CN106449687B - 一种图像传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种图像传感器及其制作方法，其中，所述图像传感器在利用走线层遮挡所述存储节点有源区正面光线的同时，利用贯穿所述绝缘填充层，且位于所述存储节点的有源区外侧区域的所述遮光结构对斜入射的光线进行遮挡，以实现尽可能降低所述存储节点的有源区接收到的光线的目的，从而降低所述图像传感器在全局曝光过程中产生的寄生光生电荷的数量，进而降低所述图像传感器的图像失真程度。

Description

一种图像传感器及其制作方法
技术领域
本申请涉及图像传感设备技术领域，更具体地说，涉及一种图像传感器及其制作方法。
背景技术
全局曝光是指图像传感器的所有像素在同一时间曝光，然后将光生信号电荷输运至存储节点，最后通过行选信号控制依次读出存储在所述存储节点中的光生信号电荷的方法。主流的互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor)图像传感器和电荷耦合器件(Charge-coupled Device)图像传感器均可以采取这种全局曝光的方式来提升处理性能。
但是由于在工艺制作和电路设计中，存储节点处存在寄生的P-N结，在对像素曝光的同时，光线照射到所述存储节点的P-N结上会产生寄生光生电荷，这些寄生光生电荷会增大像素感光产生的光生信号电荷，从而引起图像失真的情况出现。
现有技术中解决由于寄生光生电荷而导致的图像失真的手段主要是将与所述存储节点电连接的走线层设置在存储节点的有源区的正上方，以起到遮挡所述存储节点的有源区接收到的光线的数量，从而减少寄生光生电荷的数量。但是这种方式减少的寄生光生电荷的数量有限，图像失真问题仍然较为严重。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种图像传感器及其制作方法，以实现降低寄生光生电荷的产生数量，从而降低图像传感器的图像失真程度的目的。
为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：
一种图像传感器，包括像素阵列、位于所述像素阵列表面的绝缘填充层以及位于所述绝缘填充层表面的走线层，其中，所述像素阵列包括多个像素和多个存储节点，所述走线层与所述像素阵列中的像素电连接，所述图像传感器还包括：
与所述存储节点数量相同的遮光结构，每个所述遮光结构贯穿所述绝缘填充层，且位于所述存储节点的有源区外侧区域。
可选的，每个所述遮光结构均与所述走线层绝缘或电连接。
可选的，所述绝缘填充层包括多个通孔组，每个通孔组包括预设数量的通孔，且每个通孔组中的通孔位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少一侧；
每个所述通孔用于设置金属条，同一所述通孔组中的所述金属条构成所述遮光结构。
可选的，每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少三侧。
可选的，当所述走线层为至少两层，且相邻所述走线层之间均具有绝缘填充层时；
每个遮光结构具有多层遮光单元，且每层所述遮光单元位于一层所述绝缘填充层中。
可选的，位于相邻的所述绝缘填充层中的两层遮光单元中，靠近所述像素阵列的遮光单元的分布范围小于远离所述像素阵列的遮光单元的分布范围。
一种图像传感器的制作方法，包括：
形成像素阵列、位于所述像素阵列表面的绝缘填充层以及位于所述绝缘填充层表面的走线层，其中，所述像素阵列包括多个像素、多个存储节点和位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的连接结构；
对所述绝缘填充层进行打孔，形成多个遮光结构成型区域，使所述连接结构暴露出来；
在所述通孔中形成遮光结构。
可选的，所述遮光结构成型区域为通孔组，每个通孔组包括预设数量的通孔，且每个通孔组中的通孔位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少一侧；
每个所述通孔用于设置金属条，同一所述通孔组中的所述金属条构成所述遮光结构。
可选的，每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少三侧。
可选的，所述在所述通孔中形成遮光结构包括：
在所述通孔中形成与所述走线层彼此绝缘或电连接的遮光结构。
从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种图像传感器及其制作方法，其中，所述图像传感器在利用走线层遮挡所述存储节点有源区正面光线的同时，利用贯穿所述绝缘填充层，且位于所述存储节点的有源区外侧区域的所述遮光结构对斜入射的光线进行遮挡，以实现尽可能降低所述存储节点的有源区接收到的光线的目的，从而降低所述图像传感器在全局曝光过程中产生的寄生光生电荷的数量，进而降低所述图像传感器的图像失真程度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本申请的一个实施例提供的一种图像传感器的截面结构示意图；
图2为本申请的一个实施例提供的一种图像传感器的俯视结构示意图；
图3为本申请的另一个实施例提供的一种图像传感器的截面结构示意图；
图4为本申请的又一个实施例提供的一种图像传感器的截面结构示意图；
图5为本申请的一个实施例提供的一种5-T像素架构单元的结构示意图；
图6为本申请的一个实施例提供的一种在5-T像素结构中设置遮光结构的结构示意图；
图7为本申请的一个实施例提供的一种7-T像素架构单元的结构示意图；
图8为7-T像素架构单元中SAMPLE晶体管和MOS电容的连接方式的示意图；
图9为本申请的一个实施例提供的一种在7-T像素架构单元中设置遮光结构的结构示意图；
图10为本申请的一个实施例提供的一种图像传感器制作方法的流程示意图；
图11为本申请的另一个实施例提供的一种图像传感器制作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请实施例提供了一种图像传感器，包括像素阵列、位于所述像素阵列表面的绝缘填充层以及位于所述绝缘填充层表面的走线层，其中，所述像素阵列包括多个像素和多个存储节点，所述走线层与所述像素阵列中的像素电连接，如图1和图2所示，所述图像传感器还包括：
与所述存储节点数量相同的遮光结构30，每个所述遮光结构30贯穿所述绝缘填充层(图1和图2中未示出)，且位于所述存储节点的有源区10外侧区域。
需要说明的是，附图1为所述图像传感器的截面结构示意图，图2为所述图像传感器的俯视结构示意图，为了表示清楚，图1和图2中仅示出了一个存储节点和遮光结构30，图2中的标号50表示环绕所述存储节点的有源区外侧的区域。
从图1和图2中可以看出，设置于所述存储节点有源区10正上方的走线可以遮挡正面入射的光线，以减少一部分所述存储节点有源区10接收到的光线，在此基础上，位于所述存储节点的有源区10外侧区域的所述遮光结构30可以实现对斜入射的光线进行遮挡，以实现尽可能降低所述存储节点的有源区10接收到的光线的目的，从而降低所述图像传感器在全局曝光过程中产生的寄生光生电荷的数量，进而降低所述图像传感器的图像失真程度。
另外，在图2中示出了以多个圆柱形的结构构成所述遮光结构30的做法，在本申请的一个优选实施例中，在不影响所述存储节点有源区10的电极引出的情况下可以尽量扩大所述圆柱形的直径和设置密度，在本申请的另一个实施例中，在不影响所述存储节点有源区10的电极引出的情况下可以直接以无盖和无底的长方体设置于所述存储节点的有源区10外侧区域以实现对斜入射光线的全部遮挡，最大程度上降低所述存储节点的有源区10接收到的光线。
还需要说明的是，图1中还示出了设置于所述存储节点的有源区10外侧区域的连接结构40，所述连接结构40一般是与所述存储节点的有源区10相同掺杂类型(例如N型掺杂)的富掺杂区域，当所述遮光结构30由金属材料构成时，这些连接结构40用于与所述遮光结构30形成良好的欧姆接触，使金属材料的遮光结构30能够形成。
所述绝缘填充层主要用于起到电绝缘和支撑所述走线层的作用，一般情况下，所述绝缘填充层可以由二氧化硅构成，还可以由氮化硅等高绝缘系数且能够在硅材料衬底上生长的材料构成，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，每个所述遮光结构30均与所述走线层20绝缘或电连接。
需要说明的是，在本申请的一个实施例中，所述走线层20与所述遮光结构30彼此绝缘。但在本申请的一个优选实施例中，当所述遮光结构30由金属等导体材料构成时，所述遮光结构30还可以与所述走线层20电连接，通过所述走线层20为所述遮光结构30提供一个固定电位，以减少和所述图像传感器的驱动信号线的耦合作用。本申请对所述遮光结构30余所述走线层20的电连接状态并不做限定，具体视实际需求而定。
另外，所述固定电位可以零电位(接地)，也可以是具有一定幅值的高电平，例如1V、2V或10V等，但优选所述固定电位的幅值不需要过大，一方面过大的固定电位幅值会造成所述图像传感器的功耗的增加，另外当发生漏电情况时，过大的固定电位可能会造成触电事故。但本申请对所述固定电位的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述绝缘填充层包括多个通孔组，每个通孔组包括预设数量的通孔，且每个通孔组中的通孔位于环绕所述存储节点的有源区10外侧区域的至少一侧；
