具有低串扰及高红色灵敏度的图像传感器制造技术

本发明专利技术公开一种彩色像素阵列，其包含第一（３００Ａ）、第（３００Ｂ）与第三（３００Ｃ）多个彩色像素，各彩色像素包含置于第一半导体层内的光敏区域（３３０）。在一项实施例中，将包含深掺杂区域（３２０）的第二半导体层（３１５）置于该第一半导体层下方。该深掺杂区域均驻存于第一多个彩色像素的一对应像素的下方，但不在该第二多个彩色像素与该第三多个彩色像素下方。在一项实施例中，将掩埋阱置于该第二多个彩色像素与该第三多个彩色像素之下，但不在该第一多个彩色像素下方。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术大体涉及图像传感器，且尤其(但非穷尽地)涉及具有低串扰及高红色灵敏度的CMOS图像传感器。
技术介绍
图像传感器已变得普遍存在。在数字静物相机、蜂窝电话、安全相机以及医学、汽车及其它应用中广泛地使用图像传感器。用于制造图像传感器(且特别是互补金属-氧化物-半导体(“CMOS”)图像传感器(“CIS”))的技术已持续以很大的速度提升。例如，更高分辨率与更低功耗的需求已助长了这些图像传感器进一步的小型化与集成。图像传感器中串扰是严重的问题。对于串扰，有三个分量a)光学串扰；b)光谱串扰；及c)电串扰。光学串扰起因于脱离金属线并在覆盖CIS阵列的金属叠层中的介电层之间的界面处的光的衍射与/或散射。光谱串扰由彩色滤光器对于其目标通频带以外波长的有限(非零)透射率而产生，诸如穿过红色滤光器的绿光与蓝光波长的有限透射率。电串扰的一种形式是在半导体外延层深处中形成的光生电荷载流子的横向漂移 (例如，光生电子)。随这些光生电荷载流子增加，光生电荷载流子可横向地漂移且最终在相邻像素的光电二极管(“PD”)区域中被采集。图像浮散(blooming)是电串扰的另一形式，其特征为当PD区域的电荷载流子变得充满或饱和时电荷载流子横向扩散。一般主要在高光环境中遭受到图像浮散。在饱和PD区域附近产生的光载流子不被采集，且因此仍自由地横向扩散至相邻像素中。图像浮散导致静物图像中的边缘模糊以及移动图像中的条痕 (streaking)。电串扰的两种形式都归因于在一像素内产生的电荷载流子被一相邻像素采集。图1示出常规CIS阵列100，其包含易受电串扰影响的三个彩色像素(红、绿及蓝)。CIS阵列100的每一 PD区域105由三维p-n结组成，该p-n结为N掺杂硅在中间由P 掺杂硅包围着。撞击在该PD区域105上的光子在硅中被吸收，形成光生电子-空穴对。在 P-n结的耗尽区中产生的电子-空穴对被有效地分开，且电子被采集在N型区域中，以供后续在信号读出期间透过传递晶体管传递。然而，在耗尽区外产生的电子-空穴对未有效地分开，且具有扩散至相邻像素的更高的可能性，导致降低灵敏度与更高串扰。该现象对于小像素尺寸更显著。附图说明参考以下附图描述本专利技术的非限制性以及非穷尽性实施例，其中贯穿各附图，除非另有相反指定，相似附图标记指示相似部分。图1 (现有技术)是常规CMOS图像传感器(“CIS”)阵列的三个邻近彩色像素的一部分的截面图。图2是示出根据本专利技术一实施例的成像系统的功能框图。图3是根据本专利技术第一实施例的具有低串扰以及高红色灵敏度的CIS阵列的三个邻近彩色像素的一部分的截面图。图4是根据本专利技术第二实施例的具有低串扰以及高红色灵敏度的CIS阵列的三个邻近彩色像素的一部分的截面图。图5是根据本专利技术第三实施例的具有低串扰以及高红色灵敏度的CIS阵列的三个邻近彩色像素的一部分的截面图。图6是根据本专利技术一实施例示出CIS阵列内两个像素的样本像素电路的电路图。 具体实施例方式本文描述用于具有低串扰与高红色灵敏度的CMOS图像传感器(“CIS”)的装置及系统的实施例。下文描述中提出众多特定细节，以提供对实施例的彻底的理解。然而本领域普通技术人员将意识到，本文描述的技术可在没有特定细节之一或多个的情况下实践， 或者以其它方法、组件、材料等实践。在其它实例中，并未详细示出或描述众所周知的结构、 材料或操作，以避免模糊某些方面。