图像传感器及其制造方法、身份识别装置及设备与流程

本申请属于光电技术领域，尤其涉及一种图像传感器及其制造方法、身份识别装置及设备。

背景技术

传统图像传感器的结构主要用于对可见光进行成像，因可见光波长相对较短，穿透光电二极管的深度较浅，大部分能被光电二极管吸收而转换为电信号。然而，当需要对波长较长的红外或近红外光进行成像时，往往会因红外或近红外光的穿透能力较强，绕过光电二极管而无法被充分吸收并转换为电信号，从而导致传统图像传感器对红外或近红外光成像时的量子效率(quantumefficiency,qe)较低，影响成像品质。

技术实现要素：

本申请所要解决的技术问题在于提供一种图像传感器及其制造方法、身份识别装置及设备，旨在能够有效提高图像传感器对近红外光的量子效应。

本申请实施方式提供一种图像传感器，其包括半导体衬底、光电二极管及反射层。所述半导体衬底包括相背设置的上表面及下表面。所述光电二极管形成在所述半导体衬底内部位于所述上表面的一侧。所述光电二极管接收被一目标物反射进来的成像光线并将所接收的成像光线转换成电信号。所述反射层设置在成像光线经过所述光电二极管后的传播路径上，用于将穿过所述光电二极管而未被转换成电信号的成像光线反射回所述光电二极管。

在某些实施方式中，所述图像传感器还包括用于隔离相邻光电二极管的隔离结构。所述隔离结构包括形成在所述半导体衬底内部且围绕每个光电二极管设置的沟槽。

在某些实施方式中，所述隔离结构沿其自身延伸方向的横截面为倒三角形。且所述倒三角形的内部宽度从所述上表面至所述下表面逐渐减少。

在某些实施方式中，所述隔离结构沿其自身延伸方向的横截面为长方形。

在某些实施方式中，所述长方形的纵横比大于等于10比1，且小于等于100比1。

在某些实施方式中，所述隔离结构沿其自身延伸方向的横截面为倒置的梯形。

在某些实施方式中，所述隔离结构的沟槽自上表面向下表面进行延伸，并延伸至与下表面接触。

在某些实施方式中，所述沟槽内设置有填充材料，所述填充材料为介电材料。

在某些实施方式中，所述隔离结构的内表面上设置有反射层。

在某些实施方式中，所述反射层设置在所述下表面上并朝向所述光电二极管。

在某些实施方式中，所述图像传感器还包括一个支撑结构。所述支撑结构设置在整个半导体衬底的下表面所在的一侧，用于提高所述图像传感器的机械强度。

在某些实施方式中，所述反射层材料为具有较高的红外或近红外光反射率的材料。

本申请实施方式还提供一种图像传感器的制造方法，其包括如下步骤：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底包括相对设置的上表面及下表面，在所述半导体衬底内部位于所述上表面的一侧形成多个光电二极管；及

在所述下表面设置一反射层，以将穿过所述光电二极管而未被转换成电信号的成像光线反射回所述光电二极管。

在某些实施方式中，在所述半导体衬底内部形成多个光电二极管之后还包括如下步骤：在所述半导体衬底内形成多个围绕每个光电二极管的隔离结构以将相邻的光电二极管彼此电气隔离，所述隔离结构包括形成在所述半导体衬底内部且围绕每个光电二极管设置的沟槽。

在某些实施方式中，在形成所述隔离结构后还包括如下步骤：在所述隔离结构的内表面上形成反射层。

在某些实施方式中，还包括如下步骤：

在所述下表面设置该反射层之前，在形成有所述光电二极管的所述上表面上设置一个用于提高所述半导体衬底的机械强度的辅助支撑板；

从所述下表面一侧开始将所述半导体衬底减薄至预设的厚度，并在减薄后的半导体衬底的下表面上设置所述反射层；

在设置好反射层后，在所述反射层上背离所述半导体衬底的表面上设置一个用于提高所述图像传感器机械强度的支撑结构；及

去除所述辅助支撑板。

本申请实施方式还提供一种身份识别装置，其包括镜头组件、光源模组、识别模组及上述任意一实施方式的图像传感器。所述光源模组用于发射成像光线。所述图像传感器用于通过所述镜头组件接收被一目标物反射的成像光线，以感测所述目标物的图像。所述识别模组用于根据所述图像传感器所获取的图像进行身份识别。

在某些实施方式中，所述图像传感器获取目标物的脸部图像。所述识别模组为脸部识别模组。所述脸部识别模组用于根据脸部图像对目标物的身份进行识别。所述身份识别装置为脸部识别装置。

本申请实施方式还提供了一种设备，其包括上述任意一实施方式的身份识别装置。所述设备用于根据所述身份识别装置的识别结果来执行相应的功能。

在某些实施方式中，所述相应的功能包括解锁、支付、启动预存的应用程序中的任意一种或几种。

与现有技术相比，本申请实施方式提供的图像传感器及其制造方法、身份识别装置及设备通过设置反射层将绕过了所述光电二极管而没被转换成电信号的成像光线反射回所述光电二极管，从而能有效提高图像传感器对红外或近红外光的量子效应。

附图说明

图1是本申请第一实施方式提供的图像传感器的结构示意图。

图2是图1的图像传感器的制造方法的流程示意图。

图3是本申请第二实施方式提供的图像传感器的结构示意图。

图4是本申请第三实施方式提供的图像传感器的结构示意图。

图5是本申请第四实施方式提供的图像传感器的结构示意图。

图6是本申请第五实施方式提供的身份识别装置的结构示意图。

图7是本申请第六实施方式提供的设备的结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施方式，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。

进一步地，所描述的特征、结构可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员应意识到，没有所述特定细节中的一个或更多，或者采用其他的结构、组元等，也可以实践本申请的技术方案。在其他情况下，不详细示出或描述公知结构或者操作以避免模糊本申请。

如图1所示，本申请第一实施方式所提供的一种图像传感器100，其包括半导体衬底10、光电二极管20、控制电路30、隔离结构40、反射层50及支撑结构60。

所述半导体衬底10包括相背设置的上表面11及下表面12。在本实施方式中，所述半导体衬底10为硅衬底，且所述半导体衬底10的厚度范围为3微米至30微米。当然，所述半导体衬底10可包括生长于其本身上的外延半导体材料(比如单晶硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓等)。

所述多个光电二极管20形成在所述半导体衬底10内部位于所述上表面11的一侧，用于接收被一目标物反射的成像光线，并将所接收的成像光线转换为电信号。具体的，所述光电二极管20基于光电效应，利用半导体的光生伏特效应，当光子入射到pn结形成的耗尽层内时，pn结内的原子吸收光子能量，并产生本征耗尽，激发出电子-空穴对，在耗尽区内建的电场的作用下，空穴被拉到p区，电子被拉到n区，形成反向电流即光电流。

在本实施方式中，所述多个光电二极管20呈阵列状排布。可以理解的是，在其他实施方式中，所述多个光电二极管20还可以根据图像传感器100的成像要求呈其他排列形状。

所述控制电路30包括读出放大器及高速模数转换器。所述读出放大器用于读取所述光电二极管20由成像光线转换而成的电信号，以得到载有成像信息的模拟信号。所述高速模数转换器用于将所述读出放大器所读取的模拟信号转换成数字信号并输出。

所述隔离结构40形成在所述半导体衬底10内，自所述上表面11朝向所述下表面12延伸且围绕每个光电二极管20，用于将相邻的光电二极管20隔离开，以防止邻近光电二极管20所生成的电信号相互之间发生串扰而影响成像品质。所述隔离结构40沿其自身延伸方向的横截面为倒三角形，所述倒三角形的内部宽度从所述上表面11至所述下表面12逐渐减少，所述隔离结构40的深度可根据器件的电气特性进行调整。所述隔离结构40可以是围绕每个光电二极管20开设的沟槽，比如浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation，sti)结构或深沟槽隔离(deeptrenchisolation，dti)结构。所述沟槽可通过蚀刻工艺形成在所述半导体衬底10内，所述沟槽内设置有填充材料，所述填充材料可以为介电材料，以将相邻的光电二极管20彼此电气隔离。在本实施方式中，所述填充材料为氧化物，比如：氧化铪(hfo2或hfox)、氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)、氧氮化硅(sioxny)、氧化钽(ta2o5)、氧化钛(tio2)、氧化锆(zro2)、氧化铝(al2o3)、氧化镧(la2o3)、氧化镨(pr2o3)、氧化铈(ceo2)、氧化钕(nd2o3)、氧化钷(pm2o3)、氧化钐(sm2o3)、氧化铕(eu2o3)、氧化钆(gd2o3)、氧化铽(tb2o3)、氧化镝(dy2o3)、氧化钬(ho2o3)、氧化铒(er2o3)、氧化铥(tm2o3)、氧化镱(yb2o3)，氧化镥(lu2o3)、氧化钇(y2o3)或类似物。可以理解的是，在其他实施方式中，所述隔离结构40可以为其他电气隔离结构。

所述反射层50用于将射入所述半导体衬底10后绕过了所述光电二极管20而没被所述光电二极管20转换成电信号的成像光线反射回所述光电二极管20，以增加成像光线在所述半导体衬底10内的光程，提高成像光线被所述光电二极管20转换成电信号的几率。所述反射层50可设置在成像光线经过所述光电二极管20后的传播路径上。在本实施方式中，所述反射层50设置在所述半导体衬底10的下表面12并朝向所述光电二极管20。

所述反射层50具有较高的光反射率，牢固附着在所述下表面12，且不影响电学性能。因红外或近红外光线波长较长，相对较容易穿透所述光电二极管20而未被转换为电信号，所以所述反射层50的材料优选为具有较高的红外或近红外光(nearinfrared，nir)反射率的材料。

在本实施方式中，所述隔离结构40沿垂直于所述反射层50的方向进行延伸直至与所述反射层50接触，从而避免未被光电二极管20吸收的成像光线散射或衍射到邻近像素中(即光串扰)或者避免光电二极管20生成的电信号扩散到邻近像素中(即电串扰)，可以有效减小像素串扰，并进一步提高所述图像传感器100的像素性能和图像对比度。

可以理解的是，由于成像光线在所述下表面12的反射层50上进行反射，因此将所述隔离结构40沿其自身延伸方向的横截面设计成倒三角形，使得相邻两个隔离结构40之间所形成的空间在越靠近所述反射层50的位置越大，这样可以让尽量多的成像光线能够到达所述反射层50上并被反射后进入对应的光电二极管20，以提高所述光电二极管20对近红外光的吸收效率、光电转换效率及量子效应。

所述支撑结构60设置在整个半导体衬底10的下表面12所在的一侧，用于为整个图像传感器100提供足够的机械强度。所述支撑结构60可以直接形成在所述半导体衬底10上，也可通过粘接等方式固定在所述半导体衬底10上。所述支撑结构60可以采用玻璃、塑料、聚合物及多晶硅等材料制成。所述支撑结构60的厚度优选为250微米。在本实施方式中，所述支撑结构60设置在反射层50远离所述半导体衬底10的表面上。

如图2所示，上述图像传感器100的制造方法包括如下步骤：

s1：提供一半导体衬底10，所述半导体衬底10包括相对设置的上表面11及下表面12。在所述半导体衬底10内部位于所述上表面11的一侧形成多个光电二极管20及控制电路30，并在所述半导体衬底10内形成多个自所述上表面11朝向所述下表面12延伸且围绕每个光电二极管20的隔离结构40。在本实施方式中，所述半导体衬底10为硅衬底，且所述半导体衬底10的厚度范围为3微米至30微米。当然，所述半导体衬底10可包括生长于其本身上的外延半导体材料(比如单晶硅、碳化硅、氮化镓、砷化镓等)。

在本实施方式中，所述隔离结构40沿其自身延伸方向的横截面为倒三角形，所述倒三角形的内部宽度从所述上表面11至所述下表面12逐渐减少。所述倒三角形沿垂直于所述下表面12的方向延伸，直至与所述下表面12接触。当然，所述隔离结构40的深度可根据器件的电气特性进行调整。所述隔离结构40可以为浅沟槽隔离(shallowtrenchisolation，sti)结构或深沟槽隔离(deeptrenchisolation，dti)结构。所述沟槽可通过蚀刻工艺形成在所述半导体衬底10内，所述沟槽内设置有填充材料，所述填充材料可以为介电材料，以将相邻的光电二极管20彼此电气隔离。

在本实施方式中，所述填充材料为氧化物，比如：氧化铪(hfo2或hfox)、氧化硅(sio2)、氮化硅(si3n4)、氧氮化硅(sioxny)、氧化钽(ta2o5)、氧化钛(tio2)、氧化锆(zro2)、氧化铝(al2o3)、氧化镧(la2o3)、氧化镨(pr2o3)、氧化铈(ceo2)、氧化钕(nd2o3)、氧化钷(pm2o3)、氧化钐(sm2o3)、氧化铕(eu2o3)、氧化钆(gd2o3)、氧化铽(tb2o3)、氧化镝(dy2o3)、氧化钬(ho2o3)、氧化铒(er2o3)、氧化铥(tm2o3)、氧化镱(yb2o3)，氧化镥(lu2o3)、氧化钇(y2o3)或类似物。可以理解的是，在其他实施方式中，所述隔离结构40可以为其他类型的电气隔离结构。

s2：在形成有光电二极管20的上表面11上设置一个用于提高所述半导体衬底10机械强度的辅助支撑板70。所述辅助支撑板70可直接形成在所述半导体衬底10上，也可粘接在所述半导体衬底10上。所述辅助支撑板70可以采用玻璃、塑料、聚合物及多晶硅等材料制成。所述辅助支撑板70的厚度优选为250微米。

s3：从所述下表面12一侧开始将所述半导体衬底10减薄至一预设的厚度，并在减薄后的下表面12上设置一反射层50。所述反射层50将绕过光电二极管20未被转换成电信号的成像光线反射回光电二极管20，从而增加成像光线在所述半导体衬底10内的光程，提高成像光线被所述光电二极管20转换成电信号的几率。

所述反射层50具有较高的光反射率。在本实施方式中，所述反射层50的材料优选为具有较高红外或近红外光反射率的材料。所述反射层50可以采用电镀的方式形成在所述下表面12。

在本实施方式中，所述预定厚度优选为20微米。所述下表面12采用化学机械抛光制程(chemicalmechanicalpolishing，cmp)或化学蚀刻的方式对所述半导体衬底10进行减薄。

可以理解的是，在所述下表面12上设置所述反射层50之前也可以先将减薄后的半导体衬底10的下表面12打磨光滑，以提高所述反射层50与下表面12的结合度。

s4：在所述反射层50上背离所述半导体衬底10的表面上设置一个用于提高所述图像传感器100机械强度的支撑结构60，最后去除所述辅助支撑板70，从而得到所述图像传感器100。所述支撑结构60可直接形成在所述半导体衬底10上，也可通过粘接等方式固定在所述半导体衬底10上。所述支撑结构60可采用玻璃、塑料、聚合物及多晶硅等材料制成。所述支撑结构60的厚度为250微米。

可以理解的是，在其他实施方式中，若所述半导体衬底10本身的厚度已符合要求，则所述反射层50和支撑结构60可以直接设置在半导体衬底10的下表面12上，而设置辅助支撑板70和减薄半导体衬底10的步骤可对应省去。

如图3所示，本申请第二实施方式所提供的一种图像传感器100a与所述第一实施方式的主要区别在于，所述隔离结构40a沿其自身延伸方向的横截面为倒置的梯形。

如图4所示，本申请第三实施方式所提供的一种图像传感器200与所述第一实施方式的主要区别在于，所述反射层250设置在所述隔离结构240的沟槽的内表面，使得射入所述半导体衬底210后绕过了所述光电二极管220而没被所述光电二极管220转换成电信号的成像光线能够在多个反射层250之间不断进行反射。

所述隔离结构240的深度能够根据需要做得足够深，可增加成像光线在所述半导体衬底210内的反射次数，使得大部分的成像光线均能被光电二极管220转换成电信号，从而有效提高光电二极管对于近红外光的量子效应。

在本实施方式中，所述隔离结构240沿其自身延伸方向的横截面为长方形沟槽，且所述长方形沟槽的纵横比大于等于10比1，且小于等于100比1。比如当长方形沟槽的纵横比为50比1时，其宽度w1为0.5微米，深度d1为25微米。

在本实施方式中，所述半导体衬底210的下表面212上设置有一个支撑结构260，用于提高所述图像传感器200的机械强度。

如图5所示，本申请第四实施方式所提供的一种图像传感器300与所述第三实施方式的主要区别在于，所述半导体衬底310的下表面312及所述隔离结构340的内表面上均设置有所述反射层350，使得射入所述半导体衬底310后绕过了所述光电二极管320而没被所述光电二极管320转换成电信号的成像光线能够被所述下表面312上的反射层350及所述隔离结构340的内表面上的多个反射层350反射回光电二极管320，增加成像光线在所述半导体衬底310内的光程，使得大部分的成像光线均能被光电二极管320转换成电信号，从而有效提高光电二极管320对于近红外光的量子效应。

在本实施方式中，所述反射层350背离所述半导体衬底310的表面上设置有一个支撑结构360，用于提高所述图像传感器300的机械强度。

可以理解的是，在其他实施方式中，该反射层50也可设置在该半导体衬底10内除了第一、三、四实施方式之外的其他位置，该反射层50也可相对于该光电二极管20倾斜设置，只要该成像光线能够到达该反射层50且被该反射层50反射回所述光电二极管20即可。

如图6所示，本申请第五实施方式还提供一种身份识别装置400，其包括光源模组410、镜头组件420、上述的图像传感器100(200、300)及识别模组430。所述光源模组410用于发射成像光线。所述图像传感器100(200、300)用于通过所述镜头组件420接收来自所述目标物反射的成像光线，以获得所述目标物的图像。所述识别模组430用于根据所述图像传感器100(200、300)所获取的图像进行身份识别。

所述身份识别装置400例如为脸部识别装置。然，所述身份识别装置400也可用于识别人体的其他合适部位，甚至用于识别其他的生物体或非生物体。

进一步的，如图7所示，本申请第五实施方式提供一种设备500，其可以是但不局限于电子产品、生产设备、交通工具等可执行特定功能的设备。其中，电子产品可以是但不局限于手机、平板电脑、笔记本电脑、桌面显示器、电脑一体机、智能门锁、电视、冰箱、智能穿戴式设备、车载导航仪、车载dvd、atm机、自助办理业务等。所述生产设备可以是但不局限于机床、模具机、辅助机器人、搬运机等。所述交通工具可以是但不局限于自行车、机动车、飞机、无人机、船、快艇、代步车等。所述设备500包括上述身份识别装置400。所述设备500根据所述身份识别装置400的身份识别结果来对应是否执行相应的功能。所述相应的功能包括但不局限于解锁、支付、启动预存的应用程序中的任意一种或几种。

在本实施方式中，以设备500是手机为例进行说明。所述手机，例如，可以是全面屏手机，所述身份识别装置400，例如，可以设置在手机的正面顶端。当然，所述手机也并不限制于全面屏手机。

例如，当用户需要进行开机解锁时，抬起手机或触摸手机的屏幕都可以起到唤醒所述身份识别装置400的作用。当所述身份识别装置400被唤醒之后，识别出所述手机前方的用户是合法的用户时，则解锁屏幕。

与现有技术相比较，本申请的图像传感器及其制造方法、身份识别装置及设备，通过在所述半导体衬底的下表面或/及所述隔离结构的内表面设置反射层，以将射入所述半导体衬底后绕过了所述光电二极管而没被所述光电二极管转换成电信号的成像光线反射回所述光电二极管，因此能有效提高图像传感器对近红外光的量子效应。同时，由于所述隔离结构围绕每个光电二极管设置，因此还能减小相邻像素之间的光串扰及电串扰。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的较佳实施方式而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。