TWM641566U - 光感測單元及光感測裝置 - Google Patents
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Abstract
本新型提供一種光感測單元及光感測裝置，光感測單元包括單一基板、配置於基板上的感光區、以及直接配置於感光區上的線路區。光感測裝置包括多個呈陣列排列的光感測單元。通過將線路區配置於感光區上，線路區不會佔據光感測單元的橫向空間，也就不會限制感光區的收光面積，使感光區的收光面積可以近似等於光感測單元的橫向面積，從而有效提高光學填充因子；通過將線路區直接配置於感光區上，不必再另外設置基板來配置線路區，故僅需單一基板，從而簡化製程，並降低成本。
Description
本新型是有關於感光成像技術領域，且特別是有關於一種光感測單元及光感測裝置。
傳統的CMOS圖像感測器晶片，通常是將像素單元的感光元件（例如光電二極體）與像素原位信號放大電路的MOS元件同置於一個半導體層內，這使得感光元件的收光區域的面積受到限制，無法有效提高感光元件的光學填充因子，換言之，這將造成像素單元的整體面積增大而降低感光效率，進而導致晶片的面積和成本增加。另外，在成像時，由於相鄰像素單元的感光元件之間存在原位信號放大電路，可能產生影像盲區，從而影響成像效果。
本新型提供一種光感測單元及光感測裝置，以解決背景技術中的至少部分技術問題。
本新型一方面的實施例提供一種光感測單元，光感測單元包括：單一基板；感光區，配置於所述基板上；以及線路區，直接配置於所述感光區上。
在一些實施例中，所述線路區在垂直於所述基板的方向上部分地嵌入所述感光區內。
在一些實施例中，所述感光區包括配置於所述基板上的第一型半導體埋層、配置於所述第一型半導體埋層上的第一型半導體井區、以及配置於所述第一型半導體埋層上的第二型半導體井區；以及所述線路區包括至少一個電晶體，所述電晶體的主動區配置於所述第二型半導體井區內。
在一些實施例中，所述電晶體包括：源極，配置於所述第二型半導體井區中；汲極，配置於所述第二型半導體井區中；以及閘極，配置於所述第二型半導體井區的背對所述第一型半導體埋層的表面上。
在一些實施例中，所述感光區更包括：第一電極，配置於所述第二型半導體井區中；以及第二電極，配置於所述第一型半導體井區中。
在一些實施例中，所述第一電極和所述電晶體的主動區由配置於所述第二型半導體井區內的第一絕緣層隔開，所述第二電極和所述電晶體的主動區由配置於所述第一型半導體井區和所述第二型半導體井區內的第二絕緣層隔開。
在一些實施例中，光感測單元更包括：金屬層，配置於所述線路區上，所述第一電極和所述第二電極分別與所述金屬層電性連接。
在一些實施例中，所述基板的厚度為5µm至7µm。
本新型另一方面的實施例提供一種光感測裝置，光感測裝置包括多個呈陣列排列的所述光感測單元。
在一些實施例中，所述光感測裝置為背照式圖像感測器。
在本新型實施例的光感測單元及光感測裝置中，將線路區配置於感光區上，線路區不會佔據光感測單元的橫向空間，也就不會限制感光區的收光面積，使感光區的收光面積可以近似等於光感測單元的橫向面積，從而有效提高光學填充因子。另外，將線路區直接配置於感光區上，不必再另外設置基板來配置線路區，故僅需單一基板，從而簡化製程，並降低成本。
為了使本技術領域的人員更好地理解本說明書中的技術方案，下面將結合本說明書實施例中的附圖，對本說明書實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本說明書一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本說明書中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應當屬於本說明書保護的範圍。
在本新型實施例的描述中，根據具體選擇的工藝不同，PMOS和NMOS可以互換，源極和汲極可以互換，P型和N型可以互換，在此僅是舉例說明，不作為對本新型的限定；除非另有說明，“縱向”指垂直於基板的方向，“橫向”指平行於基板的方向。
本新型第一方面的實施例提供一種光感測單元10。例如，光感測單元10可以是圖像感測器的像素單元。
圖1為本新型一實施例的光感測單元10的示意圖，如圖1所示，光感測單元10包括單一基板100、感光區200和線路區300。
單一基板100應理解為基板100是光感測單元10的唯一基板，採用單一基板可以簡化製程並降低成本。例如，基板100可以是矽基板。
感光區200配置於基板100上，用於接收光輻射，並將其轉換為電信號。具體是，感光區200包括用於將光信號轉換為電信號的光電轉換元件，光電轉換元件可以是光電二極體（Photo Diode，PD）。
線路區300直接配置於感光區200上，線路區300也可稱為電路區，線路區300包括淬熄電路（Quenching Circuit）和讀出電路（Readout Circuit）。通過將線路區300直接配置於感光區200上，不必再另外設置基板來配置線路區300，故僅需單一基板，從而簡化製程。通過將線路區300配置於感光區200上，線路區300不會佔據光感測單元10的橫向（即，平行於基板100的方向）空間，也就不會限制感光區200的收光面積，使感光區200的收光面積可以近似等於光感測單元10的橫向面積，從而有效提高光學填充因子。
在圖1的示例中，線路區300配置於感光區200的背對基板100的一側，換句話說，在光感測單元10的縱向（即，垂直於基板100的方向）上，線路區300和感光區200相堆疊，二者分別位於光感測單元10的兩個不同的半導體層。
在製造光感測單元10時，可以採用現有的半導體製程，在一片晶圓（wafer）上形成感光區200，再在感光區200上形成線路區300，然後對該晶圓進行減薄得到厚度較薄的基板100。可選地，基板100的厚度為5µm至7µm，例如可以是6µm。
在一些實施例中，整個線路區300位於感光區200上方，換句話說，儘管線路區300的底面與感光區200的頂面接觸，線路區300在縱向上並不嵌入感光區200內。
在另一些實施例中，線路區300在縱向上部分地嵌入感光區200內，這與前一種實施例相比，可以減小光感測單元10在縱向上的厚度。
例如，如圖1所示，線路區300包括至少一個電晶體310，電晶體310的主動區配置於感光區200內，使線路區300在縱向上部分地嵌入感光區200內，這不僅簡化製程，也有助於減小光感測單元10在縱向上的厚度。
在一些實施例中，如圖1所示，感光區200包括配置於基板100上的第一型半導體埋層201、配置於第一型半導體埋層201上的第一型半導體井區202、以及配置於第一型半導體埋層201上的第二型半導體井區203，電晶體310的主動區配置於第二型半導體井區203內。第一型半導體埋層201與第二型半導體井區203之間形成PN接面208，PN接面208形成雪崩區。
在一些實施例中，第一型是N型，第二型是P型。第一型半導體埋層201的材料例如為摻雜有磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或其組合的矽。第一型半導體井區202的材料例如為摻雜有磷(P)、砷(As)、銻(Sb)或其組合的矽。第二型半導體井區203的材料例如為摻雜有硼(B)、銦(In)或其組合的矽。然而，本新型並不以上述材料為限。
在另一些實施例中，第一型是P型，第二型是N型。
在一些實施例中，如圖1所示，感光區200更包括第一電極204和第二電極205。第一電極204和第二電極205分別為陽極和陰極。第一電極204和第二電極205中的一者配置於第一型半導體井區202中，且另一者配置於第二型半導體井區203中，第一型半導體埋層201、第一型半導體井區202、第二型半導體井區203、第一電極204和第二電極205形成光電二極體結構。
在圖1的示例中，第一電極204為陽極，其配置於第二型半導體井區203中並與之接觸，第二電極205為陰極，其配置於第一型半導體井區202中並與之接觸。在一些實施例中，第一電極204可以是P型摻雜半導體層，第二電極205可以是N型摻雜半導體層。舉例而言，第一電極204為重摻雜P型多晶矽層（heavily doped p-type polysilicon layer），第二電極205為重摻雜N型非晶矽層（heavily doped n-type amorphous silicon layer）。然而，在另一些實施例中，也可以是第一電極204為N型摻雜半導體層，第二電極205為P型摻雜半導體層。
在一些實施例中，如圖1所示，第一電極204和電晶體310的主動區由配置於第二型半導體井區203內的第一絕緣層206隔開，第二電極205和電晶體310的主動區由配置於第一型半導體井區202和第二型半導體井區203內的第二絕緣層207隔開。
在一些實施例中，如圖1所示，電晶體310包括源極311、汲極312和閘極313，第二型半導體井區203可以作為電晶體310的襯底，源極311和汲極312配置於第二型半導體井區203中，閘極313配置於第二型半導體井區203的背對第一型半導體埋層201的表面上。電晶體310可以是NMOS電晶體或PMOS電晶體。
在圖1的示例中，第一電極204和源極311由第一絕緣層206隔開，第二電極205和汲極312由第二絕緣層207隔開。
在一些實施例中，如圖1所示，光感測單元10更包括金屬層400，金屬層400配置於線路區300上，第一電極204和第二電極205分別與金屬層400電性連接。金屬層400可以具有使用多種類型的導電材料的單個層或多個層，所述導電材料可以包括金屬、合金或矽化物。
作為示例，圖1示出第一金屬層410和第二金屬層420，且第一電極204和第二電極205與第一金屬層410電性連接。但在其它示例中，金屬層400還可以包括第三金屬層、第四金屬層等，在此不作限定。
在一些實施例中，如圖1所示，線路區300更包括層間介電層320（Inter Layer Dielectric, ILD），層間介電層320覆蓋電晶體310，層間介電層320位於感光區200與金屬層400之間。
在圖1的示例中，層間介電層320包括多個接觸件321和第一介電層322，每一金屬層400包括金屬互連結構401、連接件402和第二介電層403，多個接觸件321分別將第一電極204、第二電極205、源極311、汲極312和閘極313與第一金屬層410的金屬互連結構401電性連接，連接件402將第一金屬層410的金屬互連結構401與第二金屬層420的金屬互連結構401電性連接。接觸件321可以形成在第一介電層322的通孔中，連接件402可以形成在第二介電層403的通孔中。
可選地，第一介電層322和第二介電層403可以是氧化矽或其它低介電常數材料，接觸件321可以包括鎢（W），連接件402可以是鎢、銅等金屬材料，金屬互連結構401可以包括選自於由鋁、銅、鈷和鎢組成的群組中的至少之一。
本新型第二方面的實施例提供一種光感測裝置20，光感測裝置20可以是光電二極體感測器，例如圖像感測器。光感測裝置20可應用於數碼相機或深度感測，如飛行時間（Time Of Flight, TOF）測距或光學雷達（Light Detection And Ranging, LiDAR），但不以此為限。
圖2為本新型一實施例的光感測裝置的俯視圖，如圖2所示，光感測裝置20包括多個呈陣列排列光感測單元10。由於在第一方面的實施例中，已經對該光感測單元10的結構進行了詳細說明，其內容被合併於此，此處省略說明。
本實施例的光感測裝置中，相鄰的光感測單元10之間不存在電路，使得相鄰光感測單元10之間的間距縮小，從而使光感測裝置的總面積縮小，降低成本。當光感測裝置20用於成像時，由於相鄰的光感測單元10之間不存在電路，可以避免產生影像盲區。
在一些實施例中，光感測裝置20為背照式圖像感測器。
以上結合具體的實施方式對本新型進行了描述，但本領域技術人員應該清楚，這些描述都是示例性的，並不是對本新型保護範圍的限制。本領域技術人員可以根據本新型的精神和原理對本新型做出各種變型和修改，這些變型和修改也在本新型的範圍內。
10:光感測單元
20:光感測裝置
100:基板
200:感光區
201:第一型半導體埋層
202:第一型半導體井區
203:第二型半導體井區
204:第一電極
205:第二電極
206:第一絕緣層
207:第二絕緣層
208:PN接面
300:線路區
310:電晶體
311:源極
312:汲極
313:閘極
320:層間介電層
321:接觸件
322:第一介電層
400:金屬層
401:金屬互連結構
402:連接件
403:第二介電層
410:第一金屬層
420:第二金屬層
所包括的附圖用來提供對本新型實施例的進一步的理解，其構成了說明書的一部分，用於例示本新型的實施方式，並與文字描述一起來闡述本新型的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。在附圖中：
［圖1］是本新型實施例中光感測單元的縱向剖面示意圖；
［圖2］是本新型實施例中光感測裝置的俯視示意圖。
10:光感測單元
100:基板
200:感光區
201:第一型半導體埋層
202:第一型半導體井區
203:第二型半導體井區
204:第一電極
205:第二電極
206:第一絕緣層
207:第二絕緣層
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310:電晶體
311:源極
312:汲極
313:閘極
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322:第一介電層
400:金屬層
401:金屬互連結構
402:連接件
403:第二介電層
410:第一金屬層
420:第二金屬層
Claims (10)
- 一種光感測單元，包括： 單一基板； 感光區，配置於所述基板上；以及 線路區，直接配置於所述感光區上。
- 如請求項1所述的光感測單元，其中： 所述線路區在垂直於所述基板的方向上部分地嵌入所述感光區內。
- 如請求項2所述的光感測單元，其中： 所述感光區包括配置於所述基板上的第一型半導體埋層、配置於所述第一型半導體埋層上的第一型半導體井區、以及配置於所述第一型半導體埋層上的第二型半導體井區；以及 所述線路區包括至少一個電晶體，所述電晶體的主動區配置於所述第二型半導體井區內。
- 如請求項3所述的光感測單元，其中所述電晶體包括： 源極，配置於所述第二型半導體井區中； 汲極，配置於所述第二型半導體井區中；以及 閘極，配置於所述第二型半導體井區的背對所述第一型半導體埋層的表面上。
- 如請求項3所述的光感測單元，其中所述感光區更包括： 第一電極，配置於所述第二型半導體井區中；以及 第二電極，配置於所述第一型半導體井區中。
- 如請求項5所述的光感測單元，其中： 所述第一電極和所述電晶體的所述主動區由配置於所述第二型半導體井區內的第一絕緣層隔開，所述第二電極和所述電晶體的所述主動區由配置於所述第一型半導體井區和所述第二型半導體井區內的第二絕緣層隔開。
- 如請求項6所述的光感測單元，更包括： 金屬層，配置於所述線路區上，所述第一電極和所述第二電極分別與所述金屬層電性連接。
- 如請求項1所述的光感測單元，其中所述基板的厚度為5µm至7µm。
- 一種光感測裝置，包括多個呈陣列排列的如請求項1至8的任一項所述的光感測單元。
- 如請求項9所述的光感測裝置，其中所述光感測裝置為背照式圖像感測器。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US202263347031P | 2022-05-31 | 2022-05-31 | |
| US63/347,031 | 2022-05-31 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWM641566U true TWM641566U (zh) | 2023-05-21 |
Family
ID=86309972
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW112201507U TWM641566U (zh) | 2022-05-31 | 2023-02-21 | 光感測單元及光感測裝置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN116130499A (zh) |
| TW (1) | TWM641566U (zh) |
-
2023
- 2023-02-21 TW TW112201507U patent/TWM641566U/zh unknown
- 2023-02-21 CN CN202310142667.4A patent/CN116130499A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116130499A (zh) | 2023-05-16 |
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