CN108022939B - 具有混合深沟槽隔离的图像传感器 - Google Patents

具有混合深沟槽隔离的图像传感器 Download PDF

Info

Publication number
CN108022939B
CN108022939B CN201711061711.XA CN201711061711A CN108022939B CN 108022939 B CN108022939 B CN 108022939B CN 201711061711 A CN201711061711 A CN 201711061711A CN 108022939 B CN108022939 B CN 108022939B
Authority
CN
China
Prior art keywords
semiconductor material
individual
point
dielectric
trench isolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711061711.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108022939A (zh
Inventor
熊志伟
毛杜立
文森特·韦内齐亚
陈刚
戴森·H·戴
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Omnivision Technologies Inc
Original Assignee
Omnivision Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Omnivision Technologies Inc filed Critical Omnivision Technologies Inc
Publication of CN108022939A publication Critical patent/CN108022939A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108022939B publication Critical patent/CN108022939B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/302—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26 to change their surface-physical characteristics or shape, e.g. etching, polishing, cutting
    • H01L21/306—Chemical or electrical treatment, e.g. electrolytic etching
    • H01L21/30604—Chemical etching
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76—Making of isolation regions between components
    • H01L21/762—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers
    • H01L21/76224—Dielectric regions, e.g. EPIC dielectric isolation, LOCOS; Trench refilling techniques, SOI technology, use of channel stoppers using trench refilling with dielectric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

本申请案涉及具有混合深沟槽隔离DTI的图像传感器。所述图像传感器包含安置于半导体材料中所述半导体材料的第一侧与第二侧之间的多个光电二极管。所述图像传感器还包含安置于所述半导体材料中的多个混合DTI结构，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管由个别混合DTI结构分离。所述个别混合DTI结构包含从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸的浅部分，且所述浅部分包含电介质区及金属区，使得所述电介质区的至少一部分安置于所述半导体材料与所述金属区之间。所述混合DTI结构还包含深部分，所述深部分从所述浅部分延伸且安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间。

Description

具有混合深沟槽隔离的图像传感器
技术领域
本发明大体来说涉及半导体图像传感器，且特定来说但不排外地涉及具有混合深沟槽隔离结构的半导体图像传感器。
背景技术
图像传感器已变得无所不在。其广泛地用于数字静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医学、汽车及其它应用中。由于对更高解析度、更低电力消耗、增大动态范围等的不断增加的需求，图像传感器的装置架构已持续快速地发展。这些需求也已促进了图像传感器在这些装置中的进一步小型化及集成。
典型的图像传感器如下操作。来自外部场景的图像光入射于图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件，使得每一光敏元件吸收一部分入射图像光。图像传感器中所包含的光敏元件(例如光电二极管)各自在吸收图像光之后即刻产生图像电荷。所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例。所产生的图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。
图像传感器的小型化可致使邻近光敏元件之间的距离减小。随着光敏元件之间的距离减小，光敏元件之间发生串扰的可能性及串扰量值可能增大。
发明内容
在一个方面中，本发明涉及一种图像传感器。所述图像传感器包括：多个光电二极管，其安置于半导体材料中在所述半导体材料的第一侧与第二侧之间；及多个混合深沟槽隔离(DTI)结构，其安置于所述半导体材料中，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管是由所述多个混合DTI结构中的个别混合DTI结构分离，所述个别混合DTI结构中的每一者包含：浅部分，其从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸，其中所述浅部分包含电介质区及金属区，使得所述电介质区的至少一部分安置于所述半导体材料与所述金属区之间；及深部分，其从所述浅部分延伸且安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间。
在另一方面中，本发明涉及一种图像传感器制作方法。所述方法包括：提供半导体材料，所述半导体材料具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；蚀刻出从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸的多个第一沟槽；加宽所述多个第一沟槽中的每一者中的接近所述半导体材料的所述第一侧的浅部分，其中所述多个第一沟槽中的深部分安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间；在所述多个第一沟槽中的所述深部分及所述浅部分内沉积电介质材料；在所述浅部分区内沉积金属，使得所述电介质材料的至少一部分安置于所述金属与所述半导体材料之间；及形成多个光电二极管，所述多个光电二极管安置于所述半导体材料中在所述第一侧与所述第二侧之间，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管由所述多个第一沟槽中的个别第一沟槽分离。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似零件。
图1A是根据本发明的教示的具有混合深沟槽隔离结构的实例性图像传感器的横截面图解说明。
图1B是根据本发明的教示图1A的图像传感器中所包含的实例性混合深沟槽隔离结构的经放大图解说明。
图1C是根据本发明的教示的图1A中的图像传感器的实例性电路图。
图2是图解说明根据本发明的教示包含图1A的图像传感器的成像系统的一个实例的框图。
图3A到3K图解说明根据本发明的教示的针对图1A的图像传感器的成像系统制作的实例性方法。
贯穿图式之数个视图，对应参考字符指示对应组件。所述领域的技术人员将了解，图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，而未必按比例绘制。举例而言，各图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大以有助于改进对本发明之各种实施例的理解。此外，通常不描绘商业上可行实施例中有用或必需的常见但众所周知的元件以便促进对本发明的这些各种实施例的较不受阻碍观看。
具体实施方式
本文中描述具有混合深沟槽隔离结构的图像传感器的设备及方法的实例。在以下描述中，陈述众多具体细节以便提供对实例的透彻理解。然而，所属相关领域的技术人员将认识到，本文中所描述的技术可在无具体细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它例子中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使特定方面模糊。
