TWI622163B - 影像感測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種影像感測裝置，包括：一基板；一第一光電轉換單元，設置於該基板中；一第二光電轉換單元，設置於該基板中；一第三光電轉換單元，設置於該基板中，其中該第二光電轉換單元位於該第一光電轉換單元與該第三光電轉換單元之間；複數個絕緣結構，設置於該基板中，位於該等光電轉換單元之間；一第一摻雜區，形成於該基板中，位於該等絕緣結構下方，並延伸於該第三光電轉換單元下方；以及一第二摻雜區，形成於該基板中，位於部分之該第一摻雜區下方，並延伸於該第二光電轉換單元下方。

Description

影像感測裝置
本揭露係有關於一種影像感測裝置，特別是有關於一種可有效提升感光效率之影像感測裝置。
影像感測器(image sensor)是一種將光影像轉換為電訊號的半導體元件。影像感測器一般分為電荷耦合元件(CCD)與互補式金氧半(CMOS)影像感測器。上述影像感測器中，互補式金氧半(CMOS)影像感測器包括用來偵測入射光與將其轉換為電訊號的光二極體，以及用來傳輸與處理電訊號的邏輯電路。
在傳統的影像感測器中，是以淺溝槽隔離物(STI)及其下方的P型摻雜區作為各個光二極體之間的電性隔離。雖然各個光二極體所吸收的光波長不同，造成光子轉換成電子的位置深淺不同，然而，傳統上都將各個光二極體的感光區設計成相同深度，造成位於感光區較深處的電子極易溢流至相鄰感光區而產生串音問題，導致電子訊號的回收率不佳。目前，多以增加淺溝槽隔離物(STI)或其下方的P型摻雜區於基板中的長度作為解決串音問題的因應方式。然而，以佈植製程來說，若試圖加深P型摻雜區於基板中的長度，極易造成P型摻雜區在基板深處的寬度、型態或位置上產生偏差，而引發另外干擾訊 號回收的因素，仍無法有效提升感光效率。
因此，開發一種可有效提升感光效率的影像感測裝置是眾所期待的。
根據本發明之一實施例，提供一種影像感測裝置，包括：一基板；一第一光電轉換單元，設置於該基板中；一第二光電轉換單元，設置於該基板中；一第三光電轉換單元，設置於該基板中，其中該第二光電轉換單元位於該第一光電轉換單元與該第三光電轉換單元之間；複數個絕緣結構，設置於該基板中，位於該等光電轉換單元之間；一第一摻雜區，形成於該基板中，位於該等絕緣結構下方，並延伸於該第三光電轉換單元下方；以及一第二摻雜區，形成於該基板中，位於部分之該第一摻雜區下方，並延伸於該第二光電轉換單元下方。
在一實施例中，該第一光電轉換單元吸收一第一光波長，該第二光電轉換單元吸收一第二光波長，該第三光電轉換單元吸收一第三光波長，其中該第一光波長大於該第二光吸長，該第二光波長大於該第三光波長。
在一實施例中，該第一光電轉換單元為一紅光二極體，該第二光電轉換單元為一綠光二極體，該第三光電轉換單元為一藍光二極體。
在一實施例中，該等絕緣結構包括淺溝槽隔離物(STI)。
在一實施例中，該第二摻雜區更延伸於該第三光 電轉換單元下方。
在本實施例中，本發明影像感測裝置更包括一第三摻雜區，形成於該基板中，位於該第二摻雜區下方，並延伸於該第一光電轉換單元下方。
在本實施例中，該第一光電轉換單元、該第二光電轉換單元與該第三光電轉換單元具有一第一摻雜型態(doping type)。
在本實施例中，該第一摻雜區與該第二摻雜區具有一第二摻雜型態，與該第一摻雜型態相反。
在本實施例中，該第三摻雜區具有一第三摻雜型態，與該第二摻雜型態相反。
在一實施例中，本發明影像感測裝置更包括一第三摻雜區，形成於該基板中，位於該第二摻雜區下方，並延伸於該第三光電轉換單元下方。
在本實施例中，本發明影像感測裝置更包括一第四摻雜區，形成於該基板中，位於該第三摻雜區下方，並延伸於該第一光電轉換單元下方。
在本實施例中，該第一光電轉換單元、該第二光電轉換單元與該第三光電轉換單元具有一第一摻雜型態(doping type)。
在本實施例中，該第一摻雜區與該第二摻雜區具有一第二摻雜型態，與該第一摻雜型態相反。
