一种CMOS图像传感器及电子装置的制作方法

一种cmos图像传感器及电子装置
技术领域
1.本发明涉及半导体器件技术领域，特别是涉及一种cmos图像传感器及电子装置。


背景技术：

2.在摄像头模组中，图像传感器是灵魂部件，决定这摄像头的成像质量以及其他组件的结构和规格，在摄像头模组中占据52％左右的成本。图像传感器是一种能将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器大体上可以分为电荷耦合元件(ccd)和互补金属氧化物半导体图像传感器(cmos image sensor，cis)。其中，ccd图像传感器集成在单晶硅材料上，像素信号逐行逐列依次移动并在边缘出口位置依次放大，ccd图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是ccd图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且ccd图像传感器的功耗较高。其中，cmos图像传感器集成在金属氧化物半导体材料上，每个像素点均带有信号放大器，像素信号可以直接扫描导出，相比之下，cmos图像传感器由于具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点而逐渐取代ccd的地位。目前cmos图像传感器被广泛应用于数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等领域之中。
3.cmos图像传感器中包括像素阵列区，并且目前通常会使用微透镜形成工艺(micro lensprocess，或简称ml工艺、ml process等)在像素阵列区上形成微透镜层。然而，参见图1，使用ml工艺在像素阵列区上形成微透镜层的过程中，微透镜层中会存在应力，该应力会作用于位于像素阵列区外围并且与微透镜层接触的金属层上，使得该金属层由于应力作用而形成反弹力并作用于微透镜层，导致微透镜层为抵消反弹力会使得微透镜层的边缘发生形变，进而导致微透镜层的厚度不均，可能会使得cmos图像传感器得到的图像的亮度均一性差。
4.针对以上问题，本领域技术人员一直在寻求解决方法。
5.前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于，针对上述现有技术的缺陷，提供了一种cmos图像传感器及电子装置，其在进行上层工艺(例如微透镜形成工艺)时，能够改善进行上层工艺时产生的应力对像素阵列区的负面影响(例如改善像素阵列区微透镜层的厚度不均的问题)，进而，本发明提供的cmos图像传感器为黑白cmos图像传感器能够使得图像的亮度均一性得到改善。
7.本发明是这样实现的：
8.本发明提供了一种cmos图像传感器，包括像素阵列区及围绕于像素阵列区边缘的金属层。金属层靠近像素阵列区边缘的内侧设有多个应力抵消槽。多个应力抵消槽用于消减在像素阵列区上进行上层工艺时产生的应力对像素阵列区的影响。
9.进一步地，上层工艺包括微透镜形成工艺。
10.进一步地，应力抵消槽的形状为梯形、三角形、圆弧形、圆弧腰梯形中的一种或任意组合。
11.进一步地，多个应力抵消槽之间间隔排布。
12.进一步地，多个应力抵消槽之间无间隔连续排布。
13.进一步地，多个应力抵消槽之间部分间隔排布，部分无间隔连续排布。
14.进一步地，金属层上的多个应力抵消槽中包括拐角应力抵消槽和侧边应力抵消槽。拐角应力抵消槽位于金属层上对应像素阵列区的拐角的位置。多个侧边应力抵消槽位于金属层上对应像素阵列区的侧边的位置。
15.进一步地，金属层上的多个侧边应力抵消槽间隔排布。
16.进一步地，金属层上的多个侧边应力抵消槽中包括至少两种形状的侧边应力抵消槽。
17.进一步地，拐角应力抵消槽的形状与侧边应力抵消槽的形状相同。
18.进一步地，拐角应力抵消槽的形状与侧边应力抵消槽的形状不同。
