CN104469188A - 像素单元平面化层中用于黑电平校正的光学屏蔽 - Google Patents
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Abstract
本申请案涉及在像素单元平面化层中用于黑电平校正的光学屏蔽。一种像素阵列包括安置在半导体层中且布置在所述像素阵列中的多个光电二极管。彩色滤光器层是接近所述半导体层而安置。光穿过所述彩色滤光器层经引导到所述多个光电二极管中的至少第一者。光学屏蔽层是接近所述彩色滤光器层而安置。所述彩色滤光器层安置在所述光学屏蔽层与所述半导体层之间。所述光学屏蔽层为所述多个光电二极管中的至少第二者屏蔽所述光。
Description
技术领域
本发明大体来说涉及光检测器，且特定来说(但非排他性地)涉及图像传感器中的黑电平校正。
背景技术
随着像素大小按比例缩小且阵列分辨率按比例增加，黑电平校正(“BLC”)像素和彩色滤光器的构造在下一代光学装置中面临越来越难以克服的技术障碍。制作BLC像素和彩色滤光器的常规方法在像素阵列中产生不希望的电信号和机械应力。当采用传统构造时，温度、湿度和电压的改变可增加这些不想要效应的量值。
发明内容
本发明涉及像素阵列，其包含：多个光电二极管，其安置在半导体层中且布置在所述像素阵列中；彩色滤光器层，其接近所述半导体层而安置，其中光穿过所述彩色滤光器层经引导到所述多个光电二极管中的至少第一者；以及光学屏蔽层，其接近所述彩色滤光器层而安置，其中所述彩色滤光器层安置在所述光学屏蔽层与所述半导体层之间，其中所述光学屏蔽层为所述多个光电二极管中的至少第二者屏蔽所述光。
本发明进一步涉及成像系统，其包含：像素阵列，其包括：多个光电二极管，其安置在半导体层中且布置在所述像素阵列中；彩色滤光器层，其接近所述半导体层而安置，其中光穿过所述彩色滤光器层经引导到所述多个光电二极管中的至少第一者；以及光学屏蔽层，其接近所述彩色滤光器层而安置，其中所述彩色滤光器层安置在所述光学屏蔽层与所述半导体层之间，其中所述光学屏蔽层为所述多个光电二极管中的至少第二者屏蔽所述光；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像数据。
另外，本发明涉及制作像素阵列的方法，所述方法包含：形成在半导体层中且布置在所述像素阵列中的多个光电二极管；接近所述半导体层形成彩色滤光器层，其中光穿过所述彩色滤光器层经引导到所述多个光电二极管中的至少第一者；以及接近所述彩色滤光器层沉积光学屏蔽层，其中所述彩色滤光器层安置在所述光学屏蔽层与所述半导体层之间，其中所述光学屏蔽层为所述多个光电二极管中的至少第二者屏蔽所述光。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限制性和非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图的相似参考编号指代相似部件。
图1A是根据本发明的实施例图解说明像素阵列的一部分的横截面的一个实例的图，其中光学屏蔽层沉积在平面化层上。
图1B是根据本发明的实施例图解说明像素阵列的一部分的横截面的一个实例的图，其中光学屏蔽层沉积在平面化层中。
图1C是根据本发明的实施例图解说明像素阵列的一部分的横截面的一个实例的图，其中一个或一个以上透镜形成于平面化层上。
图2图解说明根据本发明的实施例的成像系统的一个实例的俯视图。
图3是根据本发明的实施例图解说明形成像素阵列的方法的一个实例的流程图。
具体实施方式
本文阐述具有黑色参考像素的背侧照明式(“BSI”)成像系统的实施例。在以下说明中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。
在本说明书通篇中对“一个实施例”或“一实施例”或“一个实例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包括于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实施例中”或“在一个实例中”或“一个实例”的出现未必全部指代同一实施例。此外，在一个或一个以上实施例中，可以任何适合方式来组合或消除所述特定特征、结构或特性。
在本说明书通篇中，使用数个术语。除非本文明确定义或其使用的上下文将另有清楚地建议，否则这些术语应具有其在所属技术中的一般含义。
此处，根据本发明的教示的实例致力于关于黑电平校正的下降的图像传感器性能的各种促进因素。如将讨论，根据本发明的教示利用在彩色滤光器层之后沉积的光学屏蔽层来实现改良的BLC比率，这是因为BLC像素经历类似于接收光的像素的机械和电环境。另外，如果彩色滤光器不是在先前图案化的金属形貌上制作，那么将实现更好的色彩均匀度。
为图解说明，图1A-1C是展示根据本发明的教示在制作期间在各个阶段的像素阵列101的一部分的实例的横截面图。特定来说，图1A展示布置在像素阵列101中且安置在半导体层104中的多个光电二极管102的实例。在一个实例中，半导体层104包括硅。在一个实例中，彩色滤光器层106如所展示接近半导体层104安置，以使得光103穿过彩色滤光器层106经引导到多个光电二极管102中的至少一者。在所描绘的实例中，光103如所展示穿过像素阵列101的背侧105经引导到多个光电二极管102。在一个实例中，彩色滤光器层106包括红色滤光器120、绿色滤光器122和蓝色滤光器124。在一个实例中，一个或一个以上中间层110安置在半导体层104与彩色滤光器层106之间。在一个实例中，一个或一个以上中间层110包括氮化硅层112和碳化硅层114。
如图1A中所描绘的实例中所展示，光学屏蔽层108接近彩色滤光器层106安置，以使得彩色滤光器层106安置在光学屏蔽层108与半导体层104之间。如此，根据本发明的教示，光学屏蔽层108为多个光电二极管102中的至少一者屏蔽光103。在一个实例中，光学屏蔽层108包括金属材料，例如(但不限于)铝、铜等。在一个实例中，根据本发明的教示，平面化层116安置在彩色滤光器层106上方，以使得平面化层116或平面化层116的至少一部分如所展示安置在光学屏蔽层108与彩色滤光器层106之间。
图1B图解说明根据本发明的教示图1A的像素阵列101的实例的横截面图，所述像素阵列具有在背侧105上的平面化层116上方以及光学屏蔽层108上方沉积的额外部分的平面化层116。如此，根据本发明的教示，光学屏蔽层108漂浮或换句话说囊封在平面化层116内，如图1B中所图解说明。
图1C图解说明根据本发明的教示图1B的像素阵列101的实例的横截面图，所述像素阵列具有一个或一个以上在背侧105上的平面化层116的顶部上制作的透镜118。
应注意，图1A到1C中所展示的实例共享具有位于接近彩色滤光器层106的光学屏蔽层108(具有位于光学屏蔽层108和半导体层104之间的彩色滤光器层106)的类似特点。如此，根据本发明的教示，彩色滤光器层106在像素阵列101的背侧105上涂覆有来自(例如)光学屏蔽108的未预先图案化金属形貌。换句话说，根据本发明的教示，光学屏蔽层108的金属是在彩色滤光器层106的彩色滤光器120、122和124之后沉积。此有助于减轻各种如同在一些常规装置架构中那样原本由于彩色滤光器层106与光学屏蔽层108位于同一平面内将导致的电-机械应力。
图2是成像系统202的图解说明，所述成像系统202包括实例性像素阵列201(包括个别像素212)、耦合到像素阵列201以控制像素阵列201的操作的控制电路206、耦合到像素阵列201以从像素阵列201读出图像数据的读出电路208和耦合到读出电路208以存储从像素阵列201读出的图像数据的功能逻辑210。
在一个实例中，像素阵列201是图像传感器或像素(例如，像素P1、P2、P3…、Pn)的二维阵列。应注意，像素阵列201可为图1A-1C的像素阵列101的实例，且图2中所引用的类似名称和编号的元件可类似于上文在图1A-1C中所述耦合并起作用。如所图解说明，每一像素212可布置到一行(例如，行R1、R2、R3…、Ry)和一列(例如，列C1、C2、C3…、Cx)中以获取物体的图像数据，接着可使用所述图像数据再现所述物体的图像。
