具有耗尽调整层的彩色及红外图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明大体来说涉及图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及CMOS图像传感 器。
【背景技术】
[0002] 图像传感器广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机中以及医疗、汽车 及其它应用中。使用互补金属氧化物半导体（"CMOS"）技术在硅衬底上制造具成本效益而 且高性能图像传感器。大量图像传感器具有感测可见光及近红外（NIR)光两者的能力。此 传感器的一个应用可为在用于驾驶辅助应用及安全应用（例如行人、障碍物及标志检测、 后视或倒车摄像机应用等）的汽车传感器中使用的情况。此类传感器可以双重模式操作， 此允许所述传感器在白天（在可见光光谱应用中）及夜间视觉（在IR应用中）两者中起 作用。通过对将传感器的光谱光敏感度扩展到750-1400nm的NIR范围内的若干个过程层 级增强的开发及实施而使此经并入IR能力成为可能。
[0003] 举例来说，感测可见光及IR光两者的典型图像传感器可包含各自经配置以感测 可见光或IR光的个别图像传感器像素。经配置以感测IR光的那些图像传感器像素通常包 含IR通过滤光器以阻挡可见范围中的光且仅允许IR或NIR光到达所述像素的光敏区（例 如，光电二极管区）。在一些应用中，通过将多个彩色滤光器（例如，蓝色（B)及红色（R)) 堆叠于彼此的顶部上而形成IR通过滤光器。类似地，经配置以感测可见光的图像传感器像 素通常包含阻挡IR或NIR光使得仅特定频率范围的可见光（例如，红色（R)、绿色（G)、或 蓝色（B))到达所述像素的光敏区的IR截止滤光器。然而，IR截止滤光器及IR通过滤光 器的添加增加材料成本以及在完全相同硅芯片上制作IR/可见图像传感器的过程成本。
【发明内容】
[0004] 本发明的一方面涉及一种图像传感器像素，其包括：半导体层，其具有前表面及后 表面；及光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器像素的光入射侧接 收可见光及红外光；钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述光电二极管区 之间；及耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述钉扎层与所述光电二极管区之间以 调整所述光电二极管区的耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述光电二极管区中诱发 的电荷载流子。
[0005] 在本发明的另一方面中，一种图像传感器包括：互补金属氧化物半导体（"CMOS"） 图像传感器像素阵列，其安置于具有前表面及后表面的半导体层中；所述阵列的第一图像 传感器像素，其包含：第一光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的 光入射侧接收可见光及红外光；第一钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所 述第一光电二极管区之间；及第一耗尽调整层，其安置于所述半导体层中在所述第一钉扎 层与所述第一光电二极管区之间以调整所述第一光电二极管区的第一耗尽区以减少由所 述所接收红外光在所述第一光电二极管区中诱发的电荷载流子；以及所述阵列的第二图像 传感器像素，其包含：第二光电二极管区，其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的 所述光入射侧接收可见光及红外光；及第二钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表 面与所述第二光电二极管区之间，其中所述第二图像传感器像素不包含安置于所述第二钉 扎层与所述第二光电二极管区之间的耗尽调整层，使得由所述所接收红外光在所述第二光 电二极管区中诱发的电荷载流子并不由耗尽调整层减少。
[0006] 本发明的又一方面涉及一种图像传感器，其包括：互补金属氧化物半导体 ("CMOS"）图像传感器像素阵列，其安置于具有前表面及后表面的半导体层中，其中所述图 像传感器像素阵列包含经修改红色（R)图像传感器像素、经修改蓝色（B)图像传感器像素、 经修改绿色（G)图像传感器像素、经修改清透（C'）图像传感器像素及清透（C)图像传感器 像素，其中所述R、G、B及C'图像传感器像素中的每一者包含：第一光电二极管区，其形成于 所述半导体层中以从所述图像传感器的光入射侧接收可见光及红外光；第一钉扎层，其形 成于所述半导体层中在所述前表面与所述第一光电二极管区之间；及第一耗尽调整层，其 安置于所述半导体层中在所述第一钉扎层与所述第一光电二极管区之间以调整所述第一 光电二极管区的第一耗尽区以减少由所述所接收红外光在所述第一光电二极管区中诱发 的电荷载流子，且其中所述清透（C)图像传感器像素中的每一者包含：第二光电二极管区， 其形成于所述半导体层中以从所述图像传感器的所述光入射侧接收可见光及红外光；及第 二钉扎层，其形成于所述半导体层中在所述前表面与所述第二光电二极管区之间，其中所 述清透图像传感器像素不包含安置于所述第二钉扎层与所述第二光电二极管区之间的耗 尽调整层，使得由所述所接收红外光在所述第二光电二极管区中诱发的电荷载流子并不由 耗尽调整层减少。
【附图说明】
[0007] 参考以下各图描述示范性实施例，其中除非另有规定，否则贯穿各个视图，相似参 考编号是指相似部件。
[0008] 图1是根据本发明的实施例的图解说明成像系统的框图。
[0009] 图2A是根据本发明的实施例的包含耗尽调整层的图像传感器像素的横截面图。
[0010] 图2B是根据本发明的实施例的不包含耗尽调整层的图像传感器像素的横截面 图。
[0011] 图3是根据本发明的实施例的包含经修改彩色像素、经修改清透像素及清透像素 的图像传感器的横截面图。
[0012] 图4图解说明根据本发明的实施例的根据重复图案而布置于阵列中的图像传感 器像素的阵列。
[0013] 图5A - f5D是根据本发明的实施例的包含四（4)乘四（4)图像传感器像素布置的 实例性重复图案的图式。
[0014] 图6A - 8F是根据本发明的实施例的包含八⑶乘八⑶图像传感器像素布置的 实例性重复图案的图式。
[0015] 图9A及9B是根据本发明的实施例的包含四（4)乘四（4)图像传感器像素布置的 实例性重复图案的图式。
【具体实施方式】
[0016] 本文中描述图像传感器像素、图像传感器、在图像传感器像素中的至少一些图像 传感器像素中具有耗尽调整层的成像系统的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以 提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在 不具有特定细节中的一或多者的情况下或借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子 中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使某些方面模糊。举例来说，虽 然未图解说明，但应了解，图像传感器像素可包含用于制作CIS像素的若干个常规层（例 如，抗反射膜等）。此外，本文中图解说明的图像传感器像素的所图解说明横截面未必图解 说明与每一像素相关联的所有像素电路。然而，应了解，每一像素可包含耦合到其收集区以 用于执行多种功能（例如开始图像获取、将所积累图像电荷复位、传送出所获取图像数据 或其它）的像素电路。
[0017] 本说明书通篇所提及的"一个实施例"或"一实施例"意味着结合所述实施例描述 的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中的各 处出现的短语"在一个实施例中"或"在一实施例中"未必全部是指相同实施例。此外，在 一或多个实施例中，可以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。
[0018] 如上文所提及，IR截止滤光器及IR通过滤光器在常规IR/可见图像传感器中的 添加增加制作的成本。因此，本发明的实施例提供一种能够在不需要先前提及的IR截止滤 光器及IR通过滤光器的情况下检测IR及可见光的图像传感器。如下文将较详细地论述， 根据本发明的方面的图像传感器的一些图像传感器像素包含用以减少或甚至防止由接收 于光电二极管区中的IR光诱发电荷载流子（即，空穴及电子）的耗尽调整层。
[0019] 在一些方面中，图像传感器包含"清透"图像传感器像素。清透图像传感器像素可 为包含在一波长范围（其至少包含所述布置中的其它滤光器的波长范围）内实质上无色及 /或光学透明的清透滤光器的图像传感器像素。举例来说，清透图像传感器像素的清透滤 光器可对包含红色（R)、绿色（G)及蓝色（B)光的可见光以及红外（IR)或近红外（NIR)光 为光学透明的，使得可见光及IR光两者均由清透图像传感器像素的光电二极管区接收。本 文中论述的实施例可提供一种包含清透（C)图像传感器像素以及经修改清透（C'）图像传 感器像素两者的图像传感器。经修改清透（C'）图像传感器像素可包含与包含于清透（C) 图像传感器像素中的清透滤光器相同的清透滤光器，但经修改清透（C'）图像传感器像素 包含耗尽调整层的添加，而清透（C)图像传感器像素不包含耗尽调整层。因此，经修改清透 (C'）及清透（C)图像传感器像素两者均包含接收IR光及可见光两者的光电二极管区，但 耗尽调整层在经修改清透（C'）图像传感器像素中的添加防止所述像素中的IR产生的电荷 载流子。
[0020] 因此，本文中提供的一些实施例可通过找到清透（C)图像传感器像素与经修改清 透（C'）图像传感器像素之间的信号差而获得IR信号值如下：
[0021] IR = C_C' EQ. 1
[0022] 图1是根据本发明的实施例的图解说明成像系统100的框图。成像系统100的所 图解说明实施例包含具有前述经改进特性中的一或多者的像素阵列105、读出电路110、功 能逻辑115及