專利名稱：圖像傳感器的遮光結構、圖像傳感器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像傳感器領域，尤其涉及一種用于圖像傳感器的遮光結構、圖像傳感器。
背景技術：
隨著數(shù)碼技術、半導體制造技術以及網(wǎng)絡的迅速發(fā)展，諸如數(shù)碼相機等的數(shù)碼產(chǎn)品在日常生活中扮演越來越重要的角色。以數(shù)碼相機為例，其發(fā)展速度可以用日新月異來形容，而數(shù)碼相機的市場也在以驚人的速度在增長，作為數(shù)碼相機的關鍵零部件一圖像傳感器產(chǎn)品就成為當前以及未來業(yè)界關注的對象，吸引著眾多廠商投入，與圖像傳感器相關的技術也成為研究熱點。其中，如何減小雜散光對圖像傳感器的影響，降低噪音是研究的問題之一，在公開號為CN101395718A的中國專利申請中公開了一種圖像傳感器的遮光層，用于降低噪音。參考圖1，示出了所述中國專利申請的圖像傳感器一實施例的側面示意圖。所述實施例以一個像素單元12為例，所述像素單元12包括襯底10、位于襯底10上隔離結構42、 襯底10上且處于隔離結構42之間的光電二極管14、位于襯底10上的遮光層44，所述遮光層44包括多個組件(45a、45f)。所述遮光層44露出光電二極管14，便于工作光束47b投射至光電二極管14，所述遮光層44遮擋像素單元12的其他區(qū)域，可以防止雜散光束47c投射至向光電二極管14上，形成噪音。由此可見，通過遮光層可以及減小噪音。所述中國專利申請公開的技術方案中，遮光層可有效阻擋正入射至光電二極管的雜散光，然而，對于斜入射至光電二極管的雜散光束，所述遮光層的遮光效果不好，這容易造成漏光現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種圖像傳感器的遮光結構、圖像傳感器，以降低圖像傳感器的噪音。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種圖像傳感器的遮光結構，所述圖像傳感器包括多個像素單元，所述像素單元包括襯底，形成于襯底中的光電傳感器，覆蓋所述襯底上的透光介質層，形成于所述透光介質層中的遮光結構，所述遮光結構包括第一遮光結構和第二遮光結構，所述第一遮光結構和第二遮光結構露出光電傳感器，所述第二遮光結構位于第一遮光結構下方且靠近光電傳感器的位置，其中，在垂直于襯底的剖面中，第一遮光結構包括第一長邊，第一長邊與襯底表面平行；所述第二遮光結構包括第二長邊，所述第二長邊垂直于襯底表面。可選地，所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器，所述光電傳感器為光電二極管?？蛇x地，所述第一遮光結構為一 “ 口，，形結構。 可選地，所述第一遮光結構的第一內(nèi)邊緣與所述光電傳感器的外邊緣齊平。
可選地，所述第二遮光結構的第二內(nèi)邊緣與所述光電傳感器的外邊緣齊平。
3
可選地，所述第二遮光結構的上端與所述第一遮光結構相接觸?？蛇x地，所述第二遮光結構的上端與所述第一遮光結構相隔離。可選地，所述圖像傳感器還包括用于控制光電傳感器的邏輯電路、位于襯底中光電傳感器之間的隔離結構，所述邏輯電路包括連接線組，所述連接線組位于隔離結構上方， 所述第二遮光結構位于連接線組上方且靠近圖像傳感器的一側，并且與連接線組相電性絕緣。可選地，所述連接線組包括依次位于隔離結構上的多晶硅層、第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層，所述第一遮光結構采用位于第二金屬層上的第三金屬層形成，所述第二遮光結構在形成第二金屬層與第三金屬層之間的金屬插塞時形成?？蛇x地，所述第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層、第一遮光結構、第二遮光結構的材料為鎢。相應地，本發(fā)明還提供一種包括所述遮光結構的圖像傳感器。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1.與襯底平行的第一遮光結構，用于阻擋垂直入射至光電傳感器的雜散光；與襯底垂直的第二遮光結構，用于阻擋斜入射至光電傳感器的雜散光，可有效降低圖像傳感器的噪音。2.第一金屬層、第二金屬層、用作第一遮光結構的第三金屬層、第一金屬插塞、用作第二遮光結構的類金屬插塞結構的材料均為鎢，以基于現(xiàn)有的工藝和材料制造完成，不增加成本、與現(xiàn)有工藝兼容。


圖1是現(xiàn)有技術圖像傳感器像素單元一實施例的側面示意圖；圖2是本發(fā)明圖像傳感器像素單元第一實施例的側面示意圖；圖3是圖2所示圖像傳感器的局部俯視示意圖；圖4是本發(fā)明圖像傳感器像素單元第二實施例的側面示意圖；圖5是圖4所示圖像傳感器的局部俯視示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。為了解決背景技術所描述的問題，本發(fā)明提供一種圖像傳感器的遮光結構，所述遮光結構為一三維結構，可阻擋多角度入射至圖像傳感器的雜散光，進而可有效降低圖像傳感器的噪音。實施例I參考圖2，示出了本發(fā)明圖像傳感器第一實施例的示意圖。本實施例中，所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器(CMOS Imaging Seneor，CIS)，但是本發(fā)明并不限制于此。
4
圖像傳感器通常包括陣列式排布的多個像素單元，為了使附圖更簡潔、清楚，附圖 2中只以一個像素單元為例。圖像傳感器的其他像素單元與此相同。對于其他像素單元，可作相應替換。如圖2所示，像素單元包括襯底100、形成于襯底100中的光電傳感器102、位于光電傳感器102之間用于絕緣的隔離結構101、覆蓋于襯底100上的透光介質層110、形成于透光介質層110中的遮光結構，其中，襯底100，可以是單晶硅或硅鍺；也可以是絕緣體上硅(Silicon on insulator, SOI)。隔離結構101，可以是淺溝槽隔離結構(Shallow Trench Isolation，STI)，具體地，包括位于不同像素單元的光電傳感器102之間的溝槽、以及填充于所述溝槽中的介質材料，所述介質材料可以是二氧化硅。本實施例中，所述光電傳感器102為光電二極管，包括形成于襯底中的第一摻雜區(qū)、位于第一摻雜區(qū)上的第二摻雜區(qū)，例如第一摻雜區(qū)為N型摻雜區(qū)、第二摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)。所述光電二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生電流，而且所述電流的強度與光照的強度相對應，也就是說光電二極管可以感知光強。在圖像傳感器中還包括控制開關和彩色濾光片等結構(圖中未示出)，光電二極管可感知光的強度，彩色濾光片可感知圖像的色彩，所述光電二極管在控制開關的控制下， 同時結合彩色濾光片，可將圖像信息轉換成可用輸出信號。透光介質層110覆蓋于光電傳感器102上，需要說明的是，所述透光介質層110還覆蓋于隔離結構101上，用于起到絕緣作用，由于光電傳感器102需要感知光的強度，為了提高圖像傳感器的靈敏度，較佳地，需選用透光率較高的介質材料作為透光介質層110，本實施例中，所述透光介質層110的材料為二氧化硅，但是本發(fā)明并不限制于此。遮光結構形成于透光介質層110中，具體地說，所述遮光結構位于靠近透光介質層110表面的位置處，本實施例中，所述遮光結構包括第一遮光結構109和第二遮光結構 108。其中，第一遮光結構109位于光電傳感器102上方，用于遮擋垂直入射到圖像傳感器光電傳感器102區(qū)域之外區(qū)域的雜散光，在圖2所示的沿垂直于襯底100表面方向的剖面示意圖中，所述第一遮光結構109包括平行于襯底100表面的第一長邊和垂直于襯底表面的第一短邊，所述第一長邊的尺寸大于所述第一短邊的尺寸，所述第一長邊沿平行于襯底100 表面的方向延伸，且露出光電傳感器102。