在本實施例中，該第三摻雜區與該第四摻雜區具有一第三摻雜型態，與該第二摻雜型態相反。
本發明根據影像感測裝置中各個光二極體(例如紅光、綠光及藍光二極體)所吸收光波長的差異，對位於各個光二極體下方的P型及N型摻雜區作不同橫向延伸態樣的設計(如第1圖與第2圖所示)，來調整各個光二極體的感光區使其具備一特定且適合的深度，例如紅光二極體感光區的深度大於綠光二極體感光區的深度，綠光二極體感光區的深度大於藍光二極體感光區的深度，使得各個光二極體均得以保留其所對應光波長範圍內完整的感光區域。且藉由對連續態樣的N型摻雜區施加一正電壓降的方式，有效排除了落於各個P型或N型摻雜區中的電子，避免電子再於相鄰感光區之間溢流產生串音問題，大幅降低相鄰感光區之間可能產生的任何干擾因素，並藉由P型及N型摻雜區所形成的隔離作用增加各個光二極體其光致電訊號的回收率，根據以上特點，本發明確實可有效提升影像感測裝置的感光效率。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
10、100‧‧‧影像感測裝置
12、120‧‧‧基板
14、140‧‧‧第一光電轉換單元
16、160‧‧‧第二光電轉換單元
18、180‧‧‧第三光電轉換單元
20、200‧‧‧絕緣結構
22、220‧‧‧第一摻雜區
24、240‧‧‧第二摻雜區
26、260‧‧‧第三摻雜區
28、280‧‧‧正電壓降
30、300‧‧‧第一光電轉換單元的感光區
30’、300’‧‧‧第一光電轉換單元的感光區的底部
32、320‧‧‧第二光電轉換單元的感光區
32’、320’‧‧‧第二光電轉換單元的感光區的底部
34、340‧‧‧第三光電轉換單元的感光區
34’、340’‧‧‧第三光電轉換單元的感光區的底部
360‧‧‧第四摻雜區
第1圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖面示意圖；以及第2圖係根據本發明之一實施例，一種影像感測裝置之剖面示意圖。
請參閱第1圖，根據本發明之一實施例，揭露一種影像感測裝置。第1圖為本實施例影像感測裝置10的剖面示意圖。
如第1圖所示，影像感測裝置10包括一基板12、一第一光電轉換單元14、一第二光電轉換單元16、一第三光電轉換單元18、複數個絕緣結構20、一第一摻雜區22、以及一第二摻雜區24。
第一光電轉換單元(photoelectric conversion unit)14、第二光電轉換單元16、以及第三光電轉換單元18設置於基板12中，且第二光電轉換單元16位於第一光電轉換單元14與第三光電轉換單元18之間。
在部分實施例中，第一光電轉換單元14吸收一第一光波長，第二光電轉換單元16吸收一第二光波長，第三光電轉換單元18吸收一第三光波長，且第一光波長大於第二光波長，第二光波長大於第三光波長。
在本實施例中，第一光電轉換單元14為一紅光二極體，第二光電轉換單元16為一綠光二極體，第三光電轉換單元18為一藍光二極體。
多個絕緣結構20設置於基板12中，位於光電轉換單元(14、16、18)之間。
在部分實施例中，絕緣結構20可包括淺溝槽隔離物(STI)。
值得注意的是，第一摻雜區22形成於基板12中， 位於絕緣結構20下方，並延伸於第三光電轉換單元18下方，使得第三光電轉換單元18下方形成有一呈連續態樣的第一摻雜區22(第一光電轉換單元14與第二光電轉換單元16下方並未形成有第一摻雜區22)。
第二摻雜區24形成於基板12中，位於第一摻雜區22下方，並延伸於第二光電轉換單元16下方，使得第二光電轉換單元16與第三光電轉換單元18下方形成有一呈連續態樣的第二摻雜區24(第一光電轉換單元14下方並未形成有第二摻雜區24)。
在本實施例中，影像感測裝置10更包括一第三摻雜區26，形成於基板12中，位於第二摻雜區24下方，並延伸於第一光電轉換單元14下方，使得第一光電轉換單元14、第二光電轉換單元16、以及第三光電轉換單元18下方形成有一呈連續態樣的第三摻雜區26。
在部分實施例中，第三摻雜區26更包括連接有一正電壓降28。
由此，分別定義出第一光電轉換單元14的感光區30、第二光電轉換單元16的感光區32、以及第三光電轉換單元18的感光區34。
如第1圖所示，第一光電轉換單元14的感光區30包含第一光電轉換單元14以及第一光電轉換單元14與第三摻雜區26之間的區域，第二光電轉換單元16的感光區32包含第二光電轉換單元16以及第二光電轉換單元16與第二摻雜區24之間的區域，而第三光電轉換單元18的感光區34則包含第三光電轉 換單元18的區域。也就是說，第一光電轉換單元14的感光區30的底部30’與第三摻雜區26相鄰，第二光電轉換單元16的感光區32的底部32’與第二摻雜區24相鄰，第三光電轉換單元18的感光區34的底部34’與第一摻雜區22相鄰。
第一光電轉換單元(紅光二極體)14的感光區30的深度大於第二光電轉換單元(綠光二極體)16的感光區32的深度，第二光電轉換單元(綠光二極體)16的感光區32的深度大於第三光電轉換單元(藍光二極體)18的感光區34的深度，即表示本實施例所揭露的影像感測裝置10中，吸收較長光波長的光電轉換單元具備相對較深的感光區域。
在部分實施例中，第一光電轉換單元(紅光二極體)14的感光區30的深度大體介於3.0um~4.2um。
在部分實施例中，第二光電轉換單元(綠光二極體)16的感光區32的深度大體介於1.0um~1.6um。
在部分實施例中，第三光電轉換單元(藍光二極體)18的感光區34的深度大體介於0.3um~0.6um。
在部分實施例中，第一光電轉換單元14、第二光電轉換單元16與第三光電轉換單元18具有一第一摻雜型態，例如為一N型摻雜態樣。
在部分實施例中，第一摻雜區22與第二摻雜區24具有一第二摻雜型態，例如為一P型摻雜態樣，與第一摻雜型態(N型摻雜態樣)相反。
在部分實施例中，第三摻雜區26具有一第三摻雜型態，例如為一N型摻雜態樣，與第二摻雜型態(P型摻雜態樣) 相反。
在部分實施例中，第一摻雜區22的摻雜濃度小於第二摻雜區24的摻雜濃度。
在部分實施例中，第一摻雜區22的摻雜濃度大體介於1E18~1E19cm-3。
在部分實施例中，第二摻雜區24的摻雜濃度大體介於1E19~1E20cm-3。
請參閱第2圖，根據本發明之一實施例，揭露一種影像感測裝置。第2圖為本實施例影像感測裝置100的剖面示意圖。
如第2圖所示，影像感測裝置100包括一基板120、一第一光電轉換單元140、一第二光電轉換單元160、一第三光電轉換單元180、複數個絕緣結構200、一第一摻雜區220、以及一第二摻雜區240。
第一光電轉換單元140、第二光電轉換單元160、以及第三光電轉換單元180設置於基板120中，且第二光電轉換單元160位於第一光電轉換單元140與第三光電轉換單元180之間。
在部分實施例中，第一光電轉換單元140吸收一第一光波長，第二光電轉換單元160吸收一第二光波長，第三光電轉換單元180吸收一第三光波長，且第一光波長大於第二光波長，第二光波長大於第三光波長。
在本實施例中，第一光電轉換單元140為一紅光二極體，第二光電轉換單元160為一綠光二極體，第三光電轉換 單元180為一藍光二極體。
多個絕緣結構200設置於基板120中，位於光電轉換單元(140、160、180)之間。
在部分實施例中，絕緣結構200可包括淺溝槽隔離物(STI)。
值得注意的是，第一摻雜區220形成於基板120中，位於絕緣結構200下方，並延伸於第三光電轉換單元180下方，使得第三光電轉換單元180下方形成有一呈連續態樣的第一摻雜區220(第一光電轉換單元140與第二光電轉換單元160下方並未形成有第一摻雜區220)。
第二摻雜區240形成於基板120中，位於部分的第一摻雜區220下方，並延伸於第二光電轉換單元160下方，使得第二光電轉換單元160下方形成有一呈連續態樣的第二摻雜區240(第一光電轉換單元140與第三光電轉換單元180下方並未形成有第二摻雜區240)。
在本實施例中，影像感測裝置100更包括一第三摻雜區260，形成於基板120中，位於第二摻雜區240下方，並延伸於第三光電轉換單元180下方(包括位於第二摻雜區240之間)，使得第二光電轉換單元160與第三光電轉換單元180下方形成有一呈連續態樣的第三摻雜區260(第一光電轉換單元140下方並未形成有第三摻雜區260)。
在本實施例中，影像感測裝置100更包括一第四摻雜區360，形成於基板120中，位於第三摻雜區260下方，並延伸於第一光電轉換單元140下方，使得第一光電轉換單元140、 第二光電轉換單元160、以及第三光電轉換單元180下方形成有一呈連續態樣的第四摻雜區360。
在部分實施例中，第四摻雜區360更包括連接有一正電壓降280。
由此，分別定義出第一光電轉換單元140的感光區300、第二光電轉換單元160的感光區320、以及第三光電轉換單元180的感光區340。
如第2圖所示，第一光電轉換單元140的感光區300包含第一光電轉換單元140以及第一光電轉換單元140與第四摻雜區360之間的區域，第二光電轉換單元160的感光區320包含第二光電轉換單元160以及第二光電轉換單元160與第二摻雜區240之間的區域，而第三光電轉換單元180的感光區340則包含第三光電轉換單元180的區域。也就是說，第一光電轉換單元140的感光區300的底部300’與第四摻雜區360相鄰，第二光電轉換單元160的感光區320的底部320’與第二摻雜區240相鄰，第三光電轉換單元180的感光區340的底部340’與第一摻雜區220相鄰。
第一光電轉換單元(紅光二極體)140的感光區300的深度大於第二光電轉換單元(綠光二極體)160的感光區320的深度，第二光電轉換單元(綠光二極體)160的感光區320的深度大於第三光電轉換單元(藍光二極體)180的感光區340的深度，即表示本實施例所揭露的影像感測裝置100中，吸收較長光波長的光電轉換單元具備相對較深的感光區域。
在部分實施例中，第一光電轉換單元(紅光二極 體)140的感光區300的深度大體介於3.0um~4.2um。
在部分實施例中，第二光電轉換單元(綠光二極體)160的感光區320的深度大體介於1.0um~1.6um。
在部分實施例中，第三光電轉換單元(藍光二極體)180的感光區340的深度大體介於0.3um~0.6um。
在部分實施例中，第一光電轉換單元140、第二光電轉換單元160與第三光電轉換單元180具有一第一摻雜型態，例如為一N型摻雜態樣。
在部分實施例中，第一摻雜區220與第二摻雜區240具有一第二摻雜型態，例如為一P型摻雜態樣，與第一摻雜型態(N型摻雜態樣)相反。
在部分實施例中，第三摻雜區260與第四摻雜區360具有一第三摻雜型態，例如為一N型摻雜態樣，與第二摻雜型態(P型摻雜態樣)相反。
在部分實施例中，第一摻雜區220的摻雜濃度小於第二摻雜區240的摻雜濃度。
在部分實施例中，第一摻雜區220的摻雜濃度大體介於1E18~1E19cm-3。
在部分實施例中，第二摻雜區240的摻雜濃度大體介於1E19~1E20cm-3。
在部分實施例中，第三摻雜區260的摻雜濃度小於第四摻雜區360的摻雜濃度。
在部分實施例中，第三摻雜區260的摻雜濃度大體介於1E19~1E20cm-3。
在部分實施例中，第四摻雜區360的摻雜濃度大體介於1E19~1E20cm-3。
本發明根據影像感測裝置中各個光二極體(例如紅光、綠光及藍光二極體)所吸收光波長的差異，對位於各個光二極體下方的P型及N型摻雜區作不同橫向延伸態樣的設計(如第1圖與第2圖所示)，來調整各個光二極體的感光區使其具備一特定且適合的深度，例如紅光二極體感光區的深度大於綠光二極體感光區的深度，綠光二極體感光區的深度大於藍光二極體感光區的深度，使得各個光二極體均得以保留其所對應光波長範圍內完整的感光區域。且藉由對連續態樣的N型摻雜區施加一正電壓降的方式，有效排除了落於各個P型或N型摻雜區中的電子，避免電子再於相鄰感光區之間溢流產生串音問題，大幅降低相鄰感光區之間可能產生的任何干擾因素，並藉由P型及N型摻雜區所形成的隔離作用增加各個光二極體其光致電訊號的回收率，根據以上特點，本發明確實可有效提升影像感測裝置的感光效率。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (14)

