專利名稱：背面照光感測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像感測(cè)器，尤其涉及互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體
(complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS)圖像衝則器(CMOS image sensor， CIS)。
背景技術(shù)：
CIS已經(jīng)廣泛的使用在許多不同的應(yīng)用場(chǎng)合中，譬如說，如數(shù)碼相機(jī) (digital camera)的應(yīng)用。 一般而言，CIS是用來感測(cè)投射到半導(dǎo)體基底上的入 射光的光量。為了達(dá)到此目的，圖像感測(cè)器采用排成陣列的多個(gè)像素(pixel)， 或稱為圖像感測(cè)元件(image sensor elements),來收集光能，并轉(zhuǎn)化圖像成為 電子信號(hào)，而電子信號(hào)就可以有各樣的應(yīng)用。 一個(gè)CIS像素可以具有光電感 測(cè)器(photodetector)，如光電二極管(photodiode)、光電柵(photogate)感測(cè)器、 光電晶體管(phototransistor)等，來收集光能。
有一種CIS稱為背面照光(backside-illuminated， BSI)感觀U器，其使用位 于感測(cè)器的基底的正面的像素，來感測(cè)由該基底的背面照射進(jìn)來的入射光的 光量?；妆仨氁喈?dāng)?shù)谋?，如此，照射到該基底背面的入射光才能夠有?地到達(dá)正面的像素。BSI感測(cè)器的好處是能提供較高的感測(cè)區(qū)比例(fill factor) 以及比較低的破壞性干涉(destructiveinterference)。而且，要降低像素間彼此 的干擾(crosstalk)的話， 一個(gè)很薄的基底是必要的。然而，薄的基底卻會(huì)降低 圖像感測(cè)器的量子效率(quantum efficiency)。量子效率代表著感測(cè)器轉(zhuǎn)換光 能成為信號(hào)的能力，會(huì)隨著不同波長的光而有不同的反應(yīng)。特別的是，BSI 針對(duì)具有長波長的光的量子效率一般是比較差的。譬如說，對(duì)于紅光的量子 效率一般會(huì)少約20%-50%左右。
傳統(tǒng)的CIS，不僅僅是BSI感測(cè)器，還有其它的缺點(diǎn)。譬如說，CIS還 有噪聲的問題，如kT/C噪聲(以計(jì)算噪聲量的公式來命名)。這樣的噪聲量同 時(shí)也包含有可以被量測(cè)到的入射光的準(zhǔn)確度。噪聲量跟CIS所使用的光電感測(cè)器的類型有關(guān)。相較于光電二極管類型的CIS，光電柵(photogate)感測(cè)器 類型的CIS可以有較低的噪聲。但是，光電柵感測(cè)器類型的CIS卻可能遭受 到感測(cè)靈敏度降低的問題，因?yàn)槿肷涔獠]有完全被感測(cè)器所捕捉。 因此，BSI感測(cè)器的改進(jìn)是有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種背面照光感測(cè)器。該背面照光感測(cè)器，包含有具 有正面(front surface)以及背面(back surface)的半導(dǎo)體基底。多個(gè)像素形成于 該半導(dǎo)體基底的正面。至少一個(gè)像素具有光電柵(photogate)結(jié)構(gòu)。該光電柵 結(jié)構(gòu)具有柵極，且該柵極具有光反射層。
如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層設(shè)于該柵極上，即與該 半導(dǎo)體基底相反的一邊。
如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，所述至少一個(gè)像素包含有N型光電 感測(cè)器。
如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層包含有金屬硅化物。 如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層包含有以下多種金屬硅 化物其中之一硅化鎳、硅化鈷、硅化鎢、硅化鈦、硅化鉭、硅化鉑、硅化
鉺、以及硅化鈀。
如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該柵極為多晶硅/金屬硅化物柵。 如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該柵極為金屬柵。 如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層包含有以下金屬其中之
一銅、鎢、鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、硅化鎳、以及硅化鈷。
如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該金屬柵包含有金屬層以及金屬硅
化物層。
如上所述的背面照光感測(cè)器，還包含有傳送晶體管、復(fù)位晶體管、源 極跟隨晶體管、以及選擇晶體管。
如上所述的背面照光感測(cè)器，其中，該半導(dǎo)體基底的厚度約介于2微米
到4微米之間。
本發(fā)明實(shí)施例也提供背面照光感測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例。該背面照光感測(cè) 器的基底具有正面以及背面。該感測(cè)器也具有感測(cè)入射光的裝置，用以感測(cè)入射于該基底的背面的光線。該感測(cè)器也具有反射光線的裝置，用以反射光 線，其包含有光反射層，形成于該基底的正面。
本發(fā)明實(shí)施例也提供了具有半導(dǎo)體基底的一種圖像感測(cè)器。該半導(dǎo)體基 底具有光電感測(cè)器，其包含有光反射層。該光反射層形成于該半導(dǎo)體基底的 第一面。入射光照射于該半導(dǎo)體基底的第二面。該第一面與該第二面相反。 該入射光被該光電感測(cè)器所檢測(cè)。在實(shí)施例中，該光電感測(cè)器包含有光電子 收集區(qū)域，耦接至柵極。
本發(fā)明可以增加感測(cè)器的敏感度。
復(fù)位晶體管
選擇「B-


圖1顯示圖像感測(cè)器裝置。
圖2為像素或是圖像感測(cè)元件的電路結(jié)構(gòu)圖。 圖3a顯示一圖像感測(cè)元件的實(shí)施例的剖面圖。 圖3b顯示多種光電柵結(jié)構(gòu)中，各種波長光的穿透 圖4顯示一種操作BSI感測(cè)器的方法。 其中，附圖標(biāo)記說明如下 100圖像感測(cè)器裝置 200圖像感測(cè)元件 204源極跟隨晶體管 208 恒流源 212傳送晶體管 300圖像感測(cè)元件 304光電子收集產(chǎn)生區(qū) 308防護(hù)環(huán)阱 312柵介電層 316光反射層 320、 322柵電極層 326反射光 332 曲線
110 202
206 wwss' 210電源 214光電感測(cè)器 302半導(dǎo)體基底 306隔離結(jié)構(gòu) 310浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū) 314柵電極層 318柵介電層 324入射光線 328穿透光線
334a、 334b、 334c、 334d曲線
具體實(shí)施例方式
以下所公開的大致上關(guān)于圖像感測(cè)器，尤其關(guān)于BSI感測(cè)器。可以了解 的是，以下所采用的實(shí)施例只是當(dāng)成一些例子，提供以明了更上位的發(fā)明概 念。而且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以很簡(jiǎn)單的運(yùn)用以下公開的內(nèi)容，來實(shí)施在其它 的方法或是裝置上。此外，以下所揭示的方法與裝置中包含有一些傳統(tǒng)已知 的結(jié)構(gòu)或是工藝。因?yàn)檫@些傳統(tǒng)已知的結(jié)構(gòu)或是工藝是廣為本領(lǐng)域技術(shù)人員 所熟知的，所以僅對(duì)其進(jìn)行大略的介紹或解釋。而且，圖示中的元件符號(hào)或 是數(shù)字，如果重復(fù)出現(xiàn)的話，是為了方便以及舉例的考量，而并非是要用來 指明圖與圖之間有什么特別的特征組合或是步驟組合。而且，此技術(shù)說明中 所描述的第一特征形成于第二特征之上時(shí)，可能包含兩個(gè)第一與第二特征直 接接觸在一起的實(shí)施例，也可能包含有第一與第二特征之間插有另一個(gè)特 征，所以第一與第二特征沒有直接接觸在一起的實(shí)施例。此外，當(dāng)描述一個(gè) 特征形成在一個(gè)基底上的時(shí)候，或是形成在基底表面上的時(shí)候，是意味著包 含有許多種不一樣的實(shí)施例，例如該特征形成在基底表面的上方、該特征形 成且鄰接在基底表面、該特征直接的形成在基底表面、或是該特征形成且會(huì) 延展到基底表面底下(如同離子注入?yún)^(qū))等的實(shí)施例。
請(qǐng)參考圖1，其顯示圖像感測(cè)器裝置100包含有排成陣列的多個(gè)像素 110。圖像感測(cè)器裝置100是CIS或是有源像素感測(cè)器。圖像感測(cè)器裝置100 也是BSI感測(cè)器。像素110包含有光電感測(cè)器，用以記錄光線的亮度或是強(qiáng) 度。在實(shí)施例中，光電感測(cè)器具有光電柵類型的光電感測(cè)器。像素110也可 以包含有復(fù)位晶體管(reset transistors)、源極跟隨晶體管(source follower transistors)、 選擇晶4本管(selector transistors)、 或4專送晶體管(transfer transistors)。其它的一些電路或是輸入輸出一般是放置在緊鄰像素110的陣 列旁，用來提供像素110的操作環(huán)境，并提供像素110的對(duì)外通訊的管道。 為了簡(jiǎn)潔與清楚的原因，以下僅以單一一個(gè)像素作為例子，但是，當(dāng)用多個(gè) 像素組合成一個(gè)陣列的時(shí)候，就可以形成如圖l所示的感測(cè)器。
請(qǐng)參閱圖2，其為像素或是圖像感測(cè)元件200的電路結(jié)構(gòu)圖。圖像感測(cè) 元件200具有復(fù)位晶體管202、源極跟隨晶體管204、選擇晶體管206、傳送 晶體管(或稱為傳送柵晶體管)212、以及光電感測(cè)器214。光電感測(cè)器214與 復(fù)位晶體管202相串聯(lián)。源極跟隨晶體管204的柵極連接到復(fù)位晶體管202的源極。源極跟隨晶體管204的漏極連接到電源210。選擇晶體管206與源 極跟隨晶體管204相串聯(lián)。復(fù)位晶體管202可以用來對(duì)圖像感測(cè)元件200進(jìn) 行復(fù)位的動(dòng)作。源極跟隨晶體管204可以使圖像感測(cè)元件200的電壓在沒有 移動(dòng)所收集的電荷的條件下被觀察到。選擇晶體管206可以是行選擇晶體管 (row select transistor);當(dāng)選擇晶體管206被開啟的時(shí)候，允許位于像素陣列(如 圖1所示)中單一行的像素被讀取。傳送晶體管212的漏極，同時(shí)也是復(fù)位晶 體管202的源極，是對(duì)應(yīng)到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)(floating diffusion region),稍后將會(huì) 在圖3a中介紹。傳送晶體管212可以將光電感測(cè)器214中所累積收集的信 號(hào)電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)中。因?yàn)楦?dòng)擴(kuò)散區(qū)連接到源極跟隨晶體管204的 柵極，如果選擇晶體管206是處于開啟的狀態(tài)(該行被選取到了)，數(shù)據(jù)就會(huì) 被像素所輸出。在實(shí)施例中，傳送晶體管212可以容許進(jìn)行相關(guān)二次取樣 (correlated double sampling)。在圖中的實(shí)施例中，光電感測(cè)器214是光電柵 類型的光電感測(cè)器214(也有稱之為柵類型光電二極管或是光電柵結(jié)構(gòu))。光 電感測(cè)器214耦接地(ground)。光電感測(cè)器214的柵極可以施加一個(gè)電壓， 以使柵極底下產(chǎn)生一個(gè)溝道(channel)。恒流源208可以用以驅(qū)動(dòng)圖像感測(cè)元 件200。
請(qǐng)參閱圖3a，其顯示圖像感測(cè)元件300的實(shí)施例的剖面圖。如圖所示， 圖像感測(cè)元件300具有傳送晶體管以及光電感測(cè)器。光電感測(cè)器具有光電柵 結(jié)構(gòu)?？梢粤私獾氖?，圖像感測(cè)元件300還可以具有各式各樣的晶體管，如 復(fù)"f立晶體管(resettransistor)、源極足艮隨晶體管(source follower transistor)、《亍 選擇晶體管(row select transistor),或是其它類型的晶體管。而且，如圖所示， 圖像感測(cè)元件300具有像素?？赡苓€有其它的像素，如同圖1所示。
圖像感測(cè)元件300可以使用CMOS工藝來制作。圖像感測(cè)元件300具有 半導(dǎo)體基底302。在實(shí)施例中，基底302是處于單晶結(jié)構(gòu)(crystalline structure) 的硅(silicon)。基底302也可以是或包含有其它的元素半導(dǎo)體(dementary semiconductor),如鍺(germanium)。另一種可能的例子是，基底302包含有 化合物半導(dǎo)體(compound semiconductor),如碳化硅(silicon carbide)、石申化鎵 (Gallium Arsenide, GaAs)、石申化銦(Indium Arsenide)、與磷化銦(Indium phosphide)。在實(shí)施例中，基底302可以包含有P型硅基底(P-substrate)。 P 型基底可以用P型摻雜物，如硼(boron)、氟化硼(BF2)、或是其它適合的材料，摻雜硅基底而形成。而摻雜的方式可以用一般所熟知的離子注入或是擴(kuò)散工
藝的方式來進(jìn)行。在實(shí)施例中，硅基底的厚度大約介于2微米(micrometer) 到4微米之間。
圖像感測(cè)元件300還具有一些隔離結(jié)構(gòu)306。在所示的實(shí)施例中，隔離 特征306是淺溝槽隔離(shallow trench isolation, STI)結(jié)構(gòu)。隔離結(jié)構(gòu)306可 以定義并隔絕有源區(qū)(active regions),而有源區(qū)中可以用來形成圖像感測(cè)器 300中的各種微電子元件。隔離結(jié)構(gòu)306可以用現(xiàn)有的工藝形成在基底302 中。舉例來說，STI結(jié)構(gòu)可以先以光刻工藝于基底302上定義出圖案，接著 以等離子體蝕刻工藝蝕刻基底302來形成各種溝槽，之后以介電材料(如氧化 硅)填入那些溝槽中。防護(hù)環(huán)阱(guard-ring wdl)308也可以大致的形成在隔離 結(jié)構(gòu)306下。防護(hù)環(huán)阱308可以是P型阱，以P型摻雜物(如硼(B)、 BF2、或 是其它適合的材料)摻雜于基底302中來形成。摻雜的方式可以用一般所熟知 的離子注入或是擴(kuò)散工藝的方式，對(duì)一個(gè)通過光刻工藝步驟所定義的區(qū)域進(jìn) 行離子注入或擴(kuò)散工藝。
圖像感測(cè)元件300還包含有傳送晶體管(或稱為傳送柵晶體管)。傳送晶 體管可以將光電子收集區(qū)域(photodiode region)304中所產(chǎn)生的光電子傳送到 浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)310中，而浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)310也是傳送晶體管的漏極。浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū) 310可以用離子注入的方式，將N型摻雜物，如砷(arsenic)、磷(phosophorus)、 或是其它適合的材料，摻雜入基底302中來形成。傳統(tǒng)的光刻方法可以用來 定義出所要進(jìn)行注入的區(qū)域。傳送晶體管具有柵極，而柵極有柵介電層318 以及柵電極層320與322，均形成在基底302上。在實(shí)施例中，柵介電層318 是氧化硅。在其它的實(shí)施例中，柵介電層的材料可以有氮化硅(silicon nitride)、 氮氧化硅(oxynitride)、高介電常數(shù)(high-K)的介電材料、或是以上的組合。在 實(shí)施例中，柵極包含有多晶(polycrystalline)硅層320以及金屬硅化物層322。 金屬硅化物層322可以具有金屬硅化物，如硅化鎳(nickle silicide， NiSi)、 硅化鈷(cobalt silicide ， CoSi)、硅化鉤(tungsten silicide ， WSi)、硅化鈦(titanium silicide， TiSi)、硅化鉭(tantalum silicide, TaSi)、硅化銷(platinum silicide, PtSi)、硅化鉺(erbium silicide, ErSi)、硅化鈀(palladium silicide, PdSi)、或是 以上的組合。在其它的實(shí)施例中，可能沒有金屬硅化物層322。形成傳送晶 體管的柵極的工藝包含有光刻(photolithography)、沉積(deposition).蝕刻(etching)、熱退火(annealing)、離子注入(ion implantation)、或是本領(lǐng)士或所知 的各種工藝。也可能使用其它種柵極的形成方法或是其它材料。
圖像感測(cè)元件300也具有光電感測(cè)器。光電感測(cè)器具有光電柵結(jié)構(gòu)，如 同先前圖2解釋時(shí)所述。光電柵結(jié)構(gòu)具有光電子收集區(qū)304以及柵極，柵極 耦接到光電子收集區(qū)304。光電子收集區(qū)304可以對(duì)一個(gè)通過光刻工藝步驟 所定義的區(qū)域，用一般所熟知的離子注入方式，注入雜質(zhì)進(jìn)入基底302來形 成。在實(shí)施例中，光電子收集區(qū)304是N型光電感測(cè)器，注入N型摻雜物(例 如磷(phosphoms)、砷(arsenic)或是其它適合的材料)進(jìn)入基底302來形成。
光電柵結(jié)構(gòu)的柵極包含有柵介電層312。柵介電層312的材料可以有介 電材料，如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介電常數(shù)的介電材料、或是以上 的組合。高介電常數(shù)的介電材料，舉例來說，可以是二氧化鉿(hafnkimoxide)、 氧化鋯(zirconium oxide)、氧化鋁(aluminum oxide)、 氧化鉿與氧化鋁 (hafnium-dioxide-aluminum-oxide, : 幻2-八1203)的合金、或是以上的組合。形 成柵介電層312的工藝可以包含有光刻、氧化(oxidation)、沉積、蝕刻、或 是本領(lǐng)域所知的各種工藝。
在實(shí)施例中，光電柵結(jié)構(gòu)的柵極還包含有柵電極層314以及光反射層 316。柵電極層314包含有己摻雜的多晶硅(polysilicon)，而光反射層316具 有金屬硅化物。柵電極層314可以用傳統(tǒng)的方法形成，如光刻、離子注入、 沉積、蝕刻、或是業(yè)界所知的各樣工藝。光反射層316形成在多晶硅柵電極 層314上。具有多晶硅層314與金屬硅化物層316的柵電極有時(shí)被稱為金屬 硅化物-多晶硅柵極。在光反射層316的金屬硅化物的例子可能有硅化鎳、硅 化鈷、硅化鎢、硅化鈦、硅化鉭、硅化鉑、硅化鉺、硅化鈀、或是以上之組 合。金屬硅化物可以用已知的工藝來形成。譬如說，金屬硅化物是先沉積金 屬層，而此金屬層中的金屬可以形成金屬硅化物，如鎳、鈷、鴇、鈦、鉭、 鉑、鉺、或是鈀。而沉積的方法可以采用傳統(tǒng)的工藝，如物理氣相沉積法 (physical vapor deposition, PVD)(或稱為濺鍍法)、化學(xué)氣相沉積法(chemical vapor deposition, CVD)、等離子體加強(qiáng)(plasma-enhanced)CVD(PECVD)、大 氣 氣 壓 (atmospheric pressure)CVD(APCVD) 、 低 壓 (low-pressure)CVD(LPCVD)、 高密度等離子體(high density plasma)CVD(HDPCVD)、或是原子層(atomic layer)CVD(ALCVD)。金屬接著歷經(jīng)退火(anneal)工藝，來形成金屬硅化物。退火工藝可以是在充滿著如氬氣 (Ar)、氦(He)、氮(N2)或是其它惰性氣體中進(jìn)行的快速熱退火(rapid thermal anneal, RTA)。然后可以進(jìn)行第二退火工藝，以產(chǎn)生穩(wěn)定的金屬硅化物。接 著去除沒有反應(yīng)的金屬。在實(shí)施例中，金屬硅化物是以自對(duì)準(zhǔn)金屬硅化物工 藝(self-aligned silicide process, salicide process)來形成。在實(shí)方包例中，光電柵 結(jié)構(gòu)上的光反射層316與傳送晶體管上的金屬硅化物322同時(shí)間形成。光電 柵結(jié)構(gòu)上的柵電極可以有其它的層，可能可以反射光，也可能不會(huì)反射光。
在實(shí)施例中，光電柵結(jié)構(gòu)上的柵電極是金屬柵。在這樣的實(shí)施例中，柵 電極層314是金屬層。如此，柵電極層314就是光反射層。適合用于柵電極 層314的金屬包含有銅、鎢、鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、硅化鎳、硅化鈷、 或是以上的可能組合。柵電極層314可以用已知的工藝來形成。譬如說，金 屬可以由以下的工藝來形成PVD、 CVD、 PECVD、 APCVD、 LPCVD、 HDPCVD、或是ALCVD。光刻步驟可以用來圖案化金屬層來定義金屬柵的 位置，而等離子體蝕刻可以用來移除不想要的金屬部分。有的實(shí)施例可能沒 有反射層316，但是，其它的層(可能可以反射光，也可能不能反射光)可能 出現(xiàn)在柵電極結(jié)構(gòu)的柵電極上。
在實(shí)施例中，柵電極結(jié)構(gòu)的柵電極是金屬柵，具有可反射光的金屬柵電 極層，且該柵電極還另包含有第二光反射層。在此實(shí)施例中，柵電極層314 是可以反射光的金屬層，大致上如同前一個(gè)實(shí)施例中所描述的。第二光反射 層，也就是光反射層316，具有金屬硅化物。光反射層316可以形成在柵電 極層314上方或是下方。光反射層316的金屬硅化物材料可能有硅化鎳、硅 化鈷、硅化鎢、硅化鈦、硅化鉭、硅化鉑、硅化鉺、硅化鈀、或是以上的組 合。金屬硅化物可以用已知的工藝來形成，包含有先前所描述過的工藝。光 電柵結(jié)構(gòu)上的柵電極上方可以有其它的層，可能可以反射光，也可能不會(huì)反 射光。
圖像感測(cè)元件300是一個(gè)BSI感測(cè)器。圖像感測(cè)元件300是設(shè)計(jì)來接收 從基底302背面照射進(jìn)來的入射光，如同圖上所顯示的光線324。從基底302 背面來的光線可以免受柵結(jié)構(gòu)或是金屬線等所阻礙的光線路徑。因此，光線 324對(duì)于光電子收集區(qū)304的曝光量就可以增加?；?02有一個(gè)厚度T。 這厚度T必須使光線324能夠有效地抵達(dá)光電子收集區(qū)304。在實(shí)施例中，此厚度T大約是2微米。在另一實(shí)施例中，此厚度T大約介于2微米到4微 米之間。光線324可能是可見光(visual light beam)、紅外線(infrared)光、紫 外光線(iiltraviolet)光、或是其它可能的光線。
光線324從基底302的背面進(jìn)入，到達(dá)且穿過光電子收集區(qū)304。 一部 分的光線324被反射回光電子收集區(qū)304，如同圖上所示的反射光326。反 射光326是因?yàn)楣饩€324抵達(dá)光電柵結(jié)構(gòu)中的柵極的光反射層而產(chǎn)生。在實(shí) 施例中，反射光326是因?yàn)楣饩€324抵達(dá)光反射層316而產(chǎn)生。在另一個(gè)實(shí) 施例中，反射光326是因?yàn)楣饩€324抵達(dá)柵電極層314而產(chǎn)生。而在此實(shí)施 例中，柵電極層314就是一個(gè)光反射層，且內(nèi)含在光電感測(cè)器中的金屬柵結(jié) 構(gòu)里。在另一個(gè)實(shí)施例中，光反射層326是由光線324抵達(dá)柵電極層314以 及光反射層316而產(chǎn)生，此時(shí)，柵電極層314也算是光反射層。光線324的 一部分可能穿透光電柵結(jié)構(gòu)，如同圖中所示的穿透光線328。
