[發明專利]背照式圖像傳感器的像素

有效

• 申請號: 201210151627.8
• 申請日: 2008-06-27
• 公開（公告）號: CN102709299A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 樸成炯;李柱日
• 申請（專利權）人: 智慧投資II有限責任公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 邱軍

本申請是申請日為2008年6月27日、申請號為200810127544.9、發明名稱為“背照式圖像傳感器”的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明涉及一種圖像傳感器，更具體涉及可用于有源像素傳感器（APS）如互補金屬氧化物半導體（CMOS）圖像傳感器或電荷藕合器件（CCD）圖像傳感器的背照式圖像傳感器。

背景技術

圖像傳感器是將光學圖像轉化為電信號的半導體器件。圖像傳感器包括用于感光的光接收部件（通常稱為光電二極管）和用于將所感測的光處理為電信號的邏輯電路。

圖像傳感器的像素包括用于接收光以產生光電荷的光電二極管和用于將該光電荷轉移至像素的感測結點（node）的電荷轉移柵板。

傳統的圖像傳感器具有正面照射結構，其中光電二極管形成在襯底表面之下，邏輯電路形成在襯底之上，使得光照射在襯底的頂表面上。然而，由于在光電二極管上方形成的多個上層導致光損失，因此所述光電二極管的光響應特性差。而且，由于光子的穿透深度較大，難以將入射光通量（flux）轉化為光電荷。

為了克服這些限制，已經提出從襯底的背側照射襯底的背照式圖像傳感器。

圖1是美國專利公開No.2006-0068586A1中公開的傳統背照式圖像傳感器的截面圖。

參考圖1，通過在具有硅/掩埋氧化物/硅結構的絕緣體上硅（SOI）上實施預定工藝，在p-型硅130上形成用作結陰板的n-阱120，并且在其上形成邏輯電路（未顯示）和金屬線150。附著支撐襯底140，并且對SOI晶片背面上的硅進行拋先直至掩埋氧化物層。在所得結構上形成抗反射層220和微透鏡230。因此，光子從襯底的背面入射。傳統的背照式圖像傳感器還包括用于防止串擾的p-型離子注入區域125以及第一和第二絕緣層160A和160B。

然而，金屬反射器240必須在對應于光電二極管的位置處單獨地提供，以降低當長波長的光穿過厚度降低的硅（襯底）時所導致的信號損失。因此，必須增加金屬工藝或必須對金屬布置加以限制。

另外，在傳統背照式圖像傳感器中，根據工藝條件（摻雜濃度、深度等）確定光電二極管的內部電勢，并且確定耗盡區的寬度。因此，當耗盡區不在襯底的背面附近形成時，產生串擾。即，在襯底背面周圍產生的光電荷沒有到達光電二極管的耗盡區而移到相鄰的像素。而且，對短波長的靈敏度較差。

發明內容

本發明的實施方案涉及提供不需要單獨的金屬反射層的背照式圖像傳感器。

本發明的實施方案還涉及提供背照式圖像傳感器，其可控制光電二極管的耗盡區的寬度，由此改善串擾特征。

本發明的實施方案還涉及提供在將由光電二極管產生的光電荷轉移至像素感測結點時具有改善的效率和時序容限（timing?margin）的背照式圖像傳感器。

根據本發明的一個方面，提供一種背照式圖像傳感器，其包括：光電二極管，其形成在半導體襯底的頂表面之下，用于接收由半導體襯底背側照射的光以產生光電荷；反射柵板，其形成在半導體襯底的正面的上表面上的光電二極管上，用于反射由襯底背側照射的光和接收偏壓以控制光電二極管的耗盡區；和轉移柵板，其用于將光電荷從光電二極管轉移至像素的感測結點。

根據本發明的另一個方面，提供一種背照式圖像傳感器的像素，其包括：襯底，具有正上表面和背側；光電二極管，配置為響應從襯底的背側接收的光以產生光電荷，其中光電二極管形成在襯底的正上表面附近；以及反射柵極，設置在光電二極管之上，并且配置為將從襯底的背側接收的光反射到光電二極管的前側，其中反射柵極還配置為接收偏壓信號，以控制光電二極管的耗盡區的范圍。

附圖說明

圖1是美國專利公開No.2006-0068586中公開的傳統背照式圖像傳感器的截面圖。

圖2是根據本發明一個實施方案的背照式圖像傳感器的截面圖。

圖3是根據本發明另一個實施方案的背照式圖像傳感器的截面圖。

具體實施方式

以下，將參考附圖詳細描述根據本發明實施方案的背照式圖像傳感器，使得本領域技術人員能夠容易地實施本發明。

圖2是根據本發明一個實施方案的背照式圖像傳感器的截面圖。

參考圖2，在p-型硅襯底202的頂表面之下形成具有n-型摻雜區域204和p-型摻雜區域206的光電二極管。p-型摻雜區域206改善硅表面上的暗電流并且通常稱為釘扎層（pinning?layer）。光電二極管可僅僅配置有n-型摻雜區域204，而省咯p-型摻雜區域206。