CN112530983B - 影像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种影像传感器，其包括基底、第一栅极、感光元件、存储节点、至少一个第一反光层、第二反光层与第三反光层。基底具有相对的第一面与第二面。第一栅极设置在第一面的基底上。感光元件位于第一栅极的一侧的基底中。存储节点位于第一栅极的另一侧的基底中。第一反光层设置在基底中，且位于存储节点的周围。第二反光层在第一面遮蔽存储节点，且电连接至第一反光层。第三反光层在第二面遮蔽存储节点，且电连接第一反光层。
Description
技术领域
本发明涉及一种半导体元件，且特别是涉及一种影像传感器。
背景技术
目前有些种类的影像传感器(如，全域快门影像传感器(global shutter imagesensor))具有位于基底中且用以存储信号的存储节点(storage node)。然而，杂散光(stray light)对存储在存储节点中的信号所造成的干扰(crosstalk)以及由界面缺陷所产生暗电流(dark current)，会造成影像品质不佳。因此，如何有效地防止杂散光干扰与降低暗电流为目前持续努力发展的目标。
发明内容
本发明提供一种影像传感器，其可有效地防止杂散光干扰与降低暗电流。
本发明提出一种影像传感器，包括基底、第一栅极、感光元件、存储节点、至少一个第一反光层、第二反光层与第三反光层。基底具有相对的第一面与第二面。第一栅极设置在第一面的基底上。感光元件位于第一栅极的一侧的基底中。存储节点位于第一栅极的另一侧的基底中。第一反光层设置在基底中，且位于存储节点的周围。第二反光层在第一面遮蔽存储节点，且电连接至第一反光层。第三反光层在第二面遮蔽存储节点，且电连接第一反光层。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，第一反光层可从第一面延伸至第二面。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，第二反光层可共形地设置在第一面。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，第一反光层的材料例如是掺杂多晶硅或金属。第二反光层的材料例如是金属或掺杂多晶硅。第三反光层的材料例如是掺杂多晶硅或金属。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，影像传感器例如是背照式影像传感器(backside illuminated image sensor，BSI image sensor)。第二反光层在第一面还可遮蔽感光元件。第三反光层可具有暴露出感光元件的开口。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，还可包括至少一个第四反光层。第四反光层设置在基底中，且位于感光元件的周围。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，还可包括第一介电层、第二介电层、第三介电层与第四介电层。第一介电层位于第一反光层与基底之间。第二介电层位于第二反光层与基底之间。第三介电层位于第三反光层与基底之间。第四介电层位于第四反光层与基底之间。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，还可包括第五反光层。第五反光层设置在第三反光层上。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，还可包括隔离结构。隔离结构设置在基底中，且围绕部分第一反光层。
依照本发明的一实施例所述，在上述影像传感器中，还可包括第二栅极、第三栅极、第一栅介电层、第二栅介电层与第三栅介电层。第二栅极设置在第一面的基底上，且位于存储节点的远离第一栅极的一侧。第三栅极设置在第一面的基底上，且位于第二栅极的远离存储节点的一侧。第一栅介电层位于第一栅极与基底之间。第二栅介电层位于第二栅极与基底之间。第三栅介电层位于第三栅极与基底之间。
基于上述，在本发明所提出的影像传感器中，第一反光层设置在基底中，且位于存储节点的周围，第二反光层在第一面遮蔽存储节点，且第三反光层在第二面遮蔽存储节点。如此一来，第一反光层、第二反光层与第三反光层可充分地围绕存储节点，因此可有效地防止杂散光干扰。此外，第一反光层、第二反光层与第三反光层彼此电连接，当施加偏压至第一反光层、第二反光层与第三反光层时，可形成钝化界面(passivated interface)，由此可有效地降低暗电流。另外，由于本发明所提出的影像传感器可有效地防止杂散光干扰与降低暗电流，因此影像传感器可具有较佳的影像品质。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的影像传感器的上视图；
