具有耗盡調(diào)整層的彩色及紅外圖像傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明大體來說涉及圖像傳感器，且特定來說但非排他地，涉及CMOS圖像傳感 器。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像傳感器廣泛地用于數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、蜂窩式電話、安全攝像機(jī)中以及醫(yī)療、汽車 及其它應(yīng)用中。使用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（"CMOS"）技術(shù)在硅襯底上制造具成本效益而 且高性能圖像傳感器。大量圖像傳感器具有感測可見光及近紅外（NIR)光兩者的能力。此 傳感器的一個(gè)應(yīng)用可為在用于駕駛輔助應(yīng)用及安全應(yīng)用（例如行人、障礙物及標(biāo)志檢測、 后視或倒車攝像機(jī)應(yīng)用等）的汽車傳感器中使用的情況。此類傳感器可以雙重模式操作， 此允許所述傳感器在白天（在可見光光譜應(yīng)用中）及夜間視覺（在IR應(yīng)用中）兩者中起 作用。通過對將傳感器的光譜光敏感度擴(kuò)展到750-1400nm的NIR范圍內(nèi)的若干個(gè)過程層 級增強(qiáng)的開發(fā)及實(shí)施而使此經(jīng)并入IR能力成為可能。
[0003] 舉例來說，感測可見光及IR光兩者的典型圖像傳感器可包含各自經(jīng)配置以感測 可見光或IR光的個(gè)別圖像傳感器像素。經(jīng)配置以感測IR光的那些圖像傳感器像素通常包 含IR通過濾光器以阻擋可見范圍中的光且僅允許IR或NIR光到達(dá)所述像素的光敏區(qū)（例 如，光電二極管區(qū)）。在一些應(yīng)用中，通過將多個(gè)彩色濾光器（例如，藍(lán)色（B)及紅色（R)) 堆疊于彼此的頂部上而形成IR通過濾光器。類似地，經(jīng)配置以感測可見光的圖像傳感器像 素通常包含阻擋IR或NIR光使得僅特定頻率范圍的可見光（例如，紅色（R)、綠色（G)、或 藍(lán)色（B))到達(dá)所述像素的光敏區(qū)的IR截止濾光器。然而，IR截止濾光器及IR通過濾光 器的添加增加材料成本以及在完全相同硅芯片上制作IR/可見圖像傳感器的過程成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的一方面涉及一種圖像傳感器像素，其包括：半導(dǎo)體層，其具有前表面及后 表面；及光電二極管區(qū)，其形成于所述半導(dǎo)體層中以從所述圖像傳感器像素的光入射側(cè)接 收可見光及紅外光；釘扎層，其形成于所述半導(dǎo)體層中在所述前表面與所述光電二極管區(qū) 之間；及耗盡調(diào)整層，其安置于所述半導(dǎo)體層中在所述釘扎層與所述光電二極管區(qū)之間以 調(diào)整所述光電二極管區(qū)的耗盡區(qū)以減少由所述所接收紅外光在所述光電二極管區(qū)中誘發(fā) 的電荷載流子。
[0005] 在本發(fā)明的另一方面中，一種圖像傳感器包括：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（"CMOS"） 圖像傳感器像素陣列，其安置于具有前表面及后表面的半導(dǎo)體層中；所述陣列的第一圖像 傳感器像素，其包含：第一光電二極管區(qū)，其形成于所述半導(dǎo)體層中以從所述圖像傳感器的 光入射側(cè)接收可見光及紅外光；第一釘扎層，其形成于所述半導(dǎo)體層中在所述前表面與所 述第一光電二極管區(qū)之間；及第一耗盡調(diào)整層，其安置于所述半導(dǎo)體層中在所述第一釘扎 層與所述第一光電二極管區(qū)之間以調(diào)整所述第一光電二極管區(qū)的第一耗盡區(qū)以減少由所 述所接收紅外光在所述第一光電二極管區(qū)中誘發(fā)的電荷載流子；以及所述陣列的第二圖像 傳感器像素，其包含：第二光電二極管區(qū)，其形成于所述半導(dǎo)體層中以從所述圖像傳感器的 所述光入射側(cè)接收可見光及紅外光；及第二釘扎層，其形成于所述半導(dǎo)體層中在所述前表 面與所述第二光電二極管區(qū)之間，其中所述第二圖像傳感器像素不包含安置于所述第二釘 扎層與所述第二光電二極管區(qū)之間的耗盡調(diào)整層，使得由所述所接收紅外光在所述第二光 電二極管區(qū)中誘發(fā)的電荷載流子并不由耗盡調(diào)整層減少。
[0006] 本發(fā)明的又一方面涉及一種圖像傳感器，其包括：互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 ("CMOS"）圖像傳感器像素陣列，其安置于具有前表面及后表面的半導(dǎo)體層中，其中所述圖 像傳感器像素陣列包含經(jīng)修改紅色（R)圖像傳感器像素、經(jīng)修改藍(lán)色（B)圖像傳感器像素、 經(jīng)修改綠色（G)圖像傳感器像素、經(jīng)修改清透（C'）圖像傳感器像素及清透（C)圖像傳感器 像素，其中所述R、G、B及C'圖像傳感器像素中的每一者包含：第一光電二極管區(qū)，其形成于 所述半導(dǎo)體層中以從所述圖像傳感器的光入射側(cè)接收可見光及紅外光；第一釘扎層，其形 成于所述半導(dǎo)體層中在所述前表面與所述第一光電二極管區(qū)之間；及第一耗盡調(diào)整層，其 安置于所述半導(dǎo)體層中在所述第一釘扎層與所述第一光電二極管區(qū)之間以調(diào)整所述第一 光電二極管區(qū)的第一耗盡區(qū)以減少由所述所接收紅外光在所述第一光電二極管區(qū)中誘發(fā) 的電荷載流子，且其中所述清透（C)圖像傳感器像素中的每一者包含：第二光電二極管區(qū)， 其形成于所述半導(dǎo)體層中以從所述圖像傳感器的所述光入射側(cè)接收可見光及紅外光；及第 二釘扎層，其形成于所述半導(dǎo)體層中在所述前表面與所述第二光電二極管區(qū)之間，其中所 述清透圖像傳感器像素不包含安置于所述第二釘扎層與所述第二光電二極管區(qū)之間的耗 盡調(diào)整層，使得由所述所接收紅外光在所述第二光電二極管區(qū)中誘發(fā)的電荷載流子并不由 耗盡調(diào)整層減少。
【附圖說明】
[0007] 參考以下各圖描述示范性實(shí)施例，其中除非另有規(guī)定，否則貫穿各個(gè)視圖，相似參 考編號是指相似部件。
[0008] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖解說明成像系統(tǒng)的框圖。
[0009] 圖2A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含耗盡調(diào)整層的圖像傳感器像素的橫截面圖。
[0010] 圖2B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的不包含耗盡調(diào)整層的圖像傳感器像素的橫截面 圖。
[0011] 圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含經(jīng)修改彩色像素、經(jīng)修改清透像素及清透像素 的圖像傳感器的橫截面圖。
[0012] 圖4圖解說明根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的根據(jù)重復(fù)圖案而布置于陣列中的圖像傳感 器像素的陣列。
[0013] 圖5A - f5D是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含四（4)乘四（4)圖像傳感器像素布置的 實(shí)例性重復(fù)圖案的圖式。
[0014] 圖6A - 8F是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含八⑶乘八⑶圖像傳感器像素布置的 實(shí)例性重復(fù)圖案的圖式。
[0015] 圖9A及9B是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包含四（4)乘四（4)圖像傳感器像素布置的 實(shí)例性重復(fù)圖案的圖式。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 本文中描述圖像傳感器像素、圖像傳感器、在圖像傳感器像素中的至少一些圖像 傳感器像素中具有耗盡調(diào)整層的成像系統(tǒng)的實(shí)施例。在以下描述中，陳述眾多特定細(xì)節(jié)以 提供對本發(fā)明的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中所描述的技術(shù)可在 不具有特定細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下或借助其它方法、組件、材料等來實(shí)踐。在其它例子 中，未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免使某些方面模糊。舉例來說，雖 然未圖解說明，但應(yīng)了解，圖像傳感器像素可包含用于制作CIS像素的若干個(gè)常規(guī)層（例 如，抗反射膜等）。此外，本文中圖解說明的圖像傳感器像素的所圖解說明橫截面未必圖解 說明與每一像素相關(guān)聯(lián)的所有像素電路。然而，應(yīng)了解，每一像素可包含耦合到其收集區(qū)以 用于執(zhí)行多種功能（例如開始圖像獲取、將所積累圖像電荷復(fù)位、傳送出所獲取圖像數(shù)據(jù) 或其它）的像素電路。
[0017] 本說明書通篇所提及的"一個(gè)實(shí)施例"或"一實(shí)施例"意味著結(jié)合所述實(shí)施例描述 的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，在本說明書通篇中的各 處出現(xiàn)的短語"在一個(gè)實(shí)施例中"或"在一實(shí)施例中"未必全部是指相同實(shí)施例。此外，在 一或多個(gè)實(shí)施例中，可以任何適合方式組合所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。
[0018] 如上文所提及，IR截止濾光器及IR通過濾光器在常規(guī)IR/可見圖像傳感器中的 添加增加制作的成本。因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種能夠在不需要先前提及的IR截止濾 光器及IR通過濾光器的情況下檢測IR及可見光的圖像傳感器。如下文將較詳細(xì)地論述， 根據(jù)本發(fā)明的方面的圖像傳感器的一些圖像傳感器像素包含用以減少或甚至防止由接收 于光電二極管區(qū)中的IR光誘發(fā)電荷載流子（即，空穴及電子）的耗盡調(diào)整層。
[0019] 在一些方面中，圖像傳感器包含"清透"圖像傳感器像素。清透圖像傳感器像素可 為包含在一波長范圍（其至少包含所述布置中的其它濾光器的波長范圍）內(nèi)實(shí)質(zhì)上無色及 /或光學(xué)透明的清透濾光器的圖像傳感器像素。舉例來說，清透圖像傳感器像素的清透濾 光器可對包含紅色（R)、綠色（G)及藍(lán)色（B)光的可見光以及紅外（IR)或近紅外（NIR)光 為光學(xué)透明的，使得可見光及IR光兩者均由清透圖像傳感器像素的光電二極管區(qū)接收。本 文中論述的實(shí)施例可提供一種包含清透（C)圖像傳感器像素以及經(jīng)修改清透（C'）圖像傳 感器像素兩者的圖像傳感器。經(jīng)修改清透（C'）圖像傳感器像素可包含與包含于清透（C) 圖像傳感器像素中的清透濾光器相同的清透濾光器，但經(jīng)修改清透（C'）圖像傳感器像素 包含耗盡調(diào)整層的添加，而清透（C)圖像傳感器像素不包含耗盡調(diào)整層。因此，經(jīng)修改清透 (C'）及清透（C)圖像傳感器像素兩者均包含接收IR光及可見光兩者的光電二極管區(qū)，但 耗盡調(diào)整層在經(jīng)修改清透（C'）圖像傳感器像素中的添加防止所述像素中的IR產(chǎn)生的電荷 載流子。
[0020] 因此，本文中提供的一些實(shí)施例可通過找到清透（C)圖像傳感器像素與經(jīng)修改清 透（C'）圖像傳感器像素之間的信號差而獲得IR信號值如下：
[0021] IR = C_C' EQ. 1
[0022] 圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖解說明成像系統(tǒng)100的框圖。成像系統(tǒng)100的所 圖解說明實(shí)施例包含具有前述經(jīng)改進(jìn)特性中的一或多者的像素陣列105、讀出電路110、功 能邏輯115及