用于成像传感器的像素制造技术

公开了一种用于成像传感器的像素，所述像素包括光电检测器和超表面。光电检测器包括第一表面和从第一表面沿第一方向延伸到光电检测器中的侧壁。超表面形成在第一表面上并且包括纳米结构，该纳米结构使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向以背对的角度弯曲至少70度，并且驻波图案形成在像素的有源区中。光的预定波长范围包括700nm至1100nm，并且包括700nm至1100nm。在一个实施例中，像素是硅基光电检测器，像素在第一方向上的厚度小于或等于5μm，并且像素吸收预定波长范围的光的功率的至少20％。率的至少20％。率的至少20％。

【技术实现步骤摘要】
用于成像传感器的像素
[0001]本申请要求于2021年5月10日提交的第63/186,775号美国临时申请、于2022年1月14日提交的第63/299,912号美国临时专利申请以及于2022年3月24日提交的第17/703,961号美国专利申请的优先权，其公开通过引用整体包含于此。


[0002]在此公开的主题涉及超表面和纳米结构表面。更具体地，在此公开的主题涉及一种超表面，该超表面使目标波长的近红外(NIR)辐射以高度背对的角度弯曲，以使NIR辐射在CMOS图像传感器(CIS)中的吸收最大化。

技术介绍

[0003]NIR感测技术已广泛应用于飞行时间(ToF)、监视、机器视觉、增强现实(AR)、虚拟现实(VR)、生物检测和光通信。然而，因为硅具有低NIR波长吸收(特别是对于大于900nm的波长)，所以硅基CIS具有不足的灵敏度和低QE。在NIR波长，硅的吸收低，并且大部分入射功率(约80％)穿过CIS的有源区。
[0004]图1A和图1B是分别示出硅的吸收系数和吸收深度的曲线图。在图1A的曲线图中，NIR波长范围的吸收系数为在700nm的约1
×
10
+3
/cm至在1200nm的约1
×
10
‑2/cm。在图1B的曲线图中，相同NIR波长范围的吸收深度为在700nm的约1
×
10
‑3cm至在1200nm的约1
×
10
+1
cm与1
×
10
+2/>cm之间。因此，该NIR波长范围的吸收深度远远超过大多数CMOS图像传感器的深度，大多数CMOS图像传感器的深度通常在100nm与1000nm之间。

技术实现思路

[0005]示例实施例提供了一种用于成像传感器的像素，该像素可以包括：光电检测器，具有第一表面和在第一方向上从第一表面延伸到光电检测器中的侧壁；以及超表面，位于第一表面上，其中，超表面可以包括纳米结构，该纳米结构使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向弯曲至少70度。在一个实施例中，超表面使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向以背对的角度弯曲至少70度。在另一实施例中，光的预定波长范围可以包括700nm至1100nm，并且可以包括700nm和1100nm。在又一实施例中，像素可以在第一方向上具有小于或等于5μm的厚度。在又一实施例中，驻波图案形成在像素的有源区中。在一个实施例中，光电检测器包括硅基光电检测器，并且像素吸收预定波长范围的光的功率的至少20％。在另一实施例中，光电检测器可以是雪崩光电二极管、单光子雪崩二极管、量子图像传感器或PIN二极管。在又一实施例中，侧壁可以是深沟槽隔离(DTI)结构，并且可以由金属或掺杂的半导体材料形成。在又一实施例中，像素还可以包括形成在超表面上并且与第一表面背对的抗反射涂层。在一个实施例中，像素可以是像素阵列的一部分。
[0006]示例实施例提供了一种用于成像传感器的像素，所述像素可以包括：光电检测器，具有第一表面、第一侧壁和第二侧壁，其中，第一侧壁和第二侧壁在光电检测器的相对两侧上在第一方向上从第一表面延伸到光电检测器中；以及超表面，位于第一表面上，其中，超
表面可以包括纳米结构，该纳米结构使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向朝向第一侧壁弯曲至少70度，并且从与第一表面基本垂直的方向朝向第二侧壁弯曲至少70度。在一个实施例中，光的预定波长范围可以包括700nm至1100nm，并且可以包括700nm和1100nm。在另一实施例中，像素可以在第一方向上具有小于或等于5μm的厚度。在又一实施例中，驻波图案形成在像素的有源区中。在又一实施例中，光电检测器可以包括硅基光电检测器，并且像素吸收预定波长范围的光的功率的至少20％。在一个实施例中，光电检测器可以是雪崩光电二极管、单光子雪崩二极管、量子图像传感器或PIN二极管。在另一实施例中，第一侧壁和第二侧壁可以是深沟槽隔离(DTI)结构，并且第一侧壁和第二侧壁可以是金属或掺杂的半导体材料。在又一实施例中，像素可以是像素阵列的一部分。
附图说明
[0007]在以下部分中，将参照附图中所示的示例性实施例来描述在此公开的主题的方面，在附图中：
[0008]图1A和图1B是分别示出硅的吸收系数和吸收深度的曲线图；
[0009]图2A描绘了根据在此公开的主题的两个相邻的示例CIS像素的剖视图；
[0010]图2B描绘了根据在此公开的主题的示例超表面的示例图案；
[0011]图2C描绘了根据在此公开的主题的超表面的纳米结构可以具有的若干示例平面图形状；
[0012]图3A和图3B分别描绘了传统CIS结构和对应的电场图案的剖视图和根据在此公开的主题的具有超表面的CIS结构和对应的电场图案的剖视图；
[0013]图4是示出根据在此公开的主题的在940nm具有不同(全阱)有源区的三个CIS像素的作为超表面偏转角度的函数的功率吸收百分比的模拟结果的曲线图；
[0014]图5是示出具有根据在此公开的主题的超表面和不具有根据在此公开的主题的超表面的在940nm具有不同(全阱)有源区的三个CIS像素的作为超表面偏转角度的函数的功率吸收百分比的对比的模拟结果的曲线图；
[0015]图6是根据在此公开的主题的用于制造超表面的方法的流程图；以及
[0016]图7描绘了根据在此公开的主题的可以包括至少一个CIS像素的电子装置，该CIS像素具有超表面，该超表面使目标波长的NIR辐射以高度背对的角度弯曲以使NIR辐射在CIS像素中的吸收最大化。
具体实施方式
[0017]在以下具体实施方式中，阐述了许多具体细节以提供对公开的透彻理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这些具体细节的情况下实践公开的方面。在其他情况下，没有详细描述公知的方法、过程、组件和电路，以免使在此公开的主题模糊。
[0018]贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在在此公开的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“根据一个实施例”(或具有类似含义的其他短语)可能不一定都指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以任何合适的方式组合。在这点上，如在此所使用的，词语“示例性”表示“用作
示例、实例或说明”。在此描述为“示例性”的任何实施例将不被解释为必然比其他实施例优选或有利。另外，特定特征、结构或特性可以在一个或更多个实施例中以任何合适的方式组合。此外，根据在此讨论的上下文，单数术语可以包括对应的复数形式，并且复数术语可以包括对应的单数形式。类似地，带连字符的术语(例如，“二
‑
维”、“预
‑
定”、“像素
‑
特定”等)可以偶尔与对应的非连字符的版本(例如，“二维”、“预定”、“像素特定”等)互换使用。这种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于成像传感器的像素，所述像素包括：光电检测器，包括第一表面和侧壁，侧壁在第一方向上从第一表面延伸到光电检测器中；以及超表面，位于第一表面上，超表面包括纳米结构，纳米结构使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向弯曲至少70度。2.如权利要求1所述的像素，其中，超表面使预定波长范围的光从与第一表面基本垂直的方向以背对的角度弯曲至少70度。3.如权利要求1所述的像素，其中，光的预定波长范围包括700nm至1100nm，并且包括700nm和1100nm。4.如权利要求1所述的像素，其中，所述像素包括在第一方向上小于或等于5μm的厚度。5.如权利要求1所述的像素，其中，驻波图案形成在所述像素的有源区中。6.如权利要求1所述的像素，其中，光电检测器包括硅基光电检测器，并且其中，所述像素吸收预定波长范围的光的功率的至少20％。7.如权利要求6所述的像素，其中，光电检测器包括雪崩光电二极管、单光子雪崩二极管、量子图像传感器或PIN二极管。8.如权利要求1所述的像素，其中，侧壁包括深沟槽隔离结构。9.如权利要求8所述的像素，其中，侧壁包括金属或掺杂的半导体材料。10.如权利要求1所述的像素，所述像素还包括形成在超表面上并且与第一表面背对的抗反射涂层。11.如权利要求1所述的像素，其中，所述像素是像素阵列的一部...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉德瓦努尔，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：