CN207558798U - 背照式图像传感器及成像系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种背照式图像传感器及成像系统，通过位于光电二极管之间的深沟槽隔离结构隔离光电二极管，深沟槽隔离结构中的导电材料通过焊盘耦合到电压源，导电材料响应于从所述电压源施加于导电材料的电压而在深沟槽隔离结构与半导体材料的界面处的半导体材料内诱发电荷，减少来自深沟槽隔离结构与半导体材料的界面处的缺陷对光电二极管的影响，从而减轻光电二极管的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

Description

背照式图像传感器及成像系统

技术领域

本实用新型涉及一种背照式图像传感器及成像系统。

背景技术

图像传感器已变得无所不在。图像传感器在数码静态相机、蜂窝式电话、监控摄像机，以及医疗、汽车及其它应用中广泛使用。用以制造图像传感器的技术持续大幅进步。举例来说，对更高分辨率及更低功耗的需求已经促进这些装置的进一步微型化及集成。

像素串扰当前限制了半导体图像传感器装置的性能。理论上，图像传感器中的每一像素作为独立光子检测器操作。换句话说，一个像素中的电子/空穴含量不会溢出到相邻像素(或装置中的任何其它像素)。在真实图像传感器中，情况并非如此。电信号可从一个像素移动到另一像素。此串扰可增加热噪点的数目、降低图像传感器灵敏度，并导致彩色信号混合。不幸的是，串扰的许多解决方案通常扩大了暗电流的影响或促成暗电流。暗电流与串扰的组合可造成明显的图像劣化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种背照式图像传感器及成像系统，减少像素缺陷，减轻暗电流及热噪点，提高成像质量。

基于以上考虑，本实用新型的一个方面提供一种背照式图像传感器，其包括：多个光电二极管，其位于半导体材料中；深沟槽隔离结构，其位于所述光电二极管之间以隔离所述光电二极管；焊盘，其位于所述半导体材料中且耦合至电压源；其中所述深沟槽隔离结构包含：导电材料，其耦合到所述焊盘及所述电压源；及电介质材料，其位于所述深沟槽隔离结构的侧壁上且介于所述半导体材料与所述导电材料之间。

优选的，所述焊盘通过外部金属连线耦合到外部电压源。

优选的，所述背照式图像传感器进一步包括：位于所述半导体材料下方的金属互连层，所述焊盘通过接触孔耦合至金属互连层的内部电压源。

优选的，所述焊盘位于半导体材料的表面上或凹槽中。

优选的，所述导电材料通过金属连线耦合到所述焊盘。

优选的，所述金属连线与所述半导体材料之间由介质层进行电隔离。

优选的，所述光电二极管为N型掺杂区域，所述电压源为负电压源。

优选的，所述光电二极管为P型掺杂区域，所述电压源为正电压源。

优选的，所述导电材料包含钨、铜、铝、钛、多晶硅中的至少一种或其任意组合。

优选的，所述电介质材料包含氧化铪、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝中的至少一种或其任意组合。

本实用新型的另一方面还提供一种包括所述背照式图像传感器的成像系统。

本实用新型的背照式图像传感器及成像系统，通过位于光电二极管之间的深沟槽隔离结构隔离光电二极管，深沟槽隔离结构中的导电材料通过焊盘耦合到电压源，导电材料响应于从所述电压源施加于导电材料的电压而在深沟槽隔离结构与半导体材料的界面处的半导体材料内诱发电荷，减少来自深沟槽隔离结构与半导体材料的界面处的缺陷对光电二极管的影响，从而减轻光电二极管的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

附图说明

通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本实用新型某些原理的具体实施方式，本实用新型所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。

图1是本实用新型的背照式图像传感器的剖视图；

图2是根据本实用新型一个实施例的背照式图像传感器的深沟槽隔离结构的放大视图；

图3是根据本实用新型另一实施例的背照式图像传感器的深沟槽隔离结构的放大视图；

图4是根据本实用新型的成像系统的示意图。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。

图1示出本实用新型的背照式图像传感器100的一个实施例。该背照式图像传感器100包括：多个光电二极管111，其位于半导体材料101中；深沟槽隔离结构，其位于所述光电二极管111之间以隔离所述光电二极管111；焊盘142，其位于所述半导体材料101中且耦合至电压源；其中所述深沟槽隔离结构包含：导电材料113，其耦合到所述焊盘142及所述电压源；及电介质材料115，其位于所述深沟槽隔离结构的侧壁上且介于所述半导体材料101与所述导电材料115之间。

由于深沟槽隔离结构中的导电材料113通过焊盘142耦合到电压源，导电材料113响应于从电压源施加于导电材料的电压而在深沟槽隔离结构与半导体材料101的界面处的半导体材料101内诱发电荷，减少来自深沟槽隔离结构与半导体材料101的界面处的缺陷对光电二极管111的影响，从而减轻光电二极管111的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

优选的，导电材料113通过金属连线143耦合到焊盘142，金属连线143与半导体材料101之间由介质层144进行电隔离。

优选的，该背照式图像传感器100进一步包括位于半导体材料101下方的金属互连层140，焊盘142通过接触孔141耦合至金属互连层140的内部电压源。在未示出的其他实施例中，焊盘142还可以通过外部金属连线耦合到外部电压源。

在图1所示的实施例中，焊盘142位于半导体材料101的凹槽中；在未示出的其他实施例中，焊盘142还可以位于半导体材料101的表面。

图2、图3分别是根据本实用新型的背照式图像传感器100的深沟槽隔离结构的放大视图。

在如图2所示的一个实施例中，所述光电二极管111为N型掺杂区域，所述电压源为负电压源，导电材料113响应于从负电压源施加于导电材料的负电压而在深沟槽隔离结构与半导体材料101的界面处的半导体材料101内诱发正电荷，减少来自深沟槽隔离结构与半导体材料101的界面处的缺陷对光电二极管111的影响，从而减轻光电二极管111的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

在如图3所示的另一实施例中，所述光电二极管111为P型掺杂区域，所述电压源为正电压源，导电材料113响应于从正电压源施加于导电材料的正电压而在深沟槽隔离结构与半导体材料101的界面处的半导体材料101内诱发负电荷，减少来自深沟槽隔离结构与半导体材料101的界面处的缺陷对光电二极管111的影响，从而减轻光电二极管111的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

在本实用新型的一个实施例中，电介质材料115可包含二氧化硅(SiO₂)；然而，在其它实例中， 电介质材料115可包含其它氧化物，例如：氧化铪(HfO₂或HfO_x)、氮化硅(Si₃N₄)、氮氧化硅 (SiO_xN_y)、氧化钽(Ta₂O₅)、二氧化钛(TiO₂)、氧化锆(ZrO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镧(La₂O₃)、 氧化镨(Pr₂O₃)、氧化铈(CeO₂)、氧化钕(Nd₂O₃)、氧化钷(Pm₂O₃)、氧化钐(Sm₂O₃)、氧化铕 (Eu₂O₃)、氧化钆(Gd₂O₃)、氧化铽(Tb₂O₃)、氧化镝(Dy₂O₃)、氧化钬(Ho₂O₃)、氧化铒(Er₂O₃)、氧化铥(Tm₂O₃)、氧化镱(Yb₂O₃)、氧化镥(Lu₂O₃)、氧化钇等(Y₂O₃)等等。此外，相关领域的技术人员将认识到，根据本实用新型的教示，可在电介质材料115中采用上述金属/半导体及其氧化物/ 氮化物/氮氧化物的任何化学计量组合。

类似地，导电材料113可包含钨；然而，导电材料113还可包含例如以下项的金属：铜、金、钯、银、铝、铟、铅、镍、钛等，以及多晶硅。相关领域的技术人员将认识到，上述金属(及未列举的其它金属)以及多晶硅的任何化学计量组合可用于形成导电材料113。

图4为包含图1的图像传感器100的成像系统200的一个实例。成像系统200包含像素阵列205、控制电路221、读出电路211及功能逻辑215。在一个实例中，像素阵列205是光电二极管或图像传感器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的二维(2D)阵列。如所说明，光电二极管布置成行(例如，行R1到行Ry)及列(例如，C1到Cx)以获取人物、场所、对象等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人物、场所、对象等的2D图像。

在一个实例中，在像素阵列205中的每一图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，图像数据由读出电路211读出且接着被转移到功能逻辑215。读出电路211可经耦合以从像素阵列205中的多个光电二极管读出图像数据。在各种实例中，读出电路211可包含放大电路、模/数转换(ADC)电路或其它。功能逻辑215可简单地存储图像数据或甚至通过施加后期图像效果(例如，剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵图像数据。在一个实例中，读出电路211可沿着读出列线一次读出一行图像数据(已说明)，或可使用例如串行读出或同时完全并行读出所有像素的多种其它技术(未说明)来读出所述图像数据。

在一个实例中，控制电路221耦合到像素阵列205以控制像素阵列205中的多个光电二极管的操作。例如，控制电路221可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，所述快门信号为全局快门信号，其用于同时启用像素阵列205内的所有像素以在单个获取窗期间同时俘获其相应的图像数据。在另一实例中，所述快门信号为滚动快门信号，使得在连续获取窗期间循序地启用像素的每一行、每一列或每一群组。在另一实例中，图像采集与照明效果(例如闪光)同步。

在一个实例中，成像系统200可包含于数码相机、手机、膝上型计算机等中。此外，成像系统200可耦合到其它硬件，例如处理器、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等等)、照明/闪光、电输入(键盘、触摸显示器、跟踪垫、鼠标、麦克风等等)和/或显示器。其它的硬件可将指令传送到成像系统200，从成像系统200提取图像数据或操纵由成像系统200供应的图像数据。

本实用新型的背照式图像传感器及成像系统，通过位于光电二极管之间的深沟槽隔离结构隔离光电二极管，深沟槽隔离结构中的导电材料通过焊盘耦合到电压源，导电材料响应于从所述电压源施加于导电材料的电压而在深沟槽隔离结构与半导体材料的界面处的半导体材料内诱发电荷，减少来自深沟槽隔离结构与半导体材料的界面处的缺陷对光电二极管的影响，从而减轻光电二极管的暗电流及热噪点，进而提高成像质量。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

Claims (11)

1.一种背照式图像传感器，其特征在于，其包括：

多个光电二极管，其位于半导体材料中；

深沟槽隔离结构，其位于所述光电二极管之间以隔离所述光电二极管；

焊盘，其位于所述半导体材料中且耦合至电压源；

其中所述深沟槽隔离结构包含：

导电材料，其耦合到所述焊盘及所述电压源；及

电介质材料，其位于所述深沟槽隔离结构的侧壁上且介于所述半导体材料与所述导电材料之间。

2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述焊盘通过外部金属连线耦合到外部电压源。

3.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，其进一步包括：位于所述半导体材料下方的金属互连层，所述焊盘通过接触孔耦合至金属互连层的内部电压源。

4.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述焊盘位于半导体材料的表面上或凹槽中。

5.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述导电材料通过金属连线耦合到所述焊盘。

6.根据权利要求5所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述金属连线与所述半导体材料之间由介质层进行电隔离。

7.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述光电二极管为N型掺杂区域，所述电压源为负电压源。

8.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述光电二极管为P型掺杂区域，所述电压源为正电压源。

9.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述导电材料包含钨、铜、铝、钛、多晶硅中的至少一种或其任意组合。

10.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述电介质材料包含氧化铪、二氧化硅、氮氧化硅、氧化铝中的至少一种或其任意组合。

11.一种成像系统，其特征在于，其包括：如权利要求1-10中任一项所述的背照式图像传感器。