CN101106147A - 使用能量转换层增加图像传感器中的光吸收的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示一种系统和方法，其用于在图像传感器制造过程中施加一材料层，以便增加所述图像传感器对特定范围的光谱的吸收。所采用的机制是通过将光射线从较高能量范围(较短波长)转换成较低能量范围(较长波长)，使得可增加所述图像传感器的光吸收。
Description
对先前申请案的参考
本申请案主张2006年7月5日申请的第60/818,946号美国临时申请案的权利。
技术领域
本发明大体上涉及图像传感器，且明确地说(并非独占地)涉及具有增加的光吸收效率的图像传感器。
背景技术
在现有技术中，图像传感器在吸收具有较高能量波长的光的方面缺乏效率。举例来说，相比于具有蓝色波长的光，可更有效地吸收具有红色波长的光。
发明内容
无
附图说明
参看附图描述非限制性和非详尽的本发明实施例，其中在各个图式中相同参考标号始终指代相同部分，除非另有规定。
图1是具有RGB色彩过滤器的现有技术CMOS图像传感器的一部分的横截面图。
图2是根据本发明实施例的在RGB色彩过滤器层的蓝色区段下方形成有能量转换层的CMOS图像传感器的一部分的横截面图。
图3是根据本发明实施例的在隔片层与平面化层之间形成有能量转换层的CMOS图像传感器的一部分的横截面图。
图4是根据本发明实施例的在钝化层上形成有能量转换层的CMOS图像传感器的一部分的横截面图。
具体实施方式
本文描述使用能量转换层增加图像传感器中的光吸收的方法和装置的实施例。在以下描述中，陈述许多特定细节以提供对实施例的彻底理解。然而所属领域的技术人员将认识到，可在没有所述特定细节中的一个或一个以上细节的情况下或用其它方法、组件、材料等来实践本文描述的技术。在其它情况下，没有详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作，以避免混淆某些方面。
本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着结合实施例所描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，本说明书中的任何地方出现短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”不一定都指代同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式组合在一个或一个以上实施例中。
一般来说，本文揭示一种系统和方法，其用于在图像传感器制造过程中施加一材料层(能量转换层)，以便增加图像传感器对特定范围的光谱的吸收。能量转换层将光射线从较高能量范围(较短波长)转换成较低能量范围(较长波长)，使得可增加图像传感器的光吸收。能量转换层的一些实例为YAG:Ce晶体或晶状碘化铯闪烁体或稀土闪烁体(例如，掺有铽的二氧化钆硫化物)。
在本发明的一些实施例中，能量转换层可包含将X射线辐射转换成可见光的材料。在本发明的其它实施例中，能量转换层可包含将蓝色光转换为红色光和/或将蓝色光转换为黄色光和/或将蓝色光转换为绿色光的材料。
在本发明的一个实施例中，能量转换层与色彩过滤器一起使用，以增加特定范围的光谱的吸收。能量转换层可经掩盖和沉积以使得仅经过滤的短波长的光通过能量转换层，且经过滤的长波长的光不通过能量转换层。
在本发明的另一实施例中，图像传感器可装备有能量转换层且不具有色彩过滤器。此实施例可用于检测来自单色光源的图像。
图1是具有RGB色彩过滤器层150的现有技术CMOS图像传感器100的一部分的横截面图。展示三个相邻的像素以说明光电二极管层110中形成的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)像素。CMOS图像传感器100包括光电二极管层100、具有嵌入的金属互连130的钝化层120、平面化层140、RGB色彩过滤器层150、隔片层160和微透镜170。
图2是根据本发明实施例的在RGB色彩过滤器层260的蓝色区段下方形成有能量转换层250的CMOS图像传感器200的一部分的横截面图。在其它实施例中，能量转换层250无需直接处于色彩过滤器260的蓝色区段(B)下方，而是可形成在堆叠中的更下方，且例如在一个实例中，可形成于钝化层220中或恰在光电二极管层210上方。类似于图1的现有技术，CMOS图像传感器200包括光电二极管层210、具有嵌入的金属互连结构230的钝化层220、平面化层240、RGB色彩过滤器层260、隔片层270和微透镜280。本发明的此实施例进一步添加了能量转换层250。
在此实施例中，能量转换层250可操作以将通过蓝色过滤器(B)的入射光转换成具有更容易由光电二极管层210中的下方光电二极管感测的波长的光。通常，通过蓝色过滤器(B)的可见光将处于蓝色波长。这些波长通常更难以通过还用于检测红色和绿色波长的常规光电二极管来检测。在一个实施例中，能量转换层250可为可将蓝色波长光转换为红色和/或黄色和/或绿色波长光的材料。
图3是根据本发明实施例的在隔片层360与平面化层340之间形成有能量转换层350的CMOS图像传感器300的一部分的横截面图。CMOS图像传感器300包括光电二极管层310、具有嵌入的金属互连330的钝化层320、平面化层340、能量转换层350、隔片层360和微透镜370。应注意，在此实施例中不存在色彩过滤器层。因此，图像传感器300适合于“黑白”(灰度级)成像。应注意，在其它实施例中，简直可将能量转换层350放置在光电二极管层310上方的层堆叠中的任何地方。实际上，能量转换层350甚至可沉积在微透镜层370上或甚至可能沉积在图像传感器中的其它结构上。
能量转换层350可为(例如)可将入射的x射线转换成可容易由光电二极管层310中的光电二极管检测的光波长的层。然后，根据图3形成的图像传感器可用于容易地成像医学x射线。
图4说明钝化层420上放置有能量转换层440的CMOS图像传感器400的一部分的横截面。CMOS图像传感器400包括光电二极管层410、具有嵌入的金属互连430的钝化层420和能量转换层440。在其它实施例中，能量转换层440可形成在堆叠中的更下方，且例如在一个实例中，可形成于钝化层420中或恰在光电二极管层410上方。
