具有改良红外线敏感度的背面受光影像感测器制造技术

本发明专利技术是关于一种背面受光影像感测器，其包含一半导体层及一红外线侦测层。该半导体层具有一正面及一背面。一影像像素包含形成在该半导体层内的一光电二极体区域。该红外线侦测层是设置在该半导体层的该正面上以从该半导体层的该背面接收通过该影像感测器而传播的红外线。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体上是关于影像感测器，且特定言之但非专属地关于背面受光影像感测o本申请案主张2008年2月8日申请的美国临时申请案第61/027，374号的权利， 该案的全文以引用的方式并入本文中。现有技术如今很多半导体影像感测器为正面受光。即，它们包含制造在一半导体晶圆的正 面上的影像阵列，其中光是从相同正面由该影像阵列接收。然而，正面受光影像感测器具有 很多缺点，其中之一是一有限的填充因数。背面受光影像感测器是正面受光影像感测器的一替代物，其解决与正面受光相关 的填充因数问题。背面受光影像感测器包括制造在半导体片晶圆的正面上的影像阵列，但 接收通过该晶圆的一背面的光。彩色滤光器与微透镜可包含在该晶圆的背面以改良背面受 光感测器的敏感度。然而，为了侦测来自背面的光，该晶圆必须非常薄。亦可减少该晶圆的 厚度以改良敏感度。因此，光电二极体必须非常接近该感测器的背面以产生及收集电荷。然 而，红外线辐射在硅中的吸收较可见光被吸收的深很多。大量红外光会通过薄化的硅基板 且不会产生一相关电荷。因此，就背面受光影像感测器，可见光与红外线敏感度之间存在一 取舍。附图说明兹将本专利技术的非限制性及非详尽性实施例，参考以下图式予以描述，其中相同参 考数字表示贯穿不同视图的相同部件，除非另有说明。图1是一方块图，其绘示根据本专利技术的一实施例所绘示的一背面受光影像感测 器；图2是一电路图，其绘示在根据本专利技术的一实施例所绘示的一背面受光影像感测 器内的一像素的像素电路；图3是一电路图，其绘示在根据本专利技术的一实施例所绘示的一背面受光影像感测 器内的一像素的像素电路；图4A是根据本专利技术的一实施例的一背面受光影像感测器的一影像像素的一横截 面图；图4B是根据本专利技术的一实施例的一背面受光影像感测器的一影像像素的一横截 面图；图5是根据本专利技术的一实施例的一背面受光影像感测器的一影像像素的一横截 面图；及图6是根据本专利技术的一实施例的一背面受光影像感测器的一影像像素的一横截 面图。5最佳实施方式本文描述一具有改良红外线敏感度的背面受光影像感测器的实施例。在以下描述 中，陈述许多具体细节以提供对本专利技术的一全面理解。然而，熟习此项相关技术者将认可本 文描述的技术可在没有一个或多个具体细节下，或利用其他方法、组件、材料等予以实践。 在其他实例中，未显示或未详细描述熟知的结构、材料、或操作以避免混淆某些态样。贯穿此说明书的对「一项实施例」或「一实施例」的参考意味着结合该实施例所述 的一特定特点、结构或特征是包含在本专利技术的至少一项实施例中。因此，短语「在一项实施 例」或「一实施例」在贯穿此说明书的不同地点的出现不一定全部是关于相同实施例。此 外，特定特点、结构、或特征可以任何合适方式组合在一或多项实施例中。通常，本文所揭示的实施例包含一背面受光影像感测器，其包含用于改良低光性 能的一额外红外线感测器。一额外红外线感测器的增设，进一步允许可见光及红外线两者 的改良的侦测。图1是一方块图，其绘示根据本专利技术的一实施例的一背面受光影像感测器100。就 该影像感测器100所绘示的实施例包含一像素阵列105、读出电路110、功能逻辑115，及控 制电路120。像素阵列105是背面受光影像感测器或像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的一二维 (「2D」)阵列。在一项实施例中，每个像素是一主动像素感测器(「APS」)，诸如一互补金 属氧化物半导体(「CMOS」)影像像素。如图所示，每个像素被配置成一列(例如，列R1至 Ry)及一行(例如，行C1至Cx)以获致一人、地点、或物体的影像资料，其然后可用于表现该 人、地点、或物体的一 2D影像。