專利名稱：具有電子透鏡的光電檢測器陣列的制作方法
具有電子透鏡的光電檢測器陣列
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、蜂 窩式電話、數(shù)碼相機電話、安全相機、光學(xué)鼠標以及各種其它醫(yī)學(xué)、汽車、軍事或其它應(yīng)用。串擾是許多圖像傳感器遇到的一個挑戰(zhàn)。兩種常見的串擾形式是電串擾及光學(xué)串 擾。電串擾可在(舉例來說)對應(yīng)于一個光敏區(qū)域的區(qū)域中所產(chǎn)生的電子擴散、橫向 漂移或另外遷移或移動到相鄰光敏區(qū)域且由所述相鄰光敏區(qū)域收集時發(fā)生。所述電子可最 終由所述相鄰光敏區(qū)域的收集。光學(xué)串擾可在(舉例來說)入射在對應(yīng)于一個光敏區(qū)域的表面上的光折射、反射、 散射或另外引導(dǎo)到相鄰光敏區(qū)域時發(fā)生。所述光可最終由所述相鄰光敏區(qū)域檢測。此種串擾往往是不期望的，因為其往往可使圖像模糊，引入瑕疵或另外降低圖像 質(zhì)量。另外，此種串擾往往隨著圖像傳感器及其像素的大小繼續(xù)減小而成為更大的挑戰(zhàn)。具有減小的光學(xué)及/或電串擾的圖像傳感器將提供某些優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個實施例提供一種設(shè)備，其中該設(shè)備包含用以接收光的表面；安置 在襯底內(nèi)的光敏區(qū)域；耦合在所述表面與所述光敏區(qū)域之間的材料，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；及耦合在所述表面與所述材料之 間的電子透鏡，所述電子透鏡用以朝向所述光敏區(qū)域聚焦所述材料中的所述電子。本發(fā)明的另一實施例提供一種設(shè)備，其中所述設(shè)備包含用以接收光的表面；安 置在襯底內(nèi)的光敏區(qū)域；耦合在所述表面與所述光敏區(qū)域之間的材料，所述材料用以接收 所述光，所述光中的至少一些光用以釋放所述材料中的電子；及耦合在所述表面與所述材 料之間的光學(xué)與電子透鏡，所述光學(xué)與電子透鏡用以朝向所述光敏區(qū)域聚焦所述材料中的 所述光及所述電子。本發(fā)明的另一實施例提供一種方法，其中所述方法包含提供具有前側(cè)部分及背 側(cè)部分的襯底，所述前側(cè)部分具有安置在其中的光敏區(qū)域陣列；在所述背側(cè)部分處形成非 平坦表面，所述非平坦表面具有凸起物陣列，所述凸起物中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域 中的相應(yīng)一者且遠離所述相應(yīng)一者凸出；在所述凸起物陣列上方形成非平坦層，所述非平 坦層具有凹進部分陣列，所述凹進部分中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者且遠 離所述相應(yīng)一者后退，所述非平坦層能夠在所述凸起物陣列中產(chǎn)生電場。本發(fā)明的另一實施例提供一種方法，其中所述方法包含在表面處接收光；朝向 光敏區(qū)域傳輸所述光；借助所述光使材料中的電子自由；朝向所述光敏區(qū)域聚焦所述材料 中的所述電子；及在所述光敏區(qū)域處接收所述電子。


參照以下說明及附圖可最好地理解本發(fā)明，下列附圖僅用于圖解說明本發(fā)明的實施例。圖式中圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光電檢測器的截面?zhèn)纫晥D。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用光電檢測器的方法的方框流程圖。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的光電檢測器陣列的截面?zhèn)纫晥D。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的另一光電檢測器陣列的截面?zhèn)纫?圖。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的再一光電檢測器陣列的截面?zhèn)纫晥D。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造或制作光電檢測器陣列的方法的方框流程圖。圖7A到7E圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例實施圖6的方法時形成 的各種結(jié)構(gòu)。圖8A到8E圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上其它實施例實施圖6的方法時 形成的各種結(jié)構(gòu)。圖9是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例光電檢測器陣列的兩個像 素的實例性像素電路的電路圖。圖10是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的圖像傳感器單元的框 圖。圖11是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的并入有圖像傳感器的照 明與圖像捕獲系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式在以下說明中，列舉了大量具體細節(jié)。然而，應(yīng)理解，可在沒有這些具體細節(jié)的情 況下實踐本發(fā)明的實施例。在其它實例中，為不掩蓋對本說明的理解，未詳細顯示眾所周知 的電路、結(jié)構(gòu)及技術(shù)。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的光電檢測器100的截面?zhèn)纫晥D。在各種實施例中， 所述光電檢測器可包括光電檢測器陣列或圖像傳感器。所述光電檢測器包括光收集表面102，例如一個或一個以上透鏡的表面。在操作期 間，所述光收集表面可接收光103。所述光傳感器還包括光敏區(qū)域104。所述光敏區(qū)域安置在襯底106內(nèi)。如本文所 使用，安置在襯底內(nèi)的光敏區(qū)域既定涵蓋在所述襯底內(nèi)形成的光敏區(qū)域、在所述襯底上方 形成的光敏區(qū)域或部分在所述襯底內(nèi)且部分在所述襯底上方形成的光敏區(qū)域。通常，所述 光敏區(qū)域安置在所述襯底的半導(dǎo)體材料內(nèi)。所述襯底也可包括除半導(dǎo)體材料外的其它材 料，例如有機材料、金屬及非半導(dǎo)體介電質(zhì)，此僅為幾個實例。合適的光敏區(qū)域的代表性實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。相信用于互補金屬氧化物半導(dǎo)體 (CMOS)有源像素傳感器(APQ中的光敏區(qū)域類型尤其合適。在一個實施例中，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。再次參照圖1，所述光電檢測器還包括材料108。所述材料耦合在光收集表面102與光敏區(qū)域104之間。在一個或一個以上實施例中，所述材料可包括半導(dǎo)體材料。在操作 期間，所述材料用以接收光收集表面102所接收的光。所述材料可至少部分地朝向光敏區(qū) 域104傳輸所述光。所述光的可能路徑以虛線顯示。所述光可能會或可能不會完全去到所 述光敏區(qū)域，此取決于材料、材料的厚度及光的波長。只要所述材料具有足夠的厚度，那么所述光中的至少一些光往往可使所述材料中 的電子(e_)(例如，光電子)自由。舉例來說，由于光電效應(yīng)，可在例如半導(dǎo)體材料等材料 中產(chǎn)生電子或使電子自由。為被檢測，所述電子(e_)應(yīng)朝向光敏區(qū)域移動。然而，所述電 子中的一些電子往往可擴散，橫向漂移或另外移動遠離光敏區(qū)域。這些電子可不被檢測，此 往往可降低光電檢測器100的效率。注意，根據(jù)本發(fā)明的實施例，所述光電檢測器還包括電子透鏡110。所述電子透鏡 耦合在光收集表面102與材料108之間。所述電子透鏡可包括電子聚焦或會聚元件、結(jié)構(gòu)、 非平坦層部分、非平坦表面的凹進部分、凹面、成形材料或用于聚焦或會聚電子的其它構(gòu) 件。所述電子透鏡可操作以朝向光敏區(qū)域104聚焦材料108中的電子(e_)。在各種實施例中，所述電子透鏡可表示材料108的經(jīng)修改部分或在材料108上方 形成的材料。舉例來說，在一個或一個以上實施例中，所述電子透鏡可包括摻雜程度較輕 的經(jīng)摻雜(例如，P-型)半導(dǎo)體材料108的摻雜程度較重的經(jīng)摻雜區(qū)域(例如，P+摻雜區(qū) 域)。作為另一實例，在一個或一個以上實施例中，所述電子透鏡可包括在材料108上方形 成的薄金屬層，其中所述金屬層可操作以在材料108的鄰近部分中形成空穴積累區(qū)域(例 如，金屬閃鍍柵極)。所圖解說明的電子透鏡具有較接近于光敏區(qū)域的第一主要表面114及離所述光 敏區(qū)域較遠的第二主要表面116。在本發(fā)明的實施例中，所述電子透鏡的至少一個主要表面 不是平坦的。在所述所圖解說明的電子透鏡中，第一主要表面114是不平坦的且包括遠離 光敏區(qū)域后退的凹進表面。如圖所示，所述凹進表面可包括面向光敏區(qū)域的凹表面。所述 凹表面可以是面向光敏區(qū)域的半球體形表面。所述半球體形表面可類似或近似半球但未必 是半球。在所述所圖解說明的電子透鏡中，第二主要表面116也是不平坦的，且與所述光敏 區(qū)域相對地凸起。也就是說，所述所圖解說明的電子透鏡具有凸-凹形狀，其包括面向光敏 區(qū)域的凹表面114及面向用以接收光的光收集表面102的凸表面116。在操作期間，所述電子透鏡可產(chǎn)生電場。所述電場導(dǎo)致可操作而作用于電子上的 會聚力線112。所述會聚力線被圖解說明為多個短箭頭，其中尾部在電子透鏡處起始且頭部 大體向內(nèi)指向。所述電場的力線大體朝向光敏區(qū)域聚焦或會聚。所述電子透鏡可具有針對電子的焦點。所述焦點(focus)可表示焦點(focal point)或焦點區(qū)域(focus region)。所述焦點可接近光敏區(qū)域。如本文所使用，對于2.0 微米(ym)或更小的像素，“接近”光敏區(qū)域意指在所述光敏區(qū)域內(nèi)或在所述光敏區(qū)域的 0.5μπι內(nèi)。對于較大的像素，可應(yīng)用較大的距離。在各種實施例中，所述焦點可在所述光敏 區(qū)域內(nèi)或在所述光敏區(qū)域的0.3μπι內(nèi)(舉例來說，在電子透鏡與光敏區(qū)域之間的材料中所 述光敏區(qū)域前方，或在所述光敏區(qū)域后方)。所述電子透鏡所產(chǎn)生的電場可操作以朝向所述焦點及/或朝向光敏區(qū)域104聚焦 或會聚材料108中的電子。所述電場可排斥所述電子或?qū)Ⅱ?qū)使其離開。由于所述電場向內(nèi) 且大體朝向所述光敏區(qū)域引導(dǎo)，因此所述電場可迫使或鼓勵所述電子向內(nèi)且大體朝向所述光敏區(qū)域移動。所述電子向內(nèi)聚焦而且垂直且在三個維度上朝向所述光敏區(qū)域聚焦。電子 的此種聚焦可有助于增加光敏區(qū)域所收集電子的數(shù)量及/或檢測的效率。如果所述電子透 鏡僅僅是平坦結(jié)構(gòu)，那么所述電場將是平行的且不將聚焦或會聚所述電子。圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例使用光電檢測器的方法200的方框流程圖。通過舉例 的方式，可使用圖1中所示的光電檢測器100或一個類似光電檢測器執(zhí)行所述方法。所述方法包括在塊221處在所述光電檢測器的光收集表面處接收光。在一個或一 個以上實施例中，所述光電檢測器可以是用作圖像傳感器的光電檢測器陣列，且所述光可 以是由正被成像的對象或表面反射的光，其可用于產(chǎn)生所述對象或表面的圖像。在塊222處，所述光可穿過材料朝向光敏區(qū)域傳輸。在塊223處，可通過所述光在 所述材料中使電子自由。舉例來說，由于光電效應(yīng)，可通過所述光在所述材料中使光電子自在塊2M處，可朝向光敏區(qū)域聚焦所述材料中的電子。在一個或一個以上實施例 中，可通過驅(qū)動電子在三個維度上朝向所述光敏區(qū)域會聚的電場在三個維度上朝向所述光 敏區(qū)域聚焦所述電子。如前文所論述，所述電子會聚電場可由非平坦凹進表面提供，所述非 平坦凹進表面遠離所述光敏區(qū)域后退。在塊225處，可在光敏區(qū)域處接收所述電子。也可在所述光敏區(qū)域處接收任何剩 余光。我們已知，所述光敏區(qū)域可產(chǎn)生表示所收集的電子及光的量的模擬信號。所述模 擬信號可用于各種用途。在一些情形中，所述光電檢測器可以是用作圖像傳感器的光電檢 測器陣列且所述模擬信號可用于產(chǎn)生圖像。為更好地圖解說明某些概念，下文將闡述并入到光電檢測器陣列的特定實例中的 電子透鏡的若干實例。這些特定光電檢測器陣列是具有特定配置及特定組件的背側(cè)照明式 (BSI)光電檢測器陣列。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明的范圍并不限于這些特定光電檢測器陣列。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的光電檢測器陣列300的截面?zhèn)纫?圖。所述光電檢測器陣列是BSI光電檢測器陣列。今天，許多光電檢測器陣列是前側(cè)照明(FSI)的。這些FSI光電檢測器陣列在襯底 的前側(cè)處包括光電檢測器陣列，且在操作期間所述光電檢測器陣列從所述前側(cè)接收光。然 而，F(xiàn)SI光電檢測器陣列具有某些缺點，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光電檢測器陣列在 襯底的前側(cè)處包括光電檢測器陣列，且在操作期間所述光電檢測器陣列從所述襯底的背側(cè) 接收光。再次參照圖3，BSI光電檢測器陣列包括前側(cè)表面303及背側(cè)表面302A、302B。圖 3中的上部側(cè)及下部側(cè)分別被視為圖像傳感器300的前側(cè)及背側(cè)。在操作期間，可在所述背 側(cè)表面處接收光303。在一個或一個以上實施例中，任選微透鏡330A、330B陣列可提供所述背側(cè)表面。 所述微透鏡具有小于ΙΟμπι的直徑。所述微透鏡對準以便以光學(xué)方式朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域 304Α、304Β聚焦在所述背側(cè)表面處所接收的光。所述微透鏡有助于改善敏感性且減小光學(xué) 串擾。然而，所述微透鏡是任選的，且不作要求。所述光電檢測器陣列還包括光敏區(qū)域304Α、304Β陣列。所述光敏區(qū)域陣列安置在8襯底306內(nèi)。前文所闡述的光敏區(qū)域是合適的。所述光電檢測器陣列還包括材料308A、308B，例如硅或另一半導(dǎo)體材料，其耦合在 所述背側(cè)表面與所述光敏區(qū)域304A、304B陣列之間。所述光可朝向所述光敏區(qū)域陣列傳輸 到所述材料中。只要所述材料具有足夠的厚度，那么所述光中的至少一些光往往可使所述材料中 的電子(e_)自由。為被檢測，所述電子(e_)應(yīng)向所述光敏區(qū)域移動。另外，材料308A中所 產(chǎn)生的電子應(yīng)優(yōu)選地朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域304A移動，且材料308B中所產(chǎn)生的電子應(yīng)優(yōu)選地 朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域304B移動。然而，所述電子中的一些電子存在擴散、橫向漂移或另外遷 移或移動遠離其對應(yīng)光敏區(qū)域的趨勢，且在一些情形中可由相鄰光敏區(qū)域收集。在邊緣附 近產(chǎn)生的電子往往比在中心附近產(chǎn)生的電子具有遷移到相鄰光敏區(qū)域的更高可能性。此種 電串擾可導(dǎo)致模糊、不良色彩性能或其它圖像瑕疵且通常是不期望的。如下文所論述，所述 光電檢測器陣列具有電子透鏡以減小此種串擾。在所述材料中形成半球體形凸起物或凸面309A、309B陣列。所述凸面或半球體形 凸起物中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者且遠離所述相應(yīng)一者凸出。在二維截 面圖中顯示所述凸起物或凸面，但應(yīng)理解，所述凸面或半球體形凸起物具有與對應(yīng)光敏區(qū) 域相對的三維凸起或半球體形表面。所述光電檢測器陣列還包括非平坦層310。非平坦層310耦合在所述背側(cè)表面 302A、302B與半球體形凸起物或凸面309A、309B陣列之間。在所述圖解說明中，所述非平坦 層直接在所述半球體形凸起物或凸面陣列上形成。所述非平坦層具有凹進部分310A、310B陣列。凹進部分310A、310B中的每一者 對應(yīng)于光敏區(qū)域304A、304B陣列中的相應(yīng)一者或遠離所述相應(yīng)一者后退。此外，凹進部分 310A、310B中的每一者對應(yīng)于且依從于半球體形凸起物或凸面309A、309B中的相應(yīng)一者。非平坦層310的凹進部分310A、310B表示對應(yīng)光敏區(qū)域304A、304B的相應(yīng)電子透 鏡310A、310B。電子透鏡310A具有凹-凸形狀，其包括面向光敏區(qū)域304A的凹表面314及 面向微透鏡302A的凸表面316。電子透鏡310A用以朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域304A聚焦或會聚材料308A中的電子。同 樣，電子透鏡310B用以朝向?qū)?yīng)光敏區(qū)域304B聚焦或會聚材料308B中的電子。此可有助 于減小電子將遷移到相鄰光敏區(qū)域的可能性及/或有助于減小電串擾。所述非平坦層能夠在所述半球體形凸起物或凸面陣列中產(chǎn)生電子聚焦或會聚電 場。所述圖解說明的右手側(cè)顯示電子透鏡310B的電場的代表性電子會聚或聚焦力線312B。 類似的電子會聚或聚焦電場將由電子透鏡310A產(chǎn)生。所述非平坦層也能夠以光學(xué)方式聚焦光。換句話說，所述電子透鏡也是會聚光學(xué) 透鏡。所述圖解說明的左手側(cè)顯示箭頭所表示的光303如何由電子透鏡310A以光學(xué)方式 聚焦。所述光在其從電子透鏡310A傳遞到材料308A中時可朝向光電檢測器304A的中心 彎曲。舉例來說，其可由電子透鏡310A的形狀及電子透鏡310A與平面化層336之間的折 射指數(shù)差異導(dǎo)致。此光學(xué)聚焦可有助于減小光學(xué)串擾。不同類型的層能夠在所述材料中產(chǎn)生電場。在一個或一個以上實施例中，非平坦 層310可包括重摻雜半導(dǎo)體材料，且材料308A、308B可包括摻雜程度較輕的經(jīng)摻雜半導(dǎo)體 材料。
我們已知，可用摻雜劑摻雜半導(dǎo)體以改變其電性質(zhì)。摻雜劑可以是受體或施主。受體摻雜劑元素在半導(dǎo)體中產(chǎn)生過量空穴，其通過接受來自那些半導(dǎo)體原子的電 子來取代其原子。硅的合適受體包括硼、銦、鎵、鋁及其組合。施主摻雜劑元素在半導(dǎo)體中產(chǎn)生過量電子，其通過將電子捐贈給半導(dǎo)體原子來取 代其原子。硅的合適施主包括磷、砷、銻及其組合?！癙-型半導(dǎo)體”、“P-型傳導(dǎo)率半導(dǎo)體”或類似物是指摻雜有受體且其中空穴的濃度 大于自由電子的濃度的半導(dǎo)體。所述空穴大部分是載流子且支配傳導(dǎo)率。“η-型半導(dǎo)體”、“η-型傳導(dǎo)率半導(dǎo)體”或類似物是指摻雜有施主且其中自由電子的 濃度大于空穴的濃度的半導(dǎo)體。所述電子大部分是載流子且支配傳導(dǎo)率。P-型及η-型半導(dǎo)體通常以輕微到中等摻雜劑濃度摻雜。在一個或一個以上實施 例中，P-型及η-型半導(dǎo)體具有小于約IXlO15摻雜劑/cm3的摻雜劑濃度。“ρ+半導(dǎo)體”、“p+摻雜半導(dǎo)體”、“ ρ+傳導(dǎo)率半導(dǎo)體”或類似物是指重摻雜有施主元 素的重摻雜P-型半導(dǎo)體?！唉?半導(dǎo)體”、“η+摻雜半導(dǎo)體”、“η+傳導(dǎo)率半導(dǎo)體”或類似物是 指重摻雜有受體元素的重摻雜η-型半導(dǎo)體。在一個或一個以上實施例中，P+摻雜半導(dǎo)體 及η+摻雜半導(dǎo)體具有大于約1 X IO15摻雜劑/cm3，有時大于約1 X IO16摻雜劑/cm3的摻雜 劑濃度。在一個或一個以上實施例中，非平坦層310可包括重摻雜半導(dǎo)體材料，且材料 308A、308B可包括輕微到中等摻雜的半導(dǎo)體材料。舉例來說，非平坦層310可包括ρ+摻雜 半導(dǎo)體材料，且材料308Α、308Β可包括ρ-型半導(dǎo)體材料。在此種實例中，光敏區(qū)域304Α、 304Β可以是η-型。相反的極性配置也是合適的。舉例來說，非平坦層310可包括η+摻雜 半導(dǎo)體材料，材料308Α、308Β可包括η-型半導(dǎo)體材料，且光敏區(qū)域304Α、304Β可以是ρ-型。重摻雜半導(dǎo)體材料層的厚度范圍可從約10納米(nm)到約400nm。在一些情形中， 所述厚度范圍可從約50nm到約200nm。在本發(fā)明的一個或一個以上實施例中，跨越非平坦層的厚度可存在任選摻雜濃度 梯度或坡度。舉例來說，非平坦層在其背側(cè)部分(例如，316)處具有較大的摻雜劑濃度且在 其前側(cè)部分(例如，314)處具有較小的摻雜劑濃度。在一個或一個以上實施例中，所述背 側(cè)部分處的較大摻雜劑濃度范圍可從約1 X IO17摻雜劑/cm3到約1 X IO20摻雜劑/cm3。在 一個或一個以上實施例中，所述前側(cè)部分處的較小摻雜劑濃度范圍可從約IX IO14摻雜劑/ cm3到約2 X IO15摻雜劑/cm3。相對陡峭的濃度梯度往往工作良好。所述光電檢測器陣列還包括耦合在微透鏡330A、330B陣列與非平坦層310之間的 第一任選平面化層336。所述第一平面化層的前側(cè)依從于所述非平坦表面(例如，316)。所 述第一平面化層具有平面或平坦的背側(cè)表面。所述電子透鏡安置在材料308A、308B與平面 化層336之間。所述光電檢測器陣列還包括耦合在所述電子透鏡310A、310B陣列與所述光學(xué)微 透鏡330A、330B陣列之間的任選不同濾色器334A、334B陣列。特定來說，所述濾色器耦合 在所述平面化層的平坦表面與所述光學(xué)微透鏡之間。濾色器334A可操作以過濾與濾色器 334B不同的色彩。這些濾色器是任選的且不作要求。舉例來說，可在黑色與白色圖像傳感 器的情形中省略這些濾色器。所述光電檢測器陣列還包括耦合在所述濾色器陣列與所述光學(xué)微透鏡陣列之間的第二任選平面化層332。然而，所述第二平面化層是任選的且不作要求。所述光電檢測器陣列在其前側(cè)處包括互連部分342。所述互連部分可包括安置在 介電材料內(nèi)的一個或一個以上常規(guī)金屬互連層。任選淺溝槽隔離(STI) 338包括在鄰近光 敏區(qū)域之間，但不對所述STI作要求。任選釘扎層340 (例如，η-型光敏區(qū)域情形中的ρ+摻 雜區(qū)域)安置在所述光敏區(qū)域中的每一者的前表面上。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的另一光電檢測器陣列400的截面?zhèn)?視圖。所述光電檢測器陣列是BSI光電檢測器陣列。圖4中所示的光電檢測器陣列400具有與圖3中所示的光電檢測器陣列300共 同的某些特征。已在認為合適處用來自圖3的現(xiàn)有參考編號標記圖4中的某些組件或結(jié) 構(gòu)。除非另外規(guī)定，此指示這些組件或結(jié)構(gòu)可任選地具有前文所闡述的一些或所有特性或 屬性。為避免掩蓋某些概念，以下說明將主要聚焦于圖4中所示光電檢測器陣列400的不 同結(jié)構(gòu)及特性。光電檢測器陣列400與前文所闡述光電檢測器陣列300之間的顯著差異是凸起物 409Α、409Β陣列、非平坦層410及電子透鏡410Α、410Β的形狀。所述光電檢測器陣列包括在材料308Α、308Β中形成的凸起物409Α、409Β陣列。在 一個或一個以上實施例中，所述凸起物中的每一者具有平截頭形狀。所述平截頭可表示 (舉例來說)具有棱錐或平截棱錐形狀的凸起物。通過舉例的方式，所述棱錐可具有三個或 四個側(cè)。所述光電檢測器陣列還包括非平坦層410。所述非平坦層直接在所述凸起物陣列 上形成。所述非平坦層具有凹進部分410Α、410Β陣列。凹進部分410Α、410Β中的每一者對 應(yīng)于且依從于凸起物409Α、409Β中的相應(yīng)一者。此外，凹進部分410Α、410Β中的每一者對 應(yīng)于光敏區(qū)域304Α、304Β陣列中的相應(yīng)一者且遠離所述相應(yīng)一者后退。凹進部分410Α、410Β表示對應(yīng)光敏區(qū)域304Α、304Β的相應(yīng)電子透鏡410Α、410Β。 電子透鏡410Α具有面向光敏區(qū)域304Α的凹進表面414。所述凹進表面包括大致依從于具 有平截頭形狀的對應(yīng)凸起物409Α的有角側(cè)壁的有角側(cè)壁。針對電子透鏡410Β顯示電場的代表性電子會聚或聚焦力線412Β。電子力線412Β 從電子透鏡410Β的凹進表面的有角側(cè)壁向內(nèi)引導(dǎo)。所述電場驅(qū)動電子朝向光敏區(qū)域304Β 在三個維度上向內(nèi)聚焦或會聚。類似的電場將由電子透鏡410Α產(chǎn)生。非平坦層的其它方面(例如，材料(舉例來說，重摻雜半導(dǎo)體材料)、厚度、摻雜梯 度及類似方面)可任選地如前文所闡述。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的再一光電檢測器陣列500的截面?zhèn)?視圖。所述光電檢測器陣列是BSI光電檢測器陣列。圖5中所示的光電檢測器陣列500具有與圖3中所示的光電檢測器陣列300及/ 或圖4中所示的光電檢測器陣列400共同的某些特征。注意，圖5的光電檢測器陣列500 中的凸起物陣列及非平坦層的形狀類似于圖4的光電檢測器陣列400的凸起物陣列及非平 坦層的形狀。已在認為合適處用來自圖3或圖4的先前參考編號標記圖5中的某些組件或 結(jié)構(gòu)。除非另外規(guī)定，這些組件或結(jié)構(gòu)可任選地具有前文所闡述的一些或所有特性或?qū)傩浴?為避免掩蓋某些概念，以下說明將主要聚焦于圖5中所示光電檢測器陣列500的不同結(jié)構(gòu) 及特性。
