电子设备、图像传感器以及图像传感器系统技术方案

本实用新型专利技术提供了一种电子设备、图像传感器以及图像传感器系统。在本实用新型专利技术的一个实施例中，提供具有图像传感器像素阵列的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括光敏元件，所述光敏元件形成在具有相对的第一表面和第二表面的半导体衬底中；导电触点，所述导电触点形成在所述半导体衬底的所述第一表面中；导电层，所述导电层形成在所述导电触点上方；滤色器阵列，所述滤色器阵列形成在所述半导体衬底的所述第一表面上；微镜头阵列，所述微镜头阵列形成在所述滤色器阵列上方；以及接地触点，所述接地触点形成在所述半导体衬底的所述第二表面上。本实用新型专利技术用于图像传感器领域。本实用新型专利技术的一个技术效果是提供改善的电荷收集效率和电隔离效果。

【技术实现步骤摘要】

本技术整体涉及图像传感器，更具体地讲，涉及通过导电偏压栅格增强电荷收集并改善光电二极管隔离的背照式(BSI)图像传感器。
技术介绍
在电子设备(诸如移动电话、相机和计算机)中，图像传感器常用来捕获图像。常规的图像传感器使用互补金属氧化物半导体(CMOS)技术或电荷耦合器件(CCD)技术在半导体衬底上制造。图像传感器可包括图像传感器像素阵列，阵列中的每个图像传感器像素都包括光电二极管和其他操作电路，诸如在衬底中形成的晶体管。图像传感器通常包括光电二极管，而光电二极管的钉扎电压(pinning-voltage)是一种按照光电二极管的掺杂水平设置的设计参数。在正常工作期间，首先，使用晶体管电路把光电二极管节点复位到钉扎电压。接着，允许光子进入光电二极管区域，持续给定的时长。在光电二极管内，光子被转换成电荷载流子，而这些电荷载流子会降低复位的钉扎电压。在这个过程中，所存储的最大总电荷Q最大通常称为饱和满阱(SFW)，它取决于光电二极管的阱容量。所存储的实际电荷Q小于或等于Q最大，基于光子的强度和积分时间。到了读取所存储的信号的时候时，光电二极管节点处存储的电荷Q通过另外的晶体管电路转移到浮动扩散节点。如果不小心使电荷Q的量的最大值超过了可从光电二极管转移到浮动扩散节点的电荷量，那么电荷溢回会导致图像质量变差。所存储的最大电荷Q最大决定了在光电二极管阵列中检测到的最高信号电平。较高的Q最大值能够提高图像传感器的动态范围，降低噪声基底，并且可用于改善饱和伪影(saturationartifact)。深光电二极管(DPD)方法可用于提高像素的量子效率和Q最大特性，像素面积越小，DPD方法对像素性能的影响越大。在常规的图像传感器中，像素中的接地电极的电场强度随着像素衬底深度的增大而减弱。与传统像素深度方法相比，DPD方法需要的衬底更厚，而且还需要加入另外的电阻路径，而这会进一步使得接地触点的电场幅度随着衬底深度的增大而减小。由于电场强度减小，靠近像素的背侧界面的p-n结未处于强反向偏压下，这会导致电荷收集效率降低，电隔离效果变弱。因电荷载流子在到达接地触点前复合的可能性变大，电荷收集效率有所降低。由于电隔离效果较弱，因此可能发生电串扰和高光溢出。因此，期望能够提供具有增强的电荷收集和改善的光电二极管隔离的BSI图像传感器。
技术实现思路
本技术提供了一种具有增强的电荷收集和改善的光电二极管隔离的BSI图像传感器。在本技术的一个实施例中，提供一种具有图像传感器像素阵列的电子设备，所述电子设备包括光敏元件，所述光敏元件形成在具有相对的第一表面和第二表面的半导体衬底中；导电触点，所述导电触点形成在所述半导体衬底的所述第一表面中；导电层，所述导电层形成在所述导电触点上方；滤色器阵列，所述滤色器阵列形成在所述半导体衬底的所述第一表面上；微镜头阵列，所述微镜头阵列形成在所述滤色器阵列上方；以及接地触点，所述接地触点形成在所述半导体衬底的所述第二表面上。优选地，所述电子设备还包括接合焊盘，所述接合焊盘形成在所述图像传感器像素阵列的边缘处；以及引线键合，所述引线键合耦接在所述接合焊盘与外部电压供应电路之间，其中所述外部电压供应电路被配置成向所述导电层施加电压。优选地，所述电子设备还包括导电通路，所述导电通路形成在所述半导体衬底中的所述图像传感器像素阵列的边缘处，并耦接在所述导电层与所述外部电压供应电路之间，其中所述外部电压供应电路被配置成向所述导电层施加电压。优选地，所述滤色器阵列还包括介电材料栅格，所述介电材料栅格具有开口阵列；以及滤色元件，所述滤色元件形成在所述介电材料栅格中的所述开口中。优选地，所述导电触点形成在所述介电材料栅格中的相交部分的下方。优选地，所述导电层形成为与所述介电材料栅格重叠的栅格图案。优选地，所述导电层包含掺杂介电材料。优选地，所述导电层包含金属。在本技术的另一个实施例中，提供了一种具有像素阵列的图像传感器，所述图像传感器包括光电二极管，所述光电二极管形成在半导体衬底中；导电触点，所述导电触点形成在所述半导体衬底的第一侧面中；导电栅格层，所述导电栅格层形成在所述半导体衬底的所述第一侧面上的所述导电触点上方，并与所述导电触点接触；滤色器阵列，所述滤色器阵列形成在所述半导体衬底的所述第一侧面上，包括形成在所述导电栅格层上方的滤色器阻挡层栅格；微镜头阵列，所述微镜头阵列形成在所述滤色器阵列上方；以及金属触点，所述金属触点形成在所述半导体衬底的第二侧面上。优选地，所述滤色器阵列还包括滤色元件，所述滤色元件被置于所述滤色器阻挡层栅格中的空腔中。优选的，所述滤色器阻挡层栅格包括导电的滤色器阻挡层栅格。优选地，所述滤色器阻挡层栅格包含电隔离的金属，所述电隔离的金属形成在滤色器阻挡层绝缘栅格中。优选地，所述导电触点形成在所述滤色器阻挡层栅格中的相应相交部分的下方。优选地，所述滤色器阻挡层栅格具有多个相交部分，并且其中所述导电触点形成在所述滤色器阻挡层栅格中的少于所有所述相交部分的下方。优选地，所述滤色器阵列包括拜耳滤色器阵列。优选地，所述导电触点与所述金属触点重叠。在本技术的另一个实施例中，提供一种图像传感器系统，所述图像传感器系统镜头以及成像设备，其中所述成像设备包括像素阵列，所述像素阵列按行和列排列，所述镜头把图像聚焦到所述像素阵列，其中所述像素阵列包括：光电二极管，所述光电二极管形成在衬底中；导电触点，所述导电触点形成在所述衬底的第一侧面中；滤色器阵列，所述滤色器阵列形成在所述衬底的所述第一侧面上，其中所述滤色器阵列包括形成在所述导电触点上方的金属阻挡层栅格；微镜头阵列，所述微镜头阵列形成在所述滤色器阵列上方；以及接地触点，所述接地触点形成在所述衬底的第二侧面上。优选地，所述导电触点与所述接地触点直接相对地形成。优选地，所述金属阻挡层栅格耦接至外部电压供应电路，所述外部电压供应电路被配置成向所述金属阻挡层栅格施加电压。优选地，所述导电触点包含掺杂半导体材料。本技术的一个技术效果是提供改善的电荷收集效率和电隔离效果。附图说明图1为根据一个实施例的一种示例性电子设备的示意图。图2为一种常规背照式(BSI)图像像素阵列的横截面侧视图。图3为根据一个实施例的一种示例性BSI图像像素阵列的横截面侧视图，图中示出了导电衬底触点、偏压栅格层、介电滤色器阻挡层和引线键合边缘界面(wire-bondedgeinterface)。图4为根据一个实施例的一种示例性BSI图像像素阵列的横截面侧视图，图中示出了导电衬底触点、偏压栅格层、金属滤色器阻挡层和通孔通路边缘界面(through-holeviaedgeinterface)。图5为根据一个实施例的一种示例性图像像素阵列的俯视图，图中示出了位于拜耳滤色器阵列下方的偏压栅格的每个相交部分处的触点。图6为根据一个实施例的一种示例性图像像素阵列的俯视图，图中示出了位于拜耳滤色器阵列下方的偏压栅格的交错相交部分处的共用触点。图7为根据一个实施例的制造具有导电衬底触点、偏压栅格层和介电滤色器阻挡层栅格的BSI图像像素阵列所涉及到的示例性步骤的流程图。图8为根据一个实施例的制造具有导电衬底触点和金属滤色器阻挡层偏压栅格的BSI图像像素阵列所涉及到的示例性步骤的流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有图像传感器像素阵列的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：光敏元件，所述光敏元件形成在具有相对的第一表面和第二表面的半导体衬底中；导电触点，所述导电触点形成在所述半导体衬底的所述第一表面中；导电层，所述导电层形成在所述导电触点上方；滤色器阵列，所述滤色器阵列形成在所述半导体衬底的所述第一表面上；微镜头阵列，所述微镜头阵列形成在所述滤色器阵列上方；以及接地触点，所述接地触点形成在所述半导体衬底的所述第二表面上。

【技术特征摘要】
2015.06.30 US 14/755,7451.一种具有图像传感器像素阵列的电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：光敏元件，所述光敏元件形成在具有相对的第一表面和第二表面的半导体衬底中；导电触点，所述导电触点形成在所述半导体衬底的所述第一表面中；导电层，所述导电层形成在所述导电触点上方；滤色器阵列，所述滤色器阵列形成在所述半导体衬底的所述第一表面上；微镜头阵列，所述微镜头阵列形成在所述滤色器阵列上方；以及接地触点，所述接地触点形成在所述半导体衬底的所述第二表面上。2.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，还包括：接合焊盘，所述接合焊盘形成在所述图像传感器像素阵列的边缘处；以及引线键合，所述引线键合耦接在所述接合焊盘与外部电压供应电路之间，其中所述外部电压供应电路被配置成向所述导电层施加电压。3.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备还包括：导电通路，所述导电通路形成在所述半导体衬底中的所述图像传感器像素阵列的边缘处，并耦接在所述导电层与外部电压供应电路之间，其中所述外部电压供应电路被配置成向所述导电层施加电压。4.根据权利要求1所述的电子设备，其特征在于，所述滤色器阵列还包括：介电材料栅格，所述介电材料栅格具有开口阵列；以及滤色元件，所述滤色元件形成在所述介电材料栅格中的所述开口中。5.一种具有像素阵列的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：光电二极管，所述光电二极管形成在半导体衬底中；导电触点，所述导电触点形成在所述半导体衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：O·斯考尔卡，S·卡比尔，
申请(专利权)人：半导体元件工业有限责任公司，
类型：新型
国别省市：美国;US