贯穿本说明书引用的“一项实施例”或“一实施例”意指结合实施例一起描述的特殊的特征、结构或特性包括在本专利技术的至少一项实施例中。因此，贯穿本说明书多处出现的短语“在一项实施例中，，或“在一实施例中，，并不必全都指代相同的实施例。此外，可在一项或多项实施例中，以任意适当的方式组合特殊的特征、结构或特性。图2是示出根据本专利技术一实施例的成像系统200的功能框图。成像系统200的所示实施例包含具有低串扰以及高红色灵敏度的CIS阵列205、读出电路210、功能逻辑215 及控制电路220。CIS阵列205是图像传感器或像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的二维(“2D”)阵列。在一项实施例中，每个像素是正面照亮的互补金属-氧化物-半导体(“CMOS”)成像像素。CIS阵列205包含彩色滤光器图案，诸如红色、绿色与蓝色加色滤光器(例如，RGB、 RGBG或GRGB)的拜尔(Bayer)图案或马赛克；青色、洋红色、黄色与基调(黑色)减色滤光器(例如，CMYK)的彩色滤光器图案；该两者滤光器的组合；或其它。如所示，每个像素排列到一行(例如，行Rl至Ry)与一列(例如，列Cl至Cx)中以获取人、地方或物体的图像数据，接着，图像数据可用于呈现人、地方或物体的2D图像。在每个像素已经获取其图像数据或图像电荷之后，图像数据由读出电路210读出，并传递至功能逻辑215。读出电路210可包含放大电路、模数转换电路(“ADC”)或其它。功能逻辑215可简单地储存图像数据或甚至经由图像处理器通过应用后图像效果(例如，图像压缩、裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵图像数据。在一项实施例中，读出电路210可沿着读出列线每次读出一行图像数据(示于图中)，或可使用多种其它技术读出图像数据(图中未示)，诸如列读出、串行读出，或同步完全并行读出所有像素。控制电路220耦合至CIS阵列205以控制CIS阵列205的操作特性。例如，控制电路220可产生快门信号以控制图像获取。在一项实施例中，快门信号是全局快门信号，用于同步启用CIS阵列205中的所有像素，以在单个获取窗同步捕获其各自的图像数据。在另一实施例中，快门信号是卷帘式快门(rolling shutter)信号，由此在连续获取窗期间循序地启用各行、列或组的像素。图3是根据本专利技术第一实施例的具有低串扰以及高红色灵敏度的CIS阵列中的三个邻近彩色像素300的一部分的截面图。彩色像素300(例如，红色像素300A、绿色像素 300B与蓝色像素300C)代表图2所示像素的一项可能的实施方案。CIS阵列的所示部分包含衬底310、外延(“印i”)层315、深掺杂区域320、转换外延层325、光敏区域330、钉扎层 335、彩色滤光器340 (例如，红色滤光器340A、绿色滤光器340B与蓝色滤光器340C)、浅沟槽隔离(“311”)345、？阱；350、及深？阱；355。在所示实施例中，衬底310是经高度掺杂N型硅。在衬底310的顶部形成较轻的 N掺杂外延层315。P型外延层325在外延层315上方。在一项实施例中，外延层325最初生长为N型外延层315的一部分，且接着经适宜的P型掺杂而转换成P型外延层。像素300 包含置于P型转换外延层325内的N型光敏区域330，以对于每个像素300产生p-η结光电二极管。在一些实施例中，P型钉扎层335形成在光敏区域330的顶部上方以钝化表面并减少表面缺陷。彩色滤光器340在像素300顶部上方置成一图案(例如，拜尔马赛克)以建立彩色滤光器阵列且将每个像素300指定为红色、绿色或蓝色像素(在CMY彩色滤光器阵列的情况下为洋红色、黄色或青色)。在一项实施例中，彩色滤光器340由着色的聚合体材料制造。