发明名称 具有均匀光感度的画素阵列的CMOS影像感测器CMOS IMAGE SENSORS HAVING PIXEL ARRAYS WITH UNIFORM LIGHT SENSITIVITY
摘要 固态CMOS主动画素感测器装置具有单位画素,前述单位画素经构成以在整个一画素阵列上提供画素间感度之改良之均匀性而无需一额外的光屏蔽层。举例而言,形成具有对称布局图案之单位画素,藉此设计一或多个低程度 BEOL(后段制程)金属化层作为光屏蔽层而运作,前述光屏蔽层经对称地图案化并排列以平衡抵达感光区域之入射光的数量。
申请公布号 TWI282621 申请公布日期 2007.06.11
申请号 TW094144658 申请日期 2005.12.16
申请人 三星电子股份有限公司 发明人 南丁铉;李允熙
分类号 H01L27/146(2006.01);H01L21/8238(2006.01) 主分类号 H01L27/146(2006.01)
代理机构 代理人 詹铭文 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1;萧锡清 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1
主权项 1.一种影像感测装置,其包括: 一画素阵列,前述画素阵列包括形成于一半导体基 板上之多个单位画素,其中每一单位画素包括多个 读出元件以及至少一光接收元件;以及 一第一布线层,前述第一布线层形成于前述画素阵 列上包括一第一布线图案,其中前述第一布线图案 包括介于前述单位画素中之读出元件之间的电互 连, 其中前述第一布线层是一光学阻断层,以在每一单 位画素中阻断入射光来为前述画素阵列之每一光 接收元件保持实质上相同的感度。 2.如申请专利范围第1项所述之影像感测装置,其更 包括, 一第二布线层,第二布线层形成于前述第一布线层 之上包括一第二布线图案,其中前述第二布线图案 包括电压供应线, 其中前述第二布线层是一第二光学阻断层,以在每 一单位画素中阻断入射光来为前述画素阵列之每 一光接收元件保持实质上相同的感度。 3.如申请专利范围第2项所述之影像感测装置,其中 前述第一布线图案包括一在前述画素阵列中之每 一单位画素中重复的第一单位图案,且其中前述第 二布线图案包括一在前述画素阵列中之每一单位 画素中重复的第二单位图案。 4.如申请专利范围第3项所述之影像感测装置,其中 前述用于每一单位画素之第一以及第二单位图案 经排列以在每一单位画素中界定一类似尺寸以及 形状的孔径来曝露每一单位画素之一光接收区域, 其中每一单位画素之前述光接收区域包括一主动 区域,前述主动区域包括前述单位画素之前述光接 收元件。 5.如申请专利范围第4项所述之影像感测装置,其中 每一画素之前述光接收区域包括邻近于前述包括 前述光接收元件之主动区域之一非主动区域的至 少一部分。 6.如申请专利范围第1项所述之影像感测装置,其中 前述第一布线图案包括具有虚设突起元件之画素 控制线。 7.如申请专利范围第2项所述之影像感测装置,其中 前述第二布线图案包括具有虚设突起元件之画素I /O线。 8.如申请专利范围第2项所述之影像感测装置,其中 前述电压供应线包括虚设突起元件。 9.如申请专利范围第1项所述之影像感测装置,其中 前述单位画素包括一共用光接收元件构架。 10.如申请专利范围第1项所述之影像感测装置,其 中每一单位画素是一包括一第一子画素单位以及 一第二子画素单位之共用单位画素,其中前述第一 布线图案包括一在前述画素阵列中之每一单位画 素中重复的第一单位图案,且其中前述第一单位图 案包括一在前述画素阵列中之每一单位画素之每 一子画素单位中重复的子单位图案,其中前述子单 位图案包括一衬垫元件,其中前述衬垫元件作为一 隔离虚设衬垫元件用于前述第一子画素单位,且其 中前述衬垫元件是一用于前述第二子画素单位之 连接至前述第二子画素单位之一读出元件的电接 触衬垫。 11.如申请专利范围第1项所述之影像感测装置,其 中前述第一以及第二子画素单位之前述子单位图 案形成一镜像图案。 12.一种影像感测装置,其包括: 一画素阵列,前述画素阵列包括形成于一半导体基 板上之多个单位画素,其中每一单位画素包括多个 读出元件以及一光接收元件;以及 一第一光学阻断层,前述第一光学阻断层形成于前 述画素阵列之上,来为前述画素阵列之每一光接收 元件保持实质上相同的感度,其中前述第一光学阻 断层包括一布线图案以连接读出元件,以及一虚设 图案。 13.如申请专利范围第12项所述之影像感测装置,其 中前述布线以及虚设图案其有在每一单位画素中 重复之单位图案。 14.如申请专利范围第12项所述之影像感测装置,其 中前述虚设图案包括电隔离虚设元件。 15.如申请专利范围第12项所述之影像感测装置,其 中前述虚设图案包括连接至前述布线图案之虚设 元件。 16.如申请专利范围第12项所述之影像感测装置,其 中前述虚设图案包括电隔离之虚设元件以及连接 至前述布线图案之虚设元件。 17.如申请专利范围第12项所述之影像感测装置,其 中前述虚设图案在前述画素阵列之一隔离区域之 上对准。 18.如申请专利范围第12项所述之影像感测装置,其 更包括一形成于前述第一光学阻断层之上之第二 光学阻断层,来为前述画素阵列之每一光接收元件 保持实质上相同的感度,其中前述第二光学阻断层 包括一包括电压供应线的布线图案。 19.如申请专利范围第18项所述之影像感测装置,其 中前述第一光学阻断层包括一在前述画素阵列中 之每一单位画素中重复的第一单位图案,且其中前 述第二光学阻断层包括一在前述画素阵列中之每 一单位画素中重复的第二单位图案。 20.如申请专利范围第19项所述之影像感测装置,其 中前述用于每一单位画素之第一以及第二单位图 案经排列以在每一单位画素中界定一类似尺寸以 及形状的孔径来曝露每一单位画素之一光接收区 域,其中每一单位画素之前述光接收区域包括一主 动区域,前述主动区域包括前述单位画素之前述光 接收元件。 21.如申请专利范围第20项所述之影像感测装置,其 中每一画素之前述光接收区域包括邻近于前述包 括前述光接收元件之主动区域之画素之一非主动 区域的至少一部分。 22.如申请专利范围第12项所述之影像感测装置,其 中每一单位画素是一包括一第一子画素单位以及 一第二子画素单位之共用单位画素,其中前述第一 光学阻断层包括一在前述画素阵列中之每一单位 画素中重复的第一单位图案,且其中前述第一单位 图案包括一在前述画素阵列中之每一单位画素之 每一子画素单位中重复的子单位图案,其中前述子 单位图案包括一衬垫元件,其中前述衬垫元件作为 一隔离虚设衬垫元件用于前述第一子画素单位,且 其中前述衬垫元件是一用于前述第二子画素单位 之连接至前述第二子画素单位之一读出元件的电 接触衬垫。 23.如申请专利范围第22项所述之影像感测装置,其 中前述第一以及第二子画素单位之前述子单位图 案形成一镜像图案。 24.一种影像感测装置,其包括: 一画素阵列,前述画素阵列包括形成于一半导体基 板中之多个单位画素,其中每一单位画素具有一相 同的布局图案,其中前述布局图案包括一光接收元 件区域、多个读出元件区域以及一环绕前述光接 收元件区域以及读出元件区域之隔离区域; 一第一金属化层,前述第一金属化层形成于前述画 素阵列之上,其中前述第一金属化层包括形成介于 前述画素阵列中之读出元件之间之互连的金属线, 其中前述第一金属化层包括一在前述画素阵列中 之每一单位画素中重复的第一单位图案,其中前述 第一单位图案是在每一单位画素中之一光学阻断 层,前述光学阻断层安置在前述环绕每一单位画素 之前述光接收元件区域之隔离区域的相同的区域 之上。 25.如申请专利范围第24项所述之影像感测装置,其 中前述第一单位图案包括一虚设金属线。 26.如申请专利范围第24项所述之影像感测装置,其 中前述光接收元件区域包括彼此邻近地排列之一 第一以及第二光电二极体区域。 27.如申请专利范围第26项所述之影像感测装置,其 中前述第一单位图案包括一镜像图案。 28.如申请专利范围第24项所述之影像感测装置,其 更包括一形成于前述第一金属化层之上之第二金 属化层,其中前述第二金属化层包括为前述单位画 素形成I/O线之金属线,且其中前述第二金属化层包 括一在前述画素阵列中之每一单位画素中重复的 第二单位画素,其中前述第二单位图案是一光学阻 断层,前述光学阻断层安置在前述环绕每一单位画 素之前述光接受区域之隔离区域的相同的区域之 上。 29.如申请专利范围第28项所述之影像感测装置,其 中前述第二单位图案包括一虚设金属线。 30.如申请专利范围第28项所述之影像感测装置,其 中前述第二单位图案包括一镜像图案。 31.如申请专利范围第24项所述之影像感测装置,其 中每一单位画素包括一共用光接收元件构架。 32.如申请专利范围第28项所述之影像感测装置,其 中前述用于每一单位画素之第一以及第二单位图 案经排列以在每一单位画素中界定一类似尺寸以 及形状的孔径来曝露每一单位画素之一光接收区 域,其中每一单位画素之前述光接收区域包括一主 动区域,前述主动区域包括前述单位画素之前述光 接收元件。 33.如申请专利范围第32项所述之影像感测装置,其 中每一画素之前述光接收区域包括前述环绕前述 光接收元件区域之隔离区域的至少一部分。 34.如申请专利范围第24项所述之影像感测装置,其 中每一单位画素是一包括一第一子画素单位以及 一第二子画素单位之共用单位画素,其中前述第一 单位图案是由一在前述画素阵列中之每一单位画 素之每一子画素单位中重复的子单位图案所形成, 其中前述子单位图案包括一衬垫元件,其中前述衬 垫元件作为一隔离虚设衬垫元件而用于前述第一 子画素单位,且其中前述衬垫元件是一用于前述第 二子画素单位之连接至前述第二子画素单位之一 读出元件的电接触衬垫。 35.如申请专利范围第34项所述之影像感测装置,其 中前述第一以及第二子单位图案是镜像图案。 36.如申请专利范围第34项所述之影像感测装置,其 中每一第一子画素单位包括一连接至前述隔离虚 设衬垫元件之虚设接触插塞,其中前述虚设接触插 塞对应于一连接前述衬垫元件至前述第二子画素 单位之前述读出元件的接触插塞。 37.一种用于制造影像感测装置之方法,其包括: 于一半导体基板上形成一单位画素阵列,其中每一 单位画素包括多个读出元件以及至少一光接收元 件;以及 在前述画素阵列之上形成一包括一第一布线图案 之第一布线层,其中前述第一布线图案包括介于前 述单位画素中之读出元件之间的电互连,其中形成 前述第一布线层作为一光学阻断层以在每一单位 画素中阻断入射光来为前述画素阵列之每一光接 收元件保持实质上相同的感度。 38.如申请专利范围第37项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其更包括形成一形成于前述第一布 线层之上之包括一第二布线图案的第二布线层,其 中前述第二布线图案包括电压供应线,其中形成前 述第二布线层作为第二光学阻断层以在每一单位 画素中阻断入射光线来为前述画素阵列之每一光 接受元件保持实质上相同的感度。 39.如申请专利范围第38项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中前述第一布线图案是由一在前 述画素阵列中之每一单位画素中重复的第一单位 图案所形成,且其中前述第二布线图案是由一在前 述画素阵列中之每一单位画素中重复的第二单位 图案所形成。 40.如申请专利范围第39项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其包括为每一单位画素排列前述第 一以及第二单位图案以在每一单位画素中界定一 类似尺寸以及形状的孔径来曝露每一单位画素之 一光接收区域,其中每一单位画素之前述光接收区 域包括一主动区域,前述主动区域包括前述单位画 素之前述光接收元件。 41.如申请专利范围第40项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中每一画素之前述光接收区域包 括邻近于前述前述光接收元件之主动区域之一非 主动区域的至少一部分。 42.如申请专利范围第37项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中形成前述第一布线图案以包括 具有虚设突起元件之画素控制线。 43.如申请专利范围第38项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中形成前述第二布线图案以包括 具有虚设突起元件之I/O线。 44.如申请专利范围第38项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中图案化前述电压供应线以具有 虚设突起元件。 45.如申请专利范围第37项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中形成前述单位画素以具有一共 用光接收元件构架。 46.如申请专利范围第37项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中形成一单位画素阵列包括形成 一共用单位画素阵列,其中每一共用单位画素包括 一第一子画素单位以及一第二子画素单位,其中前 述第一布线图案是由一在前述画素阵列中之每一 单位画素中重复的第一单位图案所形成,且其中前 述第一单位图案是由一在前述画素阵列中之每一 单位画素之每一子画素单位中重复的子单位图案 所形成,其中前述子单位图案包括一衬垫元件,其 中前述衬垫元件作为一隔离虚设衬垫用于前述第 一子画素单位,且其中前述衬垫元件是一用于前述 第二子画素单位之连接至前述第二子画素单位之 一读出元件的电接触衬垫。 47.如申请专利范围第46项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中前述第一以及第二子画素单位 之前述子单位图案形成一镜像图案。 48.一种用于制造影像感测装置之方法,其包括: 于一半导体基板上形成一单位画素阵列,其中每一 单位画素包括多个读出元件以及一光接收元件;以 及 于前述画素阵列之上形成一具有一图案之第一光 学阻断层,前述图案为前述画素阵列之每一光接收 元件保持实质上相同的感度,其中前述第一光学阻 断层包括一布线图以连接读出元件,以及一虚设图 案。 49.如申请专利范围第48项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中前述布线图案以及虚设图案是 在每一单位画素中重复的单位图案。 50.如申请专利范围第48项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中将前述虚设图案形成为具有电 隔离虚设元件。 51.如申请专利范围第48项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中前述虚设图案包括连接至前述 布线图案的虚设元件。 52.如申请专利范围第48项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中前述虚设图案包括电隔离之虚 设元件以及连接至前述布线图案的虚设元件。 53.如申请专利范围第48项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中将前述虚设图案对准于前述画 素阵列之一隔离区域之上。 54.如申请专利范围第48项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其更包括于前述第一光学阻断层之 上形成一第二光学阻断层来为前述画素阵列之每 一光接收元件保持实质上相同的感度,其中前述第 二光学阻断层包括一包括电压供应线的布线图案 。 55.如申请专利范围第54项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中前述第一光学阻断层是由一在 前述画素阵列中之每一单位画素中重复的第一单 位图案所形成,且其中前述第二光学阻断层是由一 在前述画素阵列中之每一单位画素中重复的第二 单位图案所形成。 56.如申请专利范围第55项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其包括在每一单位画素中排列前述 第一以及第二单位图案以在每一单位画素中界定 类似尺寸以及形状的孔径,前述孔径曝露每一单位 画素之一光接收区域,其中每一单位画素之前述光 接收区域包括一主动区域,前述主动区域包括前述 单位画素之前述光接收元件。 57.如申请专利范围第48项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中形成一单位画素阵列包括形成 一共用单位画素阵列,其中每一共用单位画素包括 一第一子画素单位以及一第二子画素单位,其中前 述第一光学阻断层是由一在前述画素阵列中之每 一单位画素中重复的第一单位图案所形成,且其中 前述第一单位图案是由一在前述画素阵列中之每 一单位画素之每一子画素单位中重复的子单位图 案所形成,其中前述子单位图案包括一衬垫元件, 其中前述衬垫元件作为一隔离虚设衬垫用于前述 第一子画素单位,且其中前述衬垫元件是一用于前 述第二子画素单位之连接至前述第二子画素单位 之一读出元件的电接触衬垫。 58.如申请专利范围第57项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中前述第一以及第二子画素单位 之前述子单位图案形成一镜像图案。 59.一种用于制造影像感测装置之方法,其包括: 于一半导体基板上形成一画素阵列,其中每一单位 画素具有一相同的布局图案,其中前述布局图案包 括一光接收元件区域、多个读出元件区域以及一 环绕前述光接收元件以及读出元件区域之隔离区 域,以及 于前述画素阵列之上形成一第一金属化层,其中前 述第一金属化层包括在前述画素阵列中之读出元 件区域之间形成互连的金属线; 其中前述第一金属化层是由一在前述画素阵列中 之每一单位画素中重复的第一单位图案所形成,其 中前述第一单位图案是一用于每一画素单位之光 学阻断层,前述光学阻断层安置在前述环绕每一单 位画素之前述光接收元件区域之隔离区域的相同 的区域之上。 60.如申请专利范围第59项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中形成一单位画素阵列包括形成 一共用单位画素阵列,其中每一共用单位画素包括 一第一子画素单位以及一第二子画素单位,其中前 述第一单位图案是由一在前述画素阵列中之每一 单位画素之每一子画素单位中重复的子单位图案 所形成,其中前述子单位图案包括一衬垫元件,其 中前述衬垫元件作为一隔离虚设衬垫用于前述第 一子画素单位,且其中前述衬垫元件是一用于前述 第二子画素单位之连接至前述第二子画素单位之 一读出元件的电接触衬垫。 61.如申请专利范围第60项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其中一单位画素之前述子单位图案 形成一镜像图案。 62.如申请专利范围第60项所述之用于制造影像感 测装置之方法,其更包括在每一第一子画素单位中 形成一虚设接触插塞,其中将前述虚设接触插塞连 接至前述隔离虚设衬垫元件,其中前述虚设接触插 塞对应于一连接前述衬垫元件至前述读出元件的 接触插塞。 图式简单说明: 图1是说明一具有一4电晶体(4-T)主动画素感测器构 架之习知CMOS影像感测装置之一单位画素的示意电 路图。 图2说明一例示性单位画素布局以说明画素填充因 数之概念。 图3是一具有一光屏蔽层之习知单位画素的示意侧 视图。 图4是一具有一共用画素构架之主动画素感测器阵 列的示意电路图,可将本发明应用于前述共用画素 构架。 图5至图10说明一用于基于图4之画素阵列电路结构 来建构一半导体CMOS主动画素影像感测装置的方法 ,前述半导体CMOS主动画素影像感测装置具有对称 结构之单位画素以提供均匀感度。 图11是根据本发明之一例示性实施例之一具有一 影像感测装置之系统的高阶方块图。
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