CN108321166A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及图像传感器及其制造方法。其中一个实施例提供了一种图像传感器，其包括：像素阵列，所述像素阵列中的一个像素单元包括：光电二极管，形成在衬底中；晶体管部，形成在所述衬底的正面；以及透光部，嵌在所述衬底的背面形成的凹坑中，并且至少部分位于所述晶体管部的正下方；其中，所述衬底的背面为光入射面，并且所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的至少部分光折射朝向所述光电二极管。
Description
技术领域
本公开涉及图像传感器领域。
背景技术
在当前图像传感器中，大部分的入射光会进入光电二极管并被其感测，但是还有一部分入射光会进入晶体管区域，没有被有效利用。
因此存在对于提高图像传感器对光的利用效率的新技术的需求。
发明内容
本公开的一个目的是提供一种新型的图像传感器结构及相应的制造方法，其能提高图像传感器对光的利用效率。
根据本公开的第一方面，提供了一种图像传感器，其包括：像素阵列，所述像素阵列中的一个像素单元包括：光电二极管，形成在衬底中；晶体管部，形成在所述衬底的正面；以及透光部，嵌在所述衬底的背面形成的凹坑中，并且至少部分位于所述晶体管部的正下方；其中，所述衬底的背面为光入射面，并且所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的至少部分光折射朝向所述光电二极管。
根据本公开的第二方面，提供了一种用于制造图像传感器的方法，其包括：在衬底中形成至少一个光电二极管；以及针对所述至少一个光电二极管中的每一个光电二极管：在所述衬底的正面形成用于所述光电二极管的晶体管部；以及在所述衬底的背面形成凹坑，以使得所述凹坑的至少部分位于所述晶体管部的正下方；通过填充所述凹坑，形成透光部，以使得所述透光部嵌在所述凹坑中，其中，所述衬底的背面为光入射面，并且所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的至少部分光折射朝向对应的光电二极管。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得更为清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1示出了根据本公开示例性实施例的图像传感器中的一个像素单元的截面图。
图2A-2C示出了根据本公开示例性实施例的像素单元的平面示意图。
图3示出了根据本公开示例性实施例的图像传感器的截面示意图。
图4A-4F是根据本公开示例性实施例的图像传感器的截面示意图，其分别示出了透光部的各种可能的截面形状。
图5A-5E分别示出了在根据本公开一个示例性实施例来制造图像传感器的一个方法示例的各个步骤处的装置截面示意图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的半导体装置及其制造方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本发明的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
本申请的发明人发现，在现有的许多图像传感器中，由于在像素单元中还要形成用于读出/处理光电二极管的信号的晶体管，因此光电二极管的填充系数减小，从而对光的利用效率减小。对此，经过深入研究，本申请的发明人提出了一种新型的图像传感器结构，其主要在晶体管区域下方的衬底背面中增加了透光部，该透光部能改变进入晶体管区域的入射光的光路，使其到达光电二极管区域并被光电二极管感测，从而提高了图像传感器对光的利用效率。
请注意，本文中的术语“透光部”意指透光率大于或等于一定值(例如50％)的部件。
下面将结合附图来以一种背照式CMOS图像传感器为例来详细描述根据本发明的图像传感器的结构及其工作原理。本领域技术人员均能理解，本发明并不限于图中所示结构，而是能够根据其工作原理改编适用于其它图像传感器结构。
图1示出了根据本公开示例性实施例的图像传感器中的一个像素单元的截面示意图。图像传感器通常包括由许多像素单元排列而成的像素阵列，而图1仅示出了像素阵列中的一个像素单元作为示例。本领域技术人员均理解，图1的结构不仅适用于像素阵列中的一个像素单元，而且可以根据实际情况应用于像素阵列中的部分或全部像素单元。另外注意，下面所有图中的光线都用箭头示意。
请注意，由于本发明并不限于特定结构的光电二极管(PD)102、晶体管区域103和透光部104，而是适用于各种各样的结构，因此图1中用方框来代表PD 102、晶体管区域103和透光部104，简单明了地表示了它们在衬底101中的位置等的布置，而为了避免混淆本发明的要点，图中并没有示出PD 102、晶体管区域103和透光部104的具体结构。
另外，请注意，实际的图像传感器可能还存在之前/后续制造的其它部件，而为了避免模糊本发明的要点，附图没有示出且本文也不去讨论其它部件。
如图1所示，像素单元100包括形成在衬底101中的PD 102、形成在衬底101的正面的晶体管部103、以及透光部104，该透光部104嵌在衬底101的背面形成的凹坑中并且至少部分位于晶体管部103的正下方。另外，由于该图像传感器为背照式图像传感器，因此光从衬底101的背面入射，而透光部104能将垂直入射到晶体管部103的正下方的光中的至少部分光(例如图中的垂直入射光线105)折射朝向PD 102(例如，图中的折射光线106)。透光部104的平面和截面结构的一些具体示例将在后面结合图2A-2C和图4A-4F等来描述。
如图1所示，透光部104改变了垂直入射到晶体管部103正下方的光线105的光路，使得本不会被PD 102感测到的光也能进入PD 102，从而提高了对光的利用效率。
在一些情况下，衬底101可以为简单的半导体晶圆，例如硅晶圆，而PD 102是通过对P型衬底101进行掺杂形成N型区来形成的。但是本发明并不限制PD 102的结构。另外，虽然图中出于简洁的目的把衬底101画成了一个简单的块衬底，但是显然本发明不限于此。衬底101可以由适合于图像传感器的任何半导体材料(诸如Si、SiC、SiGe等)制成，例如可以是单晶硅衬底。在一些实施方式中，衬底101也可以为绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上锗硅等各种复合衬底。衬底101的掺杂类型等掺杂情况也不受限制。本领域技术人员均理解衬底101不受到任何限制，而是可以根据实际应用进行选择。衬底101之中和之下还可以形成有其它的半导体器件构件，例如，在早期/后续处理步骤中形成的其它构件等。
另外，图1中把晶体管部画成了一个穿过衬底正面的区域103，这是因为本领域技术人员均能理解，晶体管的栅极结构通常位于衬底正面上，而晶体管的有源区(如源极区、漏极区和沟道区)位于衬底中。而且通常在像素单元100中，所有的晶体管都会被布置在一处，因此就由图1中的晶体管区域103来统一表示。在一些实施方式中，例如在4T-APS结构中，该晶体管区域103可以包括四个晶体管，即，转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管。在另一些实施方式中，像素单元之间可以共享晶体管，因此，可以在每个像素单元中仅形成这些晶体管中的一个或多个，或者某个/某些晶体管的一部分，例如浮置扩散区等。也就是说，晶体管部103可以包括这些晶体管中的一个或多个晶体管的至少一部分。晶体管部意指像素单元中形成的晶体管部件。当然，本领域技术人员均能理解，本发明并不限于此。例如，根据实际需要，可以把像素单元中的晶体管分开布置在不同的地方，那么在一个像素单元中可以有多于一个的晶体管区域103，而可以针对这多个晶体管区域103中的每一个都布置相应的透光部104。
此外，请注意，本发明并不限于图1所示的相对位置关系。例如，在一些情况下，透光部104也可以部分位于PD 102的下方。另外，在一些情况下，在部分晶体管区域下方还形成有深PD，这时，透光部104可以位于该深PD正下方而不会损害该深PD结构。即使是深PD的PN结离衬底背面也还有一定距离，足够形成根据本发明的透光部结构了。例如，在一些4T-APS结构的情况下，晶体管区域103的长度或宽度可以为几十到几百纳米级，例如50到200纳米的范围内，此时透光部104的宽度可以与晶体管区域103的长度/宽度相当，其厚度也与宽度相匹配，例如可以为50到200纳米等。
