CN110061023A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及图像传感器及其制造方法。提供了一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底；设置在所述衬底中的多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及设置在所述衬底中靠近衬底背面处的溢流漏极，其中所述溢流漏极设置在所述多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出所述饱和电荷容量的那部分电荷。
Description
技术领域
本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及图像传感器及其形成方法，特别是CMOS图像传感器(CIS)。
背景技术
近年来，诸如相机、手机等电子设备通常采用CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器。为了提高图像传感器的分辨率，期望能够在图像传感器的单位面积中集成更多的辐射感测元件，这对图像传感器的制造工艺提出了非常严苛的要求。一旦图像传感器的制造工艺出现不稳定的波动，就会极大地影响图像传感器的性能。
例如，在CMOS图像传感器中，由辐射感测元件通过感测辐射而产生的电荷可以通过传输晶体管传输到对应的浮置扩散区中，其中，使得辐射感测元件中的电荷能够被传输到浮置扩散区的最严苛的条件被称为鞍点(saddle point)。但由于图像传感器制造工艺的波动，鞍点也会出现波动。在鞍点条件由于制造工艺的波动而非常严苛的情况下，一旦某辐射感测元件中的电荷超出了其饱和电荷容量，超出饱和电荷容量的电荷就可能会溢出到相邻的辐射感测元件，从而发生高光溢出(又称为晕光)，这会严重影响图像传感器的成像质量。
因此存在对改进的图像传感器及其制造方法的需求。
发明内容
本公开的一个目的是提供新颖的图像传感器及其制造方法。本公开的技术尤其适用于CMOS图像传感器。
根据本公开的一个方面，提供了一种图像传感器，包括：衬底；设置在所述衬底中的多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及设置在所述衬底中靠近衬底背面处的溢流漏极，其中所述溢流漏极设置在所述多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出所述饱和电荷容量的那部分电荷。
优选地，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件中的每个辐射感测元件之间的势垒高度低于该辐射感测元件与任意一个其他辐射感测元件之间的势垒的高度。
优选地，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度能够通过调整以下各项中的至少一项来设置：所述溢流漏极的尺寸和/或形状；所述溢流漏极的掺杂浓度；以及所述溢流漏极与任意一个辐射感测元件的相对位置关系。
优选地，所述溢流漏极设置在相邻的两个辐射感测元件之间。
优选地，所述多个辐射感测元件以矩阵形式布置，所述溢流漏极设置在相邻的四个辐射感测元件之间。
优选地，所述溢流漏极通过金属部件连接到地。
优选地，所述图像传感器还包括：设置在所述衬底的背面上的电介质层；与所述多个辐射感测元件一一对应地设置在所述电介质层之上的多个滤色器，其中每个滤色器用于对入射到相应的一个辐射感测元件的辐射进行滤色；以及设置在所述多个滤色器之间的金属格栅，用于防止相邻的滤色器之间发生辐射串扰，其中，所述溢流漏极通过所述金属格栅连接到地。
优选地，形成所述溢流漏极的工艺步骤包括n型离子注入和之后的褪火处理。
优选地，所述褪火处理包括激光褪火处理和微波褪火处理中的至少一项。
根据本公开的另一个方面，提供了一种用于制造图像传感器的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底中形成多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及在所述衬底中靠近衬底背面处形成溢流漏极，所述溢流漏极设置在所述多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出所述饱和电荷容量的那部分电荷。
优选地，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件中的每个辐射感测元件之间的势垒高度低于该辐射感测元件与任意一个其他辐射感测元件之间的势垒的高度。
优选地，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度能够通过调整以下各项中的至少一项来设置：所述溢流漏极的尺寸和/或形状；所述溢流漏极的掺杂浓度；以及所述溢流漏极与任意一个辐射感测元件的相对位置关系。
优选地，所述溢流漏极设置在相邻的两个辐射感测元件之间。
优选地，所述多个辐射感测元件以矩阵形式布置，所述溢流漏极设置在相邻的四个辐射感测元件之间。