穿透光線328越多，圖像感測(cè)元件300的敏感度越低。在傳統(tǒng)的圖像感 測(cè)器中，柵結(jié)構(gòu)中的柵電極層是摻雜的多晶硅層，而柵結(jié)構(gòu)中的柵介電層的 材料是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、高介電常數(shù)介電物、或是以上可能的組 合。這樣傳統(tǒng)的圖像感測(cè)器中并沒有光反射層，會(huì)讓大部分的入射光穿透光 電柵結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致一個(gè)很低的感測(cè)器敏感度。但沒有光反射層，使得沒有入射 光或是很少的入射光被反射。而圖3b將會(huì)加以詳細(xì)的介紹。
請(qǐng)參閱圖3b，其中顯示了圖330，作為一個(gè)例子，來顯示多種光電柵結(jié) 構(gòu)中，各種波長光的穿透率。在圖3b中，Y軸表示穿透率(以百分比％為單 位)；X軸則為入射光的波長(以納米為單位)。穿透率是指穿透光電柵結(jié)構(gòu)的 光線(圖3a中穿透圖像感測(cè)元件300的穿透光線328就是一個(gè)例子)的百分比。 穿透?jìng)鹘y(tǒng)多晶硅光電柵結(jié)構(gòu)的各種波長光的穿透率以曲線332表示。穿透使 用金屬硅化物-多晶硅的光電柵結(jié)構(gòu)(如同圖3a所介紹的)的各種波長光的穿 透率以曲線334a、 334b、 334c、 334d表示。曲線332，特別是對(duì)于長波長光 而言，顯示了傳統(tǒng)的多晶硅光電柵結(jié)構(gòu)會(huì)有很高的穿透率。譬如說，在傳統(tǒng) 的例子中，對(duì)于波長為650nm的光(也就是紅光)，其穿透率大約是60%。但 是，在本發(fā)明的實(shí)施例中，有金屬硅化物-多晶硅的光電柵結(jié)構(gòu)能夠提供較低 的光穿透率。譬如說，在實(shí)施例中，對(duì)于波長為650nm的光(也就是紅光)， 其穿透率是少于20%。因此，增加了光反射層(如金屬硅化物層)，可以降低穿透率，增加光線反射至光電子收集區(qū)，所以就可以增加圖像感測(cè)器的敏 感度。
請(qǐng)參閱圖4，顯示一種操作BSI感測(cè)器的方法400。方法400從步驟402 開始，其提供具有光電感測(cè)器的基底，且該光電感測(cè)器具有光反射層?；?可以是圖3a中所示的基底302。光電感測(cè)器可以是圖3a中所示的光電感測(cè) 器。方法400接著進(jìn)行步驟404，讓基底的背面照射光線。這光線可以是可 見光、紅外線光、紫外光光、或是其它可能的光線。方法400接著進(jìn)行到步 驟406，其使一部分的光線被光反射層所反射，產(chǎn)生如同圖3a中所描述的反 射光326 —般。 一部分的光線可能沒有被反射，因此穿透光電感測(cè)器，產(chǎn)生 如同圖3a中所描述的穿透光328 —般。在實(shí)施例中，當(dāng)光線的波長介于400nm 到800nm時(shí)(也就是藍(lán)光、綠光、紅光)，穿透光小于20%。在實(shí)施例中，光 反射層增加了光電感測(cè)器的光吸收率。在實(shí)施例中， 一個(gè)比較薄的基底，但 是其上的光電柵結(jié)構(gòu)的柵電極具有光反射層，提供了跟相對(duì)比較厚的基底， 而其上并沒有該光反射層，有相同一樣的光吸收率。譬如說，光反射層的加 入，可以使具有2微米厚基底的感測(cè)器擁有跟具有4微米厚基底但是沒有光 反射層的感測(cè)器大約相同的光吸收能力。
盡管以上僅仔細(xì)介紹本發(fā)明的一些實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員可以了 解，在沒有脫離說明書的教導(dǎo)與優(yōu)點(diǎn)之下，所舉例的實(shí)施例中還可能有許多 種變化。譬如說，雖然以上都以具有光電柵結(jié)構(gòu)的光電感測(cè)器的BSICIS作 為例子，但是采用其它種光電感測(cè)器的其它實(shí)施例也是可以實(shí)施的。
本說明書公開了一種背面照光感測(cè)器。該背面照光感測(cè)器，包含有具有 正面(front surface)以及背面(back surface)的半導(dǎo)體基底。多個(gè)像素形成于該 半導(dǎo)體基底的該正面。至少一個(gè)像素具有光電柵(photogate)結(jié)構(gòu)。該光電柵 結(jié)構(gòu)具有柵極，且該柵極具有光反射層。
