CN217588939U - 图像传感器、摄像头组件和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种图像传感器、摄像头组件和电子设备，涉及图像传感器的技术领域，为解决图像传感器对于光线的吸收率较低而发明的实用新型。图像传感器包括半导体衬底，多个光电二极管设置在半导体衬底内。任一个光电二极管具有受光面，光电二极管用于将光信号转换为电信号。电路结构层设置在半导体衬底远离受光面的一侧，电路结构层包括层间介质，以及嵌入在层间介质中的多层金属布线和至少一个吸光元件。任一层金属布线与任一个光电二极管电连接。吸光元件在半导体衬底上的垂直投影，与至少一个光电二极管在半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠。本实用新型提供的图像传感器用于将光信号转换为电信号。

Description

图像传感器、摄像头组件和电子设备

技术领域

本实用新型涉及图像传感器的技术领域，尤其涉及一种图像传感器、摄像头组件和电子设备。

背景技术

相关技术中，图像传感器广泛应用于数码相机、移动手机、视频监控设备以及医疗器械等技术领域。图像传感器用于吸收光信号，并将吸收的光信号转换为电信号。

然而，图像传感器对于光线(例如红光或者红外光)的吸收率较差，影响了图像传感器的使用性能。

实用新型内容

为了解决图像传感器对于光线吸收率较差这一技术问题，本实用新型实施例提供了一种图像传感器、摄像头组件和电子设备。

为达到上述目的，本实用新型的实施例采用如下技术方案：

第一方面，本实用新型的实施例提供了一种图像传感器。图像传感器包括半导体衬底、多个光电二极管和电路结构层。多个光电二极管设置在半导体衬底内，任一个光电二极管具有受光面，光电二极管用于将光信号转换为电信号。电路结构层设置在半导体衬底远离受光面的一侧，电路结构层包括层间介质，以及嵌入在层间介质中的多层金属布线和嵌入在层间介质中的至少一个吸光元件，任一层金属布线与任一个光电二极管电连接，吸光元件用于将光信号转换为电信号。其中，吸光元件在半导体衬底上的垂直投影，与任一个光电二极管在半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠。

本实用新型的实施例提供的图像传感器，通过在层间介质中嵌入吸光元件，并且吸光元件在半导体衬底上的垂直投影，与任一个光电二极管在半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠，也即是吸光元件的设置位置与任一个光电二极管的设置位置相对应，使得穿过光电二极管的光线(例如红光或者近红外光等)能够被吸光元件吸收，提高了图像传感器对于光线的吸收率，确保了波长较长光的量子效率，提高了图像传感器的使用可靠性，并且无需增加半导体衬底的厚度，利于图像传感器的小型化。此外，通过嵌入吸光元件的方式，来提高图像传感器对于光线的吸收率，能够简化图像传感器的生产工艺，降低图像传感器的生产成本。

由于吸光元件嵌入于层间介质中，而多个光电二极管设置在半导体衬底内，这样一来，能够减小吸光元件对多个光电二极管产生的影响，使得吸光元件在吸收穿过光电二极管的光线时，不会对光电二极管的光电转换产生影响。也即是，在层间介质中嵌入吸光元件，不会对图像传感器原有的光电转换以及呈像等造成影响，提高了图像传感器的可靠性。

此外，通过设置吸光元件吸收穿过光电二极管的光线，还能够避免穿过光电二极管的光线在金属布线的反射作用下，照射至其他的光电二极管上，从而减小了相邻两个光电二极管之间的光串扰，进一步提高了图像传感器的使用可靠性。

可选的，吸光元件为光敏元件。如此设置，使得穿过光电二极管、并照射至光敏元件的光线能够被转换为电信号，提高图像传感器对于光线的吸收率，从而提高图像传感器的成像性能。

可选的，光敏元件包括有机材料层和引出电极。有机材料层用于将光信号转换为电信号。引出电极的一端与有机材料层电连接，引出电极的另一端与金属布线电连接。如此设置，使得有机材料层在光照下产生的电信号能够通过引出电极传输至金属布线，并通过金属布线向图像传感器外界传输，实现了将射入至层间介质的光信号转换为电信号，结构简单，提高了图像传感器对于光线的吸收率，确保了波长较长光线的量子效率，降低了图像传感器成本。

可选的，有机材料层包括富勒烯衍生物。如此设置，通过改变富勒烯衍生物的官能团，能够使得富勒烯衍生物吸收不同波长的光线，提高了图像传感器的使用灵活性。

可选的，有机材料层的厚度在0.1nm-95nm之间。如此设置，避免了有机材料层过薄，影响有机材料层对于光线的吸收和转换效果，并且，还能够避免有机材料层过厚，增大图像传感器的体积。也即是，设置有机材料层的厚度在0.1nm-95nm之间，在提高图像传感器的光线吸收率的基础上，缩小了图像传感器的体积，提高图像传感器的适用性。并且，通过调节有机材料层的厚度，能够对有机材料层吸收光线的波长起到调节作用，进一步提高了图像传感器的使用灵活性。

可选的，有机材料层靠近半导体衬底的表面与电路结构层靠近半导体衬底的表面平齐。如此设置，避免了有机材料层与光电二极管之间的距离过大，导致穿过光电二极管的大部分光线无法被有机材料层吸收。通过上述设置，使得穿过光电二极管的光能够直接照射至有机材料层，提高了有机材料层对于光线的吸收率，提高波长较长光的量子效率，并且减少了进入到层间介质内的光线强度，避免了光线在金属布线的反射作用下，照射至其余的光电二极管，减小了相邻两个光电二极管之间的光串扰，提高了图像传感器的使用可靠性。此外，设置有机材料层靠近半导体衬底的表面与电路结构层靠近半导体衬底的表面平齐，还能够提高图像传感器的加工便捷性，降低生产成本。

可选的，有机材料层的截面为矩形或者梯形，有机材料层的截面与半导体衬底和电路结构层相垂直。如此设置，使得有机材料层能够对不同入射角度以及不同波长的光线进行吸收，从而能够满足不同的使用需求，提高了图像传感器的使用灵活性。

可选的，电路结构层开设有容纳孔，有机材料层嵌入在容纳孔内。如此设置，便于电路结构层的生产加工，从而提高图像传感器的成产效率，降低图像传感器的生产成本。

可选的，光敏元件的数量为至少两个，任一个光敏元件在半导体衬底上的垂直投影，与任一个光电二极管在半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠。如此设置，使得任一个光敏元件的设置位置能够与任一个光电二极管的设置位置相对应，进一步确保了穿过光电二极管的光线能够被光敏元件吸收并转换为电信号，提高图像传感器的光线吸收率，减少射入到层间介质内的光线强度，从而减小相邻两个光电二极管之间的光串扰，提高图像传感器的使用可靠性。

可选的，至少部分金属布线设置于至少两个光敏元件之间。如此设置，能够对至少两个光敏元件起到分隔的作用，使得穿过光电二极管的光线能够照射至对应的光敏元件，减小了相邻两个光敏元件之间产生的光串扰，进一步提高了图像传感器的使用可靠性。

可选的，图像传感器还包括至少两个滤光片，至少两个滤光片设置于半导体衬底远离电路结构层的一侧。图像传感器还包括微透镜，微透镜设置于滤光片远离半导体衬底的一侧。如此设置，使得不同颜色的光线能够照射至光电二极管，从而使得电子设备能够生成带色彩的图像，提高了图像传感器的使用性能。微透镜用于聚拢光线，从而能够提高照射至光电二极管受光面的光线的强度，使得图像传感器能够在光线较差的环境下正常工作，提高了图像传感器的适用性。

可选的，图像传感器还包括隔离件，隔离件设置于至少两个滤光片之间。和/或，隔离件设置于至少两个光电二极管之间。如此设置，进一步减小了相邻两个滤光片之间产生的光串扰，以及相邻两个光电二极管之间产生的光串扰，提高图像传感器的使用可靠性。

第二方面，本实用新型的实施例提供了一种摄像头组件。摄像头组件包括透镜组件和如上述第一方面的图像传感器，图像传感器设置于透镜组件的出光侧。

本实用新型的实施例提供的摄像头组件包括上述第一方面的图像传感器，因此具有上述第一方面的全部有益效果，在此不再赘述。

第三方面，本实用新型的实施例提供了一种电子设备。电子设备包括壳体和如上述第二方面的摄像头组件。壳体开设有第一通孔，摄像头组件的至少部分嵌入在第一通孔内。

本实用新型的实施例提供的电子设备包括上述第二方面的摄像头组件，因此具有上述第二方面的全部有益效果，在此不再赘述。

可选的，壳体还开设有第二通孔，电子设备还包括发射器，发射器设置于第二通孔内。发射器用于发射光线至待测物体，摄像头组件用于接收待测物体反射的光线。如此设置，避免了摄像头组件在光线较差的情况下，无法准确地识别或者检测物体，进一步提高了摄像头组件对于物体识别或检测的准确性，从而提高电子设备的使用可靠性。

附图说明

图1为本实用新型一种实施例的电子设备结构示意图；

图2为本实用新型一种实施例的摄像头组件结构示意框图；

图3为本实用新型另一种实施例的电子设备结构示意图；

图4为本实用新型一种实施例的图像传感器结构示意图；

图5为图4中图像传感器沿A-A方向的一种剖面示意图；

图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图；

图7为本实用新型一种实施例的处理电路结构示意框图；

图8为本实用新型一种实施例的垂直投影示意图；

图9为本实用新型另种实施例的垂直投影示意图；

图10为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图；

图11为本实用新型一种实施例的富勒烯衍生物的分子结构示意图；

图12为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图；

图13为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图；

图14为本实用新型一种实施例的有机材料层制作方法步骤流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本申请的实施例提供一种电子设备300，电子设备300可以包括手机(mobilephone)、平板电脑(pad)、智能门禁、产品检测仪器、电视、智能穿戴产品(例如，智能手表、智能手环)、虚拟现实(virtual reality，VR)终端设备、增强现实(augmented reality AR)终端设备等具有图像采集功能的电子产品。本申请实施例对上述电子设备300的具体形式不做特殊限制，以下为了方便说明。

基于此，在一些实施方式中，为了实现图像采集功能，例如，当上述电子设备300为手机、平板电脑或者产品检测仪器时，可以对物体或加工好的产品进行拍照。具体地，如图1所示，电子设备300可以包括壳体310和摄像头组件200。如图2所示，摄像头组件200可以包括透镜组件210和图像传感器100。光线从透镜组件210的入光侧射入，从透镜组件210的出光侧射出后，被图像传感器100接收并转换为电信号，以实现电子设备300的图像采集功能。

或者，在另一些实施方式中，上述电子设备300还可以通过图像采集的方式对待测物体进行识别。例如，当电子设备300为手机或者智能门禁时，可以对人脸进行识别。在此情况下，如图3所示，电子设备300还包括发射器320。发射器320用于发射光线，例如红外光或者近红外光等不可见光。发射器320发射的光线被待检测物体(例如人脸)反射至摄像头组件200，摄像头组件200内的图像传感器100接收人脸反射的光线，并将光线转换为电信号，以实现电子设备300的识别功能。

由上述可知，在本申请的一些实施例中，可以通过图像传感器100实现上述图像采集。图像传感器100可以为互补金属氧化物半导体(CMOS Complementary Metal-OxideSemiconductor)图像传感器，以下对图像传感器100的结构进行举例说明。

示例的，如图4所示，图像传感器100可以包括多个呈矩阵形式排列的感光像素180，感光像素180能够将接收到的光信号转换成电信号。可以理解地，感光像素180能够将吸收的可见光的光信号转换为电信号，也能够将吸收的不可见光的光信号转换为电信号。这样一来，通过获取每个感光像素180最终输出的电信号，再将该电信号进行数模转换，最终可以得到该感光像素180对应的光线信息，从而实现图像传感器100的图像采集功能。

基于此，为了使得上述感光像素180能够实现光电转换，如图5所示(图5为图4中图像传感器沿A-A方向的一种剖面示意图)，图像传感器100包括感光元件，感光元件用于将光信号转换为电信号。

在一些实施方式中，感光元件为光电二极管120，每一个感光像素180包括一个或多个光电二极管120。不同的感光像素180内的光电二极管120用于吸收不同波长的光，例如红光、绿光和蓝光，并将不同波长的光转换为不同的电信号。

如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，光电二极管120包括受光面122，受光面122朝向外界光线射入的方向。在一些实施方式中，多个光电二极管120的受光面122的面积可以相同，也可以不同，提高了图像传感器100的使用灵活性。可以理解地，光线照射至光电二极管120的受光面122或者其他面时，能够被光电二极管120吸收并转换为电信号。

在一些实施方式中，光电二极管120可以为PN型光电二极管或者PIN型光电二极管等。PN型光电二极管包括PN结，当光线照射PN结时，携带能量的光子进入到PN结内，把能量传递给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子空穴对，称为光生载流子。光生载流子在电压作用下参加漂移运动，使PN型光电二极管的反向电流增大，从而实现光信号到电信号的转化。

具体地，光电二极管120设置在半导体衬底110内，在一些实施方式中，可以向半导体衬底110中添加不同的掺杂剂，从而形成PN结。

在一些实施方式中，半导体衬底110的材质可以为硅衬底、锗衬底、绝缘体上硅衬底、碳化硅衬底或者其他适合的半导体材料等。可以理解地，多个光电二极管120相邻设置在半导体衬底110内，减小了光电二极管120的占用面积，提高了半导体衬底110的集成率。

由上述可知，光电二极管120能够将光信号转换为电信号。在光电二极管120在将光信号转换为电信号之后，需要通过多层金属布线134构成的电路，可以将电信号向图像传感器100外界传输。

如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，多层金属布线134嵌入在层间介质132内，以形成电路结构层130。具体地，任一层金属布线134与任一个光电二极管120电连接，使得任一个光电二极管120在光照下产生的电信号均能够通过金属布线134向外传输。在一些实施方式中，层间介质132可以为氧化硅或者氧化氮等绝缘材料，起到隔离多层金属布线134的作用。

电路结构层130设置在半导体衬底110远离受光面122的一侧，避免了电路结构层130内的金属布线134等电路结构对光线造成阻挡，从而确保了照射至光电二极管120的光线强度，提高了图像传感器100使用性能。具体地，电路结构层130设置在半导体衬底110远离受光面122一侧的图像传感器100可以称为背照式图像传感器。

在一些实施方式中，金属布线134的材质可以为铜或者铝，确保了金属布线134的导电性能。在一些实施方式中，多层金属布线134之间的材质可以相同，也可以不同。具体地，多层金属布线134可以通过刻蚀的方式，嵌入在层间介质132内。

在一些实施方式中，如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，图像传感器100还可以包括转移栅极176。转移栅极176为互补型金属氧化物半导体场效应管(CMOS管Complementary Mental Oxide Semiconductor Field EffectTransmetor)。转移栅极176的包括信号接收端、信号输入端和信号输出端。信号接收端用于接收触发信号，信号输入端与光电二极管120电连接，信号输出端与其他电路结构，例如金属布线134电连接。当转移栅极176的信号接收端接收到触发信号时，信号输入端和信号输出端之间能够导通，使得光电二极管120产生的电信号能够通过转移栅极176传输至金属布线134，并通过金属布线134向图像传感器100外传输。

在一些实施方式中，如图7所示，图像传感器100还可以包括处理电路190。处理电路190包括模数转换电路192以及放大电路194。模数转换电路192和放大电路194与如图4所示的感光像素180电连接，从而能够对感光像素180中光电二极管120产生的电信号进行模数转换处理和放大处理。

具体地，如图5中箭头方向所示(图5为图4中图像传感器沿A-A方向的一种剖面示意图)，当光线照射到光电二极管120后，一部分被光电二极管120吸收并转换为电信号，而另一部分光线由于波长较长(如图5中虚线箭头所示)，例如红光或者红外光，受到半导体衬底110厚度的限制，能够穿过光电二极管120。在一些实施方式中，波长在700nm至1000nm的光线能够穿过光电二极管120。示例的，光电二极管120对于波长为850nm的光线的吸收率约为10％，对于波长为940nm的光线的吸收率约为4％，影响了图像传感器100对于光线的吸收率，降低了图像传感器100的使用性能。

为了解决上述问题，如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，本实用新型提供的图像传感器100还可以包括至少一个吸光元件139。至少一个吸光元件139嵌入在层间介质132内，可以理解地，如图6中虚线箭头所示，穿过光电二极管120的光线能够被吸光元件139吸收并转化为电信号，从而提高图像传感器100对于光线(尤其是波长较长的光线)的吸收率，确保了波长较长光的量子效率，并且无需增加半导体衬底110的厚度，利于图像传感器100的小型化。此外，通过嵌入吸光元件139的方式，来提高图像传感器100对于光线的吸收率，能够简化图像传感器100的生产工艺，降低图像传感器100的生产成本。

可以理解地，由于吸光元件139嵌入于层间介质132中，而多个光电二极管120设置在半导体衬底110内，这样一来，能够减小吸光元件139对多个光电二极管120产生的影响，使得吸光元件139在吸收穿过光电二极管120的光线时，不会对光电二极管120的光电转换产生影响。也即是，在层间介质132中嵌入吸光元件139，不会对图像传感器100原有(也即是没有嵌入吸光元件139时)的光电转换以及呈像等造成影响，提高了图像传感器100的可靠性。

此外，通过设置吸光元件139吸收穿过光电二极管120的光线，还能够避免穿过光电二极管120a的光线在金属布线134的反射作用下，照射至光电二极管120b上，从而减小了相邻两个光电二极管120之间的光串扰，进一步提高了图像传感器100的使用可靠性。

可以理解地，光电二极管120a和光电二极管120b结构可以相同，也可以不同。本实用新型实施例中的光电二极管120a和光电二极管120b仅为了便于描述两个不同的光电二极管120，不做进一步限定。

如图8所示，吸光元件139在半导体衬底110上的垂直投影(图8中B区域)与任一个光电二极管120在半导体衬底110上垂直投影(图8中C区域)的至少部分重叠(图8中D区域)，也即是吸光元件139的设置位置与光电二极管120的设置位置相对应，确保了对于穿过光电二极管120的光线的吸收率。

在一些实施方式中，如图9所示，吸光元件139在半导体衬底110上的垂直投影(图9中B区域)与任一个光电二极管120在半导体衬底110上的垂直投影(图9中C区域)完全重叠(图9中D区域)，进一步提高了吸光元件139对于光线的吸收效果。

在一些实施方式中，吸光元件139的数量与光电二极管120的数量可以相同，也可以不同。当吸光元件139的数量为多个时，多个吸光元件139的形状可以相同，也可以不同。

由上述可知，如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，本实用新型实施例提供的图像传感器100在层间介质132中嵌入吸光元件139，并且吸光元件139在半导体衬底110上的垂直投影，与任一个光电二极管120在半导体衬底110上垂直投影的至少部分重叠，也即是吸光元件139的设置位置与任一个光电二极管120的设置位置相对应，使得穿过光电二极管120的光线(例如红光或者近红外光等)能够被吸光元件139吸收，提高了图像传感器100对于光线的吸收率，确保了波长较长光的量子效率，提高了图像传感器100的使用可靠性，并且无需增加半导体衬底110的厚度，利于图像传感器100的小型化，简化图像传感器100的生产工艺，降低图像传感器100的生产成本。

并且，将吸光元件139嵌入于层间介质132中，使得吸光元件139在吸收穿过光电二极管120的光线时，不会对光电二极管120的光电转换产生影响。也即是，吸光元件139不会对图像传感器100原有的光电转换以及呈像等造成影响，提高了图像传感器100的可靠性。

此外，通过设置吸光元件139吸收穿过光电二极管120的光线，还能够避免穿过光电二极管120的光线在金属布线134的反射作用下，照射至其他的光电二极管120上，从而减小了相邻两个光电二极管120之间的光串扰，进一步提高了图像传感器100的使用可靠性。

在一些实施方式中，如图6所示，吸光元件139为光敏元件136。

在一些实施方式中，光敏元件136可以为光电二极管、光电三极管或者光敏电阻等电子元器件。在另一些实施方式中，光敏元件136也可以为有机感光材料等制成，满足不同的使用需求，提高了图像传感器100的使用灵活性。

如此设置，使得穿过光电二极管120、并照射至光敏元件136的光线能够被转换为电信号，提高图像传感器100对于光线的吸收率，从而提高图像传感器100的成像性能。

可选的，如图10所示(图10为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，光敏元件136包括有机材料层142和引出电极144。有机材料层142用于将光信号转换为电信号。

在一些实施方式中，有机材料层142可以为有机材料的聚合物、有机材料的混合物或者有机材料的衍生物等等。不同的有机材料层142能够吸收不同波长的光线，从而满足不同图像传感器100的使用需求。在一些实施方式中，有机材料层142能够吸收波长在350nm至1100nm之间的光线。

在一些实施方式中，当有机材料层142的数量为多个时，多个有机材料层142的材质可以相同，也可以不同。

引出电极144的一端与有机材料层142电连接，引出电极144的另一端与金属布线134电连接，使得有机材料层142在光照下产生的电信号能够通过引出电极144传输至金属布线134，并通过金属布线134向图像传感器100外界传输，实现了将射入至层间介质132的光信号转换为电信号，提高了图像传感器100对于光线的吸收率，确保了波长较长光线的量子效率，并且结构简单，降低图像传感器100成本。

在一些实施方式中，引出电极144为金属材质，确保了引出电极144的导电性能。在一些实施方式中，引出电极144与有机材料层142的数量可以相同，也可以不同。

可选的，有机材料层142包括富勒烯衍生物。

具体地，富勒烯衍生物为一种有机感光材料，能够将光信号转换为电信号。在一些实施方式中，富勒烯衍生物的分子结构如图11所示。其中，Cy代表环状碳水化合物，X代表枝状烷基，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别代表氢原子、卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、腙基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、甲硅烷基、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷基、C1-C30烷氧基、C1-C20杂烷基、C3-C20杂芳基、C3-C20杂芳烷基、C3-C30环烷基、C3-C15环烯基、C6-C15环炔基、C3-C30杂环烷基中的至少之一或其组合。通过改变富勒烯衍生物的官能团，能够使得富勒烯衍生物吸收不同波长的光线，提高了图像传感器100的使用灵活性。

可选的，有机材料层142的厚度在0.1nm-95nm之间。

设置有机材料层142的厚度在0.1nm至95nm之间，避免了有机材料层142过薄，影响对于光线的吸收和转换效果，并且避免了有机材料层142过厚，增大图像传感器100的体积。也即是，设置有机材料层142的厚度在0.1nm-95nm之间，在提高图像传感器100光线吸收率的基础上，缩小了图像传感器100的体积，提高图像传感器100的适用性。

可以理解地，通过调节有机材料层142的厚度，能够对有机材料层142吸收光线的波长起到调节作用，进一步提高了图像传感器100的使用灵活性。具体地，有机材料层142的厚度可以为10nm、50nm或者75nm等。

可选的，如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，有机材料层142靠近半导体衬底110的表面与电路结构层130靠近半导体衬底110的表面平齐。

可以理解地，有机材料层142靠近半导体衬底110的表面与电路结构层130靠近半导体衬底110的表面可以为近似平齐，也可以为完全平齐。

设置有机材料层142靠近半导体衬底110的表面与电路结构层130靠近半导体衬底110的表面平齐，避免了有机材料层142与光电二极管120之间的距离过大，导致穿过光电二极管120的大部分光线无法被有机材料层142吸收。通过上述设置，使得穿过光电二极管120的光能够直接照射至有机材料层142，提高了有机材料层142对于光线的吸收率，提高波长较长光的量子效率，并且减少了进入到层间介质132内的光线强度，避免了光线在金属布线134的反射作用下，照射至其余的光电二极管120，减小了相邻两个光电二极管120之间的光串扰，提高了图像传感器100的使用可靠性。此外，设置有机材料层142靠近半导体衬底110的表面与电路结构层130靠近半导体衬底110的表面平齐，还能够提高图像传感器100的加工便捷性，降低生产成本。

可选的，如图12所示(图12为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，有机材料层142的截面为矩形或者梯形，有机材料层142的截面与半导体衬底110和电路结构层130相垂直。

可以理解地，有机材料层142的截面与半导体衬底110和电路结构层130相垂直，也即是有机材料层142沿半导体衬底110至电路结构层130方向的截面为矩形或者梯形，从而吸收不同入射角度以及不同波长的光线，提高了图像传感器100的使用灵活性。

在一些实施方式中，当多个有机材料层142的截面为梯形时，多个梯形的面积可以相同，也可以不同。当多个有机材料层142的截面为矩形时，多个矩形的面积可以相同，也可以不同。

在一些实施方式中，当有机材料层142的截面为梯形时，有机材料层142可以为圆台状，也可以为棱台状。当有机材料层142的截面为矩形时，有机材料层142可以为长方体，也可以为圆柱体等。

由上述可知，有机材料层142嵌入在层间介质132内。为了实现上述结构，可选的，如图13所示(图13为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，电路结构层130开设有容纳孔138，有机材料层142嵌入在容纳孔138内。

通过在电路结构层130开设容纳孔138，将有机材料层142嵌入在容纳孔138内，便于电路结构层130的生产加工，从而提高图像传感器100的成产效率，降低图像传感器100的生产成本。

可以理解地，容纳孔138可以为长方体或者圆柱体，容纳孔138的形状与有机材料层142的形状相适配。容纳孔138避让金属布线134，避免了容纳孔138对电信号的传输产生影响，提高了图像传感器100的使用可靠性。

在一些实施方式中，容纳孔138的深度可以与电路结构层130的深度相同，容纳孔138的深度也可以小于电路结构层130的深度。可以理解地，多个容纳孔138之间的深度可以相同，也可以不同。

在一些实施方式中，容纳孔138可以开设在电路结构层130靠近半导体衬底110的表面，也可以开设在电路结构层130远离半导体衬底110的表面，还可以开设在电路结构层130的内部，满足不同的使用需求。