在一个实例中，在每一像素212已获取其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路208读出且接着传送到功能逻辑210。在各个实例中，读出电路208可包括放大电路、模／数(ADC)转换电路或其它。在一个实例中，读出电路208可沿读出列线(所图解说明)一次读出一行图像数据，或可使用多种其它技术(未图解说明)读出所述图像数据，例如串行读出或同时全并行读出所有像素。功能逻辑210可简单地存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。
在一个实例中，控制电路206耦合到像素阵列201以控制像素阵列201的操作特性。举例来说，控制电路206可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是全局快门信号，其用于同时地启用像素阵列201内的所有像素212以在单个获取窗期间同时地捕获其相应图像数据。在另一实例中，快门信号是卷帘式快门信号，以使得在连续获取窗期间依序启用像素212的每一行、每一列或每一群组。
图3是制作像素阵列300的方法的一个实例的流程图。过程框302展示形成安置在半导体层中的多个光电二极管。所属领域的技术人员应认识到，有许多可能的材料／结构可用于实现安置在半导体层中的多个光电二极管所需的性质以关于本发明的范围正常运行。在一个实例中，过程框304和306展示接着可沉积碳化硅和氮化硅中间层。过程框308展示接着形成彩色滤光器层。在一个实例中，如以上在图1中所展示，彩色滤光器层可包括红色滤光器120、绿色滤光器122和蓝色滤光器124。过程框310展示沉积平面化层。过程框312展示沉积光学屏蔽层并图案化，以使得根据本发明的教示在将光学屏蔽层沉积并图案化于像素阵列上之前，使彩色滤光器层形成于像素阵列上。在一个实例中，光学屏蔽层包括金属材料，例如(但不限于)铝、铜等。过程框314展示在沉积光学屏蔽层之后沉积额外的平面化层或所述平面化层的至少一部分，以便根据本发明的教示光学屏蔽层漂浮或换句话说囊封于平面化层内。过程框316展示在沉积平面化层之后接着形成透镜。应注意，制作像素阵列300的方法含有多个步骤以制作以上图1A到1C和图2中所展示的结构架构的多个层且图3中所引用的类似名称和编号的元件可类似于上文在图1A到1C和图2中所述耦合并起作用。
包括发明摘要中所描述内容的对本发明所图解说明实施例的以上描述并非打算为穷尽性或将本发明限于所揭示的精确形式。虽然出于说明性目的而在本文中描述本发明的特定实施例和实例，但所属领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内作出各种修改。
可根据以上详细描述对本发明做出这些修改。以上权利要求中所使用的术语不应理解为将本发明限于说明书中所揭示的特定实施例。相反，本发明的范围将完全由以上权利要求书来确定，所述权利要求书将根据权利要求解释所创建的原则来加以理解。
Claims (26)
1.一种像素阵列，其包含：
多个光电二极管，其安置在半导体层中且布置在所述像素阵列中；
彩色滤光器层，其接近所述半导体层安置，其中光穿过所述彩色滤光器层经引导到所述多个光电二极管中的至少第一者；以及
光学屏蔽层，其接近所述彩色滤光器层安置，其中所述彩色滤光器层安置在所述光学屏蔽层与所述半导体层之间，其中所述光学屏蔽层为所述多个光电二极管中的至少第二者屏蔽所述光。
2.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述半导体层包含硅。
3.根据权利要求1所述的像素阵列，其进一步包含一个或一个以上安置在所述半导体层与所述彩色滤光器层之间的中间层。
4.根据权利要求3所述的像素阵列，其中所述一个或一个以上中间层包含氮化硅和碳化硅中的至少一者。
5.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述光学屏蔽层沉积在接近所述彩色滤光器层安置的平面化层中。
6.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述光学屏蔽层包含金属。
7.根据权利要求1所述的像素阵列，其进一步包含一个或一个以上接近所述光学屏蔽层安置的透镜，其中所述光经引导穿过所述一个或一个以上透镜和所述彩色滤光器层到达所述多个光电二极管。
8.根据权利要求1所述的像素阵列，其中所述光穿过所述像素阵列的背侧经引导到所述多个光电二极管中的所述至少所述第一者。
9.一种成像系统，其包含：
像素阵列，其包括：
多个光电二极管，其安置在半导体层中且布置在所述像素阵列中；
彩色滤光器层，其接近所述半导体层安置，其中光穿过所述彩色滤光器层经引导到所述多个光电二极管中的至少第一者；以及
光学屏蔽层，其接近所述彩色滤光器层安置，其中所述彩色滤光器层安置在所述光学屏蔽层与所述半导体层之间，其中所述光学屏蔽层为所述多个光电二极管中的至少第二者屏蔽所述光；
控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；以及
读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像数据。
10.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述像素阵列的每一像素包含所述多个光电二极管中的至少一者。
11.根据权利要求9所述的成像系统，其进一步包含耦合到所述读出电路以存储从所述像素阵列读出的所述图像数据的功能逻辑。
12.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述半导体层包含硅。
13.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述像素阵列进一步包括一个或一个以上安置在所述半导体层与所述彩色滤光器层之间的中间层。
14.根据权利要求13所述的成像系统，其中所述一个或一个以上中间层包含氮化硅和碳化硅中的至少一者。
15.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述光学屏蔽层沉积在接近所述彩色滤光器层安置的平面化层中。
16.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述光学屏蔽层包含金属。
17.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述像素阵列进一步包含一个或一个以上接近所述光学屏蔽层安置的透镜，其中所述光经引导穿过所述一个或一个以上透镜和所述彩色滤光器层到达所述多个光电二极管。
18.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述光穿过所述像素阵列的背侧经引导到所述多个光电二极管中的所述至少所述第一者。
19.一种制作像素阵列的方法，其包含：
形成在半导体层中且布置在所述像素阵列中的多个光电二极管；
接近所述半导体层形成彩色滤光器层，其中光穿过所述彩色滤光器层经引导到所述多个光电二极管中的至少第一者；以及
接近所述彩色滤光器层沉积光学屏蔽层，其中所述彩色滤光器层安置在所述光学屏蔽层与所述半导体层之间，其中所述光学屏蔽层为所述多个光电二极管中的至少第二者屏蔽所述光。
20.根据权利要求19所述的方法，其中在所述半导体层中形成所述多个光电二极管包含在硅半导体层中形成所述多个光电二极管。
21.根据权利要求19所述的方法，其进一步包含在沉积所述彩色滤光器层之前接近所述半导体层沉积一个或一个以上中间层，以使得所述一个或一个以上中间层安置在所述半导体层与所述彩色滤光器层之间。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述一个或一个以上中间层包含氮化硅和碳化硅中的至少一者。
23.根据权利要求19所述的方法，其中所述光学屏蔽层包含金属。
24.根据权利要求19所述的方法，其进一步包含在沉积所述光学屏蔽层之前沉积平面化层的至少一部分，以使得所述平面化层的所述至少所述部分安置在所述光学屏蔽层与所述彩色滤光器层之间。
25.根据权利要求24所述的方法，其进一步包含形成一个或一个以上接近所述平面化层的透镜，其中所述光经引导穿过所述一个或一个以上透镜和所述彩色滤光器层到达所述多个光电二极管。
26.根据权利要求19所述的方法，其中所述光穿过所述像素阵列的背侧经引导到所述多个光电二极管中的所述至少所述第一者。
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