[发明专利]背照式图像传感器的像素

说明书

本申请是申请日为2008年6月27日、申请号为200810127544.9、发明名称为“背照式图像传感器”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种图像传感器，更具体涉及可用于有源像素传感器（APS）如互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器或电荷藕合器件（CCD）图像传感器的背照式图像传感器。

背景技术

图像传感器是将光学图像转化为电信号的半导体器件。图像传感器包括用于感光的光接收部件（通常称为光电二极管）和用于将所感测的光处理为电信号的逻辑电路。

图像传感器的像素包括用于接收光以产生光电荷的光电二极管和用于将该光电荷转移至像素的感测结点（node）的电荷转移栅板。

传统的图像传感器具有正面照射结构，其中光电二极管形成在衬底表面之下，逻辑电路形成在衬底之上，使得光照射在衬底的顶表面上。然而，由于在光电二极管上方形成的多个上层导致光损失，因此所述光电二极管的光响应特性差。而且，由于光子的穿透深度较大，难以将入射光通量（flux）转化为光电荷。

为了克服这些限制，已经提出从衬底的背侧照射衬底的背照式图像传感器。

图1是美国专利公开No.2006-0068586A1中公开的传统背照式图像传感器的截面图。

参考图1，通过在具有硅/掩埋氧化物/硅结构的绝缘体上硅（SOI）上实施预定工艺，在p-型硅130上形成用作结阴板的n-阱120，并且在其上形成逻辑电路（未显示）和金属线150。附着支撑衬底140，并且对SOI晶片背面上的硅进行抛先直至掩埋氧化物层。在所得结构上形成抗反射层220和微透镜230。因此，光子从衬底的背面入射。传统的背照式图像传感器还包括用于防止串扰的p-型离子注入区域125以及第一和第二绝缘层160A和160B。

然而，金属反射器240必须在对应于光电二极管的位置处单独地提供，以降低当长波长的光穿过厚度降低的硅（衬底）时所导致的信号损失。因此，必须增加金属工艺或必须对金属布置加以限制。

另外，在传统背照式图像传感器中，根据工艺条件（掺杂浓度、深度等）确定光电二极管的内部电势，并且确定耗尽区的宽度。因此，当耗尽区不在衬底的背面附近形成时，产生串扰。即，在衬底背面周围产生的光电荷没有到达光电二极管的耗尽区而移到相邻的像素。而且，对短波长的灵敏度较差。

发明内容

本发明的实施方案涉及提供不需要单独的金属反射层的背照式图像传感器。

本发明的实施方案还涉及提供背照式图像传感器，其可控制光电二极管的耗尽区的宽度，由此改善串扰特征。

本发明的实施方案还涉及提供在将由光电二极管产生的光电荷转移至像素感测结点时具有改善的效率和时序容限（timing margin）的背照式图像传感器。

根据本发明的一个方面，提供一种背照式图像传感器，其包括：光电二极管，其形成在半导体衬底的顶表面之下，用于接收由半导体衬底背侧照射的光以产生光电荷；反射栅板，其形成在半导体衬底的正面的上表面上的光电二极管上，用于反射由衬底背侧照射的光和接收偏压以控制光电二极管的耗尽区；和转移栅板，其用于将光电荷从光电二极管转移至像素的感测结点。

根据本发明的另一个方面，提供一种背照式图像传感器的像素，其包括：衬底，具有正上表面和背侧；光电二极管，配置为响应从衬底的背侧接收的光以产生光电荷，其中光电二极管形成在衬底的正上表面附近；以及反射栅极，设置在光电二极管之上，并且配置为将从衬底的背侧接收的光反射到光电二极管的前侧，其中反射栅极还配置为接收偏压信号，以控制光电二极管的耗尽区的范围。

附图说明

图1是美国专利公开No.2006-0068586中公开的传统背照式图像传感器的截面图。

图2是根据本发明一个实施方案的背照式图像传感器的截面图。

图3是根据本发明另一个实施方案的背照式图像传感器的截面图。

具体实施方式

以下，将参考附图详细描述根据本发明实施方案的背照式图像传感器，使得本领域技术人员能够容易地实施本发明。

图2是根据本发明一个实施方案的背照式图像传感器的截面图。

参考图2，在p-型硅衬底202的顶表面之下形成具有n-型掺杂区域204和p-型掺杂区域206的光电二极管。p-型掺杂区域206改善硅表面上的暗电流并且通常称为钉扎层（pinning layer）。光电二极管可仅仅配置有n-型掺杂区域204，而省咯p-型掺杂区域206。