图像感测装置制造方法及图纸

图像感测装置包括：基板层，该基板层中形成有光电转换元件的阵列；栅格结构，其设置在基板层上方，以将基板上方的空间划分为不同的感测区域，每个栅格结构包括空气层；滤色器，其形成为填充栅格结构之间的空间的底部，滤色器比空气层具有更高的折射率；以及透镜层，其设置在栅格结构和滤色器上方，使得透镜层的一部分填充栅格结构之间的空间的顶部，透镜层比滤色器具有更高的折射率。色器具有更高的折射率。色器具有更高的折射率。

【技术实现步骤摘要】
图像感测装置


[0001]本专利文档中公开的技术和实现涉及图像感测装置。

技术介绍

[0002]图像感测装置是用于将光学图像转换成电信号的半导体装置。随着汽车、医疗、计算机和通信行业的发展，在诸如数码相机、便携式摄像机、个人通信系统(PCS)、游戏机、监控摄像头、微型医疗相机、机器人等的各种设备中，对高性能图像传感器的需求不断增长。

技术实现思路

[0003]除其它特征和益处之外，所公开的技术的实施方式涉及一种能够通过改善像素阵列中透光层的结构特性来减少相邻成像像素之间的串扰的图像感测装置。
[0004]根据所公开的技术的实施方式，图像感测装置可以包括：基板层，该基板层中形成有光电转换元件的阵列；栅格结构，其设置在基板层上方，以将基板上方的空间划分为不同的感测区域，每个栅格结构包括空气层；滤色器，其用于填充栅格结构之间的空间的底部，滤色器比空气层具有更高的折射率；以及透镜层，其设置在栅格结构和滤色器上方，使得透镜层的一部分填充栅格结构之间的空间的顶部，透镜层比滤色器具有更高的折射率。
附图说明
[0005]图1是例示基于所公开的技术的一些实现的图像感测装置的框图的示例。
[0006]图2是例示沿着图1所示的线A-A'截取的像素阵列的截面图的示例。
[0007]图3是例示图2所示的栅格结构、滤色器层和透镜层的截面图的示例。
[0008]图4是例示基于所公开的技术的一些实现的透镜层的构成材料的结构图的示例。
[0009]图5A至图5F是例示用于形成图3的结构的过程的截面图的示例。
[0010]图6是例示图2所示的栅格结构、滤色器层和透镜层的截面图的示例。
具体实施方式
[0011]现在将详细参考一些实施方式，其示例在附图中示出。尽可能地，在所有附图中使用相同的附图标记指代相同或相似的部件。
[0012]图1是例示基于所公开的技术的一些实现的图像感测装置的框图的示例。
[0013]参照图1，图像感测装置可以包括像素阵列100、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300、缓冲器400、行驱动器500、定时发生器600、控制寄存器700和斜坡信号发生器800。
[0014]像素阵列100可以包括以二维(2D)阵列布置的多个单位像素(PX)。在一个示例中，单位像素在彼此垂直的第一方向和第二方向上布置。每个单位像素(PX)可以包括光敏元件，以将入射到单位像素上的光转换成电信号(在本专利文档中被称为像素信号)，并且可以通过列线将像素信号输出到诸如相关双采样器(CDS)200之类的电信号处理电路。像素阵
列100还可以包括沿2D阵列的行和列布置的行信号线和列信号线，并且单位像素(PX)联接到行信号线和列信号线。
[0015]在一些实现中，图像感测装置可以使用相关双采样器(CDS)以通过对像素信号采样两次从而在这两个采样之间取差来去除像素的偏移值。例如，相关双采样器(CDS)可以通过比较光入射在像素上之前和之后获得的像素输出电压而去除像素的偏移值，从而可以实际测量仅基于入射光的像素信号。相关双采样器(CDS)200可以保持和采样从像素阵列100的像素(PX)接收的电图像信号。例如，相关双采样器(CDS)200可以响应于从定时发生器600接收的时钟信号来执行参考电压电平和接收到的电图像信号的电压电平的采样，并且可以将与参考电压电平和接收到的电图像信号的电压电平之间的差相对应的模拟信号发送给模数转换器(ADC)300。
[0016]在一些实现中，ADC 300可以使用参考信号(例如，斜坡信号)来使用参考信号多次采样输入信号(例如，像素信号)，并且通过对时钟脉冲的数量进行计数直至交叉点为止来对采样的输入信号进行模数转换。例如，ADC 300可以在输入信号高于参考信号的时间段期间对时钟脉冲进行计数，并且一旦检测到交叉点(参考信号与输入信号的交叉)就停止对时钟脉冲进行计数。
[0017]在一些实现中，模数转换器(ADC)300可以将从斜坡信号发生器800接收的斜坡信号与从相关双采样器(CDS)200接收的采样信号进行比较，并且因此可以输出指示斜坡信号和采样信号之间的比较结果的比较信号。模数转换器(ADC)300可以基于从定时发生器600接收的时钟信号来对斜坡信号和采样信号的交叉点的数量进行计数，并且可以生成指示交叉点的数量的计数器输出。
[0018]缓冲器400可以存储从模数转换器(ADC)300接收的数字信号。缓冲器400还可以感测和放大每个数字信号以输出每个经放大的数字信号。因此，缓冲器400可以包括存储器(未示出)和诸如感测放大器之类的放大器电路(未示出)。存储器可以存储与多个单位像素(PX)的输出信号相关联的计数器输出。感测放大器可以感测和放大从存储器接收的电信号。
[0019]行驱动器500可以响应于定时发生器600的输出信号以行线为基础驱动像素阵列100。例如，行驱动器500可以生成选择信号以选择多条行线中的任何一条。
[0020]定时发生器600可以生成定时信号以控制行驱动器500、相关双采样器(CDS)200、模数转换器(ADC)300和斜坡信号发生器800。
[0021]控制寄存器700可以生成控制信号以控制斜坡信号发生器800、定时发生器600和缓冲器400。
[0022]斜坡信号发生器800可以响应于从定时发生器600接收的控制信号而生成将与由像素生成的电信号(例如，上面讨论的采样信号)进行比较的斜坡信号。
[0023]图2是例示沿图1所示的线A-A'截取的像素阵列100的截面图的示例。
[0024]图像感测装置的像素阵列100可以包括基板层110、缓冲层120、至少一个滤色器层130、栅格结构140和透镜层150。
[0025]基板层110可以包括由合适的半导体材料制成的半导体基板。在一些实现中，半导体基板110可以包括单晶硅或类似材料。半导体基板110可以至少在一些区域中包括P型杂质。在基板层110中，形成多个光电转换元件112，使得器件隔离膜114将每个光电转换元件
112与相邻的光电转换元件112隔离。
[0026]每个光电转换元件112可以包括有机光电二极管或无机光电二极管。在一些实现中，光电转换元件112可以包括在基板层110内垂直层叠的两个或更多个杂质区域。例如，每个光电转换元件112可以包括其中N型杂质区域和P型杂质区域垂直层叠的光电二极管。N型杂质区域和P型杂质区域可以通过离子注入而形成。器件隔离膜114可以包括深沟槽隔离(DTI)结构。
[0027]缓冲层120可以用作平坦化层以在形成于基板层110的结构具有不平坦表面的地方为随后的制造过程提供平坦的表面。在一些实现中，缓冲层120对于光电转换元件112要检测的光基本上是透明的。此外，缓冲层120可以用作抗反射膜以允许通过透镜层150和滤色器层130接收到的入射光穿过基板层110的光电转换元件112。缓冲层120可以包括通过层叠具有不同折本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像感测装置，该图像感测装置包括：基板层，在所述基板层中形成有光电转换元件的阵列；栅格结构，所述栅格结构设置在所述基板层上方，以将所述基板层上方的空间划分为不同的感测区域，每个栅格结构包括空气层；滤色器，所述滤色器形成为填充所述栅格结构之间的空间的底部，所述滤色器比所述空气层具有更高的折射率；以及透镜层，所述透镜层设置在所述栅格结构和所述滤色器上方，使得所述透镜层的一部分填充所述栅格结构之间的所述空间的顶部，所述透镜层比所述滤色器具有更高的折射率。2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中：所述栅格结构的顶表面形成为从所述滤色器的顶表面向上突出。3.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中：所述透镜层的下部形成在所述空气层之间。4.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述透镜层包括：聚酰亚胺基树脂，在所述聚酰亚胺基树脂中具有高折射率材料的微粒分散在聚合物中。5.根据权利要求4所述的图像感测装置，其中，所述高折射率材料包括：氧化钛TiO2、氧化钽TaO2、Ta2O5、氧化锆ZrO2、氧化锌ZnO、氧化锡SnO、氧化铝Al2O3、氧化镧La2O3、氧化铯CeO2、和氧化钇Y2O3中的至少一种。6.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述透镜层包括：材料层，所述材料层包括高折射率材料颗粒和树脂的混合物。7.根据权利要求6所述的图像感测装置，其中，所述高折射率材料包括：氧化钛TiO2、氧化钽TaO2、Ta2O5、氧化锆ZrO2、氧化锌ZnO、氧化锡SnO、氧化铝Al2O3、氧化镧La2O3、氧化铯CeO2、和氧化钇Y2O3中的至少一种。8.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述滤色器的折射率高于1并且等于或小于1.6。9.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，每个所述栅格结构还包括：金属层，所述金属层设置在所述空气层下方；支撑膜，所述支撑膜设置在所述空气层上方；以及覆盖膜，所述覆盖膜用于覆盖所述金属层、所述空气层和所述支撑膜。10.根据权利要求9所述的图像感测装置，其中，所述支撑膜包括：硅氮氧化物膜、硅氧化物膜、和硅氮化物膜中的至少一个。11.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：金元振，
申请(专利权)人：爱思开海力士有限公司，
类型：发明
国别省市：