图像传感器制造技术

本公开涉及图像传感器。要解决的一个问题是提供改进的图像传感器。图像传感器包括：光电二极管，光电二极管至少部分地被设置在半导体层内；以及与光电二极管耦合的光吸收层，光吸收层被构造成吸收预定波长段内的入射光，以实质上阻止入射光穿过所述光吸收层到达所述光电二极管；其中光吸收层被构造成响应于吸收所述入射光，加热所述光电二极管的耗尽区，从而在耗尽区中产生电子/空穴对；并且其中图像传感器还包括：与半导体层耦合的至少一个电介质层，以及至少部分地耦合在至少一个电介质层内的电气配线，电气配线将所述光电二极管与图像传感器的至少一个其他元件电气耦合。利用本实用新型专利技术可以实现改进的图像传感器。

【技术实现步骤摘要】

本文档的诸方面整体涉及图像传感器。更具体的实施方式涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
技术介绍
图像传感器通过响应于入射电磁辐射来传送信号，从而传输与图像有关的信息。图像传感器用于各种各样设备，包括智能电话、数码相机、夜视设备、医用成像器以及其他许多设备。本领域中存在利用电荷耦合器件(CCD)和CMOS架构的半导体成像器。
技术实现思路
本技术要解决的一个问题是提供改进的图像传感器。根据本技术的一个方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：光电二极管，所述光电二极管至少部分地被设置在半导体层内；以及与所述光电二极管耦合的光吸收层，所述光吸收层被构造成吸收预定波长内的入射光，以实质上阻止所述入射光穿过所述光吸收层到达所述光电二极管；其中所述光吸收层被构造成响应于吸收所述入射光，加热所述光电二极管的耗尽区，从而在所述耗尽区中产生电子/空穴对；并且其中所述图像传感器还包括：与所述半导体层耦合的至少一个电介质层，以及至少部分地耦合在所述至少一个电介质层内的电气配线，所述电气配线将所述光电二极管与所述图像传感器的至少一个其他元件电气耦合。在一个实施例中，所述图像传感器还包括耦合在所述入射光与所述光吸收层之间的抗反涂层(ARC)。在一个实施例中，其中所述光吸收层被设置在所述半导体层的背面处，并且其中所述至少一个电介质层包括耦合在所述半导体层正面处的正面电介质层，所述半导体层的所述正面与所述半导体层的所述背面相背对。在一个实施例中，其中所述光吸收层被设置在所述半导体层的背面处，聚焦元件被设置在靠近与所述半导体层的所述背面相背对的所述半导体层正面，并且其中所述聚焦元件被构造成使已经穿过所述半导体层的所述入射光返回穿过所述半导体层朝所述半导体层的所述背面聚焦。在一个实施例中，其中所述光吸收层被设置在所述半导体层的背面处，其中所述至少一个电介质层包括正面电介质层和背面电介质层，其中所述背面电介质层位于所述半导体层的背面处；其中聚焦元件被设置在靠近所述背面电介质层，并且被构造成使穿过所述背面电介质层的所述入射光朝所述光吸收层聚焦；其中所述正面电介质层被设置在与所述半导体层的所述背面相背对的所述半导体层正面处；并且其中所述图像传感器的所述电气配线至少部分地被设置在所述正面电介质层内。在一个实施例中，其中所述光吸收层被设置在所述半导体层的正面处；所述至少一个电介质层包括耦合在所述半导体层的所述正面处的正面电介质层；靠近所述正面电介质层设置的聚焦元件，所述聚焦元件被构造成使穿过所述正面电介质层的所述入射光朝所述光吸收层聚焦；并且所述图像传感器的所述电气配线至少部分地被设置在所述正面电介质层内。在一个实施例中，其中所述光吸收层包括选自由以下项所构成的组中的一种材料：Co；CoSi2；Mo；MoSi2；Ni；NiSi；Ni2Si；NiSi2；Pd；PdSi；Pd2Si；Pt；PtSi；Ta；TaSi2；Ti；TiSi2；W；WSi；WSi2；Zr；ZrSi2；多晶Si；Ge掺杂的单晶Si；Ge掺杂的硅上Ge膜；硅上GeSe膜以及它们的任意组合。在一个实施例中，其中所述光吸收层被定位在所述半导体层中的两个沟槽之间，每个所述沟槽至少部分地延伸穿过所述半导体层。在一个实施例中，其中所述图像传感器对于0.7微米至20微米的波长范围内的光子具有高于50％的量子效率(QE)。根据本技术的又一方面，提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，所述CMOS器件包括半导体层，所述半导体层包括多个光电二极管，每个所述光电二极管包括具有耗尽区的像素；以及多个光吸收层，每个所述光吸收层与所述半导体层的像素中的一个耦合，每个所述光吸收层被构造成吸收入射光，并且实质上阻止所述入射光进入所述光电二极管中的一个；其中每个所述光吸收层被构造成响应于吸收所述入射光，将所述光电二极管中的一个的所述耗尽区加热，并且由此通过仅增加温度，在所述耗尽区中产生电子/空穴对。本技术的一个有益效果是提供了改进的图像传感器。从具体实施方式和附图并且从权利要求书，以上以及其他方面、特征和优点将对本领域的普通技术人员显而易见。附图说明在下文中，将会结合附图来描述具体实施，其中相似的标号指示相似元件，并且：图1为图像传感器的一个具体实施的剖视图；图2为图1的图像传感器以及图像传感器的另一个具体实施的剖视图；图3为图2的图像传感器的剖视图，其中代表性地示出入射和折射的红外(IR)光波；图4为图3的图像传感器的剖视图，其中代表性地示出图像传感器的温度分布；图5为绘出TaSi2和c-Si的复折射率虚部光谱与波长之间关系的曲线图；图6为绘出多种材料的虚折射率光谱与波长之间关系的曲线图；图7为图像传感器的具体实施的剖视图；图8为图像传感器的具体实施的剖视图；图9为图像传感器的具体实施的剖视图；图10为图像传感器的具体实施的剖视图；图11A为没有光吸收层(左侧，两个浅沟槽之间)的图像传感器紧挨着有光吸收层(右侧，两个深沟槽之间)的图像传感器的剖视图，示出入射和折射光；图11B为有光吸收层(左侧，两个浅沟槽之间)的图像传感器紧挨着有光吸收层(右侧，两个深沟槽之间)的图像传感器的剖视图，示出入射和折射光；图12A为图11A的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图12B为图11B的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图13A为图12A的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图13B为图12B的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图14A为图13A的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图14B为图13B的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图15A为图14A的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图15B为图14B的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图16A为图15A的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图16B为图15B的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图17A为图16A的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图17B为图16B的图像传感器在经过规定量的时间之后的剖视图；图18为使用传统无光吸收层的图像传感器生成的印刷电路板(PCB)的暗信号(暗电流)图像的顶视图；图19为使用传统无光吸收层的图像传感器生成的印刷电路板(PCB)的另一暗信号(暗电流)图像的顶视图；以及图20为使用传统无光吸收层的图像传感器生成的印刷电路板(PCB)的另一暗信号(暗电流)图像的顶视图。具体实施方式本公开、本公开的诸方面以及具体实施不限于本文所公开的特定部件、组装过程或方法要素。本领域已知的符合预期图像传感器和相关方法的许多另外的部件、组装过程和/或方法要素将显而易见地与本公开的具体实施方式一起使用。因此，例如，虽然已公开了具体实施方式，但是此类实施方式以及实施部件可以包括本领域针对此类图像传感器和相关方法以及实施部件和方法已知的符合预期操作和方法的任何形状、大小、样式、类型、模型、版本、测量、浓度、材料、数量、方法要素、步骤等等。如本文所用，术语“图像传感器”既可指仅仅与单独像素相关联的传感器，也可知与多个像素(诸如像素阵列)相关联的传感器。如本文所用，术语“背面”是指元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像传感器，其特征在于：所述图像传感器包括：光电二极管，所述光电二极管至少部分地被设置在半导体层内；以及与所述光电二极管耦合的光吸收层，所述光吸收层被构造成吸收预定波长内的入射光，以实质上阻止所述入射光穿过所述光吸收层到达所述光电二极管；其中所述光吸收层被构造成响应于吸收所述入射光，加热所述光电二极管的耗尽区，从而在所述耗尽区中产生电子/空穴对；并且其中所述图像传感器还包括：与所述半导体层耦合的至少一个电介质层，以及至少部分地耦合在所述至少一个电介质层内的电气配线，所述电气配线将所述光电二极管与所述图像传感器的至少一个其他元件电气耦合。

【技术特征摘要】
2015.05.28 US 14/723,6751.一种图像传感器，其特征在于：所述图像传感器包括：光电二极管，所述光电二极管至少部分地被设置在半导体层内；以及与所述光电二极管耦合的光吸收层，所述光吸收层被构造成吸收预定波长内的入射光，以实质上阻止所述入射光穿过所述光吸收层到达所述光电二极管；其中所述光吸收层被构造成响应于吸收所述入射光，加热所述光电二极管的耗尽区，从而在所述耗尽区中产生电子/空穴对；并且其中所述图像传感器还包括：与所述半导体层耦合的至少一个电介质层，以及至少部分地耦合在所述至少一个电介质层内的电气配线，所述电气配线将所述光电二极管与所述图像传感器的至少一个其他元件电气耦合。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述图像传感器还包括耦合在所述入射光与所述光吸收层之间的抗反涂层ARC。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述光吸收层被设置在所述半导体层的背面处，并且其中所述至少一个电介质层包括耦合在所述半导体层正面处的正面电介质层，所述半导体层的所述正面与所述半导体层的所述背面相背对。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述光吸收层被设置在所述半导体层的背面处，聚焦元件被设置在靠近与所述半导体层的所述背面相背对的所述半导体层正面，并且其中所述聚焦元件被构造成使已经穿过所述半导体层的所述入射光返回穿过所述半导体层朝所述半导体层的所述背面聚焦。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于：所述光吸收层被设置在所述半导体层的背面处，其中所述至少一个电介质层包括正面电介质层和背面电介质层，其中所述背面电介质层位于所述半导体层的背面处；其中聚焦元件被设置在靠近所述背面电介质层，并且被构造成使穿过所述背面电介质层的所述入射光朝所述光吸收层聚焦；其中所述正面电介质层被设置在与所述半导体层的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·兰臣克夫，H·索雷麦尼，
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