CN105304655B - 具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构 - Google Patents
具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105304655B CN105304655B CN201410628233.6A CN201410628233A CN105304655B CN 105304655 B CN105304655 B CN 105304655B CN 201410628233 A CN201410628233 A CN 201410628233A CN 105304655 B CN105304655 B CN 105304655B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical sensing
- sensing area
- floating diffusion
- metal
- diffusion region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 238000007667 floating Methods 0.000 title claims abstract description 77
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 title claims abstract description 54
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 40
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 68
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 68
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 62
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 40
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 claims description 23
- 230000002165 photosensitisation Effects 0.000 claims description 18
- 239000003504 photosensitizing agent Substances 0.000 claims description 18
- 238000003475 lamination Methods 0.000 claims description 13
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 4
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005286 illumination Methods 0.000 abstract 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 2
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001795 light effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 description 1
- 108091008695 photoreceptors Proteins 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明是一种具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构，其可通过在浮动扩散区上方设置半导体电容来缩减浮动扩散区的面积，减少照光时，入射光线对于浮动扩散区的影响，并可增进收光效率。
Description
技术领域
本发明是一种感光式半导体结构，特别是关于一种具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构。
背景技术
已知技术中，背感光式半导体结构必须具有足够大的浮动扩散区，以当感光元件的光感测区感光而产生电荷之后，能够藉由浮动扩散区的等效电容效应来储存电荷。
但在背感光式的半导体结构中，由于浮动扩散区也在入射光线的照射范围之内，同时不像前感光式半导体结构一般，具有金属层等屏蔽结构，因此浮动扩散区也可能会受到入射光线的影响而产生光电反应，这对于感光信号的判断会产生干扰，同时使得信号信噪比下降。
为了减少浮动扩散区受到感光影响，已知技术有使用尽量降低浮动扩散区面积的作法，以避免浮动扩散区接收到太多入射光线。但缩减浮动扩散区的面积，连带也会缩减其等效电容值，导致信号信噪比下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构，藉由缩减浮动扩散区，并且在浮动扩散区上方周遭范围设置半导体电容，并连结到浮动扩散区，来避免浮动扩散区接收到入射光线而产生不必要的光电效应，同时使半导体电容电性连结到浮动扩散区，藉此使浮动扩散区的等效电容能够维持在所需的数值。
本发明的另一目的是提供一种具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构，其于浮动扩散区附近设有连接到浮动扩散区的半导体电容，藉此可以缩小浮动扩散区的整体尺寸，又能保持浮动扩散区具有足够的等效电容值。进一步讲，可以选用具有金属电极的电容，例如金属-绝缘体-金属(MIM)电容，其可藉由金属电极将第一次没有被光感测元件所吸收的光线，反射回光感测元件，以增进收光效率。
为达前述目的，本发明提供一种背感光式半导体结构，包含基体、光感测区、浮动扩散区、传递栅极以及半导体电容。所述基体具有感光表面。所述光感测区位于所述基体内部，用以接收经由所述感光表面穿透所述基体的光线并发生光电效应而产生感应电荷。所述浮动扩散区位于所述基体内部，用以暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷。所述传递栅极连结所述光感测区及所述浮动扩散区，用以控制所述光感测区所产生的所述感应电荷流向所述浮动扩散区。所述半导体电容电性连接到所述浮动扩散区并与所述光感测区具有重叠区域，用以与所述浮动扩散区共同暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷，且所述半导体电容包含反光层。
本发明还提供一种背感光式半导体结构，包含基体、光感测区、浮动扩散区、传递栅极以及金属-绝缘体-金属电容。所述基体具有感光表面。所述光感测区位于所述基体内部，用以接收经由所述感光表面穿透所述基体的光线并发生光电效应而产生感应电荷。所述浮动扩散区位于所述基体内部，用以暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷。所述传递栅极连结所述光感测区与所述浮动扩散区，用以控制所述光感测区所产生的所述感应电荷流向所述浮动扩散区。所述金属-绝缘体-金属电容电性连接到所述浮动扩散区，用以与所述浮动扩散区共同暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷。
本发明还提供一种背感光式半导体结构，包含基体、光感测区、浮动扩散区、传递栅极以及半导体电容。所述基体具有感光表面。所述光感测区位于所述基体内部，用以接收经由所述感光表面穿透所述基体的光线并发生光电效应而产生感应电荷。所述浮动扩散区位于所述基体内部，用以暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷。所述传递栅极连结所述光感测区与所述浮动扩散区，用以控制所述光感测区所产生的所述感应电荷流向所述浮动扩散区。所述半导体电容通过连接端电性连接到所述浮动扩散区，用以与所述浮动扩散区共同暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷，且所述浮动扩散区的截面积为所述连接端的截面积的4-5倍。
在另外一种实施例中，本发明的半导体电容，具有金属层电极，并且所述金属层电极设置于感光元件的光感测区后方或边缘附近，将部份未被初次吸收的光线反射回到光感测区，藉以增加感光元件吸收光线的效率。
附图说明
图1为本发明的示意图；
图2为本发明的一实施例；以及
图3为本发明一实施例的背感光式半导体结构的剖视图。
附图标记说明
10 背感光式半导体结构
101 基体
102 光感测区
103 浮动扩散区
104 阻挡区
105 传递栅极
106 半导体电容
具体实施方式
以下说明内容包含本发明的实施方式，以便理解本发明如何应用于实际状况。须注意的是，在以下图式中，与本发明技术无关的部份已省略，同时为彰显元件之间的关系，图式里各元件之间的比例与真实的元件之间的比例并不一定相同。
请参照图1所示，其绘示本发明的示意图。背感光式半导体结构10具有基体101、光感测区102、浮动扩散区103、阻挡区104、传递栅极105以及半导体电容106；其中，所述基体101具有感光表面，用以接收入射光线。所述光感测区102位于所述基体101内部，用以接受经由所述感光表面穿透所述基体101的光线并发生光电效应而产生感应电荷。所述阻挡区104用以阻挡电荷不会流向其他区域。所述传递栅极105则连结光感测区102以及浮动扩散区103，用以控制光感测区102所产生的感应电荷流向浮动扩散区103，包含总量以及流量的控制。在互补式金氧半(CMOS)制程中，传递栅极105一般为电压控制的栅极，当施加适当电压时，可允许电荷流过其下方的区域。所述浮动扩散区103与其电性连结的半导体电容106可用以共同暂时储存所述光感测区102所产生的感应电荷，以供后续使用。一实施例中，所述浮动扩散区103位于所述基体101内部，而所述半导体电容106形成于金属堆叠层中。
请参照图3所示，其为本发明一实施例的背感光式半导体结构10的剖视图。金属堆叠层可包含图案化的(patterned)第一金属层200、第二金属层201及第三金属层202；其中，所述第一金属层200例如可称为M1金属层，为所述金属堆叠层中最靠近所述基体101的金属层，且介电层107可形成于所述第一金属层200与所述基体101之间。一实施例中，所述半导体电容106形成于所述金属堆叠层中的两层金属层，例如所述第二金属层201及所述第三金属层202，但不位于所述金属堆叠层中最靠近所述基体101的所述第一金属层200。必须说明的是，图3虽显示金属堆叠层包含三层金属层，但本发明并不以此为限，所述金属堆叠层所包含的金属层的层数，可根据不同应用决定而并无特定限制。
请再参照图1，通过形成半导体电容106，浮动扩散区103的尺寸可实际被缩小，例如缩小至其截面积为光感测区102的截面积的五分之一以下，例如所述半导体电容106可通过连接端(contact)203电性连接到所述浮动扩散区103，且所述浮动扩散区103的截面积仅为所述连接端203的截面积的4-5倍，藉以减低入射光线对浮动扩散区103所造成的光电效应影响。本实施例因设置有与所述浮动扩散区103连结的半导体电容106，故可以确保具有足够的等效电容，以便储存光感测区102所产生的感应电荷，并提高信号信噪比(SNR)。实际的电容值可以依照所需来设计，也可选择许多适合用作半导体电容的材料，并非用以限制本发明。
例如，半导体电容可选用金属-绝缘体-金属(MIM)电容、多晶硅-绝缘体-多晶硅(PIP)电容、金氧半(MOS)电容、金属-氧化硅-金属(MOM)电容等，但并不以此为限。
图2进一步绘示本发明的一实施例，其中半导体电容以MIM电容为例进行说明。在本实施例中，金属层201通过连接端203电性连接到浮动扩散区103，以形成半导体电容的一个电极，所述半导体电容的另外一个电极则为导电材料层204，其介于金属层202与金属层201之间。藉此，金属层201与导电材料层204形成MIM电容，两者中间具有介电层材料。在本实施例中，金属层201还形成在光感测区102后方，藉此，能将部份未被初次吸收的光线反射回到光感测区102，增加其所包含的感光元件(例如光二极体)吸收光线的效率。换句话说，本实施例中所述MIM电容的金属电极还可用作为反光层。另外，在本实施例中，导电材料层204的材质可选择为金属，以便形成MIM电容结构。在其他实施例中，导电材料层204的材质可以选择为其他材料，例如多晶硅(poly)或者其他可以导电的材料，并不会影响金属层201的反射光线效果。
一实施例中，金属层201能够覆盖光感测区102至少百分之三十以上的面积，而MIM电容的单位电容数值，则由金属层201与导电材料层204的间的距离与介电值来决定。换句话说，本发明实施例的半导体电容106可包含至少一金属层作为反光层。为达到良好的反光效果，所述半导体电容106可与所述光感测区102具有重叠区域OA(如图3所示)，且所述重叠区域OA可覆盖超过百分之三十的所述光感测区102。一实施例中，为了反射穿透所述基体101但未被所述光感测区102吸收的光线，如图3的光线L，所述重叠区域OA可覆盖于所述光感测区102的边缘。
在多金属层的制程当中，可以选择适当的金属层来制作MIM电容，并非用以限制本发明的实施范围，例如，所述金属层201、202可形成于金属堆叠层中的两层金属层(例如M2及M3金属层，或者M3及M4金属层)，而以导电材料所形成的所述导电材料层204位于所述两层金属层之间，以作为所述MIM电容的电极的其中的一者。
此外，所述基体101下方可选择性的形成微透镜300和/或滤光层400；其中，所述微透镜300用以控制射入所述光感测区102的入射方向，而所述滤光层400则根据所欲被所述光感测区102吸收的光谱而决定，例如红外光滤光层。
本发明可适用于各种电子快门的感光元件，例如滚动式快门(rolling shutter)或者全域式快门(global shutter)，也可提升信号信噪比以及动态范围并降低噪声。
虽然本发明已通过前述实施例披露，但是其并非用以限定本发明，任何本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定的范围为准。
Claims (18)
1.一种背感光式半导体结构，包含：
基体，具有感光表面；
光感测区，位于所述基体内部，用以接收经由所述感光表面穿透所述基体的光线并发生光电效应而产生感应电荷；
浮动扩散区，位于所述基体内部，用以暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷；
传递栅极，连结所述光感测区及所述浮动扩散区，用以控制所述光感测区所产生的所述感应电荷流向所述浮动扩散区；及
半导体电容，包含第一电极及第二电极，其中
所述第一电极电性连接到所述浮动扩散区并与所述光感测区具有重叠区域，
所述半导体电容用以与所述浮动扩散区共同暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷，且
所述半导体电容的所述第一电极作为反光层用于将第一次没有被所述光感测区所吸收的光线反射回所述光感测区。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述半导体电容形成于金属堆叠层中的两层金属层。
3.根据权利要求2所述的半导体结构，其中所述半导体电容不位于所述金属堆叠层中最靠近所述基体的第一金属层。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述重叠区域覆盖超过百分之三十的所述光感测区。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述重叠区域覆盖于所述光感测区的边缘。
6.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述半导体电容的所述第一电极通过连接端电性连接到所述浮动扩散区，且所述浮动扩散区的截面积为所述连接端的截面积的4-5倍。
7.根据权利要求1所述的半导体结构，其中所述浮动扩散区的截面积小于所述光感测区的截面积的五分之一。
8.一种背感光式半导体结构，包含：
基体，具有感光表面；
光感测区，位于所述基体内部，用以接收经由所述感光表面穿透所述基体的光线并发生光电效应而产生感应电荷；
浮动扩散区，位于所述基体内部，用以暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷；
传递栅极，连结所述光感测区与所述浮动扩散区，用以控制所述光感测区所产生的所述感应电荷流向所述浮动扩散区；及
金属-绝缘体-金属电容，包含第一电极及第二电极，其中
所述第一电极电性连接到所述浮动扩散区，
所述金属-绝缘体-金属电容用以与所述浮动扩散区共同暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷，且
所述第一电极作为反光层用于将第一次没有被所述光感测区所吸收的光线反射回所述光感测区。
9.根据权利要求8所述的半导体结构，其中所述金属-绝缘体-金属电容形成于金属堆叠层中的两层金属层。
10.根据权利要求9所述的半导体结构，其中所述金属-绝缘体-金属电容不位于所述金属堆叠层中最靠近所述基体的第一金属层。
11.根据权利要求9所述的半导体结构，其中所述半导体结构还包含导电材料层位于所述两层金属层之间，以作为所述金属-绝缘体-金属电容的所述第二电极。
12.一种背感光式半导体结构，包含：
基体，具有感光表面；
光感测区，位于所述基体内部，用以接收经由所述感光表面穿透所述基体的光线并发生光电效应而产生感应电荷；
浮动扩散区，位于所述基体内部，用以暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷；
传递栅极，连结所述光感测区与所述浮动扩散区，用以控制所述光感测区所产生的所述感应电荷流向所述浮动扩散区；及
半导体电容，包含第一电极及第二电极，其中
所述第一电极通过连接端电性连接到所述浮动扩散区，
所述半导体电容用以与所述浮动扩散区共同暂时储存所述光感测区所产生的所述感应电荷，
所述浮动扩散区的截面积为所述连接端的截面积的4-5倍，且
所述半导体电容的所述第一电极作为反光层用于将第一次没有被所述光感测区所吸收的光线反射回所述光感测区。
13.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述半导体电容形成于金属堆叠层中的两层金属层。
14.根据权利要求13所述的半导体结构，其中所述半导体电容不位于所述金属堆叠层中最靠近所述基体的第一金属层。
15.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述半导体电容的所述第一电极与所述光感测区具有重叠区域，且所述重叠区域覆盖超过百分之三十的所述光感测区。
16.根据权利要求15所述的半导体结构，其中所述重叠区域覆盖于所述光感测区的边缘。
17.根据权利要求12所述的半导体结构，其中所述半导体电容为金属-绝缘体-金属电容。
18.根据权利要求17所述的半导体结构，其中所述第一电极是所述金属-绝缘体-金属电容的金属电极。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| TW103122206 | 2014-06-26 | ||
| TW103122206 | 2014-06-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105304655A CN105304655A (zh) | 2016-02-03 |
| CN105304655B true CN105304655B (zh) | 2018-06-29 |
Family
ID=55201693
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410628233.6A Active CN105304655B (zh) | 2014-06-26 | 2014-11-10 | 具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105304655B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105762160B (zh) * | 2016-02-19 | 2020-06-09 | 上海集成电路研发中心有限公司 | 背照式全局像素单元结构及其制备方法 |
| WO2019232722A1 (zh) * | 2018-06-06 | 2019-12-12 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | 感光像素电路及制程方法 |
| CN108807444A (zh) * | 2018-07-19 | 2018-11-13 | 上海集成电路研发中心有限公司 | Cmos图像传感器及其制备方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102790864A (zh) * | 2009-03-12 | 2012-11-21 | 索尼公司 | 固体摄像装置 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20090201400A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Omnivision Technologies, Inc. | Backside illuminated image sensor with global shutter and storage capacitor |
| CN103258829A (zh) * | 2012-02-16 | 2013-08-21 | 索尼公司 | 固态成像装置、图像传感器及其制造方法以及电子设备 |
-
2014
- 2014-11-10 CN CN201410628233.6A patent/CN105304655B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102790864A (zh) * | 2009-03-12 | 2012-11-21 | 索尼公司 | 固体摄像装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105304655A (zh) | 2016-02-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI557887B (zh) | 影像感測器及用來讀取影像感測器之方法 | |
| KR102058255B1 (ko) | 박막 광전지 상에 적외선(ｉｒ) 광전지를 통합하기 위한 방법 및 장치 | |
| EP3474328B1 (en) | Combination sensors and electronic devices | |
| US7154137B2 (en) | Image sensor and pixel having a non-convex photodiode | |
| US10116891B2 (en) | Image sensor having stacked imaging and digital wafers where digital wafer has stacked capacitors and logic circuitry | |
| US20100102206A1 (en) | Near infrared/color image sensor | |
| TWI399848B (zh) | 共享放大器像素之互補式金氧半導體之主動式像素感測器 | |
| CN108010927A (zh) | 光电转换装置和图像拾取系统 | |
| CN105304655B (zh) | 具连接到浮动扩散区的半导体电容的背感光式半导体结构 | |
| US9871079B2 (en) | Image sensor and electronic device including the same | |
| EP2985800A1 (en) | Image sensor and electronic device including the same | |
| CN108695356A (zh) | 摄像装置 | |
| EP3012863A2 (en) | Image sensor and electronic device including the same | |
| JP5663918B2 (ja) | 光センサー及び分光センサー | |
| TW201601300A (zh) | 具連接到浮動擴散區的半導體電容的背感光式半導體結構 | |
| CN104756254A (zh) | 光传感器 | |
| US9998689B2 (en) | Imaging device with filtering of the infrared radiation | |
| KR102354801B1 (ko) | 모스 캐패시터 및 이를 구비하는 이미지 센서 | |
| CN110943096A (zh) | 具有多级转移栅极的cmos图像传感器 | |
| CN104576765B (zh) | 防漏光存储电容结构及其制备方法 | |
| US11038068B2 (en) | Sensors and electronic devices | |
| US20160071892A1 (en) | Dopant configuration in image sensor pixels | |
| EP1590833B1 (en) | Integration capacitor using a photodetector as the bottom plate of the capacitor | |
| JP5900585B2 (ja) | 光センサー及び分光センサー | |
| JP6237803B2 (ja) | 光センサー及び分光センサー |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |