增强型背侧照明的近红外图像传感器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明一般来说涉及图像传感器，且更明确地说，本发明涉及近红外图像传感器。
【背景技术】
[0002]图像传感器已变得无所存在。其广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器且明确地说互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)的技术一直持续快速地发展。举例来说，对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进了这些图像传感器的进一步小型化及集成。
[0003]其中大小及图像质量尤其重要的两个应用领域是安全及汽车应用。对于这些应用，图像传感器芯片通常必须在可见光谱中提供高质量图像以及在光谱的红外及近红外部分中具有改进的敏感性。
【发明内容】
[0004]本申请案提供一种图像传感器，其包括:光电二极管，其接近于半导体材料的前侧安置以响应于穿过所述半导体材料的背侧且穿过所述光电二极管引导到所述半导体材料中的光而积累图像电荷；散射结构，其接近于所述半导体材料的所述前侧安置，使得穿过所述半导体材料的所述背侧且穿过所述光电二极管引导到所述半导体材料中且在所述半导体的所述前侧处反射的所述光往回散射穿过所述光电二极管；深沟槽隔离(DTI)结构，其安置于所述半导体材料中以隔离所述半导体材料中的所述光电二极管且界定穿过所述半导体材料到所述光电二极管的光学路径，其中在所述半导体的所述前侧处反射的所述光在所述光学路径中往回散射穿过所述光电二极管且由所述DTI全内反射以保持在所述光学路径内；及抗反射涂层，其安置于所述半导体材料的所述背侧上，其中穿过所述半导体材料的所述背侧引导到所述半导体材料中的所述光经引导穿过所述抗反射涂层，其中在所述半导体的所述前侧处反射且在所述光学路径中往回散射穿过所述光电二极管的所述光由所述抗反射涂层全内反射以保持在所述光学路径内。
[0005]本申请案还提供一种成像系统，其包括:像素阵列，其具有安置于半导体材料中的多个像素单元，其中所述多个像素单元中的每一者包含:光电二极管，其接近于所述半导体材料的前侧安置以响应于穿过所述半导体材料的背侧且穿过所述光电二极管引导到所述半导体材料中的光而积累图像电荷；散射结构，其接近于所述半导体材料的所述前侧安置，使得穿过所述半导体材料的所述背侧且穿过所述光电二极管引导到所述半导体材料中且在所述半导体的所述前侧处反射的所述光往回散射穿过所述光电二极管；深沟槽隔离(DTI)结构，其安置于所述半导体材料中以隔离所述光电二极管且界定穿过所述半导体材料到所述光电二极管的光学路径，其中在所述半导体的所述前侧处反射的所述光在所述光学路径中往回散射穿过所述光电二极管且由所述DTI全内反射以保持在所述光学路径内；及抗反射涂层，其安置于所述半导体材料的所述背侧上，其中穿过所述半导体材料的所述背侧引导到所述半导体材料中的所述光经引导穿过所述抗反射涂层，其中在所述半导体的所述前侧处反射且在所述光学路径中往回散射穿过所述光电二极管的所述光由所述抗反射涂层全内反射以保持在所述光学路径内；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素单元读出图像数据。
【附图说明】
[0006]参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有说明，否则贯穿各个视图，相似元件符号是指相似部件。
[0007]图1是根据本发明的教示的图解说明可包含于实例增强型背侧照明的近红外图像传感器中的像素单元的一个实例的示意图。
[0008]图2是根据本发明的教示的图解说明实例增强型背侧照明的近红外图像传感器的一个实例的一部分的横截面图的横截面图。
[0009]图3是根据本发明的教示的图解说明包含包含像素阵列的实例增强型背侧照明的近红外图像传感器的成像系统的一个实例的图式。
[0010]贯穿图式的几个视图，对应参考字符指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，各图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本发明的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被夸大。此外，通常未描绘在商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的较不受阻挡的观看。
【具体实施方式】
[0011 ] 在以下说明中，陈述众多特定细节以提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明了，无需采用所述特定细节来实践本发明。在其它例子中，未详细描述众所周知的材料或方法以便避免使本发明模糊。
[0012]在本说明书通篇中所提及的“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”意味着结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中的各个地方中出现的短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”未必全部是指同一实施例或实例。此外，所述特定特征、结构或特性可在一或多个实施例或实例中以任何适合组合及/或子组合而组合。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合逻辑电路或提供所描述功能性的其它适合组件中。另外，应了解，随本文提供的各图是出于向所属领域的技术人员阐释的目的且图式未必按比例绘制。
[0013]在典型背侧照明的(BSI)图像传感器中，红外或近红外光(举例来说，例如具有约850nm的波长的光)，大部分入射光进入半导体材料(举例来说，例如硅)的背侧、传播穿过半导体材料、从半导体材料的前侧反射且接着往回退出半导体材料的背侧而不被吸收。因此，需要较厚硅以便吸收较多入射红外或近红外光。然而，典型背侧照明的图像传感器的半导体材料通常被薄化以便改进可见光性能，此使图像传感器的红外或近红外性能降级。
[0014]因此，如下文将描述，根据本发明的教示的实例图像传感器的特征为组合有全内反射的深沟槽隔离(DTI)结构及在成像传感器芯片的前侧处散射来自漫反射器的光，此在半导体材料中界定用于红外或近红外光的光导，此将近红外光局限为保持在半导体材料内直到其被完全吸收为止，此因此改进红外或近红外敏感性并且减小根据本发明的教示的图像传感器中的光学串扰。
[0015]举例来说，在一个实例中，光电二极管接近于半导体材料的前侧安置以响应于穿过半导体材料的背侧且穿过光电二极管引导到半导体材料中的近红外光而积累图像电荷。散射结构接近于半导体材料的前侧安置，此致使在第一次通过光电二极管之后未被吸收的光由散射结构散射且往回经引导多次穿过光电二极管及半导体材料。深沟槽隔离(DTI)结构安置于半导体材料中，所述DTI结构隔离半导体材料中的光电二极管并且界定半导体材料中包含光电二极管的光学路径。在半导体的前侧处反射且在光学路径中往回散射穿过光电二极管的光由DTI结构全内反射，此将光局限为保持在光学路径内。抗反射涂层安置于半导体材料的背侧上，使得穿过半导体材料的背侧引导到半导体材料中的光经引导穿过抗反射涂层。在根据本发明的教示，在半导体的前侧处反射且在光学路径中往回散射穿过光电二极管的光还由抗反射涂层全内反射，此将光局限为保持在光学路径内直到其在半导体材料中被吸收为止。
[0016]为图解说明，图1是根据本发明的教示的图解说明可包含于实例增强型背侧照明的近红外图像传感器102中的像素单元100的一个实例的示意图。在所描绘实例中，根据本发明的教示，像素单元100图解说明为是包含于图像传感器102中的四晶体管(“4T”)像素单元。应了解，像素单元100是用于实施图1的图像传感器102的像素阵列内的每一像素单元的像素电路架构的一个可能实例。然而，应了解，根据本发明的教示的其它实例未必限于4T像素架构。根据本发明的教示，受益于本发明的所属领域的技术人员将理解，本发明教示还适用于3T设计、5T设计及各种其它像素架构。
[0017]在图1中所描绘的实例中，像素单元100包含用以积累图像电荷的光电二极管(“ro”)104、转移晶体管Tl 106、复位晶体管T2 108、浮动扩散部(“FD”)110、源极随耦器(“SF”)晶体管T3 112及选择晶体管T4 114。在操作期间，转移晶体管Tl 106接收将光电二极管ro 104中所积累的图像电荷转移到浮动扩散部FD 110的转移信号TX。在一个实例中，浮动扩散部FD 110可耦合到用于暂时存储图像电荷的存储电容器。在一个实例中且如下文进一步将详细论述，根据本发明的教示，一或多个深沟槽隔离(DTI)结构、漫反射器及半导体材料的背侧上的抗反射涂层组合有全内反射且散射来自漫反射器的光以将红外或近红外光局限在半导体材料内直到光被吸收为止。因此，根据本发明的教示，提供改进的红外或近红外敏感性以及减小的光