背照式图像传感器制造技术

背照式图像传感器包括半导体材料的基板(1)、布置在主表面(10)处的检测器元件(11)、在主表面(10)上或上方的介电层(3)、主表面(10)上方的第一电容器层(7)和第二电容器层(8)、电容器层(7、8)形成电容器(C1、C2)。除了检测器元件(11)之外，在基板(1)中还集成有外围电路(12)，该外围电路(12)配置用于调节电压、操作电荷泵和稳定时钟生成的一个或更多个操作，并且电容器层(7、8)与外围电路(12)的接触区域(13)电连接。

Backlight image sensor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】背照式图像传感器背照式图像传感器包括形成用于图像检测的像素阵列的多个检测器元件。像素阵列被布置了读出电路的外围区域围绕，特别是CMOS电路，包括行逻辑、列放大器、模数转换器、时钟生成和输出驱动器。外围区域的宽度可以为小于100μm。在许多应用中需要图像传感器的尺寸非常小，其中内窥镜为典型示例。如果为图像传感器的读出电路提供电容去耦，则图像质量得到改善。如H.Han等人在“EvaluationofaSmallNegativeTransferGateBiasonthePerformanceof4TCMOSImageSensorPixels”，InternationalImageSensorWorkshop2007，238-240页中所讨论的，如果像素的传输门的驱动电压为负以减小暗电流并改善动态范围，则可以是有利的。如果像素的复位门的驱动电压高于电源电压也可以是有利的。传感器的电流消耗的变化会在电源电压上引起纹波，也可能会产生干扰。集成用于生成控制传感器的操作的时钟信号的振荡器的频率可以取决于电源电压和环境温度。因此，通常需要将控制电路集成在图像传感器中。WO2013/091123A1公开了一种(特别是用于内窥镜中的)光学传感器装置，其具有作为远端和近端之间的电连接的多线线路。光学传感器装置直接安装在多线线路上。US2014/0030842A1公开了一种包括半导体基板、在基板的前侧的传感器元件以及覆盖传感器元件的电容器的背照式图像传感器。电容器增加了在晶体管连接之间产生的浮动电容并且还能够满足其他电路设计需求，例如A/D转换。US2014/0300698A1公开了一种设置有多个图像传感器的内窥镜装置，图像传感器中的每个由不受控的振荡器产生传感器时钟。电子控制电路检测传感器时钟和/或传感器帧速率和/或传感器图像相位，并将检测到的信息调整到参考时钟。G.Meynants等人在“BacksideilluminatedCMOSactivepixelsensorwithglobalshutterand84dBdynamicrange”，ScientificDetectorWorkshop，Florence2013中描述了使用MiM电容器对像素信号进行采样。电容器布置在CIS全局快门像素的前侧处。Y.Kagawa等人在“NovelStackedCMOSImageSensorwithAdvancedCu2CuHybridBonding”，Proc.IEDM，2016，8.4.1-8.4.4页中描述了3D堆叠CMOS图像传感器，其包括晶片结合到CMOS读出IC的背照式CMOS图像传感器。本专利技术的目的是提出紧凑的背照式图像传感器，其包括设置用于调节电压、操作电荷泵或稳定片上时钟生成的电容器。该目的通过根据权利要求1所述的背照式图像传感器来实现。实施例从从属权利要求中得出。背照式图像传感器包括具有主表面的半导体材料的基板、布置在主表面处的检测器元件、在主表面上或上方的介电层、嵌入在介电层中的导电材料的第一电容器层以及嵌入在介电层中的与第一电容器层相距一定距离的导电材料的第二电容器层。第一和第二电容器层形成至少一个电容器。除检测器元件外，外围电路也集成在基板中。外围电路配置用于调节电压和/或操作电荷泵和/或稳定时钟生成。第一和第二电容器层与外围电路的接触区域电连接。导电材料可以为例如金属或导电多晶硅。例如，钨是合适的金属。电容器层可以特别地通过布线的金属化而形成。它们可以包括布置在布线的金属化层之间的附加导电层。电容器可以特别是由叉指电容器层形成在一层上、或者形成为三维结构，特别是形成为用于大电容的沟槽电容器。通过减小电容器层之间的距离并在它们之间布置HfO、Al2O3或其他高κ电介质也能够实现每单位面积的大电容。一个或更多个结构化导电层能够嵌入到介电层中(附加地到电容器层)。能够设置电连接以将电容器层连接到结构化导电层的部分。在背照式图像传感器的实施例中，第一电容器层和第二电容器层中的至少一个包括彼此隔开一定距离布置的平行条带。第一电容器层和第二电容器层中的每个可以包括彼此隔开一定距离布置的平行条带。特别地，第一电容器层的条带可以平行于第二电容器层的条带，或者第一电容器层的条带可以横向于第二电容器层的条带。在背照式图像传感器的另一实施例中，第一电容器层的条带和第二电容器层的条带是叉指式的，第一电容器层的条带彼此电连接，并且第二电容器层的条带彼此电连接。在另一实施例中，第一电容器层和第二电容器层以三维结构布置。在另一实施例中，外围电路具有小于100μm的宽度。在另一实施例中，外围电路围绕检测器元件。另一实施例包括结合到基板的半导体材料的另一基板。介电层布置在基板和另一基板之间。