为了更详细全面地理解根据本发明的像素单元的结构，图2A-2C示出了根据本公开示例性实施例的像素单元100的平面示意图，其中给出了PD 102、晶体管区域103和透光部104的相对位置关系的一些示例。图2A-2C中都用虚线表示透光部104，通常意指形成对应于透光部104的凹坑时的光致刻蚀剂开口图案。本领域技术人员均能理解，本发明并不限于图示的平面结构和相对位置。
如图2A和图2B所示，晶体管区域103占据像素单元100的一个角落，而透光部104基本位于晶体管区域103的正下方，但也可以有部分位于PD 102的正下方。图2A中的透光部104的平面形状为圆形或基本圆形，而图2B中的透光部104的平面形状为矩形。图2C中的晶体管区域103与PD 102并排布置，透光部104基本位于晶体管区域103的正下方且平面形状为矩形。在一些情况下，像素单元100与其相邻像素单元之间在衬底背面处还形成有深沟槽隔离部(如后面的图3-4F所示)，此时，透光部104也可以挨着深沟槽隔离部形成，即透光部104的最外侧的侧面与深沟槽隔离部接触。
另外，尽管图1和图2A-2C中未示出，但是本领域技术人员均能理解，实际上PD 102和晶体管区域103之间至少有一个连接通道，使得PD 102中的光电子能被晶体管处理并输出相应信号。例如，在4T-APS结构中，通过转移晶体管的栅极控制，能将PD 102中的光电子转移到浮置扩散区中并进行后续处理，因此转移晶体管的沟道即为该连接通道。但是该连接通道的形态和位置并不影响本发明的实施，换句话说，本发明并不限于特定结构和位置的连接通道。因此，出于简洁清楚的目的，本申请的图中均没有示出该连接通道。
图3示出了根据本公开示例性实施例的图像传感器的截面示意图。图3除了像图1那样示出一个像素单元300之外，还示出了其与相邻像素单元310之间的深沟槽隔离部107。请注意，图3中并未完整示出像素单元310。另外，虽然图3中示出了从衬底背面形成深沟槽隔离部107，而在衬底正面用浅沟槽隔离(STI)来实现隔离，但是本领域技术人员均理解，也可以改为从衬底正面形成深沟槽隔离部。
图3示出了深沟槽隔离部107与PD 102分别位于晶体管区域103在水平方向上的相对两侧，即图中的左右两侧。所谓水平方向即为与衬底的主表面(如正面或背面)平行的方向。
如图3所示，透光部104不仅能将部分垂直入射光(例如光线105)折射朝向PD 102(例如光线106)，而且能将部分垂直入射光(例如光线108)折射朝向深沟槽隔离部107(例如光线109)。然后，折射朝向深沟槽隔离部107的光线109被深沟槽隔离部107中的反光材料反射朝向PD 102，例如光线110，最终被PD 102感测。在一些实施方式中，该反光材料可以为铝、铜、钨等金属材料。在一些实施方式中，虽然图3中未示出，但是深沟槽隔离部107可以包括包围反光材料的若干层。例如，深沟槽隔离部107可以包括从沟槽壁依次沉积的氧化物层、高介电常数(HK)材料层、氧化物层和中间的反光材料。所述氧化物层可以由二氧化硅构成。
虽然图3中示出了反光材料位于深沟槽隔离部107的中间，但是本发明不限于此。例如，反光材料也可以被形成为周围的沉积在沟槽壁上的一层，只要其能起到反射光的作用即可。
图3中的透光部104的平面和截面结构的一些具体示例可以如上面的图2A-2C和后面的图4A-4F等所示。
图4A-4F是根据本公开示例性实施例的图像传感器的截面示意图，其分别示出了透光部的各种可能的截面形状。虽然图4A-4F是在图3的结构的基础上示出透光部具体形状的，但是本领域技术人员均能理解，图4A-4F的透光部104的形状也适用于图1的结构。另外，在一些情况下，图4A的透光部104可具有图2A-2C所示的平面形状，而图4B-4F的透光部104可具有图2B-2C所示的平面形状。
图4A-4F中示出的透光部104均由折射率比衬底材料小的材料构成。在衬底101为复合衬底的情况下，该衬底材料意指围绕透光部104的衬底部分的材料。而且，图4A-4F中示出的这些透光部的底面都与衬底101的背面齐平，并且透光部的至少一部分的厚度从光电二极管侧到晶体管部侧单调递增。本领域技术人员均能理解，厚度单调递增的该透光部部分具有从图的左下到右上(从光电二极管侧朝向晶体管部侧向上)的倾斜，因此能将垂直入射到该部分的光朝左侧(即朝着光电二极管)偏折，从而使得晶体管区域103正下方的垂直入射光能被光电二极管感测，提高了对光的利用效率。
在一些实施方式中，通过沉积材料填满衬底背面的凹坑，再进行化学机械抛光(CMP)等处理去除凹坑外的材料且使表面平坦化，从而形成嵌在凹坑中的透光部104。若在沉积之前衬底背面上没有其它层，则平坦化之后透光部的底面与衬底101的背面齐平，如图4A-4F所示；若根据实际需要，衬底背面上先前已形成有一个或多个其它层，则平坦化后透光部的底面通常与衬底背面上的最外层齐平，即与衬底背面平行。无论是与衬底背面齐平还是平行，对于之前阐述的透光部的工作原理没有影响。
下面将结合图4A-4F来具体描述透光部104的一些可能实现的示例。
图4A-4C所示的透光部具有一个至少朝向光电二极管侧凸起的曲面。例如，图4A和图4C的透光部的曲面的左半部朝向PD 102侧凸起，图4B的透光部的整个曲面朝向PD 102侧凸起，而曲面的该凸起部分即为前述的厚度单调递增的部分。另外，图4A和图4C的透光部的曲面的右半部朝向深沟槽隔离部107侧凸起，即右半部分的厚度从光电二极管侧到晶体管部侧单调递减。厚度单调递减的该透光部部分具有从图的左上到右下(从光电二极管侧朝晶体管部侧向下)的倾斜，因此能将垂直入射到该部分的光朝右侧(即朝着深沟槽隔离部107)偏折，从而使得该垂直入射光到达深沟槽隔离部107并被深沟槽隔离部107中的反光材料反射到PD 102，提高了对光的利用效率。
在一些实施方式中，图4A所示的透光部104可以为平凸透镜结构，其中的凸面可以是球面或非球面。在一些实施方式中，图4A所示的透光部104的曲面可以为球面、椭球面和圆柱面中的一种。而图4B中的透光部104的形状可以为图4A中的透光部104的左半部形状，图4C中的透光部104的形状可以为在图4A中的透光部104的形状下方加上一个对应的柱形而构成的。
图4D-4F所示的透光部至少具有一个从图的左下到右上(从光电二极管侧朝向晶体管部侧向上)倾斜的斜面。如前所述，该斜面能将垂直入射到该斜面的光朝左侧(即朝着光电二极管)偏折，使其能被光电二极管感测，从而提高了对光的利用效率。图4D中的透光部104只有这一个斜面，而图4E-4F中的透光部104还具有从光电二极管侧朝向晶体管部侧向下倾斜的另一个斜面，该另一个斜面能将垂直入射到该斜面的光朝右侧(即朝着深沟槽隔离部107)偏折，使该垂直入射光到达深沟槽隔离部107并被深沟槽隔离部107中的反光材料反射到PD 102，从而提高了对光的利用效率。
另外，图4B-4D、4F中的透光部104的侧面都与深沟槽隔离部107接触。在一些情况下，在形成透光部104对应的凹坑之前先形成了深沟槽隔离部107，因此可以以深沟槽隔离部107为刻蚀阻挡来形成凹坑的侧面，从而之后嵌在凹坑中形成的透光部104的侧面与深沟槽隔离部107接触。
在一些实施方式中，图4A-4F中的透光部104可以由硅氧化物(如二氧化硅)构成。当然，本领域技术人员均理解，透光部104的材料不限于此。
本公开还提出了一种用于制造图像传感器的方法，其包括：在衬底中形成至少一个光电二极管；以及针对所述至少一个光电二极管中的每一个光电二极管进行如下操作：在所述衬底的正面形成用于所述光电二极管的晶体管部；在所述衬底的背面形成凹坑，以使得所述凹坑的至少部分位于所述晶体管部的正下方；以及通过填充所述凹坑，形成透光部，以使得所述透光部嵌在所述凹坑中，其中，所述衬底的背面为光入射面，并且所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的至少部分光折射朝向对应的光电二极管。
为了更完整全面地理解本发明，下面将以图4A所示出的图像传感器结构为例来详细描述根据本公开一个示例性实施例的图像传感器制造方法的一个具体示例。请注意，这个示例并不意图构成对本发明的限制。例如，本发明并不仅限于图4A所示出的具体结构，而是对所有有相同需求或设计考量的图像传感器结构都适用。上面结合图1到图4F所描述的内容也可以适用于对应的特征。
图5A-5E分别示出了在该方法示例的各个步骤处的装置截面示意图。该方法示例特别适用于背照式CMOS图像传感器。
在图5A处，在衬底101中以及其正面处分别形成PD 102、对应的晶体管(晶体管区域103)、浅沟槽隔离部(STI)以及金属互连等(未示出)。如前所述，本发明并不限于图中示出的衬底101和PD 102的结构，而是可以根据实际应用进行选择。另外，本领域技术人员均能理解，根据实际需要，可以仅从衬底正面形成PD 102，或者仅从衬底背面形成PD 102，或者从衬底的正面和背面分别形成PD 102的一部分。
