背侧照明成像传感器中的侧向光屏蔽物制造技术

本申请案涉及背侧照明成像传感器中的侧向光屏蔽物。一种背侧照明图像传感器包含半导体层和安置在所述半导体层中的沟槽。所述半导体层具有前侧表面和背侧表面。所述半导体层包含安置在所述半导体层的传感器阵列区中的像素阵列的光感测元件。所述像素阵列经定位以经由所述半导体层的所述背侧表面接收外部传入光。所述半导体层还包含发光元件，其安置在所述半导体层的在所述传感器阵列区外部的外围电路区中。所述沟槽安置在所述半导体层中在所述光感测元件与所述发光元件之间。所述沟槽经定位以当所述发光元件与所述光感测元件之间的光路在所述半导体层内部时阻碍所述光路。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大体涉及成像传感器，且特定来说(但不排除其它)涉及背侧照明(“BSI”)互补金属氧化物半导体(“CMOS”)成像传感器。
技术介绍
现今，许多半导体成像传感器是前侧照明的。即，这些传感器包含制造在半导体晶片的前侧上的成像阵列，其中在成像阵列处从同一前侧接收传入光。前侧照明成像传感器具有若干缺点，例如有限的填充因子。BSI成像传感器是前侧照明成像传感器的替代。BSI成像传感器包含制造在半导体晶片的前表面上的成像阵列，但经由晶片的背表面接收传入光。可通过将装置晶片结合到载体晶片随后使装置晶片变薄来形成BSI成像传感器。为允许从背侧检测外部传入光，装置晶片制造得极薄。举例来说，一些BSI成像传感器中的最终装置晶片厚度仅为几微米。并非外部传入光的光可在装置晶片的硅衬底内通过外围电路元件发射。此内部产生的光可光学穿隧且在装置晶片的硅衬底内在侧向行进以到达成像阵列。此侧向光传播可产生不合需要的信号，且干扰BSI成像传感器的正常操作。硅衬底相对薄可促成侧向光传播。
技术实现思路
本专利技术提供一种背侧照明图像传感器，所述背侧照明图像传感器包括具有前侧表面和背侧表面的半导体层，所述 半导体层包含:安置在所述半导体层的传感器阵列区中的像素阵列的光感测元件，其中所述像素阵列经定位以经由所述半导体层的所述背侧表面接收外部传入光；以及发光元件，其安置在所述半导体层的在所述传感器阵列区外部的外围电路区中，其中所述外围电路区包含促进所述光感测元件的操作的电路元件；所述背侧照明图像传感器还包括沟槽，其安置在所述半导体层中在所述光感测元件与所述发光元件之间，所述沟槽经定位以阻碍所述发光元件与所述光感测元件之间的光路，其中所述光路在所述背侧照明图像传感器内部。本专利技术还提供一种制造背侧照明图像传感器的方法，所述方法包括:提供所述背侧照明图像传感器的具有前侧表面和背侧表面的半导体层，所述半导体层包含光感测元件以及所述半导体层的含有发光元件且不含有所述光感测元件的外围电路区，其中所述外围电路区在所述半导体层的传感器阵列区外部；形成穿透所述半导体层的所述背侧表面的沟槽，所述沟槽经定位以防止所述发光元件发射的光到达所述光感测元件；以及在所述沟槽下方形成抗反射涂层。附图说明参看以下图式描述本专利技术的非限制性且非详尽的实施例，其中除非另外指定，否则贯穿各个图式中相同参考数字指代相同零件。图1是说明光在半导体层中在侧向传播的BSI成像传感器的横截面图。图2是说明根据本专利技术的实施例包含沟槽的侧向光屏蔽物的BSI成像传感器的横截面图。图3A和3B是说明根据本专利技术的实施例包含经填充沟槽的侧向光屏蔽物的BSI成像传感器的横截面图。图4是说明根据本专利技术的实施例与BSI成像传感器的结构交互的光路的图。图5是说明根据本专利技术的实施例的侧向光屏蔽物的BSI成像传感器的顶视图。图6是说明根据本专利技术的实施例用于制造BSI成像传感器的方法的流程图。具体实施例方式本文描述用于制造包含侧向光屏蔽物的BSI成像传感器的设备和方法的实施例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实施例的彻底理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文描述的技术可在没有所述特定细节的一者或一者以上的情况下实践或利用其它方法、组件、材料等实践。在其它例子中，未展示或描述众所周知的结构、材料或操作以免混淆特定方面。贯穿本说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的参考意味着，结合所述实施例描述的特定特征、结构或特性包含在本专利技术的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书中短语“在一个实施例中”或“在一实施例中”在各处的出现不一定全部指代同一实施例。此外，所述特定特征、结构或特性可以任何适宜的方式组合在一个或一个以上实施例中。图1是说明光在半导体或硅(“Si”)层120中在侧向传播的BSI成像传感器100的横截面图。BSI成像传感器100包含金属堆叠110 (或者称为金属-电介质堆叠，因为其在电介质衬底内部含有金属结构)、Si层120、背侧抗反射涂层(“BARC”)层130和光屏蔽层140。Si层120包含含有感测光的若干光感测元件124的传感器阵列区121，以及含有发光元件123的外围电路区122。为允许光感测元件124从背侧(如图1所示)检测传入光150，Si层120制造得相对薄，例如几微米(IOym或更薄)。如图1所示，BARC层130沉积在相对薄的Si层120上。BARC层130减少传入光150的反射，借此提供传入光150到传感器阵列区121中的相对高程度的耦合。在BSI成像传感器的一些实例(图1未图示)中，术语BARC层也用于包含BARC层130与Si层120之间的额外缓冲层。缓冲层提供BARC层130与Si层120之间的缓冲。其可包含例如氧化硅或氮化硅等材料。此多层结构也可统称为电介质层。在本专利技术中，术语BARC层选择为等效于电介质层。图1中还展示光屏蔽层140，其可覆盖Si层120的若干区域使其不受传入光150照射。首先，其覆盖安置在Si层120中的黑电平参考像素(图1未图示)。黑电平参考像素是不接收传入光150的传感器像素，且为BSI成像传感器100提供黑电平参考。黑电平参考像素可安置在外围电路区122中。第二，光屏蔽层140可覆盖外围电路区122。通过覆盖外围电路区122，光屏蔽层140减少或防止传入光150干扰外围电路操作。例如外围电路区122内的发光元件123等特定元件可发光。发光元件123可通过各种机制(例如，经由偏置P-η结的电 致发光)发光，且产生具有在红外(“IR”)或近IR( “NIR”)光谱中的波长的光。举例来说，发光元件123可为发射包含近似1.1 μπι的波长的光的金属氧化物半导体(“MOS”)隧道二极管。在一个实施例中，发光元件123可为具有离子植入物引发的位错的前向偏置二极管，从而发射包含近似1.5 μ m的波长的光。发光元件123发射的光可在侧向行进穿过Si层120且到达光感测元件124，借此产生不合需要的信号。认为若干因素会促成此现象。首先，IR和NIR光具有接近Si带隙的波长，因此允许光在例如51、5102和SiNx (氮化硅)等介质中行进相对长的距离。光路160可代表IR或NIR光从发光元件123行进到光感测元件124。IR和NIR光可在上文提及的介质中传播达几百微米。第二，光可归因于全内反射(“TIR”)现象在Si层120内以相对少的能量损失传播。BARC层130包含例如SiO2和SiNx等材料。Si的折射率与SiO2和SiNx的折射率(例如，分别为1.5和2)相比相对高(例如，3.54)。因此，如果BARC层130包含SiO2，那么Si层 120 内 TIR 的临界角 Θ 可为 arcsin(l.5/3.54)=25.1°。如果 BARC 层 130 包含 SiNx，那么Si层120内TIR的临界角Θ可为arcsin(2/3.54)=34.4。。第三,光屏蔽层140可由金属构成,其在反射光方面相对有效,借此将光(由发光元件123发射)限制在Si层120内。第四，随着上文提及的光传播经过Si层120，其可产生电荷载流子，所述电荷载流子可扩散到传感器阵列区121中。总之，例如上文提及的因素等一个或若干因素及其组合可致使发光元件123发射的IR和NIR光沿着本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种背侧照明图像传感器，其包括：半导体层，其具有前侧表面和背侧表面，所述半导体层包含：安置在所述半导体层的传感器阵列区中的像素阵列的光感测元件，其中所述像素阵列经定位以经由所述半导体层的所述背侧表面接收外部传入光；以及发光元件，其安置在所述半导体层的在所述传感器阵列区外部的外围电路区中，其中所述外围电路区包含促进所述光感测元件的操作的电路元件；以及沟槽，其安置在所述半导体层中在所述光感测元件与所述发光元件之间，所述沟槽经定位以阻碍所述发光元件与所述光感测元件之间的光路，其中所述光路在所述背侧照明图像传感器内部。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：毛杜立，戴幸志，文森特·瓦乃兹艾，钱胤，陈刚，霍华德·E·罗兹，
申请(专利权)人：全视科技有限公司，
类型：发明
国别省市：