优选地，所述方法还包括：形成用于将所述溢流漏极连接到地的金属部件。
优选地，所述方法还包括：在所述衬底的背面上形成电介质层；在所述电介质层之上形成金属格栅，使得所述溢流漏极通过所述金属格栅连接到地；以及在所述金属格栅中形成多个滤色器，所述多个滤色器与所述多个辐射感测元件一一对应地设置，每个滤色器用于对入射到相应的一个辐射感测元件的辐射进行滤色，其中，所述金属格栅还用于防止相邻的滤色器之间发生辐射串扰。
优选地，形成所述溢流漏极包括：通过n型离子注入在所述衬底中靠近衬底的背面处形成所述溢流漏极；以及对所述衬底进行褪火处理。
优选地，所述褪火处理包括激光褪火处理和微波褪火处理中的至少一项。
通过根据本公开的实施例的图像传感器及其形成方法，能够在不增加硬件消耗的前提下有效避免图像传感器中的高光溢出问题，同时在一定程度上降低对图像传感器的制造工艺的精度要求，从而提高了图像传感器的成像性能并降低了其制造成本。
有效缩小像素单元的尺寸进而降低图像传感器的制造成本，并且在缩小尺寸的像素单元中依旧能保持良好的感测性能，改善串扰和暗电流等问题。
通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据以下详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1A示出了现有的图像传感器的示意性截面图。
图1B示出了图1A中所示的图像传感器中的势垒分布的示意图。
图2A例示了根据本公开的示例性实施例的图像传感器的示意性截面图。
图2B例示了图2A中所示的图像传感器中的势垒分布的示意图。
图3例示了根据本公开的一个示例性实施例的图2A中的图像传感器的俯视图。
图4例示了根据本公开的另一个示例性实施例的图2A中的图像传感器的俯视图。
图5例示了根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法的示例流程图；以及
图6A至图6F示意性地示出了与图5所示的方法的部分步骤对应的图像传感器的示意性截面图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
图1A示出了现有的图像传感器的示意性截面图。如图1A所示，图像传感器10包括设置在衬底中的相邻的两个辐射感测元件12和14，传输栅极32用于控制辐射感测元件12与浮置扩散区20的连通和断开，并且传输栅极34用于控制辐射感测元件14与浮置扩散区20的连通和断开。在图像传感器10的操作过程中可能会发生如下情况：当辐射(在图1A中以带箭头的虚线示出)照射到该图像传感器的感光侧(衬底的背面)时，部分辐射穿过滤色器42入射到辐射感测元件12中并产生电荷，但几乎没有辐射穿过滤色器44，因此辐射感测元件14中几乎没有电荷产生。注意，图1A和图1B中用“e”来表示由辐射感测元件产生的电荷。
图1B示出了图1A中所示的图像传感器中的势垒分布的示意图。具体而言，图1B示出了沿着图1A中的轴X的势垒分布的示意图。在鞍点条件非常严苛的情况下，当辐射感测元件12中的电荷超出了其饱和电荷容量之后，超出饱和电荷容量的部分电荷就不再传输到浮置扩散区20，而是越过势垒溢出到了相邻的辐射感测元件14(如图1A以带箭头的曲线示出的运动方向以及如图1B中以带箭头的折线示出的运动方向)，从而造成高光溢出的问题。这里，术语“辐射”包括但不限于光辐射，诸如可见光、红外线、紫外线等。
为了解决上述问题，本申请的发明人希望对图像传感器的结构及其制造方法进行改进。
下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
另外，对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
图2A例示了根据本公开的示例性实施例的图像传感器的示意性截面图。
如图2A所示，根据本公开的实施例的图像传感器100可以包括：衬底102；设置在衬底102中的多个辐射感测元件(包括辐射感测元件112和114)，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及设置在衬底102中靠近衬底102背面处的溢流漏极(OFD)150，溢流漏极150设置在多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出饱和电荷容量的那部分电荷，这部分电荷也可以称为溢流电荷。例如，溢流漏极150设置在相邻的辐射感测元件112和114之间，并且用于接收辐射感测元件112和/或辐射感测元件114生成的超出饱和电荷容量的那部分电荷。
在一个实施例中，溢流漏极150可以仅用于接收辐射感测元件112的溢流电荷。在一个实施例中，溢流漏极150可以仅用于接收辐射感测元件114的溢流电荷。在一个实施例中，溢流漏极150可以用于接收辐射感测元件112和114两者的溢流电荷。在一个实施例中，溢流漏极150不仅可以用于接收辐射感测元件112和114两者的溢流电荷，还可以用于接收与其相邻的其它辐射感测元件的溢流电荷。
注意，尽管图2A中仅示意性地示出了两个辐射感测元件112和114以及一个溢流漏极150，但根据本公开的实施例的图像传感器可以包括任意数量的辐射感测元件和任意数量的溢流漏极。