然后，在图5B处，从衬底背面形成深沟槽隔离部107，其中包含反光材料。如前面针对图3所述的，尽管未示出，但是在一些情况下，深沟槽隔离部107可以包括从沟槽壁依次沉积的氧化物层、高介电常数(HK)材料层、氧化物层，这些层包围中间的反光材料。该氧化物层可以由二氧化硅构成。请注意，为了方便展示从衬底背面进行的处理，在图5B-5E中，将图5A中的装置倒置，使得衬底背面朝上，正面朝下。
接着，在图5C处，在衬底背面上形成光致抗蚀剂图案501，暴露出至少部分位于晶体管部103正下方(以衬底正面为上、背面为下而言)的衬底表面，然后刻蚀暴露的衬底部分来形成凹坑502。
可以通过各种各样的方法来刻蚀形成所需形状的凹坑502。例如，在图4A中的透光部104为球面透镜结构(即，图5C中的凹坑502为球形坑)的情况下，可以通过各向同性的湿法或干法刻蚀(例如化学干法刻蚀)来形成该凹坑。另外，在图4A中的透光部104的曲面(即，图5C中的凹坑502的底面)为非球面、椭球面或圆柱面等其他形状时，也可以通过化学干法刻蚀(CDE)处理来形成凹坑502。在化学干法刻蚀处理中，能够通过调节反应气体比例来得到凹坑502的底面的期望形状。例如，控制反应气体在各处的浓度/比例，来控制刻蚀过程中形成的聚合物的聚集位置，从而控制刻蚀得到的剖面。在一些情况下，可以在化学干法刻蚀处理中调节气体比例来逐渐增加侧壁处的聚合物，从而最终形成如图5C所示的凹坑剖面形状。在一些实施方式中，刻蚀半导体衬底(例如硅)的反应气体可以包括氯气、HBr等。通过上述化学干法刻蚀处理也可以类似地形成图4B-4F的透光部104对应的凹坑形状。
另外，本领域技术人员均能理解，对于图4D-4F的透光部形状，还可以通过依赖于晶面的湿法刻蚀处理来形成相应的具有至少一个斜面的凹坑502，所形成的斜面可以分别平行于衬底101的一个晶面。
当然，本领域技术人员均能理解，本发明并不仅限于上述的刻蚀方法。
在形成凹坑502之后，在图5D处，通过例如化学气相沉积(CVD)等沉积例如二氧化硅材料来填充该凹坑，然后利用CMP等处理进行平坦化，从而形成了嵌在凹坑中的透光部104。
接着，在图5E处，在平坦化后的衬底背面上形成图像传感器所必需的其他部件，例如，滤色器CF、微透镜ML和各像素单元之间分隔用的金属栅格503。该滤色器CF和微透镜ML覆盖了透光部104。如图5E所示，外部光线504经过微透镜ML折射成为垂直入射到透光部104的光线105，然后被透光部104折射到PD 102(见光线106)，从而提高了对光的利用效率。
本领域技术人员将理解，除了如图示出的工艺和结构之外，本公开还包括形成图像传感器必需的其它任何工艺和结构。
通过上述图5A-5E所示出的方法示例，采用本发明的新型结构结合相应的新型方法，可以提高对光的利用效率。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
上述描述可以指示被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1、一种图像传感器，其特征在于，包括：
像素阵列，所述像素阵列中的一个像素单元包括：
光电二极管，形成在衬底中；
晶体管部，形成在所述衬底的正面；以及
透光部，嵌在所述衬底的背面形成的凹坑中，并且至少部分位于所述晶体管部的正下方；
其中，所述衬底的背面为光入射面，并且所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的至少部分光折射朝向所述光电二极管。
2、根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列还包括位于所述一个像素单元与其相邻像素单元之间的深沟槽隔离部，所述深沟槽隔离部至少包括反光材料，并且与所述光电二极管分别位于所述晶体管部在水平方向上的相对两侧，
其中，所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的部分光折射朝向所述深沟槽隔离部。
3、根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部由折射率比周围的衬底材料小的材料构成，以及
所述透光部的底面与所述衬底的背面齐平或平行，并且所述透光部的至少一部分的厚度从光电二极管侧到晶体管部侧单调递增。
