專利名稱：具有離散電子排斥元件陣列的光電檢測器陣列的制作方法
具有離散電子排斥元件陣列的光電檢測器陣列
背景技術(shù)：
圖像傳感器是普遍的。圖像傳感器可用于各種各樣的應(yīng)用中，例如數(shù)碼照相機(jī)、蜂 窩電話、數(shù)碼相機(jī)電話、安全相機(jī)、光學(xué)鼠標(biāo)以及各種其它醫(yī)學(xué)、汽車、軍事或其它應(yīng)用。電串?dāng)_是許多圖像傳感器遇到的一個(gè)挑戰(zhàn)。電串?dāng)_可在(舉例來說)對(duì)應(yīng)于一個(gè) 光敏區(qū)域的區(qū)域中所產(chǎn)生的電子擴(kuò)散、橫向漂移或以其它方式遷移或移動(dòng)到相鄰光敏區(qū)域 并由所述相鄰光敏區(qū)域收集時(shí)發(fā)生。所述電子最終可由所述相鄰光敏區(qū)域收集。此類電串?dāng)_往往是不期望的，因?yàn)槠渫墒箞D像模糊、引入瑕疵或以其它方式 降低圖像質(zhì)量。另外，隨著圖像傳感器及其像素的大小繼續(xù)減小，此串?dāng)_往往可成為更大的 問題。圖像傳感器及具有減少的電串?dāng)_的其它光電檢測器陣列帶來了一些優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供一種設(shè)備，其中所述設(shè)備包括表面，其用以接收光；多個(gè) 光敏區(qū)域，其安置在襯底內(nèi)；材料，其耦合在所述表面與所述多個(gè)光敏區(qū)域之間，所述材料 用以接收所述光，所述光中的至少一些光使所述材料中的電子自由；及多個(gè)離散電子排斥 元件，所述離散電子排斥元件耦合在所述表面與所述材料之間，所述離散電子排斥元件中 的每一者對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)光敏區(qū)域中的不同光敏區(qū)域，且所述離散電子排斥元件中的每一 者用以朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域推斥所述材料中的電子。本發(fā)明另一實(shí)施例提供背側(cè)照明式圖像傳感器。所述背側(cè)照明式圖像傳感器包 括光敏區(qū)域陣列，其安置在襯底的前側(cè)部分內(nèi)；背側(cè)表面，其用以接收光；材料，其耦合在 所述背側(cè)表面與所述光敏區(qū)域陣列之間，所述材料用以接收所述光，所述光中的至少一些 光用以使所述材料中的電子自由；及材料的陣列，所述材料的所述陣列耦合在所述背側(cè)表 面與所述材料之間，所述陣列中的每一材料對(duì)應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的一者，所述陣列中的 每一材料包含選自比所述材料摻雜程度重的摻雜半導(dǎo)體材料及能夠在所述材料中產(chǎn)生空 穴積累區(qū)域的金屬。本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種方法，其中所述方法包括在光電檢測器陣列的表面 處接收光；朝向多個(gè)光敏區(qū)域傳輸所述光；借助所述光使材料中的電子自由；在所述材料 中產(chǎn)生多個(gè)中斷的電場，所述中斷的電場中的每一者對(duì)應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的一者；借助 所述電場朝向所述光敏區(qū)域驅(qū)動(dòng)所述材料中的所述電子；及在所述光敏區(qū)域處接收所述電子。本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種方法，其中所述方法包括提供襯底，所述襯底具有安 置在其中的光敏區(qū)域陣列及位于所述光敏區(qū)域陣列上方的半導(dǎo)體材料；及在所述半導(dǎo)體材 料上方形成材料的陣列，所述陣列中的每一材料對(duì)應(yīng)于不同的光敏區(qū)域，且所述陣列中的 每一材料能夠在所述半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生電場。本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括半導(dǎo)體光源，其用以朝向?qū)?象傳輸光；及光電檢測器陣列，其位于由所述對(duì)象所反射的至少一些光的光學(xué)路徑中。所述光電檢測器陣列包含表面，其用以接收所述所反射的光；光敏區(qū)域陣列，其安置在襯底 內(nèi)；材料，其耦合在所述表面與所述光敏區(qū)域陣列之間，所述材料用以接收所述所反射的 光，所述所反射的光中的至少一些光用以使所述材料中的電子自由；及分開的元件的陣列， 所述分開的元件的陣列耦合在所述表面與所述材料之間，所述分開的元件中的每一者對(duì)應(yīng) 于不同的光敏區(qū)域，且所述分開的元件中的每一者能夠在所述材料中產(chǎn)生電場。


通過參照以下說明及用于圖解說明本發(fā)明實(shí)施例的附圖，可更好地了解本發(fā)明。 附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例具有離散電子排斥元件的光電檢測器陣列的截面?zhèn)纫?圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的使用光電檢測器陣列的方法的方框流程圖，所述方法 包括在材料中產(chǎn)生中斷的電場。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件的背側(cè)照明式 (BSI)光電檢測器陣列的截面?zhèn)纫晥D。圖4A顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件的光電檢測 器陣列的一部分的簡化截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件具有第一實(shí)例類型的材料。圖4B顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件且在離散電 子排斥元件之間的區(qū)域中具有經(jīng)中間摻雜半導(dǎo)體材料的光電檢測器陣列的一部分的簡化 截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件各自包括圖4A的第一實(shí)例類型的材料。圖5A顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件的光電檢測 器陣列的一部分的簡化截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件具有第二實(shí)例類型的材料。圖5B顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件的光電檢測 器陣列的一部分的簡化截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件具有第三實(shí)例類型的材料。圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有基于入射光的非正交角度而移位 的組件的背側(cè)照明式(BSI)光電檢測器陣列的截面?zhèn)纫晥D。圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例顯示離散電子排斥元件的移位的光電 檢測器陣列的俯視平面圖。圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制作或制造光電檢測器陣列的方法的方框流程圖，所述 方法包括形成能夠在材料中產(chǎn)生電場的材料的陣列。圖9是圖解說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例的光電檢測器陣列的兩個(gè)像 素的實(shí)例性像素電路的電路圖。圖10是圖解說明根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例的圖像傳感器單元的方框 圖。圖11是圖解說明并入根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例的圖像傳感器的照明及 圖像捕獲系統(tǒng)的方框圖。
