TWI423434B - 具有磊晶自對準光感測器之影像感測器 - Google Patents
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Description
本發明大體上係關於影像感測器，且詳言之但非排他地係關於互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。
影像感測器廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、保全相機以及醫療、汽車及其他應用中。互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)技術用以在矽基板上製造較低成本的影像感測器。在大量影像感測器中，被稱為釘紮光電二極體的光電二極體結構由於其低的雜訊效能而得以使用。在此等習知光電二極體結構中，P+型摻雜層鄰近於傳送閘極而離子植入於矽表面處或剛好植入於該矽表面下方。N型摻雜層亦鄰近於該傳送閘極較深地離子植入至該P型摻雜矽基板中。該N型層為儲存遠離通常存在缺陷之表面區域之電荷的內埋層。P+型摻雜層之目的為使光電二極體表面上之缺陷鈍化。P+型摻雜釘紮層、N型摻雜光電二極體區域及鄰近傳送閘極之邊緣的相對位置應仔細地加以工程設計，以改良經由傳送閘極進行的光電二極體電荷傳送。此情形隨著CMOS影像感測器(「CIS」)持續小型化而變得日益重要。
隨著CIS持續小型化，其像素且主要為其光電二極體區域之面積收縮，此情形導致較小的截獲光且保持光生電荷的能力。另外，隨著引入背側照明式(「BSI」)影像感測器，其變薄的基板尤其針對較長波長的光對光生電荷進一步限制，較長波長的光可穿過矽基板而未被完全吸收。雖然製造技術的進展促進最小容許CMOS大小的減小，但形狀置放之可變性(亦即，對準容限)之減小已以較慢速率進行。影像延滯常常取決於N型摻雜光電二極體與其鄰近傳送閘極邊緣之間的一致對準容限。
參看以下圖式描述例示性實施例，其中相似參考數字遍及各圖指代相似部分，除非另有規定。
本文中描述具有改良之影像延滯、雜訊及長波長敏感性特性之像素、影像感測器、成像系統，及像素、影像感測器及成像系統之製造方法的實施例。在以下描述中，陳述眾多特定細節以提供對該等實施例之透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，本文中所描述之技術可在無該等特定細節中之一或多者的情況下或利用其他方法、組件、材料等來實踐。在其他情形下，未詳細展示或描述熟知之結構、材料或操作，以避免混淆某些態樣。舉例而言，雖然未加以說明，但應瞭解，影像感測器像素可包括安置在前側或後側上之多個材料層(例如，像素電路、介電層、金屬堆疊、彩色濾光片、微透鏡等)，以及用於製造CIS像素之其他習知層(例如，抗反射膜等)。此外，本文中所說明之影像感測器像素的所說明之橫截面未必說明與每一像素相關聯的像素電路。然而，應瞭解，每一像素可包括耦接至其用於執行多種功能(諸如，開始影像獲取、重設積聚之影像電荷、傳送出所獲取之影像資料)之收集區域的像素電路。
遍及本說明書引用「一項實施例」或「一實施例」意謂，結合該實施例所描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一項實施例中。因此，遍及本說明書在各處出現片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」未必均指同一實施例。此外，可在一或多項實施例中以任何合適方式組合特定特徵、結構或特性。
圖1說明習知CMOS影像感測器(「CIS」)像素100。CIS像素100之前側為如下一側，在該側上，像素電路在安置於基板105之上之磊晶(「epi」)層104內形成且由淺渠溝隔離區域(「STI」)107分離，並且用於重新分配信號的金屬堆疊110在該側之上形成。像素電路亦可包括兩側上有間隔物125的傳送閘極120。在該傳送閘極之一側上，形成了光電二極體區域(「PD」)130，其在傳送閘極120下延伸。釘紮層135形成於PD區域130之上，且在含有STI 107之摻雜井140之上延伸。在該傳送閘極130之另一側上，形成了另一摻雜井141，其在傳送閘極120下延伸。浮動二極體145鄰近於傳送閘極120形成於摻雜井141內。介電層150形成於傳送閘極120、釘紮層135及浮動二極體145之上。
對於前側照明式影像感測器，金屬層(例如，金屬層160及165)可以一方式圖案化以便產生光學通道，入射在CIS像素100之前側上之光可經由該光學通道抵達PD區域130。為實施彩色CIS，CIS像素100之前側進一步包括安置在微透鏡175下之彩色濾光片層170。微透鏡175輔助將光聚焦至PD區域130上。對於背側照明式影像感測器，光入射於背側上，且因此，彩色濾光片及微透鏡定位於背側之上。
在操作中，在整合週期(亦稱為曝光或積聚週期)期間，PD區域130儲存與其在陣列中之位置處之光強度成比例的電荷量。在該整合週期後，傳送閘極120開啟以將PD區域130中所保持之電荷傳送至浮動二極體145。在該信號已傳送至浮動擴散區145後，傳送閘極120再次關斷以對後續整合週期作好準備措施。浮動擴散區145上之信號可接著用以調變放大或源極隨耦器電晶體(未圖示)。
如圖1中所說明，PD區域130之一部分在傳送閘極120及間隔物125下延伸以形成區域136。在傳送閘極120下仔細置放PD區域130有益於將信號自PD區域130最佳地傳送至浮動擴散區145。一種普通方法為經由以相對於表面法線之角度(例如，45度)離子植入摻雜劑而在傳送閘極120之邊緣下插入PD區域摻雜劑。與此製程相關聯之可變性的多個來源需要重疊較大，以便確保與後續釘紮層135的重疊及分離。此大的且可變之重疊限制像素小型化之量，以及促成影像延滯效能之可變性。另外，使用離子植入會引入晶體缺陷，該等晶體缺陷導致暗電流且將雜訊貢獻至所傳送之信號。此外，傳送閘極之離子轟擊可使下層閘極氧化物之完整性降級。歸因於氧化物降級之此發生，對離子植入參數具有上限，此情形限制了PD區域130之設計的靈活性。
圖2為根據本申請案之一實施例的磊晶自對準光電二極體像素200之側視圖。像素200之所說明實施例包括類似於像素100之結構的一些結構。相似結構具有相似標記。PD區域230(亦一般稱為光感測器區域230)藉由首先蝕刻至磊晶層104中且接著磊晶生長諸如矽鍺(SiGe)層或矽(Si)層的層而形成。SiGe或Si磊晶層可生長，以使得其上表面向上延伸超出磊晶層104之原始表面。經摻雜釘紮層236沿SiGe或Si磊晶層之上表面形成。此結構所致之一改良為傳送閘極120及間隙物125下之PD區域230的延伸區域236可以較小可變性形成，且可因此針對較小重疊加以設計而無未能重疊的風險。此情形使較激進之小型化能夠繼續進行。亦因為未使用離子植入，所以避免了通常與高能植入相關聯的表面缺陷及多晶閘極氧化物完整性降級。
圖3A至圖3C說明根據一項實施例的一種用於製造磊晶自對準光電二極體200之技術。圖3A說明類似於像素200之像素的橫截面，該像素已製造達傳送閘極120、間隔物125、STI 107及井140與141由蝕刻遮罩310保護且PD區域230已藉由PD移除蝕刻自磊晶層104移除以在磊晶層104內形成凹座之時。PD移除蝕刻製程亦在傳送閘極120下產生延伸區域236，且與傳送閘極120及間隔物125自對準。延伸區域236之寬度可處於約40奈米與約400奈米之間。PD移除蝕刻製程元件類似於應變工程設計CMOS電晶體技術中所使用之元件，且其能夠在傳送閘極120及間隔物125下提供良好控制且可重複的延伸區域236。PD移除蝕刻可為各向同性或各向異性的，且其可使用氣體或液體蝕刻劑。終止於矽之(111)結晶平面的蝕刻劑通常用於進階CMOS製造過程中，且可適用於此實施例。PD移除蝕刻可使用深各向異性蝕刻步驟以產生深空腔，繼之以經設計以在傳送閘極120下產生與傳送閘極120及間隔物125自對準之延伸區域236的單獨步驟。
在PD移除蝕刻後，如圖3B中所展示，諸如矽或矽鍺合金之磊晶生長區域形成於藉由PD移除蝕刻所形成的空腔中。磊晶生長區域選擇性地填充於傳送閘極120及間隔物125下之延伸區域236中。生長層並不沈積在遮罩310上。在沈積磊晶生長之PD區域230期間，蝕刻劑物質可交替引入於生長步驟之間，以便自遮罩310之上移除任何生長物。在一項實施例中，磊晶生長之PD區域230持續生長在磊晶層104之原始表面上方。以此方式，PD區域230之厚度可增加且進一步加強其更好地吸收較長波長之光子的能力，該等較長波長之光子相比於較短波長之光子可較深地滲透至SiGe及Si中。在一項實施例中，磊晶生長之PD區域230可在磊晶層104之原始表面或頂表面上方形成半球形形狀，該半球形形狀可充當用於前側照明式影像感測器像素之光學透鏡以將光聚焦至PD區域230中，或充當用於背側照明式影像感測器像素之光學反射器以將已穿過PD區域230之光反射回至PD區域230中。在一項實施例中，磊晶生長之PD區域230之厚度處於約200奈米與約2000奈米之間。在一些實施例中，PD區域230延伸於傳送閘極120之頂部上方，如所說明。
在一項實施例中，矽鍺合金可用於製造PD區域230。矽鍺有效於吸收近紅外線光子。矽之能帶隙隨著其與增加之量的鍺成合金而減小，從而實質上增加吸收係數，在較長波長下尤為如此。藉由使用矽鍺合金，可見光譜中之吸收係數亦增加。矽鍺合金可隨著其在生長製程期間藉由添加P或N型摻雜劑之熟知摻雜劑源來生長而被摻雜。可控制並改變摻雜濃度分佈(doping profile)(亦即，摻雜隨生長厚度而變之濃度)。
在形成自對準之磊晶生長之PD區域230後，釘紮層235形成於PD區域230之表面之上，如圖3C中所展示。可藉由使用(例如)B11
、BF2
或銦離子之P型摻雜劑來離子植入PD區域230之表面。舉例而言，P型摻雜劑離子植入劑量可處於4×1012
離子/平方公分與1×1015
離子/平方公分之間。若使用BF2
，則離子植入能量可處於5 KeV與500 KeV之間。或者，可在PD區域230之磊晶生長製程期間作為摻雜劑添加至生長層的最終步驟形成釘紮層235。
一般熟習此項技術者應瞭解，其他方法可用於形成磊晶光電二極體。因此，本申請案預料到且意謂涵蓋形成此磊晶二極體的所有方法。磊晶自對準光電二極體像素200之實施例提供相比於過去實施方案的大益處。第一，PD區域230及傳送閘極120之所需重疊(例如，延伸區域236)以允許進一步小型化影像感測器像素之可重複且緊湊之方式形成。第二，重疊係在未使用成角度離子植入的情況下形成，成角度離子植入可遺留殘餘缺陷，從而引起增加之暗電流並使傳送多晶閘極氧化物完整性降級。第三，磊晶生長之PD區域230可藉由矽鍺合金形成，矽鍺合金具有增加之光子吸收性質且可使影像感測器範圍進一步延伸至紅外線光譜中，同時增加可見光譜中的吸收。第四，磊晶生長之PD區域可形成為在原始基板表面上方延伸，以提供較厚的PD區域而進一步增強較長波長之輻射的吸收。
在所揭示之實施例中，基板105可經P型摻雜，磊晶層104可經P型摻雜，摻雜井140及141可經P型摻雜，浮動擴散區145可經N型摻雜，PD區域230可經N型摻雜，釘紮層235可經P型摻雜，且傳送閘極120可經N型摻雜。應瞭解，所有元件之導電型可加以交換，以使得(例如)基板105可經N+摻雜，磊晶層104可經N-摻雜，井區域140及141可經N摻雜，且PD區域230可經P摻雜。
圖4為說明根據一實施例之CIS 400之方塊圖。CIS 400之所說明實施例包括具有上述改良之特性中的一些或全部的像素陣列405、讀出電路410、功能邏輯415及控制電路420。像素陣列405為影像感測器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)之二維(「2D」)陣列。在一項實施例中，使用圖2中所說明之像素200實施每一像素。在一項實施例中，每一像素為CIS像素。在一項實施例中，像素陣列405包括彩色濾光片陣列，其包括紅色、綠色及藍色濾光片的彩色圖案(例如，拜耳(Bayer)圖案或馬賽克)。如所說明，每一像素配置成列(例如，列R1至Ry)及行(例如，行C1至Cx)以獲取人、地點或物件之影像資料，該影像資料接著可用以呈現人、地點或物件之2D影像。
在每一像素已獲取其影像資料或影像電荷後，影像資料由讀出電路410讀出並傳送至功能邏輯415。讀出電路410可包括放大電路、類比轉數位(「ADC」)轉換電路或其他電路。功能邏輯415可單純地儲存影像資料或甚至藉由應用影像後製效果(例如，修剪、旋轉、去紅眼、調整亮度、調整對比度或其他操作)來操縱影像資料。在一項實施例中，讀出電路410可沿讀出行線路一次讀出一列影像資料(經說明)，或者可使用多種其他技術讀出影像資料(未說明)，諸如行/列讀出、串列讀出，或同時對所有像素之全並行讀出。控制電路420與像素陣列405連接，以控制像素陣列405之操作特性。舉例而言，控制電路420可產生用於控制影像獲取之快門信號(shutter signal)。
圖5為說明根據本發明之一實施例的在一像素陣列內的兩個四電晶體(「4T」)像素之像素電路500之電路圖。像素電路500為用於實施圖4之像素陣列405內之每一像素的一個可能的像素電路架構。然而，應瞭解，本發明之實施例並不限於4T像素架構；而是，受益於本發明之一般熟習此項技術者應理解，本發明之教示亦適用於3T設計、5T設計及各種其他像素架構。
在圖5中，像素Pa及Pb配置成兩列及一行。每一像素電路500之所說明實施例包括一光電二極體PD、一傳送電晶體T1、一重設電晶體T2、一源極隨耦器(「SF」)電晶體T3及一選擇電晶體T4。在操作期間，傳送電晶體T1接收傳送信號TX，其將在光電二極體PD中所積聚之電荷傳送至浮動擴散節點FD。在一項實施例中，浮動擴散節點FD可耦接至用於臨時儲存影像電荷之一儲存電容器。
重設電晶體T2耦接於電力軌VDD與浮動擴散節點FD之間，以在重設信號RST之控制下重設像素(例如，對FD及PD放電或充電至一預設定電壓)。浮動擴散節點FD經耦接以控制SF電晶體T3之閘極。SF電晶體T3耦接於電力軌VDD與選擇電晶體T4之間。SF電晶體T3作為源極隨耦器而操作，提供至浮動擴散節點FD之高阻抗連接。最後，選擇電晶體T4在一選擇信號SEL之控制下選擇性地將像素電路500之輸出耦接至讀出行線路。
圖6說明根據本發明之一實施例的利用CIS 400之成像系統600。成像系統600進一步包括用於引導來自待成像至CIS 400上之物品之光的成像光學器件620，且亦可包括用於產生經處理之影像資料以用於在顯示器640上顯示的一信號處理器630。
本發明之所說明實施例之以上描述(包括在「發明摘要」中所描述之內容)並不意欲為詳盡的或將該等實施例限於所揭示之精確形式。如熟習相關技術者將認識到，雖然出於說明性目的在本文中描述特定實施例，但在該範疇內，各種修改係可能的。可依據以上「實施方式」進行此等修改。一些此等修改之實例包括摻雜劑濃度、層厚度及其類似者。此外，雖然本文中所說明之實施例涉及使用前側照明之CMOS感測器，但應瞭解，其亦可適用於使用背側照明之CMOS感測器。
在以下申請專利範圍中所使用之術語不應被解釋為將本發明限於本說明書中所揭示之特定實施例。實情為，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍來確定，應根據申請專利範圍解譯之已制定之教義來解釋以下申請專利範圍。
100．．．互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(「CIS」)像素
104．．．磊晶層
105．．．基板
107．．．淺渠溝隔離區域
110．．．金屬堆疊
120．．．傳送閘極
125．．．間隔物
130．．．光電二極體區域
135．．．釘紮層
136．．．區域
140．．．摻雜井
141．．．摻雜井
145．．．浮動二極體/浮動擴散區
150．．．介電層
160．．．金屬層
165．．．金屬層
170．．．彩色濾光片層
175．．．微透鏡
200．．．磊晶自對準光電二極體像素
230．．．光感測器區域/光電二極體區域(PD)區域
235．．．釘紮層
236．．．延伸區域
310．．．蝕刻遮罩
400．．．CMOS影像感測器
405．．．像素陣列
410．．．讀出電路
415．．．功能邏輯
420．．．控制電路
500．．．像素電路
600．．．成像系統
620．．．成像光學器件
630．．．信號處理器
640．．．顯示器
FD．．．浮動擴散節點
Pa．．．像素
Pb．．．像素
PD．．．光電二極體
RST．．．重設信號
SF．．．源極隨耦器
SEL．．．選擇信號
T1．．．傳送電晶體
T2．．．重設電晶體
T3．．．源極隨耦器(「SF」)電晶體
T4．．．選擇電晶體
TX．．．傳送信號
VDD．．．電力軌
圖1(先前技術)為習知前側照明式CMOS影像感測器像素之橫截面圖。
圖2為根據一實施例之減小重疊可變性、減少離子植入相關缺陷並改良較長之可見光及紅外線輻射吸收的結構的橫截面圖。
圖3A至圖3C為根據一實施例之用於形成光電二極體及像素之製程的橫截面圖。
圖4為說明根據一實施例之感測器之方塊圖。
圖5為說明根據一實施例之影像感測器陣列內之兩個影像感測器像素的範例像素電路的電路圖。
圖6為說明根據一實施例之成像系統之方塊圖。
104．．．磊晶層
105．．．基板
107．．．淺渠溝隔離區域
110．．．金屬堆疊
120．．．傳送閘極
125．．．間隔物
140．．．摻雜井
141．．．摻雜井
145．．．浮動二極體/浮動擴散區
150．．．介電層
160．．．金屬層
165．．．金屬層
170．．．彩色濾光片層
175．．．微透鏡
200．．．磊晶自對準光電二極體像素
230．．．光感測器區域/光電二極體區域(PD)區域
235．．．釘紮層
236．．．延伸區域
Claims (20)
- 一種影像感測器像素，其包含：一基板，其經摻雜而具有一第一導電型；一第一磊晶層，其安置於該基板之上且經摻雜而具有該第一導電型，該第一磊晶層具有一凹座，該凹座延伸至該第一磊晶層，其中該第一磊晶層接觸該基板；一傳送電晶體閘極，其安置於該第一磊晶層之上，該傳送電晶體閘極鄰近於該第一磊晶層中之該凹座，其中該凹座之一部分下延伸該傳送電晶體之一部分；及一第二磊晶層，其包括一磊晶生長之光感測器區域，該磊晶生長之光感測器區域具有一相對於該第一導電型之第二導電型，其中該磊晶生長之光感測器區域係安置於該第一磊晶層之該凹座中，且包括在該傳送電晶體閘極之該部分下延伸的一延伸區域，其中具有該第二導電型之該磊晶生長之光感測器區域升高高於該第一磊晶層之一頂部且延伸於安置在該第一磊晶層上之該傳送電晶體閘極之一底部上方。
- 如請求項1之影像感測器像素，其中該磊晶生長之光感測器區域包含矽鍺合金。
- 如請求項1之影像感測器像素，其中該磊晶生長之光感測器區域在該第一磊晶層之該頂部上方形成一半球形形狀。
- 如請求項3之影像感測器像素，其中該影像感測器像素包含一前側照明式影像感測器像素，且其中該半球形形 狀塑形為一光學透鏡以將光聚集至該磊晶生長之光感測器區域中。
- 如請求項3之影像感測器像素，其中該影像感測器像素包含一背側照明式影像感測器像素，且其中該半球形形狀塑形為一反射器以將光反射回至該磊晶生長之光感測器區域中。
- 如請求項1之影像感測器像素，其進一步包含安置於該磊晶生長之光感測器區域之上之一釘紮層，其中該釘紮層經摻雜而具有該第一導電型。
- 如請求項1之影像感測器像素，其中該磊晶生長之光感測器區域之厚度處於約200奈米與約2000奈米之間。
- 如請求項1之影像感測器像素，其中該磊晶生長之光感測器區域之該延伸區域在該傳送電晶體閘極下延伸約40奈米與400奈米之間。
- 如請求項1之影像感測器像素，其中該第二導電型包含N型摻雜劑，其具有約5×1014 與5×1016 摻雜劑原子/立方公分之間的一摻雜濃度。
- 一種製造一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)影像感測器像素之方法，該方法包含：製造前側組件，該等前側組件包括在該CMOS影像感測器像素之一前側上的一傳送電晶體閘極，其中該傳送電晶體閘極形成於具有一第一導電型的一磊晶層之上；在該磊晶層中形成一凹座，其中該凹座在該傳送電晶體閘極之一部分下延伸；及 在包括在該傳送電晶體閘極之該部分下的該凹座內磊晶生長一光感測器區域，其中該光感測器區域具有一不同於該第一導電型的第二導電型；其中在該凹座內磊晶生長該光感測器區域包括：磊晶生長該光感測器區域以填充包括在該傳送閘極之該部分下的該凹座；及磊晶生長該光感測器區域以形成升高高於該磊晶層之該頂表面的一升高部分且延伸於安置在該第一磊晶層上之該傳送電晶體閘極之一底部上方。
- 如請求項10之方法，其中在該磊晶層中形成該凹座包含：在該傳送電晶體閘極及該磊晶層之一頂表面之上形成一蝕刻遮罩；及蝕刻該磊晶層以在該磊晶層內形成該凹座。
- 如請求項11之方法，其中該升高部分包含一半球形形狀。
- 如請求項12之方法，其中該CMOS影像感測器像素包含一前側照明式影像感測器像素，且其中該半球形形狀塑形為一光學透鏡以將光聚集至該光感測器區域中。
- 如請求項12之方法，其中該CMOS影像感測器像素包含一背側照明式影像感測器像素，且其中該半球形形狀塑形為一反射器以將光反射回至該光感測器區域中。
- 如請求項10之方法，其中該磊晶生長之光感測器區域包含矽鍺合金。
- 如請求項10之方法，其進一步包含：對該光感測器區域之一頂層進行摻雜而使其具有該第一導電型。
- 如請求項10之方法，其中：該光感測器區域之厚度處於約200奈米與約2000奈米之間，且該光感測器區域在該傳送電晶體閘極下延伸約40奈米與400奈米之間。
- 一種影像感測器，其包含：影像感測器像素之一互補金屬氧化物半導體(「CMOS」)陣列，其安置於經摻雜而具有一第一導電型的一基板上，其中該等影像感測器像素中之每一者包括：一第一磊晶層，其安置於一基板之上且經摻雜而具有一第一導電型，該第一磊晶層包括一凹座；一傳送電晶體閘極，其安置於該第一磊晶層上，其中該傳送電晶體閘極之一部分延伸於該凹座之一部分上方；及一第二磊晶層包含一磊晶生長之光感測器區域，該磊晶生長之光感測器區域安置於該第一磊晶層之該凹座中，該第二磊晶層具有一相對於該第一導電型之第二導電型，其中該磊晶生長之光感測器區域包括在該傳送電晶體閘極之該部分下延伸的一延伸區域且其中該第二磊晶層升高高於該第一磊晶層之一頂表面且延伸於安置在 該第一磊晶層上之該傳送電晶體閘極之一底部上方；及讀出電路，其耦接至該CMOS陣列以自該等影像感測器像素中之每一者讀出影像資料。
- 如請求項18之影像感測器，其中該磊晶生長之光感測器區域包含矽鍺合金。
- 如請求項19之影像感測器，其中該磊晶生長之光感測器區域在該第一磊晶層之該頂部上方形成一半球形形狀。
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| US9385156B2 (en) * | 2014-11-26 | 2016-07-05 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. | Method of manufacturing a back side illuminated (BSI) image sensor |
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| US10522580B2 (en) * | 2017-08-23 | 2019-12-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Structure and formation method of light-sensing device |
| WO2020052992A1 (de) * | 2018-09-10 | 2020-03-19 | pmdtechnologies ag | Lichtlaufzeitpixel und lichtlaufzeitsensor mit entsprechenden pixel |
| US10734419B2 (en) * | 2018-10-31 | 2020-08-04 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Imaging device with uniform photosensitive region array |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200618356A (zh) * | 2004-09-27 | 2006-06-01 | ||
| TW200703638A (en) * | 2005-07-11 | 2007-01-16 | Magnachip Semiconductor Ltd | Image sensor and method for fabricating the same |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW200618356A (zh) * | 2004-09-27 | 2006-06-01 | ||
| TW200703638A (en) * | 2005-07-11 | 2007-01-16 | Magnachip Semiconductor Ltd | Image sensor and method for fabricating the same |
| US20090286345A1 (en) * | 2005-07-11 | 2009-11-19 | Magnachip Semiconductor, Ltd. | Image sensor and method for fabricating the same |
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