所述第一遮光結構109為諸如金屬等的不透光材料，可以遮擋除光電傳感器102 外的其他區(qū)域，對于垂直入射到圖像傳感器其他區(qū)域的雜散光具有良好的遮擋作用。所述第二遮光結構108用于遮擋斜入射向光電傳感器102的雜散光，所述第二遮光結構108位于所述第一遮光結構109下方且靠近光電傳感器102的位置，在圖2所示的沿垂直于襯底表面方向的剖面示意圖中，所述第二遮光結構108包括垂直于襯底100表面的第二長邊和平行于襯底100表面的第二短邊，所述第二長邊的尺寸大于所述第二短邊的尺寸，所述第二長邊沿垂直于襯底100表面的方向延伸，用于阻擋斜入射光進入光電傳感器102區(qū)域。所述第二遮光結構108為諸如金屬等的不透光材料，由于第二遮光結構108位于靠近光電傳感器102的位置處，且第二遮光結構108的第二長邊沿垂直于襯底100表面的方向延伸一定長度，可以對斜入射向光電傳感器102的雜散光起到良好地遮擋作用。第二遮光結構108的第二長邊越長，那么第二遮光結構108對斜入射光電傳感器 102的雜散光的遮擋作用越好。需要說明的是，所述圖像傳感器還包括邏輯電路(圖中未示出)，用于打開和關閉光電傳感器，還用于傳輸和處理光電傳感器探測到的、與光強對應的電信號。為了控制光電傳感器、傳輸電信號，所述邏輯電路還包括與光電傳感器相連的連接線組，所述連接線組設置于隔離結構101的上方。由于所述第一遮光結構109和第二遮光結構108通常由金屬材料制成，為了避免第一遮光結構109和第二遮光結構108影響邏輯電路，第一遮光結構109和第二遮光結構 108需與連接線組絕緣。本實施例中，所述第一遮光結構109位于連接線組的上方，并且第一遮光結構109 和連接線組之間設置有透光介質層110。由于第二遮光結構108位于第一遮光結構109下方，且第二遮光結構108的第二長邊沿垂直于襯底表面的方向延伸，因此，為了使第二遮光結構108與連接線組絕緣，第二遮光結構108需位于連接線組的一側，具體地，第二遮光結構108位于連接線組靠近光電傳感器120的一側。為了實現(xiàn)良好電性絕緣，本實施例中，所述第二遮光結構108不僅位于連接線組的一側，并且位于連線組的上方。具體地，所述連接線組包括依次位于隔離結構101上的多晶硅層103、第一金屬層 105、第二金屬層107，其中，所述多晶硅層103為用于控制光電傳感器的CMOS(圖未示)的柵極，所述第一金屬層105，用于傳輸光電傳感器探測到的信號，所述第二金屬層107，用于向CMOS提供開關電壓。所述多晶硅層103和第一金屬層105之間還形成有接觸件104 (Contact，CT)，第一金屬層105和第二金屬層107還形成有第一金屬插塞106。其中所述接觸件104和第一金屬插塞106可以實現(xiàn)層間電性連接。通常，在CMOS圖像傳感器的連接線組中還包括第三金屬層，本實施例中，所述第一遮光結構109由位于第二金屬層107上的第三金屬層形成，為了實現(xiàn)第二金屬層107和第三金屬層之間的電性互聯(lián)，所述第二金屬層107和第三金屬層之間會形成與所述第二金屬層107和第三金屬層均接觸的金屬插塞，在形成所述金屬插塞的過程中，可以采用類似的工藝方法在連線組靠近光電傳感器102的一側形成類金屬插塞結構，所述類金屬插塞結構用作第二遮光結構108。所述類金屬插塞結與金屬插塞的不同在于，所述類金屬插塞結構形成于偏離第二金屬層107且靠近光電傳感器的位置處，因此，所述類金屬插塞結構與第二金屬層107相絕緣(而第二金屬層107和第三金屬層間的金屬插塞會與第二金屬層107和第三金屬層均相電連接)。此外，所述類金屬插塞結構的高度可以小于金屬插塞的高度，本實施例中，所述類金屬插塞結構位于第二金屬層107的上方，與此同時，類金屬插塞結構的上端與第三金屬層不接觸，也就是說第二遮光結構108和第一遮光結構109相隔離。
6
所述類金屬插塞結構與金屬插塞的制造方法相同，即所述第二遮光結構108在形成第二金屬層107與第三金屬層之間的金屬插塞時形成，只是類金屬插塞結構的形成位置 (主要是指水平向的位置)與金屬插塞不同，第二遮光結構的形成工藝與第一金屬插塞的形成工藝具有良好地兼容性，無需修改現(xiàn)有制造條件、不會額外增加成本。此外，所述第一金屬層105、第二金屬層107、第一金屬插塞106、金屬插塞的材料為鎢，所述第一遮光結構109和第二遮光結構108均可以通過金屬鎢來形成，因此，本發(fā)明的遮光結構可通過現(xiàn)有工藝方法和材料形成，不增加成本。結合參考圖3，示出了圖2所示像素單元的局部俯視示意圖。如圖3所示，所述光電傳感器102在襯底表面形成一方形區(qū)域，具體地，所述光電傳感器102為光電二極管，但是本發(fā)明并不限制于此。所述圖3為從圖像傳感器的上方，向下俯視形成的示意圖。如圖3所示，在一個像素單元中，所述第一遮光結構109為一“口”形結構，所述“口”形的第一遮光結構109每一邊均有一定的寬度，可以對處于所述第一遮光結構109下方的光電傳感器102的區(qū)域起到遮擋作用，本實施例中，所述第一遮光結構109的第一內(nèi)邊緣1091位于光電傳感器102的外邊緣1021以內(nèi)，所述第一內(nèi)邊緣1091所圍成的區(qū)域為第一遮光結構109露出的光電傳感器區(qū)域。所述第二遮光結構108也為一“口 ”形結構，所述“ 口 ”形的第二遮光結構108每一邊的寬度小于所述第一遮光結構109的寬度，所述第二遮光結構108的第二內(nèi)邊緣1081 與光電傳感器外邊緣接近，并且位于光電傳感器102外邊緣1021以外。第二遮光結構108的第二內(nèi)邊緣1081的位置越靠近光電二極管，所述第二遮光結構108的遮擋作用會越好。實施例II參考圖4，示出了本發(fā)明圖像傳感器第二實施例的示意圖。所述圖像傳感器通常包括陣列式排布的多個像素單元，為了使附圖更簡潔、清楚，附圖4中只以一個像素單元為例。圖像傳感器的其他像素單元與此相同。對于其他像素單元，可作相應替換。如圖4所示，像素單元包括襯底200、形成于襯底200中的光電傳感器202、位于光電傳感器202之間用于絕緣的隔離結構201、覆蓋于襯底200上的透光介質層210、形成于透光介質層210中的遮光結構，所述遮光結構包括第一遮光結構209、第二遮光結構208。所述圖像傳感器還包括連接線組，所述連接線組包括依次位于隔離結構201上的多晶硅層203、第一金屬層205、第二金屬層207，所述多晶硅層203和第一金屬層205之間還形成有接觸件204，第一金屬層205和第二金屬層207還形成有第一金屬插塞206。其中所述接觸件204和第一金屬插塞206可以實現(xiàn)層間電性連接，所述第一遮光結構209由位于第二金屬層207上的第三金屬層形成。本實施例與圖2所示實施例相同的結構不再贅述，本實施例與圖2所示實施例的不同之處在于在形成第二金屬層207和第三金屬層之間金屬插塞的過程中，在連接線組的一側形成類金屬插塞，所述類金屬插塞為第二遮光結構208，本實施例中，所述類金屬插塞(第二遮光結構208)與金屬插塞的大小尺寸完全相同，這樣形成類金屬插塞的方法可以和現(xiàn)有工藝更好地兼容。
7
此外，所述第二遮光結構208與連接線組的電性絕緣，同時第二遮光結構208的上端與第一遮光結構209相接觸，可以更好地阻擋斜入射至光電傳感器202中的雜散光。繼續(xù)參考圖5，示出了圖4所示像素單元的局部俯視示意圖。圖5為圖4為從圖像傳感器的上方，向下俯視形成的示意圖。本實施例中，所述第一遮光結構209的第一內(nèi)邊緣2091與所述光電傳感器202的外邊緣2021相齊平，也就是說，所述第一遮光結構209剛好將光電二極管完全露出，這樣在保證第一遮光結構209遮擋作用的同時，可以露出更多光電傳感器202，從而提高了光電傳感器的利用率。