以上对本发明所说明的实施例的描述(包含摘要中的描述内容)不希望为详尽的或将本发明限于所揭示的精确形式。尽管本文出于说明性目的而描述本发明的特定实施例和实例，但相关领域的技术人员将认识到，在本发明范围内的各种修改都是可能的。
依照上文的具体实施方式可对本发明作出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限于说明书中揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书确定，将根据权利要求书的阐述所建立的教义来解释权利要求书。
Claims (20)
1.一种装置，其包括：
能量转换层，用以接收具有第一波长的电磁辐射和将所述电磁辐射转换成具有第二波长的电磁辐射；
钝化层，其具有在其中形成的至少一个金属互连；以及
光电二极管层，用以接收和检测所述具有所述第二波长的电磁辐射，其中所述能量转换层和所述钝化层安置在所述光电二极管层的同一侧上。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量转换层安置在所述钝化层与所述光电二极管层之间。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述钝化层安置在所述能量转换层与所述光电二极管层之间。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述能量转换层邻接所述钝化层。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述光电二极管层包括多个光电二极管，且其中所述钝化层包括多个金属互连，其中所述光电二极管和所述金属互连经定位以使得电磁辐射横穿所述多个金属互连之间的所述钝化层到达所述多个光电二极管。
6.根据权利要求5所述的装置，其进一步包括多个微透镜，所述多个微透镜中的每一者将电磁辐射集中到所述多个光电二极管中的个别一者上，其中所述能量转换层安置在所述多个微透镜上以在所述微透镜将所述电磁辐射集中到所述个别的多个光电二极管上之前将所述电磁辐射转换成具有所述第二波长的电磁辐射。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述具有所述第一波长的电磁辐射包括x射线辐射，且其中所述能量转换层经配置以将所述x射线转换成可见光。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一波长短于所述第二波长。
9.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量转换层包括YAG:Ce晶体。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述能量转换层包括晶状碘化铯闪烁体。
11.一种方法，其包括：
在图像传感器的能量转换层处接收具有第一波长范围的电磁辐射；
将所述电磁辐射转换成具有第二波长范围的电磁辐射；
将所述具有所述第二波长范围的电磁辐射从所述能量转换层引导通过钝化层；
在光电二极管层处感测所述具有所述第二波长范围的电磁辐射；以及
经由所述钝化层内形成的互连结构来路由电信号。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括：
接收具有多个波长范围的电磁辐射；以及
过滤所述具有所述多个波长范围的电磁辐射，以允许所述多个波长范围中的大体一个波长范围的光通过色彩过滤器；以及
将具有所述多个波长范围中的所述一个波长范围的电磁辐射从所述色彩过滤器引导到所述能量转换层。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述互连结构包括多个金属互连，且所述光电二极管层包括多个光电二极管，所述方法进一步包括集中所述具有第一波长范围的电磁辐射，以使得所述具有所述第二波长范围的电磁辐射横穿所述多个金属互连之间的所述钝化层到达所述多个光电二极管。
14.一种CMOS图像传感器，其包括：
色彩过滤器层，用以接收光，其中所述色彩过滤器层包含第一和第二色彩过滤器，所述第一色彩过滤器允许大体上仅第一色彩的光通过所述第一色彩过滤器；
能量转换层，用以接收所述第一色彩的光和将所述第一色彩的光转换成第二色彩的光；
钝化层，其具有在其中形成的至少一个金属互连；以及
光电二极管层，其经安置以接收所述第二色彩的光和检测所述接收的第二色彩的光，其中所述能量转换层和所述钝化层安置在所述色彩过滤器层与所述光电二极管层之间。
15.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其中所述第一色彩过滤器为蓝色过滤器且所述第一色彩为蓝色，所述蓝色过滤器允许大体上仅蓝色的光通过所述蓝色过滤器。
16.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其中所述光电二极管层包括第一和第二光电二极管，所述第一色彩过滤器允许大体上仅所述第一色彩的光通过所述第一色彩过滤器到达所述第一光电二极管，且所述第二色彩过滤器允许大体上仅第三色彩的光通过所述第二色彩过滤器到达所述第二光电二极管，其中所述能量转换层大体上仅位于所述第一色彩过滤器与所述第一光电二极管之间，且所述能量转换层大体上不位于所述第二色彩过滤器与所述第二光电二极管之间。
17.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其中所述光电二极管层包括多个光电二极管，且其中所述钝化层包括多个金属互连，其中所述光电二极管和所述金属互连经定位以使得所述具有所述第二色彩的光横穿所述多个金属互连之间的所述钝化层到达所述多个光电二极管中的至少一者。
18.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其进一步包括形成于所述色彩过滤器层与所述钝化层之间的平面化层，其中所述能量转换层形成在所述平面化层内。
19.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其中所述能量转换层包括掺有铽的二氧化钆硫化物。
20.根据权利要求14所述的CMOS图像传感器，其中所述能量转换层将大体上为蓝色的光转换成从由红色、黄色和绿色组成的群组中选出的色彩的光。
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