專利名稱：使用能量轉(zhuǎn)換層增加圖像傳感器中的光吸收的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及圖像傳感器，且明確地說(并非獨(dú)占地)涉及具有增加的光吸收 效率的圖像傳感器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，圖像傳感器在吸收具有較高能量波長(zhǎng)的光的方面缺乏效率。舉例來 說，相比于具有藍(lán)色波長(zhǎng)的光，可更有效地吸收具有紅色波長(zhǎng)的光。

發(fā)明內(nèi)容
無


參看附圖描述非限制性和非詳盡的本發(fā)明實(shí)施例，其中在各個(gè)圖式中相同參考標(biāo)號(hào) 始終指代相同部分，除非另有規(guī)定。
圖i是具有RGB色彩過濾器的現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器的一部分的橫截面圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在RGB色彩過濾器層的藍(lán)色區(qū)段下方形成有能量轉(zhuǎn)換層 的CMOS圖像傳感器的一部分的橫截面圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在隔片層與平面化層之間形成有能量轉(zhuǎn)換層的CMOS圖 像傳感器的一部分的橫截面圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在鈍化層上形成有能量轉(zhuǎn)換層的CMOS圖像傳感器的一 部分的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
本文描述使用能量轉(zhuǎn)換層增加圖像傳感器中的光吸收的方法和裝置的實(shí)施例。在以 下描述中，陳述許多特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)實(shí)施例的徹底理解。然而所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將 認(rèn)識(shí)到，可在沒有所述特定細(xì)節(jié)中的一個(gè)或一個(gè)以上細(xì)節(jié)的情況下或用其它方法、組件、 材料等來實(shí)踐本文描述的技術(shù)。在其它情況下，沒有詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、 材料或操作，以避免混淆某些方面。
本說明書中對(duì)"一個(gè)實(shí)施例"或"一實(shí)施例"的參考意味著結(jié)合實(shí)施例所描述的特 定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例中。因此，本說明書中的任何地方 出現(xiàn)短語"在一個(gè)實(shí)施例中"或"在一實(shí)施例中"不一定都指代同一實(shí)施例。此外，特 定特征、結(jié)構(gòu)或特性可以任何合適的方式組合在一個(gè)或一個(gè)以上實(shí)施例中。
一般來說，本文揭示一種系統(tǒng)和方法，其用于在圖像傳感器制造過程中施加一材料 層(能量轉(zhuǎn)換層)，以便增加圖像傳感器對(duì)特定范圍的光譜的吸收。能量轉(zhuǎn)換層將光射線 從較高能量范圍(較短波長(zhǎng))轉(zhuǎn)換成較低能量范圍(較長(zhǎng)波長(zhǎng))，使得可增加圖像傳感器 的光吸收。能量轉(zhuǎn)換層的一些實(shí)例為YAG:Ce晶體或晶狀碘化銫閃爍體或稀土閃爍體(例 如，摻有鋱的二氧化釓硫化物)。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換層可包含將X射線輻射轉(zhuǎn)換成可見光的材料。 在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換層可包含將藍(lán)色光轉(zhuǎn)換為紅色光和/或?qū)⑺{(lán)色光轉(zhuǎn)換
為黃色光和/或?qū)⑺{(lán)色光轉(zhuǎn)換為綠色光的材料。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換層與色彩過濾器一起使用，以增加特定范圍的 光譜的吸收。能量轉(zhuǎn)換層可經(jīng)掩蓋和沉積以使得僅經(jīng)過濾的短波長(zhǎng)的光通過能量轉(zhuǎn)換層， 且經(jīng)過濾的長(zhǎng)波長(zhǎng)的光不通過能量轉(zhuǎn)換層。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，圖像傳感器可裝備有能量轉(zhuǎn)換層且不具有色彩過濾器。 此實(shí)施例可用于檢測(cè)來自單色光源的圖像。
圖l是具有RGB色彩過濾器層150的現(xiàn)有技術(shù)CMOS圖像傳感器100的一部分的 橫截面圖。展示三個(gè)相鄰的像素以說明光電二極管層110中形成的紅色(R)、綠色(G) 和藍(lán)色(B)像素。CMOS圖像傳感器100包括光電二極管層100、具有嵌入的金屬互連 130的鈍化層120、平面化層140、 RGB色彩過濾器層150、隔片層160和微透鏡170。
圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在RGB色彩過濾器層260的藍(lán)色區(qū)段下方形成有能量轉(zhuǎn) 換層250的CMOS圖像傳感器200的一部分的橫截面圖。在其它實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換層 250無需直接處于色彩過濾器260的藍(lán)色區(qū)段(B)下方，而是可形成在堆疊中的更下方， 且例如在一個(gè)實(shí)例中，可形成于鈍化層220中或恰在光電二極管層210上方。類似于圖 1的現(xiàn)有技術(shù)，CMOS圖像傳感器200包括光電二極管層210、具有嵌入的金屬互連結(jié)構(gòu) 230的鈍化層220、平面化層240、 RGB色彩過濾器層260、隔片層270和微透鏡280。 本發(fā)明的此實(shí)施例進(jìn)一步添加了能量轉(zhuǎn)換層250。
在此實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換層250可操作以將通過藍(lán)色過濾器(B)的入射光轉(zhuǎn)換成具 有更容易由光電二極管層210中的下方光電二極管感測(cè)的波長(zhǎng)的光。通常，通過藍(lán)色過
濾器(B)的可見光將處于藍(lán)色波長(zhǎng)。這些波長(zhǎng)通常更難以通過還用于檢測(cè)紅色和綠色波 長(zhǎng)的常規(guī)光電二極管來檢測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換層250可為可將藍(lán)色波長(zhǎng)光轉(zhuǎn) 換為紅色和/或黃色和/或綠色波長(zhǎng)光的材料。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在隔片層360與平面化層340之間形成有能量轉(zhuǎn)換層350 的CMOS圖像傳感器300的一部分的橫截面圖。CMOS圖像傳感器300包括光電二極管 層310、具有嵌入的金屬互連330的鈍化層320、平面化層340、能量轉(zhuǎn)換層350、隔片 層360和微透鏡370。應(yīng)注意，在此實(shí)施例中不存在色彩過濾器層。因此，圖像傳感器 300適合于"黑白"(灰度級(jí))成像。應(yīng)注意，在其它實(shí)施例中，簡(jiǎn)直可將能量轉(zhuǎn)換層350 放置在光電二極管層310上方的層堆疊中的任何地方。實(shí)際上，能量轉(zhuǎn)換層350甚至可 沉積在微透鏡層370上或甚至可能沉積在圖像傳感器中的其它結(jié)構(gòu)上。
能量轉(zhuǎn)換層350可為(例如)可將入射的x射線轉(zhuǎn)換成可容易由光電二極管層310 中的光電二極管檢測(cè)的光波長(zhǎng)的層。然后，根據(jù)圖3形成的圖像傳感器可用于容易地成 像醫(yī)學(xué)x射線。
圖4說明鈍化層420上放置有能量轉(zhuǎn)換層440的CMOS圖像傳感器400的一部分的 橫截面。CMOS圖像傳感器400包括光電二極管層410、具有嵌入的金屬互連430的鈍 化層420和能量轉(zhuǎn)換層440。在其它實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)換層440可形成在堆疊中的更下 方，且例如在一個(gè)實(shí)例中，可形成于鈍化層420中或恰在光電二極管層410上方。
以上對(duì)本發(fā)明所說明的實(shí)施例的描述(包含摘要中的描述內(nèi)容)不希望為詳盡的或 將本發(fā)明限于所揭示的精確形式。盡管本文出于說明性目的而描述本發(fā)明的特定實(shí)施例 和實(shí)例，但相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在本發(fā)明范圍內(nèi)的各種修改都是可能的。
依照上文的具體實(shí)施方式
可對(duì)本發(fā)明作出這些修改。所附權(quán)利要求書中所使用的術(shù) 語不應(yīng)被解釋為將本發(fā)明限于說明書中揭示的特定實(shí)施例。而是，本發(fā)明的范圍將完全 由所附權(quán)利要求書確定，將根據(jù)權(quán)利要求書的闡述所建立的教義來解釋權(quán)利要求書。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包括能量轉(zhuǎn)換層，用以接收具有第一波長(zhǎng)的電磁輻射和將所述電磁輻射轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)的電磁輻射；鈍化層，其具有在其中形成的至少一個(gè)金屬互連；以及光電二極管層，用以接收和檢測(cè)所述具有所述第二波長(zhǎng)的電磁輻射，其中所述能量轉(zhuǎn)換層和所述鈍化層安置在所述光電二極管層的同一側(cè)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換層安置在所述鈍化層與所述光電二 極管層之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述鈍化層安置在所述能量轉(zhuǎn)換層與所述光電二 極管層之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換層鄰接所述鈍化層。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述光電二極管層包括多個(gè)光電二極管，且其中 所述鈍化層包括多個(gè)金屬互連，其中所述光電二極管和所述金屬互連經(jīng)定位以使得 電磁輻射橫穿所述多個(gè)金屬互連之間的所述鈍化層到達(dá)所述多個(gè)光電二極管。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其進(jìn)一步包括多個(gè)微透鏡，所述多個(gè)微透鏡中的每一 者將電磁輻射集中到所述多個(gè)光電二極管中的個(gè)別一者上，其中所述能量轉(zhuǎn)換層安 置在所述多個(gè)微透鏡上以在所述微透鏡將所述電磁輻射集中到所述個(gè)別的多個(gè)光 電二極管上之前將所述電磁輻射轉(zhuǎn)換成具有所述第二波長(zhǎng)的電磁輻射。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述具有所述第一波長(zhǎng)的電磁輻射包括x射線輻 射，且其中所述能量轉(zhuǎn)換層經(jīng)配置以將所述x射線轉(zhuǎn)換成可見光。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一波長(zhǎng)短于所述第二波長(zhǎng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換層包括YAG:Ce晶體。
10. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中所述能量轉(zhuǎn)換層包括晶狀碘化銫閃爍體。
11. 一種方法，其包括-在圖像傳感器的能量轉(zhuǎn)換層處接收具有第一波長(zhǎng)范圍的電磁輻射； 將所述電磁輻射轉(zhuǎn)換成具有第二波長(zhǎng)范圍的電磁輻射；將所述具有所述第二波長(zhǎng)范圍的電磁輻射從所述能量轉(zhuǎn)換層引導(dǎo)通過鈍化層； 在光電二極管層處感測(cè)所述具有所述第二波長(zhǎng)范圍的電磁輻射；以及 經(jīng)由所述鈍化層內(nèi)形成的互連結(jié)構(gòu)來路由電信號(hào)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其進(jìn)一步包括-接收具有多個(gè)波長(zhǎng)范圍的電磁輻射；以及過濾所述具有所述多個(gè)波長(zhǎng)范圍的電磁輻射，以允許所述多個(gè)波長(zhǎng)范圍中的大體 一個(gè)波長(zhǎng)范圍的光通過色彩過濾器；以及將具有所述多個(gè)波長(zhǎng)范圍中的所述一個(gè)波長(zhǎng)范圍的電磁輻射從所述色彩過濾器 引導(dǎo)到所述能量轉(zhuǎn)換層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述互連結(jié)構(gòu)包括多個(gè)金屬互連，且所述光電二 極管層包括多個(gè)光電二極管，所述方法進(jìn)一步包括集中所述具有第一波長(zhǎng)范圍的電 磁輻射，以使得所述具有所述第二波長(zhǎng)范圍的電磁輻射橫穿所述多個(gè)金屬互連之間 的所述鈍化層到達(dá)所述多個(gè)光電二極管。
14. 一種CMOS圖像傳感器，其包括色彩過濾器層，用以接收光，其中所述色彩過濾器層包含第一和第二色彩過濾器， 所述第一色彩過濾器允許大體上僅第一色彩的光通過所述第一色彩過濾器；能量轉(zhuǎn)換層，用以接收所述第一色彩的光和將所述第一色彩的光轉(zhuǎn)換成第二色彩 的光；鈍化層，其具有在其中形成的至少一個(gè)金屬互連；以及光電二極管層，其經(jīng)安置以接收所述第二色彩的光和檢測(cè)所述接收的第二色彩的 光，其中所述能量轉(zhuǎn)換層和所述鈍化層安置在所述色彩過濾器層與所述光電二極管 層之間。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的CMOS圖像傳感器，其中所述第一色彩過濾器為藍(lán)色過濾 器且所述第一色彩為藍(lán)色，所述藍(lán)色過濾器允許大體上僅藍(lán)色的光通過所述藍(lán)色過 濾器。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的CMOS圖像傳感器，其中所述光電二極管層包括第一和第 二光電二極管，所述第一色彩過濾器允許大體上僅所述第一色彩的光通過所述第一 色彩過濾器到達(dá)所述第一光電二極管，且所述第二色彩過濾器允許大體上僅第三色 彩的光通過所述第二色彩過濾器到達(dá)所述第二光電二極管，其中所述能量轉(zhuǎn)換層大 體上僅位于所述第一色彩過濾器與所述第一光電二極管之間，且所述能量轉(zhuǎn)換層大 體上不位于所述第二色彩過濾器與所述第二光電二極管之間。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的CMOS圖像傳感器，其中所述光電二極管層包括多個(gè)光電 二極管，且其中所述鈍化層包括多個(gè)金屬互連，其中所述光電二極管和所述金屬互 連經(jīng)定位以使得所述具有所述第二色彩的光橫穿所述多個(gè)金屬互連之間的所述鈍 化層到達(dá)所述多個(gè)光電二極管中的至少一者。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的CMOS圖像傳感器，其進(jìn)一步包括形成于所述色彩過濾器 層與所述鈍化層之間的平面化層，其中所述能量轉(zhuǎn)換層形成在所述平面化層內(nèi)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的CMOS圖像傳感器，其中所述能量轉(zhuǎn)換層包括摻有鋱的二 氧化釓硫化物。
20. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的CMOS圖像傳感器，其中所述能量轉(zhuǎn)換層將大體上為藍(lán)色 的光轉(zhuǎn)換成從由紅色、黃色和綠色組成的群組中選出的色彩的光。
全文摘要
本發(fā)明揭示一種系統(tǒng)和方法，其用于在圖像傳感器制造過程中施加一材料層，以便增加所述圖像傳感器對(duì)特定范圍的光譜的吸收。所采用的機(jī)制是通過將光射線從較高能量范圍(較短波長(zhǎng))轉(zhuǎn)換成較低能量范圍(較長(zhǎng)波長(zhǎng))，使得可增加所述圖像傳感器的光吸收。
文檔編號(hào)H01L31/0216GK101106147SQ20071012759
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者古安諾·喬治·曹, 清 胡, 詹姆斯·新平·何 申請(qǐng)人:全視科技有限公司