本實施例中，所述第二遮光結構208的第二內(nèi)邊緣2081與所述光電傳感器202的外邊緣2021相齊平，也就是說，第二遮光結構208剛好露出光電傳感器202，對于相同高度的第二遮光結構208，越靠近光電傳感器202區(qū)域，其遮擋斜入射雜散光的效果越好。這樣在保證光電傳感器利用率的同時，還可以提高第二遮光結構208的遮擋作用。相應地，本發(fā)明還提供一種含有所述遮光結構的圖像傳感器。綜上，本發(fā)明提供一種三維的遮光結構，所述遮光結構包括用于阻擋垂直入射至光電傳感器的雜散光的第一遮光結構，還包括用于阻擋斜入射至光電傳感器的雜散光的第二遮光結構，可有效降低圖像傳感器的噪音。此外，本發(fā)明的遮光器件可以基于現(xiàn)有的工藝和材料制造完成，不需要增加額外成本，可以和現(xiàn)有工藝相兼容。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種圖像傳感器的遮光結構，其特征在于，所述圖像傳感器包括多個像素單元，所述像素單元包括襯底，形成于襯底中的光電傳感器，覆蓋所述襯底上的透光介質層，形成于所述透光介質層中的遮光結構，所述遮光結構包括第一遮光結構和第二遮光結構，所述第一遮光結構和第二遮光結構露出光電傳感器，所述第二遮光結構位于第一遮光結構下方且靠近光電傳感器的位置，其中，在垂直于襯底的剖面中，第一遮光結構包括第一長邊，第一長邊與襯底表面平行；所述第二遮光結構包括第二長邊，所述第二長邊垂直于襯底表面。
2.如權利要求1所述的遮光結構，其特征在于，所述圖像傳感器為CMOS圖像傳感器，所述光電傳感器為光電二極管。
3.如權利要求1所述的遮光結構，其特征在于，所述第一遮光結構為一“口”形結構。
4.如權利要求3所述的遮光結構，其特征在于，所述第一遮光結構的第一內(nèi)邊緣與所述光電傳感器的外邊緣齊平。
5.如權利要求3所述的遮光結構，其特征在于，所述第二遮光結構的第二內(nèi)邊緣與所述光電傳感器的外邊緣齊平。
6.如權利要求1所述的遮光結構，其特征在于，所述第二遮光結構的上端與所述第一遮光結構相接觸。
7.如權利要求1所述的遮光結構，其特征在于，所述第二遮光結構的上端與所述第一遮光結構相隔離。
8.如權利要求1所述的遮光結構，其特征在于，所述圖像傳感器還包括用于控制光電傳感器的邏輯電路、位于襯底中光電傳感器之間的隔離結構，所述邏輯電路包括連接線組， 所述連接線組位于隔離結構上方，所述第二遮光結構位于連接線組上方且靠近圖像傳感器的一側，并且與連接線組相電性絕緣。
9.如權利要求8所述的遮光結構，其特征在于，所述連接線組包括依次位于隔離結構上的多晶硅層、第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層，所述第一遮光結構采用位于第二金屬層上的第三金屬層形成，所述第二遮光結構在形成第二金屬層與第三金屬層之間的金屬插塞時形成。
10.如權利要求9所述的遮光結構，其特征在于，所述第一金屬層、第二金屬層、第三金屬層、第一遮光結構、第二遮光結構的材料為鎢。
11.一種包括權利要求1 10任意一權利要求所述遮光結構的圖像傳感器。
全文摘要
一種圖像傳感器的遮光結構、包括所述遮光結構的圖像傳感器，所述圖像傳感器包括多個像素單元，所述像素單元包括襯底，形成于襯底中的光電傳感器，覆蓋所述襯底上的透光介質層，形成于所述透光介質層中的遮光結構，所述遮光結構包括第一遮光結構和第二遮光結構，所述第一遮光結構和第二遮光結構露出光電傳感器，所述第二遮光結構位于第一遮光結構下方且靠近光電傳感器的位置，其中，在垂直于襯底的剖面中，第一遮光結構包括第一長邊，第一長邊與襯底表面平行；所述第二遮光結構包括第二長邊，所述第二長邊垂直于襯底表面。本發(fā)明遮光結構可大大降低圖像傳感器的噪音。
文檔編號H01L27/146GK102222677SQ20111017055
公開日2011年10月19日 申請日期2011年6月22日 優(yōu)先權日2011年6月22日
發(fā)明者吳小利, 周雪梅, 孔蔚然, 巨曉華, 張克云, 饒金華 申請人:上海宏力半導體制造有限公司