  1. 一種影像感測裝置，包括：一基板；一第一光電轉換單元，設置於該基板中；一第二光電轉換單元，設置於該基板中；一第三光電轉換單元，設置於該基板中，其中該第二光電轉換單元位於該第一光電轉換單元與該第三光電轉換單元之間；複數個絕緣結構，設置於該基板中，位於該等光電轉換單元之間；一第一摻雜區，形成於該基板中，位於該等絕緣結構下方，並延伸於該第三光電轉換單元下方，且該第三光電轉換單元之底部與該第一摻雜區接觸；以及一第二摻雜區，形成於該基板中，位於部分之該第一摻雜區下方，並延伸於該第二光電轉換單元下方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第一光電轉換單元吸收一第一光波長，該第二光電轉換單元吸收一第二光波長，該第三光電轉換單元吸收一第三光波長，其中該第一光波長大於該第二光波長，該第二光波長大於該第三光波長。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第一光電轉換單元為一紅光二極體，該第二光電轉換單元為一綠光二極體，該第三光電轉換單元為一藍光二極體。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該等絕緣 結構包括淺溝槽隔離物(STI)。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第二摻雜區更延伸於該第三光電轉換單元下方。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之影像感測裝置，更包括一第三摻雜區，形成於該基板中，位於該第二摻雜區下方，並延伸於該第一光電轉換單元下方。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測裝置，其中該第一光電轉換單元、該第二光電轉換單元與該第三光電轉換單元具有一第一摻雜型態。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像感測裝置，其中該第一摻雜區與該第二摻雜區具有一第二摻雜型態，與該第一摻雜型態相反。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測裝置，其中該第三摻雜區具有一第三摻雜型態，與該第二摻雜型態相反。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，更包括一第三摻雜區，形成於該基板中，位於該第二摻雜區下方，並延伸於該第三光電轉換單元下方。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之影像感測裝置，更包括一第四摻雜區，形成於該基板中，位於該第三摻雜區下方，並延伸於該第一光電轉換單元下方。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之影像感測裝置，其中該第一光電轉換單元、該第二光電轉換單元與該第三光電轉換單元具有一第一摻雜型態。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之影像感測裝置，其中該第一 摻雜區與該第二摻雜區具有一第二摻雜型態，與該第一摻雜型態相反。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測裝置，其中該第三摻雜區與該第四摻雜區具有一第三摻雜型態，與該第二摻雜型態相反。
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