[发明专利]具有低串扰的背照明传感器

说明书

本发明的技术领域

本发明一般涉及图像传感器，且更具体地涉及背照明图像传感器。

发明背景

电子图像传感器使用将入射光转换为电信号的光敏光电检测器来捕获图像。图像传感器一般分类为前照明图像传感器或背照明图像传感器。图1是前照明图像传感器的穿过三个像素101、102、103的简化横截面。所示的图像传感器100是PMOS图像传感器，其包括在p++衬底2内在p外延(p-epi)硅层3上形成的像素101、102、103。在此传感器层4内形成光电检测器91、92、93。在每一光电检测器91、92、93上形成n型钉札层27。在每一像素101、102、103内形成一个或多个浅沟槽隔离(STI)区域5。不同的n型钉札层26加内衬于STI沟槽，其目的是减少由于沿STI侧壁的硅悬挂键引起的暗电流产生。

使用传送栅极10以将所收集的光生电荷31自光电检测器91传送至电荷—电压转换器28。所示的电荷—电压转换器28被配置为浮动扩散。该转换器28转换电荷为电压信号。像素阵列内的诸晶体管(见图2)放大此电压信号并将信息中继至外部电路，在该外部电路中进一步处理图像。参照图2，源极跟随器晶体管173缓冲储存于电荷—电压转换器28中的电压信号。重设晶体管172用以在读出像素之前将转换器28重设至已知电位。自源极跟随器174的输出电压驱动连接至成像器周边的外部电路的列线。

返回至图1，电荷—电压转换器28驻留于浅n阱29中，该浅n阱29使p+转换器28隔离于光电检测器91及衬底2。该浅n阱29是透过阱接触件37而偏压至已知电压电平VDD。VDD亦加偏压于n型钉札层27、加内衬于STI沟槽的n型钉札层26及深n阱21。该深n阱21通过额外n型注入物30而电连接至浅n阱29。使浅n阱29与深n阱21两者相对于接地偏压至已知电位驱使光生电荷31进入光电检测器91。使两阱偏压执行了显著地减少电串扰的额外功能。举例而言，在其中电场为零的位置(通常称为垂直溢流漏极位置(虚线8))之下的光生电荷33被扫入衬底。该垂直溢流漏极通过防止光生电荷扩散至相邻像素中而几乎消除电串扰，且因此改良器件的MTF性能。

阱接触件37定位于图像传感器的周边处。其他n阱接触件则遍及成像区域(未绘示)周期性地隔开，以减少阱21、29的有效电阻，并减少或消除阱弹跳。

对于图1之前照明图像传感器，导电互连51、52、53(诸如栅极及连接器)形成于电路层50中。不幸的是，导电互连51、52、53及与电路层50相关联的多种其他特征在光电检测器91、92、93上的定位不利地影响图像传感器100的填充因数及量子效率。这是因为来自主题场景的光19在照射到前硅表面9之前必须穿过电路层50，并被光电检测器91、92、93侦测。

图3示出驻留于图像传感器周边处的标准CMOS电路的一部分的横截面图。标准PMOS晶体管142及NMOS晶体管143以及其相关联的浅n阱140注入物及p阱141注入物不受成像区域(图1的像素101、102、103)中的深n阱21注入物(图1)影响。CMOS电路中成像区域外的p型晶体管142及n型晶体管143使用标准CMOS工艺流程制造。在彩色滤光器阵列的制造期间，藉由不透明光屏蔽物(未绘示)来保护CMOS电路使其免受背照明。该光屏蔽物可为：金属；红色、绿色及蓝色彩色滤光器阵列材料的层叠层；或独特的光吸收材料。

图4示出背照明图像传感器的横截面。背照明通过构造图像传感器使得来自主题场景的光入射至传感器层的后侧上而解决填充因数及量子效率问题。传感器层213的“前侧”9通常称为邻接电路层50的传感器层213的一侧，而“背侧”250是与该前侧9相对的传感器层213的一侧。典型地，电路层50附着至支撑衬底(未绘示)。此背侧配置容许光219照射到传感器层213的背侧250，光于该背侧处由光电检测器91、92、93检测。光电检测器91、92、93对光219的检测不再受金属化层级51、52、53、互连37及电路层的其他特征(诸如栅极10)影响。