在每个像素已经获致其影像资料或影像电荷后，该影像资料藉由读出电路110予 以读出且转移至功能逻辑115。读出电路110可包含放大电路、类比至数位转换电路等。功 能逻辑115可简单地储存影像资料或甚至藉由应用后影像效果(例如，剪裁、旋转、移除红 眼、调整亮度、调整对比度等)处理影像资料。在一项实施例中，读出电路110可沿读出行 线(已绘示)一次读出一列影像资料或可使用诸如一串列读出或一完全并行且同时读出所 有像素的许多其他技术(未绘示)而读出该影像资料。控制电路120是耦合至像素阵列105以控制像素阵列105的操作特征。例如，控 制电路120可产生用于控制影像获致的一快门信号。图2是一电路图，其绘示在根据本专利技术的一实施例的一背面受光影像阵列内的一 像素Pa的像素电路200。像素电路200是一可行的像素电路结构，其是用于实施在图1的 像素阵列100内的每个像素。虽然图2绘示一 4T像素结构，但应了解本专利技术的实施例并不 限于4T像素结构；更确切言的，受益于本专利技术的一般技术者所理解，本教示同样适用于3T 设计、5T设计，及其他不同像素结构。在图2中，像素Pa包含一第一光电二极体PD1、一第二光电二极体PD2、一转移电 晶体T1、一重设电晶体T2、一源极随耦(「SF」)电晶体T3，及一选择电晶体T4。在操作中， 转移电晶体T1接收一转移信号TX，其转移聚积在光电二极体PD1及PD2中的电荷至一浮 动扩散节点FD。在一项实施例中，光电二极体PD1被配置成主要响应于红外光。例如，PD1 可为由非晶硅(a-Si)形成的一光电二极体。在一项实施例中，光电二极体PD2被配置成响 应于可见光。例如，PD1可为由硅(Si)形成的一二极体。重设电晶体T2是耦合在一电源轨道VDD与浮动扩散节点FD之间以在一重设信号 RST的控制下重设(例如，对FD放电或充电至一预设电压)。该浮动扩散节点FD是耦合至 SF电晶体T3的闸极。SF电晶体T3是耦合在电源轨道VDD与选择电晶体T4之间。SF电晶 体T3是作为一源极随耦器操作，其从浮动扩散节点FD提供一高阻抗输出。最后，选择电晶 体T4在一选择信号SEL的控制下选择性地耦合像素电路200的输出至读出行线。在一项 实施例中，TX信号、RST信号，及SEL信号是藉由控制电路120产生。图3是一电路图，其绘示在根据本专利技术一实施例的一背面受光影像阵列内的一像 素Pb的像素电路300。像素电路300是一可行的像素电路结构，其是用于实施在图1的像 素阵列100内的每个像素。在图3中，像素Pa包含一第一光电二极体PD1、一第二光电二极体PD2、一第一转 移电晶体T1、一重设电晶体T2、一源极随耦(「SF」)电晶体T3、一选择电晶体T4，及一第二 转移电晶体T5。在操作中，第一转移电晶体T1接收一第一转移信号TX，其转移聚积在光电 二极体PD1中的电荷至一浮动扩散节点FD。第二转移电晶体T2接收一第二转移信号TX2， 其转移聚积在光电二极体PD2中的电荷至一浮动扩散节点FD。在一项实施例中，光电二极 体PD1被配置成主要响应于红外光。在一项实施例中，光电二极体PD2被配置成响应于可 见光。图4A是根据本专利技术的一实施例的一背面受光影像感测器的一影像像素400的一 横截面图。影像像素400是图1所示的像素阵列105的至少一像素的一可能实施及亦是图 2的像素电路200的至少一部分的一可能实施。影像像素400的所绘示的实施例包含一半 导体层(亦即，P型基板405)、层间介电质415、金属堆迭420、红外线侦测层425、导电层445本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背面受光影像感测器，其包括：具有一正面及一背面的一半导体层，该半导体层具有包含形成在该半导体层内的一光电二极体区域的一影像像素；及一红外线侦测层，其是设置在该半导体层的该正面上以接收从该半导体层的该背面通过该影像感测器而传播的红外光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱胤，HE罗兹，戴幸志，V韦内齐亚，D毛，
申请(专利权)人：美商豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]