，所述第二长边垂直于衬底表面。本发明遮光结构可大大降低图像传感器的噪音。

Description

图像传感器的遮光结构、图像传感器

技术领域

本发明涉及图像传感器领域，尤其涉及一种用于图像传感器的遮光结构、图像传感器。

背景技术

随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，诸如数码相机等的数码产品在日常生活中扮演越来越重要的角色。

以数码相机为例，其发展速度可以用日新月异来形容，而数码相机的市场也在以惊人的速度在增长，作为数码相机的关键零部件--图像传感器产品就成为当前以及未来业界关注的对象，吸引着众多厂商投入，与图像传感器相关的技术也成为研究热点。

其中，如何减小杂散光对图像传感器的影响，降低噪音是研究的问题之一，在公开号为CN101395718A的中国专利申请中公开了一种图像传感器的遮光层，用于降低噪音。

参考图1，示出了所述中国专利申请的图像传感器一实施例的侧面示意图。所述实施例以一个像素单元12为例，所述像素单元12包括衬底10、位于衬底10上隔离结构42、衬底10上且处于隔离结构42之间的光电二极管14、位于衬底10上的遮光层44，所述遮光层44包括多个组件(45a、45f)。所述遮光层44露出光电二极管14，便于工作光束47b投射至光电二极管14，所述遮光层44遮挡像素单元12的其他区域，可以防止杂散光束47c投射至向光电二极管14上，形成噪音。

由此可见，通过遮光层可以及减小噪音。所述中国专利申请公开的技术方案中，遮光层可有效阻挡正入射至光电二极管的杂散光，然而，对于斜入射至光电二极管的杂散光束，所述遮光层的遮光效果不好，这容易造成漏光现象。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种图像传感器的遮光结构、图像传感器，以降低图像传感器的噪音。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的遮光结构，所述图像传感器包括多个像素单元，所述像素单元包括：衬底，形成于衬底中的光电传感器，覆盖所述衬底上的透光介质层，形成于所述透光介质层中的遮光结构，所述遮光结构包括第一遮光结构和第二遮光结构，所述第一遮光结构和第二遮光结构露出光电传感器，所述第二遮光结构位于第一遮光结构下方且靠近光电传感器的位置，其中，在垂直于衬底的剖面中，第一遮光结构包括第一长边，第一长边与衬底表面平行；所述第二遮光结构包括第二长边，所述第二长边垂直于衬底表面。

可选地，所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述光电传感器为光电二极管。

可选地，所述第一遮光结构为一“口”形结构。

可选地，所述第一遮光结构的第一内边缘与所述光电传感器的外边缘齐平。

可选地，所述第二遮光结构的第二内边缘与所述光电传感器的外边缘齐平。

可选地，所述第二遮光结构的上端与所述第一遮光结构相接触。

可选地，所述第二遮光结构的上端与所述第一遮光结构相隔离。

可选地，所述图像传感器还包括用于控制光电传感器的逻辑电路、位于衬底中光电传感器之间的隔离结构，所述逻辑电路包括连接线组，所述连接线组位于隔离结构上方，所述第二遮光结构位于连接线组上方且靠近图像传感器的一侧，并且与连接线组相电性绝缘。

可选地，所述连接线组包括依次位于隔离结构上的多晶硅层、第一金属层、第二金属层、第三金属层，所述第一遮光结构采用位于第二金属层上的第三金属层形成，所述第二遮光结构在形成第二金属层与第三金属层之间的金属插塞时形成。

可选地，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一遮光结构、第二遮光结构的材料为钨。

相应地，本发明还提供一种包括所述遮光结构的图像传感器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.与衬底平行的第一遮光结构，用于阻挡垂直入射至光电传感器的杂散光；与衬底垂直的第二遮光结构，用于阻挡斜入射至光电传感器的杂散光，可有效降低图像传感器的噪音。

2.第一金属层、第二金属层、用作第一遮光结构的第三金属层、第一金属插塞、用作第二遮光结构的类金属插塞结构的材料均为钨，以基于现有的工艺和材料制造完成，不增加成本、与现有工艺兼容。

附图说明

图1是现有技术图像传感器像素单元一实施例的侧面示意图；

图2是本发明图像传感器像素单元第一实施例的侧面示意图；

图3是图2所示图像传感器的局部俯视示意图；

图4是本发明图像传感器像素单元第二实施例的侧面示意图；

图5是图4所示图像传感器的局部俯视示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

为了解决背景技术所描述的问题，本发明提供一种图像传感器的遮光结构，所述遮光结构为一三维结构，可阻挡多角度入射至图像传感器的杂散光，进而可有效降低图像传感器的噪音。

实施例I

参考图2，示出了本发明图像传感器第一实施例的示意图。本实施例中，所述图像传感器为CMOS图像传感器(CMOSImagingSeneor，CIS)，但是本发明并不限制于此。

图像传感器通常包括阵列式排布的多个像素单元，为了使附图更简洁、清楚，附图2中只以一个像素单元为例。图像传感器的其他像素单元与此相同。对于其他像素单元，可作相应替换。

如图2所示，像素单元包括：衬底100、形成于衬底100中的光电传感器102、位于光电传感器102之间用于绝缘的隔离结构101、覆盖于衬底100上的透光介质层110、形成于透光介质层110中的遮光结构，其中，

衬底100，可以是单晶硅或硅锗；也可以是绝缘体上硅(Silicononinsulator，SOI)。

隔离结构101，可以是浅沟槽隔离结构(ShallowTrenchIsolation，STI)，具体地，包括位于不同像素单元的光电传感器102之间的沟槽、以及填充于所述沟槽中的介质材料，所述介质材料可以是二氧化硅。

本实施例中，所述光电传感器102为光电二极管，包括形成于衬底中的第一掺杂区、位于第一掺杂区上的第二掺杂区，例如：第一掺杂区为N型掺杂区、第二掺杂区为P型掺杂区。所述光电二极管在接受光线照射之后能够产生电流，而且所述电流的强度与光照的强度相对应，也就是说光电二极管可以感知光强。

在图像传感器中还包括控制开关和彩色滤光片等结构(图中未示出)，光电二极管可感知光的强度，彩色滤光片可感知图像的色彩，所述光电二极管在控制开关的控制下，同时结合彩色滤光片，可将图像信息转换成可用输出信号。

透光介质层110覆盖于光电传感器102上，需要说明的是，所述透光介质层110还覆盖于隔离结构101上，用于起到绝缘作用，由于光电传感器102需要感知光的强度，为了提高图像传感器的灵敏度，较佳地，需选用透光率较高的介质材料作为透光介质层110，本实施例中，所述透光介质层110的材料为二氧化硅，但是本发明并不限制于此。

遮光结构形成于透光介质层110中，具体地说，所述遮光结构位于靠近透光介质层110表面的位置处，本实施例中，所述遮光结构包括第一遮光结构109和第二遮光结构108。其中，

第一遮光结构109位于光电传感器102上方，用于遮挡垂直入射到图像传感器光电传感器102区域之外区域的杂散光，在图2所示的沿垂直于衬底100表面方向的剖面示意图中，所述第一遮光结构109包括平行于衬底100表面的第一长边和垂直于衬底表面的第一短边，所述第一长边的尺寸大于所述第一短边的尺寸，所述第一长边沿平行于衬底100表面的方向延伸，且露出光电传感器102。

所述第一遮光结构109为诸如金属等的不透光材料，可以遮挡除光电传感器102外的其他区域，对于垂直入射到图像传感器其他区域的杂散光具有良好的遮挡作用。

所述第二遮光结构108用于遮挡斜入射向光电传感器102的杂散光，所述第二遮光结构108位于所述第一遮光结构109下方且靠近光电传感器102的位置，在图2所示的沿垂直于衬底表面方向的剖面示意图中，所述第二遮光结构108包括垂直于衬底100表面的第二长边和平行于衬底100表面的第二短边，所述第二长边的尺寸大于所述第二短边的尺寸，所述第二长边沿垂直于衬底100表面的方向延伸，用于阻挡斜入射光进入光电传感器102区域。

所述第二遮光结构108为诸如金属等的不透光材料，由于第二遮光结构108位于靠近光电传感器102的位置处，且第二遮光结构108的第二长边沿垂直于衬底100表面的方向延伸一定长度，可以对斜入射向光电传感器102的杂散光起到良好地遮挡作用。

第二遮光结构108的第二长边越长，那么第二遮光结构108对斜入射光电传感器102的杂散光的遮挡作用越好。

需要说明的是，所述图像传感器还包括逻辑电路(图中未示出)，用于打开和关闭光电传感器，还用于传输和处理光电传感器探测到的、与光强对应的电信号。为了控制光电传感器、传输电信号，所述逻辑电路还包括与光电传感器相连的连接线组，所述连接线组设置于隔离结构101的上方。

由于所述第一遮光结构109和第二遮光结构108通常由金属材料制成，为了避免第一遮光结构109和第二遮光结构108影响逻辑电路，第一遮光结构109和第二遮光结构108需与连接线组绝缘。

