影像感测器像素结构制造技术

本发明专利技术公开一种影像感测器像素结构，其为背照式影像感测器像素结构，包含有一基底、一形成于该基底内的感光元件、二个氧化物半导体场效晶体管(oxide-semiconductor field effect transistor，OS FET)元件、以及一电容。该基底包含有一正面与一背面，而该感光元件即用以接收一穿过该基底的该背面的入射光。该二个OS FET元件设置于该基底的该正面上，且直接设置于该感光元件上。该电容设置于该基底的该正面上，且直接设置于该感光元件与该二个OS FET元件上。该二个OS FET元件与该感光元件重叠，而该电容与该感光元件以及该二个OS FET元件重叠。

Pixel structure of image sensor

The invention discloses an image sensor pixel structure, the backside illuminated image sensor pixel structure includes a substrate, a substrate is formed on the photosensitive element, two oxide semiconductor field effect transistor (oxide-semiconductor field effect transistor, OS FET) element and a capacitor. The substrate comprises a front and a back, and the photosensitive element is used to receive an incident light passing through the back of the substrate. The two OS FET element is arranged on the front surface of the substrate, and is directly arranged on the photosensitive element. The capacitor is arranged on the front surface of the substrate, and is directly arranged on the photosensitive element and the two element FET OS. The two OS FET element and the photosensitive element overlap, and the capacitance and the photosensitive element and the two element FET OS overlap.

【技术实现步骤摘要】
影像感测器像素结构
本专利技术涉及一种影像感测器像素结构，特别是涉及一种背照式(backsideillumination，以下简称为BSI)的影像感测器像素结构。
技术介绍
随着电脑和通讯工业的发展，高效率影像感测器的需求随之增加，其可应用在各种领域，例如数码相机、摄录象机、个人通讯系统、游戏元件、监视器、医疗用的微相机、机器人等。BSI影像感测器为现今一种常见的高效率影像感测装置，且由于BSI影像感测器可以整合于传统的半导体制作工艺制作，因此具有制作成本较低、元件尺寸较小以及集成度较高的优点。此外，BSI影像感测器还具有低操作电压、低功率消耗、高量子效率(quantumefficiency)、低噪声(read-outnoise)以及可根据需要进行随机存取(randomaccess)等优势，因此已广泛应用在现有的电子产品上。随着元件尺寸的持续缩小以及半导体制作工艺的进步，BSI影像感测器的尺寸日益微缩。但是，除了尺寸要求之外，BSI影像感测器更面临诸多要求如光电转换效率(photo-electricconversionefficiency)、灵敏度(sensitivity)、低噪声(noise)等。简单地说，BSI影像感测器仍然需要不停的改良。
技术实现思路
本专利技术的一目的在于提供一种BSI影像感测器像素结构，以解决上述问题。为达上述目的，本专利技术提供一种BSI影像感测器像素结构，该BSI影像感测器像素结构包含有一基底、一形成于该基底内的感光元件、二个氧化物半导体场效晶体管(oxide-semiconductorfieldeffecttransistor，以下简称为OSFET)元件、以及一电容。该基底包含有一正面与一背面，而该感光元件即用以接收一穿过该基底的该背面的入射光。该二个OSFET元件设置于该基底的该正面上，且直接设置于该感光元件上。该电容设置于该基底的该正面上，且直接设置于该感光元件与该二个OSFET元件上。该二个OSFET元件与该感光元件重叠，而该电容与该感光元件以及该二个OSFET元件重叠。本专利技术另提供一种影像感测器像素结构，包含有一基底、一形成于该基底内的感光元件、一充电控制(chargecontrol)OSFET元件、一放电控制(dischargecontrol)OSFET元件、以及一电容。该基底包含有一正面与一背面，而该感光元件即用以接收一穿过该基底的该正面或该背面的入射光。该充电控制OSFET元件设置于该基底的该正面上，且电连接至该感光元件。该放电控制OSFET元件设置于该基底的该正面上，且电连接至该充电控制OSFET元件。该电容也设置于该基底的该正面上，且电连接至该充电控制OSFET元件与该放电控制OSFET元件。根据本专利技术所提供的影像感测器像素结构以及BSI影像感测器像素结构，在基底的正面提供二个与感光元件以及电容电连接的OSFET元件。从结构上来说，由于这二个OSFET元件重叠设置于感光元件之上，而电容重叠设置于这二个OSFET元件之上，故感光元件、OSFET元件、电容形成一堆叠结构，也就是说OSFET元件以及电容的设置并不占用任何基底面积。而从电性关系上来说，上述二个OSFET元件分别作为一充电控制元件与一放电控制元件，当该放电控制OSFET元件开启时，可将电容内的电荷清除；而当充电控制OSFET元件开启时，可将得自于感光元件的电荷储存于电容中，并进行读取。此外，这些电荷即使在充电控制OSFET元件关闭时，仍可有效储存于电容之中。由于OSFET元件可避免短通道效应，故其具有极低的漏电流，因此OSFET元件的使用可有效降低影像感测器和/或BSI影像感测器的功率消耗。简单地说，本专利技术所提供的影像感测器和/或BSI影像感测器像素结构可在不占用有限而珍贵的基底面积的前提下，有效降低影像感测器和/或BSI影像感测器的功率消耗。附图说明图1为本专利技术所提供的影像感测器像素结构的一优选实施例的示意图；图2为本专利技术所提供的影像感测器像素结构的另一优选实施例的示意图；图3为本专利技术所提供的影像感测器像素结构的一变化型的示意图；图4为本专利技术的一优选实施例所提供的影像感测器像素结构的一电路图；图5为本专利技术另一优选实施例所提供的影像感测器像素结构的一电路图。主要元件符号说明10影像感测器像素结构12工作模块100基底102隔离结构104MOS晶体管元件106MOS电容110感光元件120内层介电层122接触插塞130内连线结构132介电层134金属层136介层插塞140C充电控制OSFET元件140D放电控制OSFET元件142a第一栅极结构142b第二栅极结构1420第一栅极电极1422第一栅极介电层1424氧化物半导体层1426第二栅极介电层1428第二栅极电极144a第一源极电极144b第二源极电极146a第一漏极电极146b第二漏极电极150电容160感测电路和/或ADC电路具体实施方式请参阅图1至图2，图1至图2分别为本专利技术所提供的影像感测器像素结构的优选实施例的示意图。如图1所示，本优选实施例所提供的影像感测器像素结构10包含有一基底100，基底100可以例如是一硅基底、一含硅(silicon-containing)基底、一三五族覆硅(III-Vgroup-on-silicon)基底例如氮化镓覆硅(GaN-on-silicon)基底、一石墨烯覆硅基底(graphene-on-silicon)或一硅覆绝缘(silicon-on-insulator，SOI)基底等，但不限于此。基底100包含一正面100F与一相对的背面100B。基底100内形成有多个感光元件110，例如一光电二极管(photodiode)。基底100内还包含多个隔离结构102，用以隔离感光元件110，避免噪声(noise)的产生。隔离结构102内可填入折射率不同于基底100的材料，因此隔离结构102不仅可用以隔离感光元件110，甚至可用来将入射光反射进入感光元件110，以更提升光电转换率。另外需注意的是，为清楚表示本优选实施例所提供的影像感测器像素结构10，图1中仅绘示出单一像素结构，但熟悉该项技术的人士应可根据图1的揭露轻易思及基底100内其他像素的结构组成。此外，在本专利技术的实施例中描述的像素结构可以依需要按照常规的视频图形阵列(videographicsarray，VGA)、高分辨(highdefinition，HD)、全高分辨(fullHD，FHD)、或四倍超高分辨(4kultrahighdefinition，4kUHD，或简称4k)方法布置成二维阵列，例如640×480阵列、1280×720阵列、1920×1080阵列、或3820×2160阵列，但不限于此。如图1所示，基底100的正面100F上，可依需求设置至少一金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor，以下简称为MOS)晶体管元件104以及一MOS电容106，但熟悉该项技术的人士应知基底100的正面100F上所包含的组成元件并不限于此。举例来说，基底100的正面100F上也可包含一n井电容。基底100的正面100F上，还设置有一内层介电层(interlayerdielectric，以下简称为ILD)层120，以及多个设置于I本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背照式(back side illumination，BSI)影像感测器像素结构，包含有：基底，包含有一正面与一相对于该正面的背面；感光元件，形成于该基底内，用以接收一穿过该基底的该背面的入射光；二个氧化物半导体场效晶体管(oxide semiconductor field effect transistor，OS FET)元件，设置于该基底的该正面上，该二个OS FET元件直接设置于该感光元件上，且与该感光元件重叠；以及电容，设置于该基底的该正面上，该电容直接设置于该感光元件与该二个OS FET元件上，且与该感光元件以及该二个OS FET元件重叠。

