[发明专利]减少来自红外辐射的图像伪影的背面硅晶片设计

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半导体产业目前使用不同类型的基于半导体的成像器，例如电荷耦合装置(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)装置、光电二极管阵列、电荷注入装置以及混合焦平面阵列等等。

固态图像传感器(也被称为成像器)在60年代晚期和70年代早期得以开发，主要用于电视图像获取、传输和显示。成像器吸收特定波长的入射辐射(例如光子、x射线或类似物)，并产生对应于所吸收辐射的电信号。存在许多不同类型的基于半导体的成像器，包含CCD、光电二极管阵列、电荷注入装置(CID)、混合焦平面阵列以及CMOS成像器。固态成像器的当前应用包含照相机、扫描仪、机器视觉系统、车辆导航系统、视频电话、计算机输入装置、监视系统、自动聚焦系统、星象跟踪仪、运动检测器系统、图像稳定系统以及其它基于图像的系统。

这些成像器通常由含有光电传感器的像素单元阵列组成，其中每个像素单元产生信号，所述信号对应于当图像聚焦在所述阵列上时撞击在所述元件上的光的强度。接着，这些信号可用来(例如)将对应图像显示在监视器上，或以其它方式用来提供关于光学图像的信息。所述光电传感器通常是光电门、光电晶体管、光电导体或光电二极管，其中所述光电传感器的传导性或存储在扩散区域中的电荷对应于撞击在所述光电传感器上的光的强度。因此，每个像素单元产生的信号的量值与撞击在光电传感器上的光的量成比例。

举例来说，在第5,471,515号美国专利中描述有源像素传感器(APS)成像装置，所述专利以引用的方式并入本文中。这些成像装置包含布置成行和列的像素单元阵列，其将光能转换成电信号。每个像素包含一个光电检测器和一个或一个以上有源晶体管。所述晶体管除产生从单元输出的电信号之外，通常还提供放大、读出控制和复位控制。

虽然CCD技术具有广泛应用，但CMOS成像器正越来越多地被用作低成本成像装置。实现成像阵列与相关联的处理电路的更高程度集成的完全兼容CMOS传感器技术对许多数字成像器应用来说都将是有益的。

CMOS成像器电路包含像素单元的焦平面阵列，所述单元中的每一者包含光电转换装置，例如光电门、光电导体、光电晶体管或用于使光生电荷累积在衬底的一部分中的光电二极管。读出电路连接到每个像素单元，且包含至少一输出晶体管，其接收来自掺杂扩散区域的光生电荷，并产生输出信号，通过像素存取晶体管周期性地读出所述输出信号。成像器可视情况包含晶体管，其用于将电荷从光电转换装置转移到扩散区域，或扩散区域可直接连接到光电转换装置或成为光电转换装置的一部分。晶体管通常还被提供用于使扩散区域在接收经光电转换的电荷之前复位到预定电荷电平。

在CMOS成像器中，像素单元的有源元件执行以下必要功能：(1)光子到电荷的转换；(2)图像电荷的累积；(3)伴有电荷放大的情况下，将电荷转移到浮动扩散区域；(4)使浮动扩散区域复位到已知状态；(5)选择像素单元供读出；以及(6)输出并放大表示像素单元电荷的信号。当光电荷从初始电荷累积区域移动到浮动扩散区域时，所述光电荷可放大。通常通过源极跟随器输出晶体管将浮动扩散区域处的电荷转换成像素输出电压。

每个像素单元接收通过一个或一个以上微透镜聚焦的光。CMOS成像器上的微透镜有助于增加光学效率，并减少像素单元之间的串扰。像素单元的尺寸的减小允许更大数目的像素单元布置在特定像素单元阵列中，从而增加阵列的分辨率。在形成微透镜的一种工艺中，每个微透镜的半径与像素单元的尺寸相关。因此，当像素单元的尺寸减小时，每个微透镜的半径也减小。

微透镜将入射辐射折射到光电传感器区域，从而增加到达光电传感器的光的量。微透镜阵列的其它用途包含：加强非发光显示装置(例如液晶显示装置)的像素单元上的照明光，以增加显示器(与照相机相关联的显示器)的亮度；形成将在液晶或发光二极管打印机中打印的图像；以及作为用于将发光装置或接收装置耦合到光纤的聚焦构件。