TW202115891A - 背照式感測器像素結構 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示背照式感測器像素結構。在一項實施例中，一種影像感測器包含複數個光電二極體，其配置成一像素陣列之列及行，安置於一半導體基板中。該像素陣列之個別光電二極體經組態以接收穿過該半導體基板之一背側之傳入光。該等個別光電二極體具有：一擴散區域，其形成於一磊晶區域中；及複數個儲存節點(SG)，其安置於該半導體基板之前側上且形成於該磊晶區域中。具有複數個不透明隔離元件之一不透明隔離層安置成接近於該半導體基板之該前側且接近於該複數個光電二極體之該擴散區域。該等不透明隔離元件經組態以阻擋來自該半導體基板之該背側之傳入光朝向該等儲存節點之一路徑。

Description

背照式感測器像素結構
本發明一般而言係關於影像感測器之設計，且特定而言係關於減少光學串擾之影像感測器。
影像感測器已變得無所不在。其等廣泛地用於數位靜態相機、蜂巢式電話、安全攝像機，以及醫療、汽車及其他應用中。用於製造影像感測器之技術繼續快速地前進。舉例而言，對較高影像感測器解析度及較低電力消耗之需求激勵影像感測器進一步小型化及整合成數位裝置。
隨著影像感測器之解析度增加，光電二極體之間的間距通常減小，從而導致更窄及更深之光電二極體。此等更密集光電二極體更易受由雜散光導致之光學雜訊影響。舉例而言，在照明目標光電二極體之後，傳入光可朝向鄰近光電二極體反射，因此增加彼等光電二極體之信號雜訊之位準。雜散光亦可由來自金屬化層之光反射產生。
在某些應用中，自一半導體晶粒之一半導體基板之背側照明光電二極體。由雜散光產生之雜訊對於背照式光電二極體可甚至更為顯著，此乃因其半導體區域(由影像感測器之前側處之電佈線層屏蔽得更少)更多地曝露於雜散光。因此，影像感測器之準確度或適用性範圍可受限制。
揭示影像感測器，且特定而言，對光學雜訊具有經減少敏感性之影像感測器。在以下說明中，陳述眾多特定細節以提供對本發明之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將認識到，可在不具有該等特定細節中之一或多者之情況下，或在具有其他方法、組件、材料等情況下實踐本文中所闡述之技術。在其他例項中，未詳細地展示或闡述眾所周知之結構、材料或操作以避免使某些態樣模糊。
本說明書通篇中對「一項實例」或「一項實施例」之參考意指結合該實例所闡述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一項實例中。因此，本說明書通篇中在各個地方中出現之短語「在一項實例中」或「在一項實施例中」未必全部指代相同實例。此外，在一或多項實例中可以任何適合方式組合特定特徵、結構或特性。
為了說明便易性，本文中可使用空間相對術語(諸如，「下邊」、「下方」、「下部」、「下面」、「上面」、「上部」等等)來闡述一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係，如在各圖中所圖解說明。將理解，除各圖中所繪示之定向之外，該空間相對術語亦意欲囊括裝置在使用或操作中之不同定向。舉例而言，若翻轉各圖中之裝置，則經闡述為在其他元件或特徵「下方」、「下邊」、「下面」之元件將被定向為在其他元件或特徵「上面」。因此，例示性術語「下方」及「下面」可囊括上面及下方二者之一定向。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)且相應地解釋本文中所使用之空間相對闡述語。另外，亦將理解，當一層被稱為在兩個層「之間」時，其可係該兩個層之間的唯一層，或亦可存在一或多個中介層。
遍及本說明書，使用數個術語。此等術語將呈現其在其所屬此項技術中之普通含義，除非本文中具體定義或其使用之內容脈絡將另外清晰地建議。應注意，在整個本文件中，元件名稱及符號可互換使用(例如，Si與矽)；然而，兩者具有相同含義。
簡略地，根據本發明技術之教示之實例係關於對雜散光具有經改良抗擾性之光電二極體(亦稱為通道或像素)、經減少通道間雜訊及/或經減少通道間串擾。背照式光電二極體可經受自金屬化部反射之雜散光或自鄰近二極體到達之雜散光(稱為經反射光或經透射光)。在某些實施例中，一不透明隔離層安置於光電二極體之頂部側(或接近於半導體基板之一前側之側)上方以限制照射在光電二極體之擴散區域上之雜散光量。在某些實施例中，一個別不透明隔離元件至少覆蓋一個別光電二極體之N型擴散區域之程度。在操作中，不透明隔離元件反射或吸收傳入雜散光之至少部分，藉此減少光電二極體之半導體擴散區域處之光學雜訊。
在某些實施例中，不透明隔離層可包含複數個不透明隔離元件，且每一不透明隔離元件安置在半導體基板之前側與對應光電二極體之間。不透明隔離元件中之每一者可包含塗佈於一介電層中之一金屬(或金屬合金)層。金屬層通常由光之高吸收來表徵，而介電層可防止或減少至半導體擴散區域中之電洩漏。不透明隔離層可作為感測器陣列之製造程序之部分而製造。在某些實施例中，介電層亦可係不透明的。
在某些實施例中，個別光電二極體包含光屏蔽(例如 ， 金屬光屏蔽)，該等光屏蔽具有居中在光電二極體之N型擴散區域上方之開口。此等開口朝向N型擴散區域傳遞傳入光，同時限制鄰近N型擴散區域之一非期望照明。
在某些實施例中，光電二極體(例如 ， N型擴散區域)之半導體材料經電耦合至相關聯轉移電晶體以藉由由金屬製成之垂直電極將經積累電荷轉移至一浮動擴散區域。由於此等垂直電極相對深地延伸至半導體材料中，因此垂直閘極可進一步限制影像感測器之光電二極體當中之雜散光雜訊。
圖1 係根據本發明技術之一實施例之一實例影像感測器10之一圖。影像感測器10包含經配置成一像素陣列12之列(R)及行(C)之像素11。在一項實施例中，像素陣列12包含諸如紅色、綠色及藍色加性濾色器(例如，RGB、RGBG或GRGB)之一拜耳(Bayer)圖案或馬賽克之一濾色器圖案，藍綠色、洋紅色、黃色及主色調(黑色)減性濾色器(例如，CMYK)之一濾色器圖案，兩者之一組合或其他。當影像感測器10曝露於光時，個別像素11(亦稱為通道或光電二極體)獲取某些電壓值。在每一像素已獲取其電壓值之後，影像資料由一讀出電路14讀出且然後轉移至一功能邏輯18。
個別像素(P1 -Pn )之電壓值可由讀出電路14擷取。舉例而言，一控制電路16可判定用於與讀出電路14耦合之像素陣列12之一特定列Ri 。在擷取列Ri 中之像素值之後，控制電路16可將行列Ri+1 與讀出電路14耦合，且該程序重複直至擷取行中之所有像素之電壓值。在其他實施例中，讀出電路14可使用各種其他技術(未在圖 1 中圖解說明)來讀出影像資料，例如一串列讀出或所有像素同時一全並列讀出。在不同實施例中，讀出電路14可包含放大電路、類比轉數位轉換(ADC)電路或其他電路。在某些實施例中，像素值係由功能邏輯18擷取及處理。此處理可(舉例而言)包含影像處理、影像過濾、影像提取及操縱、光強度判定等。
圖2 係根據本發明技術之一實施例之一實例像素(光電二極體)之一部分分解圖。經圖解說明像素11可包含具有一P型磊晶區域34之一半導體基板36，及形成於P型磊晶區域34中之一光電二極體。在某些實施例中，P型磊晶區域34係藉由一磊晶生長程序形成。光電二極體可包含一N型擴散區域32，且N型擴散區域32可藉由在一離子植入程序期間將N型摻雜劑(諸如砷及磷)植入至P型磊晶區域34中來形成。在某些實施例中，P型磊晶區域34及N型擴散區域32可統稱為半導體基板36。在操作中，光電二極體係由一全域快門閘極42在一全域重設週期期間回應於一全域快門信號GS重設至一預設定電壓。在一全域曝光或積分週期期間，傳入光20照射在N型擴散區域32上，因此產生形成電荷之自由電子。在全域電荷轉移週期期間回應於在轉移閘極44處接收之一轉移信號TX，舉例而言透過一平坦轉移通道將此電荷轉移至一儲存節點(SG)48。回應於一輸出信號節點(OG)46，舉例而言藉由一輸出閘極46將該電荷進一步轉移至一浮動擴散區域(FD)50以進行後續讀出操作。眾所周知，極性可經反向，舉例而言在某些實施例中，像素11可包含形成於一N型磊晶區域中之一P型擴散區域，用於回應於傳入光20而將電洞積累為電荷。
在某些實施例中，將N型擴散區域32曝露於傳入光20可由一光屏蔽52控制，該光屏蔽可由舉例而言諸如鎢或鋁之金屬製成。光屏蔽52可包含一開口且可充當引導傳入光20以照明N型擴散區域32所配置之一光圈。因此，光屏蔽52可防止鄰近像素之N型擴散區域32之非想要照明。在不同實施例中，舉例而言，光屏蔽52可在影像感測器之製造期間藉由金屬沈積製成。然而，除了傳入光20之外，N型擴散區域32可仍曝露於在鄰近像素當中產生交叉光學雜訊之雜散光63、64。
圖3 係根據本發明之一實施例之具有一不透明隔離元件82之一實例像素110(亦稱為一像素單元110)之一部分分解圖。含有實例像素110之一影像感測器可係一全域快門背照式影像感測器。含有一像素陣列之影像感測器包含配置成列及行之複數個實例像素110。複數個實例像素110可配置成如由圖 1 之像素陣列11所圖解說明之列及行。複數個實例像素110可藉由一全域快門閘極62進入其初始狀態，該全域快門閘極接通以回應於一全域重設信號GS將像素陣列中之像素110之光電二極體重設至其初始值。
在影像感測器之解析度增加及/或影像感測器之大小減小時，像素110之間的間距減少，從而導致更窄及更深之光電二極體。一般而言，此等更密集像素110更易受由雜散光產生之雜訊影響。在不同實施例中，雜散光可藉由在前側72處自鄰近像素或自金屬化部之反射產生。
浮動擴散區域(FD)50及儲存節點(SG)48可經安置成接近於前側72。浮動擴散區域(FD)50及儲存節點(SG)48可缺乏接觸且橫向地間隔開。浮動擴散區域(FD)50及儲存節點(SG)48可耦合至輸出閘極(OG)46。圖 3 中之像素110中之光電二極體之N型擴散區域32較深地植入至半導體基板36中，而浮動擴散區域50及儲存節點(SG)48安置在N型擴散區域32上面以有效地利用像素空間，且進一步最小化像素110之大小。另外，像素110亦可包含一垂直轉移閘極60、一輸出閘極46及一垂直全域快門閘極62。垂直轉移閘極60可係用於回應於轉移信號TX而將經積累電荷自較深安置之N型擴散區域32轉移至儲存節點48之一垂直轉移閘極結構。
圖3 之垂直轉移閘極60不同於圖 2 中圖解說明之轉移閘極44之平坦結構。舉例而言，垂直轉移閘極60包含用於自N型擴散區域32轉移經積累電荷之一電極49。垂直轉移閘極60之電極49經形成以自半導體基板36之前側72延伸至半導體基板36中且接近於N型擴散區域32之一側(第一側)以提供一垂直轉移通道，該垂直轉移通道回應於轉移信號TX而將積累於較深安置之N型擴散區域32中之電荷操作地轉移至儲存節點48。垂直全域快門閘極62亦可呈一垂直閘極結構之一形式，該垂直閘極結構包含一電極49及該垂直全域快門閘極62，該垂直全域快門閘極用於在一全域重設週期期間回應於全域重設信號GS使用一重設值操作地重設N型擴散區域32(舉例而言，重設至一電力供應電壓)。垂直全域快門閘極62之電極49可經形成以自半導體基板36之前側72延伸至半導體基板36中，且接近於N型擴散區域32之另一側(第二側)以回應於全域重設信號GS將深施配之N型擴散區域32操作地重設至重設值。輸出閘極46經組態以回應於輸出信號OG而將經積累電荷自儲存節點(SG)48轉移至一浮動擴散區域(FD)50。
在某些實施例中，垂直轉移閘極60及垂直全域快門閘極62可經配置以自前側72延伸穿過半導體基板36，使得垂直轉移閘極60之電極49之一部分及垂直全域快門閘極62之電極49之一部分與光電二極體之N型擴散區域32之一部分重疊。
像素110可進一步包含一微透鏡22及一濾色器24。微透鏡22可經組態以具有面向濾色器24之一第一表面，及背對第一表面(與第一表面相對)之一第二表面。濾色器24可經組態以具有面向光屏蔽52之一第一側，及背對第一側(與第一側相對)面向一緩衝氧化物層26之一第二側。在某些實施例中，微透鏡22可將傳入光20操作地聚焦在各別光電二極體之N型擴散區域32上。濾色器24可對自濾色器24之第一側通過濾色器24之傳入光20操作地濾色以允許傳入光20之一經選擇波長範圍分量(例如，可見光分量)通過，從而照射在N型擴散區域32上。
在某些實施例中，光屏蔽52可形成於緩衝氧化物層26中。在某些實施例中，光屏蔽52可與安置於半導體基板36之背側74上之緩衝氧化物層26至少部分地共面。
在操作中，至一個別光電二極體之傳入光20可通過微透鏡22、濾色器24、緩衝氧化物層26及半導體基板36之一背側74處之光屏蔽52以在一全域曝光或積分週期期間照射在各別光電二極體之N型擴散區域32上。回應於傳入光20之所得電荷(圖解說明為"e-")係積累於各別光電二極體之N型擴散區域32中。電荷可由安置於半導體基板36之一前側72處之垂直轉移閘極60之電極49收集，且在一全域電荷轉移週期期間回應於轉移信號TX經轉移至一儲存節點48。接下來，在一讀出週期期間，舉例而言在一逐列基礎上，透過輸出閘極46將電荷自儲存節點(SG) 48朝向一相關聯浮動擴散區域(FD) 50轉移。
像素110之N型擴散區域32透過相對深電極49與一前側72處之元件(例如 ， 全域快門(GS)、垂直轉移閘極(TX)等)電連接。在至少某些實施例中，延伸至半導體基板36之深度中之電極49之存在可減少至N型擴散區域32上之雜散光之入射。
一不透明隔離層82可用於防止傳入光20穿透N型擴散區域32且照射至浮動擴散區域(FD)50及/或儲存節點(SG)48上。否則，傳入光可產生干擾讀出之雜訊。在某些實施例中，像素110具有包含一不透明隔離元件82之不透明隔離層，該不透明隔離元件形成於該不透明隔離元件之一側上之N型擴散區域32與另一側上之浮動擴散區域(FD)50及儲存節點(SG)48之間。不透明隔離元件82可經形成及配置以在N型擴散區域32之一跨度內延伸，因此阻擋或至少減少傳入光20透過N型擴散區域32至儲存節點(SG)48及浮動擴散區域(FD)50上之照射。在某些實施例中，不透明隔離元件82可經配置以將浮動擴散區域(FD)50及儲存節點(SG)48與傳入光20光學地隔離。舉例而言在曝光或積分週期期間，光至儲存節點(SG)48及浮動擴散區域(FD)50上之照射可產生干擾影像讀出之雜訊。此外，不透明隔離元件82可吸收或限制照射在N型擴散區域32上之雜散光量，因此限制光學雜訊。在某些實施例中，不透明隔離元件82可延伸超出N型擴散區域32之跨度，或可僅在N型擴散區域32之平面維度(X及Y維度)內部分地延伸。
在某些實施例中，垂直轉移閘極60之電極49及垂直全域快門閘極62之電極49可與不透明隔離元件82橫向地間隔開。
在某些實施例中，N型擴散區域32可由在不透明隔離元件82與N型擴散區域32之間提供隔離之一P型植入層33封蓋。在某些實施例中，P型植入層33可藉由將諸如硼之P型摻雜劑植入至不透明隔離元件82與N型擴散區域32之間的區域中來形成。
圖4 展示根據本發明技術之一實施例之一不透明隔離元件之一剖視圖。不透明隔離元件82可作為一沈積層製造於一半導體基板30內。在某些實施例中，不透明隔離元件82可包含多個材料層。舉例而言，不透明隔離元件82可包含至少部分地囊封於一介電層86(例如， 氧化矽、氧化氮、有機介電質等)中之一金屬層84(例如， 銅、鋁)。在操作中，金屬層84阻擋傳入光，而介電層86防止或減少至半導體基板30中之電洩漏。在某些實施例中，介電層亦可係不透明的。舉例而言，介電層可由具有所期望不透明度之適合厚度之不透明材料形成。
圖5 係根據本發明技術之一實施例之一製造程序500之一示意圖。在某些實施例中，程序可包含示意圖之方塊中之僅某些方塊，或可包含未在示意圖500中圖解說明之額外步驟。為簡單起見，製造程序500繪示形成一單個像素或一單個像素單元，但程序可應用於形成與圖 1 之像素陣列12之像素類似地配置之複數個像素(像素單元)。
在方塊510中，製造程序500以一半導體基板30開始。作為一項實例，半導體基板之材料為矽。然而，熟習此項技術者將瞭解，任何第III族元素(B、Al、Ga、In、Tl)、第IV族元素(C、Si、Ge、Sn、Pb)、第V族元素(N、P、As、Sb、Bi)，及此等元素之適合組合皆可用於形成半導體基板。
在方塊515中，不透明隔離元件82係形成於半導體基板30上，作為一不透明隔離層。在不同實施例中，形成不透明隔離元件82可包含不同製造步驟，舉例而言，遮罩沈積、光學地曝光遮罩、蝕刻、材料沈積等。在方塊515中圖解說明一單個不透明隔離元件82，然而半導體晶圓通常包含用於不同像素之多個不透明隔離元件82(例如， 每像素一個不透明隔離元件82)。不透明隔離元件82之厚度可取決於隔離元件82之所使用材料及所需不透明度以確保來自半導體基板30之背側之傳入光20或雜散光不穿透不透明隔離元件82而照射至形成於光學隔離元件82上面之前側處之擴散區域(例如， 浮動擴散區域、儲存節點)上。
如上文所解釋，不透明隔離元件82可包含金屬層(材料)及介電層(材料)。在某些實例中，介電材料可包含氧化物/氮化物，例如氧化矽(SiO2 )、氧化鉿(HfO2 )、氮化矽(Si3 N4 )、氧氮化矽(SiOx Ny )、氧化鉭(Ta2 O5 )、氧化鈦(TiO2 )、氧化鋯(ZrO2 )、氧化鋁(Al2 O3 )、氧化鑭(La2 O3 )、氧化鐠(Pr2 O3 )、氧化鈰(CeO2 )、氧化釹(Nd2 O3 )、三氧化二鉕(Pm2 O3 )、氧化釤(Sm2 O3 )、氧化銪(Eu2 O3 )、氧化釓(Gd2 O3 )、氧化鋱(Tb2 O3 )、氧化鏑(Dy2 O3 )、氧化鈥(Ho2 O3 )、氧化鉺(Er2 O3 )、氧化銩(Tm2 O3 )、氧化鐿(Yb2 O3 )、氧化鑥(Lu2 O3 )、氧化釔(Y2 O3 )等等。另外，熟習此項技術者將認識到，根據本發明技術之教示，可使用以上金屬/半導體及其氧化物/氮化物/氮氧化物之其他化學計量組合，只要其具有小於半導體材料之折射率之一折射率即可。
在方塊520及525中，舉例而言，透過磊晶生長繼續半導體基板30之生長，以將光學隔離元件82封圍至半導體基板30中。在方塊530中，藉由離子植入程序來摻雜半導體基板30，藉此在光學隔離元件82下面或下方形成(舉例而言)N型擴散區域32。在某些實施例中，較佳地在光學隔離元件與N型擴散區域32之間可具有一分離，舉例而言，N型擴散區域32可形成為較不透明隔離元件82之深度深500Å至1000Å。