本实施例中，所述第一遮光结构109位于连接线组的上方，并且第一遮光结构109和连接线组之间设置有透光介质层110。

由于第二遮光结构108位于第一遮光结构109下方，且第二遮光结构108的第二长边沿垂直于衬底表面的方向延伸，因此，为了使第二遮光结构108与连接线组绝缘，第二遮光结构108需位于连接线组的一侧，具体地，第二遮光结构108位于连接线组靠近光电传感器120的一侧。

为了实现良好电性绝缘，本实施例中，所述第二遮光结构108不仅位于连接线组的一侧，并且位于连线组的上方。

具体地，所述连接线组包括依次位于隔离结构101上的多晶硅层103、第一金属层105、第二金属层107，其中，所述多晶硅层103为用于控制光电传感器的CMOS(图未示)的栅极，所述第一金属层105，用于传输光电传感器探测到的信号，所述第二金属层107，用于向CMOS提供开关电压。

所述多晶硅层103和第一金属层105之间还形成有接触件104(Contact，CT)，第一金属层105和第二金属层107还形成有第一金属插塞106。其中所述接触件104和第一金属插塞106可以实现层间电性连接。

通常，在CMOS图像传感器的连接线组中还包括第三金属层，本实施例中，所述第一遮光结构109由位于第二金属层107上的第三金属层形成，为了实现第二金属层107和第三金属层之间的电性互联，所述第二金属层107和第三金属层之间会形成与所述第二金属层107和第三金属层均接触的金属插塞，在形成所述金属插塞的过程中，可以采用类似的工艺方法在连线组靠近光电传感器102的一侧形成类金属插塞结构，所述类金属插塞结构用作第二遮光结构108。

所述类金属插塞结与金属插塞的不同在于，所述类金属插塞结构形成于偏离第二金属层107且靠近光电传感器的位置处，因此，所述类金属插塞结构与第二金属层107相绝缘(而第二金属层107和第三金属层间的金属插塞会与第二金属层107和第三金属层均相电连接)。

此外，所述类金属插塞结构的高度可以小于金属插塞的高度，本实施例中，所述类金属插塞结构位于第二金属层107的上方，与此同时，类金属插塞结构的上端与第三金属层不接触，也就是说第二遮光结构108和第一遮光结构109相隔离。

所述类金属插塞结构与金属插塞的制造方法相同，即所述第二遮光结构108在形成第二金属层107与第三金属层之间的金属插塞时形成，只是类金属插塞结构的形成位置(主要是指水平向的位置)与金属插塞不同，第二遮光结构的形成工艺与第一金属插塞的形成工艺具有良好地兼容性，无需修改现有制造条件、不会额外增加成本。

此外，所述第一金属层105、第二金属层107、第一金属插塞106、金属插塞的材料为钨，所述第一遮光结构109和第二遮光结构108均可以通过金属钨来形成，因此，本发明的遮光结构可通过现有工艺方法和材料形成，不增加成本。

结合参考图3，示出了图2所示像素单元的局部俯视示意图。

如图3所示，所述光电传感器102在衬底表面形成一方形区域，具体地，所述光电传感器102为光电二极管，但是本发明并不限制于此。

所述图3为从图像传感器的上方，向下俯视形成的示意图。如图3所示，在一个像素单元中，所述第一遮光结构109为一“口”形结构，所述“口”形的第一遮光结构109每一边均有一定的宽度，可以对处于所述第一遮光结构109下方的光电传感器102的区域起到遮挡作用，本实施例中，所述第一遮光结构109的第一内边缘1091位于光电传感器102的外边缘1021以内，所述第一内边缘1091所围成的区域为第一遮光结构109露出的光电传感器区域。

所述第二遮光结构108也为一“口”形结构，所述“口”形的第二遮光结构108每一边的宽度小于所述第一遮光结构109的宽度，所述第二遮光结构108的第二内边缘1081与光电传感器外边缘接近，并且位于光电传感器102外边缘1021以外。

第二遮光结构108的第二内边缘1081的位置越靠近光电二极管，所述第二遮光结构108的遮挡作用会越好。

实施例II

参考图4，示出了本发明图像传感器第二实施例的示意图。所述图像传感器通常包括阵列式排布的多个像素单元，为了使附图更简洁、清楚，附图4中只以一个像素单元为例。图像传感器的其他像素单元与此相同。对于其他像素单元，可作相应替换。

如图4所示，像素单元包括：衬底200、形成于衬底200中的光电传感器202、位于光电传感器202之间用于绝缘的隔离结构201、覆盖于衬底200上的透光介质层210、形成于透光介质层210中的遮光结构，所述遮光结构包括第一遮光结构209、第二遮光结构208。

所述图像传感器还包括连接线组，所述连接线组包括依次位于隔离结构201上的多晶硅层203、第一金属层205、第二金属层207，所述多晶硅层203和第一金属层205之间还形成有接触件204，第一金属层205和第二金属层207还形成有第一金属插塞206。其中所述接触件204和第一金属插塞206可以实现层间电性连接，所述第一遮光结构209由位于第二金属层207上的第三金属层形成。

本实施例与图2所示实施例相同的结构不再赘述，本实施例与图2所示实施例的不同之处在于：

在形成第二金属层207和第三金属层之间金属插塞的过程中，在连接线组的一侧形成类金属插塞，所述类金属插塞为第二遮光结构208，本实施例中，所述类金属插塞(第二遮光结构208)与金属插塞的大小尺寸完全相同，这样形成类金属插塞的方法可以和现有工艺更好地兼容。

此外，所述第二遮光结构208与连接线组的电性绝缘，同时第二遮光结构208的上端与第一遮光结构209相接触，可以更好地阻挡斜入射至光电传感器202中的杂散光。

继续参考图5，示出了图4所示像素单元的局部俯视示意图。图5为图4为从图像传感器的上方，向下俯视形成的示意图。

本实施例中，所述第一遮光结构209的第一内边缘2091与所述光电传感器202的外边缘2021相齐平，也就是说，所述第一遮光结构209刚好将光电二极管完全露出，这样在保证第一遮光结构209遮挡作用的同时，可以露出更多光电传感器202，从而提高了光电传感器的利用率。

本实施例中，所述第二遮光结构208的第二内边缘2081与所述光电传感器202的外边缘2021相齐平，也就是说，第二遮光结构208刚好露出光电传感器202，对于相同高度的第二遮光结构208，越靠近光电传感器202区域，其遮挡斜入射杂散光的效果越好。这样在保证光电传感器利用率的同时，还可以提高第二遮光结构208的遮挡作用。

相应地，本发明还提供一种含有所述遮光结构的图像传感器。

综上，本发明提供一种三维的遮光结构，所述遮光结构包括用于阻挡垂直入射至光电传感器的杂散光的第一遮光结构，还包括用于阻挡斜入射至光电传感器的杂散光的第二遮光结构，可有效降低图像传感器的噪音。

此外，本发明的遮光器件可以基于现有的工艺和材料制造完成，不需要增加额外成本，可以和现有工艺相兼容。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种图像传感器的遮光结构，其特征在于，所述图像传感器包括多个像素单元，所述像素单元包括：

衬底，

形成于衬底中的光电传感器，

覆盖所述衬底上的透光介质层，形成于所述透光介质层中的遮光结构，所述遮光结构包括第一遮光结构和第二遮光结构，所述第一遮光结构和第二遮光结构露出光电传感器，所述第二遮光结构位于第一遮光结构下方且靠近光电传感器的位置，所述第二遮光结构的第二内边缘与所述光电传感器的外边缘齐平，其中，在垂直于衬底的剖面中，第一遮光结构包括第一长边，第一长边与衬底表面平行；所述第二遮光结构包括垂直于衬底表面的第二长边和平行于衬底表面的第二短边，所述第二长边的尺寸大于所述第二短边的尺寸，所述第二遮光结构的上端与所述第一遮光结构通过所述透光介质层相隔离。

2.如权利要求1所述的遮光结构，其特征在于，所述图像传感器为CMOS图像传感器，所述光电传感器为光电二极管。

3.如权利要求1所述的遮光结构，其特征在于，所述第一遮光结构为一“口”形结构。

4.如权利要求3所述的遮光结构，其特征在于，所述第一遮光结构的第一内边缘与所述光电传感器的外边缘齐平。

5.如权利要求1所述的遮光结构，其特征在于，所述图像传感器还包括用于控制光电传感器的逻辑电路、位于衬底中光电传感器之间的隔离结构，所述逻辑电路包括连接线组，所述连接线组位于隔离结构上方，所述第二遮光结构位于连接线组上方且靠近图像传感器的一侧，并且与连接线组相电性绝缘。

6.如权利要求5所述的遮光结构，其特征在于，所述连接线组包括依次位于隔离结构上的多晶硅层、第一金属层、第二金属层、第三金属层，所述第一遮光结构采用位于第二金属层上的第三金属层形成，所述第二遮光结构在形成第二金属层与第三金属层之间的金属插塞时形成。

7.如权利要求6所述的遮光结构，其特征在于，所述第一金属层、第二金属层、第三金属层、第一遮光结构、第二遮光结构的材料为钨。

8.一种包括权利要求1～7任意一权利要求所述遮光结构的图像传感器。