CN111354754A - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种图像传感器，其包括多个像素，其中每个像素包括：半导体光电检测区域；金属区域，其布置在半导体区域的第一表面上；带通或带阻干涉滤光器，其布置在所述半导体区域的与所述第一表面相对的第二表面上；并且在所述半导体区域和所述金属区域之间，吸收层的一部分由与所述半导体区域的材料不同的材料制成，所述吸收层能够在单个通道中吸收干涉滤光器的通带或阻带的中心波长处的超过30％的入射辐射。

Description

图像传感器
相关申请
本申请要求于2018年12月20日提交的法国专利申请号18/73581的优先权权益，其内容在法律允许的最大范围内通过引用整体并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及电子设备，并且更具体地针对一种图像传感器。
背景技术
常规上，图像传感器使能获得可见和/或红外范围内的场景的图像。
例如，传感器捕获源自场景的可见辐射以获得可见图像。该图像对应于在一个或多个波段中(例如，分别对应于蓝色、绿色和红色的三个波段中)捕获的辐射。
某些图像传感器使用红外辐射来获得场景的三维图像。例如，传感器与红外脉冲发射器相关联。脉冲从发射器到场景、并且然后从场景到传感器的行进时间递送了深度信息。三维图像从深度信息获得。这种传感器被称为飞行时间传感器TOF。这种传感器捕获了对应于由发射器发射的脉冲的波长的波段中的辐射。该波段典型地位于近红外，即波长小于1,100nm的红外。传感器可以仅递送场景的深度图，或者深度图与可见图像结合形成的三维图像。
图像传感器包括通常布置成阵列的多个像素。传感器感兴趣的每个波段的辐射都特别地由分布在阵列中的像素捕获，这些像素主要对该波段中的辐射敏感。
在实践中，当像素被设计为对波段中的辐射敏感时，该像素也对位于波段之外的辐射敏感。位于目标波段之外的辐射形成了寄生辐射，其被像素检测到会降低图像质量。因此，期望设计成对波段之一中的辐射敏感的像素能够对位于该波段之外的辐射尽可能地不敏感。
发明内容
实施例提供了一种图像传感器，其包括多个像素，其中每个像素包括：半导体光电检测区域；金属区域，其布置在半导体区域的第一表面上；带通或带阻干涉滤光器，其布置在所述半导体区域的与所述第一表面相对的第二表面上；并且在所述半导体区域和所述金属区域之间，吸收层的一部分由与所述半导体区域的材料不同的材料制成，所述吸收层能够在单个通道中吸收干涉滤光器的通带或阻带的中心波长处的超过30％的入射辐射。
根据实施例，在每个像素中，半导体层由硅制成。
根据实施例，在每个像素中，吸收层包括锗或碳。
根据实施例，在每个像素中，吸收层部分被掺杂。
根据实施例，在每个像素中，吸收层是非晶的。
根据实施例，在每个像素中，吸收层是导电的并且耦接到施加偏置电势的节点。
根据实施例，吸收层部分具有吸收元件和/或开口的网络图样。
根据实施例，每个像素包括位于半导体区域一侧紧靠吸收层的电介质层的一部分。
根据实施例，在每个像素中，干涉滤光器包括具有不同光学指数的交替层的重复。
根据实施例，在每个像素中，中心波长在从700nm到1100nm的波长范围内。
根据实施例，每个像素包括覆盖了半导体区域的第一表面的额外的彩色滤光器或红外滤光器。
将在下面结合附图对具体实施例的非限制性描述中详细讨论前述和其他特征和优点。
附图说明
图1是示意性地示出图像传感器像素的示例的截面图；
图2是示意性地示出图1的像素的滤光器的透射率根据波长的变化的示例的图；
图3是示意性地示出图1的像素的滤光器的透射率根据波长的变化的另一示例的图；
图4是示意性地示出图像传感器像素的实施例的截面图；
图5是示意性地示出图1的像素和图4的像素的检测灵敏度根据波长的变化的示例的图；
图6是示意性地示出图1的像素和图4的像素的检测灵敏度根据波长的变化的另一示例的图；
图7是示意性地示出半导体光电检测区域对光辐射的吸收根据波长的变化的示例的图；
图8是示意性地示出图4的像素的替代实施例的截面图；
图9以俯视图示意性地示出图4的像素的吸收层的替代实施例；