在一些实施方式中，如图14所示，有机材料层142的制作方法包括步骤S1至步骤S3：

步骤S1，成多层金属布线以及位于相邻两层金属布线之间的层间介质；

具体的，可以先形成一层层间介质132，然后在层间介质132上铺设一层金属。接下来通过刻蚀工艺去除部分金属，形成一层金属布线134。重复上述步骤，可以形成多层金属布线134，以及位于相邻两层金属布线134之间的层间介质132。此外，还可以在层间介质132上形成贯穿层间介质132的通孔，该通孔可以将相邻的金属布线134电连接。

步骤S2，在步骤S1形成的结构靠近半导体衬底的一侧开设容纳孔；

具体地，可以通过刻蚀的方式，在步骤S1形成的结构上开设容纳孔138。可以理解地，容纳孔138避让金属布线134。

步骤S3，将有机材料层嵌入在容纳孔内。

通过在多层金属布线134刻蚀完成之后，再在电路结构层130靠近半导体衬底110的表面开设容纳孔138，避免金属布线134的刻蚀影响对有机材料层142造成影响，进一步提高了图像传感器100的使用可靠性。

可选的，如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，光敏元件136的数量为至少两个，任一个光敏元件136在半导体衬底110上的垂直投影，与任一个光电二极管120在半导体衬底110上垂直投影的至少部分重叠。

可以理解地，光敏元件136的数量与光电二极管120的数量可以相同，光敏元件136的数量也可以大于光电二极管120的数量。任一个光敏元件136在半导体衬底110上的垂直投影，与任一个光电二极管120在半导体衬底110上垂直投影的至少部分重叠，也即是任一个光敏元件136的设置位置与任一个光电二极管120的设置位置相对应，进一步确保了穿过光电二极管120的光线能够被光敏元件136吸收并转换为电信号，提高图像传感器100的光线吸收率，减少射入到层间介质132内的光线强度，减小相邻两个光电二极管120之间的光串扰，提高图像传感器100的使用可靠性。

可选的，如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，至少部分金属布线134设置于至少两个光敏元件136之间。

可以理解地，金属布线134能够起到阻挡并反射光线的作用。至少部分金属布线134设置于至少两个光敏元件136之间，从而能够对至少两个光敏元件136起到分隔的作用，使得穿过光电二极管120a的光线和穿过光电二极管120b的光线能够分别照射至对应的光敏元件136，减小了相邻两个光敏元件136之间产生的光串扰，进一步提高了图像传感器100的使用可靠性。

由上述可知，光电二极管120能够将光信号转换为电信号。为了使得电子设备300能够生成彩色图像，并且提高光线照射图像传感器100的强度，可选的，如图13所示(图13为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，图像传感器100还包括至少两个滤光片162，至少两个滤光片162设置于半导体衬底110远离电路结构层130的一侧。图像传感器100还包括微透镜164，微透镜164设置于滤光片162远离半导体衬底110的一侧。

可以理解地，至少两个滤光片162用于过滤不同颜色的光线，使得不同颜色的光线能够照射至光电二极管120。在一些实施方式中，滤光片162的数量为至少三个，在三个不同滤光片162的过滤作用下，使得红光、绿光和蓝光分别照射至光电二极管120，从而实现多种不同颜色光的合成。

在一些实施方式中，滤光片162与光电二极管120的数量可以相同，也可以不同，满足不同的使用需求。

可以理解地，微透镜164用于聚拢光线，从而能够提高照射至光电二极管120受光面122的光线的强度，使得图像传感器100能够在光线较差的环境下正常工作，提高了图像传感器100的适用性。

在一些实施方式中，微透镜164与光电二极管120和滤光片162的数量可以相同，也可以不同。在一些实施方式中，微透镜164可以为球面透镜、非球面透镜、柱镜和棱镜等多种透镜的组合，确保了微透镜164的聚光性能。

由上述可知，光敏元件136能够吸收射入层间介质132内的光线，从而避免射入层间介质132内的光线被金属布线134反射至其他的光电二极管120，减小相邻两个光电二极管120之间的串扰。为了进一步减小相邻两个滤光片162之间的光串扰，可选的，如图12所示(图12为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，图像传感器100还包括隔离件166。隔离件166设置于至少两个滤光片162之间。和/或，隔离件166设置于至少两个光电二极管120之间。

可以理解地，隔离件166用于隔离光线，进一步减小了相邻两个滤光片162之间产生的光串扰，以及相邻两个光电二极管120之间产生的光串扰，提高图像传感器100的使用可靠性。

在一些实施方式中，如图5所示，隔离件166包括第一隔离件172和第二隔离件174。第一隔离件172设置在两个滤光片162之间，起到阻挡光线的作用。具体地，第一隔离件172可以为金属格栅。第二隔离件174设置在两个光电二极管120之间，起到阻挡或者反射光线的作用。具体地，可以在两个光电二极管120之间的半导体衬底110上开设深沟道隔离槽，将第二隔离件174嵌入在深沟道隔离槽内。在一些实施方式中，第二隔离件174可以为金属，也可以为反光材质的化合物或者组合物等。在另一些实施方式中，第二隔离件174也可以为掺杂半导体。

第二方面，如图2所示，本实用新型的实施例提供了一种摄像头组件200。摄像头组件200包括透镜组件210和如上述的图像传感器100。图像传感器100设置于透镜组件210的出光侧。

本实用新型的实施例提供的摄像头组件200包括上述的图像传感器100，因此具有上述的全部有益效果，在此不再赘述。

可以理解地，摄像头组件200用于拍摄照片或者视频，透镜组件210为凸透镜和凹透镜的组合。透镜组件210包括入光侧和出光侧，光线从透镜组件210的入光侧射入透镜组件210，并且从透镜组件210的出光侧射出。图像传感器100设置在透镜组件210的出光侧，实现光信号到电信号的转换。

在一些实施方式中，图像传感器100的数量可以为一个或多个。图像传感器100的数量与透镜组件210的数量可以相同，也可以不同。

第三方面，如图1所示，本实用新型的实施例提供了一种电子设备300。电子设备300包括壳体310和摄像头组件200。壳体310开设有第一通孔，摄像头组件200的至少部分嵌入在第一通孔内。

本实用新型的实施例提供的电子设备300包括上述第二方面的摄像头组件200，因此具有上述第二方面的全部有益效果，在此不再赘述。

在一些实施方式中，电子设备300可以为手机、电脑或者数码相机等设备。摄像头组件200的数量可以为一个或多个，第一通孔的数量与摄像头组件200的数量相同。

可以理解地，摄像头组件200的至少部分嵌入在第一通孔内，使得光线能够通过第一通孔照射图像传感器100，实现光信号到电信号的转换。

可选的，如图3所示，壳体310还开设有第二通孔。电子设备300还包括发射器320。发射器320设置于第二通孔内，发射器320用于发射光线至待测物体，摄像头组件200用于接收待测物体反射的光线。

在一些实施方式中，发射器320用于发射波长较长的不可见光，例如近红外光或者红外光等。不可见光在待检测物体的反射作用下，被摄像头组件200接收，实现了对于物体的识别或者检测，避免了摄像头组件200在光线较差的情况下，无法准确地识别或者检测物体，进一步提高了摄像头组件200对于物体识别或检测的准确性，从而提高电子设备300的使用可靠性。

在一些实施方式中，发射器320的数量可以为一个或多个，第二通孔的数量与发射器320的数量相同。通过设置发射器320的数量为多个，实现了在不同的位置向待检测物体发射不可见光，提高了对于待检测物体识别或者检测的准确性。可以理解地，摄像头组件200与发射器320的数量可以相同，也可以不同。

在一个具体实施例中，如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，提供了一种图像传感器100，具体地，图像传感器100为背照式CMOS图像传感器。

图像传感器100包括半导体衬底110，半导体衬底110为硅衬底。多个光电二极管120设置在硅衬底内，光电二极管120为PN型光电二极管。电路结构层130设置在光电二极管120远离受光面122的一侧。电路结构层130包括层间介质132，层间介质132为氧化硅。金属布线134通过刻蚀的方式，嵌入在层间介质132内。任一个光电二极管120与金属布线134电连接，使得光电二极管120产生的电信号能够通过金属布线134向外传输。

具体地，图像传感器100包括转移栅极176，转移栅极176为CMOS管。转移栅极176的信号接收端用于接收触发信号，信号输入端与光电二极管120电连接，信号输出端与金属布线134电连接。当转移栅极176的信号接收端接收到触发信号时，信号输入端和信号输出端之间导通，光电二极管120在光照下产生的电信号通过转移栅极176传输至金属布线134，并通过金属布线134向图像传感器100外传输。

光敏元件136嵌入在层间介质132内，用于将吸收的光信号转换为电信号。如图10所示(图10为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，光敏元件136的数量与光电二极管120的数量相同，并且任一个光敏元件136的设置位置与任一个光电二极管120的设置位置相对应。具体地，光敏元件136包括有机材料层142和引出电极144，电路结构层130开设有容纳孔138，有机材料层142嵌入在容纳孔138内。引出电极144的一端与有机材料层142电连接，另一端与金属布线134电连接，使得有机材料层142在光照下产生的电信号能够通过金属布线134向外界传输。

如图13所示(图13为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，滤光片162设置在受光面122的一侧，滤光片162用于过滤光线，使得红光、滤光和蓝光能够分别穿过滤光片162照射至光电二极管120。微透镜164设置在滤光片162远离硅衬底的一侧，微透镜164用于聚拢光线。

具体地，如图6中箭头方向所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，外界光线在微透镜164的聚拢作用下，被滤光片162过滤，使得红光、绿光和蓝光能够分别照射至光电二极管120。照射至光电二极管120的光线一部分被吸收并转化为电信号，通过金属布线134向图像传感器100外界传输，而另一部分光线(如图6中虚线箭头所示)由于波长较长，例如红光或者红外光，能够穿过光电二极管120进入到有机材料层142内。有机材料层142将吸收的光信号转换为电信号，并通过引出电极144传输至金属布线134，通过金属布线134向图像传感器100外界传输。

通过在层间介质132内嵌入光敏元件136，并且任一个光敏元件136的设置位置与任一个光电二极管120的设置位置相对应，实现了将射入到层间介质132内的光信号转换为电信号，提高图像传感器100对于光线(尤其是波长较长的光线)的吸收率，确保了波长较长光线的量子效率，提高了图像传感器100的使用可靠性，并且无需增加硅衬底的厚度，简化了图像传感器100的生产工艺，降低生产成本。

由于光敏元件136嵌入于层间介质132中，而多个光电二极管120设置在半导体衬底110内，能够减小光敏元件136对多个光电二极管120产生的影响，使得光敏元件136在吸收穿过光电二极管120的光线时，不会对光电二极管120的光电转换产生影响。也即是，光敏元件136不会对图像传感器100原有的光电转换以及呈像等造成影响，提高了图像传感器100的可靠性。

并且，设置任一个有机材料层142的设置位置与任一个光电二极管120的设置位置相对应，还能够进一步确保透过光电二极管120的光线能够被有机材料层142吸收，提高了图像传感器100对于光线的吸收率。

此外，通过设置有机材料层142，还能够避免穿过光电二极管120的光线被金属布线134反射至其他的光电二极管120，从而减小了相邻两个光电二极管120之间的光串扰，提高了图像传感器100的使用可靠性。

具体地，有机材料层142包括富勒烯衍生物，富勒烯衍生物的分子结构如图11所示。其中，Cy代表环状碳水化合物，X代表枝状烷基，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8分别代表氢原子、卤素原子、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、腙基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、甲硅烷基、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷基、C1-C30烷氧基、C1-C20杂烷基、C3-C20杂芳基、C3-C20杂芳烷基、C3-C30环烷基、C3-C15环烯基、C6-C15环炔基、C3-C30杂环烷基中的至少之一或其组合。通过改变富勒烯衍生物的官能团，能够使得富勒烯衍生物吸收不同波长的光线，满足不同的使用需求。在一些实施方式中，富勒烯衍生物能够吸收波长在350nm至1100nm之间的光线。

在一些实施方式中，有机材料层142的厚度在0.1nm-95nm之间，通过调节有机材料层142的厚度，同样能够使得有机材料层142吸收不同波长的光线，进一步提高了图像传感器100的适用性。具体地，有机材料层142的厚度可以为10nm、50nm或者75nm等。

如图6所示(图6为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，至少部分金属布线134设置在两个有机材料层142之间，从而能够对穿过光电二极管120的光线起到阻挡以及反射的作用，避免穿过光电二极管120的光线照射至其他的有机材料层142，减小了相邻两个有机材料层142之间的光串扰，进一步提高了图像传感器100的使用可靠性。

如图12所示(图12为图4中图像传感器沿A-A方向的另一种剖面示意图)，图像传感器100还包括第一隔离件172和第二隔离件174。具体地，第一隔离件172为金属格栅，设置在两个滤光片162之间，减小两个滤光片162之间的光串扰。两个光电二极管120之间的硅衬底上开设有背面深沟道隔离槽，第二隔离件174嵌入在背面深沟道隔离槽内，减小两个光电二极管120之间的光串扰。示例的，第二隔离件174可以为金属材质，也可以为掺杂半导体。

在本说明书的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

半导体衬底；

多个光电二极管，设置在所述半导体衬底内，任一个所述光电二极管具有受光面，所述光电二极管用于将光信号转换为电信号；

电路结构层，设置在所述半导体衬底远离所述受光面的一侧，所述电路结构层包括层间介质，以及嵌入在所述层间介质中的多层金属布线和嵌入在所述层间介质中的至少一个吸光元件，任一层所述金属布线与任一个所述光电二极管电连接；

其中，所述吸光元件在所述半导体衬底上的垂直投影，与至少一个所述光电二极管在所述半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述吸光元件为光敏元件，所述光敏元件用于将光信号转换为电信号。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述光敏元件包括：

有机材料层，所述有机材料层用于将光信号转换为电信号；

引出电极，所述引出电极的一端与所述有机材料层电连接，所述引出电极的另一端与所述金属布线电连接。

4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述有机材料层包括富勒烯衍生物。

5.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述有机材料层的厚度在0.1nm-95nm之间。

6.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述有机材料层靠近所述半导体衬底的表面与所述电路结构层靠近所述半导体衬底的表面平齐。

7.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述有机材料层的截面为矩形或者梯形，所述有机材料层的截面与所述半导体衬底和所述电路结构层相垂直。

8.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述电路结构层开设有容纳孔，所述有机材料层嵌入在所述容纳孔内。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述光敏元件的数量为至少两个，任一个所述光敏元件在所述半导体衬底上的垂直投影，与任一个所述光电二极管在所述半导体衬底上垂直投影的至少部分重叠。

10.根据权利要求9所述的图像传感器，其特征在于，至少部分所述金属布线设置于至少两个所述光敏元件之间。

11.根据权利要求1至8中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：

至少两个滤光片，设置于所述半导体衬底远离所述电路结构层的一侧；

微透镜，设置于所述滤光片远离所述半导体衬底的一侧。

12.根据权利要求11所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：

隔离件，设置于至少两个所述滤光片之间；和/或，

设置于至少两个所述光电二极管之间。

13.一种摄像头组件，其特征在于，包括：

透镜组件；

如权利要求1至12中任一项所述的图像传感器，设置于所述透镜组件的出光侧。

14.一种电子设备，其特征在于，包括：

壳体，所述壳体开设有第一通孔；

如权利要求13所述的摄像头组件，所述摄像头组件的至少部分嵌入在所述第一通孔内。

15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，所述壳体还开设有第二通孔，所述电子设备还包括：

发射器，设置于所述第二通孔内，所述发射器用于发射光线至待测物体，所述摄像头组件用于接收所述待测物体反射的光线。

Images