在本说明书通篇中对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇各处中出现的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必全部指代同一实例。此外，在一或多个实例中可以任何适合方式组合特定特征、结构或特性。
在本说明书通篇，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换使用(例如，Si与硅)；然而，两者具有相同含义。
图1A是实例性图像传感器100的横截面图解说明。图像传感器100包含半导体材料110(具有第一侧168及第二侧104)、多个光电二极管114、多个钉扎阱118(包含第一区124)、多个浅沟槽隔离结构122、多个混合深沟槽隔离结构140、电介质材料170、多个彩色滤光器172、多个金属栅格174、多个微透镜176、互连层152(包含电介质材料154、电介质材料156、第一金属层158及多个转移栅极160)。
如所图解说明，图像传感器100包含安置于半导体材料110中、半导体材料110的第一侧168与第二侧104之间的多个光电二极管114。图像传感器100还包含安置于半导体材料110中的多个混合深沟槽隔离结构140。在一个实例中，个别光电二极管114中的每一者由个别混合深沟槽隔离结构140分离。多个钉扎阱118安置于半导体材料110中且从半导体材料110的第一侧168延伸到第二侧104。个别混合深沟槽隔离结构140可安置于个别钉扎阱118中。图像传感器100还可包含多个浅沟槽隔离结构122，其中个别浅沟槽隔离结构122安置于半导体材料110的第一侧168与第二侧104之间的个别钉扎阱118中。个别浅沟槽隔离结构122可相对于法向于半导体材料110的第一侧168的入射光180而与个别混合深沟槽隔离结构140光学对准。在一个实例中，每一个别钉扎阱118包含相应光学对准的混合深沟槽隔离结构140及相应浅沟槽隔离结构122，使得个别钉扎阱118、浅沟槽隔离结构122与混合深沟槽隔离结构140的比率是1:1:1。
图1B是图1A的图像传感器100中所包含的实例性混合深沟槽隔离结构140的经放大图解说明。在所图解说明的实例中，个别混合深沟槽隔离结构140中的每一者包含浅部分144及深部分142。浅部分144从半导体材料110的第一侧168朝向第二侧104延伸。浅部分144包含电介质区148及金属区150，使得电介质区148的至少一部分安置于半导体材料110与金属区150之间。电介质区可包含第一电介质147及第二电介质149。在所图解说明的实例中，第二电介质的至少一部分安置于第一电介质与金属区之间。个别混合深沟槽隔离结构140的深部分142从浅部分144延伸且安置于浅部分144与半导体材料110的第二侧104之间。
在一个实例中，第一电介质147及第二电介质149从浅部分144延伸到深部分142中。第一电介质的介电常数大于第二电介质的介电常数。第一电介质是高k材料(例如HfO2)，且第二电介质材料并非高k材料(例如SiO2)。在另一实例中，深部分142的电介质材料、浅部分144中的电介质区148以及电介质材料154、156及170可以是相同或不同的电介质材料。在一些实例中，电介质材料可包含氧化物/氮化物，例如氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)、氮化硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiOxNy)、氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)、氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)、氧化镧(La2O3)、氧化镨(Pr2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钕(Nd2O3)、氧化钷(Pm2O3)、氧化钐(Sm2O3)、氧化铕(Eu2O3)、氧化钆(Gd2O3)、氧化铽(Tb2O3)、氧化镝(Dy2O3)、氧化钬(Ho2O3)、氧化铒(Er2O3)、氧化铥(Tm2O3)、氧化镱(Yb2O3)、氧化镥(Lu2O3)、氧化钇(Y2O3)等。另外，相关领域的技术人员应明白，根据本发明的教示，可使用上述金属/半导体的任何化学计量组合及其氧化物/氮化物/氮氧化物。
浅部分144中的电介质区148及个别混合深沟槽隔离结构140的深部分142可至少部分地电隔离安置成接近半导体材料110的第一侧168的个别光电二极管114。金属区150也与个别光电二极管114电隔离。电隔离个别光电二极管114与混合深沟槽隔离结构140可减小多个光电二极管114中的光电二极管114之间的电串扰量值。
所述个别混合深沟槽隔离结构140中的金属区150可减小多个光电二极管114中的光电二极管114之间的光串扰量值。金属区150可吸收、反射或折射入射光180，使得其将光串扰最小化。在一个实例中，金属区150的至少一部分宽于混合深沟槽隔离结构140的深部分142。如图解说明，个别混合深沟槽隔离结构140的金属区150可从半导体材料110的第一侧168朝向深部分142逐渐变细。金属区150的逐渐变细量可经设计，使得离轴入射光182传播穿过半导体材料110的第一侧168且由金属区150朝向多个光电二极管114反射。在另一实例中，金属区150可延伸穿过第一电介质147、第二电介质149及电介质材料170，使得金属区150的一部分形成多个金属栅格174。另一选择为，金属区150可不延伸超出第一电介质材料147。第二电介质材料149或电介质材料170中的任一者。
在一个实例中，混合深沟槽隔离结构140的浅部分144从半导体材料110的第一侧168朝向深部分142逐渐变细，使得浅部分144的接近半导体材料110的第一侧168的宽度大于浅部分144的接近第二侧104的宽度。电介质区148的电阻可部分地通过修改电介质区148的形状来控制。在一个实例中，浅部分144及金属区150可以相同相对量逐渐变细，使得电介质区148的宽度贯穿浅部分144的长度是恒定的。另一选择为，如图1B中所图解说明，浅部分144的侧壁146可相对于金属区150而逐渐变细得更多，使得所述电介质区148的接近半导体材料110的第一侧168的宽度大于电介质区148的接近第二侧104的宽度。在另一实例中，金属区150可不逐渐变细，而是可具有基本上恒定的宽度。
返回参考图1A，浅沟槽隔离结构122可至少部分地电隔离接近半导体材料110的第二侧104的个别光电二极管114。如图解说明，个别浅沟槽隔离结构122可从半导体材料110的第二侧104朝向深部分142逐渐变细，使得个别浅沟槽隔离结构122的接近半导体材料110的第二侧104的宽度大于个别浅沟槽隔离结构122的接近混合深沟槽隔离结构140的深部分142的宽度。
在一个实例中，个别混合深沟槽隔离结构140及个别浅沟槽隔离结构122可直接接触彼此。如另一实例中所图解说明，钉扎阱118的第一区124可安置于光学对准的个别混合深沟槽隔离结构140与个别浅沟槽隔离结构122之间。钉扎阱118的第一区124可确保混合深沟槽隔离结构140不与浅沟槽隔离结构122直接接触。在所图解说明的实例中，个别浅沟槽隔离结构122的至少一部分宽于个别混合深沟槽隔离结构140的深部分142。
图1C是图1A中的图像传感器100的实例性电路图。如图1C中所图解说明，图像传感器100包含：半导体材料110、多个光电二极管114、多个转移栅极160、浮动扩散部183、复位晶体管184、放大器晶体管188及行选择晶体管190。多个光电二极管114安置于半导体材料110中以积累响应于被引导到多个光电二极管114中的入射图像光而光生的图像电荷。在一个实例中，半导体材料110可包含硅，但可包含其它适合半导体材料及掺杂原子。多个转移栅极160页安置于半导体材料110中，且个别转移栅极耦合到个别光电二极管114。浮动扩散部183安置于半导体材料110中，且浮动扩散部183耦合到多个转移栅极160以响应于循序施加到每一个别转移栅极160的控制端子的转移信号而从多个光电二极管114接收图像电荷。换句话说，在所描绘实例中，转移信号被施加到顶部转移栅极160的控制端子，接着转移信号被施加到从顶部转移栅极160数第二控制端子等。复位晶体管184耦合到浮动扩散部183以从浮动扩散部183提取图像电荷。此外，放大器晶体管188耦合到浮动扩散部183，且行选择晶体管190耦合于放大器晶体管188的输出与位线输出之间。在一个实例中，放大器晶体管188包含源极跟随器耦合晶体管。
尽管图1A中未描绘，但读出电路可至少部分地安置于互连层152中。举例来说，读出电路的晶体管的栅极电极可至少部分地安置于互连层(参见上述互连层152)中以从安置于半导体材料110中的多个光电二极管114读出图像电荷。
在图1C所描绘的实例中，多个光电二极管114包含通过转移栅极160耦合到浮动扩散部183的四个光电二极管114。然而，在不同实例中，任何数目个光电二极管114(包含两个、六个及八个光电二极管114)可耦合到浮动扩散部183。在所描绘实例中，四个光电二极管114包含：经安置以吸收绿色图像光的两个光电二极管114、经安置以吸收蓝色图像光的一个光电二极管114及经安置以吸收红色图像光的一个光电二极管114。
图2是图解说明包含图1A的图像传感器100的成像系统200的一个实例的框图。成像系统200包含像素阵列205、控制电路221、读出电路211及功能逻辑215。在一个实例中，像素阵列205是光电二极管或图像传感器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的二维(2D)阵列。如所图解说明，光电二极管被布置成若干行(例如，行R1到Ry)及若干列(例如，列C1到Cx)以获取人、地点、物体等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人、地点、物体等的2D图像。然而，在其它实例中，应明白光电二极管未必被布置成行及列，而是可采取其它配置。
在一个实例中，在图像传感器/像素阵列205中的像素已获取其图像数据或图像电荷之后，读出电路211读出所述图像数据且接着传送到功能逻辑215。在各种实例中，读出电路211可包含放大电路、模/数转换(ADC)电路或其它。功能逻辑215可仅存储所述图像数据或甚至通过施加后图像效应(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操纵所述图像数据。在一个实施例中，读出电路211可沿着读出行线一次读出一行图像数据(已图解说明)或可使用各种其它技术(未图解说明)读出图像数据，例如串行读出或同时全并行读出所有像素。
在一个实例中，控制电路221耦合到像素阵列205以控制像素阵列205中的多个光电二极管的操作。举例来说，控制电路221可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是全局快门信号，其用于同时启用像素阵列205内的所有像素以在单个获取窗期间同时捕获其相应图像数据。在另一实例中，快门信号是滚动快门信号，使得在连续获取窗期间循序地启用像素的每一行、每一列或每一群组。在另一实例中，图像获取与例如闪光灯等照明效果同步。
在一个实例中，成像系统200可包含于数字相机、移动电话、膝上型计算机、汽车等中。另外，成像系统200可耦合到其它硬件，例如处理器(通用处理器或其它)、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等)、照明/闪光灯、电输入(键盘、触摸显示器、跟踪垫、鼠标、麦克风等)及/或显示器。其它硬件可向成像系统200递送指令、从成像系统200提取图像数据或操纵由成像系统200供应的图像数据。
图3A到3K图解说明用于制作具有混合深沟槽隔离结构的图像传感器(例如，图1A的图像传感器100)的实例性方法300。图3A到3K中的一些或全部在方法300中出现的次序不应视为具限制性。而是，受益于本发明的所属领域的技术人员应理解，可以未图解说明的各种次序或甚至并行地执行方法300中的一些。此外，方法300可省略特定过程图以便避免模糊特定方面。另一选择为，方法300可包含在本发明的一些实施例/实例中可能并不必要的额外过程图。
图3A图解说明提供半导体材料310，半导体材料310具有相对的第二侧304与第一侧368。在一个实例中，半导体材料310是硅。
图3B图解说明形成多个光电二极管314，光电二极管314安置于半导体材料310中、第一侧368与第二侧304之间。在一个实例中，多个光电二极管314是通过离子植入形成。
图3C图解说明形成安置于半导体材料310中的多个钉扎阱318。多个钉扎阱318中的个别钉扎阱318可从半导体材料310的第一侧368延伸到第二侧304。在一个实例中，多个光电二极管314中的个别光电二极管314安置于多个钉扎阱318中的个别钉扎阱318中。在一个实例中，多个钉扎阱318是通过离子植入形成。
图3D图解说明蚀刻出从半导体材料310的第一侧368朝向第二侧304延伸的多个第一沟槽330。在一个实例中，个别第一沟槽330被蚀刻于个别钉扎阱318内，使得每一第一沟槽330安置于对应钉扎阱318内。
图3E图解说明加宽多个第一沟槽330中的每一者中接近半导体材料310的第一侧368的浅部分334。在一个实例中，多个第一沟槽330中的深部分342安置于浅部分334与半导体材料310的第二侧304之间。在一个实例中，浅部分334从半导体材料310的第一侧368朝向第二侧304逐渐变细，使得浅部分334的接近第一侧368的宽度大于浅部分334的接近第二侧304的宽度。
图3F图解说明在多个第一沟槽330中的深部分342及浅部分334内沉积第一电介质材料347。
图3G图解说明在深部分342及浅部分334内沉积第二电介质材料349。
图3H图解说明在浅部分334内沉积金属350，使得第二电介质材料349的至少一部分安置于第一电介质材料347与金属区350之间。
图3I图解说明蚀刻出从半导体材料310的第二侧304朝向多个第一沟槽330中的深部分342延伸的多个第二沟槽320。在一个实例中，多个第二沟槽320中的个别第二沟槽320与个别第一沟槽330光学对准。
图3J图解说明在多个第二沟槽320内沉积第三电介质材料322。
图3K图解说明形成横向地接近多个光电二极管314且电耦合到多个光电二极管314的外围电路，例如互连层352、控制电路及读出电路。在一个实例中，互连层352形成于半导体材料310的第二侧304上。图3K还图解说明形成光学堆叠。光学堆叠可包含用以优化图像传感器所获取的图像的电介质层、彩色滤光器、微透镜及其它次级光结构。
包含发明摘要中所描述的内容的本发明的所图解说明实例的以上描述并不打算为穷尽性的或将本发明限制于所揭示的精确形式。尽管本文中出于说明性目的而描述了本发明的具体实例，但如所属领域的技术人员将认识到，可在本发明的范围内做出各种修改。
可鉴于以上详细描述对本发明做出这些修改。以下权利要求书中所使用的术语不应被理解为将本发明限制于本说明书中所揭示的具体实例。而是，本发明的范围将完全由以下权利要求书来确定，所述权利要求书将根据所创建的权利要求解释原则来加以理解。

Claims (18)

1.一种图像传感器，其包括：
多个光电二极管，其安置于半导体材料中所述半导体材料的第一侧与第二侧之间；及
多个混合深沟槽隔离(DTI)结构，其安置于所述半导体材料中，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管是由所述多个混合深沟槽隔离(DTI)结构中的个别混合深沟槽隔离(DTI)结构分离，所述个别混合深沟槽隔离(DTI)结构中的每一者包含：
浅部分，其从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸，其中所述浅部分包含电介质区及金属区，使得所述电介质区的至少一部分安置于所述半导体材料与所述金属区之间，其中所述浅部分的所述电介质区包含第一电介质及第二电介质，其中所述第二电介质的至少一部分安置于所述第一电介质与所述金属区之间；及
深部分，其从所述浅部分延伸且安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述浅部分从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述深部分逐渐变细，使得所述浅部分的接近所述第一侧的宽度大于所述浅部分的接近所述第二侧的宽度。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一电介质的介电常数大于所述第二电介质的介电常数。
4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述第一电介质及所述第二电介质从所述浅部分延伸到所述深部分中。
5.根据权利要求1所述的图像传感器，其进一步包括安置于所述半导体材料中的多个钉扎阱，所述多个钉扎阱从所述半导体材料的所述第一侧延伸到所述第二侧，其中所述个别混合深沟槽隔离(DTI)结构安置于所述多个钉扎阱中的个别钉扎阱中。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其进一步包括多个浅沟槽隔离(STI)结构，其中所述多个浅沟槽隔离(STI)结构中的个别浅沟槽隔离(STI)结构安置于所述个别钉扎阱中在所述半导体材料的所述第一侧与所述第二侧之间，且其中所述个别浅沟槽隔离(STI)结构与所述个别混合深沟槽隔离(DTI)结构光学对准。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述个别钉扎阱的第一区安置于所述个别浅沟槽隔离(STI)结构与所述个别混合深沟槽隔离(DTI)结构之间。
8.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述个别浅沟槽隔离(STI)结构的至少一部分宽于所述个别混合深沟槽隔离(DTI)结构的所述深部分。
9.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述个别浅沟槽隔离(STI)结构从所述半导体材料的所述第二侧朝向所述深部分逐渐变细，使得所述个别浅沟槽隔离(STI)结构的接近所述半导体材料的所述第二侧的宽度大于所述个别浅沟槽隔离(STI)结构的接近所述深部分的宽度。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述金属区从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述深部分逐渐变细，且其中离轴入射光传播穿过所述半导体材料的所述第一侧且由所述金属区朝向所述多个光电二极管反射。
11.一种图像传感器制作方法，其包括：
提供半导体材料，所述半导体材料具有第一侧及与所述第一侧相对的第二侧；
蚀刻出从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧延伸的多个第一沟槽；
加宽所述多个第一沟槽中的每一者中的接近所述半导体材料的所述第一侧的浅部分，其中所述多个第一沟槽中的深部分安置于所述浅部分与所述半导体材料的所述第二侧之间；
在所述多个第一沟槽中的所述深部分及所述浅部分内沉积电介质材料，其中沉积电介质材料包含沉积第一电介质材料及沉积第二电介质材料，且其中所述第一电介质材料的介电常数大于所述第二电介质材料的介电常数；
在所述浅部分区内沉积金属，使得所述电介质材料的至少一部分安置于所述金属与所述半导体材料之间，其中所述第二电介质材料的至少一部分安置于所述第一电介质材料与所述金属之间；及
形成多个光电二极管，所述多个光电二极管安置于所述半导体材料中在所述第一侧与所述第二侧之间，其中所述多个光电二极管中的个别光电二极管由所述多个第一沟槽中的个别第一沟槽分离。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述浅部分从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述第二侧逐渐变细，使得所述浅部分的接近所述第一侧的宽度大于所述浅部分的接近所述第二侧的宽度。
13.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括形成安置于所述半导体材料中的多个钉扎阱，所述多个钉扎阱从所述半导体材料的所述第一侧延伸到所述第二侧，其中所述多个第一沟槽中的个别第一沟槽安置于所述多个钉扎阱中的个别钉扎阱中。
14.根据权利要求13所述的方法，其进一步包括：
蚀刻出多个第二沟槽，所述多个第二沟槽从所述半导体材料的所述第二侧朝向所述多个第一沟槽中的所述深部分延伸，且其中所述多个第二沟槽中的个别第二沟槽与所述个别第一沟槽光学对准；及
在所述多个第二沟槽内沉积第三电介质材料。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述个别钉扎阱的第一区安置于所述个别第一沟槽与所述个别第二沟槽之间。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述多个第一沟槽、所述多个第二沟槽与所述多个钉扎阱的比率是1:1:1。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述个别第二沟槽从所述半导体材料的所述第二侧朝向所述个别第一沟槽的所述深部分逐渐变细，其中所述个别第二沟槽的接近所述第二侧的宽度大于所述个别第二沟槽的接近所述深部分的宽度。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述金属从所述半导体材料的所述第一侧朝向所述深部分逐渐变细，使得离轴入射光传播穿过所述半导体材料的所述第一侧且由所述金属朝向所述多个光电二极管反射。
CN201711061711.XA 2016-11-03 2017-11-02 具有混合深沟槽隔离的图像传感器 Active CN108022939B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/342,817 2016-11-03
US15/342,817 US9923009B1 (en) 2016-11-03 2016-11-03 Image sensor with hybrid deep trench isolation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108022939A CN108022939A (zh) 2018-05-11
CN108022939B true CN108022939B (zh) 2019-06-11

Family

ID=61598595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711061711.XA Active CN108022939B (zh) 2016-11-03 2017-11-02 具有混合深沟槽隔离的图像传感器

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9923009B1 (zh)
CN (1) CN108022939B (zh)
TW (1) TWI649866B (zh)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10181490B2 (en) * 2017-04-03 2019-01-15 Omnivision Technologies, Inc. Cross talk reduction for high dynamic range image sensors
US10073239B1 (en) * 2017-05-15 2018-09-11 Omnivision Technologies, Inc. Dual photodiode for phase detection autofocus
US11302734B2 (en) * 2018-06-29 2022-04-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Deep trench isolation structures resistant to cracking
CN109585484A (zh) * 2018-12-04 2019-04-05 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
US11201124B2 (en) * 2019-07-29 2021-12-14 Omnivision Technologies, Inc. Semiconductor devices, semiconductor wafers, and methods of manufacturing the same
US11329085B2 (en) * 2019-08-22 2022-05-10 Omivision Technologies, Inc. Pixel array with isolated pixels
US11335716B2 (en) 2019-12-24 2022-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photosensing pixel, image sensor and method of fabricating the same
US11233080B2 (en) * 2019-12-30 2022-01-25 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with partially encapsulating attenuation layer
US11282890B2 (en) * 2020-01-21 2022-03-22 Omnivision Technologies, Inc. Shallow trench isolation (STI) structure for suppressing dark current and method of forming
US11289530B2 (en) 2020-01-21 2022-03-29 Omnivision Technologies, Inc. Shallow trench isolation (STI) structure for CMOS image sensor
KR20220005888A (ko) * 2020-07-07 2022-01-14 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR20220029072A (ko) 2020-09-01 2022-03-08 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20230067975A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-02 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with varying depth deep trench isolation structure for reduced crosstalk
US20230067986A1 (en) * 2021-08-31 2023-03-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Single-photon avalanche diode semiconductor device
US20230082312A1 (en) * 2021-09-16 2023-03-16 Magvision Semiconductor (Beijing) Inc. Image Sensor Pixel with Deep Trench Isolation Structure
US20230131599A1 (en) * 2021-10-21 2023-04-27 Magvision Semiconductor (Beijing) Inc. Image sensor pixel with deep trench isolation structure
CN116435325B (zh) * 2023-06-13 2023-09-08 合肥晶合集成电路股份有限公司 背照式图像传感器及其形成方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103094290A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 台湾积体电路制造股份有限公司 采用共形掺杂的图像传感器沟槽隔离
CN104103655A (zh) * 2013-04-01 2014-10-15 全视科技有限公司 具有经偏压深沟槽隔离的增强型光子检测装置
CN104377211A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 全视科技有限公司 具有切换式深沟槽隔离结构的图像传感器像素单元
CN105097856A (zh) * 2014-05-23 2015-11-25 全视科技有限公司 增强型背侧照明的近红外图像传感器
CN105374833A (zh) * 2014-08-21 2016-03-02 全视科技有限公司 图像传感器及用于图像传感器制造的方法
CN105489623A (zh) * 2014-10-03 2016-04-13 全视科技有限公司 图像传感器、成像系统及图像传感器制作的方法
US9443899B1 (en) * 2015-11-04 2016-09-13 Omnivision Technologies, Inc. BSI CMOS image sensor with improved phase detecting pixel

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8941204B2 (en) 2012-04-27 2015-01-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Apparatus and method for reducing cross talk in image sensors

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103094290A (zh) * 2011-11-07 2013-05-08 台湾积体电路制造股份有限公司 采用共形掺杂的图像传感器沟槽隔离
CN104103655A (zh) * 2013-04-01 2014-10-15 全视科技有限公司 具有经偏压深沟槽隔离的增强型光子检测装置
CN104377211A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 全视科技有限公司 具有切换式深沟槽隔离结构的图像传感器像素单元
CN105097856A (zh) * 2014-05-23 2015-11-25 全视科技有限公司 增强型背侧照明的近红外图像传感器
CN105374833A (zh) * 2014-08-21 2016-03-02 全视科技有限公司 图像传感器及用于图像传感器制造的方法
CN105489623A (zh) * 2014-10-03 2016-04-13 全视科技有限公司 图像传感器、成像系统及图像传感器制作的方法
US9443899B1 (en) * 2015-11-04 2016-09-13 Omnivision Technologies, Inc. BSI CMOS image sensor with improved phase detecting pixel

Also Published As

Publication number Publication date
US9923009B1 (en) 2018-03-20
TWI649866B (zh) 2019-02-01
TW201830681A (zh) 2018-08-16
CN108022939A (zh) 2018-05-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108022939B (zh) 具有混合深沟槽隔离的图像传感器
US10269850B2 (en) Biased deep trench isolation
CN110098208A (zh) 制作像素阵列的方法
CN107305901A (zh) 图像传感器、成像系统及图像传感器制造方法
CN105374833B (zh) 图像传感器及用于图像传感器制造的方法
CN109216385B (zh) 具有增强近红外量子效率的cmos图像传感器
US9818791B1 (en) Stacked image sensor
CN109216386B (zh) 具有增强近红外量子效率及调制传递函数的cmos图像传感器
CN110993630B (zh) 多厚度栅极电介质
US10438979B2 (en) Method of fabricating fill factor enhancement for image sensor
US9799696B1 (en) Isolation structure in photodiode
CN108461511A (zh) 图像传感器、图像系统及图像传感器制造方法
TWI674668B (zh) 用於高動態範圍影像感測器之減少串擾
CN207558797U (zh) 背照式图像传感器及成像系统
CN107068697A (zh) 光电检测器、图像传感器和图像传感器制造方法
US9986192B1 (en) Through-semiconductor and through-dielectric isolation structure
CN109830487A (zh) Cmos图像传感器

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant