[发明专利]背照式CMOS图像传感器

说明书

技术领域

本发明一般涉及用于数字照相机及其它类型的图像捕获装置的图像传 感器，更具体涉及背照式图像传感器。

背景

电子图像传感器利用将入射光转换成电信号的感光光电检测器来捕获 图像。图像传感器大体上可被分为前照式图像传感器或背照式图像传感器。 根据先前技术，图1为前照式图像传感器的简化图示。图像传感器100包 括被形成于传感器层108和电路层110内的像素102、104、106。光电检测 器112、114、116被形成于传感器层108中。诸如栅极与连接器的导电互 连部118、120、122被形成于电路层110中。

不幸地，导电性互连部118、120、122及与电路层110相关的各种其 它特征在光电检测器112、114、116上方的定位不利地影响到图像传感器 100的充填因子及量子效率。这是由于来自一主场景的光124在其被光电检 测器112、114、116检测到之前必须穿过电路层110。

背照式图像传感器藉由构造该图像传感器使得该来自主场景的光入射 在传感器层的背侧而解决充填因子及量子效率的问题。传感器层108的该 “前侧”126被常规地称为该传感器层108与电路层110邻接的面，而该“背 侧”128为传感器层108与前侧126相反的面。根据先前技术，图2为背照 式图像传感器的简化示图。电路层110可被设置于支承衬底202与传感器 层108之间。此允许光124照射在传感器层108的背侧128，在该处光124 被光电检测器112、114、116检测到。光电检测器112、114、116对光的 检测不再受该金属化水平互连及电路层110的其它特征的影响。

然而，背照式图像传感器存在一组新的挑战。在传感器层108与绝缘 层206之间的界面204可生产高水平的暗电流及量子效率损失，特别是在 蓝光光谱中。这是由于背侧128的经蚀刻硅表面处悬挂键的存在。此外， 在制造图像传感器200的过程中，用于钝化界面204的常规的钝化技术会 受到后续处理步骤不利的影响。

图3描绘沿图2的线A-A′的界面204的例示性的掺杂分布。常规的背 照式图像传感器被构造为n型金属—氧化物—半导体(NMOS)图像传感器。 由此，该n掺杂光电检测器被形成于掺杂有一种或多种p型掺杂剂的阱或 层中。线300描绘在对图像传感器200执行随后的互补金属氧化物半导体 (CMOS)制造步骤之前在界面204处的硼掺杂剂(p型)的掺杂分布，同时线 302示出在该随后的CMOS制造步骤进行之后在界面204处的硼的掺杂分 布。如图3所示，在随后的CMOS制造步骤中，该硼掺杂剂从传感器层108 扩散出并进入绝缘层206。此扩散在界面204的该传感器层侧的掺杂分布 304中产生下降。该掺杂分布的下降会产生不希望有的静电电位阱，该静电 电位阱在界面204处俘获光感应电荷载流子。用更慢扩散p型掺杂剂(比如 铟)替代硼可降低处理过程中的该热扩散，但是铟会增加该图像传感器中的 暗场亮点缺陷的数量。

相应地，需要用于形成背照式图像传感器的改进处理技术。

发明内容

简要地概述，依照本发明的一个方面，背照式图像传感器包括设置于 绝缘层与电连接至该传感器层的电路层之间的传感器层。包括多个像素的 成像区域在该传感器层中形成，其中每一个像素具有掺杂有一种或多种p 型掺杂剂的光电检测器。在依照本发明的一个实施例中，掺杂有一种或多 种n型掺杂剂的阱横跨该成像区域，且设置在光电检测器与该传感器层的 背面之间。在依照本发明的另一个实施例中，该阱为掩埋阱，且p型掺杂 区域在该光电检测器与该掩埋阱之间产生。掺杂有n型掺杂剂的一个或多 个附加的侧阱可毗邻每一个光电检测器横向地形成。

位于该阱或掩埋阱中的n型掺杂剂或多种n型掺杂剂具有偏析系数， 其可使得该n型掺杂剂积聚于该传感器层的背侧与该绝缘层之间的界面的 该传感器层侧。该n型掺杂剂或多种n型掺杂剂的积聚使得该传感器层与 该绝缘层之间的界面钝化，并防止静电电位阱在该界面处形成。此外，该 阱或掩埋阱可相对于接地被偏置预定电位的偏压，用于驱动光生电荷进入 该传感器层中最近的各个光电检测器。该阱或掩埋阱还可包含掺杂梯度， 其将该光生电荷导入该传感器层中的该最近的各个光电检测器中。而最后， 一个或多个有源电子组件可被设置于每一个像素内的该传感器层中，而被 电连接至该成像区域的电子电路则被设置于该成像区域外。

本发明的有利影响