CN102881705A

CN102881705A - 背照式cmos影像传感器

Info

Publication number: CN102881705A
Application number: CN2012104139033A
Authority: CN
Inventors: 余兴; 费孝爱
Original assignee: Omnivision Technologies Shanghai Co Ltd
Current assignee: Omnivision Technologies Shanghai Co Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2013-01-16
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: CN102881705B

Abstract

本发明提供了一种背照式CMOS影像传感器，包括：硅基底，形成于所述硅基底中的光电二极管，其中，所述光电二极管的结深为0.2μm～2.5μm。在此，通过将光电二极管的结深设定为0.2μm～2.5μm，实现了背照式CMOS影像传感器对于单色光的获取，避免了对于滤光片的使用，从而提高了光子转换效率、简化了制造工序、降低了制造成本。

Description

背照式CMOS影像传感器

技术领域

本发明涉及影像传感器技术领域，特别涉及一种背照式CMOS影像传感器。

背景技术

影像传感器是在光电技术基础上发展起来的，所谓影像传感器，就是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。影像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见影像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。可以说，现代人类活动已经无法离开影像传感器了。

影像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置（Charge-CoupledDevice）影像传感器（亦即俗称CCD影像传感器）以及CMOS（ComplementaryMetal Oxide Semiconductor）影像传感器，其中CMOS影像传感器即基于互补型金属氧化物半导体（CMOS）技术而制造。由于CMOS影像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将影像传感器以及其所需要的外围电路加以整合，从而使得CMOS影像传感器具有更广的应用前景。

此外，按照接收光线的位置的不同，CMOS影像传感器可以分为正照式CMOS影像传感器及背照式CMOS影像传感器。

请参考图1，其为现有的正照式CMOS影像传感器的剖面示意图。如图1所示，所述正照式CMOS影像传感器1包括：硅基底10，形成于所述硅基底10中的光电二极管11，形成于所述硅基底10上的介质金属层12，形成于所述介质金属层12上的滤光片13及设置于所述滤光片（color filter）13上的微透镜14。使用时，入射光（光线）L顺次经过微透镜14、滤光片13及介质金属层12，到达光电二极管11。

请参考图2，其为现有的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。如图2所示，所述背照式CMOS影像传感器2包括：硅基底20，形成于所述硅基底20中的光电二极管21，形成于所述硅基底20一表面的介质金属层22，形成于所述硅基底20另一表面的滤光片23及设置于所述滤光片23上的微透镜24。使用时，入射光（光线）L顺次经过微透镜24及滤光片23，到达光电二极管21。

对于现有的正照式CMOS影像传感器1而言，入射光（光线）L到达光电二极管11之前，需要经过介质金属层12，介质金属层12将会造成一定的光损失，从而降低光子转换效率（quantum efficiency）；而对于现有的背照式CMOS影像传感器2而言，入射光（光线）L到达光电二极管21之前，不需要经过介质金属层22。由此可见，背照式CMOS影像传感器2相对于正照式CMOS影像传感器1而言具有较高的光子转换效率。

但是，现有的正照式CMOS影像传感器1及背照式CMOS影像传感器2在获取单色光（即红绿蓝单色光）以得到彩色信息时，均使用了滤光片（13、23），而滤光片的使用将极大的降低光子转换效率，同时，滤光片的使用也将增加CMOS影像传感器的制造工序，进而提高制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种背照式CMOS影像传感器，以解决现有的背照式CMOS影像传感器需要使用滤光片，从而造成光子转换效率低、制造工序复杂、制造成本高的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式CMOS影像传感器，包括：硅基底，形成于所述硅基底中的光电二极管，其中，所述光电二极管的结深为0.2μm～2.5μm。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述光电二极管的数量为多个，该多个光电二极管包括：第一种光电二极管，其结深为0.2μm～0.6μm，以吸收蓝光。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述多个光电二极管中，还包括第二种光电二极管，其结深为0.6μm～2μm，以吸收绿光。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述多个光电二极管中，还包括第三种光电二极管，其结深为2μm～2.5μm，以吸收红光。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，多个光电二极管分布于硅基底中的同一平面。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，多个光电二极管分布成一阵列，其中，同一列的光电二极管为相同种类的光电二极管，相邻列的光电二极管为不同种类的光电二极管。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，多个光电二极管分布成一阵列，其中，相邻两个光电二极管为不同种类的光电二极管。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，还包括微透镜，所述微透镜设置于所述硅基底的一表面。

可选的，在所述的背照式CMOS影像传感器中，所述介质金属层形成于所述硅基底的另一表面。

在本发明提供的背照式CMOS影像传感器中，通过将光电二极管的结深设定为0.2μm～2.5μm，实现了背照式CMOS影像传感器对于单色光的获取，避免了对于滤光片的使用，从而提高了光子转换效率、简化了制造工序、降低了制造成本。

