图像传感器及电子设备

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种图像传感器及电子设备。

背景技术

图像传感器是用于捕获光学图像的光并将其转换为电信号，以显示捕获的图像以及进一步处理所捕获的图像。包括汽车、医疗、计算机和通信行业的各个行业和领域的发展在诸如智能电话、数码相机、游戏机、物联网(IoT)、机器人、监控摄像机、医疗微型相机等的各种装置和系统中对高质量和高性能的图像传感器产生了各种需求和增长。

图像传感器包括像素区及外围电路区，其中，像素区的中心区域设置有显示像素阵列，显示像素通过光电二极管进行光电转换；所述中心区域及外围电路区之间设有具有参考像素的参考像素区，通过测量参考像素产生的参考电荷量并将参考电荷量与从显示像素产生的感测电荷量进行比较，从感测电荷量与参考电荷量之间的差异来计算从像素区输入的光信号，可以调节图像的输出。

当光、热、电子影响显示像素时，直接影响对应像素的成像质量；当光、热、电子影响参考像素时，会影响整个图像的黑电平校准。因此，现有技术在像素区与外围电路区之间设置隔离结构，用于隔离外围电路区的器件产生的光、热和/或电子扩散，虽然可以有效降低对像素区的影响，但由于隔离结构的增加，需要用外围电路区的金属层覆盖所述隔离结构，从而导致外围电路区占据像素阵列的面积，此外，在后续滤色制造过程（color filterprocess）中，由于金属层面积较大，于衬底上形成较大的平台，滤色层覆盖于金属层上时，容易导致邻近所述隔离结构的参考像素区出现边缘鼓包的异常现象。

为解决上述问题，现有技术需要增加参考像素的数量，但会导致参考像素区的面积增大，进而影响显示像素阵列的面积。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器及电子设备，通过于隔离区的两侧分设第一虚设像素区及第二虚设像素区，避免外围电路区占用显示像素区的面积。

基于以上考虑，本发明第一方面提供一种图像传感器，包括：衬底，包括自内向外的显示像素区、第一虚设像素区、隔离区及第二虚设像素区；对应覆盖所述隔离区的介质层、对应覆盖所述显示像素区及第一虚设像素区的第一格栅及对应覆盖所述第二虚设像素区的第二格栅；其中，所述第一格栅及所述第二格栅的顶面均低于所述介质层的顶面。

优选的，还包括：若干硅通孔，穿设于所述介质层下的所述衬底内，以隔离来自所述隔离区外侧的光和/或热和/或电子。

优选的，所述衬底还包括围绕所述显示像素区并设于所述第二虚设像素区外侧的外围电路区，所述介质层还至少覆盖部分所述外围电路区。

优选的，所述隔离区的正投影宽度小于所述外围电路区的正投影宽度。

优选的，所述隔离区至少设于所述显示像素区的一侧。

优选的，所述隔离区沿所述衬底的轮廓并分若干段围绕所述显示像素区。

优选的，所述衬底的轮廓包括N边形，所述N边形的至少一边设有至少一段所述隔离区，N≥3。

优选的，所述衬底内设有对应所述显示像素区的光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括沿行方向及列方向设置的若干光电二极管，部分若干所述硅通孔成行及部分若干所述硅通孔成列对应围绕所述光电二极管阵列。

优选的，所述第一格栅具有若干第一开口，所述第二格栅具有若干第二开口，所述衬底上设有对应覆盖所述介质层的第一滤色层，所述第一滤色层至少填充部分所述第一开口及部分所述第二开口。

优选的，所述第一格栅的顶面平齐于所述第二格栅的顶面。

优选的，自所述介质层侧壁沿远离所述隔离区的方向，所述隔离区上的所述第一滤色层的顶面相对于所述介质层的顶面之间的距离自第一距离逐渐减小。

优选的，沿远离所述隔离区的方向，所述第一虚设像素区上的所述第一滤色层的顶面相对于所述衬底表面之间的距离逐渐减小至第二距离。

优选的，所述显示像素区上的所述第一滤色层的厚度均为第二距离。

优选的，所述第一距离小于等于所述第二距离。

优选的，自所述介质层侧壁沿远离所述外围电路区的方向，所述外围电路区上的所述第一滤色层的顶面相对于所述介质层的顶面之间的距离自所述第一距离逐渐减小。

优选的，自所述外围电路区向所述隔离区，所述第二虚设像素区上的所述第一滤色层的顶面相对于所述衬底表面之间的距离先减小至第三距离之后再增大。

优选的，所述第三距离大于等于所述第二距离。

优选的，所述第一虚设像素区包括沿所述行方向设置的至少两行所述第一开口和/或沿所述列方向设置的至少两列所述第一开口。

优选的，所述第二虚设像素区包括沿所述行方向设置的至少四行所述第二开口和/或沿所述列方向设置的至少四列所述第二开口。

优选的，所述衬底上设有填充部分所述第一开口及部分所述第二开口的第二滤色层及填充剩余第一开口及剩余第二开口的第三滤色层。

本申请提供一种电子设备，所述电子设备包括至少一个如第一方面所述的图像传感器。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明通过第二虚设像素区形成相邻外围电路区内侧的第二缓坡，避免第一滤色层从版图面积较大的外围电路区直接下落至显示像素区，避免外围电路区的第一滤色层带来的边缘鼓包现象影响显示效果。

进一步的，隔离区设有穿设于所述衬底内的若干硅通孔。部分若干所述硅通孔成行及部分若干所述硅通孔成列对应围绕所述光电二极管阵列，以隔离来自所述隔离区外侧的光和/或热和/或电子扩散。

进一步的，隔离区分设于所述四边形的四边，相邻隔离区之间不相交，避免转角导致的应力过大。

进一步的，介质层的外侧设置第二虚设像素区，所述第二虚设像素区并不占用介质层的内侧的版图面积，从而节省了芯片的面积。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1示出本发明实施例的一种图像传感器的平面示意图；

图2示出本发明实施例的一种图像传感器的剖面示意图；

图3示出本发明实施例的一种图像传感器的第一格栅、第二格栅及介质层的平面示意图；

图4示出本发明实施例的一种图像传感器的第一格栅、第二格栅及第一滤色层的平面示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所 熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种图像传感器的进行详细说明。

请结合参考图1及图2，图1示出本发明实施例的一种图像传感器的平面示意图；图2示出本发明实施例的一种图像传感器的剖面示意图。

如图1所示，本发明提供一种图像传感器，所述图像传感器可以包括但不限于CCD图像传感器和CMOS图像传感器。

衬底100包括自内向外的显示像素区110、第一虚设像素区130、隔离区120及第二虚设像素区140。

如图2所示，所述衬底100包括具有相对的正面（如图2所示上面）及背面（如图3所示下面），所述衬底100可以包括硅晶圆、锗晶圆、氮化镓晶圆、锗化镓晶圆或SOI晶圆等。

本实施例中，所述图像传感器可以是背照式图像传感器。所述衬底100包括上下键合的第一基底1001及第二基底1002，且第一衬底1001及第二基底1002均为硅晶圆。像素阵列（未图示）形成于第一基底1001内，第二基地1002用于制备器件层（未图示）。

第一基板100以及第二基板200还可以是例如氮化硅、错或緒硅化合物、珅化橡、硅倍化合物等其他材料的晶圆，或者是玻璃基板、树脂基板等其他平面的可用于键合的基底，本发明对此不作任何限定。

显示像素区110输出用于生成图像的像素信号。显示像素区110包括多个像素单元（未图示）；第一基板100内设有对应所述显示像素区的光电二极管阵列，所述光电二极管阵列包括沿行方向及列方向设置的若干光电二极管。

隔离区120用于隔离其外侧的器件（未图示）产生的光、热和/或电子扩散，从而避免对显示像素区110产生影响。

隔离区120至少设于所述显示像素区110的一侧，以避免来自同侧的隔离区120的外侧的光和/或热和/或电子。

介质层101对应覆盖所述隔离区120上，由于靠近隔离区120边缘的近红外光散射容易对隔离区120造成干扰，影响背照式图像传感器的成像质量和色阶覆盖范围。例如，当背照式图像传感器要呈现全黑图像时，光学黑体区提供的色阶数值为0，当要呈现全白图像时，光学黑体区提供的色阶数值为255，此时背照式图像传感器的可探测色阶范围为0-255；但是，若是隔离区120受到干扰时，背照式图像传感器不能呈现全黑图像。介质层101可以包括用于连接衬底100内的用于输出背景信号的导电层，还可以包括隔离衬底100上的功能器件的绝缘层，本领域技术人员可以理解的是，视图像传感器的结构，本发明实施例对此不进行限定。

隔离区120的两侧分设第一虚设像素区130及第二虚设像素区140，第一虚设像素区130设置在显示像素区110及隔离区120之间，第一虚设像素区130输出用于辅助图像生成的像素信号。第一虚设像素区130和显示像素区110相邻排布。当然，第一虚设像素区130也可以设置在显示像素区110的四周。

所述第一虚设像素区包括沿所述行方向设置的至少两行所述第一开口和/或沿所述列方向设置的至少两列所述第一开口。

如图1所示，本实施例中，隔离区120沿衬底100的轮廓并分若干段围绕所述显示像素区110。

衬底100的轮廓包括N边形，所述N边形的至少一边设有至少一段所述隔离区，N≥3。本实施例中，衬底100的轮廓为四边形，隔离区120分设于所述四边形的四边，相邻隔离区120之间不相交，避免转角导致的应力过大。

本发明中，第二虚设像素区140设于隔离区120的外侧。所述衬底还包括围绕所述显示像素区110并设于所述第二虚设像素区140外侧的外围电路区150，介质层102还至少覆盖部分所述外围电路区。

如图3所示，第一格栅102设于所述介质层101内侧，并对应覆盖所述显示像素区110及第一虚设像素区130。第二格栅相对第一格栅102设于所述介质层101外侧，并对应覆盖所述第二虚设像素区140。显而易见，介质层101的厚度大于第一格栅102及所述第二格栅的厚度。

本实施例中，隔离区120设有穿设于所述衬底内的若干硅通孔（未图示）。部分若干所述硅通孔成行及部分若干所述硅通孔成列对应围绕所述光电二极管阵列，以隔离来自所述隔离区外侧，比如外围电路区150的光和/或热和/或电子扩散。

所述硅通孔相连于介质层101的底面，隔离区120的介质层101上覆盖有第一滤色层103，第一滤色层103为遮光层(即光学黑体)，以屏蔽入射光进入隔离区120。

请结合参考图2～图4，第一格栅102具有若干第一开口，所述第二格栅具有若干第二开口，后续制程涂覆第一滤色层103于衬底100上时，第一滤色层103填充于所述第一开口及所述第二开口，并对应覆盖介质层102。所述隔离区120上的所述第一滤色层103的厚度为第一距离。

由于第一格栅102及所述第二格栅的顶面均低于介质层101的顶面，第一滤色层103自介质层102的顶面下落至所述第一开口及所述第二开口时，自介质层102侧壁沿远离隔离区120的方向，所述隔离区120上的所述第一滤色层103的顶面相对于介质层102的顶面之间的距离自所述第一距离逐渐减小，并形成下降的缓坡。

通过于隔离区的两侧分别设置第一虚设像素区130及第二虚设像素区140，于第一虚设像素区130内的介质层存在第一缓坡，以及第二虚设像素区140内存在第二缓坡。介质层102覆盖所述隔离区进行挡光。

本发明通过第二虚设像素区形成相邻外围电路区内侧的第二缓坡，避免第一滤色层从版图面积较大的外围电路区直接下落至显示像素区，避免外围电路区的第一滤色层带来的边缘鼓包现象影响显示效果。

此外，介质层的外侧设置第二虚设像素区，所述第二虚设像素区并不占用介质层的内侧的版图面积，从而节省了芯片的面积。

本实施例中，自隔离区120向显示像素区110，所述第一滤色层103的顶面逐渐趋于水平，即所述第一缓坡下降至坡底后，显示像素区的第一滤色层的顶面平行于衬底100，所述显示像素区上的所述第一滤色层的厚度均为第二距离。从而避免影响像素阵列的显示效果。

通过涂覆工艺形成第一滤色层103之前，可以于部分第一开口及部分第二开口内对应填充第二滤色层（未图示），及另一部分第一开口及另一部分第二开口内对应填充第三滤色层（未图示），用于对应形成RGB像素阵列。所述第一滤色层103可以是蓝滤色层，且可以填充剩余的第一开口及剩余的第二开口。

为避免过厚的第一滤色层影响图像传感器的器件厚度，通过减薄工艺，所述第一距离可以小于等于所述第二距离。

沿远离所述隔离区120的方向，所述第一虚设像素区上的所述第一滤色层103的顶面相对于所述衬底100表面之间的距离逐渐减小至第二距离。

本实施例中，所述第一格栅的顶面平齐于所述第二格栅的顶面，自所述介质层侧壁沿远离所述外围电路区的方向，所述外围电路区150上的所述第一滤色层103的顶面相对于所述介质层102的顶面之间的距离自所述第一距离逐渐减小。

外围电路区150可以包括不同的器件（未图示），例如，晶体管等器件。外围电路区150可以包括数字电路模块、模拟电路模块等，显而易见，外围电路区150的版图面积大于隔离区120的版图面积。

隔离区120的正投影宽度小于外围电路区150的正投影宽度，避免大面积的介质层102（比如金属层）占用第一虚设像素区130的面积，进而影响显示像素区110的面积。

所述第二虚设像素区包括沿所述行方向设置的至少四行所述第二开口和/或沿所述列方向设置的至少四列所述第二开口。通过于隔离区120及外围电路区150之间设置第二虚设像素区140，自所述外围电路区向所述隔离区120，所述第二虚设像素区104上的所述第一滤色层的顶面相对于所述衬底表面之间的距离先减小至第三距离之后再增大，即所述第二缓坡自位于隔离区120上的第一滤色层的顶面下降至坡底后，再爬升至位于外围电路区150上的第一滤色层的顶面，即所述第三距离大于等于所述第二距离。

因此，在后续滤色制造过程（color filter process）中，第一滤色层覆盖外围电路区150上的介质层102，即使外围电路区150上的介质层102出现边缘鼓包，由于设置第二虚设像素区140，也不会影响第一虚设像素区130的面积。

基于前述实施例，本申请实施例提供一种电子设备，该电子设备包括上述的图像传感器。

本发明通过第二虚设像素区的形成相邻外围电路区的第二缓坡，避免第一滤色层从版图面积较大的外围电路区直接下落至显示像素区，避免外围电路区的第一滤色层带来的边缘鼓包现象影响显示效果。

进一步的，隔离区设有穿设于所述衬底内的若干硅通孔。部分若干所述硅通孔成行及部分若干所述硅通孔成列对应围绕所述光电二极管阵列，以隔离来自所述隔离区外侧的光和/或热和/或电子扩散。

进一步的，隔离区分设于所述四边形的四边，相邻隔离区之间不相交，避免转角导致的应力过大。

进一步的，介质层的外侧设置第二虚设像素区，所述第二虚设像素区并不占用介质层的内侧的版图面积，从而节省了芯片的面积。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。