具體實(shí)施例方式以下說明中闡述眾多具體細(xì)節(jié)。然而，應(yīng)了解，無需這些具體細(xì)節(jié)也可實(shí)踐本發(fā)明6實(shí)施例。在其它實(shí)例中，為了不模糊對(duì)本說明的了解，尚未詳細(xì)顯示眾所周知的電路、結(jié)構(gòu) 及技術(shù)。圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的光電檢測器陣列100的截面?zhèn)纫晥D。所述光電檢測器 陣列包括光收集表面102，例如一個(gè)或一個(gè)以上透鏡的表面。在操作期間，所述光收集表面 可接收光104。所述光電檢測器陣列還可包括多個(gè)光敏區(qū)域106A、106B。在此圖解中，為簡化圖解 說明，顯示第一光敏區(qū)域106A及第二光敏區(qū)域106B，但應(yīng)了解，可任選地包括更多(例如任 何適當(dāng)數(shù)目及大小的光敏區(qū)域的陣列)。光敏區(qū)域106A及106B安置在襯底108內(nèi)。如本文中使用，希望安置在襯底內(nèi)的 光敏區(qū)域涵蓋形成在所述襯底內(nèi)的光敏區(qū)域、形成在所述襯底上方的光敏區(qū)域或部分地形 成在所述襯底內(nèi)或部分地形成在所述襯底上方的光敏區(qū)域。通常，光敏區(qū)域安置在所述襯 底的半導(dǎo)體材料內(nèi)。除半導(dǎo)體材料之外，所述襯底還可包括其它材料，例如有機(jī)材料、金屬 及非半導(dǎo)體電介質(zhì)，僅舉幾個(gè)實(shí)例。合適的光敏區(qū)域的代表性實(shí)例包括但不限于光電二極管、電荷耦合裝置(CCD)、 量子裝置光學(xué)檢測器、光電門、光電晶體管及光電導(dǎo)體。據(jù)信，用于互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)有源像素傳感器(APQ中的光敏區(qū)域類型是尤為合適的。在一個(gè)實(shí)施例中，所述光 敏區(qū)域是光電二極管。合適的光電二極管的代表性實(shí)例包括但不限于P-N光電二極管、PIN 光電二極管及雪崩光電二極管。再次參照?qǐng)D1，光電檢測器陣列還包括材料110。材料110耦合在表面102與光敏 區(qū)域106A及106B之間。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所述材料可包括半導(dǎo)體材料。在操 作期間，材料110可接收光收集表面102所接收的光。所述材料可朝向所述多個(gè)光敏區(qū)域 傳輸光。使用虛線來顯示光的可能路徑。光可完全地穿透光敏區(qū)域或僅部分地穿透光敏區(qū) 域，這取決于材料的透明度、材料的厚度及光的波長。在此圖解中，已顯示單個(gè)材料，但應(yīng)了 解，材料110可包括兩種或兩種以上不同材料。所述光中的至少一些光可操作以使材料中的電子(例如光電子)自由。舉例來說， 歸因于光電效應(yīng)，材料(例如半導(dǎo)體材料)中可產(chǎn)生電子或使電子自由。這些電子能夠在 材料內(nèi)擴(kuò)散或以其它方式移動(dòng)。為與感測或檢測光結(jié)合地來檢測電子，電子應(yīng)移向光敏區(qū) 域。另外，為獲得高圖像保真度，在光敏區(qū)域106A下方的材料中產(chǎn)生的電子應(yīng)優(yōu)選地移向 光敏區(qū)域106A，且在光敏區(qū)域106B下方的材料中產(chǎn)生的電子應(yīng)優(yōu)選地移向光敏區(qū)域106B。 因此，在到達(dá)光敏區(qū)域之前，電子具有穿過材料移動(dòng)的一段路徑或距離。注意，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，光電檢測器陣列還包括多個(gè)離散電子排斥元件112A、 112B。在此圖解中，為簡化圖解說明，顯示第一離散電子排斥元件112A及第二離散電子排 斥元件112B，但應(yīng)了解，可任選地包括更多(例如任何適當(dāng)數(shù)目及大小的陣列)。所述離散 電子排斥元件耦合在表面102與材料110之間。在各種實(shí)施例中，離散電子排斥元件112A及112B可表示材料110的經(jīng)修飾部分 或沉積于或以其它方式形成于材料110上方的材料。舉例來說，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例 中，所述離散電子排斥元件可各自包括位于較輕摻雜的(例如P-型)半導(dǎo)體材料110內(nèi)的 離散的較重?fù)诫s區(qū)域(例如經(jīng)摻雜有P+的區(qū)域)。作為另一實(shí)例，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施 例中，所述離散電子排斥元件可各自包括形成于下伏材料110上方的離散薄金屬層，其中所述金屬層可操作以在材料110的鄰近部分中形成孔積累區(qū)域(例如金屬閃鍍柵極)。如本文中使用，將如離散電子排斥元件中的術(shù)語“元件”充分廣義地解釋為涵蓋材 料、層的區(qū)域或部分、襯底的區(qū)域或部分(例如位于較輕摻雜半導(dǎo)體材料內(nèi)的較重?fù)诫s區(qū) 域)、經(jīng)圖案化層的部分(例如經(jīng)圖案化薄金屬膜或?qū)拥碾x散部分)以及光電檢測器陣列或 圖像傳感器的其它結(jié)構(gòu)及組成部分。這些離散電子排斥元件表示用于推斥、推動(dòng)或促進(jìn)電 子的移動(dòng)的一個(gè)可能構(gòu)件。所述離散電子排斥元件中的每一者相對(duì)于或以其它方式對(duì)應(yīng)于不同的光敏區(qū)域 對(duì)準(zhǔn)或定位。特定來說，第一離散電子排斥元件112A對(duì)應(yīng)于第一光敏區(qū)域106A，且第二離 散電子排斥元件112B對(duì)應(yīng)于第二光敏區(qū)域106B。所述電子排斥元件是離散的。如所顯示，所述電子排斥元件可物理地相互分離且 /或可不直接相互接觸或連接。如所顯示，中間間隙或其它距離(dl)可使離散電子排斥元 件分開。所述間隙無需是空的，而是可由不同于所述離散元件的材料的材料占據(jù)。因此，所 述離散電子排斥元件可離散地、個(gè)別地、間歇地、間斷地及/或周期性地形成在個(gè)別光敏區(qū) 域上方，而不是連續(xù)地(例如不間斷層)形成在兩個(gè)或兩個(gè)以上光敏區(qū)域上方。所述離散 電子排斥元件中的每一者可僅覆蓋在一個(gè)對(duì)應(yīng)的光敏區(qū)域上，而不是多個(gè)光敏區(qū)域或整個(gè) 光敏區(qū)域陣列上。所述離散電子排斥元件中的每一者可操作以朝向其對(duì)應(yīng)的光敏區(qū)域推斥或推動(dòng) 材料中的電子。在操作期間，所述離散電子排斥元件中的每一者可在材料中產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的離 散電場114A、114B。特定來說，第一離散電子排斥元件112A能夠產(chǎn)生第一離散電場114A。 同樣，第二離散電子排斥元件112B能夠產(chǎn)生第二離散電場114B。在此圖解中，所述電場由若干短箭頭表示，所述箭頭具有開始于離散電子排斥元 件處的尾部且具有指向?qū)?yīng)光敏區(qū)域的頭部。這些箭頭表示對(duì)電子施加的力的作用線。如 所顯示，所述力作用線大致平行且直接指向?qū)?yīng)的光敏區(qū)域。所述電場可操作以朝向其相應(yīng)的光敏區(qū)域推斥或推動(dòng)材料中的電子。特定來說， 第一離散電場114A能夠朝向?qū)?yīng)的光敏區(qū)域106A推斥中間材料中的電子。同樣，第二離 散電場114B能夠朝向?qū)?yīng)的光敏區(qū)域106B推斥中間材料中的電子。在材料中逗留時(shí)間過長的電子往往被消除，例如通過與背側(cè)表面缺陷重新組合來 消除。通過朝向光敏區(qū)域推動(dòng)電子，電子不太有可能被消除，且更有可能朝向光敏區(qū)域移動(dòng) 且被收集。因此，電子排斥元件的一個(gè)可能的優(yōu)點(diǎn)是，其可有助于改善敏感度及收集效率。離散電子排斥元件的另一優(yōu)點(diǎn)是，其可有助于減少電串?dāng)_。某些電子有遠(yuǎn)離其對(duì) 應(yīng)的光敏區(qū)域橫向擴(kuò)散、漂移或以其它方式遷移或移動(dòng)的趨勢(shì)。在某些情況下，雜散電子可 被相鄰光敏區(qū)域收集。這稱為電串?dāng)_。產(chǎn)生在光敏區(qū)域邊緣附近的電子往往比產(chǎn)生在光敏 區(qū)域中心附近的電子更有可能發(fā)生電串?dāng)_。在光敏區(qū)域之間產(chǎn)生的電子可遷移到所述光敏 區(qū)域中的任一者。另外，電串?dāng)_往往會(huì)隨著像素大小的減小而增大。此電串?dāng)_通常是不期 望的，因?yàn)槠渫蓪?dǎo)致模糊或以其它方式對(duì)圖像質(zhì)量或保真度產(chǎn)生負(fù)面影響。應(yīng)記得，電子排斥元件是離散的。其可物理地彼此分開一定距離(dl)。所述離散 電子排斥元件可產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的離散、中斷或間斷的電場114A、114B。所述電場在材料中直接處 于對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域下方(如所觀察)的區(qū)域中比在材料中處于鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中可 更強(qiáng)或具有更大量值。
可比鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中的電子更強(qiáng)地朝向光敏區(qū)域推動(dòng)或推斥直接處 于光敏區(qū)域下方(如所觀察)的區(qū)域中的電子。因此，鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中的可能 雜散電子可在這些區(qū)域中逗留或保持較長的時(shí)間周期，且可更有可能與背側(cè)缺陷重新組合 或以與直接處于光敏區(qū)域上方的區(qū)域中的電子不同的方式被消除。有利地，消除這些可能 雜散電子往往可減少電串?dāng)_。如果過去及現(xiàn)在的朝向較小像素大小的趨勢(shì)繼續(xù)，則此電串 擾減少可更為有利。相反，如果替代地，連續(xù)的電子排斥材料層位于光敏區(qū)域上方(其中包括位于材 料中處于光敏區(qū)域之間的區(qū)域上方)，則此層所產(chǎn)生的電場往往將會(huì)朝向光敏區(qū)域推動(dòng)光 敏區(qū)域之間的區(qū)域中的電子。因此，這些區(qū)域中的可能雜散電子將被推向光敏區(qū)域，且將更 有可能導(dǎo)致電串?dāng)_。在實(shí)施例中，離散電子排斥元件中的每一者可具有基于對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域的范圍的范 圍。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所述離散電子排斥元件中的每一者可具有與對(duì)應(yīng)光敏區(qū) 域的范圍大致相當(dāng)?shù)姆秶?。如本文中所使用，大致相?dāng)?shù)姆秶庵鸽x散電子排斥元件的面 積或占用面積僅覆蓋在一個(gè)對(duì)應(yīng)的光敏區(qū)域上，且離散電子排斥元件的面積或占用面積為 對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域的至少1/10。通常，所述離散元件可具有為其對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域的面積或占用面 積的至少1/5(在某些情況下為至少1/2)的面積或占用面積。在各種實(shí)施例中，分開所述離 散元件的距離(dl)通常為分開鄰近光敏區(qū)域的距離(d2)的至少1/10，通常為至少1/5(在 某些情況下為至少1/3，且在特定情況下為至少1/2)。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，離散電 子排斥元件的邊界或范圍可與對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域的邊界或范圍大致共同延伸或相連，但這并不 是必需的。離散電子排斥元件的大小相對(duì)于像素的大小可經(jīng)選定以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定實(shí)施方案適 當(dāng)?shù)氖占逝c電串?dāng)_之間的所需平衡。所述元件可相對(duì)較小，這此情況下其往往將提供 相對(duì)更多的電串?dāng)_減少，但也提供相對(duì)較小的收集效率改善?；蛘撸鲈上鄬?duì)較大， 在此情況下其往往將提供相對(duì)較小的電串?dāng)_減少，但提供相對(duì)較多的收集效率改善。圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用光電檢測器陣列的方法220的方框流程圖。以實(shí)例 方式，所述方法可與圖1中所示的光電檢測器陣列100或類似的光電檢測器陣列一起執(zhí)行。所述方法包括在方框221處接收光電檢測器陣列的表面的一部分處的光。在一個(gè) 或一個(gè)以上實(shí)施例中，可將所述光電檢測器陣列用作圖像傳感器，且所述光可以是所成像 的對(duì)象或表面所反射的光，其可用于產(chǎn)生所述對(duì)象或表面的圖像。然而，本發(fā)明范圍并不限 于圖像傳感器。在方框222處，可朝向多個(gè)光敏區(qū)域(例如兩個(gè)或兩個(gè)以上或任何陣列)傳輸光。 在某些情況下，可至少部分地穿過一種或一種以上材料傳輸光。在方框223處，可借助光在 材料中產(chǎn)生、釋放電子或以其它方式使電子自由。舉例來說，歸因于光電效應(yīng)，可由所述光 使半導(dǎo)體材料或其它材料中的光電子自由。在方框2M處，可在材料中產(chǎn)生多個(gè)中斷的電場(例如兩個(gè)或兩個(gè)以上電場或電 場陣列)。所述中斷的電場中的每一者可對(duì)應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的一者或由所述光敏區(qū)域 中的一者產(chǎn)生。所述中斷的電場可以是離散的、彼此分開的或間斷的。所述電場在材料中 直接處于對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域下方(如所觀察)的區(qū)域中比在材料中處于鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū) 域中可更強(qiáng)或具有更大量值。應(yīng)了解，甚至在使電子自由之前也可產(chǎn)生電場。
在方框225處，可借助電場朝向光敏區(qū)域驅(qū)動(dòng)或推動(dòng)材料中的電子。可比材料中 處于鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中的電子更強(qiáng)地朝向光敏區(qū)域推動(dòng)或推斥直接處于光敏區(qū) 域下方(如所觀察)的區(qū)域中的電子?？杀炔牧现兄苯犹幱诠饷魠^(qū)域下方(如所觀察)的 區(qū)域中的電子更大比例地消除處于鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中的電子。有利地，此可有助 于減少電串?dāng)_。在方框2 處，可在光敏區(qū)域處接收電子及任何剩余光。已知，光敏區(qū)域可產(chǎn)生表 示所檢測電子及光的量的模擬信號(hào)。所述模擬信號(hào)可用于各種目的。在某些情況下，可將 光電檢測器陣列用作圖像傳感器，且可使用模擬信號(hào)來產(chǎn)生圖像。還預(yù)期其它使用。為更好地圖解說明某些概念，將論述并入在光電檢測器陣列的特定實(shí)例中的離散 電子排斥元件的實(shí)例。此特定光電檢測器陣列是具有特定配置及特定組件(其中包括任選 組件)的背側(cè)照明式(BSI)光電檢測器陣列。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明范圍并不限于此特定光 電檢測器陣列。圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例的BSI光電檢測器陣列300的截面?zhèn)纫晥D?，F(xiàn)今的許多光電檢測器陣列為前側(cè)照明式(FSI)。這些FSI光電檢測器陣列包括 位于襯底前側(cè)處的光敏區(qū)域陣列，且在操作期間，所述光敏區(qū)域陣列從前側(cè)接收光。然而， FSI光電檢測器陣列具有某些缺點(diǎn)，例如有限的填充因數(shù)。BSI光電檢測器陣列是FSI光電檢測器陣列的替代方案。BSI光電檢測器陣列包 括位于襯底前側(cè)處或安置在襯底前側(cè)內(nèi)的光敏區(qū)域陣列。在操作期間，光敏區(qū)域陣列從襯 底的背側(cè)接收光。再次參照?qǐng)D3，BSI光電檢測器陣列包括前側(cè)表面303及后側(cè)表面302A、302B。在 操作期間，可在背側(cè)表面處接收光304。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所述背側(cè)表面可以是任選微透鏡330A、330B陣列的 表面。在此圖解中，為簡化圖解說明，顯示兩個(gè)微透鏡，但應(yīng)了解，可任選地包括更多(例如 任何適當(dāng)數(shù)目及大小的陣列)。所述微透鏡通常具有小于IOum的直徑。所述微透鏡任選地 經(jīng)對(duì)準(zhǔn)以聚焦在朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域的背側(cè)表面處接收的光。所述微透鏡有助于改善敏感度 及減少光學(xué)串?dāng)_。然而，所述微透鏡是任選的，且不是必需的。光電檢測器陣列還包括光敏區(qū)域306A、306B陣列。光敏區(qū)域陣列安置在襯底308 內(nèi)。光電檢測器陣列還包括材料310A、310B。材料(例如外延硅或另一半導(dǎo)體材料) 耦合在背側(cè)表面與光敏區(qū)域陣列之間。所述材料用以接收朝向光敏區(qū)域陣列傳輸?shù)墓狻Ｋ?述光中的至少一些光可使材料中的電子(e_)自由。注意，光電檢測器陣列還包括多個(gè)離散電子排斥元件312A、312B。離散電子排斥元 件312A、312B分別耦合在微透鏡330A、330B (提供背側(cè)表面)與材料310A、310B之間。如上 文提及，所述離散電子排斥元件可以是離散材料、離散層部分或襯底的離散區(qū)域或部分，僅 舉幾個(gè)實(shí)例。所述離散電子排斥元件可以是物理地分開的元件，其由中間間隙或距離(dl) 彼此分開。離散電子排斥元件312A能夠產(chǎn)生離散電場314A，離散電場314A能夠朝向?qū)?yīng)光 敏區(qū)域306A推動(dòng)材料310A中的電子(e-)。同樣，離散電子排斥元件312B能夠產(chǎn)生離散電場314B，離散電場314B能夠朝向?qū)?yīng)光電區(qū)域306B推動(dòng)材料310B中的電子(e_)。如上 文所論述，朝向光敏區(qū)域推動(dòng)電子可有助于改善敏感度及收集效率。電場是離散的或中斷的。所述電場在材料中直接處于對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域下方(如所觀 察)的區(qū)域中比在材料中處于鄰近光電檢測器之間的區(qū)域中可具有更大量值?？杀忍幱卩?近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中的電子更強(qiáng)地朝向光電檢測器推動(dòng)或推斥直接處于光敏區(qū)域下 方的區(qū)域中的電子。因此，與直接處于光敏區(qū)域下方的區(qū)域中的電子相比，處于鄰近光敏區(qū) 域之間的區(qū)域中的可能雜散電子可更有可能與背側(cè)缺陷重新組合或以其它方式被消除。有 利地，此往往可減少電串?dāng)_。再次參照?qǐng)D3，光電檢測器陣列還包括分別耦合在材料310A、310B與微透鏡330A、 330B之間的任選常規(guī)濾色器332A、332B。濾色器332A可操作以過濾與濾色器332B不同的 色彩。這些濾色器是任選的且不是必需的。舉例來說，在黑色及白色圖像傳感器的情況下 或其它情況下，可省去這些濾色器。光電檢測器陣列還包括任選層334，例如耦合在濾色器332A、332B與材料310A、 310B之間的常規(guī)平面化層、常規(guī)抗反射層或此二者。此層是任選的?？狗瓷鋵硬皇潜匦璧?， 且在濾色器的后側(cè)表面足夠平坦或可使其足夠平坦的情況下可省去平面化層。光電檢測器陣列包括位于其前側(cè)處的常規(guī)互連部分336。所述互連部分可包括 安置在介電材料內(nèi)的一個(gè)或一個(gè)以上常規(guī)金屬互連層(未顯示)。常規(guī)的淺溝槽隔離 (STI) 338可任選地包括在鄰近光敏區(qū)域之間。任選的常規(guī)釘扎層340A、340B (例如η-型光 敏區(qū)域情況下的經(jīng)摻雜有P+的半導(dǎo)體區(qū)域)可安置在光敏區(qū)域中的每一者的前表面上。不同類型的材料均能夠產(chǎn)生電場。下面論述少量代表性材料。圖4Α顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件412Α、412Β 的光電檢測器陣列的一部分的簡化截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件各自包括能夠在材 料410中產(chǎn)生電場的第一實(shí)例類型的材料442。此實(shí)施例的第一實(shí)例性材料442是較輕摻 雜的半導(dǎo)體材料410中的摻雜或重?fù)诫s半導(dǎo)體材料。已知，可用可改變半導(dǎo)體的電性質(zhì)的摻雜劑來摻雜所述半導(dǎo)體。摻雜劑可以是受 主或施主。受主元素通過接受來自半導(dǎo)體原子的電子并釋放空穴在半導(dǎo)體中產(chǎn)生自由空穴。 硅的合適受主包括硼、銦、鎵、鋁及其組合。施主元素通過向半導(dǎo)體原子貢獻(xiàn)電子而在半導(dǎo)體中產(chǎn)生自由電子。硅的合適施主 包括磷、砷、銻及其組合。“P-型半導(dǎo)體”、“P-型導(dǎo)電率的半導(dǎo)體”等等是指以受主摻雜的半導(dǎo)體，且其中空 穴的密集度大于自由電子的密集度?？昭ㄊ嵌鄶?shù)載流子且支配導(dǎo)電率?！唉?型半導(dǎo)體”、“η-型導(dǎo)電率的半導(dǎo)體”等等是指以施主摻雜的半導(dǎo)體，且其中自 由電子的密集度大于空穴的密集度。電子是多數(shù)載流子且支配導(dǎo)電率。通常以輕微到中等摻雜劑濃度來摻雜ρ-型及η-型半導(dǎo)體。如本文中使用，P-型 及η-型半導(dǎo)體具有小于1 X IO16摻雜劑/cm3的摻雜劑濃度?！唉?半導(dǎo)體”、“摻雜有ρ+的半導(dǎo)體”、“p+導(dǎo)電率半導(dǎo)體”等等是指以施主元素重 摻雜的重?fù)诫sP-型半導(dǎo)體?！唉?半導(dǎo)體”、“η+摻雜半導(dǎo)體”、“η+導(dǎo)電率半導(dǎo)體”等等是指 以受主元素重?fù)诫s的重?fù)诫sη-型半導(dǎo)體。如本文中所使用，摻雜有P+的半導(dǎo)體及η+摻雜半導(dǎo)體具有大于IX IO"5摻雜劑/cm3 (通常大于IX IO17摻雜劑/cm3)的摻雜劑濃度。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，離散電子排斥元件412A、412B可各自包括處于較輕 摻雜半導(dǎo)體材料410中、內(nèi)、上或與其鄰近的離散摻雜或重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域或材料442。舉 例來說，所述離散電子排斥元件中的每一者可包括摻雜有P+的半導(dǎo)體區(qū)域或材料442，且 半導(dǎo)體材料410可包括ρ-型外延半導(dǎo)體材料、層或襯底部分。相反極性配置也可能是合適 的(例如空穴積累光電二極管)。離散電子排斥元件的摻雜或重?fù)诫s半導(dǎo)體材料的厚度范圍可為從約50納米(nm) 到約400nm，但這并不是必需的。在某些情況下，所述厚度范圍可為從約SOnm到約200nm。在本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，跨越離散電子排斥元件的摻雜半導(dǎo)體材料的 厚度可存在任選的摻雜濃度梯度或斜度。舉例來說，所述離散電子排斥元件可各自在其背 側(cè)表面或部分處具有較大摻雜劑濃度且在其前側(cè)表面或部分處具有較小摻雜劑深度。在一 個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，背側(cè)部分處的較大摻雜劑濃度范圍可為從約IX IO17摻雜劑/cm3 到約IX IO21摻雜劑/cm3。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，前側(cè)部分處的較小摻雜劑濃度范圍 可為從約IX IO14摻雜劑/cm3到約IX IO16摻雜劑/cm3。相對(duì)陡峭的濃度梯度往往效果良 好。然而，本發(fā)明范圍不限于使用濃度梯度，更不用說使用任何特定的濃度梯度。在此實(shí)施例中，離散電子排斥元件的摻雜或重?fù)诫s材料由未摻雜或較少摻雜的半 導(dǎo)體的一部分分開。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，可在離散電子排斥元件之間使用較薄且 較輕摻雜的半導(dǎo)體材料(其仍比半導(dǎo)體材料體更高地?fù)诫s)。圖4B顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件412A、412B 且在離散電子排斥元件之間的區(qū)域中具有中間摻雜的半導(dǎo)體材料443的光電檢測器陣列 的一部分的簡化截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件各自包括圖4A的第一實(shí)例類型的材 料442。中間摻雜的半導(dǎo)體材料443具有在第一實(shí)例類型的材料442的摻雜劑濃度與半導(dǎo) 體材料410的摻雜劑濃度之間的摻雜劑濃度。如所顯示，中間摻雜的半導(dǎo)體材料443的厚 度也小于材料442的厚度，但不是零?？扇芜x地使用兩種不同的摻雜來形成這些區(qū)域。一 個(gè)可能的優(yōu)點(diǎn)是，在離散電子排斥元件之間的中間摻雜級(jí)可有助于促進(jìn)這些區(qū)域中的雜散 電子的重新組合或消除。在一個(gè)方面中，可使用相對(duì)正弦的摻雜劑濃度及厚度曲線。圖5A顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件512A、512B 的光電檢測器陣列的一部分的簡化截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件各自包括能夠在材 料510中產(chǎn)生電場的第二實(shí)例類型的材料M2。此實(shí)施例的材料包括金屬M(fèi)2。電子排斥元件中的每一者均包括離散薄金屬層或 膜。所述薄金屬層或膜形成于第二實(shí)例材料例如半導(dǎo)體材料)的表面上。所述層或 膜可足夠透明且/或足夠薄以允許足夠量的光通過。離散元件512A、512B的金屬542可操作以在材料的鄰近部分中分別形成或產(chǎn)生空 穴積累區(qū)域M4A、544B。舉例來說，所述金屬可具有足夠高以在鄰近材料中形成空穴積累區(qū) 域的功函數(shù)。鉬是可操作以在鄰近硅材料中形成空穴積累區(qū)域的金屬的一個(gè)具體實(shí)例。在 一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所述離散電子排斥元件中的每一者均可包括金屬閃鍍柵極。可 任選地給所述金屬閃鍍柵極或薄金屬膜加負(fù)向偏壓以進(jìn)一步使鄰近材料布滿空穴。閃鍍柵 極在光電檢測器領(lǐng)域中是已知的，例如與CCD結(jié)合。形成于材料中的空穴積累區(qū)域各自具有比材料體要大的空穴密集度。此較大空穴密集度可在半導(dǎo)體材料中形成電場。圖5B顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有離散電子排斥元件512A、512B 的光電檢測器陣列的一部分的簡化截面?zhèn)纫晥D，所述離散電子排斥元件各自包括能夠在材 料510中產(chǎn)生電場的第三實(shí)例類型的材料M3。所述電子排斥元件中的每一者均包括離散薄層或膜。所述層或膜可足夠透明且/ 或足夠薄以允許足夠量的光通過。在此實(shí)施例中，第三實(shí)例類型的材料543包括透明傳導(dǎo)涂層(TCO)及透明傳導(dǎo)涂 層(TCC)中的一者或一者以上。合適的TCO的實(shí)例包括但不限于與錫的氧化物組合的銦的 氧化物(例如，氧化銦(III) (In2O3)加氧化錫(IV) (SnO2))、與鋁的氧化物組合的鋅的氧化 物(例如，氧化鋅(aiO)加氧化鋁(Al2O3))、與鎵的氧化物組合的鋅的氧化物(例如，氧化鋅 (ZnO)加氧化鎵(III) (Ga2O3))及錫的氧化物(例如，氧化錫(SnO2))，僅舉幾個(gè)實(shí)例。合適 的TCC的實(shí)例包括但不限于薄金膜、抗熱傳導(dǎo)塑料及碳納米管，僅舉幾個(gè)實(shí)例。當(dāng)給離散電子排斥元件加負(fù)電性偏壓時(shí)，材料(例如半導(dǎo)體材料)中的空穴可被 吸引向離散電子排斥元件。這樣可在材料中產(chǎn)生空穴積累區(qū)域M4A、544B。所述空穴積累 區(qū)域各自具有比材料體要大的空穴密集度。這樣可在材料中形成電場。如所顯示，任選離散薄半導(dǎo)體氧化物膜511A、511B可任選地安置在離散電子排斥 元件512A、512B中的每一者與材料510之間。在一個(gè)方面中，這些離散薄半導(dǎo)體氧化物膜 可各自包括硅的氧化物，例如二氧化硅(SiO2)。當(dāng)給離散電子排斥元件加負(fù)向偏壓時(shí)，離散 薄半導(dǎo)體氧化物膜可有助于改善裝置可靠性且/或有助于減少安置在襯底的光檢測部分 中的裝置中的故障，但這是任選的且不是必需的。在另一實(shí)施例中，可省去離散薄半導(dǎo)體氧 化物膜。在光電檢測器陣列中，陣列上的入射光的角度可不總是與表面垂直或正交。舉例 來說，在某些實(shí)施方案中，陣列上入射光的角度可朝向陣列的中心大致正交，但所述角度可 能沿每一方向從陣列的中心朝向陣列的外圍逐漸改變或傾斜。當(dāng)入射光的角度正交于表面時(shí)，當(dāng)微透鏡與離散電子排斥元件在對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域上 方或下方直接地光學(xué)對(duì)準(zhǔn)時(shí)可實(shí)現(xiàn)較好的性能。然而，當(dāng)入射光的角度不與表面正交時(shí)，當(dāng) 微透鏡與離散電子排斥元件基于入射光的角度從此直接垂直對(duì)準(zhǔn)任選地略微移位時(shí)可實(shí) 現(xiàn)較好的性能。圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例具有基于入射光的非正交角度而移位 的組件的BSI光電檢測器陣列600的截面?zhèn)纫晥D。非正交光604以非正交或傾斜角度入 射于表面602A、602B上。注意，微透鏡630A、630B、離散電子排斥元件612A、612B及濾色器 632A、632B已略微向左移位，從而其沒有直接在對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域306A、306B下方對(duì)準(zhǔn)或居中。 此移位有助于改善非正交光及從中產(chǎn)生的電子的收集，但這是任選的且不是必需的。圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例顯示離散電子排斥元件712的移位的光 電檢測器陣列700的俯視平面圖。在此圖解中，較大的無陰影方塊表示光敏區(qū)域706，且較 小的陰影方塊表示離散電子排斥元件712。如所顯示，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，處于陣 列中心750處或朝向中心750的離散電子排斥元件可在對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域上方或下方直接對(duì) 準(zhǔn)，而朝向陣列的外圍752的離散電子排斥元件則可偏移或移位，從而無法沿朝向陣列中 心的方向在對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域上方或下方直接對(duì)準(zhǔn)。如所顯示，隨著光的角度變得不再正交，移位量可隨著從陣列中心向外圍的距離的增大而增大。移位量通常僅為像素大小的一部分， 且可取決于像素大小、光的角度、陣列的大小等等。微透鏡(未顯示)可相似地移位。此移 位可有助于改善敏感度且減少串?dāng)_，但是可選的且不是必需的。此圖解還顯示，在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所述離散電子排斥元件中的每一者 均可具有正方形或其它矩形形狀?；蛘?，所述形狀可以是圓形、橢圓形、三角形等等。圖8是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的制作或制造光電檢測器陣列的方法860的方框流程 圖。此方法可經(jīng)執(zhí)行以整個(gè)地制造圖1、3、4、5、6中所顯示的光電檢測器陣列或其它光電檢 測器陣列或圖像傳感器中的任一者。所述方法包括在方框861處提供襯底。所述襯底具有安置在其中的光敏區(qū)域陣列 及位于所述光敏區(qū)域陣列上方的半導(dǎo)體材料。在一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底可看似圖3去掉 了組件312A/B、332A/B、334或330A/B，但本發(fā)明并不限于此。如本文中所使用，希望本語 “提供”至少涵蓋制造、從另一襯底獲得、購買、進(jìn)口及以其它方式得到襯底。然后，在方框862處，可在所述半導(dǎo)體材料上方形成材料的陣列，例如前述類型的 電子排斥材料的陣列。所述陣列中的每一材料可對(duì)應(yīng)于所述陣列的不同光敏區(qū)域。每一材 料均可與每一其它材料分開。所述陣列中的每一材料均可能夠在半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生單獨(dú)的 電場。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所述陣列中的每一材料均可包括摻雜有ρ+的半導(dǎo) 體材料。形成此材料的陣列的代表性方法可包括沉積并圖案化掩模層，例如光致抗蝕劑層。 可將所述光致抗蝕劑在襯底的表面上方旋涂成層?？蓪⑺龉庵驴刮g劑層暴露于已通過經(jīng) 圖案化掩模的經(jīng)圖案化光。接著可使用顯影來移除暴露層的若干部分。所述經(jīng)圖案化光致 抗蝕劑可具有界定于其中的開口，所述開口位于其中所述材料的陣列將所處的位置處?？?通過穿透掩模層離子植入或擴(kuò)散到半導(dǎo)體材料中來執(zhí)行摻雜。以實(shí)例方式，可使用氟化硼 或乙硼烷來植入硼。硼離子的劑量范圍可為從約IXio12到5X1015離子/cm2?？蓪⑺鲅?模層剝離或以其它方式移除?？蓪?duì)摻雜材料進(jìn)行退火，例如借助激光。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中，所述陣列中的每一材料可包括金屬的薄金屬膜，例 如用于金屬閃鍍柵極或透明傳導(dǎo)氧化物(TCO)、透明傳導(dǎo)涂層(TCC)、TCO/氧化物堆疊或 TCC/氧化物堆疊的鉬或其它金屬。形成此材料的陣列的代表性方法可包括沉積并圖案化如 上文剛剛論述的掩模層。所述經(jīng)圖案化掩模層可具有界定于其中的開口，所述開口位于其 中所述金屬材料的陣列將所處的位置處。所述薄金屬層可形成于此經(jīng)圖案化掩模層上方， 其中包括暴露的半導(dǎo)體襯底上所述金屬材料的陣列將所處的位置處。在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí) 施例中，可通過閃鍍由約3埃到約20埃的鉬或另一合適金屬來形成金屬閃鍍柵極或薄金屬 膜。以實(shí)例方式，可使用離子等離子體或電子束蒸發(fā)?？赏ㄟ^濺鍍、電子束蒸發(fā)、激光束蒸 發(fā)、離子電鍍等來形成TCO及TCC薄膜。可任選地給所述閃鍍柵極或薄金屬膜加負(fù)向偏壓 以進(jìn)一步使鄰近半導(dǎo)體布滿空穴。接著可將掩模層及覆蓋在掩模層上的任何金屬剝離或以 其它方式移除。圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例圖解說明光電檢測器陣列的兩個(gè)四晶 體管GT)像素的實(shí)例性像素電路964的電路圖。像素電路是實(shí)施光電檢測器陣列內(nèi)的這 兩個(gè)像素的一種可能方式。然而，本發(fā)明實(shí)施例并不限于4T像素架構(gòu)。而是，3T設(shè)計(jì)、5T 設(shè)計(jì)及各種其它像素架構(gòu)也是合適的。
在圖9中，像素1 及1 布置為兩行及一列。每一像素電路的所圖解說明實(shí)施例 均包括光電二極管PD、轉(zhuǎn)移晶體管Tl、復(fù)位晶體管T2、源極隨耦(SF)晶體管T3及選擇晶體 管T4。在操作期間，轉(zhuǎn)移晶體管Tl可接收轉(zhuǎn)移信號(hào)TX，轉(zhuǎn)移信號(hào)TX可將積累在光電二極 管PD中的電荷轉(zhuǎn)移到浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD。在一個(gè)實(shí)施例中，浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD可耦合到用于 臨時(shí)存儲(chǔ)圖像電荷的存儲(chǔ)電容器。復(fù)位晶體管T2耦合在電力軌VDD與浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD之間以在復(fù)位信號(hào)RST的控 制下復(fù)位像素(例如將FD及PD放電或充電到預(yù)設(shè)電壓)。浮動(dòng)擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)FD經(jīng)耦合以控 制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合在電力軌VDD與選擇晶體管T4之間。SF晶體 管T3作為提供到浮動(dòng)擴(kuò)散FD的高阻抗連接的源極隨耦器而操作。選擇晶體管T4在選擇 信號(hào)SEL的控制下選擇性地將像素電路的輸出耦合到讀出列線。在一個(gè)實(shí)施例中，TX信號(hào)、RST信號(hào)及SEL信號(hào)由控制電路產(chǎn)生。在其中光電檢測 器陣列與全局快門一起操作的實(shí)施例中，全局快門信號(hào)耦合到整個(gè)光電檢測器陣列中的每 一轉(zhuǎn)移晶體管Tl的柵極以從每一像素的光電二極管PD同時(shí)開始電荷轉(zhuǎn)移?；蛘?，可對(duì)成 組的轉(zhuǎn)移晶體管Tl應(yīng)用卷簾式快門信號(hào)。圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例圖解說明圖像傳感器單元1066的方框 圖。所述圖像傳感器單元包括像素陣列1000、讀出電路1068、控制電路1070及功能邏輯 1072。在替代實(shí)施例中，所述功能邏輯及控制電路中的一者或兩者可任選地包括在圖像傳 感器單元外部。所述像素陣列是二維QD)像素(例如像素P1、P2.....Pn)陣列。在一個(gè)實(shí)施例中，每一像素均為有源像素傳感器(APS)，例如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CM0Q成像像素。如 所圖解說明，每一像素均布置為行(例如行Rl到Ry)與列(例如列Cl到Cx)以獲得人物、地 點(diǎn)或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù)，接著可使用所述圖像數(shù)據(jù)來再現(xiàn)所述人物、地點(diǎn)或?qū)ο蟮?D圖像。在每一像素均已獲得其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，由讀出電路將所述圖像數(shù)據(jù)讀 出并轉(zhuǎn)移到功能邏輯。所述讀出電路可包括放大電路、模擬-到-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，或其它電 路。所述功能邏輯可僅存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用圖像后效應(yīng)(例如修剪、旋轉(zhuǎn)、去紅 眼、調(diào)節(jié)亮度、調(diào)節(jié)對(duì)比度等等)來處理圖像數(shù)據(jù)。如所顯示，在一個(gè)實(shí)施例中，讀出電路可 沿讀出列線一次讀出一行圖像數(shù)據(jù)。或者，所述讀出電路可使用各種其它技術(shù)來讀出圖像 數(shù)據(jù)，例如串行讀出或所有像素同時(shí)的完全并行讀出?？刂齐娐否詈系较袼仃嚵幸钥刂葡袼仃嚵械牟僮魈匦?。舉例來說，控制電路可產(chǎn) 生用于控制圖像采集的快門信號(hào)。圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例圖解說明并入圖像傳感器單元1166的 照明及圖像捕獲系統(tǒng)1174的方框圖。在各種實(shí)施例中，所述系統(tǒng)可表示數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼相 機(jī)電話、web相機(jī)、安全相機(jī)、光學(xué)鼠標(biāo)、光學(xué)顯微鏡或可并入其內(nèi)，僅舉幾個(gè)實(shí)例。所述系統(tǒng)包括光源1176，例如多色發(fā)光二極管(LED)或其它半導(dǎo)體光源。所述光 源可通過外殼1180的蓋1178將光傳輸?shù)剿上竦膶?duì)象1182?？蓪⑺鰧?duì)象所反射的至少一些光透過所述蓋返回到系統(tǒng)到達(dá)圖像傳感器單元 1166。所述圖像傳感器單元可感測光且可輸出表示光或圖像的模擬圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字處理單元1184可接收模擬圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字處理單元可包括用以將模擬圖像 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)的模擬-到-數(shù)字(ADC)電路。15
隨后可由軟件/固件邏輯1186來存儲(chǔ)、傳輸或以其它方式處理數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。所 述軟件/固件邏輯可位于外殼內(nèi)或如所顯示在外殼外部。在以上說明書且在權(quán)利要求書中，可使用術(shù)語“耦合”及“連接”以及其派生詞。并 不希望這些術(shù)語互為同義詞。而是，“連接”意指兩個(gè)或兩個(gè)以上元件相互直接物理接觸或 電接觸?！榜詈稀笨梢庵竷蓚€(gè)或兩個(gè)以上元件直接物理接觸或電接觸。然而，“耦合”可替代 地意指兩個(gè)或兩個(gè)以上元件不直接相互接觸，而是相互協(xié)同運(yùn)作或交互作用，例如通過一 個(gè)或一個(gè)以上中間組件或結(jié)構(gòu)。舉例來說，離散電子排斥元件可耦合在表面與具有一個(gè)或 一個(gè)以上中間材料(例如濾色器)之間。在以上說明中，出于解釋的目的，已列舉了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的實(shí)施 例的透徹了解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明了，可在沒有這些具體細(xì)節(jié)中的某些細(xì)節(jié)的 情況下實(shí)踐其它實(shí)施例。提供所描述的特定實(shí)施例并非旨在限定本發(fā)明，而是圖解說明本 發(fā)明。本發(fā)明的范圍并非由上文提供的具體實(shí)例而是僅由上文權(quán)利要求書確定。在其它實(shí) 例中，已經(jīng)以方框圖形式或不帶細(xì)節(jié)地顯示了眾所周知的電路、結(jié)構(gòu)、裝置及操作，從而避 免模糊對(duì)說明書的了解。舉例來說，此說明書通篇中對(duì)“一個(gè)實(shí)施例”、“實(shí)施例”或“一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施 例”的提及意指在本發(fā)明的實(shí)踐中可包括特定特征。類似地，在說明書中，有時(shí)將各種特征 在單個(gè)實(shí)施例中、圖式或其說明中組合在一起，以實(shí)現(xiàn)簡化本發(fā)明及輔助對(duì)本發(fā)明各方面 的了解的目的。然而，所揭示的此方法不被視為反映以下意圖本發(fā)明需要比每一權(quán)利要求 中所明確列舉的特征更多的特征。而是，如上文權(quán)利要求書所反映，本發(fā)明各方面可在于比 單個(gè)所揭示實(shí)施例的所有特征更少的特征。因此，具體實(shí)施方式
前面的權(quán)利要求書由此明 確地并入到此具體實(shí)施方式
中，其中每一權(quán)利要求均獨(dú)立地作為本發(fā)明的單獨(dú)實(shí)施例。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包含表面，其用以接收光；多個(gè)光敏區(qū)域，其安置在襯底內(nèi)；材料，其耦合在所述表面與所述多個(gè)光敏區(qū)域之間，所述材料用以接收所述光，所述光 中的至少一些光使所述材料中的電子自由；及多個(gè)離散電子排斥元件，所述離散電子排斥元件耦合在所述表面與所述材料之間，所 述離散電子排斥元件中的每一者對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)光敏區(qū)域中的不同光敏區(qū)域，且所述離散 電子排斥元件中的每一者用以朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域推斥所述材料中的電子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件通過二者之間的距離彼此 分開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者能夠在所述材 料中產(chǎn)生電場。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述材料包含半導(dǎo)體材料，且其中所述離散電子 排斥元件中的每一者包含比所述半導(dǎo)體材料摻雜程度重的摻雜半導(dǎo)體材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件的所述摻雜半導(dǎo)體材料包 含摻雜有P+的半導(dǎo)體材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述摻雜半導(dǎo)體材料的厚度具有摻雜劑濃度上的 梯度。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者能夠在所述材 料的鄰近部分中產(chǎn)生空穴積累區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者包含金屬層， 其中所述金屬層足夠薄以允許光通過，且其中所述金屬層包含能夠在所述材料的鄰近部分 中產(chǎn)生空穴積累區(qū)域的金屬。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者包含金屬閃鍍 柵極。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者包含透明傳 導(dǎo)氧化物及透明傳導(dǎo)涂層中的一者。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者具有基于所 述對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域的范圍的范圍。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者僅覆蓋在一 個(gè)光敏區(qū)域上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者具有與所述 對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域的范圍大致相當(dāng)?shù)姆秶?br> 14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者具有為對(duì)應(yīng) 光敏區(qū)域的占用面積的至少一半的占用面積，且其中分開所述離散電子排斥元件的距離為 分開鄰近光敏區(qū)域的距離的至少1/3。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述離散電子排斥元件中的每一者在所述對(duì)應(yīng) 光敏區(qū)域上方光學(xué)地對(duì)準(zhǔn)，且其中所述離散電子排斥元件中的至少一者基于入射光的角度 不正交于所述表面而偏移，從而無法在所述對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域上方直接對(duì)準(zhǔn)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述光敏區(qū)域安置在所述襯底的前側(cè)部分內(nèi)，且 其中用以接收所述光的所述表面包含背側(cè)表面，其中所述表面包含各自經(jīng)光學(xué)對(duì)準(zhǔn)以朝向 對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域聚焦所述光的多個(gè)微透鏡的表面，且進(jìn)一步包含多個(gè)濾色器，其耦合在所述多個(gè)光學(xué)微透鏡與所述材料之間。
17.一種背側(cè)照明式圖像傳感器，其包含光敏區(qū)域陣列，其安置在襯底的前側(cè)部分內(nèi)；背側(cè)表面，其用以接收光；材料，其耦合在所述背側(cè)表面與所述光敏區(qū)域陣列之間，所述材料用以接收所述光，所 述光中的至少一些光用以使所述材料中的電子自由；及材料的陣列，所述材料的所述陣列耦合在所述背側(cè)表面與所述材料之間，所述陣列中 的每一材料對(duì)應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的一者，所述陣列中的每一材料包含選自比所述材料摻 雜程度重的摻雜半導(dǎo)體材料及能夠在所述材料中產(chǎn)生空穴積累區(qū)域的金屬。
18.一種方法，其包含在光電檢測器陣列的表面處接收光；朝向多個(gè)光敏區(qū)域傳輸所述光；借助所述光使材料中的電子自由；在所述材料中產(chǎn)生多個(gè)中斷的電場，所述中斷的電場中的每一者對(duì)應(yīng)于所述光敏區(qū)域 中的一者；借助所述電場朝向所述光敏區(qū)域驅(qū)動(dòng)所述材料中的所述電子；及在所述光敏區(qū)域處接收所述電子。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中產(chǎn)生所述中斷的電場包含在所述材料中產(chǎn)生分 開的空穴積累區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中產(chǎn)生所述中斷的電場包含借助對(duì)應(yīng)的多個(gè)分開 的元件產(chǎn)生所述中斷的電場。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中產(chǎn)生所述中斷的電場包含產(chǎn)生，在所述材料中 直接處于對(duì)應(yīng)光敏區(qū)域上方的區(qū)域中比在所述材料中處于鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中具 有更大量值的電場。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其進(jìn)一步包含以比所述材料中直接處于光敏區(qū)域上 方的區(qū)域中更大的比例重新組合所述材料中處于鄰近光敏區(qū)域之間的區(qū)域中的電子。
23.一種方法，其包含提供襯底，所述襯底具有安置在其中的光敏區(qū)域陣列及位于所述光敏區(qū)域陣列上方的 半導(dǎo)體材料；及在所述半導(dǎo)體材料上方形成材料的陣列，所述陣列中的每一材料對(duì)應(yīng)于不同的光敏區(qū) 域，且所述陣列中的每一材料能夠在所述半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生電場。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述形成所述材料的所述陣列包含在第一光敏 區(qū)域上方形成所述陣列的第一材料，及在第二光敏區(qū)域上方形成所述陣列的第二材料，其 中所述第一材料與所述第二材料物理地分開。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中所述形成所述材料的所述陣列包含形成選自下 列材料的材料陣列比所述半導(dǎo)體材料摻雜程度重的摻雜半導(dǎo)體材料，及足夠薄以允許光通過且能夠在所述半導(dǎo)體材料的鄰近部分中產(chǎn)生空穴積累區(qū)域的金屬。
26.—種系統(tǒng)，其包含半導(dǎo)體光源，其用以朝向?qū)ο髠鬏敼?；及光電檢測器陣列，其位于由所述對(duì)象所反射的至少一些光的光學(xué)路徑中，所述光電檢 測器陣列包含表面，其用以接收所述所反射的光；光敏區(qū)域陣列，其安置在襯底內(nèi)；材料，其耦合在所述表面與所述光敏區(qū)域陣列之間，所述材料用以接收所述所反射的 光，所述所反射的光中的至少一些光用以使所述材料中的電子自由；及分開的元件的陣列，所述分開的元件的陣列耦合在所述表面與所述材料之間，所述分 開的元件中的每一者對(duì)應(yīng)于不同的光敏區(qū)域，且所述分開的元件中的每一者能夠在所述材 料中產(chǎn)生電場。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述分開的元件中的每一者包含選自比所述材 料摻雜程度重的摻雜半導(dǎo)體材料及足夠薄以允許光通過且能夠在所述材料的鄰近部分中 產(chǎn)生空穴積累區(qū)域的金屬。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的系統(tǒng)，其中所述光敏區(qū)域陣列安置在所述襯底的前側(cè)部分 內(nèi)，其中用以接收所述所反射光的所述表面包含背側(cè)表面，且其中所述分開的元件中的每 一者僅覆蓋在一個(gè)光敏區(qū)域上。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有離散電子排斥元件陣列的光電檢測器陣列。本發(fā)明揭示光電檢測器陣列、圖像傳感器及其它設(shè)備。在一個(gè)方面中，設(shè)備可包括用以接收光的表面、安置在襯底內(nèi)的多個(gè)光敏區(qū)域及耦合在所述表面與所述多個(gè)光敏區(qū)域之間的材料。所述材料可接收所述光。所述光中的至少一些光可使所述材料中的電子自由。所述設(shè)備還可包括多個(gè)離散電子排斥元件。所述離散電子排斥元件可耦合在所述表面與所述材料之間。所述離散電子排斥元件中的每一者可對(duì)應(yīng)于不同的光敏區(qū)域。所述離散電子排斥元件中的每一者可朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域推斥所述材料中的電子。還揭示其它設(shè)備，以及使用方法、制造方法及并入有此類設(shè)備的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H01L27/144GK102054847SQ20091021586
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者野崎秀俊 申請(qǐng)人:全視科技有限公司