图2为沿着图1中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图；
图3为本发明另一实施例沿着图1中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图；
图4为本发明另一实施例沿着图1中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图。；
图5为本发明另一实施例的影像传感器的上视图；
图6为沿着图5中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图。
符号说明
10、20、30、40：影像传感器
100：基底
102、130、132：栅极
104：感光元件
106：存储节点
108、110、112、116、126：反光层
113：开口
114：隔离结构
118、120、122、124、152、156：介电层
128：钉扎层
134、136、138：栅介电层
140、142：掺杂区
144：阱区
146、148、150：间隙壁
154：内连线结构
158：彩色滤光层
160：微透镜
S1：第一面
S2：第二面
具体实施方式
图1为本发明一实施例的影像传感器的上视图。图2为沿着图1中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图。在图1中省略图2中的部分构件，以清楚绘示出图1中各构件之间的配置关系。
请参照图1与图2，影像传感器10，包括基底100、栅极102、感光元件104、存储节点106、至少一个反光层108、反光层110与反光层112。在本实施例中，影像传感器10是以背照式影像传感器为例，但本发明并不以此为限。
基底100具有相对的第一面S1与第二面S2。基底100的材料例如是半导体材料，如外延硅，但本发明并不以此为限。基底100可具有第一导电型。以下，所记载的第一导电型与第二导电型可分别为P型导电型与N型导电型中的一者与另一者。在本实施例中，第一导电型是以P型导电型为例，且第二导电型是以N型导电型为例，但本发明并不以此为限。
栅极102设置在第一面S1的基底100上。栅极102可用以作为转移栅极(transfergate)。栅极102的材料例如是掺杂多晶硅。
感光元件104位于栅极102的一侧的基底100中。感光元件104例如是光二极管(photodiode)。
存储节点106位于栅极102的另一侧的基底100中。存储节点106可由PN二极管电容所形成，且PN二极管电容可为包含N型区与P型区的空乏区电容。
反光层108设置在基底100中，且位于存储节点106的周围。反光层108可防止杂散光照射到存储节点106。此外，当施加偏压至反光层108时，可形成钝化界面，由此可有效地降低暗电流。反光层108可从第一面S1延伸至第二面S2，但本发明并不以此为限。反光层108的材料例如是导体材料，如掺杂多晶硅或金属。在图1与图2中，反光层108的数量是以多个为例，但本发明的反光层108的数量并不限于图1与图2中的数量，只要反光层108的数量为至少一个即属于本发明所保护的范围。
反光层110在第一面S1遮蔽存储节点106，且电连接至反光层108。反光层110可防止杂散光照射到存储节点106。此外，当施加偏压至反光层110时，可形成钝化界面，由此可有效地降低暗电流。此外，反光层110的一部分可作为用于电连接至反光层108的接触窗，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，还可另外形成电连接于反光层110与反光层108之间的接触窗(未示出)。在影像传感器10为背照式影像传感器的情况下，反光层110在第一面S1还可遮蔽感光元件104。反光层110的材料例如是导体材料，如金属或掺杂多晶硅。在本实施例中，所指的「遮蔽」可为「完全遮蔽」或「部分遮蔽」。
反光层112在第二面S2遮蔽存储节点106，且电连接反光层108。反光层112可防止杂散光照射到存储节点106。此外，当施加偏压至反光层112时，可形成钝化界面，由此可有效地降低暗电流。此外，反光层112的一部分可作为用于电连接至反光层108的接触窗，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，还可另外形成电连接于反光层112与反光层108之间的接触窗(未示出)。在影像传感器10为背照式影像传感器的情况下，反光层112可具有暴露出感光元件104的开口113。反光层112的材料例如是导体材料，如掺杂多晶硅或金属。在本实施例中，反光层112的材料是以掺杂多晶硅为例。
此外，影像传感器10中，影像传感器10，还包括隔离结构114、至少一个反光层116、介电层118、介电层120、介电层122、介电层124、反光层126、钉扎层(pinning layer)128、栅极130、栅极132、栅介电层134、栅介电层136、栅介电层138、掺杂区140、掺杂区142、阱区144、间隙壁146、间隙壁148、间隙壁150、介电层152、内连线结构154、介电层156、彩色滤光层158与微透镜160中的至少一者。
隔离结构114(图1)设置在基底100中。隔离结构114例如是浅沟槽隔离结构。隔离结构114的材料例如是氧化硅。
反光层116设置在基底100中，且位于感光元件104的周围。反光层116可反射大角度的入射光使其入射到感光元件104内以增加光吸收效率，并可阻挡杂散光对感光元件104造成信号干扰。反光层110可电连接至反光层116。此外，当施加偏压至反光层116时，可形成钝化界面，由此可有效地降低暗电流。反光层116可从第一面S1延伸至第二面S2，但本发明并不以此为限。反光层116的材料例如是导体材料，如掺杂多晶硅或金属。在图1与图2中，反光层116的数量是以一个为例，但本发明并不以此为限。在其他实施例中，反光层116的数量可为多个。只要反光层116的数量为至少一个即属于本发明所保护的范围。另外，反光层108与反光层116可通过相同制作工艺同时形成。
介电层118位于反光层108与基底100之间。介电层120位于反光层110与基底100之间。介电层122位于反光层112与基底100之间。介电层124位于反光层116与基底100之间。介电层118、介电层120、介电层122与介电层124的材料例如是氧化硅。此外，介电层118与介电层124可通过相同制作工艺同时形成。
反光层126设置在反光层112上。反光层126可在第二面S2遮蔽存储节点106，且可经由反光层112而电连接反光层108。反光层126可用以防止杂散光的干扰。此外，当施加偏压至反光层126时，可形成钝化界面，由此可有效地降低暗电流。在影像传感器10为背照式影像传感器的情况下，开口113还可位于反光层126中，而暴露出感光元件104。反光层126的材料例如是导体材料，如掺杂多晶硅或金属。在本实施例中，反光层126的材料是以金属为例。
钉扎层128可位于感光元件104的表面。钉扎层128可用以降低暗电流。钉扎层128可为第一导电型(如，P型)的重掺杂区。
栅极130设置在第一面S1的基底100上，且位于存储节点106的远离栅极102的一侧。栅极130可用以作为转移栅极。栅极130的材料例如是掺杂多晶硅。
栅极132设置在第一面S1的基底100上，且位于栅极130的远离存储节点106的一侧。栅极132可用以作为重置栅极(reset gate)。栅极132的材料例如是掺杂多晶硅。
栅介电层134位于栅极102与基底100之间。栅介电层136位于栅极130与基底100之间。栅介电层138位于栅极132与基底100之间。栅介电层134、栅介电层136与栅介电层138的材料例如是氧化硅。
掺杂区140与掺杂区142分别为在栅极132的一侧与另一侧的基底100中，且掺杂区140位于栅极132与栅极130之间。掺杂区140与掺杂区142分别可具有第二导电型(如，N型)。
阱区144位于基底100中。存储节点106、掺杂区140与掺杂区142位于阱区144中。阱区144可具有第一导电型(如，P型)。
间隙壁146设置在栅极102的侧壁上。间隙壁148设置在栅极130的侧壁上。间隙壁150设置在栅极132的侧壁上。间隙壁146、间隙壁148、间隙壁150分别可为单层结构或多层结构。间隙壁146、间隙壁148、间隙壁150的材料例如是氧化硅、氮化硅或其组合。
介电层152设置在介电层120上。反光层110位于介电层152中。介电层152可为单层结构或多层结构。介电层152的材料例如是氧化硅、氮化硅或其组合。
内连线结构154设置在介电层152中。内连线结构154可包括导线、接触窗(contact)、介层窗(via)或其组合。内连线结构154的材料例如是钨、铝、铜或其组合。
介电层156填入开口113中，且覆盖介电层122与反光层126。介电层156的材料例如是氧化硅。彩色滤光层158设置在介电层156上。彩色滤光层158的材料例如是光致抗蚀剂材料。微透镜160设置在彩色滤光层158上。微透镜160的材料例如是光致抗蚀剂材料。
基于上述实施例可知，在影像传感器10中，反光层108设置在基底100中，且位于存储节点106的周围，反光层110在第一面S1遮蔽存储节点106，且反光层112在第二面S2遮蔽存储节点106。如此一来，反光层108、反光层110与反光层112可充分地围绕存储节点106，因此可有效地防止杂散光干扰。此外，反光层108、反光层110与反光层112彼此电连接，当施加偏压至反光层108、反光层110与反光层112时，可形成钝化界面，由此可有效地降低暗电流。另外，由于影像传感器10可有效地防止杂散光干扰与降低暗电流，因此影像传感器10可具有较佳的影像品质。
图3为本发明另一实施例沿着图1中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图。
请参照图2与图3，影像传感器20与影像传感器10的差异如下。在图3中，影像传感器20不包括图2中的反光层126。此外，在影像传感器20与影像传感器10中，相同的构件以相同的符号表示，并省略其说明。
图4为本发明另一实施例沿着图1中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图。
请参照图2与图4，影像传感器30与影像传感器10的差异如下。在图4的影像传感器30中，反光层110可共形地设置在第一面S1。举例来说，反光层110可共形地设置在介电层120上。此外，在影像传感器30与影像传感器10中，相同的构件以相同的符号表示，并省略其说明。
图5为本发明另一实施例的影像传感器的上视图。图6为沿着图5中的I-I’剖面线与II-II’剖面线的剖视图。
请参照图1、图2、图5与图6，影像传感器40与影像传感器10的差异在于隔离结构114的设置方式不同。在图5与图6的影像传感器40中，隔离结构114围绕部分反光层108且还可围绕部分反光层116。此外，在影像传感器40与影像传感器10中，相同的构件以相同的符号表示，并省略其说明。
综上所述，在上述实施例的影像传感器中，反光层可充分地围绕存储节点，因此可有效地防止杂散光干扰。此外，当施加偏压至反光层时，可形成钝化界面，由此可有效地降低暗电流。另外，由于上述实施例的影像传感器可有效地防止杂散光干扰与降低暗电流，因此影像传感器可具有较佳的影像品质。
虽然结合以上实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。
Claims (10)
1.一种影像传感器，其特征在于，包括：
基底，具有相对的第一面与第二面；
第一栅极，设置在所述第一面的所述基底上；
感光元件，位于所述第一栅极的一侧的所述基底中；
存储节点，位于所述第一栅极的另一侧的所述基底中；
至少一个第一反光层，设置在所述基底中，且位于所述存储节点的周围；
第二反光层，在所述第一面遮蔽所述存储节点，且电连接至所述至少一个第一反光层；以及
第三反光层，在所述第二面遮蔽所述存储节点，且电连接至所述至少一个第一反光层。
2.如权利要求1所述的影像传感器，其中所述至少一个第一反光层从所述第一面延伸至所述第二面。
3.如权利要求1所述的影像传感器，其中所述第二反光层共形地设置在所述第一面。
4.如权利要求1所述的影像传感器，其中所述至少一个第一反光层的材料包括掺杂多晶硅或金属，所述第二反光层的材料包括金属或掺杂多晶硅，且所述第三反光层的材料包括掺杂多晶硅或金属。
5.如权利要求1所述的影像传感器，其中所述影像传感器为背照式影像传感器，所述第二反光层在所述第一面还遮蔽所述感光元件，且所述第三反光层具有暴露出所述感光元件的开口。
6.如权利要求1所述的影像传感器，还包括：
至少一个第四反光层，设置在所述基底中，且位于所述感光元件的周围。
7.如权利要求6所述的影像传感器，还包括：
第一介电层，位于所述至少一个第一反光层与所述基底之间；
第二介电层，位于所述第二反光层与所述基底之间；
第三介电层，位于所述第三反光层与所述基底之间；以及
第四介电层，位于所述第四反光层与所述基底之间。
8.如权利要求1所述的影像传感器，还包括：
第五反光层，设置在所述第三反光层上。
9.如权利要求1所述的影像传感器，还包括：
隔离结构，设置在所述基底中，且围绕部分所述至少一个第一反光层。
10.如权利要求1所述的影像传感器，还包括：
第二栅极，设置在所述第一面的所述基底上，且位于所述存储节点的远离所述第一栅极的一侧；
第三栅极，设置在所述第一面的所述基底上，且位于所述第二栅极的远离所述存储节点的一侧；
第一栅介电层，位于所述第一栅极与所述基底之间；
第二栅介电层，位于所述第二栅极与所述基底之间；以及
第三栅介电层，位于所述第三栅极与所述基底之间。
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