[發明專利]圖像傳感器

無效

• 申請號: 201210134129.2
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102629619A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 方娜;田犁;汪輝;苗田樂;陳杰
• 申請（專利權）人: 上海中科高等研究院
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海一平知識產權代理有限公司 31266
• 代理人: 成春榮;竺云

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種帶有光通路的圖像傳感器。

背景技術

眾所周知，圖像傳感器是一種能將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。圖像傳感器大體上可以分為電荷耦合元件(Charge-Coupled?Device，簡稱“CCD”)和互補金屬氧化物半導體(Complementary?Metal?Oxide?Semiconductor，簡稱“CMOS”)圖像傳感器兩類。

根據其讀出方式，現有的CMOS圖像傳感器大致可以分為無源式像素傳感器(Passive?Pixel?Sensor，簡稱“PPS”)、有源式像素傳感器(Active?Pixel?Sensor，簡稱“APS”)和數字像素傳感器(Digital?Pixel?Sensor，簡稱“DPS”)三種類型。

圖1和圖2分別為理想狀況下和實際情況中圖像傳感器結構中的感光情況。

如圖1所示，在圖像傳感器中，特別是在CMOS圖像傳感器中，由于將CMOS像素讀出電路與感光器件集成在同一半導體襯底上，鑒于電路的金屬互聯需求，感光區域表面通常覆蓋有一定厚度的介質層，并在介質層表面制備濾色器和微透鏡，分別實現濾光和聚光，以使得特定范圍內的光較為集中的入射到相應像素的感光區域。其中附圖標記1、2和3表示的是半導體器件的金屬互連層，金屬互連層之間是層間介質層。

然而，在實際工作中，由于相對于需探測的外界環境而言，像素單元尺寸極小，微透鏡聚光作用有限，大量光線進入層間介質層后，不僅會入射到對應像素的感光區域，還會進入相鄰像素的感光區域，如圖2所示，從而引起串擾，并降低感光區域的有效感光效率。

在現有技術中，曾有人提出，在感光區域上方的介質層周圍，刻蝕形成空氣孔，從而在感光區域上方形成類波導的光通路，將大部分入射光限制在該通路中傳輸，但該方法對光的限制有限，尤其是感光區域上方的介質層通常為低介電常數材料，折射率通常較低(一般為1.5左右)；此外，也有人曾提出，在感光區域上方的介質層周圍，采用連續的金屬層作為反射層，以防止入射光對相鄰像素的影響，但金屬對電磁波有一定的吸收作用，隨著CMOS圖像傳感器尺寸的進一步縮小，對于某些極限波長的光，可以近似地視作電磁波，金屬的吸收作用不可忽視。

發明內容

本發明的目的在于提供一種圖像傳感器，可以減少串擾，提高感光區域的有效感光效率。

為解決上述技術問題，本發明的實施方式公開了一種圖像傳感器，包括多個像素區域，每個像素區域中有一感光器件，每個感光器件表面上方的周圍包圍有側墻反射層，構成用于將入射光導入該感光器件的通孔結構，該側墻反射層包括第一介質材料和第二介質材料交替形成的周期性疊層結構，其中第一介質材料和第二介質材料的介電常數不同。

本發明實施方式與現有技術相比，主要區別及其效果在于：

感光區域表面的介質層周圍，采用具有不同折射率的介質材料ABAB...交替疊層作為側墻反射層，構建光通路，將光限制在相應的像素感光區域，避免其入射到相鄰的像素感光區域，可以減少串擾，提高感光區域的有效感光效率。

進一步地，采用ABAB...交替疊層作為側墻，可以通過選擇適當的介質材料和周期實現對不同范圍入射光的反射，使側墻反射層具有高反射效率，甚至可對單一波長或特定波長范圍內的光實現全反射，這樣可以更好地將入射光限制在光通路中，更大程度上防止串擾的發生，并提高入射光的傳輸效率以及吸收效率。

進一步地，層間介質層的存在，可以使得特定范圍內的光較為集中地入射到相應像素的感光區域。

進一步地，層間介質層自上而下介電常數遞增，即折射率遞增，可以更好地起到聚光作用，減少入射到側墻反射層的光，進一步提高了入射光的吸收效率。

附圖說明

圖1是理想狀況下圖像傳感器結構中的感光情況示意圖；

圖2是實際情況中圖像傳感器結構中的感光情況示意圖；

圖3是本發明第一實施方式中一種圖像傳感器的結構示意圖；

圖4是本發明第一實施方式中一種圖像傳感器的側墻反射層的結構示意圖；

圖5是本發明第一實施方式中一種圖像傳感器的側墻反射層的結構示意圖；

圖6是一種3T型結構的像素讀出電路的結構示意圖；

圖7是一種4T型結構的像素讀出電路的結構示意圖；

圖8是本發明第一實施方式中一種圖像傳感器的側墻反射層的透射譜示意圖；

圖9是本發明第二實施方式中一種圖像傳感器的側墻反射層的結構示意圖。