[发明专利]具有偏压材料及背侧阱的成像器

说明书

技术领域

本发明大体上涉及用于在数字相机及其它类型的图像捕捉装置中使用的图像传感器，且更明确地说，涉及背照式图像传感器。

背景技术

电子图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捕捉图像。通常将图像传感器分类为前照式图像传感器或背照式图像传感器。随着图像传感器工业转向越来越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越加清晰。在前照式图像传感器中，电控制线或导体定位于图像传感器的光检测器与光接收侧之间。此定位的结果为：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)。对于背照式图像传感器，电控制线或导体与传感器的光接收侧相对而定位，且不会降低QE性能。因此，照式图像传感器解决了小像素设计的QE性能挑战。

图1为根据现有技术的具有前侧偏压及背侧偏压的NMOS背照式图像传感器的一部分的横截面图。明确地说，图1描绘如第US 2008/0217723号美国专利申请公开案中所揭示的背照式图像传感器。传感器层104的前侧102按照惯例被称为传感器层104的紧邻电路层106的侧，而传感器层104的背侧108与前侧102相对。背侧108通常涂有绝缘层110。此背侧配置允许光112照在背侧108上，且由光检测器114检测。对于背照式图像传感器，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及其它特征影响。前侧触点120通常保持接地，且电连接到浅p阱122。背侧触点124电连接到p型区126。

像素大小正在减小，以努力增加包括于图像传感器中的像素128的数目。较小像素的一个优点为：对于固定的光学格式来说，图像的分辨率增加。具体地说，较小像素具有较好的调制转移函数(MTF)，且可因此辨别图像中的精细细节，例如薄条纹衬衫上的纹路。然而，对于背照式图像传感器，减小像素128的大小未必会改进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。具体地说，在室温下，光生载流子可以相当大的概率抵抗量值小于1,000V/cm的电场而扩散。横向扩散的载流子具有被邻近像素中的光检测器114收集的相当大的概率。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触点124且将接地施加到前侧触点120时，图1的背照式n沟道金属氧化物半导体(NMOS)图像传感器中的MTF性能可得以改进。触点124上的负背侧偏压产生从背侧108到前侧104的电场，所述电场迫使光生电子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。两个触点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+电荷到电压转换机构134驻留于p阱122中。通过触点120经由其它p型植入物(包括p型植入物136、138)对浅p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。首先，添加三阱增加了像素晶体管的占据面积，且缩小了光检测器114的大小，藉此减小了光检测器容量。其次，用n型光检测器114及n型植入物132来环绕浅p阱122及p型植入物136、138不利地影响了转移栅极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。安置于p+植入物136与转移栅极118之间作为光检测器114的部分的小n型区产生凹穴(pocket)，所述凹穴使延滞性能降级。第三，在制造期间，在转移栅极118下方且邻近于转移栅极118的n植入物132、p阱122及n型电荷到电压转换机构134的组合也导致延滞性能问题。这是由于需要严格控制的对准。第四，在转移栅极118的正下方的存在尖锐n-p-n接面的三阱区产生高电场区，所述高电场区增强了亮点的产生。

发明内容