【技术特征摘要】
1.一种背照式(backsideillumination，BSI)影像感测器像素结构，包含有：基底，包含有一正面与一相对于该正面的背面；感光元件，形成于该基底内，用以接收一穿过该基底的该背面的入射光；二个氧化物半导体场效晶体管(oxidesemiconductorfieldeffecttransistor，OSFET)元件，设置于该基底的该正面上，该二个OSFET元件直接设置于该感光元件上，且与该感光元件重叠；以及电容，设置于该基底的该正面上，该电容直接设置于该感光元件与该二个OSFET元件上，且与该感光元件以及该二个OSFET元件重叠。2.如权利要求1所述的BSI影像感测器像素结构，还包含一内连线结构，设置于该基底的该正面上。3.如权利要求2所述的BSI影像感测器像素结构，其中该二个OSFET元件与该电容形成于该内连线结构中。4.如权利要求2所述的BSI影像感测器像素结构，其中该内连线结构包含有多层介电层与多个金属层。5.如权利要求4所述的BSI影像感测器像素结构，其中该二个OSFET元件形成于该内连线结构的同一该介电层内。6.如权利要求5所述的BSI影像感测器像素结构，其中该二个OSFET元件与该电容形成于该内连线结构的不同该介电层内。7.如权利要求1所述的BSI影像感测器像素结构，其中该二个OSFET元件电连接至该感光元件。8.如权利要求1所述的BSI影像感测器像素结构，其中该电容电连接至该二个OSFET元件。9.如权利要求1所述的BSI影像感测器像素结构，其中该二个OSFET元件分别包含有栅极结构、源极电极与漏极电极。10.如权利要求1所述的BSI影像感测器像素结构，其中该电容包含金属-绝缘层-金属(metal-insulator-metal，MIM)电容。11.一种影像感测器像素结构，包含有：基底，包含有一正面与一相对于该正面的背面；感光元件，形成于该基底内，用以接收一穿过该基底的该正面或该背面的入射光；充电控制(chargecontrol)氧化物半导体场效晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志飚，吴少慧，古其发，林震宾，吴俊元，许家福，
申请(专利权)人：联华电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71