19.进一步地，设有多个应力抵消槽的金属层通过掩膜工艺直接形成。
20.进一步地，设有多个应力抵消槽的金属层通过蚀刻工艺对成型的常规金属层进行加工而得到。
21.进一步地，cmos图像传感器为黑白cmos图像传感器。
22.本发明还提供了一种电子装置，其包括如上所描述的cmos图像传感器。
23.本发明提供的cmos图像传感器及电子装置，其中，cmos图像传感器包括像素阵列区及围绕于像素阵列区边缘的金属层。金属层靠近像素阵列区边缘的内侧设有多个应力抵消槽。多个应力抵消槽用于消减在像素阵列区上进行上层工艺时产生的应力。因此，本发明提供的cmos图像传感器中像素阵列区外围的金属层上设有多个应力抵消槽，该应力抵消槽内能够产生应力抵消效应，能够避免或改善进行上层工艺时产生的应力对像素阵列区的负面影响(例如避免或改善像素阵列区的微透镜层的边缘厚度不均的问题)，进而，本发明提供的cmos图像传感器为黑白cmos图像传感器时，能够使得图像的亮度均一性得到改善。
24.为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
25.图1是本发明现有技术的缺陷的示意图；
26.图2是本发明第一实施例提供的应力抵消槽的形状示意图；
27.图3是本发明第一实施例提供的cmos图像传感器的第一结构示意图；
28.图4是本发明第一实施例提供的cmos图像传感器的第二结构示意图；
29.图5是本发明第一实施例提供的像素阵列区的外围金属层的形成示意图；
30.图6是本发明第二实施例提供的cmos图像传感器的第一结构示意图；
31.图7是本发明第二实施例提供的cmos图像传感器的第二结构示意图；
32.图8是本发明第二实施例提供的像素阵列区的外围金属层的形成示意图。
具体实施方式
33.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.下面结合附图对本发明实施例做进一步详述。
35.第一实施例：
36.图2是本发明第一实施例提供的应力抵消槽的形状示意图；图3是本发明第一实施例提供的cmos图像传感器的第一结构示意图；图4是本发明第一实施例提供的cmos图像传感器的第二结构示意图；图5是本发明第一实施例提供的像素阵列区的外围金属层的形成示意图。为了清楚的描述本发明第一实施例提供的cmos图像传感器，请参见图2、图3、图4及图5。
37.本发明第一实施例提供的cmos图像传感器，包括像素阵列区p1及围绕于像素阵列区p1边缘的金属层m3。
38.在一实施方式中，本实施例提供的cmos图像传感器可以为黑白cmos图像传感器。
39.在一实施方式中，像素阵列区p1中可以包括多个像素单元，每个像素单元可以包括光电二极管和传输晶体管。其中，光电二极管基于入射光聚积产生电荷以实现对光线的收集和光电转换，传输晶体管的源极接光电二极管的阴极，传输晶体管的栅极控制其源极与悬浮漏极之间的电荷转移，也就是说，传输晶体管的栅极用于控制电荷从光电二极管向悬浮漏极输送，传输惊天管的悬浮漏极用于电荷向电压转换。此外，像素单元还可以包括复位晶体管、源极跟随晶体管、选择晶体管等等。此外，像素阵列区p1中还可以包括金属互连层、介质层(用于用于金属互连线之间的隔离)等等。
40.在一实施方式中，像素阵列区p1的外围设有金属层m3。
41.其中，金属层m3靠近像素阵列区p1边缘的内侧设有多个应力抵消槽301。多个应力抵消槽301用于消减在像素阵列区p1上进行上层工艺时产生的应力对像素像素阵列区的影响。
42.在一实施方式中，上层工艺可以包括微透镜形成工艺。因此，本实施例提供的cmos图像传感器能够避免或改善像素阵列区的微透镜层的边缘厚度不均的问题。