另一实施例包括在另一基板上的另一介电层。另一介电层布置在另一基板与介电层之间。第一电容器层和第二电容器层可以嵌入另一介电层中。另一实施例包括穿过另一基板的贯通基板互连。另一实施例包括在外围电路中的另一接触区域和将贯通基板互连与另一接触区域连接的另一电连接。以下是结合附图对背照式图像传感器的示例的详细描述。图1是在检测器元件的上方具有电容器的背照式图像传感器的横截面。图2示出了在检测器元件的上方具有电容器的背照式图像传感器的布局。图3是像素和电容器层的布置的俯视图。图4是像素和电容器层的另一布置的俯视图。图5是根据图1的对于包括由叉指结构所形成的电容器的图像传感器的横截面。图6是根据图5的图像传感器的电容器的连接的电路图。图7是根据图1的在两个基板的介电层中设置有导电层的图像传感器的横截面。图8是根据图1的具有堆叠的电容器的图像传感器的横截面。图9是根据图8的具有堆叠的电容器的另一图像传感器的横截面。图10是根据图1的具有沟槽电容器的图像传感器的横截面。图1是背照式图像传感器的横截面。其包括半导体材料(例如可以为硅)的基板1。介电层3(例如可以为二氧化硅)布置在基板1的主表面10上或上方。结构化导电层5可选地嵌入介电层3。结构化导电层5例如可以设置为像素布线层。它可以为包含其它结构化导电层和垂直互连的布线的一部分。特别地，可以设置结构化导电层5用于水平连接，例如用于电荷转移的控制线，并且可以设置另一结构化导电层例如用于输出和电源的垂直连接。检测器元件11，例如可以为光电二极管，布置在基板1中的主表面10处。特别地，检测器元件11可以布置在用于图像检测的阵列中。因此，每个检测器元件11因此可以用来产生要检测的图像的像素。除了检测器元件11之外，在基板1中还集成有外围电路12。外围电路12所占的区域在布置检测器元件11的区域之外。外围电路12可以特别地围绕检测器元件11的区域。外围电路12也可以仅在一侧。导电材料的第一电容器层7和导电材料的第二电容器层8彼此间隔一定距离地布置在介电层3中并形成电容器C1。因此所形成的电容器的数目是任意的。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种背照式图像传感器，包括：/n-具有主表面(10)的半导体材料的基板(1)，/n-布置在所述主表面(10)处的检测器元件(11)，/n-在所述主表面(10)上或上方的介电层(3、19)，/n-嵌入所述介电层(3、19)中的导电材料的第一电容器层(7)，以及/n-嵌入所述介电层(3、19)中的、与所述第一电容器层(7)相距一定距离的导电材料的第二电容器层(8)，所述第一电容器层和第二电容器层(7、8)形成电容器(C1、C2)，/n其特征在于/n-除所述检测器元件(11)外，外围电路(12)也集成在所述基板(1)中，所述外围电路(12)配置为用于调节电压、操作电荷泵以及稳定时钟生成的一个或更多个操作，并且/n-第一电容器层和第二电容器层(7、8)与所述外围电路(12)的接触区域(13)电连接。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170530 EP 17173499.91.一种背照式图像传感器，包括：
-具有主表面(10)的半导体材料的基板(1)，
-布置在所述主表面(10)处的检测器元件(11)，
-在所述主表面(10)上或上方的介电层(3、19)，
-嵌入所述介电层(3、19)中的导电材料的第一电容器层(7)，以及
-嵌入所述介电层(3、19)中的、与所述第一电容器层(7)相距一定距离的导电材料的第二电容器层(8)，所述第一电容器层和第二电容器层(7、8)形成电容器(C1、C2)，
其特征在于
-除所述检测器元件(11)外，外围电路(12)也集成在所述基板(1)中，所述外围电路(12)配置为用于调节电压、操作电荷泵以及稳定时钟生成的一个或更多个操作，并且
-第一电容器层和第二电容器层(7、8)与所述外围电路(12)的接触区域(13)电连接。


2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述第一电容器层和第二电容器层(7、8)中的至少一个包括彼此隔开一定距离布置的平行条带。


3.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述第一电容器层和第二电容器层(7、8)中的每个包括彼此隔开一定距离布置的平行条带。


4.根据权利要求3所述的背照式图像传感器，其中，所述第一电容器层(7)的条带与所述第二电容器层(8)的条带平行。


5.根据权利要求4所述的背照式图像传感器，其中，所述第一电容器层(7)的条带和所述第二电容器层(8)的条带是叉指式的，所述第一电容器层(7)的条带彼此电连接，并且所述第二电容器层(8)的条带彼此电连接。


6.根据权利要求3所述的背照式图像传感器，其中，所述第一电容器层(7)的条带横向于所述第二电容器层(8)的条带。


7.根据权利要求1所述的背...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉·迈南，
申请(专利权)人：AMS有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT