背侧照明式图像传感器及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体来说涉及图像传感器，且特定来说(但非排他性地)涉及图像传感器中的电磁噪声减少。
【背景技术】
[0002]随着图像传感器特征不断按比例缩小，图像传感器的像素中的光电二极管及用于控制那些像素的外围电路元件被安置成更靠近在一起。外围电路可发射传播到尤其是在像素阵列的边缘处的光电二极管中的电磁辐射。在一些情况中，所述电磁辐射为非可见光。光电二极管本用以测量由入射于所述光电二极管上的图像光产生的图像电荷。当来自外围电路元件的不合意的非可见光也到达光电二极管时，其添加额外的不合意图像电荷，此导致包含不应有的亮像素的图像失真。因此，需要一种减少或消除由外围电路元件产生的电磁辐射以免影响光电二极管中的图像信号的图像传感器架构。
【发明内容】
[0003]本申请案的一个方面是提供一种背侧照明式图像传感器，其包括:半导体层，其具有背侧表面及前侧表面，其中所述半导体层包括:像素阵列区，其包含经配置以通过所述半导体层的所述背侧表面接收图像光的多个光电二极管；及外围电路区，其包含用于操作所述多个光电二极管的外围电路元件，其中所述外围电路元件发射光子，且其中所述外围电路区与所述像素阵列区接界，所述外围电路区进一步包含经掺杂半导体区，所述经掺杂半导体区经定位以吸收由所述外围电路元件发射的所述光子以防止所述多个光电二极管接收所述光子，其中所述经掺杂半导体区沿着所述半导体层的所述背侧表面安置于所述外围电路元件上面。
[0004]本申请案的另一方面是提供一种制作背侧照明式图像传感器的方法，其包括:在具有背侧表面及前侧表面的半导体层中形成包含多个光电二极管的像素阵列区，其中所述像素阵列区经配置以通过所述半导体层的所述背侧表面接收图像光；形成包含用于操作所述多个光电二极管的外围电路元件的外围电路区，其中所述外围电路元件发射光子，且其中所述外围电路区与所述像素阵列区接界；及形成经掺杂半导体区，所述经掺杂半导体区经定位以吸收由所述外围电路元件发射的所述光子以防止所述多个光电二极管接收所述光子，其中所述经掺杂半导体区沿着所述半导体层的所述背侧表面安置于所述外围电路元件上面。
【附图说明】
[0005]参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽实施例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似部件。
[0006]图1A是根据本发明的实施例包含多个光电二极管及外围电路元件的半导体层的横截面图解说明。
[0007]图1B是根据本发明的实施例的图1A的半导体层的横截面图解说明，所述半导体层包含沿着所述半导体层的背侧表面安置的经掺杂半导体区。
[0008]图1C是根据本发明的实施例的图像传感器结构的横截面图解说明，所述图像传感器结构包含安置于图1B的半导体层上方的中间层。
[0009]图1D是根据本发明的实施例的图像传感器结构的横截面图解说明，所述图像传感器结构包含安置于图1C的图像传感器结构上方的彩色滤光片层及微透镜。
[0010]图2是根据本发明的实施例包含像素阵列区及外围电路区的实例性图像传感器的平面图。
[0011]图3图解说明不拥有用于阻挡不需要的电磁辐射以免影响外围电路元件的经掺杂半导体区的图像传感器的横截面。
[0012]图4是根据本发明的实施例包含半导体层的图像传感器的横截面图解说明，所述半导体层具有经定位以阻挡或吸收由外围电路产生的电磁辐射的经掺杂半导体区。
[0013]图5A及5B是根据本发明的实施例在黑暗条件中由具有及不具有经掺杂半导体区的图像传感器的光电二极管检测的电磁信号强度的图表。
[0014]图6是图解说明根据本发明的实施例制作包含经掺杂半导体区的图像传感器的一个可能方法的流程图。
[0015]图7是根据本发明的实施例包含像素阵列、控制电路、读出电路及功能逻辑的图像传感器系统的框图示意图。
【具体实施方式】
[0016]本文中描述一种图像传感器及一种用于制作图像传感器的方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识至IJ，本文中所描述的技术可在不具有所述特定细节中的一者或一者以上的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，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。
[0017]在本说明书通篇中对“一个实施例”或“一实施例”或“一个实例”的提及意指结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个位置中短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”的出现未必全部指代同一实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可以在一个或一个以上实施例中以任何适合方式组合。
[0018]图1A是根据本发明的实施例包含多个光电二极管102及外围电路元件108的半导体层106的横截面图解说明。半导体层106是图像传感器结构100的一部分。半导体层106具有前侧表面104及背侧表面112。在一个实施例中，半导体层106包含硅。
[0019]图1B是根据本发明的实施例的图1A的半导体层106的横截面图解说明，半导体层106包含沿着半导体层106的背侧表面112安置的经掺杂半导体区110。在一个实施例中，经掺杂半导体区110是用硼进行P+掺杂的。在另一实施例中，经掺杂半导体区110是用砷、磷或锑进行N-掺杂的。经P+及N-两者掺杂的实施例中的浓度可超过IXlO17原子/cm3。在一个实施例中，P+离子密度在I X 118原子/ cm3与IX 119原子/ cm3之间。
[0020]图1C是根据本发明的实施例的图像传感器结构100的横截面图解说明，图像传感器结构100包含安置于图1B的半导体层106上方的中间层114。在所图解说明的实施例中，中间层114包含氮化娃层120、碳化娃层118及氧化娃层116。
[0021]图1D是根据本发明的实施例的图像传感器结构100的横截面图解说明，图像传感器结构100包含安置于图1C的图像传感器结构100上方的彩色滤光片层122及微透镜124。图1D还包含安置于氮化娃层120上方的光学屏蔽层126。彩色滤光片层122可包含使选择光波长通过以到达多个光电二极管102的红色、绿色及蓝色滤光片(布置成拜耳图案)。微透镜124安置于彩色滤光片层122上方且经配置以将图像光聚焦到多个光电二极管102上。光学屏蔽层126安置于外围电路区128中且防止图像光到达外围电路元件108并干扰逻辑功能。光学屏蔽层126可包含金属。
[0022]图1D展示像素阵列区130包含多个光电二极管102且所述多个光电二极管经配置以通过半导体层106的背侧表面112接收图像光199。外围电路区128与像素阵列区130接界且包含用于操作多个光电二极管102的外围电路元件108。
[0023]图2是根据本发明的实施例包含像素阵列区130及外围电路区128的实例性放置的实例性图像传感器200的平面图。在所图解说明的实施例中，多个光电二极管102布置于由外围电路区128环绕的像素阵列区130中。光学屏蔽层126可安置于外围电路区128的全部或几乎全部上面以阻挡图像光199到达外围电路元件108。
[0024]图3图解说明不包含经掺杂半导体区110的图像传感器300的横截面。在操作中，外围电路组件108可发射朝向中间层114传播的电磁辐射302。取决于中间层114的折射率，电磁福射302的一部分可朝向光电二极管102往回反射。电磁福射302中所包含的光子可传播到光电二极管102且由光电二极管102吸收，从而产生不需要的图像电荷。由来自外围电路元件108的光子产生的不需要的图像电荷可将噪声(其可为固定模式噪声)引入到由多个光电二极管102捕获的图像中。由外围电路元件108发射的电磁辐射302可为从 900nm 到 1400nm。
[0025]图4是根据本发明的实施例包含半导体层106的图像传感器100的横截面图解说明，半导体层106具有经定位以阻挡或吸收由外围电路108产生的电磁辐射302的经掺杂半导体区110。在操作中，外围电路组件108可发射朝向中间层114传播的电磁辐射302。然而，经掺杂半导体区110吸收电磁辐射302中将在光电二极管102中产生图像电荷的光子。因此，经掺杂半导体区110阻挡光子传播到中间层114中及接着由中间层114朝向光电二极管102往回反射。因此，由外围电路元件108发射的光子在由光电二极管102捕获的图像中产生较少噪声。将经掺杂半导体区110包含到图像传感器100中可尤其减少由光电二极管102捕获的图像的边界周围的(由外围电路元件108贡献的)图像噪声，因为外围电路元件108通常靠近于包含光电二极管102的像素阵列的外侧而定位。
[0026]图5A及5B是根据本发明的实施例在黑暗条件中由具有及不具有经掺杂半导体区的图像传感器中的像素的光电二极管检测的电磁信号强度的图表。图5A是在黑暗条件中由不具有经掺杂半导体区110的图像传感器(例如，图像传感器300)中的像素检测的电磁信号强度(Y轴)对所述图像传感器中的像素的行数(X轴)的图表。换句话说，Y轴展示当环境光不照射于图像传感器的像素(其包含光电二极管102)上时由光电二极管从外围电路区接收的电磁辐射的相对量。X轴展示接收电磁辐射的像素的像素行数。在图5A中，在不具有经掺杂半导体区的图像传感器(例如，图像传感器300)中测量黑暗信号强度。图5A展示在像素行数1000及1300附近存在大的峰值，此指示这两个行正