[發明專利]互補金屬氧化物半導體圖像感測器及光二極管與形成方法

有效

• 申請號: 201710569186.6
• 申請日: 2017-07-13
• 公開（公告）號: CN109256402B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 吳揚;依那.派翠克
• 申請（專利權）人: 恒景科技股份有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L29/861
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 陳小雯

本發明公開一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器及其光二極管(PD)與形成方法，該互補金屬氧化物半導體圖像感測器的光二極管包含具第二型的頂部光二極管，設于第一型層內；及具第二型的底部光二極管，設于第一型層內且位于頂部光二極管之下。底部光二極管包含至少一個具第二型的次光二極管(sub?PD)連接至頂部光二極管，且包含至少一個具第一型的次阱區被次光二極管圍繞。

技術領域

本發明涉及一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器，特別是關于一種具有垂直的次光二極管(sub-PD)的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器。

背景技術

互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器普遍使用于行動的應用。互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器也可應用于其他場合，例如汽車與安全(security)應用。汽車與安全應用的要求不同于行動的應用。例如，對于高動態范圍(high dynamic range或HDR)的要求較嚴格，得以于同一圖框(frame)當中同時擷取到極暗與極亮場景的高品質圖像。

互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器的動態范圍(DR)可分為二大類：一為本質(intrinsic)動態范圍，其是由讀取的噪聲與滿阱電子容量(full well capacity或FWC)來決定，是相關于實體裝置及電路性能；另一為延伸(extended)動態范圍，其可由多次曝光及增益來達到。本質動態范圍不但有助于最終的動態范圍，對于延伸動態范圍的副作用的降低也有幫助。為了獲得更多的本質動態范圍，需要大量的增進滿阱電子容量(FWC)，其定義每一像素所能保持的電荷量。因此，亟需提出一種新穎的具較高的滿阱電子容量(FWC)像素的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器。

發明內容

鑒于上述，本發明實施例的目的之一在于提出一種(相關于像素尺寸與制作工藝技術的)可擴充(scalable)機制，以得到較高的滿阱電子容量(FWC)的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器。本實施例可適用于前照式(FSI)或背照式(BSI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器。

根據本發明實施例之一，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器的光二極管包含具第二型的頂部光二極管及具第二型的底部光二極管。頂部光二極管設于第一型層內。底部光二極管設于第一型層內且位于頂部光二極管之下，且底部光二極管包含至少一個具第二型的次光二極管連接至頂部光二極管，且包含至少一個具第一型的次阱區被次光二極管圍繞。

根據本發明另一實施例，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器包含基板；具第二型的底部光二極管設于基板上，該底部光二極管包含至少一個具第二型的次光二極管；至少一個具第一型的次阱區，設于基板上且被次光二極管圍繞；具第二型的頂部光二極管設于底部光二極管之上，該頂部光二極管連接至次光二極管；具第一型的傳送柵通道，設于頂部光二極管之上；多個具第一型的像素阱設于基板上，相鄰的像素阱之間定義光二極管區域，其包含頂部光二極管與底部光二極管；及隔離區，設于基板之上且位于相鄰像素之間。

根據本發明又一實施例，互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器的形成方法包含以下步驟。形成具第一型的結晶層于基板上。形成隔離區于結晶層內，該隔離區位于相鄰像素之間。形成具第一型的傳送柵通道于結晶層的頂層部分。形成具第二型的底部光二極管層于結晶層的底層部分。形成多個具第一型的像素阱于結晶層內，相鄰的像素阱之間定義光二極管區域。形成至少一個具第一型的次阱區于底部光二極管層內，該底部光二極管層當中未形成有次阱區的區域則形成至少一個次光二極管，作為光二極管區域當中的底部光二極管。形成具第二型的頂部光二極管于結晶層的頂層部分，該頂部光二極管與該底部光二極管共同組成光二極管區域。

附圖說明

圖1至圖8的剖視圖顯示本發明實施例的互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像感測器的形成方法的示意圖；

圖9A至圖9C例示本發明實施例的次光二極管的局部剖視圖與相應仰視圖；