附图说明

图1是现有的正照式CMOS影像传感器的剖面示意图；

图2是现有的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图；

图3是本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图；

图4是本发明实施例的吸收不同颜色的光电二极管的一种排布示意图；

图5是本发明实施例的吸收不同颜色的光电二极管的另一种排布示意图;

图6是本发明实施例的吸收不同颜色的光电二极管的另一种排布示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的背照式CMOS影像传感器作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图3，其为本发明实施例的背照式CMOS影像传感器的剖面示意图。如图3所示，所述背照式CMOS影像传感器3包括：硅基底30，形成于所述硅基底30中的光电二极管31，其中，所述光电二极管31的结深为0.2μm～2.5μm。

在此，利用了硅材料（即硅基底30）在不同深度吸收不同波长的光线的原理。具体的，将光电二极管31的结深设定为不同深度时，其能够吸收不同波长的光线（也即吸收不同颜色的光线），即将光电二极管31的结深设定为0.2μm～2.5μm。由此，便可避免使用滤光片以获取单色光，从而避免了滤光片对于光子转换效率的影响，提高了光子转换效率、简化了制造工序、降低了制造成本。

通常的，在影像传感器技术领域需要获取红绿蓝三原色，因此，在本实施例中具体提供了获取红绿蓝三原色的背照式CMOS影像传感器。当然，在本发明的其他实施例中，也可以通过本实施例提供的获取红绿蓝三原色的背照式CMOS影像传感器结合硅材料对于其他波长的光线的吸收深度，以获取吸收不同颜色光线的背照式CMOS影像传感器。

具体的，请继续参考图3，图3中示出了三个光电二极管，分别用31a、31b、31c标示，在此，该三个光电二极管31的结深不同，其中，光电二极管31a的结深为0.2μm～0.6μm以吸收蓝光；光电二极管31b的结深为0.6μm～2μm以吸收绿光；光电二极管31c的结深为2μm～2.5μm以吸收红光。其中，光电二极管31c的结深也可以做得更深，例如，2.7μm、3μm等。在此，优选为2μm～2.5μm，主要考虑到对硅基底30的薄型化要求，通常的，在背照式CMOS影像传感器中，硅基底30的厚度为2.5μm。

通过形成多个光电二极管31，且该多个光电二极管31中，第一种光电二极管31a的结深为0.2μm～0.6μm、第二种光电二极管31b的结深为0.6μm～2μm、第三种（剩余一种）光电二极管31c的结深为2μm～2.5μm，由此，所述背照式CMOS影像传感器3能够获取红绿蓝三原色。

在此，在本发明的其他实施例中，也可以形成多个光电二极管31，而该多个光电二极管31仅实现一种单色光的吸收，例如，该多个光电二极管31的结深均为0.2μm～0.6μm以吸收蓝光；或者该多个光电二极管31的结深均为0.6μm～2μm以吸收绿光；或者该多个光电二极管31的结深均为2μm～2.5μm以吸收红光。由此，所形成的背照式CMOS影像传感器能够获取红绿蓝三原色中的一种。

在本实施例中，三个光电二极管31（或者说实现不同颜色的光吸收的三种/类光电二极管）处于硅基底30中的同一平面（各光电二极管实现对于不同颜色的光的吸收是通过内部结深的不同而予以实现的），各个光电二极管31之间通过隔离结构32予以隔离。由此既能够保证背照式CMOS影像传感器3中各膜层的平整度，从而提高背照式CMOS影像传感器3的可靠性；而通过简单的隔离结构32又能够防止各光电二极管31（在此为光电二极管31a、31b、31c）中吸收光子的串扰，由此，能够保证吸收到纯净的单色光光子，即光电二极管31a吸收蓝光光子、光电二极管31b吸收绿光光子、光电二极管31c吸收红光光子，从而提高了背照式CMOS影像传感器3的质量。

对于现有的背照式CMOS影像传感器而言，光子串扰是其困扰的一大难题，而本实施例提供的背照式CMOS影像传感器3通过一种平面式结构（即吸收不同颜色的光的三种/类光电二极管处于硅基底30中的同一平面）以及简单的隔离结构32，极大地防止了不同颜色的光子之间的串扰，提高了背照式CMOS影像传感器的质量。

其中，关于光电二极管31的形成，其为现有技术。具体的，通过对于离子注入的剂量及能量等工艺参数的控制，以实现上述不同结深的光电二极管31，这已是一项非常成熟的工艺了，本申请对此不再赘述。

进一步的，在所述背照式CMOS影像传感器3中，还包括微透镜34，所述微透镜34设置于所述硅基底30的一表面；介质金属层33，所述介质金属层33形成于所述硅基底30的另一表面。

进一步的，本发明还提供了背照式CMOS影像传感器3中，多个光电二极管的排列方式。请参考图4，其为本发明实施例的吸收不同颜色的光电二极管的一种排布示意图。如图4所示，在该光电二极管的排布示例中，多个光电二极管按如下方式排布：第一种光电二极管31a、第二种光电二极管31b及第三种光电二极管31c均分成一列或者多列排布；且相邻两列的光电二极管分别隶属于不同种/类的光电二极管。即多个光电二极管31分布成一阵列，其中，同一列的光电二极管为相同种类的光电二极管，相邻列的光电二极管为不同种类的光电二极管。

即在此，吸收绿光G的光电二极管31b分成了四列排布，且该四列吸收绿光的光电二极管31b不相邻；吸收蓝光B的光电二极管31a分成了两列排布，且该两列吸收蓝光的光电二极管31a也不相邻；吸收红光R的光电二极管31c分成了两列排布，且该两列吸收红光的光电二极管31c也不相邻。即每一列吸收绿光的光电二极管31b或者与一列吸收蓝光的光电二极管31a相邻，或者与一列吸收红光的光电二极管31c相邻。

通过上述排布，背照式CMOS影像传感器3在吸收三原色单色光之后，能够实现较佳的彩色显色效果。

进一步的，本发明还提供了背照式CMOS影像传感器3中，多个光电二极管的另一种排列方式。请参考图5，其为本发明实施例的吸收不同颜色的光电二极管的另一种排布示意图。如图5所示，在该光电二极管的排布示例中，多个光电二极管按如下方式排布：

多个光电二极管排列成一阵列，在光电二极管阵列中，相邻两个光电二极管隶属于不同种/类的光电二极管。

在此，多个光电二极管排列成了一个8×8的阵列，如图5所示，在该8×8的光电二极管阵列中，吸收绿光G的光电二极管或者与吸收蓝光B的光电二极管相邻，或者与吸收红光R的光电二极管相邻。

同样的，通过上述排布，背照式CMOS影像传感器3在吸收三原色单色光之后，能够实现较佳的彩色显色效果。

再例如图6所示的另一种吸收不同颜色的光电二极管的排布示意图。如图6所示，在此，多个光电二极管排列成了一个9×9的阵列，在该9×9的光电二极管阵列中，同样的，吸收绿光G的光电二极管或者与吸收蓝光B的光电二极管相邻，或者与吸收红光R的光电二极管相邻。但是，其示出了与图5所示的不同的排布方式，而通过此种排布方式，背照式CMOS影像传感器3在吸收三原色单色光之后，同样能够实现较佳的彩色显色效果。

根据上述三种光电二极管排布方式的教导，还可以得出其他光电二极管的排布方式，总之，以吸收相同颜色的光电二极管不相邻为优，本申请对此不再一一赘述。

在本实施例提供的背照式CMOS影像传感器中，通过将光电二极管的结深设定为0.2μm～2.5μm，实现了背照式CMOS影像传感器对于单色光的获取，避免了对于滤光片的使用，从而提高了光子转换效率、简化了制造工序、降低了制造成本。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种背照式CMOS影像传感器，其特征在于，包括：硅基底，形成于所述硅基底中的光电二极管，其中，所述光电二极管的结深为0.2μm～2.5μm。

2.如权利要求1所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述光电二极管的数量为多个，该多个光电二极管包括：第一种光电二极管，其结深为0.2μm～0.6μm，以吸收蓝光。

3.如权利要求2所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述多个光电二极管中，还包括第二种光电二极管，其结深为0.6μm～2μm，以吸收绿光。

4.如权利要求3所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，所述多个光电二极管中，还包括第三种光电二极管，其结深为2μm～2.5μm，以吸收红光。

5.如权利要求4所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，多个光电二极管分布于硅基底中的同一平面。

6.如权利要求5所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，

多个光电二极管分布成一阵列，其中，同一列的光电二极管为相同种类的光电二极管，相邻列的光电二极管为不同种类的光电二极管。

7.如权利要求5所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，

多个光电二极管分布成一阵列，其中，相邻两个光电二极管为不同种类的光电二极管。

8.如权利要求1至7中的任一项所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，还包括微透镜，所述微透镜设置于所述硅基底的一表面。

9.如权利要求8所述的背照式CMOS影像传感器，其特征在于，还包括介质金属层，所述介质金属层形成于所述硅基底的另一表面。