在根据本公开的实施例中，对于衬底102没有特别的限制，只要其适于在其中形成辐射感测元件和/或图像传感器的其他组成部件即可。衬底102可以包括一元半导体材料(诸如，硅或锗等)或化合物半导体材料(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合，并且衬底102中还可以形成有其它组成部件。
图2A中还示意性地示出了浮置扩散区120以及传输栅极132和134。在图2A示出的方案中，传输栅极132用于控制辐射感测元件112与浮置扩散区120的连通和断开，并且传输栅极134用于控制辐射感测元件114与浮置扩散区120的连通和断开。注意，图2A中的浮置扩散区和传输栅极仅用作例示，而不意图对图像传感器100的具体结构做出任何限制。本领域技术人员将理解，根据本公开的实施例的图像传感器100可以包括具有任意结构的、以任意形式布置的任意数量的浮置扩散区和/或传输栅极。
在图像传感器100中，溢流漏极150与多个辐射感测元件(包括辐射感测元件112和114)中的至少一个辐射感测元件中的每个辐射感测元件之间的势垒高度低于该辐射感测元件与任意一个其他辐射感测元件之间的势垒的高度。例如，溢流漏极150与辐射感测元件112之间的势垒高度和/或溢流漏极150与辐射感测元件114之间的势垒高度可以低于辐射感测元件112和114之间的势垒高度。
图2B例示了图2A中所示的图像传感器100中的势垒分布的示意图。具体而言，图2B示出了沿着图2A中的轴X和轴Y的势垒分布的示意图，其中点Z表示两个轴的交点。如图2B所示，溢流漏极150与辐射感测元件112之间的势垒高度(沿着轴Y)低于辐射感测元件112和114彼此之间的势垒高度(沿着轴X)。
在图像传感器100的操作过程中可能会发生如下情况：当辐射(在图2A中以带箭头的虚线示出)照射到该图像传感器的感光侧(衬底的背面)时，部分辐射穿过滤色器142入射到辐射感测元件112中并产生电荷，但几乎没有辐射穿过滤色器144，因此辐射感测元件114中几乎没有电荷产生。注意，图2A和图2B中用“e”来表示由辐射感测元件产生的电荷。当辐射感测元件112中生成的电荷超过其饱和电荷容量之后，由于辐射感测元件112与溢流漏极150之间的势垒高度更低，溢流电荷会穿过辐射感测元件112与溢流漏极150之间的势垒进入溢流漏极150，而不会进入相邻的辐射感测远近114，从而有效避免了高光溢出现象的发生。
在一些实施例中，可以通过调整图像传感器的各种设计参数来调整溢流漏极与多个辐射感测元件中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度。例如，溢流漏极150与所述多个辐射感测元件112和114中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度可以通过调整以下各项中至少一项来设置：溢流漏极150的尺寸和/或形状；溢流漏极150的掺杂浓度；以及溢流漏极150与任一个辐射感测元件的相对位置关系，该相对位置关系包括但不限于溢流漏极150与辐射感测元件之间的距离。
在一些实施例中，溢流漏极可以设置在相邻的两个的辐射感测元件之间，并且可以用于接收这两个相邻的辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的溢流电荷。例如，图3例示了在溢流漏极150设置在相邻的两个辐射感测元件之间的实施例中的图2A中的图像传感器100的俯视图。如图3所示，溢流漏极150设置在相邻的两个辐射感测元件112和114之间。溢流漏极150可以采用对称的结构，也可以采用不规则的结构。溢流漏极150可以设置在两个辐射感测元件112和114的正中间以用于接收来自辐射感测元件112和114两者的溢流电荷，可以设置为更靠近辐射感测元件112从而仅接收辐射感测元件112的溢流电荷，或者可以设置为更靠近辐射感测元件114从而仅接收辐射感测元件114的溢流电荷。
在一些实施例中，多个辐射感测元件以矩阵形式布置，溢流漏极可以设置在相邻的四个的辐射感测元件之间，并且可以用于接收这四个相邻的辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的溢流电荷。例如，图4例示了在溢流漏极150设置在相邻的四个辐射感测元件之间的实施例中的图2A中的图像传感器的俯视图。如图4所示，溢流漏极150设置在相邻的四个辐射感测元件112、114、116和118之间。溢流漏极150可以采用对称的结构，也可以采用不规则的结构。溢流漏极150可以设置在四个辐射感测元件112、114、116和118的正中间以用于接收来自辐射感测元件112、114、116和118的溢流电荷，可以设置为更靠近辐射感测元件112、114、116和118中的部分从而仅接收这部分辐射感测元件的溢流电荷。
在根据本公开的实施例中，可以将溢流漏极150通过金属部件连接到地，以用于将来自辐射感测元件的溢流电荷传导到地，从而防止溢流电荷对图像传感器造成干扰。在这个上下文中，应当理解的是，“金属”意味着像金属一样起作用的任何材料，而并不一定意味着严格意义上的金属。
优选地，用于将溢流漏极150连接到地的金属部件可以是用于分隔图像传感器的滤色器的金属格栅。例如，如图2A所示，图像传感器100还可以包括：设置在衬底102的背面上的电介质层170；与多个辐射感测元件112和114一一对应地设置在电介质层170之上的多个滤色器142和144，其中每个滤色器用于对入射到相应的一个辐射感测元件的辐射进行滤色；以及设置在多个滤色器之间的金属格栅160，用于防止相邻的滤色器之间发生辐射串扰。其中，溢流漏极150通过金属格栅160连接到地。例如，金属格栅160的部分可以形成为穿过电介质层170以与溢流漏极150电连接。
有利地，通过将溢流漏极150连接到地可以将溢流漏极150所接收的溢流电荷及时排出，从而避免溢流电荷对图像传感器造成干扰。优选地，在用金属格栅160分隔滤色器以避免辐射串扰的同时，还通过金属格栅160将溢流电极150连接到地从而避免使用额外的金属部件，这使得能够在不增加硬件面积消耗的基础上解决辐射感测元件的高光溢出问题。此外，由于金属格栅170可以形成为穿过电介质层170以与溢流漏极150电连接，因此金属格栅170的一部分被延长，被延长的这部分可以更为有效地避免相邻滤色器之间的辐射串扰。
在一些实施例中，形成溢流漏极150的工艺步骤可以包括n型离子注入和之后的褪火处理。在一个实施例中，褪火处理可以为激光褪火处理和微波褪火处理中的至少一项。
下面结合图5以及图6A至图6F描述根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法。其中，图5示出了根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法200的示例流程图，并且图6A至图6F示意性地示出了与图5所示的方法的部分步骤对应的图像传感器的示意性截面图。本领域技术人员将理解，结合图5以及图6A至图6F描述的图像传感器的制造方法200可以用于制造如图2A中所示的图形传感器100，因此前述对于图像传感器100的相应描述也适用于此。
如图5所示，根据本公开的实施例的图像传感器的制造方法200可以包括步骤S202、步骤S204和步骤S206。
在步骤S202处，提供衬底(参考图6A中的衬底102)。
在步骤S204处，在衬底中形成多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷。如图6B所示，在衬底102中形成辐射感测元件112和114。辐射感测元件112和114可以是例如光电二极管。
在一些实施例中，如图6B所示，用于制造图像传感器的方法200还可以可选地包括：形成浮置扩散区120以及传输栅极132和134。其中，传输栅极132用于控制辐射感测元件112与浮置扩散区120的连通和断开，并且传输栅极134用于控制辐射感测元件114与浮置扩散区120的连通和断开。注意，图6B中的浮置扩散区和传输栅极仅用作例示，而不意图对图像传感器的制造方法的做出任何限制。本领域技术人员将理解，根据本公开的实施例的图像传感器可以包括具有任意结构的、以任意形式布置的任意数量的浮置扩散区和/或传输栅极。
在步骤S206处，在衬底中靠近衬底背面处形成溢流漏极，溢流漏极设置在多个辐射感测元件之间，并且用于在多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出饱和电荷容量的那部分电荷，这部分电荷也可以称为溢流电荷。例如，如图6C所示，在衬底102中靠近衬底背面处形成溢流漏极150。溢流漏极150可以设置在相邻的辐射感测元件112和114之间，并且可以用于接收辐射感测元件112和/或辐射感测元件114生成的超出饱和电荷容量的那部分电荷。注意，步骤S204和S206的顺序可以互换，即，可以先形成辐射感测元件再形成溢流漏极，也可以先形成溢流漏极再形成辐射感测元件。
在一些实施例中，形成溢流漏极包括：通过n型离子注入在衬底中靠近衬底的背面处形成溢流漏极；以及对衬底进行褪火处理。褪火处理例如可以包括激光褪火处理和微波褪火处理中的至少一项。在一个实施例中，从衬底的正面进行离子注入以形成溢流漏极。在另一个实施例中，从衬底的背面进行离子注入以形成溢流漏极。
在一些实施例中，溢流漏极与多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件中的每个辐射感测元件之间的势垒高度低于该辐射感测元件与任意一个其他辐射感测元件之间的势垒的高度。在制造半导体装置的方法200的过程中，可以通过调整以下各项中至少一项来设置溢流漏极与多个辐射感测元件中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度：溢流漏极的尺寸和/或形状；溢流漏极的掺杂浓度；以及溢流漏极与任意一个辐射感测元件的相对位置关系，包括但不限于溢流漏极与辐射感测元件之间的距离。
在一些实施例中，溢流漏极可以设置在相邻的两个的辐射感测元件之间，并且可以用于接收这两个相邻的辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的溢流电荷。溢流漏极可以采用对称的结构，也可以采用不规则的结构。溢流漏极可以设置在两个辐射感测元件的正中间以用于接收来自两者的溢流电荷，也可以设置为更靠近其中一个辐射感测元件从而仅接收这一个辐射感测元件的溢流电荷。
在一些实施例中，多个辐射感测元件以矩阵形式布置，溢流漏极可以设置在相邻的四个的辐射感测元件之间，并且可以用于接收这四个相邻的辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的溢流电荷。溢流漏极可以采用对称的结构，也可以采用不规则的结构。溢流漏极可以设置在四个辐射感测元件的正中间以用于接收来自四个辐射感测元件的溢流电荷，也可以设置为更靠近四个辐射感测元件中的部分从而仅接收这部分辐射感测元件的溢流电荷。
在一些实施例中，用于制造图像传感器的方法200还可以包括：形成用于将溢流漏极连接到地的金属部件。在一个实施例中，用于将溢流漏极连接到地的金属部件可以是用于分隔滤色器的金属格栅。例如，如图6D所示，将衬底102倒置，在衬底102的背面上形成电介质层170。接着，如图6E所示，在电介质层170之上形成金属格栅160，使得溢流漏极150通过金属格栅170连接到地。然后，如图6F所示，在金属格栅170中形成多个滤色器142和144，多个滤色器142和144与多个辐射感测元件112和114一一对应地设置，每个滤色器用于对入射到相应的一个辐射感测元件的辐射进行滤色，其中，金属格栅160还用于防止相邻的滤色器之间发生辐射串扰。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1、一种图像传感器，所述图像传感器包括：衬底；设置在所述衬底中的多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及设置在所述衬底中靠近衬底背面处的溢流漏极，其中所述溢流漏极设置在所述多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出所述饱和电荷容量的那部分电荷。
2、根据1所述的图像传感器，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件中的每个辐射感测元件之间的势垒高度低于该辐射感测元件与任意一个其他辐射感测元件之间的势垒的高度。
3、根据2所述的图像传感器，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度能够通过调整以下各项中的至少一项来设置：所述溢流漏极的尺寸和/或形状；所述溢流漏极的掺杂浓度；以及所述溢流漏极与任意一个辐射感测元件的相对位置关系。
4、根据1所述的图像传感器，所述溢流漏极设置在相邻的两个辐射感测元件之间。
5、根据1所述的图像传感器，所述多个辐射感测元件以矩阵形式布置，所述溢流漏极设置在相邻的四个辐射感测元件之间。
6、根据1所述的图像传感器，所述溢流漏极通过金属部件连接到地。
7、根据1所述的图像传感器，所述图像传感器还包括：设置在所述衬底的背面上的电介质层；与所述多个辐射感测元件一一对应地设置在所述电介质层之上的多个滤色器，其中每个滤色器用于对入射到相应的一个辐射感测元件的辐射进行滤色；以及设置在所述多个滤色器之间的金属格栅，用于防止相邻的滤色器之间发生辐射串扰，其中，所述溢流漏极通过所述金属格栅连接到地。
8、根据1至7中任一项所述的图像传感器，形成所述溢流漏极的工艺步骤包括n型离子注入和之后的褪火处理。
9、根据8所述的图像传感器，所述褪火处理包括激光褪火处理和微波褪火处理中的至少一项。
10、一种用于制造图像传感器的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底中形成多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及在所述衬底中靠近衬底背面处形成溢流漏极，所述溢流漏极设置在所述多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出所述饱和电荷容量的那部分电荷。
11、根据10所述的方法，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件中的每个辐射感测元件之间的势垒高度低于该辐射感测元件与任意一个其他辐射感测元件之间的势垒的高度。
12、根据11所述的方法，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度能够通过调整以下各项中的至少一项来设置：所述溢流漏极的尺寸和/或形状；所述溢流漏极的掺杂浓度；以及所述溢流漏极与任意一个辐射感测元件的相对位置关系。
13、根据10所述的方法，所述溢流漏极设置在相邻的两个辐射感测元件之间。
14、根据10所述的方法，所述多个辐射感测元件以矩阵形式布置，所述溢流漏极设置在相邻的四个辐射感测元件之间。
15、根据10所述的方法，所述方法还包括：形成用于将所述溢流漏极连接到地的金属部件。
16、根据10所述的方法，所述方法还包括：在所述衬底的背面上形成电介质层；在所述电介质层之上形成金属格栅，使得所述溢流漏极通过所述金属格栅连接到地；以及在所述金属格栅中形成多个滤色器，所述多个滤色器与所述多个辐射感测元件一一对应地设置，每个滤色器用于对入射到相应的一个辐射感测元件的辐射进行滤色，其中，所述金属格栅还用于防止相邻的滤色器之间发生辐射串扰。
17、根据10至16中任一项所述的方法，形成所述溢流漏极包括：通过n型离子注入在所述衬底中靠近衬底的背面处形成所述溢流漏极；以及对所述衬底进行褪火处理。
18、根据17所述的方法，所述褪火处理包括激光褪火处理和微波褪火处理中的至少一项。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其它取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
另外，本文的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其它各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种图像传感器，其特征在于，所述图像传感器包括：
衬底；
设置在所述衬底中的多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及
设置在所述衬底中靠近衬底背面处的溢流漏极，其中所述溢流漏极设置在所述多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出所述饱和电荷容量的那部分电荷。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件中的每个辐射感测元件之间的势垒高度低于该辐射感测元件与任意一个其他辐射感测元件之间的势垒的高度。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述溢流漏极与所述多个辐射感测元件中的任意一个辐射感测元件之间的势垒高度能够通过调整以下各项中的至少一项来设置：
所述溢流漏极的尺寸和/或形状；
所述溢流漏极的掺杂浓度；以及
所述溢流漏极与任意一个辐射感测元件的相对位置关系。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述溢流漏极设置在相邻的两个辐射感测元件之间。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述多个辐射感测元件以矩阵形式布置，所述溢流漏极设置在相邻的四个辐射感测元件之间。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述溢流漏极通过金属部件连接到地。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述图像传感器还包括：
设置在所述衬底的背面上的电介质层；
与所述多个辐射感测元件一一对应地设置在所述电介质层之上的多个滤色器，其中每个滤色器用于对入射到相应的一个辐射感测元件的辐射进行滤色；以及
设置在所述多个滤色器之间的金属格栅，用于防止相邻的滤色器之间发生辐射串扰，
其中，所述溢流漏极通过所述金属格栅连接到地。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像传感器，其特征在于，形成所述溢流漏极的工艺步骤包括n型离子注入和之后的褪火处理。
9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述褪火处理包括激光褪火处理和微波褪火处理中的至少一项。
10.一种用于制造图像传感器的方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底中形成多个辐射感测元件，其中每个辐射感测元件用于响应于入射的辐射而生成相应的电荷；以及
在所述衬底中靠近衬底背面处形成溢流漏极，所述溢流漏极设置在所述多个辐射感测元件之间，并且用于在所述多个辐射感测元件中的至少一个辐射感测元件所生成的电荷超出饱和电荷容量之后，接收所生成的电荷中超出所述饱和电荷容量的那部分电荷。
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| CN102237386A (zh) * | 2010-04-27 | 2011-11-09 | 美商豪威科技股份有限公司 | 用于图像传感器的改良的激光退火 |
| CN108695347A (zh) * | 2017-04-03 | 2018-10-23 | 豪威科技股份有限公司 | 高动态范围图像传感器的串扰减少 |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101872775A (zh) * | 2009-04-24 | 2010-10-27 | 美商豪威科技股份有限公司 | 用于减少串扰的多层图像传感器像素结构 |
| CN102237386A (zh) * | 2010-04-27 | 2011-11-09 | 美商豪威科技股份有限公司 | 用于图像传感器的改良的激光退火 |
| CN108695347A (zh) * | 2017-04-03 | 2018-10-23 | 豪威科技股份有限公司 | 高动态范围图像传感器的串扰减少 |
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