光電檢測器陣列500與前文所述光電檢測器陣列300及400之間的一個顯著差異 是用于非平坦層510及/或電子透鏡510A、510B的材料。另一差異是電子透鏡產(chǎn)生用于朝 向光敏區(qū)域聚焦或會聚電子的電場的方式。光電檢測器陣列500包括非平坦層510。所述非平坦層在凸起物409A、409B陣列 上方形成，所述凸起物在材料308A、308B中形成。如前文，所述凸起物中的每一者可具有棱 錐或其它平截頭形狀。所述非平坦層具有凹進部分510A、510B。這些凹進部分表示對應(yīng)光 敏區(qū)域304A、304B的相應(yīng)電子透鏡510A、510B。在本發(fā)明的一個或一個以上實施例中，非平坦層510可包括薄金屬層。所述層可 足夠薄以允許光通過所述層。所述層可操作以在材料409A、409B的鄰近部分中形成空穴積 累區(qū)域。舉例來說，層510可包括具有足夠高的功函數(shù)以形成所述空穴積累區(qū)域的金屬。 鉬是可操作以在鄰近硅材料中形成空穴積累區(qū)域的金屬的一個具體實例。在一個或一個以 上實施例中，非平坦層510可包括閃鍍柵極。所述閃鍍柵極或薄金屬層可任選地經(jīng)負性偏 置以進一步用空穴充填所述鄰近材料。閃鍍柵極在光電檢測器技術(shù)中是已知的，例如結(jié)合 CCD。再次參照圖5，在材料409A、409B中形成空穴積累區(qū)域M4。在材料409A、409B中 形成的空穴積累區(qū)域544具有比材料409A、409B體大的空穴濃度。此較大空穴濃度可在所 述材料中形成電場。針對電子透鏡510B顯示電場的代表性電子會聚或聚焦力線512B。類 似的電子會聚或聚焦電場將由電子透鏡510A產(chǎn)生。閃鍍柵極或其它薄金屬層也可任選地用于像圖3的凸起物及電子透鏡那樣成形 的凸起物及電子透鏡。另外其它材料也適合于所述電子透鏡。在一個或一個以上實施例中，所述電子透 鏡可包括透明導(dǎo)電氧化物(TCO)及透鏡導(dǎo)電涂層(TCC)中的一者或一者以上。合適的TCO 的實例包括但不限于與錫氧化物組合的銦氧化物(例如，氧化銦(III) (In2O3)加氧化錫 (IV) (SnO2))、與鋁氧化物組合的鋅氧化物(例如，氧化鋅(SiO)加氧化鋁(Al2O3))、與鎵氧 化物組合的鋅氧化物(例如，氧化鋅(SiO)加氧化鎵(III) (Ga2O3))及錫氧化物(例如，氧 化錫(SnO2)),此僅為幾個實例。合適的TCC的實例包括但不限于薄金膜、抗熱導(dǎo)電塑料及 包括碳納米管的層，此僅為幾個實例。當電子透鏡經(jīng)電負性偏置時，材料409A/409B中的空穴可朝向電子透鏡 510A/510B吸引。此可在所述材料中產(chǎn)生空穴積累區(qū)域，此又可在材料409A/409B中形成電 場。在一個或一個以上實施例中，可任選地將薄半導(dǎo)體氧化物膜安置在非平坦層510與在 材料409A、409B中形成的空穴積累區(qū)域544之間。在一個方面中，此氧化物膜可包括硅氧 化物，例如二氧化硅(SiO2)。當電子透鏡經(jīng)負性偏置時，所述薄半導(dǎo)體氧化物膜有助于改善 裝置可靠性及/或有助于減小安置在襯底的光檢測部分中的裝置中的故障。在光電檢測器陣列中，光的入射角度可從陣列的中心(零度入射角度)向所述陣 列的外圍逐漸增加。在一個或一個以上實施例中，所述光學(xué)微透鏡及/或所述電子透鏡可 任選地基于入射光的角度在所述陣列的外圍區(qū)域中按比例縮放或偏移。舉例來說，朝向所 述陣列的中心的光學(xué)微透鏡及/或電子透鏡可相對直接在其對應(yīng)光敏區(qū)域上方或下方對 準，而所述陣列的外圍區(qū)域中的光學(xué)微透鏡及/或電子透鏡可朝向所述陣列的中心稍微向 內(nèi)移位以計及不同角度的入射光。此可有助于改善成像，但此是任選的且不作要求。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造或制作光電檢測器陣列的方法650的方框流程 圖?？蓤?zhí)行方法650以制作圖1、3、4或5中所示的光電檢測器或光電檢測器陣列中的任一 者或完全另外的光電檢測器陣列。圖7A到7E圖解說明實施方法650時可形成的各種結(jié)構(gòu)。 為清晰起見，將結(jié)合圖7A到7E中所示的結(jié)構(gòu)闡述圖6的方法650。方法650包括在塊651處提供襯底。如本文所使用，術(shù)語“提供”既定廣義地涵蓋 至少制作、從另一者獲得、購買、進口及以其它方式獲取所述襯底。所述襯底具有前側(cè)部分 及背側(cè)部分，所述前側(cè)部分具有安置在其中的光敏區(qū)域陣列。在塊652處可在所述襯底的所述背側(cè)部分處形成非平坦表面。所述非平坦表面可 具有凸起物陣列。所述凸起物中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者且可遠離所述 相應(yīng)一者凸出。存在形成此種非平坦表面的不同方式。圖7A到7D是圖解說明利用可回流材料形 成所述非平坦表面的一個實例性方式的襯底截面?zhèn)纫晥D。圖7A顯示在襯底700A的背側(cè)半導(dǎo)體部分706上方沉積可回流材料層756。所述 襯底還具有前側(cè)互連部分342、具有安置在其中的光敏區(qū)域304A、304B陣列的前側(cè)半導(dǎo)體 部分、STI 358及背側(cè)半導(dǎo)體部分706。這些組件可大致如前文所闡述。在一個實施例中， 所述可回流材料可包含聚乙烯甲基丙烯酸甲酯材料，但不對此作要求。圖7B顯示包括經(jīng)圖案化層的襯底700B，所述經(jīng)圖案化層包括通過將襯底700A的 可回流材料層756圖案化形成的可回流材料部分758A、758B陣列。可通過光刻術(shù)及顯影來 執(zhí)行所述圖案化。所述可回流材料部分中的每一者對應(yīng)于光敏區(qū)域304A、304B中的相應(yīng)一 者ο圖7C顯示包括半球體形可回流材料凸起物760A、760B陣列的襯底700C，所述陣列 通過將襯底700B的可回流材料部分758A、758B陣列回流而形成。此可通過將所述材料加 熱到高于其回流溫度的溫度來完成。圖7D顯示具有非平坦背側(cè)表面的襯底700D，所述非平坦背側(cè)表面包括在襯底 700C的背側(cè)半導(dǎo)體部分706中蝕刻的半球體形凸起物309A、309B陣列。穿過襯底700C的 半球體形可回流材料凸起物760A、760B陣列來執(zhí)行到背側(cè)半導(dǎo)體部分706中的蝕刻。以此 方式，所述半球體形可回流材料凸起物的非平坦表面轉(zhuǎn)移為背側(cè)半導(dǎo)體部分706中的多少 一致的非平坦表面。由于回流彎月面及材料之間的蝕刻速率的可能差異，所述表面可能不 是精確的半球體形，但術(shù)語“半球體形”既定涵蓋此類偏差。圖7A到7D圖解說明用于形成所述非平坦表面的一個實例性方法。作為另一實例， 可通過使用灰階掩模來形成非平坦表面。作為再一選項，可任選地利用沿晶面的定向硅蝕 刻。再次參照圖6，在塊652處形成所述非平坦表面之后，在塊653處可在所述凸起物 陣列上方形成非平坦層。所述非平坦層可能夠在所述凸起物陣列中產(chǎn)生電場。所述非平坦 層可具有凹進部分陣列。所述凹進部分中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者且可 遠離所述相應(yīng)一者后退。所述凹進部分中的每一者可表示電子透鏡。圖7E顯示具有半球體形凸起物309A、309B陣列上方的非平坦層310A、310B的襯 底700E。第一凸起物309A上方的所述層的第一部分可表示第一子透鏡310A且第二凸起物 309B上方的所述層的第二部分可表示第二電子透鏡310B。
在一個或一個以上實施例中，所述非平坦層可以是重摻雜層，例如ρ+摻雜層或η+ 摻雜層。此種層可通過摻雜形成?？赏ㄟ^離子植入或擴散來執(zhí)行所述摻雜?？墒褂猛嘶稹?在一個或一個以上實施例中，所述重摻雜層可經(jīng)形成而具有從約IOnm到約400nm的厚度范 圍，在一些情形中具有從約80nm到約200nm的厚度范圍。如前文所闡述，在本發(fā)明的一個 或一個以上實施例中，跨越所述非平坦層的厚度可存在摻雜濃度梯度或坡度。或者，在一個或一個以上實施例中，所述非平坦層可包括金屬閃鍍柵極或其它薄 金屬膜。在一個或一個以上實施例中，可通過閃鍍由約3埃到約20埃的鉬或另一合適金屬 來形成所述金屬閃鍍柵極或薄金屬膜?？扇芜x地負性偏置所述閃鍍柵極或薄金屬膜以進一 步用空穴充填鄰近半導(dǎo)體。也涵蓋如圖6中所示制造或制作光電檢測器陣列的方法650的其它實施例。圖8A 到8E圖解說明實施圖6的方法的一個或一個以上其它實施例時形成的各種結(jié)構(gòu)。很明顯， 圖8A到8E顯示用于在襯底的背側(cè)部分處形成非平坦表面的不同方法。圖8A顯示在襯底800A的背側(cè)半導(dǎo)體部分806上方沉積掩模層890，例如光致抗蝕 劑。舉例來說，可通過沉積并旋涂光致抗蝕劑來形成掩模層890。所述襯底還具有前側(cè)互連 部分342、具有安置在其中的光敏區(qū)域304A、304B陣列的前側(cè)半導(dǎo)體部分、STI 358及背側(cè) 半導(dǎo)體部分806。這些組件可大致如前文所闡述。圖8B顯示包括經(jīng)圖案化掩模層891A、89IB的襯底800B，所述經(jīng)圖案化掩模層通過 將襯底800A的掩模層890圖案化而形成。可通過光刻術(shù)及顯影來執(zhí)行所述圖案化。所述經(jīng) 圖案化層包括掩模部分891A、891B陣列。所述掩模部分中的每一者對應(yīng)于光敏區(qū)域304A、 304B中的相應(yīng)一者。如圖所示，掩模部分891A、891B陣列之間存在空隙。圖8C顯示包括在襯底800B的背側(cè)部分806中蝕刻的溝槽892A、892B、892C的襯 底800C。可通過穿過所述經(jīng)圖案化掩模層將所述溝槽蝕刻到所述背側(cè)部分中來形成所述溝 槽。在一個或一個以上實施例中，所述溝槽可具有從約0.1到約0.5微米的深度范圍。背 側(cè)部分806相對于所述掩模層的具有選擇性的各種蝕刻是合適的。圖8D顯示具有非平坦背側(cè)表面的襯底800D，所述非平坦背側(cè)表面包括從襯底 800C的經(jīng)蝕刻背側(cè)部分806形成的半球體形凸起物309A、309B陣列。最初，可通過(例如) 剝離來移除所述經(jīng)圖案化掩模層891A、891B。然后，可通過將剩余背側(cè)半導(dǎo)體部分806的表 面部分加熱到高于其熔點的溫度來將所述表面部分熔化并回流。在一個或一個以上實施例 中，熔化的所述表面部分包括硅或另一半導(dǎo)體材料。在一個或一個以上實施例中，可通過激 光退火到足以熔化硅的溫度來執(zhí)行此加熱。所述溝槽之間的熔化的表面部分可回流以形成 大體半球體形凸起物陣列，所述凸起物每一者對應(yīng)于光敏區(qū)域中的一者。圖8E顯示具有在襯底800D的半球體形凸起物309A、309B陣列上方形成的非平坦 層310A、310B的襯底800E。第一凸起物309A上方的所述層的第一部分可表示第一子透鏡 310A且第二凸起物309B上方的所述層的第二部分可表示第二電子透鏡310B?？扇缜拔乃?闡述形成此非平坦層310A、310B。圖9是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例光電檢測器陣列的兩個 四-晶體管GT)像素的實例性像素電路962的電路圖。所述像素電路是實施這兩個像素 的一種可能方式。然而，本發(fā)明的實施例并不限于4T像素架構(gòu)。而是，3T設(shè)計、5T設(shè)計及 各種其它像素架構(gòu)也是合適的。
在圖9中，像素1 及1 布置成兩行及一列。每一像素電路的所圖解說明實施例 包括光電二極管PD、轉(zhuǎn)移晶體管Tl、復(fù)位晶體管T2、源極隨耦器(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TX，所述轉(zhuǎn)移信號可將在光電二極管 PD中所積累的電荷轉(zhuǎn)移到浮動擴散節(jié)點FD。在一個實施例中，浮動擴散節(jié)點FD可耦合到 用于臨時存儲圖像電荷的存儲電容器。復(fù)位晶體管T2耦合在電源導(dǎo)軌VDD與所述浮動擴散節(jié)點FD之間以在復(fù)位信號 RST的控制下復(fù)位像素(舉例來說，將所述FD及所述PD放電或充電到預(yù)設(shè)電壓)。所述浮 動擴散節(jié)點FD經(jīng)耦合以控制SF晶體管T3的柵極。SF晶體管T3耦合在所述電源導(dǎo)軌VDD 與選擇晶體管T4之間。SF晶體管T3作為向所述浮動擴散FD提供高阻抗連接的源極隨耦 器操作。選擇晶體管T4在選擇信號SEL的控制下選擇性地將像素電路的輸出耦合到讀出 列線。在一個實施例中，所述TX信號、所述RST信號及所述SEL信號由控制電路產(chǎn)生。 在其中光電檢測器陣列與全局快門一同操作的實施例中，全局快門信號耦合到所述整個陣 列中的每一轉(zhuǎn)移晶體管Tl的柵極以同時開始電荷從每一像素的光電二極管PD的轉(zhuǎn)移?；?者，卷簾式快門信號可施加到轉(zhuǎn)移晶體管Tl群組。圖10是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的背側(cè)照明式圖像傳感器 單元1000的框圖。所述圖像傳感器單元包括像素陣列1064、讀出電路1066、控制電路1068 及功能邏輯1070。在替代實施例中，功能邏輯1070及控制電路1068中的一者或其兩者可 任選地包括在圖像傳感器單元外部。所述像素陣列是二維OD)背側(cè)照明式像素(例如，像素？1、？2、...？11)陣列。在 一個實施例中，每一像素是有源像素傳感器(APS)，例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成 像像素。如所圖解說明，每一像素布置成行(例如，行Rl到Ry)及列(例如，列Cl到Cx) 以獲取人、地方或?qū)ο蟮膱D像數(shù)據(jù)，然后可使用所述圖像數(shù)據(jù)再現(xiàn)所述人、地方或?qū)ο蟮?D圖像。在每一像素已獲取其圖像數(shù)據(jù)或圖像電荷之后，所述圖像數(shù)據(jù)由讀出電路1066 讀出且轉(zhuǎn)移到功能邏輯1070。所述讀出電路可包括放大電路、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換電路或其它電 路。所述功能邏輯可僅存儲所述圖像數(shù)據(jù)或甚至通過應(yīng)用圖像后效果(例如，修剪、旋轉(zhuǎn)、 去除紅眼、調(diào)節(jié)亮度、調(diào)節(jié)對比度或其它)來操縱所述圖像數(shù)據(jù)。如圖所示，在一個實施例 中，所述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)(例如，串行讀出或所有像素的同時完全并行讀出)來讀出所述圖像數(shù)據(jù)?？刂齐娐?068耦合到所述像素陣列以控制所述像素陣列的操作特性。舉例來說， 所述控制電路可產(chǎn)生用于控制圖像獲取的快門信號。圖11是圖解說明根據(jù)本發(fā)明的一個或一個以上實施例的并入有圖像傳感器單元 1100的照明與圖像捕獲系統(tǒng)1180的框圖。在各種實施例中，所述系統(tǒng)可表示數(shù)碼相機、數(shù) 碼相機電話、網(wǎng)絡(luò)相機、安全相機、光學(xué)鼠標、光學(xué)顯微鏡或掃描儀或可并入到以上各項內(nèi)， 此僅為幾個實例。所述系統(tǒng)包括光源1182，例如多色發(fā)光電二極管(LED)或其它半導(dǎo)體光源。所述 光源可向正被成像的對象1183傳輸光。由所述對象反射的至少一些光可穿過外殼1186的到圖像傳感器單元1100的窗口151184返回到所述系統(tǒng)。所述窗口應(yīng)廣義地解釋為透鏡、蓋或所述外殼的其它透明部分。所 述圖像傳感器單元可感測所述光且可輸出表示所述光或圖像的模擬圖像數(shù)據(jù)。數(shù)字處理單元1170可接收所述模擬圖像數(shù)據(jù)。所述數(shù)字處理單元可包括模擬數(shù) 字(ADC)電路以將所述模擬圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。可隨后通過軟件/固件邏輯1188存儲、傳輸或另外操縱所述數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。所述 軟件/固件邏輯可在所述外殼內(nèi)，或如圖所示在所述外殼外部。在以上說明中且在權(quán)利要求書中，術(shù)語“耦合”可意指兩個或兩個以上元件直接物 理或電接觸。然而，“耦合”可替代意指兩個或兩個以上元件彼此不直接接觸，但仍(舉例來 說)通過一個或一個以上介入組件或結(jié)構(gòu)共同操作或彼此互動。舉例來說，電子透鏡可通 過一個或一個以上介入材料(舉例來說，平面化層、濾色器等)耦合在表面與材料之間。在以上說明中，出于解釋的目的，列舉了大量具體細節(jié)以便提供對本發(fā)明實施例 的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易知，可在沒有這些具體細節(jié)中的一些細節(jié)的情 況下實踐其它實施例。提供所闡述的特定實施例并非為了限制本發(fā)明而是對其進行圖解說 明。本發(fā)明的范圍將不由上文提供的具體實例確定而僅由上文權(quán)利要求書確定。在其它實 例中，已以框圖形式或未詳細顯示眾所周知的電路、結(jié)構(gòu)、裝置及操作以避免掩蓋對所述說 明的理解。整個本說明書中對“一個實施例(one embodiment) ”、“實施例(an embodiment)” 或“一個或一個以上實施例(one or more embodiments) ”的提及(舉例來說)意指可包括 在本發(fā)明的實踐中的特定特征。類似地，在本說明中，出于簡化本發(fā)明及幫助理解各種發(fā)明 性方面的目的，有時在單個實施例、圖或其說明中將各種特征分組在一起。然而，本發(fā)明的 此方法不應(yīng)被解釋為反映以下意圖本發(fā)明要求比每一權(quán)利要求中所明確陳述的特征更多 的特征。而是，如以上權(quán)利要求書反映發(fā)明性方面可在于少于單個所揭示實施例的所有特 征。因此，具體實施方式
之前的權(quán)利要求書在此明確并入本具體實施方式
中，其中每一權(quán)利 要求獨立地作為本發(fā)明的單獨實施例。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，其包含表面，其用以接收光；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；及電子透鏡，其耦合在所述表面與所述材料之間，所述電子透鏡用以朝向所述光敏區(qū)域 聚焦所述材料中的所述電子。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述電子透鏡具有非平坦的主表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述非平坦的主表面包含從所述光敏區(qū)域后退的 凹進表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其中所述凹進表面包含面向所述光敏區(qū)域的凹表面。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述電子透鏡具有凸-凹形狀，所述形狀包括面向 所述光敏區(qū)域的所述凹表面及面向用以接收所述光的所述表面的凸表面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述電子透鏡包含光學(xué)與電子透鏡，所述光學(xué)與 電子透鏡具有針對所述材料中的光及所述電子且接近所述光敏區(qū)域的焦點。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述焦點在所述光敏區(qū)域內(nèi)。
8.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，且其中所述電子透鏡 包含重摻雜半導(dǎo)體材料層，所述重摻雜半導(dǎo)體材料比所述半導(dǎo)體材料摻雜程度重。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述半導(dǎo)體材料包含ρ-型半導(dǎo)體材料，其中所述 重摻雜半導(dǎo)體材料包含P+摻雜半導(dǎo)體材料，且其中所述P+摻雜半導(dǎo)體材料的厚度范圍是 從10納米到400納米。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中跨越所述重摻雜半導(dǎo)體材料的厚度存在摻雜濃 度梯度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述電子透鏡包含所述材料上方的薄金屬層，所 述薄金屬層足夠薄以允許光通過且可操作以在所述材料的鄰近部分中形成空穴積累區(qū)域。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述電子透鏡也可操作以便以光學(xué)方式朝向所 述光敏區(qū)域聚焦光。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述表面包含經(jīng)對準以朝向所述光敏區(qū)域聚焦 所述光的光學(xué)微透鏡表面，且進一步包含平面化層，其具有耦合在所述光學(xué)微透鏡與所述電子透鏡之間的平坦表面；及濾色器， 其耦合在所述平面化層的所述平坦表面與所述光學(xué)微透鏡之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述設(shè)備包含圖像傳感器，其中所述光敏區(qū)域是 所述圖像傳感器的光敏區(qū)域陣列中的一者，其中所述圖像傳感器包含背側(cè)照明式圖像傳感ο
15.一種設(shè)備，其包含表面，其用以接收光；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；及光學(xué)與電子透鏡，其耦合在所述表面與所述材料之間，所述光學(xué)與電子透鏡用以朝向 所述光敏區(qū)域聚焦所述材料中的所述光及所述電子。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述光學(xué)與電子透鏡具有非平坦的主表面，其 中所述非平坦的主表面包含從所述光敏區(qū)域后退的凹進表面，且其中所述光學(xué)與電子透鏡 具有針對所述光及所述電子且接近所述光敏區(qū)域的焦點。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中所述材料包含半導(dǎo)體材料，且其中所述光學(xué)與 電子透鏡包含重摻雜半導(dǎo)體材料層，所述重摻雜半導(dǎo)體材料比所述半導(dǎo)體材料摻雜程度 重。
18.一種方法，其包含提供具有前側(cè)部分及背側(cè)部分的襯底，所述前側(cè)部分具有安置在其中的光敏區(qū)域陣列；在所述背側(cè)部分處形成非平坦表面，所述非平坦表面具有凸起物陣列，所述凸起物中 的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者且遠離所述相應(yīng)一者凸出；在所述凸起物陣列上方形成非平坦層，所述非平坦層具有凹進部分陣列，所述凹進部 分中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者且遠離所述相應(yīng)一者后退，所述非平坦層 能夠在所述凸起物陣列中產(chǎn)生電場。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述形成所述非平坦層包含下列各項中的一者形成比所述凸起物陣列的材料摻雜程度重的重摻雜半導(dǎo)體材料；及沉積足夠薄以允許光通過且可操作以在所述凸起物陣列中形成空穴積累區(qū)域的薄金屬層。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述形成所述非平坦表面包含 在所述背側(cè)部分上方沉積可回流材料的層；通過光刻術(shù)及顯影將所述可回流材料的所述層圖案化以形成經(jīng)圖案化層，所述經(jīng)圖案 化層包括可回流材料部分陣列，所述可回流材料部分中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者；通過借助加熱使所述可回流材料部分陣列回流來形成半球體形可回流材料凸起物陣 列；及通過穿過所述半球體形可回流材料凸起物陣列蝕刻到所述背側(cè)部分中來蝕刻所述背 側(cè)部分中的所述半球體形凸起物陣列。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述形成所述非平坦表面包含通過光刻術(shù)及顯影在所述背側(cè)部分上方形成經(jīng)圖案化掩模層，所述經(jīng)圖案化掩模層包 括掩模部分陣列，所述掩模部分中的每一者對應(yīng)于所述光敏區(qū)域中的相應(yīng)一者；穿過所述經(jīng)圖案化掩模層蝕刻所述背側(cè)部分以在所述經(jīng)圖案化掩模層的所述掩模部 分之間于所述背側(cè)部分中形成溝槽； 移除所述經(jīng)圖案化掩模層；通過使所述背側(cè)部分在所述溝槽之間的若干部分熔化并回流來形成所述非平坦表面。
22.一種方法，其包含 在表面處接收光；朝向光敏區(qū)域傳輸所述光； 借助所述光使材料中的電子自由； 朝向所述光敏區(qū)域聚焦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。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述聚焦所述電子包含借助電子會聚電場在三 個維度上朝向所述光敏區(qū)域聚焦所述電子，所述電子會聚電場驅(qū)動電子以在三個維度上朝 向所述光敏區(qū)域會聚，且其中所述聚焦所述電子包含借助非平坦層聚焦所述電子，所述非 平坦層具有遠離所述光敏區(qū)域后退的凹進部分。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有電子透鏡的光電檢測器陣列。本發(fā)明揭示光電檢測器、光電檢測器陣列、圖像傳感器及其它設(shè)備。在一個方面中，設(shè)備可包括用以接收光的表面、安置在襯底內(nèi)的光敏區(qū)域及耦合在所述表面與所述光敏區(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。耦合在所述表面與所述材料之間的電子透鏡可朝向所述光敏區(qū)域聚焦所述材料中的所述電子。本發(fā)明還揭示其它設(shè)備，以及使用此種設(shè)備的方法、制作此種設(shè)備的方法及并入有此種設(shè)備的系統(tǒng)。
文檔編號H01L27/146GK102054848SQ20091021586
公開日2011年5月11日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月4日
發(fā)明者戴森·泰, 文森特·韋內(nèi)齊亞, 毛杜利, 錢胤 申請人:全視科技有限公司