通常，在金属叠层(图中未示)上制造彩色滤光器340，以便在CIS阵列205本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种彩色像素阵列，其包括：第一、第二及第三多个彩色像素，各像素包含光敏区域，所述光敏区域置于第一半导体层内；第二半导体层，所述第二半导体层置于所述第一半导体层的下方；以及深掺杂区域，所述深掺杂区域置于所述第二半导体层内，并各自驻存于所述第一多个彩色像素的一对应像素的下方，但基本上不在所述第二多个彩色像素及所述第三多个彩色像素的下方。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US12/247,7762008年10月8日1.一种彩色像素阵列，其包括第一、第二及第三多个彩色像素，各像素包含光敏区域，所述光敏区域置于第一半导体层内；第二半导体层，所述第二半导体层置于所述第一半导体层的下方；以及深掺杂区域，所述深掺杂区域置于所述第二半导体层内，并各自驻存于所述第一多个彩色像素的一对应像素的下方，但基本上不在所述第二多个彩色像素及所述第三多个彩色像素的下方。2.如权利要求1所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述第一多个彩色像素包括配置成捕获由光子产生的光生载流子的像素，所述光子具有的波长比所述第二多个彩色像素与所述第三多个彩色像素配置成捕获的光子的波长更长。3.如权利要求2所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述第一多个彩色像素包括红色或洋红色像素，而所述第二多个彩色像素及所述第三多个彩色像素包括绿色、蓝色、青色或黄色像素的任一个。4.如权利要求1所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述深掺杂区域具有与所述第一半导体层相同但与所述第二半导体层相反的掺杂类型。5.如权利要求4所述的彩色像素阵列，其特征在于各所述彩色像素的所述光敏区域包括N型掺杂硅；所述第一半导体层包括P型掺杂外延层；以及所述第二半导体层包括N型掺杂硅层。6.如权利要求5所述的彩色像素阵列，其特征在于，进一步包括多个P阱，所述多个P 阱将所述第一、第二及第三多个彩色像素互相分开，所述P阱置于所述第一半导体层内，其中所述深掺杂区域各自置于邻近P阱下方以及之间以包围所述多个彩色像素的每一个。7.如权利要求5所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述第一半导体层包括N型外延层，通过掺杂将所述N型外延层转换为所述P型掺杂外延层。8.如权利要求1所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述彩色像素阵列包括互补金属氧化物半导体(“CMOS”)图像传感器阵列。9.如权利要求1所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述深掺杂区域延伸所述第一半导体层的深度至在所述第一多个像素的每一个下方的所述第二半导体层中。10.一种彩色像素阵列，其包括第一、第二及第三多个彩色像素，各像素包含置于半导体层内的光敏区域；以及掩埋阱，所述掩埋阱置于所述第二多个彩色像素与所述第三多个彩色像素的下方，但基本上不在所述第一多个彩色像素的下方，从而阻碍电荷载流子横向迁移出所述第二多个彩色像素与所述第三多个彩色像素。11.如权利要求10所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述第一多个彩色像素包括具有第一颜色的第一组的彩色像素；所述第二多个彩色像素包括具有第二颜色的第二组的彩色像素；且所述第三多个彩色像素包括具有第三颜色的第三组的彩色像素，其中所述第一颜色、所述第二颜色及所述第三颜色是不同的颜色。12.如权利要求11所述的彩色像素阵列，其特征在于，所述掩埋阱具有与所述光...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·毛，
申请(专利权)人：美商豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US