進一步較佳地可係，不透明隔離元件82之橫向寬度可與光電二極體(例如，N型擴散區域32)之寬度至少相同，以確保形成於不透明隔離元件82上面之前側處之浮動擴散區域及儲存節點免受導致光學雜訊之傳入光或雜散光照射。在某些實施例中，可在形成不透明隔離元件82之前執行摻雜以形成N型擴散區域32，此乃因摻雜整個不透明隔離元件82可具有挑戰性。製造步驟之序列可取決於不透明隔離元件82之材料選擇及厚度。在方塊540中，像素110之製造藉由以下各項操作繼續：舉例而言，形成經摻雜區域，該等經摻雜區域包含藉由各別離子植入在不透明隔離元件82上面形成之浮動擴散區域及儲存節點，以及半導體基板30中之N型擴散區域32；形成垂直轉移閘極、輸出閘極及垂直全域快門閘極；且在半導體基板30之前側上產生將半導體基板30與形成於半導體基板30之前側上之影像感測器之電路電連接之金屬化層。在某些實施例中，浮動擴散區域及儲存節點可形成為接近於半導體基板30之第一側且在半導體基板30中彼此橫向地間隔開。浮動擴散區域及儲存節點可用與N型擴散區域32相同之導電類型之摻雜劑來摻雜。換言之，浮動擴散區域及儲存節點兩者皆可係N型摻雜區域。
圖6 係根據本發明技術之一實施例之一製造程序600之一流程圖。在某些實施例中，方法可包含流程圖中之步驟中之僅某些步驟，或可包含未在流程圖600中圖解說明之額外步驟。
方法600可用於製作圖3之例示性像素110，且方法600在方塊605中開始。在方塊610中提供半導體基板30。在方塊615中，使用(舉例而言)上文參考圖 5 論述之製造步驟來在半導體基板30上形成不透明隔離元件82(亦稱為不透明隔離材料或不透明隔離元件)。在方塊620中，在半導體基板30上方生長磊晶層，因此嵌入不透明隔離元件82。
在方塊625中，每一個別像素110之光電二極體區域(例如 ， N型擴散區域)係形成於半導體基板30之第一側(前側)上且形成於不透明隔離元件82下面。如上文所解釋，可藉由用適合N型摻雜劑(例如， 砷(As)或磷(P))及適合植入能量植入半導體基板30來形成光電二極體區域。在方塊630中，形成像素之其他元件，舉例而言，諸如儲存用於讀出之經積累電荷之一浮動擴散區域50及與浮動擴散區域50橫向地間隔開用於暫時電荷儲存用於全域快門操作之一儲存節點48之經摻雜區域可藉由用適合N型摻雜劑及濃度植入半導體基板30來形成；及將半導體材料與影像感測器之電路電連接之金屬化層。不透明隔離元件82可經配置以屏蔽浮動擴散區域50及儲存節點48以免受傳入光。在方塊635中，在半導體基板30之背側處形成光屏蔽52以形成一光學光圈。如上文所解釋，光屏蔽52可係一金屬層，該金屬層包含用於允許且將在半導體基板30之背側處進入之傳入光引導至光電二極體區域(例如， N型擴散區域)之開口。
上文所闡述之技術之諸多實施例可採取電腦或控制器可執行指令之形式，包含由一可程式化電腦或控制器執行之常式。熟習此項技術者將瞭解，可在除上文所展示及闡述之彼等電腦/控制器系統之外的計算機/控制器系統上實踐該技術。該技術可體現在經特別程式化、組態及/或構造以執行上文所闡述之電腦可執行指令中之一或多者之一專用電腦、應用特定積體電路(ASIC)、控制器或資料處理器中。當然，可在軟體或硬體或軟體及硬體之一組合中實施本文中所闡述之任何邏輯或演算法。
包含發明摘要中所闡述內容之本發明之所圖解說明實例之以上說明並不意欲為窮盡性的或將本發明限於所揭示之精確形式。雖然出於說明性目的在本文中闡述了本發明之特定實例，但如熟習此項技術者將認識到，各種修改在本發明之範疇內係可能的。
可鑒於以上詳細說明對本發明做出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不被詮釋為將本發明限於本說明書中所揭示之特定實例。而是，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍來判定，將根據所建立之申請專利範圍解釋原則來詮釋該等以下申請專利範圍。
10:實例影像感測器/影像感測器 11:像素 12:像素陣列 14:讀出電路 16:控制電路 18:功能邏輯 20:傳入光 22:微透鏡 24:濾色器 26:緩衝氧化物層 30:半導體基板 32:N型擴散區域 33:P型植入層 34:P型磊晶區域 36:半導體基板 42:全域快門閘極 44:轉移閘極 46:輸出信號節點/輸出閘極 48:儲存節點 49:電極 50:浮動擴散區域/相關聯浮動擴散區域 52:光屏蔽 60:垂直轉移閘極 62:全域快門閘極/垂直全域快門閘極 63:雜散光 64:雜散光 72:前側 74:背側 82:不透明隔離元件/不透明隔離層 84:金屬層 86:介電層 110:實例像素/像素單元/像素/更密集像素/例示性像素 500:製造程序/示意圖 510:方塊 515:方塊 520:方塊 525:方塊 530:方塊 540:方塊 600:製造程序/流程圖/方法 605:方塊 610:方塊 615:方塊 620:方塊 625:方塊 630:方塊 635:方塊 FD:浮動擴散區域/相關聯浮動擴散區域 GS:全域快門信號/全域重設信號/全域快門 OG:輸出信號節點/輸出閘極/輸出信號 P1 -Pn :像素 SG:儲存節點 TX:轉移信號/垂直轉移閘極/轉移閘極
參考以下各圖闡述本發明之非限制性及非窮盡性實施例，其中除非另有規定，否則遍及各種視圖，相似元件符號指代相似部件。
圖1 係根據本發明技術之一實施例之一實例影像感測器之一圖。
圖2 係根據本發明技術之一實施例之一實例光電二極體之一部分分解圖。
圖3 係根據本發明技術之一實施例之具有一不透明隔離元件之一實例光電二極體之一部分分解圖。
圖4 展示根據本發明技術之一實施例之一不透明隔離元件之一剖視圖。
圖5 係根據本發明技術之一實施例之一製造程序之一示意圖。
圖6 係根據本發明技術之一實施例之一製造程序之一流程圖。
遍及圖式之數個視圖，對應參考字符指示對應組件。熟習此項技術者將瞭解，各圖中之元件係為簡單及清晰起見而圖解說明，且未必按比例繪製。舉例而言，各圖中之元件中之某些元件之尺寸可相對於其他元件放大以幫助改良對本發明之各種實施例之理解。而且，通常不繪示一商業可行實施例中之有用或必需之常見但被充分理解之元件以便促進對本發明之此等各種實施例之一較不受阻礙之查看。
20:傳入光
22:微透鏡
24:濾色器
26:緩衝氧化物層
32:N型擴散區域
33:P型植入層
34:P型磊晶區域
36:半導體基板
46:輸出信號節點/輸出閘極
48:儲存節點
49:電極
50:浮動擴散區域/相關聯浮動擴散區域
52:光屏蔽
60:垂直轉移閘極
62:全域快門閘極/垂直全域快門閘極
72:前側
74:背側
82:不透明隔離元件/不透明隔離層
110:實例像素/像素單元/像素/更密集像素/例示性像素
FD:浮動擴散區域/相關聯浮動擴散區域
GS:全域快門信號/全域重設信號/全域快門
OG:輸出信號節點/輸出閘極/輸出信號
SG:儲存節點
TX:轉移信號/垂直轉移閘極/轉移閘極

Claims (21)

  1. 一種影像感測器，其包括： 複數個光電二極體，其配置成一像素陣列之行及列，安置於一半導體基板中，其中該像素陣列之個別光電二極體經組態以接收穿過該半導體基板之一背側之一傳入光，其中該半導體基板之一前側與該背側相對，且其中該等個別光電二極體包括形成於一磊晶區域中之一擴散區域； 複數個儲存節點(SG)，其安置於該半導體基板之前側上且形成於該磊晶區域中； 複數個轉移閘極(TX)，其安置成接近於該半導體基板之該前側，該複數個轉移閘極經組態以將該複數個光電二極體耦合至該複數個儲存節點，該等轉移閘極中之每一者經組態以將由每一經耦合光電二極體產生之影像電荷操作地轉移至每一各別儲存節點；及 一不透明隔離層，其具有安置成接近於該半導體基板之該前側且接近於該複數個光電二極體之該擴散區域之複數個不透明隔離元件，其中該複數個不透明隔離元件經組態以阻擋來自該半導體基板之該背側之傳入光之至少一部分朝向該複數個儲存節點(SG)之一路徑。
  2. 如請求項1之影像感測器，其進一步包括複數個光屏蔽，該複數個光屏蔽安置成接近於該半導體基板之該背側且接近於該複數個光電二極體之該擴散區域，其中個別光屏蔽至少部分地約束該傳入光朝向該等光電二極體之該擴散區域之一路徑。
  3. 如請求項1之影像感測器，其中該等不透明隔離元件至少在對應光電二極體之該擴散區域上方延伸。
  4. 如請求項3之影像感測器，其中該等個別不透明隔離元件包括囊封於一介電層中之一金屬層。
  5. 如請求項4之影像感測器，其中該介電層係不透明的。
  6. 如請求項1之影像感測器，其中該擴散區域係一N型半導體材料且該磊晶區域係一P型半導體材料。
  7. 如請求項6之影像感測器，其中該等個別光電二極體中之每一者包括安置在各別個別光電二極體之該擴散區域與各別不透明隔離元件之間的一P型植入物。
  8. 如請求項1之影像感測器，其進一步包括與該等不透明隔離元件橫向地間隔開且延伸穿過該前側處之該磊晶區域之垂直閘極。
  9. 如請求項2之影像感測器，其進一步包括至少部分地與對應光屏蔽共面之緩衝氧化物層。
  10. 如請求項2之影像感測器，其進一步包括濾色器，該等濾色器具有面向該光屏蔽之一第一側及背對該第一側之一第二側。
  11. 如請求項10之影像感測器，其進一步包括微透鏡，該等微透鏡具有面向該等濾色器之一第一表面及背對該第一表面之一第二表面。
  12. 一種用於製造一影像感測器之一像素單元之方法，該方法包括： 提供一半導體基板，其中該半導體基板具有一第一側及與該第一側相對之一第二側； 接近於該半導體基板之該第一側形成一不透明隔離元件； 接近於該半導體基板之該第一側生長一磊晶層，其中該磊晶層嵌入該不透明隔離元件；及 在該不透明隔離元件與該半導體基板之該第二側之間形成一光電二極體。
  13. 如請求項12之方法，其進一步包括： 接近於該半導體基板之該第二側形成一光屏蔽。
  14. 如請求項13之方法，其進一步包括形成一緩衝氧化物層，其中該光屏蔽至少部分地與該緩衝氧化物層共面。
  15. 如請求項14之方法，其進一步包括： 在該緩衝氧化物層上形成一濾色器；及 在該濾色器上形成一微透鏡。
  16. 如請求項12之方法，其中該形成該不透明隔離元件包括： 形成該不透明隔離元件之一金屬層；及 形成該不透明隔離元件之一介電層，其中該介電層至少部分地環繞該金屬層。
  17. 如請求項16之方法，其中該介電層為不透明的。
  18. 如請求項12之方法，其中該形成該光電二極體包括形成係一N型半導體材料之一擴散區域，該方法進一步包括： 在該擴散區域與該不透明隔離元件之間形成一P型植入物。
  19. 如請求項12之方法，其進一步包括形成垂直閘極，其中該等垂直閘極與該等不透明隔離元件橫向地間隔開，且其中該等垂直閘極自該第一側延伸穿過該半導體基板，使得每一垂直閘極之一部分與該光電二極體之一部分重疊。
  20. 如請求項19之方法，其中該等垂直閘極包括金屬。
  21. 如請求項12之方法，其進一步包括接近於該半導體基板之該第一側形成一浮動擴散區域(FD)及一儲存節點(SG)，其中該FD及該SG橫向地間隔開。
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