本說明書也公開了背面照光感測(cè)器的另一個(gè)實(shí)施例。該背面照光感測(cè)器 的基底具有正面以及背面。該感測(cè)器也具有感測(cè)入射光的裝置，用以感測(cè)入 射于該基底的背面的光線。該感測(cè)器也具有反射光線的裝置，用以反射光線， 其包含有光反射層，形成于該基底的正面。
本說明書也公開了具有半導(dǎo)體基底的一種圖像感測(cè)器。該半導(dǎo)體基底具 有光電感測(cè)器，其包含有光反射層。該光反射層形成于該半導(dǎo)體基底的第一面。入射光照射于該半導(dǎo)體基底的第二面。該第一面與該第二面相反。該入 射光被該光電感測(cè)器所檢測(cè)。在實(shí)施例中，該光電感測(cè)器包含有光電子收集 區(qū)域，耦接至柵極。
本發(fā)明雖以優(yōu)選實(shí)施例公開如上，然其并非用以限制本發(fā)明，任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的變更與修飾， 因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種背面照光感測(cè)器，包含有 半導(dǎo)體基底，具有正面以及背面；以及 多個(gè)像素，形成于該半導(dǎo)體基底的正面；其中，至少一個(gè)像素具有光電柵結(jié)構(gòu)，該光電柵結(jié)構(gòu)具有柵極，該柵極 具有光反射層。
2. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層設(shè)于該柵極 上，即與該半導(dǎo)體基底相反的一邊。
3. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，所述至少一個(gè)像素包含 有N型光電感測(cè)器。
4. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層包含有金屬 硅化物。
5. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層包含有以下 多種金屬硅化物其中之一硅化鎳、硅化鈷、硅化鎢、硅化鈦、硅化鉭、硅 化鉑、硅化鉺、以及硅化鈀。
6. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，該柵極為多晶硅/金屬 硅化物柵。
7. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，該柵極為金屬柵。
8. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，該光反射層包含有以下 金屬其中之一銅、鎢、鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、硅化鎳、以及硅化鈷。
9. 如權(quán)利要求7所述的背面照光感測(cè)器，其中，該金屬柵包含有金屬層 以及金屬硅化物層。
10. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，還包含有 傳送晶體管、復(fù)位晶體管、源極跟隨晶體管、以及選擇晶體管。
11. 如權(quán)利要求1所述的背面照光感測(cè)器，其中，該半導(dǎo)體基底的厚度 約介于2微米到4微米之間。
全文摘要
本發(fā)明提供一種背面照光感測(cè)器。該背面照光感測(cè)器，包含有具有正面的半導(dǎo)體基底。多個(gè)像素形成于該半導(dǎo)體基底的正面。至少一個(gè)像素具有光電柵結(jié)構(gòu)。該光電柵結(jié)構(gòu)具有柵極，且該柵極具有光反射層。本發(fā)明可以增加感測(cè)器的敏感度。
文檔編號(hào)H01L27/146GK101312202SQ20071014879
公開日2008年11月26日 申請(qǐng)日期2007年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月24日
發(fā)明者楊敦年, 王俊智, 許慈軒 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司