TWI714266B - 影像感測器 - Google Patents

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TWI714266B
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鍾志平
何明祐
嘉慧 畢
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力晶積成電子製造股份有限公司
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Abstract

一種影像感測器，包括基底、第一閘極、感光元件、儲存節點、至少一個第一反光層、第二反光層與第三反光層。基底具有相對的第一面與第二面。第一閘極設置在第一面的基底上。感光元件位在第一閘極的一側的基底中。儲存節點位在第一閘極的另一側的基底中。第一反光層設置在基底中，且位在儲存節點的周圍。第二反光層在第一面遮蔽儲存節點，且電性連接至第一反光層。第三反光層在第二面遮蔽儲存節點，且電性連接第一反光層。

Description

影像感測器
本發明是有關於一種半導體元件，且特別是有關於一種影像感測器。
目前有些種類的影像感測器(如，全域快門影像感測器(global shutter image sensor))具有位在基底中且用以儲存訊號的儲存節點(storage node)。然而，雜散光(stray light)對儲存在儲存節點中的訊號所造成的干擾(crosstalk)以及由介面缺陷所產生暗電流(dark current)，會造成影像品質不佳。因此，如何有效地防止雜散光干擾與降低暗電流為目前持續努力發展的目標。
本發明提供一種影像感測器，其可有效地防止雜散光干擾與降低暗電流。
本發明提出一種影像感測器，包括基底、第一閘極、感光元件、儲存節點、至少一個第一反光層、第二反光層與第三反光層。基底具有相對的第一面與第二面。第一閘極設置在第一面的基底上。感光元件位在第一閘極的一側的基底中。儲存節點位在第一閘極的另一側的基底中。第一反光層設置在基底中，且位在儲存節點的周圍。第二反光層在第一面遮蔽儲存節點，且電性連接至第一反光層。第三反光層在第二面遮蔽儲存節點，且電性連接第一反光層。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第一反光層可從第一面延伸至第二面。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第二反光層可共形地設置在第一面。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第一反光層的材料例如是摻雜多晶矽或金屬。第二反光層的材料例如是金屬或摻雜多晶矽。第三反光層的材料例如是摻雜多晶矽或金屬。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，影像感測器例如是背照式影像感測器(backside illuminated image sensor，BSI image sensor)。第二反光層在第一面更可遮蔽感光元件。第三反光層可具有暴露出感光元件的開口。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括至少一個第四反光層。第四反光層設置在基底中，且位在感光元件的周圍。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括第一介電層、第二介電層、第三介電層與第四介電層。第一介電層位在第一反光層與基底之間。第二介電層位在第二反光層與基底之間。第三介電層位在第三反光層與基底之間。第四介電層位在第四反光層與基底之間。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括第五反光層。第五反光層設置在第三反光層上。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括隔離結構。隔離結構設置在基底中，且圍繞部分第一反光層。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括第二閘極、第三閘極、第一閘介電層、第二閘介電層與第三閘介電層。第二閘極設置在第一面的基底上，且位在儲存節點的遠離第一閘極的一側。第三閘極設置在第一面的基底上，且位在第二閘極的遠離儲存節點的一側。第一閘介電層位在第一閘極與基底之間。第二閘介電層位在第二閘極與基底之間。第三閘介電層位在第三閘極與基底之間。
基於上述，在本發明所提出的影像感測器中，第一反光層設置在基底中，且位在儲存節點的周圍，第二反光層在第一面遮蔽儲存節點，且第三反光層在第二面遮蔽儲存節點。如此一來，第一反光層、第二反光層與第三反光層可充分地圍繞儲存節點，因此可有效地防止雜散光干擾。此外，第一反光層、第二反光層與第三反光層彼此電性連接，當施加偏壓至第一反光層、第二反光層與第三反光層時，可形成鈍化介面(passivated interface)，藉此可有效地降低暗電流。另外，由於本發明所提出的影像感測器可有效地防止雜散光干擾與降低暗電流，因此影像感測器可具有較佳的影像品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為本發明一實施例的影像感測器的上視圖。圖2為沿著圖1中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。在圖1中省略圖2中的部分構件，以清楚繪示出圖1中各構件之間的配置關係。
請參照圖1與圖2，影像感測器10，包括基底100、閘極102、感光元件104、儲存節點106、至少一個反光層108、反光層110與反光層112。在本實施例中，影像感測器10是以背照式影像感測器為例，但本發明並不以此為限。
基底100具有相對的第一面S1與第二面S2。基底100的材料例如是半導體材料，如磊晶矽，但本發明並不以此為限。基底100可具有第一導電型。以下，所記載的第一導電型與第二導電型可分別為P型導電型與N型導電型中的一者與另一者。在本實施例中，第一導電型是以P型導電型為例，且第二導電型是以N型導電型為例，但本發明並不以此為限。
閘極102設置在第一面S1的基底100上。閘極102可用以作為轉移閘極(transfer gate)。閘極102的材料例如是摻雜多晶矽。
感光元件104位在閘極102的一側的基底100中。感光元件104例如是光二極體(photodiode)。
儲存節點106位在閘極102的另一側的基底100中。儲存節點106可由PN二極體電容所形成，且PN二極體電容可為包含N型區與P型區的空乏區電容。
反光層108設置在基底100中，且位在儲存節點106的周圍。反光層108可防止雜散光照射到儲存節點106。此外，當施加偏壓至反光層108時，可形成鈍化介面，藉此可有效地降低暗電流。反光層108可從第一面S1延伸至第二面S2，但本發明並不以此為限。反光層108的材料例如是導體材料，如摻雜多晶矽或金屬。在圖1與圖2中，反光層108的數量是以多個為例，但本發明的反光層108的數量並不限於圖1與圖2中的數量，只要反光層108的數量為至少一個即屬於本發明所保護的範圍。
反光層110在第一面S1遮蔽儲存節點106，且電性連接至反光層108。反光層110可防止雜散光照射到儲存節點106。此外，當施加偏壓至反光層110時，可形成鈍化介面，藉此可有效地降低暗電流。此外，反光層110的一部分可作為用於電性連接至反光層108的接觸窗，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，更可另外形成電性連接於反光層110與反光層108之間的接觸窗(未示出)。在影像感測器10為背照式影像感測器的情況下，反光層110在第一面S1更可遮蔽感光元件104。反光層110的材料例如是導體材料，如金屬或摻雜多晶矽。在本實施例中，所指的「遮蔽」可為「完全遮蔽」或「部分遮蔽」。
反光層112在第二面S2遮蔽儲存節點106，且電性連接反光層108。反光層112可防止雜散光照射到儲存節點106。此外，當施加偏壓至反光層112時，可形成鈍化介面，藉此可有效地降低暗電流。此外，反光層112的一部分可作為用於電性連接至反光層108的接觸窗，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，更可另外形成電性連接於反光層112與反光層108之間的接觸窗(未示出)。在影像感測器10為背照式影像感測器的情況下，反光層112可具有暴露出感光元件104的開口113。反光層112的材料例如是導體材料，如摻雜多晶矽或金屬。在本實施例中，反光層112的材料是以摻雜多晶矽為例。
此外，影像感測器10中，影像感測器10，更包括隔離結構114、至少一個反光層116、介電層118、介電層120、介電層122、介電層124、反光層126、釘紮層(pinning layer)128、閘極130、閘極132、閘介電層134、閘介電層136、閘介電層138、摻雜區140、摻雜區142、井區144、間隙壁146、間隙壁148、間隙壁150、介電層152、內連線結構154、介電層156、彩色濾光層158與微透鏡160中的至少一者。
隔離結構114(圖1)設置在基底100中。隔離結構114例如是淺溝渠隔離結構。隔離結構114的材料例如是氧化矽。
反光層116設置在基底100中，且位在感光元件104的周圍。反光層116可反射大角度的入射光使其入射到感光元件104內以增加光吸收效率，並可阻擋雜散光對感光元件104造成訊號干擾。反光層110可電性連接至反光層116。此外，當施加偏壓至反光層116時，可形成鈍化介面，藉此可有效地降低暗電流。反光層116可從第一面S1延伸至第二面S2，但本發明並不以此為限。反光層116的材料例如是導體材料，如摻雜多晶矽或金屬。在圖1與圖2中，反光層116的數量是以一個為例，但本發明並不以此為限。在其他實施例中，反光層116的數量可為多個。只要反光層116的數量為至少一個即屬於本發明所保護的範圍。另外，反光層108與反光層116可藉由相同製程同時形成。
介電層118位在反光層108與基底100之間。介電層120位在反光層110與基底100之間。介電層122位在反光層112與基底100之間。介電層124位在反光層116與基底100之間。介電層118、介電層120、介電層122與介電層124的材料例如是氧化矽。此外，介電層118與介電層124可藉由相同製程同時形成。
反光層126設置在反光層112上。反光層126可在第二面S2遮蔽儲存節點106，且可經由反光層112而電性連接反光層108。反光層126可用以防止雜散光的干擾。此外，當施加偏壓至反光層126時，可形成鈍化介面，藉此可有效地降低暗電流。在影像感測器10為背照式影像感測器的情況下，開口113更可位在反光層126中，而暴露出感光元件104。反光層126的材料例如是導體材料，如摻雜多晶矽或金屬。在本實施例中，反光層126的材料是以金屬為例。
釘紮層128可位在感光元件104的表面。釘紮層128可用以降低暗電流。釘紮層128可為第一導電型(如，P型)的重摻雜區。
閘極130設置在第一面S1的基底100上，且位在儲存節點106的遠離閘極102的一側。閘極130可用以作為轉移閘極。閘極130的材料例如是摻雜多晶矽。
閘極132設置在第一面S1的基底100上，且位在閘極130的遠離儲存節點106的一側。閘極132可用以作為重置閘極(reset gate)。閘極132的材料例如是摻雜多晶矽。
閘介電層134位在閘極102與基底100之間。閘介電層136位在閘極130與基底100之間。閘介電層138位在閘極132與基底100之間。閘介電層134、閘介電層136與閘介電層138的材料例如是氧化矽。
摻雜區140與摻雜區142分別為在閘極132的一側與另一側的基底100中，且摻雜區140位在閘極132與閘極130之間。摻雜區140與摻雜區142分別可具有第二導電型(如，N型)。
井區144位在基底100中。儲存節點106、摻雜區140與摻雜區142位在井區144中。井區144可具有第一導電型(如，P型)。
間隙壁146設置在閘極102的側壁上。間隙壁148設置在閘極130的側壁上。間隙壁150設置在閘極132的側壁上。間隙壁146、間隙壁148、間隙壁150分別可為單層結構或多層結構。間隙壁146、間隙壁148、間隙壁150的材料例如是氧化矽、氮化矽或其組合。
介電層152設置在介電層120上。反光層110位在介電層152中。介電層152可為單層結構或多層結構。介電層152的材料例如是氧化矽、氮化矽或其組合。
內連線結構154設置在介電層152中。內連線結構154可包括導線、接觸窗(contact)、介層窗(via)或其組合。內連線結構154的材料例如是鎢、鋁、銅或其組合。
介電層156填入開口113中，且覆蓋介電層122與反光層126。介電層156的材料例如是氧化矽。彩色濾光層158設置在介電層156上。彩色濾光層158的材料例如是光阻材料。微透鏡160設置在彩色濾光層158上。微透鏡160的材料例如是光阻材料。
基於上述實施例可知，在影像感測器10中，反光層108設置在基底100中，且位在儲存節點106的周圍，反光層110在第一面S1遮蔽儲存節點106，且反光層112在第二面S2遮蔽儲存節點106。如此一來，反光層108、反光層110與反光層112可充分地圍繞儲存節點106，因此可有效地防止雜散光干擾。此外，反光層108、反光層110與反光層112彼此電性連接，當施加偏壓至反光層108、反光層110與反光層112時，可形成鈍化介面，藉此可有效地降低暗電流。另外，由於影像感測器10可有效地防止雜散光干擾與降低暗電流，因此影像感測器10可具有較佳的影像品質。
圖3為本發明另一實施例沿著圖1中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。
請參照圖2與圖3，影像感測器20與影像感測器10的差異如下。在圖3中，影像感測器20不包括圖2中的反光層126。此外，在影像感測器20與影像感測器10中，相同的構件以相同的符號表示，並省略其說明。
圖4為本發明另一實施例沿著圖1中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。
請參照圖2與圖4，影像感測器30與影像感測器10的差異如下。在圖4的影像感測器30中，反光層110可共形地設置在第一面S1。舉例來說，反光層110可共形地設置在介電層120上。此外，在影像感測器30與影像感測器10中，相同的構件以相同的符號表示，並省略其說明。
圖5為本發明另一實施例的影像感測器的上視圖。圖6為沿著圖5中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。
請參照圖1、圖2、圖5與圖6，影像感測器40與影像感測器10的差異在於隔離結構114的設置方式不同。在圖5與圖6的影像感測器40中，隔離結構114圍繞部分反光層108且更可圍繞部分反光層116。此外，在影像感測器40與影像感測器10中，相同的構件以相同的符號表示，並省略其說明。
綜上所述，在上述實施例的影像感測器中，反光層可充分地圍繞儲存節點，因此可有效地防止雜散光干擾。此外，當施加偏壓至反光層時，可形成鈍化介面，藉此可有效地降低暗電流。另外，由於上述實施例的影像感測器可有效地防止雜散光干擾與降低暗電流，因此影像感測器可具有較佳的影像品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30、40:影像感測器 100:基底 102、130、132:閘極 104:感光元件 106:儲存節點 108、110、112、116、126:反光層 113:開口 114:隔離結構 118、120、122、124、152、156:介電層 128:釘紮層 134、136、138:閘介電層 140、142:摻雜區 144:井區 146、148、150:間隙壁 154:內連線結構 158:彩色濾光層 160:微透鏡 S1:第一面 S2:第二面
圖1為本發明一實施例的影像感測器的上視圖。 圖2為沿著圖1中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。 圖3為本發明另一實施例沿著圖1中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。 圖4為本發明另一實施例沿著圖1中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。 圖5為本發明另一實施例的影像感測器的上視圖。 圖6為沿著圖5中的I-I’剖面線與II-II’剖面線的剖面圖。
10:影像感測器
100:基底
102、130、132:閘極
104:感光元件
106:儲存節點
108、110、112、116、126:反光層
113:開口
118、120、122、124、152、156:介電層
128:釘紮層
134、136、138:閘介電層
140、142:摻雜區
144:井區
146、148、150:間隙壁
154:內連線結構
158:彩色濾光層
160:微透鏡
S1:第一面
S2:第二面

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，包括： 基底，具有相對的第一面與第二面； 第一閘極，設置在所述第一面的所述基底上； 感光元件，位在所述第一閘極的一側的所述基底中； 儲存節點，位在所述第一閘極的另一側的所述基底中； 至少一個第一反光層，設置在所述基底中，且位在所述儲存節點的周圍； 第二反光層，在所述第一面遮蔽所述儲存節點，且電性連接至所述至少一個第一反光層；以及 第三反光層，在所述第二面遮蔽所述儲存節點，且電性連接至所述至少一個第一反光層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述至少一個第一反光層從所述第一面延伸至所述第二面。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第二反光層共形地設置在所述第一面。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述至少一個第一反光層的材料包括摻雜多晶矽或金屬，所述第二反光層的材料包括金屬或摻雜多晶矽，且所述第三反光層的材料包括摻雜多晶矽或金屬。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述影像感測器為背照式影像感測器，所述第二反光層在所述第一面更遮蔽所述感光元件，且所述第三反光層具有暴露出所述感光元件的開口。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，更包括： 至少一個第四反光層，設置在所述基底中，且位在所述感光元件的周圍。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的影像感測器，更包括： 第一介電層，位在所述至少一個第一反光層與所述基底之間； 第二介電層，位在所述第二反光層與所述基底之間； 第三介電層，位在所述第三反光層與所述基底之間；以及 第四介電層，位在所述第四反光層與所述基底之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，更包括： 第五反光層，設置在所述第三反光層上。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，更包括： 隔離結構，設置在所述基底中，且圍繞部分所述至少一個第一反光層。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，更包括： 第二閘極，設置在所述第一面的所述基底上，且位在所述儲存節點的遠離所述第一閘極的一側； 第三閘極，設置在所述第一面的所述基底上，且位在所述第二閘極的遠離所述儲存節點的一側； 第一閘介電層，位在所述第一閘極與所述基底之間； 第二閘介電層，位在所述第二閘極與所述基底之間；以及 第三閘介電層，位在所述第三閘極與所述基底之間。
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