[发明专利]具有偏压正侧和背侧的影像传感器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及用于数字式照相机和其它类型影像撷取器件中的影像传感器，且更具体说来，涉及背照式影像传感器。

背景技术

电子影像传感器通过使用将入射光转换成电信号的光敏性光检测器来撷取影像。影像传感器一般被分类为前照式影像传感器或背照式影像传感器。随着影像传感器工业转向愈来愈小的像素设计以增加分辨率且降低成本，背光照明的益处变得愈加清晰。在前照式影像传感器中，电控制线或电导体定位于影像传感器的光检测器与光接收侧之间。此定位带来的结果为：电导体阻挡了本应由光检测器接收的光的部分，从而导致不良的量子效率(QE)性能(尤其对于小像素)。对于背照式影像传感器，电控制线或电导体与传感器的光接收侧相对定位，且不会降低QE性能。因此，背照式影像传感器解决了小像素设计引起的QE性能的问题。

图1是根据先有技术的具有前侧偏压和背侧偏压的NMOS背照式影像传感器的一部分的横截面图。具体说来，图1描绘如美国专利申请公开案US2008/0217723中所揭示的背照式影像传感器。传感器层104的前侧102通常已知为传感器层104紧邻电路层106的一侧，而传感器层104的背侧108与前侧102相对。背侧108通常涂布有绝缘层110。此背侧配置允许光112照在背侧108上并通过光检测器114检测。在背照式影像传感器的情况下，由光检测器114进行的光检测不受电路层106的金属化层级116、栅极118和其它特征影响。前侧接点120通常保持接地，并电连接到浅p型阱122。背侧接点124电连接达到p型区126。

像素大小逐渐减小，以努力增加影像传感器中所包括的像素128的数目。较小像素的一个优点为：对于固定光格式来说，影像的分辨率增加。具体说来，较小像素具有较好的调制转移函数(MTF)，且因此可辨别影像中的精细细节，例如薄条纹衬衫上的线条。然而，在背照式影像传感器的情况下，减小像素128的大小未必会改良MTF性能，因为传感器层104内靠近背侧108的电场较低。在低电场区内产生的光生载流子可横向地扩散。具体说来，在室温下，光生载流子可抵抗量值小于1000V/cm的电场而扩散的机率是很显著的。横向扩散的载流子被邻近像素中的光检测器114收集的机率相当大。靠近背侧108的低电场区导致不良的MTF性能，且因此导致不良的色彩串扰性能。

当将负偏压施加到背侧接点124，并将接地电压施加到前侧接点120时，图1的背照式n通道金属氧化物半导体(NMOS)影像传感器中的MTF性能可得以改良。接点124上的负背侧偏压产生由背侧108到前侧104的电场，这一电场迫使光生电子130进入最近的光检测器114中。以与前侧p型阱122的电压不同的电压对背侧p型区126加偏压需要由n型区将两个p型区122、126分离。两个接点120、124欧姆短路在一起而无介入的n型区。

如图1中所说明，此情形导致具有额外n型植入物132的像素设计，从而有效地产生三阱设计。在此三阱设计中，n+电荷-电压转换机构134驻留于p型阱122中。接点120经由其它p型植入物(包括p型植入物136、138)对浅p型阱122加偏压。

相比所解决的问题，三阱设计产生更多的性能相关问题。第一，添加三阱增加了像素晶体管的占据面积(footprint)并缩小了光检测器114的大小，由此减小了光检测器容量。第二，利用n型光检测器114和n型植入物132包围浅p型阱122和p型植入物136、138将不利地影响转移栅极118的可制造性。必须将p+植入物136从转移栅极118拉回，以便使p+植入物136与传感器层104的p外延层隔离。作为光检测器114的一部分安置于p+植入物136与转移栅极118之间的小n型区产生凹穴(pocket)，这些凹穴使延滞性能降级。第三，在制造期间，在转移栅极118下方并邻近于转移栅极118的n植入物132、p型阱122和n型电荷-电压转换机构134的组合也导致延滞性能问题。这是因为需要严格控制的对准。第四，在转移栅极118正下方存在突变n-p-n接面的三阱区将产生高电场区，这一高电场区会增进亮点的产生。

发明内容