43.在一实施方式中，参见图2，应力抵消槽301的形状可以为梯形、三角形、圆弧形、圆弧腰梯形等等中的一种或任意组合。应当理解的，应力抵消槽301的形状可以但不限于为梯形、三角形、圆弧形、圆弧腰梯形中的一种，其还可以为竖直方向对称且双侧具有一定倾斜度的其他形状。例如，对于图2中a所示的梯形来说，在像素阵列区p1上进行上层工艺比如微透镜形成工艺时产生应力a与其产生的应力b对应的反弹力b’相抵消，该应力b与该应力a对应的反弹力a’相抵消，即梯形应力抵消槽301产生应力抵消效应(图2中a所示的两组应力和反弹力仅为示例性标示，实际上在图2中a所示的梯形应力抵消槽301内能够形成多组能够相互抵消的应力和反弹力而未一一标示出来)。又例如，对于图2中的b所示的弧形来说，在像素阵列区p1上进行上层工艺比如微透镜形成工艺时产生应力a与其产生的应力b对应的反弹力b’相抵消，该应力b与该应力a对应的反弹力a’相抵消，即弧形应力抵消槽301产生应力抵消效应(图2中b所示的两组应力和反弹力仅为示例性标示，实际上在图2中b所示的弧
形应力抵消槽301内能够形成多组能够相互抵消的应力和反弹力而未一一标示出来)。又例如，对于图2中的c所示的三角形来说，在像素阵列区p1上进行上层工艺比如微透镜形成工艺时产生应力a与其产生的应力b对应的反弹力b’相抵消，该应力b与该应力a对应的反弹力a’相抵消，即三角形应力抵消槽301产生应力抵消效应(图2中c所示的两组应力和反弹力仅为示例性标示，实际上在图2中c所示的三角形应力抵消槽301内能够形成多组能够相互抵消的应力和反弹力而未一一标示出来)。还例如，对于图2中的d所示的圆弧腰梯形来说，在像素阵列区p1上进行上层工艺比如微透镜形成工艺时产生应力a与其产生的应力b对应的反弹力b’相抵消，该应力b与该应力a对应的反弹力a’相抵消，即圆弧腰梯形应力抵消槽301产生应力抵消效应(图2中d所示的两组应力和反弹力仅为示例性标示，实际上在图2中d所示的圆弧腰梯形应力抵消槽301内能够形成多组能够相互抵消的应力和反弹力而未一一标示出来)。
44.在一实施方式中，多个应力抵消槽之间可以间隔排布，也可以是无间隔连续排布，此外，多个应力抵消槽之间还可以是部分间隔排布，部分无间隔连续排布。在一实施方式中，金属层m3上的多个应力抵消槽301中可以均为侧边应力抵消槽，即多个侧边应力抵消槽位于金属层m3上对应像素阵列区p1的侧边的位置。例如，参见图3，像素阵列区p1为一个矩形区域，则像素阵列区p1的4条侧边中每条侧边对应的金属层m3上均设有多个梯形的应力抵消槽301。例如，参见图4像素阵列区p1为一个矩形区域，则像素阵列区p1的4条侧边中每条侧边对应的金属层m3上均设有多个弧形的应力抵消槽301。
45.在一实施方式中，金属层m3上的多个应力抵消槽301可以均为同一形状的应力抵消槽301，也可以根据需求(例如应力抵消需求)由至少两种形状或两种以上的应力抵消槽301混合得到。
46.在一实施方式中，金属层m3上的侧边应力抵消槽301间隔排布。具体地，多个应力抵消槽301可以是均匀间隔排布，也可以根据实际的需求(例如应力抵消需求)设置为非均匀间隔排布。在其他实施例中，所述应力抵消槽301之间可以无间隔连续排布，或者部分间隔排布，部分无间隔连续排布。
47.在一实施方式中，设有多个应力抵消槽301的金属层m3通过掩膜工艺直接形成。
48.在其他实施方式中，参见图5，设有多个应力抵消槽301的金属层m3通过蚀刻工艺对成型的常规金属层m3’进行加工而得到。
49.在其他实施方式中，设有多个应力抵消槽301的金属层m3相当于在常规金属层m3’上加工形成多个图案，把常规金属层m3’(例如常规的金属线)制成宽度不均匀的金属层m3(或宽度不均匀的金属线)。
50.在一实施方式中，本实施例中的在像素阵列区p1上使用微透镜形成工艺可以在像素阵列区p1上形成微透镜层。微透镜层中包括微透镜阵列，且微透镜阵列又称为蝇眼透镜、复眼透镜，它是为光学系统重要而又基础的构成元件，一般由一系列的微小单元透镜按一定的排列构成。不同的排列可以形成有不同的成像结果，一般微透镜子单元的周期大小在几十um到几千um左右，微透镜子单元的形状可以为圆形，正方形，自由曲面，六边形以及四方形等等形状。按照微透镜的光学设计原理，我们可以讲微透镜阵列分为衍射型以及折射型。目前，微透镜形成工艺，主要的有光敏玻璃热成型法、激光直写方法、光刻胶热回流方法、反应离子刻蚀法、热压模成型法等工艺方法，以下介绍一下较广泛应用的微透镜形成工
艺：
51.光刻胶热回流方法，主要分为三个步骤：1、以目标图案为曝光团(正六边形，矩形或者圆形)利用掩模板的遮蔽使基板的光刻胶曝光；2、清洗残留杂物；3、在加热平台上和加热，使之热熔成型。优点：工艺简单，材料以及设备的要求低，易于扩大化生产和控制工艺参数。
52.激光直写方法主要有如下的步骤：1、计算机上设计微透镜阵列的曝光结构；2、设计图案写入激光直写系统中；3、带有光刻胶的基板放在直写平台上，进行激光刻写，刻写后清理表面残留物。得到阵列结构。优点是：精度高，适合于模型制作，便于扩大生产，高品质低成本。
53.在一实施方式中，上述的各种微透镜形成工艺均会存在应力，而本实施例提供的cmos图像传感器中的金属层m3能够产生应力抵消效应，从而能够避免或改善在像素阵列区p1上使用微透镜形成工艺时形成的微透镜层的厚度(例如边缘厚度)不均的问题。具体地，如果微透镜层存在边缘厚度不均的问题，则会导致cmos图像传感器获取的图像的边缘的灰度值波形波动较大，从而导致得到的图像的边缘存在发黑发亮的问题，因此，本实施例通过优化cmos图像传感器中的像素阵列区外围p1的金属层m3的边缘的方式能够来减弱或降低微透镜形成工艺过程中带来的上述灰度值波形效应问题，提升得到的图像的亮度均一性。
54.本发明第一实施例提供的cmos图像传感器，包括像素阵列区p1及围绕于像素阵列区p1边缘的金属层m3。其中，金属层m3靠近像素阵列区p1边缘的内侧设有多个应力抵消槽301。多个应力抵消槽301用于消减在像素阵列区p1上进行上层工艺时产生的应力对像素阵列区的影响。因此，本发明第一实施例提供的cmos图像传感器中像素阵列区p1外围的金属层m3上设有多个应力抵消槽301，该应力抵消槽301内能够产生应力抵消效应，从而能够避免或改善进行上层工艺时产生的应力对像素阵列区的负面影响(例如避免或改善像素阵列区的微透镜层边缘的厚度不均的问题)。此外，由于当cmos图像传感器中微透镜层边缘的厚度不均时，正常场景下得到的图像的边缘会存在发黑发亮的问题(即亮度均一性差)，故而本发明第一实施例提供的cmos图像传感器提供的cmos图像传感器能够避免或改善上述问题，使得得到的图像的亮度均一性得到改善。
55.第二实施例：
56.图6是本发明第二实施例提供的cmos图像传感器的第一结构示意图；图7是本发明第二实施例提供的cmos图像传感器的第二结构示意图；图8是本发明第二实施例提供的像素阵列区的外围金属层的形成示意图。为了清楚的描述本发明第二实施例提供的，请参见图2、图6、图7及图8。
57.本发明第二实施例提供的cmos图像传感器，包括像素阵列区p1及围绕于像素阵列区p1边缘的金属层m3。
58.其中，金属层m3靠近像素阵列区p1边缘的内侧设有多个应力抵消槽。多个应力抵消槽用于消减在像素阵列区p1上进行上层工艺时产生的应力对像素阵列区的影响。
59.在一实施方式中，上层工艺可以包括微透镜形成工艺。
60.在一实施方式中，金属层m3上的多个应力抵消槽中可以包括拐角应力抵消槽301b和侧边应力抵消槽301a。
61.在一实施方式中，拐角应力抵消槽301b位于金属层m3上对应像素阵列区的拐角的
位置。
62.在一实施方式中，参见图2，拐角应力抵消槽301b的形状可以为梯形、三角形、圆弧形、圆弧腰梯形等等中的一种或任意组合。应当理解的，拐角应力抵消槽301b的形状可以但不限于为梯形、三角形、圆弧形、圆弧腰梯形中的一种，其还可以为竖直方向对称且双侧具有一定倾斜度的其他形状。
63.在一实施方式中，多个侧边应力抵消槽301a位于金属层m3上对应像素阵列区的侧边的位置。
64.在一实施方式中，参见图2，侧边应力抵消槽301a的形状可以为梯形、三角形、圆弧形、圆弧腰梯形等等中的一种或任意组合。应当理解的，侧边应力抵消槽301a的形状可以但不限于为梯形、三角形、圆弧形、圆弧腰梯形中的一种，其还可以为竖直方向对称且双侧具有一定倾斜度的其他形状。
65.在一实施方式中，金属层m3上的多个侧边应力抵消槽301a间隔排布。具体地，多个侧边应力抵消槽301a可以是均匀间隔排布，也可以根据实际的需求(例如应力抵消需求)设置为非均匀间隔排布。在其他实施例中，所述应力抵消槽301a之间可以无间隔连续排布，或者部分间隔排布，部分无间隔连续排布。在一实施方式中，拐角应力抵消槽301b与侧边应力抵消槽301a可以间隔排布，或者无间隔排布。
66.在一实施方式中，参见图6，侧边应力抵消槽301a的形状可以与拐角应力抵消槽301b的形状不相同。
67.在其他实施方式中，参见图7，侧边应力抵消槽301a的形状可以与拐角应力抵消槽301b的形状相同。
68.在一实施方式中，金属层m3上的多个侧边应力抵消槽中可以包括至少两种形状的侧边应力抵消槽301a，因此，本实施例中cmos图像传感器中的金属层m3上可以根据需求设置多种形状的侧边应力抵消槽301a。
69.在一实施方式中，设有多个侧边应力抵消槽301a和拐角应力抵消槽301b的金属层m3通过掩膜工艺直接形成。
70.在其他实施方式中，参见图8，设有多个侧边应力抵消槽301a和拐角应力抵消槽301b的金属层m3通过蚀刻工艺对成型的常规金属层m3’进行加工而得到。
71.在一实施方式中，本实施例提供的cmos图像传感器的技术特征与第一实施例提供的cmos图像传感器的技术特征，在不矛盾的前提下，可以任意组合，在此将不再赘述。
72.本发明第二实施例提供的cmos图像传感器，包括像素阵列区p1及围绕于像素阵列区p1边缘的金属层m3；金属层m3靠近像素阵列区p1边缘的内侧设有多个侧边应力抵消槽301a和拐角应力抵消槽301b。多个侧边应力抵消槽301a和拐角应力抵消槽301b用于消减在像素阵列区p1上进行上层工艺时产生的应力对像素阵列区的影响。因此，本发明第二实施例提供的cmos图像传感器中像素阵列区p1外围的金属层m3上设有多个侧边应力抵消槽301a和拐角应力抵消槽301b，该侧边应力抵消槽301a和拐角应力抵消槽301b内能够产生应力抵消效应，从而能够避免或改善cmos图像传感器(例如，黑白cmos图像传感器或彩色cmos图像传感器)中的微透镜层的厚度不均的问题(例如微透镜层边缘的厚度不均的问题)。此外，由于当黑白cmos图像传感器中微透镜层边缘的厚度不均时，正常场景下得到的图像的边缘会存在发黑发亮的问题(即亮度均一性差)，故而本发明提供的cmos图像传感器为黑白
cmos图像传感器时，能够避免或改善微透镜层的厚度不均的问题，使得得到的图像的亮度均一性得到改善。
73.此外，本发明实施例还提供了一种电子设备，该电子设备包括如本发明第一实施例或第二实施例所描述的cmos图像传感器。该电子设备能够使得图像的亮度均一性得到改善。
74.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
75.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、器件、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、器件、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、器件、物品或者装置中还存在另外的相同要素，此外，本发明不同实施例中具有同样命名的部件、特征、要素可能具有相同含义，也可能具有不同含义，其具体含义需以其在该具体实施例中的解释或者进一步结合该具体实施例中上下文进行确定。
76.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。