背照式图像传感器及其形成方法技术

在一些实施例中，本发明专利技术涉及包括具有反射材料的全局快门像素的背照式(BSI)图像传感器，该反射材料防止像素级存储节点的污染。在一些实施例中，BSI图像传感器包括布置在半导体衬底内的图像感测元件和在半导体衬底内布置于横向偏离图像感测元件的位置处的像素级存储节点。反射材料还在半导体衬底内布置于介于像素级存储节点与半导体衬底的背侧之间的位置处。反射材料具有位于图像感测元件上面的孔口(aperture)。反射材料允许入射辐射到达图像感测元件同时防止入射辐射到达像素级存储节点，从而防止像素级存储节点的污染。本发明专利技术的实施例还涉及形成背照式图像传感器的方法。

Back illuminated image sensor and method of forming the same

In some embodiments, the present invention relates to a back illuminated (BSI) image sensor comprising a global shutter pixel having a reflective material that prevents contamination of a pixel level storage node. In some embodiments, a BSI image sensor includes a semiconductor substrate arranged on the image sensing element and the semiconductor substrate is placed in the lateral position deviation from the image sensing element of the pixel storage node. The position between the back side of the reflective material is placed between the semiconductor substrate in the pixel storage node and the semiconductor substrate. The reflective material has an aperture (aperture) located on the image sensing element. The reflective material allows the incident radiation to reach the image sensing element while preventing the incoming radiation from reaching the pixel level storage node, thereby preventing contamination of pixel level storage nodes. The embodiment of the invention also relates to a method for forming a back illuminated image sensor.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的实施例涉及半导体领域，更具体地涉及背照式图像传感器及其形成方法。
技术介绍
具有图像传感器的集成电路(IC)广泛用于现代电子器件，例如，诸如照相机、手机。互补金属氧化物半导体(CMOS)器件已成为普通的IC图像传感器，大量代替电荷耦合器件(CCD)。与CCD图像传感器相比，CMOS图像传感器由于低功耗、小尺寸、快速数据处理、数据的直接输出以及低制造成本而越来越受欢迎。一些类型的CMOS图像传感器包括前照式(FSI)图像传感器和背照式(BSI)图像传感器。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供了一种背照式图像传感器，包括：图像感测元件，布置在半导体衬底内；像素级存储节点，布置在所述半导体衬底内的横向偏离所述图像感测元件的位置处；以及反射材料，布置在所述半导体衬底内的位于所述像素级存储节点与沿着所述半导体衬底的背侧延伸的平面之间的位置处，并且所述反射材料具有位于所述图像感测元件上面的孔口。本专利技术的实施例还提供了一种背照式图像传感器，包括：光电二极管，包括布置在具有第二掺杂类型的半导体衬底内的具有第一掺杂类型的第一区域；像素级存储节点，包括具有所述第一掺杂类型的第二区域，所述第二区域布置在所述半导体衬底内的横向偏离所述第一区域的位置处；反射材料，布置在所述半导体衬底内的位于所述像素级存储节点与沿着所述半导体衬底的背侧延伸的平面之间的位置处，其中，所述反射材料具有通过所述半导体衬底与所述第一区域分离的侧壁；以及传输晶体管门，沿着所述半导体衬底的前侧布置在横向介于所述第一区域与所述第二区域之间的位置处，其中，所述前侧与所述半导体衬底的背侧相对。本专利技术的实施例还提供了一种形成背照式图像传感器的方法，包括：在衬底内形成图像感测元件；在所述衬底内的横向偏离所述图像感测元件的位置处形成像素级存储节点；蚀刻所述衬底的背侧以形成一个或多个沟槽，所述一个或多个沟槽通过所述衬底与所述图像感测元件横向分离并且垂直位于所述像素级存储节点上面；以及在所述一个或多个沟槽内形成反射材料。附图说明当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。图1示出了背照式(BSI)图像传感器的一些实施例的截面图，该背照式图像传感器包括具有反射材料的全局快门像素(globalshutterpixel)，该反射材料配置为阻挡入射辐射到达像素级(pixel-level)存储节点。图2示出了包括具有反射材料的全局快门像素的BSI图像传感器的一些实施例的顶视图。图3示出了包括具有反射材料的全局快门像素的BSI-CMOS图像传感器的一些附加实施例的截面图。图4示出了包括具有反射材料的全局快门像素的BSI-CMOS图像传感器的一些附加实施例的截面图。图5至图14示出了展示形成包括具有反射材料的全局快门像素的BSI图像传感器的方法的一些实施例的截面图。图15示出了形成包括具有反射材料的全局快门像素的BSI图像传感器的方法的一些实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多不同实施例或实例，用于实现所提供主题的不同特征。以下将描述组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅是实例并且不意欲限制本专利技术。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之间的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。而且，本专利技术在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。此外，为了便于描述，本文中可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等的空间关系术语，以描述如图中所示的一个元件或部件与另一元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间关系术语旨在包括器件在使用或操作过程中的不同方位。装置可以以其他方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空间关系描述符可以同样地作相应地解释。通常通过在图像传感器阵列的每一个像素内放置除光电二极管和读出电路之外的存储元件来实施全局快门像素。存储元件配置为临时存储光生(photo-generated)电荷，从而允许图像传感器阵列的每一行在同一时间开始曝光。在曝光结束时，将光生电荷载体从光电二极管全局性地转移至相关联的像素级存储节点。通过使用像素级存储节点以在每一个单独的像素处进行电荷累积和读出操作，可以省去卷帘快门脉冲(rollingshutterpulses)的使用。通常将全局快门像素实施为前照式(FSI)图像传感器。这是因为FSI图像传感器具有位于像素区域上面的金属互连层。金属互连层可以阻挡入射辐射撞击(striking)像素级存储节点，从而防止由于像素级存储节点内生成寄生电子-空穴对而导致的全局快门效率(GSE)的退化(即，防止寄生电子-空穴对污染存储在像素级存储节点中的电荷)。背照式(BSI)图像传感器不具有上面的金属互连层来屏蔽像素级存储节点以避免入射辐射，从而导致BSI图像传感器在全局快门像素配置中具有缺点。然而，由于BSI图像传感器不具有位于光电二极管的光学路径内的金属互连层，所以BSI图像传感器提供比FSI图像传感器更好的量子效率。本专利技术涉及包括具有反射材料的全局快门像素的背照式(BSI)图像传感器，该反射材料配置为防止像素级存储节点的污染。在一些实施例中，BSI图像传感器包括布置在半导体衬底内的图像感测元件和在半导体衬底内布置于横向偏离图像感测元件的位置处的像素级存储节点。反射材料还在半导体衬底内布置于介于像素级存储节点与沿着半导体衬底的背侧延伸的平面之间的位置处。反射材料具有位于图像感测元件上面的孔口(aperture)。反射材料配置为允许入射辐射到达图像感测元件同时防止入射辐射到达像素级存储节点，从而防止像素级存储节点的污染。图1示出了背照式(BSI)图像传感器100的一些实施例的截面图，该背照式图像传感器包括具有反射材料的全局快门像素，该反射材料配置为阻挡入射辐射到达像素级存储节点。BSI图像传感器100包括具有像素区域103的半导体衬底102。像素区域103包括配置为将入射辐射112(如，光子)转换为电信号(如，电子和/或空穴)的图像感测元件104。在一些实施例中，图像感测元件104可以包括具有P-N结(即，介于具有p型掺杂的第一区域与邻接的具有n型掺杂的第二区域之间的结)的光电二极管。像素级存储节点106布置在半导体衬底102内的横向偏离图像感测元件104的位置处。像素级存储节点106配置为存储图像感测元件104内生成的电荷载体(如，电子或空穴)。在一些实施例中，像素级存储节点106可以包括具有与半导体衬底102相反的掺杂类型的高掺杂的区域。在一些实施例中，高掺杂的区域可以与半导体衬底102的前侧102f垂直分离。反射材料108布置在沿着半导体衬底102的背侧102b延伸的平面与像素级存储节点106之间。在一些实施例中，反射材料108可以具有与半导体衬底102的背侧102b共面的水平表面(如，上表面108u)。反射材料108包括布置在图像感测元件104上方的孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背照式图像传感器，包括：图像感测元件，布置在半导体衬底内；像素级存储节点，布置在所述半导体衬底内的横向偏离所述图像感测元件的位置处；以及反射材料，布置在所述半导体衬底内的位于所述像素级存储节点与沿着所述半导体衬底的背侧延伸的平面之间的位置处，并且所述反射材料具有位于所述图像感测元件上面的孔口。

【技术特征摘要】
2015.10.26 US 62/246,346;2016.05.09 US 15/149,4971.一种背照式图像传感器，包括：图像感测元件，布置在半导体衬底内；像素级存储节点，布置在所述半导体衬底内的横向偏离所述图像感测元件的位置处；以及反射材料，布置在所述半导体衬底内的位于所述像素级存储节点与沿着所述半导体衬底的背侧延伸的平面之间的位置处，并且所述反射材料具有位于所述图像感测元件上面的孔口。2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述反射材料具有与所述半导体衬底的背侧共面的水平表面。3.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述反射材料通过所述半导体衬底与所述图像感测元件横向分离。4.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述反射材料包括金属或多层反射膜。5.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述反射材料具有成角度的侧壁，使得所述反射材料的宽度随着距所述半导体衬底的背侧的距离的增加而减小。6.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述图像感测元件包括光电二极管，所述光电二极管具有位于所述半导体衬底内的第一区域，所述第一区域具有与所述半导体衬底不同的第一掺杂类型；以及其中，所述像素级存储节点包括位...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈春元，王俊智，杨敦年，丁世汎，吴尉壮，江彦廷，陈冠尊，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71