每个所述通孔用于设置金属条，同一所述通孔组中的所述金属条构成所述遮光结构30。
需要说明的是，所述预设数量的具体取值可以是5个、10个或15个，其具体取值视实际情况而定，本申请对此并不做限定。
在本实施例中，每个所述金属条与环绕所述存储节点外围区域的连接部分均具有一个与所述存储节点有源区10掺杂类型相同的富掺杂区域，以便于所述金属条的形成。
同样的，每个通孔组中的通孔的设置需要遵循不影响所述存储节点有源区10的电极引出。优选的，每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层20的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区10外侧区域的至少三侧。
所述每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层20的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区10外侧区域的至少三侧是指，在不影响所述走线层20中的走线排布的情况下，尽可能的提高每个所述通孔组中的通孔的密度，以实现最佳的遮光效果。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个具体实施例中，如图3和图4所示，当所述走线层20为至少两层，且相邻所述走线层20之间均具有绝缘填充层时；
每个遮光结构30具有多层遮光单元31，且每层所述遮光单元31位于一层所述绝缘填充层中。
图3中示出了具有两层走线层20的情况，在图3中，两层遮光单元31构成所述遮光结构30。
图4中示出了具有三层走线层20的情况，在图4中，三层遮光单元31构成了所述遮光结构30。
需要说明的是，多层走线层20的设置方式有利于简化每层走线层20的设置，并且有利于降低每层走线层20的走线密度。
还需要说明的是，所述遮光单元31均设置于所述绝缘填充层的通孔中，同样的，实现所述走线层20与所述存储节点有源区10电连接的导体也可以设置在所述绝缘填充层中设置的专用通孔中。
在上述实施例的基础上，在本申请的另一个优选实施例中，位于相邻的所述绝缘填充层中的两层遮光单元31中，靠近所述像素阵列的遮光单元31的分布范围小于远离所述像素阵列的遮光单元31的分布范围。
需要说明的是，在本实施例中，越远离所述像素阵列的遮光单元31的分布范围越大，以实现最大化对斜入射的光线的遮挡的目的。
在上述实施例的基础上，本申请的一个具体实施例提供了一种具有5T像素的图像传感器，如图5和图6所示，图5为典型的5-T像素架构单元的结构示意图，其中，VDD表示工作电源，n+表示N型材料富掺杂区域，标号TX1、TX2、SF、RS和RST均为晶体管，当TX1打开后，光生信号电荷流入到存储节点FD中，然后TX1关闭，通过SF将所述光生信号电荷转换为电压信号，最后由行选开关RS逐行选择并从Column bus输出。其中，TX2用于复位光电二极管PPD，而RST用于复位存储节点FD。
图6为在5T像素架构单元中设置遮光结构30的示意图，在所述存储节点FD的有源区10除设置TX2的其他侧面的绝缘填充层分别打孔形成通孔，所述存储节点FD的有源区10被所述通孔三面包围，并在所述通孔中沉积金属，降低杂散光和斜入射光的影响。同时考虑到TX2的存在，为防止通孔中金属与TX2的导通，在靠近TX2一侧不设置所述通孔和金属。
为了提高遮光效率，在图6中设置了两层遮光单元31，远离所述存储节点FD的遮光单元31的分布范围要大于靠近所述存储节点FD的遮光单元31的分布范围，这是因为远离所述存储节点FD的遮光单元31在设置过程中不需要考虑所述存储节点FD的有源区10的电极引出以及TX2的影响，可以在不影响光电二极管PPD受光的情况下在靠近TX2一侧设置通孔并在通孔中沉积金属作为所述遮光单元31的一部分，从而实现阻挡杂散光从左侧方向的射入。
在上述实施例的基础上，本申请的另一个具体实施例提供了一种具有7T像素的图像传感器，如图7、图8和图9所示，图7为7T像素架构单元的结构示意图，在图7中，标号FD表示所述存储节点，PPD表示二极管，VDD表示工作电源，TX、RST、SF1、PC、SAMPLE、SF2和SEL均为晶体管，C表示MOS电容。光电二极管PPD在曝光时间内产生光生信号电荷，通过TX传输至存储节点FD中，并通过SF1转换为电压信号，电压信号通过SAMPLE被存储在MOS电容C中，MOS电容C存储的电压信号通过SEL被逐行读出，其中，SAMPLE和MOS电容C的连接方式如图8所示，其中A1表示电极，A2表示绝缘填充层，A3表示寄生电容产生位置。
参考图9，图9中示出了三层走线层20和三层遮光单元31，相邻走线层20之间具有绝缘填充层(图9中未示出)，靠近所述存储单元FD的有源区10的遮光单元31的分布范围最小，中间的遮光单元31的分布范围较大，原理所述存储单元FD的有源区10的遮光单元31的分布范围最大，并且考虑到SAMPLE的电极在靠近所述存储单元FD的走线层20中引出，因此在靠近所述存储单元FD的绝缘填充层中，在靠近MOS电容C的一侧不设置所述通孔。
相应的，本申请实施例还提供了一种图像传感器的制作方法，如图10所示，包括：
S101：形成像素阵列、位于所述像素阵列表面的绝缘填充层以及位于所述绝缘填充层表面的走线层，其中，所述像素阵列包括多个像素、多个存储节点和位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的连接结构；
S102：对所述绝缘填充层进行打孔，形成多个遮光结构成型区域，使所述连接结构暴露出来；
S103：在所述通孔中形成遮光结构。
最终形成的图像传感器的结构参考图1和图2，图1为所述图像传感器的截面结构示意图，图2为所述图像传感器的俯视结构示意图，为了表示清楚，图1和图2中仅示出了一个存储节点和遮光结构30，图2中的标号50表示环绕所述存储节点的有源区外侧的区域。
从图1和图2中可以看出，设置于所述存储节点有源区10正上方的走线可以遮挡正面入射的光线，以减少一部分所述存储节点有源区10接收到的光线，在此基础上，位于所述存储节点的有源区10外侧区域的所述遮光结构30可以实现对斜入射的光线进行遮挡，以实现尽可能降低所述存储节点的有源区10接收到的光线的目的，从而降低所述图像传感器在全局曝光过程中产生的寄生光生电荷的数量，进而降低所述图像传感器的图像失真程度。
另外，在图2中示出了以多个圆柱形的结构构成所述遮光结构30的做法，在本申请的一个优选实施例中，在不影响所述存储节点有源区10的电极引出的情况下可以尽量扩大所述圆柱形的直径和设置密度，在本申请的另一个实施例中，在不影响所述存储节点有源区10的电极引出的情况下可以直接以无盖和无底的长方体设置于所述存储节点的有源区10外侧区域以实现对斜入射光线的全部遮挡，最大程度上降低所述存储节点的有源区10接收到的光线。
还需要说明的是，图1中还示出了设置于所述存储节点的有源区10外侧区域的连接结构40，所述连接结构40一般是与所述存储节点的有源区10相同掺杂类型(例如N型掺杂)的富掺杂区域，当所述遮光结构30由金属材料构成时，这些连接结构40用于与所述遮光结构30形成良好的欧姆接触，使金属材料的遮光结构30能够形成。
所述绝缘填充层主要用于起到电绝缘和支撑所述走线层的作用，一般情况下，所述绝缘填充层可以由二氧化硅构成，还可以由氮化硅等高绝缘系数且能够在硅材料衬底上生长的材料构成，本申请对此并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个优选实施例中，如图11所示，所述在所述通孔中形成遮光结构30包括：
S1031：在所述通孔中形成与所述走线层20彼此绝缘或电连接的遮光结构30。
需要说明的是，在本申请的一个实施例中，所述走线层20与所述遮光结构30彼此绝缘。但在本申请的一个优选实施例中，当所述遮光结构30由金属等导体材料构成时，所述遮光结构30还可以与所述走线层20电连接，通过所述走线层20为所述遮光结构30提供一个固定电位，以减少和所述图像传感器的驱动信号线的耦合作用。本申请对所述遮光结构30余所述走线层20的电连接状态并不做限定，具体视实际需求而定。
另外，所述固定电位可以零电位(接地)，也可以是具有一定幅值的高电平，例如1V、2V或10V等，但优选所述固定电位的幅值不需要过大，一方面过大的固定电位幅值会造成所述图像传感器的功耗的增加，另外当发生漏电情况时，过大的固定电位可能会造成触电事故。但本申请对所述固定电位的具体取值并不做限定，具体视实际情况而定。
在上述实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述遮光结构成型区域为通孔组，每个通孔组包括预设数量的通孔，且每个通孔组中的通孔位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少一侧；
每个所述通孔用于设置金属条，同一所述通孔组中的所述金属条构成所述遮光结构。
需要说明的是，所述预设数量的具体取值可以是5个、10个或15个，其具体取值视实际情况而定，本申请对此并不做限定。
在本实施例中，每个所述金属条与环绕所述存储节点外围区域的连接部分均具有一个与所述存储节点有源区10掺杂类型相同的富掺杂区域，以便于所述金属条的形成。
同样的，每个通孔组中的通孔的设置需要遵循不影响所述存储节点有源区10的电极引出。优选的，每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层20的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区10外侧区域的至少三侧。
所述每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层20的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区10外侧区域的至少三侧是指，在不影响所述走线层20中的走线排布的情况下，尽可能的提高每个所述通孔组中的通孔的密度，以实现最佳的遮光效果。
综上所述，本申请实施例提供了一种图像传感器及其制作方法，其中，所述图像传感器在利用走线层20遮挡所述存储节点有源区10正面光线的同时，利用贯穿所述绝缘填充层，且位于所述存储节点的有源区10外侧区域的所述遮光结构30对斜入射的光线进行遮挡，以实现尽可能降低所述存储节点的有源区10接收到的光线的目的，从而降低所述图像传感器在全局曝光过程中产生的寄生光生电荷的数量，进而降低所述图像传感器的图像失真程度。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种图像传感器，包括像素阵列、位于所述像素阵列表面的绝缘填充层以及位于所述绝缘填充层表面的走线层，其中，所述像素阵列包括多个像素和多个存储节点，所述走线层与所述像素阵列中的像素电连接，其特征在于，所述图像传感器还包括：
与所述存储节点数量相同的遮光结构，每个所述遮光结构贯穿所述绝缘填充层，且位于所述存储节点的有源区外侧区域；
当所述走线层为至少两层，且相邻所述走线层之间均具有绝缘填充层时；
每个遮光结构具有多层遮光单元，且每层所述遮光单元位于一层所述绝缘填充层中；
位于相邻的所述绝缘填充层中的两层遮光单元中，靠近所述像素阵列的遮光单元的分布范围小于远离所述像素阵列的遮光单元的分布范围。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，每个所述遮光结构均与所述走线层绝缘或电连接。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述绝缘填充层包括多个通孔组，每个通孔组包括预设数量的通孔，且每个通孔组中的通孔位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少一侧；
每个所述通孔用于设置金属条，同一所述通孔组中的所述金属条构成所述遮光结构。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少三侧。
5.一种图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：
形成像素阵列、位于所述像素阵列表面的绝缘填充层以及位于所述绝缘填充层表面的走线层，其中，所述像素阵列包括多个像素、多个存储节点和位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的连接结构；
对所述绝缘填充层进行打孔，形成多个遮光结构成型区域，使所述连接结构暴露出来；所述遮光结构成型区域为通孔组，每个通孔组包括预设数量的通孔；
在所述通孔中形成遮光结构；所述连接结构为与所述存储节点的有源区相同掺杂类型的富掺杂区域。
6.根据权利要求5所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，每个通孔组中的通孔位于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少一侧；
每个所述通孔用于设置金属条，同一所述通孔组中的所述金属条构成所述遮光结构。
7.根据权利要求6所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，每个所述通孔组中的通孔根据所述走线层的空间冗余度分布于环绕所述存储节点的有源区外侧区域的至少三侧。
8.根据权利要求5所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述在所述通孔中形成遮光结构包括：
在所述通孔中形成与所述走线层彼此绝缘或电连接的遮光结构。
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