4、根据3所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部具有一个至少朝向光电二极管侧凸起的曲面。
5、根据4所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部为平凸透镜结构。
6、根据4所述的图像传感器，其特征在于，所述曲面为球面、椭球面和圆柱面中的一种。
7、根据3所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部具有一个斜面，所述斜面从光电二极管侧朝向晶体管部侧向上倾斜。
8、根据7所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部还具有从光电二极管侧朝向晶体管部侧向下倾斜的另一个斜面。
9、根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述晶体管部包括转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管中的一个或多个晶体管的至少一部分。
10、根据1所述的图像传感器，其特征在于，所述一个像素单元还包括位于所述衬底的背面上的滤色器和微透镜，所述滤色器和微透镜覆盖所述透光部。
11、根据2所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部由折射率比周围的衬底材料小的材料构成，
所述透光部的底面与所述衬底的背面齐平或平行，并且所述透光部的侧面与所述深沟槽隔离部接触，以及
所述透光部的厚度从光电二极管侧到深沟槽隔离部侧单调递增。
12、根据11所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部的顶面为一个至少朝向光电二极管侧凸起的曲面，或者为一个从光电二极管侧朝向深沟槽隔离部侧向上倾斜的斜面。
13、根据1-12中的任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部由硅氧化物构成。
14、一种用于制造图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在衬底中形成至少一个光电二极管；以及
针对所述至少一个光电二极管中的每一个光电二极管：
在所述衬底的正面形成用于所述光电二极管的晶体管部；
在所述衬底的背面形成凹坑，以使得所述凹坑的至少部分位于所述晶体管部的正下方；以及
通过填充所述凹坑，形成透光部，以使得所述透光部嵌在所述凹坑中，其中，所述衬底的背面为光入射面，并且所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的至少部分光折射朝向对应的光电二极管。
15、根据14所述的方法，其特征在于，还包括：
在用于一个光电二极管的晶体管部与相邻的另一光电二极管之间形成深沟槽隔离部，所述深沟槽隔离部至少包括反光材料，
其中，所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的部分光折射朝向所述深沟槽隔离部。
16、根据14所述的方法，其特征在于，所述透光部由折射率比周围的衬底材料小的材料构成，以及
所述透光部的底面与所述衬底的背面齐平或平行，并且所述透光部的至少一部分的厚度从光电二极管侧到晶体管部侧单调递增。
17、根据16所述的方法，其特征在于，所述透光部具有一个至少朝向光电二极管部侧凸起的曲面。
18、根据17所述的方法，其特征在于，所述透光部为平凸透镜结构。
19、根据17所述的方法，其特征在于，所述曲面为球面、椭球面和圆柱面中的一种。
20、根据16所述的方法，其特征在于，所述透光部具有一个斜面，所述斜面从光电二极管侧朝向晶体管部侧向上倾斜。
21、根据20所述的方法，其特征在于，所述透光部还具有从光电二极管侧朝向晶体管部侧向下倾斜的另一个斜面。
22、根据14所述的方法，其特征在于，所述晶体管部包括转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管中的一个或多个晶体管的至少一部分。
23、根据14所述的方法，其特征在于，还包括在与所述每一个光电二极管对应的衬底区域的背面上形成滤色器和微透镜，所述滤色器和微透镜覆盖针对所述每一个光电二极管形成的所述透光部。
24、根据15所述的方法，其特征在于，所述透光部由折射率比周围的衬底材料小的材料构成，
所述透光部的底面与所述衬底的背面齐平或平行，并且所述透光部的侧面与所述深沟槽隔离部接触，以及
所述透光部的厚度从光电二极管侧到深沟槽隔离部侧单调递增。
25、根据24所述的方法，其特征在于，所述透光部的顶面为一个至少朝向光电二极管侧凸起的曲面，或者为一个从光电二极管侧朝向深沟槽隔离部侧向上倾斜的斜面。
26、根据14-25中的任一项所述的方法，其特征在于，所述透光部由硅氧化物构成。
27、根据17-19中的任一项所述的方法，其特征在于，形成所述凹坑的步骤包括：
在所述衬底的背面上形成光致抗蚀剂图案；
通过化学干法刻蚀处理，从所述衬底的背面刻蚀所述衬底的暴露部分，从而形成底面为曲面的凹坑，其中在所述化学干法刻蚀处理中，通过调节反应气体比例来得到所述底面的期望形状。
28、根据17-19中的任一项所述的方法，其特征在于，形成所述凹坑的步骤包括：
在所述衬底的背面上形成光致抗蚀剂图案；
通过各向同性刻蚀处理，从所述衬底的背面刻蚀所述衬底的暴露部分，从而形成底面为曲面的凹坑。
29、根据20-21中的任一项所述的方法，其特征在于，形成所述凹坑的步骤包括：
在所述衬底的背面上形成光致抗蚀剂图案；
通过湿法刻蚀处理，从所述衬底的背面刻蚀所述衬底的暴露部分，从而形成具有至少一个斜面的凹坑，所述至少一个斜面中的每一个平行于所述衬底的一个晶面。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：
像素阵列，所述像素阵列中的一个像素单元包括：
光电二极管，形成在衬底中；
晶体管部，形成在所述衬底的正面；以及
透光部，嵌在所述衬底的背面形成的凹坑中，并且至少部分位于所述晶体管部的正下方；
其中，所述衬底的背面为光入射面，并且所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的至少部分光折射朝向所述光电二极管。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述像素阵列还包括位于所述一个像素单元与其相邻像素单元之间的深沟槽隔离部，所述深沟槽隔离部至少包括反光材料，并且与所述光电二极管分别位于所述晶体管部在水平方向上的相对两侧，
其中，所述透光部能将垂直入射到所述晶体管部的正下方的光中的部分光折射朝向所述深沟槽隔离部。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部由折射率比周围的衬底材料小的材料构成，以及
所述透光部的底面与所述衬底的背面齐平或平行，并且所述透光部的至少一部分的厚度从光电二极管侧到晶体管部侧单调递增。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部具有一个至少朝向光电二极管侧凸起的曲面。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部为平凸透镜结构。
6.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述曲面为球面、椭球面和圆柱面中的一种。
7.根据权利要求3所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部具有一个斜面，所述斜面从光电二极管侧朝向晶体管部侧向上倾斜。
8.根据权利要求7所述的图像传感器，其特征在于，所述透光部还具有从光电二极管侧朝向晶体管部侧向下倾斜的另一个斜面。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述晶体管部包括转移晶体管、复位晶体管、源极跟随器晶体管和选择晶体管中的一个或多个晶体管的至少一部分。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述一个像素单元还包括位于所述衬底的背面上的滤色器和微透镜，所述滤色器和微透镜覆盖所述透光部。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20180724 |