[发明专利]互补金属氧化物半导体图像感测器及光二极管与形成方法

说明书

本发明公开一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器及其光二极管(PD)与形成方法，该互补金属氧化物半导体图像感测器的光二极管包含具第二型的顶部光二极管，设于第一型层内；及具第二型的底部光二极管，设于第一型层内且位于顶部光二极管之下。底部光二极管包含至少一个具第二型的次光二极管(sub‑PD)连接至顶部光二极管，且包含至少一个具第一型的次阱区被次光二极管围绕。

技术领域

本发明涉及一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器，特别是关于一种具有垂直的次光二极管(sub-PD)的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器。

背景技术

互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器普遍使用于行动的应用。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器也可应用于其他场合，例如汽车与安全(security)应用。汽车与安全应用的要求不同于行动的应用。例如，对于高动态范围(high dynamic range或HDR)的要求较严格，得以于同一图框(frame)当中同时撷取到极暗与极亮场景的高品质图像。

互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器的动态范围(DR)可分为二大类：一为本质(intrinsic)动态范围，其是由读取的噪声与满阱电子容量(full well capacity或FWC)来决定，是相关于实体装置及电路性能；另一为延伸(extended)动态范围，其可由多次曝光及增益来达到。本质动态范围不但有助于最终的动态范围，对于延伸动态范围的副作用的降低也有帮助。为了获得更多的本质动态范围，需要大量的增进满阱电子容量(FWC)，其定义每一像素所能保持的电荷量。因此，亟需提出一种新颖的具较高的满阱电子容量(FWC)像素的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器。

发明内容

鉴于上述，本发明实施例的目的之一在于提出一种(相关于像素尺寸与制作工艺技术的)可扩充(scalable)机制，以得到较高的满阱电子容量(FWC)的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器。本实施例可适用于前照式(FSI)或背照式(BSI)互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器。

根据本发明实施例之一，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器的光二极管包含具第二型的顶部光二极管及具第二型的底部光二极管。顶部光二极管设于第一型层内。底部光二极管设于第一型层内且位于顶部光二极管之下，且底部光二极管包含至少一个具第二型的次光二极管连接至顶部光二极管，且包含至少一个具第一型的次阱区被次光二极管围绕。

根据本发明另一实施例，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器包含基板；具第二型的底部光二极管设于基板上，该底部光二极管包含至少一个具第二型的次光二极管；至少一个具第一型的次阱区，设于基板上且被次光二极管围绕；具第二型的顶部光二极管设于底部光二极管之上，该顶部光二极管连接至次光二极管；具第一型的传送栅通道，设于顶部光二极管之上；多个具第一型的像素阱设于基板上，相邻的像素阱之间定义光二极管区域，其包含顶部光二极管与底部光二极管；及隔离区，设于基板之上且位于相邻像素之间。

根据本发明又一实施例，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器的形成方法包含以下步骤。形成具第一型的结晶层于基板上。形成隔离区于结晶层内，该隔离区位于相邻像素之间。形成具第一型的传送栅通道于结晶层的顶层部分。形成具第二型的底部光二极管层于结晶层的底层部分。形成多个具第一型的像素阱于结晶层内，相邻的像素阱之间定义光二极管区域。形成至少一个具第一型的次阱区于底部光二极管层内，该底部光二极管层当中未形成有次阱区的区域则形成至少一个次光二极管，作为光二极管区域当中的底部光二极管。形成具第二型的顶部光二极管于结晶层的顶层部分，该顶部光二极管与该底部光二极管共同组成光二极管区域。

附图说明

图1至图8的剖视图显示本发明实施例的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像感测器的形成方法的示意图；

图9A至图9C例示本发明实施例的次光二极管的局部剖视图与相应仰视图；