像素结构以及用于制造像素结构的方法技术

一种像素结构(1)包括：具有光入射表面(2)的基板体(10)、多个第一光电二极管(11)，其在所述基板体(10)中相对于所述光入射表面(2)的第一深度(d1)处形成、和第二光电二极管(12)，其在所述基板体(10)中相对于所述光入射表面(2)的第二深度(d2)处形成。所述第一深度(d1)对应于在第一波长范围所述基板体(10)的材料中的光子吸收长度，而所述第二深度(d2)对应于在第二波长范围所述基板体(10)的材料中的光子吸收长度，所述第二波长范围与所述第一波长范围是不同的。范围是不同的。范围是不同的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】像素结构以及用于制造像素结构的方法
[0001]本公开涉及一种用于半导体图像传感器的像素结构和一种制造这种像素结构的方法。
[0002]CMOS图像传感器的应用范围很广，例如相机模块和智能手机、平板电脑、笔记本电脑等。这些应用中的一部分(例如摄影)依赖于可见光域中的敏感度，而其他应用(例如3D成像和识别)则要求图像传感器在红外光域中敏感。由于现有设备的空间限制，希望提供在可见光和红外域中都敏感的图像传感器。为此，传统的图像传感器包括具有彩色像素的传感模块以及具有红外像素的传感模块，每个彩色像素对可见光谱的某一部分敏感。
[0003]仅包括彩色像素的图像传感器通常将这些彩色像素以特定的模式布置，即所谓的拜耳滤波器阵列模式，其中每个像素单元具有布置在2
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2矩阵中的四个像素，该2
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2矩阵中的两个像素彼此相对地布置并且对可见光谱的绿色部分敏感，而另外两个像素分别在蓝色域和红色域中敏感。在这些图像传感器中实现额外的红外像素通常是通过牺牲每个像素单元的拜耳滤波器阵列模式中的绿色像素之一来实现的。然而，这导致无法再执行依赖于真正的拜耳滤波器阵列模式的标准去马赛克或去拜耳算法，从而导致图像质量下降和/或复杂了计算密集型算法以恢复捕获的图像。
[0004]在可见光域和红外域中捕获的图像由于各自波段的“盲像素”而必须对丢失的信息进行插值，除此之外，这种图像传感器的另一个缺点是由于更高的衍射极限，用于红外光的像素比用于可见光波段的像素需要更大的表面。这意味着红外像素的敏感度低于彩色像素，或者它的尺寸必须大于彩色像素，这意味着在不牺牲分辨率的情况下不可能实现组合布置。
[0005]因此，所要实现的目标是为像素结构提供改进的构思，该像素结构能够在两个不同的波长范围感测光，并解决现有像素单元的至少一个问题。
[0006]该目标通过独立权利要求的主题得以实现。从属权利要求定义了该改进构思的实施例和研制成果。
[0007]该改进的构思所基于的想法是：从像素结构形成图像传感器，这些像素结构在可见光和红外域中都敏感并利用所用材料的不同吸收行为，所用材料是用来形成像素结构的。特别是，与可见光域中较短波长的光子相比，较长波长的红外光子通常在被吸收之前达到更大的平均穿透深度。因此，根据该改进构思的像素结构的特征在于其布置方式，在该布置方式中，相对于像素结构的光入射表面，与可见光电二极管的捕获部分相比，用于捕获红外光子的红外光电二极管的捕获部分被布置或被埋在基板中的深度更大。
[0008]特别地，根据该改进构思的像素结构包括具有光入射表面的基板体和多个第一光电二极管，相对于光入射表面，这些该多个第一光电二极管在基板体的第一深度处形成。像素结构还包括第二光电二极管，相对于光入射表面，该第二光电二极管在基板体的第二深度处形成。其中，第一深度对应于在第一波长范围基板体的光子吸收长度和材料，而第二深度对应于在第二波长范围基板体材料的光子吸收长度，该第二波长范围与该第一波长范围不同。
[0009]例如，第一波长范围包括可见光谱的至少一部分，或者替代地包括整个可见光谱，
而第二波长范围包括红外光谱的至少一部分，特别是近红外区域中的波长范围，例如大约850nm和/或940nm。理想地，在这些实施例中，第一波长范围不包含红外波长，而第二波长范围不包含可见光域中的波长。
[0010]该基板体是诸如硅基板之类的半导体基板，而光电二极管由不同植入物和/或掺杂的阱结构形成的，这些植入物或掺杂用于定义诸如耗尽区和p
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n结等特征。光电二极管的确切配置和特性是众所周知的概念并且在本公开中不再对其作进一步的详细说明。例如，光电二极管是硅基光电二极管。
[0011]根据该改进的构思，用于感测可见光子(即波长为400nm至700nm的光子)的像素结构的光电二极管能够布置在基板体内比第二深度更靠近光入射表面的第一深度处，其中用于感测红外光子(即波长大于800nm的光子)的光电二极管能够布置在第二深度处。对于硅，可见光子的平均吸收深度为10μm至300μm量级，红外光子的平均吸收深度为1mm至10mm量级，两者都取决于相应光子的确切波长。因此，能够相应地选择第一深度和第二深度，使得相应光电二极管的捕获区域跨越上述相应吸收深度。
[0012]在某些实施例中，该像素结构是背照式像素结构。
[0013]正照式传感器通常在包括光电二极管的基板体和滤色层之间包括金属布线层，与之形成对照，背照式传感器通过在制造过程中翻转晶片，然后使其背面变薄使布线层位于具有光电二极管的基板体的后面，这样使得光到达光电二极管而不必穿过布线层。然而，为了减少串扰，能够使金属层布置在基板体和滤色层之间。因此，在这些实施例的基板体和滤色层之间，前照式传感器能够包括两个或更多个金属层，而背照式传感器包括一个金属层。因此，背照式传感器显著提高了光电二极管的捕获层捕获光子的效率。
[0014]在某些实施例中，第二光电二极管在与光入射表面相对的基板体表面上形成。
[0015]特别是对于背照式传感器，第二光电二极管能直接在远离光入射表面的基板体表面上形成。在这些实施例中，能够很容易地按量级优化基板体的总厚度，以使传感器达到最佳的光学性能，同时仍然保持足够的厚度以更好地收集较长波长的光子。
[0016]在某些实施例中，第一光电二极管包括滤色器并形成像素阵列，特别是拜耳阵列或四拜耳阵列。
[0017]在这些实施例中，所述多个第一光电二极管中的每一个都包括滤色器，使得拜耳、四拜耳或任何替代滤色器阵列布置方式得以实现。例如，该像素结构包括布置在2
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2矩阵中的四个第一光电二极管，其中的两个像素彼此相对地布置并包括绿色滤色器，而另外两个像素分别包括蓝色滤色器和红色滤色器。替代地，滤色器能够由例如布置在基板体的光入射表面上或上方的滤色层构成。
[0018]在某些实施例中，所述多个第一光电二极管在第一深度处并排布置和/或基本无间隙地布置。
[0019]在该文中，并排意味着所述多个第一光电二极管相对于基板体的光入射表面布置在相同的深度(即第一深度)并且彼此相互平行，使得每个第一光电二极管的捕获部分面向基板体的光入射表面。基本无间隙地布置能大大减少像素结构的占用空间，从而提高分辨率。然而，在空间不受限制和/或采用较大像素的应用中，能留出间隙以允许在第一光电二极管之间布置电路元件(例如晶体管)或隔离元件。
[0020]在某些实施例中，该像素结构还包括在中间深度处和基板体处形成的植入物隔离
件，该中间深度位于第一深度和第二深度之间。
[0021]在包括多个第一光电二极管的第一深度与包括第二光电二极管的第二深度之间布置的植入物隔离件能够通过空间上分离第一深度和第二深度来减少串扰，使得能够防止第二光电二极管内第一波长的光子被吸收，反之亦然。例如，该植入物隔离件是基板体(例如硅)材料的隔离区。例如，N型光电二极管具有P型隔离区。
[0022]在某些实施例中，该像素结构还包括相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种像素结构(1)，包括：
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具有光入射表面(2)的基板体(10)；
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多个第一光电二极管(11)，其在所述基板体(10)中相对于所述光入射表面(2)的第一深度(d1)处形成；和
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第二光电二极管(12)，其在所述基板体(10)中相对于所述光入射表面(2)的第二深度(d2)处形成；其中
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所述第一深度(d1)对应于在第一波长范围所述基板体(10)的材料中的光子吸收长度；和
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所述第二深度(d2)对应于在第二波长范围所述基板体(10)的材料中的光子吸收长度，所述第二波长范围与所述第一波长范围是不同的。2.根据权利要求1所述的像素结构，其中，所述像素结构(1)是背照式像素结构。3.根据权利要求1或2所述的像素结构(1)，其中，所述第二光电二极管(12)在与所述光入射表面(2)相对的所述基板体的表面(3)处形成。4.根据权利要求1至3之一所述的像素结构(1)，其中，所述第一波长范围包括可见光谱的至少一部分。5.根据权利要求1至4之一所述的像素结构(1)，其中，所述第二波长范围包括红外光谱的至少一部分，特别是包括850nm和/或940nm波长的近红外光谱。6.根据权利要求1至5之一所述的像素结构(1)，其中，所述多个第一光电二极管(11)包括滤色器并形成像素阵列，特别是拜耳或四拜耳阵列。7.根据权利要求1至6之一所述的像素结构(1)，其中，所述多个第一光电二极管(11)并排且基本无间隙地布置在第一深度(d1)处。8.根据权利要求1至7之一所述的像素结构(1)，还包括在所述基板体的中间深度处形成的植入物隔离件(13)，所述植入物隔离件布置在第一深度(d1)和第二深度(d2)之间。9.根据权利要求1至8之一所述的像素结构(1)，还包括相...

【专利技术属性】
技术研发人员：林冬龙，阿迪，
申请(专利权)人：AMS传感器比利时有限公司，
类型：发明
国别省市：