图10以俯视图示意性地示出图4的像素的吸收层的另一替代实施例；
图11是示意性地示出包括图9的吸收层的像素的实施例的截面图；
图12是示意性地示出图11的像素的替代实施例的截面图；
图13是示出图4的像素的另一替代实施例的截面图；
图14是局部且示意性地示出图像传感器的实施例的截面图；
图15是局部且示意性地示出图像传感器像素的实施例的截面图；
图16是示意性地示出图像传感器像素的实施例的截面图；并且
图17是局部且示意性地示出图像传感器的另一实施例的截面图。
具体实施方式
在不同的附图中，相同的元件用相同的附图标记指定。特别地，不同实施例公共的结构和/或功能元件可以用相同的附图标记指定并且可以具有相同的结构、尺寸和材料特性。
为清楚起见，仅示出和详细描述了对于理解所描述的实施例有用的那些步骤和元件。特别地，没有详细描述图像传感器的元件，诸如包括允许像素操作的晶体管的电路，所描述的实施例与允许图像传感器的像素操作的常用电路兼容。此外，没有详细描述对于给定波长的抗反射堆叠的层的厚度的选择以及给定波段中的带通或带阻滤光器厚度的选择，其中所描述的堆叠和滤光器与使能选择抗反射堆叠的层的厚度和干涉滤光器的厚度的常用方法兼容。
贯穿本公开，术语“连接”用于指定电路元件之间的直接电连接，除了导体之外没有中间元件，而术语“耦接的”用于指定电路元件之间的电连接，该电路元件可以是是直接的，或可以经由一个或多个其他元件。
在以下描述中，当提及限定绝对位置的术语诸如术语“前”、“后”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”等、或限定相对位置的术语诸如术语“之上”、“之下”、“上方”、“下方”等、或限定方向的术语诸如术语“水平”、“垂直”等时，除非另有说明，否则它指的是附图的取向。
术语“约”、“大致”、“基本上”和“大约”在本文中用于指定所讨论的值的正负10％、优选地正负5％的公差。
除非另有说明，否则术语光学指数指定复光学指数的实部。
图1是示意性示出图像传感器的像素100的示例的截面图。像素例如位于像素阵列中，并且其横向边缘与邻近像素接触。
在附图的取向上，传感器旨在接收从像素顶部到达的光辐射。术语光辐射在此指定可见辐射或位于近红外中的辐射。光辐射典型地源自面向像素的场景元素。
像素100包括典型地由硅制成的半导体光电检测区域110。半导体区域110可以由填充有电绝缘体(例如，氧化硅)的绝缘沟槽115界定。作为变型，沟槽包括与区域110绝缘的导体。沟槽115将各个半导体区域110与图像传感器的邻近像素分离。
作为示例，像素跨2至5微米范围内(例如大约3微米)的宽度横向延伸。区域110典型地具有与在附图的取向上的高度相对应的厚度，在2至10微米的范围内，例如大约3微米。
半导体区域110的下表面或前表面被绝缘层120覆盖。金属区域122位于层120中。区域122典型地是导电元件，诸如填充通孔的导体和/或导电迹线。导电元件连接到另一未示出的组件，诸如晶体管，其允许像素和/或图像传感器的各个部分的操作。
在示出的示例中，像素在光辐射到达的一侧上包括透镜130。透镜130使能将光辐射聚焦到光电检测区域110。
此外，像素100可以包括滤光器140，该滤光器140覆盖位于光辐射到达的一侧上的光电检测区域110的表面。滤光器140优选地位于透镜130和光电检测区域110之间。滤光器140用于选择由像素检测到的辐射的波长。优选地，滤光器140是有机滤光器，例如由树脂制成。滤光器140可形成红外滤光器，即，让路于红外波长优选地近红外波长中的光辐射。滤光器140可以形成彩色滤光器，即，让路于优选地对应于红色、绿色或蓝色的可见范围内的波段中的光辐射。
像素还可以包括抗反射层150。层150可以包括一个或多个电介质层。设置抗反射层150以限制在由像素检测到的波长处的光辐射的向上反射。
像素100还包括干涉滤光器160。干涉滤光器是具有交替的光学指数的多个层的堆叠。作为示例，干涉滤光器包括第一层和第二层的交替，优选地由第一层和第二层的交替形成，第一层彼此相同，并且第二层彼此相同。优选地，干涉滤光器包括至少两个、例如至少三个第一层，以及至少两个、例如至少三个第二层。作为示例，第一层是电介质，并且第二层是电介质和/或金属层，其足够薄到至少是部分透明的。干涉滤光器优选地由氧化硅层形成，在它们之间插入有硅或氧化钛或氮化硅层。干涉滤光器的厚度优选地小于区域110的宽度，例如小于2.0微米。干涉滤光器160可以是带阻滤光器或带通滤光器，即分别阻挡或让路于波段中的辐射。
图2是作为示例示意性地示出在滤光器160是带阻滤光器的情况下图1的像素的干涉滤光器160的透射率T200(在纵坐标中，在0％和100％之间)根据波长λ(在横坐标中，以nm计)的变化的图。对于到达滤光器160的上表面并且基本上正交于滤光器160的层的中间平面(mean plane)的辐射，将透射率定义为等于该辐射从滤光器的下表面出来的百分比。
带阻干涉滤光器被设计用于阻挡围绕中心波长λ0、例如在700到1100纳米范围内(在示出的示例中大约为875nm)的近红外辐射。例如，中心波长λ0对应于透射率最小值。优选地，滤光器160让路于波长λ0处的小于30％的辐射。优选地，干涉滤光器被设计为使得在波长范围210中透射率低，例如低于50％，在包括范围210的波长范围220之外透射率高，例如高于75％。范围210定义了滤光器的阻带。作为示例，范围210具有大于150nm的宽度并且完全在700和1100纳米之间，并且范围220具有大于250nm的宽度。范围220和210的宽度之间的差例如在100至200nm的范围内。
在本示例中，干涉滤光器160包括七个交替的氧化硅层和氮化硅层。滤光器的总厚度大约为1.0微米。
当设置像素以检测可见光时，这种带阻干涉滤光器优选地用于近红外中。可选的滤光器140然后是彩色滤光器。尽管滤光器140被设计成仅让路于可见范围内的波段的辐射，但是实际上，当滤光器140例如由树脂制成时，滤光器140也让路于近红外辐射。然后，干涉滤光器160旨在限制对近红外辐射的检测。
发明人已经观察到，事实上，尽管存在干涉滤光器160，但被干涉滤光器160部分切割的波段中的辐射仍被检测区域110检测到。从而，在图像传感器中，近红外辐射的检测增加了对应于图像的可见辐射的检测，这降低了图像的质量。
图3是作为示例示意性地示出在滤光器160是带通滤光器的情况下图1的像素的干涉滤光器160的透射率T300(在纵坐标中，在0％和100％之间)根据波长λ(在横坐标中，以nm计)的变化的图。
带通干涉滤光器设计为让路于围绕中心波长λ0的波段中的辐射。中心波长优选地位于近红外中，例如在700至1100nm的范围内(在示出的示例中大约为950nm)。透射率优选地具有围绕中心波长的峰的形状。例如，对于中心波长λ0，透射率接近100％，并且在波长λ0的任一侧透射率减小。峰的一半最大值L处的全宽度典型地为大约35nm。峰可以具有多个顶点(在示出的示例中为两个顶点)，并且一半最大值由最高顶点的高度的一半定义。滤光器的通频带或通带由透射率大于峰的中间高度的波长定义。中心波长λ0然后对应于通带的中心。透射率接近零，例如小于1％，远离中心波长λ0超过50nm。
在本示例中，滤光器160包括十八个氧化硅和氮化硅的交替层。滤光器的总厚度例如大约为1.5微米。
例如，当传感器为与红外脉冲发射器相关联的飞行时间类型时，使用这种带通滤光器。然后设计滤光器，使得脉冲的波长位于滤光器的通带中。例如，脉冲的波长位于以波长λ0为中心的波段310中。作为示例，波段310具有大约25nm的宽度。优选地，滤光器140然后仅让路于红外辐射，这使能切断滤光器160可能展现在红外辐射范围之外的可能的次级峰。作为变型，可以省略滤光器140。
发明人已经观察到，在实践中，光电检测区域110在比所期透射率峰更宽的波段中检测辐射。从而，除了脉冲之外，像素还检测位于波段310外部的红外辐射。红外辐射形成寄生辐射，该寄生辐射不利地影响了所获得的深度图的质量。
以下描述的实施例使能改善从可见辐射获得的图像的质量和/或深度图像的质量。
图4是示意性示出图像传感器像素400的实施例的截面图。
像素400包括与图1的像素100相同或相似的元件，它们相同或相似地布置，即：
-例如由绝缘沟槽115界定的半导体光电检测区域110；
-一个或多个金属区域122；
-干涉滤光器160；以及
-优选地，透镜130和/或滤光器140，和/或抗反射层150。
以下将不再详细描述这些元件。
像素400在一个或多个金属区域122和光电检测区域110之间包括吸收层410的一部分。优选地，像素在光电检测区域110和吸收层410之间不包括金属元件。
层410由与半导体区域110的材料不同的材料制成。对于干涉滤光器160的中心波长λ0，层410的材料的吸收系数大于区域110的半导体材料的吸收系数。层410被选择为使得对于干涉滤光器160的中心波长λ0以及对于基本上正交于层410的中间平面的入射辐射，超过30％、优选地超过50％的辐射在单个通道中被吸收到层410中。换句话说，超过30％、优选地超过50％的通过层410的表面进入的辐射被吸收到层410中并且没有到达层410的另一个表面。例如，对于波长λ0，进入层410的大致55％的辐射在单个通道中被吸收到层410中。例如，超过30％、优选地超过一半的在700nm至1,000nm之间的波长范围内的任何辐射在单个通道中被吸收到层410中。优选地，在滤光器160的阻带或通带中超过30％、优选地超过一半的任何辐射在单个通道中被吸收到层410中。
进入层410的辐射强度的单个通道中吸收的比例A可以由表达式A＝1-exp(-a(λ)*d)确定，其中a(λ)是层410的每个厚度单位吸收的波长λ的辐射的分数，exp是指数函数，并且d是吸收层410的厚度。优选地，厚度d小于500nm，例如，在100nm到200nm的范围内。可以通过表达式a(λ)＝4π*k(λ)/λ来确定值a(λ)，其中k(λ)是层410的材料在波长λ处的消光系数，即层410的材料的复光学指数的虚部。
优选地，对于波长λ0，层410的材料具有大于0.3、例如大于0.5的消光系数k(λ0)。对于在从700nm到1000nm的波长范围内的任何波长λ，材料的消光系数k(λ)优选地大于0.3，例如大于0.5。为此目的，层410优选地由锗或碳制成。
在锗层410的情况下，锗优选地是非晶的。非晶锗可能是由于在环境温度下通过蒸发或通过磁控溅射进行沉积、可能随后在小于420℃的温度下进行退火而产生的。不论是否为非晶，锗都可以进一步被氢化。优选地，结晶的或非晶的锗掺杂有例如硼或磷。然后，锗的掺杂水平优选地大于10^18原子/cm^3(其中“^”表示指数函数)。
在碳层410的情况下，碳优选地是非晶的。非晶碳可以由磁控溅射，优选地随后在大于大致600℃、例如600℃或例如大致750℃的温度下退火而产生。非晶碳还可以由例如在500℃至600℃范围内的温度下的等离子体增强化学气相沉积(PECVD)产生。
优选地，像素400在光电检测区域110和层410之间还包括例如由氧化硅或氮化物制成的电绝缘层420。层420例如与光电检测区域110接触。在层410导电的情况下，层420特别地使能区域410与光电检测区域110电绝缘。
图5是作为示例示意性地示出在干涉滤光器为图2的带阻滤光器的情况下以参考像素的检测灵敏度在0和100％之间的百分比表示的图1的像素的检测灵敏度510和图4的像素的检测灵敏度520根据波长λ(在横坐标中，以nm计)的变化的图。在没有干涉滤光器160的情况下，参考像素对应于图1的像素。
在图1的像素中，尽管存在设置为让路于在该波长处小于30％的辐射的滤光器160，但干涉滤光器在中心波长λ0处的检测灵敏度保持在参考像素的检测灵敏度的大约60％。在图4的像素中，相对于参考像素的检测灵敏度，干涉滤光器160的中心波长λ0处的检测灵敏度降低了超过70％。
因此，层410的存在使能减少对近红外区中的寄生辐射的检测，并因此改善图像的质量。
图6是作为示例示意性地示出在干涉滤光器为图3的带通滤光器的情况下以参考像素的检测灵敏度的0％到100％之间的百分比表示的图1的像素的检测灵敏度610和图4的像素的检测灵敏度620根据波长l(在横坐标中，以nm计)的变化的图。
图1的像素具有灵敏度峰，其一半最大值L1处的全宽度接近60nm。这种一半最大值处的全宽度大于滤光器160的透射率峰的一半最大值L2处的全宽度。图4的像素的检测峰的一半最大值处的全宽度小于图1的像素的检测峰的一半最大值处的全宽度。
因此，在检测到的红外辐射当中，位于波段310之外的红外辐射的比例在图4的像素中比在图1的像素中更小。因此，层410的存在降低了检测到的寄生辐射的比例，并且因此使能提高所捕获的深度图像的质量。
以下结合图7详细说明层410的功能。
图7是作为示例示意性地示出在通过光电检测区域110的单个通道中由光电检测区域110对光辐射的吸收T700根据波长(在横坐标中，以nm计)的变化的图。
位于近红外的辐射被区域110部分吸收和检测。例如，对于干涉滤光器的中心频率λ0，区域110在单个通道中吸收和检测到达区域110的辐射典型地在1％至50％之间，优选地在2％至25％之间。
在不存在层410的情况下，到达区域110的辐射可以在几乎没有被吸收的情况下第一次从顶部到底部穿过区域110，并且然后在被反射到一个或多个金属区域122上之后从底部到顶部第二次穿过区域110。辐射然后执行往返。
对于某些波长，干涉滤光器160仅让路于辐射的一部分，例如从1％至80％。例如，这种情况发生在图2的带阻滤光器所截取的整个波段上，以及图3的带通滤光器的透射率峰的横向部分中。然后，干涉滤光镜会反射辐射的非透射部分。
在不存在吸收层410的情况下，对于由滤光器160部分透射的这种波长，具有交叉滤光器160的辐射然后在底部的金属区域122与顶部的部分反射滤光器160之间执行多次往返。干涉滤光器让路的辐射越少，反射越多，并且往返次数越多。因此，滤光器160对到达区域110的辐射的减少与通过区域110的通道数量的增加一起进行。一旦其进入区域110，则在往返次数大的时更加检测到辐射。因此，通过滤光器106进入的辐射的减少不会导致像素的检测灵敏度的样本幅度的减少。
在存在吸收层410的情况下，通过区域110的辐射的通道的数量受到层410的限制。这降低了对于滤光器160的部分透射的波长的辐射的检测灵敏度。在层410上，滤光器160对寄生辐射的部分阻挡然后导致像素检测寄生辐射的灵敏度相应降低。可见和/或红外图像的质量因此得到改善。
优选地，将吸收层410与光电检测区域110(图4)分离的绝缘层420与吸收层410接触。层420的材料通常具有小于吸收层的光学指数或折射率的光学指数或折射率，例如，层410和420的光学指数相差超过1.5。作为示例，层420由氧化硅制成。此外，层120(图4，位于吸收层410下方)优选地与层410接触。例如，层120通常包括与吸收层410接触的具有小于吸收层410的光学指数的光学指数的材料，例如吸收层410的指数与该材料的指数相差超过1.5。作为示例，层120的绝缘体是氧化硅。
优选地选择层410和420的厚度以及金属区域122的位置，使得吸收层410、绝缘层420和包括金属区域122的层120一起形成抗反射堆叠。优选地，对于中心波长λ0，抗反射堆叠反射小于到达光电检测区域110一侧的抗反射堆叠的辐射的50％，例如小于20％。
朝向光电检测区域反射的辐射的比例的减少使能增加层410的吸收。因此，与如果层410、420完全不形成抗反射配件的情况相比而言，所获得的图像的质量更好。
优选地，层420包括例如由多个堆叠的电介质层形成，该多个堆叠的电介质层由具有不同光学指数的材料制成，例如由氧化硅和氮化硅制成。与由单一材料制成的层420相比而言，可以选择这些层的材料和厚度以减小由抗反射堆叠反射的辐射的比例。优选地，层420包括，例如，由与区域110接触的氧化硅层和与层410接触的氮化硅层形成。作为示例，氧化硅层的厚度在10至30纳米的范围内。作为示例，氮化硅层的厚度在30至50纳米的范围内。
尽管本文已经描述了部分检测近红外辐射的硅光电检测区域，但是该光电检测区域可以由另一种半导体制成。然后，该另一半导体可以具有仅部分吸收和检测辐射的波长范围。在此范围内选择干涉滤光器的中心波长。优选地，选择吸收层以在单个通道中吸收该波长范围内的任何辐射的30％以上，例如50％以上。
图8是示意性示出图4的像素的替代实施例800的截面图。
在该变型中，层410是导电的，并且例如经由形成互连迹线的金属区域122之一而耦接至优选地连接至施加偏置电压VB的节点。将偏置电压施加到吸收层410使能释放可能被困在层420中的电荷。此外，该偏置电压的施加可以使能避免将电荷存储在层410中，这可能会干扰区域110的电势。
作为示例，绝缘沟槽115每个均包括通过绝缘体815与区域110绝缘的导电区域810。区域810通过连接件820耦接到(优选地，连接到)金属区域122中的一些。因此已经为每个沟槽获得了使能静电影响区域110和/或减小或中和暗电流的电容元件。实际上，暗电流的减小或中和可以通过累积空穴来存储电子或累积电子来存储空穴而获得。
层410在连接件820的水平处具有开口830。开口830使能连接件820与吸收层410电绝缘。任何电连接交叉层410可以通过开口830与层410绝缘。电连接例如形成朝向像素的元件诸如晶体管或结的接触。开口830优选地位于像素边缘的水平处。然而，可以省略区域810、连接件820和开口830。
图9以俯视图示意性地示出了图4的像素的吸收层410的替代实施例410A。
吸收层410A包括形成网络图样的吸收元件910。在示出的示例中，吸收元件是层部分，例如，每个层部分为平板或垫的形状。吸收元件在俯视图中每个均具有例如正方形的形状。吸收元件优选地由诸如以上为图4的层410定义的那些的吸收材料制成。优选地，由元件910形成的图样是规则的网络，例如阵列。然而，所描述的实施例不限于常规网络。
吸收层410A在吸收元件之间包括电介质材料920，该电介质材料920的光学指数小于吸收元件的光学指数。优选地，材料920的光学指数与吸收元件910的光学指数之间的差大于1.5。作为示例，材料920是氧化硅。
阵列的线和行的间距或网络图样的间距优选地小于波长λ0的一半，例如小于波长λ0的四分之一。因此，避免了层410A衍射该波长处的辐射。然后，层410A具有在材料920的光学指数和吸收元件910的材料的光学指数之间的平均有效光学指数。可以选择该平均有效光学指数以限制在层410的上表面上的反射。这使能相对于连续层410改善层420、410和120的堆叠的抗反射功能。因此提高了所获得图像的质量。
优选地，在阵列的线和行方向上，垫具有相同的尺寸并且以相同的间距布置。这使能对于任何光偏振都可以获得相同的光学特性。
图10示意性地示出了图4的像素的层410的另一替代实施例410B。层410B对应于图9的层410A，其中电介质材料920的位置和吸收材料的位置已经被交换。因此，层410B的吸收材料形成限定开口1010的网格。开口1010以网络布置。开口1010填充有电介质材料920。
在吸收材料920导电的情况下，层410B可以代替图8的像素的层410。确实，网格形状使能整个吸收材料与偏置电压VB的施加节点电接触。
图11是示意性示出包括图9的层410A的像素1100的实施例的截面图。更具体地，像素1100对应于图4的像素400，其中层410已被图9的层410A代替。垫910和界定垫910的材料920占据层410A的整个厚度。材料920占据吸收层的整个厚度。通过用图10的层410B代替层410A获得类似的截面图。
图12是示意性示出图11的像素的替代实施例1200的截面图。在该变型中，由吸收材料和电介质材料920制成的垫910仅在层410A的上部上方延伸。层410A的下部形成在层410A的整个表面上延伸的固体连续层。
类似地，在图10的变体中，由吸收材料制成的网格和由电介质材料920制成的垫可以仅跨层410B的厚度的一部分延伸，层410B的下部形成由吸收材料制成的固体连续层。固体层可以在层410B的整个表面上延伸，或者优选地，在层410B的除了允许连接的通道的开口、诸如关于图8描述的开口830之外的整个表面上延伸。
图13是示意性示出图4的像素的另一替代实施例1300的截面图。在该变型中，腔1310从其上表面在区域110中延伸。腔1310填充有电介质材料，例如氧化硅。腔1310优选地布置在网络中。网络的间距例如大于由像素检测到的波段的中心波长的一半。在滤光器160是带通滤光器的情况下，网络的间距优选地大于滤光器160的中心波长λ0的一半。
腔1310和区域110的布置在其腔之间的部分1320形成衍射光栅。衍射光栅在从光电检测区域110的顶部进入的辐射的传播中引入角度。然后，该辐射利用区域110的侧壁之间的区域110中的水平分量执行多次往返。因此，增加了区域110内辐射的行进长度，并且因此增加了区域110检测到辐射的可能性。与像素的底部和顶部之间的往返相反，该往返的次数取决于滤光器160的透射率，水平往返对于由像素检测到的波段的所有波长基本上以相同的方式增加检测。因此，区域110的上部中的衍射光栅为像素1300提供了比不包括这种衍射光栅的像素对辐射的敏感性更高的对辐射的敏感性，同时保持了通过限制垂直往返次数而提供的图像质量的优势。
图14是部分且示意性示出包括图4的像素400的类型的像素的图像传感器1400的实施例的截面图。传感器1400可以捕获三维彩色图像或彩色和红外图像。
更具体地，已经示出了传感器1400的四个像素400R、400G、400B和400Z的群组。像素400R、400G、400B和400Z每个对应于图4的像素400，其中滤光器140分别由滤光器140R、140G、140B和140Z形成，分别让路于蓝光、绿光、红光、和近红外辐射。滤光器140Z是可选的。
在像素400R、400G和400B的每个中，图4的像素400的干涉滤光器160由图2的滤光器类型的带阻干涉滤光器160BC形成。优选地，滤光器160BC为像素400R、400G和400B公共的相同的连续滤光器。在像素400Z中，图4的像素400的干涉滤光器160由例如图3的滤光器类型的带通干涉滤光器160BP形成。
优选地，吸收层410、可能的绝缘层420和层120对于各种传感器像素是公共的，并且特别是对于示出的像素的群组中的四个像素是公共的。
如以上提到的，吸收层410限制了像素中的每个的顶部和底部之间的光的往返次数，从而提高了捕获图像的质量。
此外，吸收层410限制了光辐射的量，特别是红外光辐射的量，其在从上到下穿过像素之一的区域110之后，被金属区域122朝着邻近像素反射。这对应于图像质量的额外改善。
为了形成像素400R、400G、400B和400Z，优选地，在半导体基板中在前形成区域110和分离区域110的沟槽115。然后，在基板的前侧(下表面)上形成可能的绝缘层420、吸收层410和包含金属区域122的绝缘层120。优选地，然后将手柄1410(例如，半导体晶片)粘合在绝缘层120的前表面上。然后，例如通过抛光将所有元件从基板的背侧向下移除到限定区域110的上部水平的水平。
然后，在第一步中，形成滤光器160BP。为此目的，例如，区域110的所有上表面被形成滤光器160BP的交替层的第一堆叠所覆盖，此后，然后例如通过蚀刻去除位于像素400R、400G和400B的位置处的层的第一堆叠的部分。
在第二步中，形成滤光器160BC。为了实现这一点，例如，在第一步获得的结构被对应于滤光器160BC的层的第二堆叠所覆盖。然后例如通过化学机械抛光去除位于像素400Z的位置处的第二堆叠的部分。
然后形成滤光器140R、140G和140B、以及可选的滤光器140Z、以及然后可选的透镜130。
由于滤光器很薄，因此滤光器部分通过的寄生辐射就更多。由于吸收层410A降低了对这种寄生辐射的检测的事实，因此对于给定数量的吸收的寄生辐射，即对于给定的图像质量，相对于不包括层410A的传感器的滤光器的厚度可以减小。然后可以使透镜130靠近区域110，这使能增大传感器的视角，并且这不改变图像质量。此外，这种厚度减小在区域1420的宽度或水平尺寸上具有相应的减小，在该区域1420中，对应于滤光器160BC的第二堆叠其层相对于滤光器160BP的侧面横向堆叠。在区域1420中，滤光器160BC具有降低的滤波特性。与不包括吸收层410的传感器相比而言，减小该区域的事实使能在不改变图像质量的情况下减小像素的大小。
图15是部分且示意性地示出包括图4的像素400的类型的像素的图像传感器1450的实施例的截面图。传感器1450示出了图14的传感器1400的元件，不同之处在于滤光器160BC和160BP的制造包括在第一步和第二步之间的附加步骤。
在该附加步骤中，在像素400R、400G和400B的位置直至第一步中形成的滤光器160BP的上部水平形成了例如由氧化硅制成的电介质层。为了实现该目的，用氧化物层覆盖在第一步中获得的结构，此后，例如通过化学机械抛光去除位于滤光器160BP的上表面上方的所有元素。
然后，在第二步中，将与滤光器160BC相对应的第二堆叠沉积在由抛光留下的平坦表面上，并且通过蚀刻从像素400Z的位置去除第二堆叠的部分。
有利地，由于滤光器160BC形成在平坦的表面上并且通过蚀刻来界定的事实，它们在滤光器的整个表面上形成厚度恒定的平面层的堆叠。因此，过滤质量比利用非平面层和/或厚度不恒定的滤光器要好。
在随后的步骤中，例如由氧化硅制成的电介质层部分可以形成在像素400Z的位置处，直到滤光器160BC的上部水平。为了实现该目的，例如，在第二步中获得的结构覆盖有例如由氧化硅制成的电介质层，此后，例如通过化学机械抛光去除位于滤光器160BC的上表面上方的所有元素。
图16是示出图像传感器像素1500的实施例的局部简化截面图。像素1500包括与图4的像素400的那些相同或相似的元件。像素1500与图4的像素不同之处在于，像素1500在吸收层410和绝缘层120之间从吸收层410开始依次包括例如由硅制成的电介质层1510、导电层1520、绝缘层1525和半导体区域1530。可以省略导电区域1520和绝缘层1525。
为了形成像素1500，在半导体基板中形成区域110和沟槽115。基板的前侧(下表面)然后利用可能的绝缘层420覆盖，并且然后通过吸收层410覆盖。吸收层410用例如由氧化硅制成的电介质层1510覆盖。
在电介质层1510之后，形成导电区域1520。例如，区域1520限定接地平面并且覆盖半导体基板的整个下表面(或前侧)。然后形成例如由氧化硅制成的绝缘区域1525。此后，通过分子键合将半导体区域1530键合到层1525。然后，图像传感器的电子电路的组件在其下表面侧(前侧)的半导体区域1530的内部和顶部上形成例如晶体管(未示出)。然后，形成绝缘层和金属区域122。区域122优选地对应于图像传感器电路的组件之间的互连迹线。
例如，在像素制造的后续步骤中形成层150、干涉滤光器160、可选的滤光器140和可选的透镜130。
像素1500的优点在于，图像传感器电路的一部分独立于光电检测区域110形成在区域1530的内部和顶部，与不包括半导体区域1530的图像传感器相比而言，它使能减小像素大小或集成附加功能。此外，区域1520的存在可以使能图像传感器电路的操作最优化。
像素1500中的层1510和区域1520的存在对光的反射与图4的像素400中的层120和区域122具有相同的影响。在像素1500中，层410限制区域1520和滤光器160上在反射之后腔110中辐射的可能往返次数。在包括像素类型为1500的像素的传感器中，以与在包括图4的像素类型为400的像素的图像传感器中相同的方式获得改善的图像质量。
优选地选择层420、410和1510，使得层420、410和1510的堆叠具有抗反射效果，与关于图4针对层420、410和120的堆叠所描述的抗反射效果相同。
图17是局部且示意性地示出图像传感器1600的实施例的截面图。图像传感器1600包括与图14的传感器1400的元件的那些相同或相似的元件、相同或相似地布置，不同之处在于像素400Z被替换为像素1600Z。
像素1600Z包括与图14的像素400Z的那些相同或相似的元件、相同或相似地布置，即光电检测区域110Z、以及层420Z、410Z和120Z分别与图4的像素400Z的光电检测区域110以及层420、410和120相同或相似。在像素1600Z中，半导体光电检测区域110Z位于比像素400R、400G和400B的光电检测区域110的水平更低的水平处。像素1600Z还包括位于其光电检测区域110Z和其滤光器160BP之间的光透射区域1602和1604。
区域1602位于与像素140R、140G和140B的区域110相同的水平处，并且区域1604在区域110Z和光透射区域1602之间垂直延伸。像素1600Z的区域110Z位于基板1610中，该基板1610在像素400R、400G和400B公共的层120下方水平延伸。层420Z、410Z和120Z在基板1610的下表面上水平延伸。
诸如晶体管的组件(未示出)形成在基板1610的下表面或前侧上。这种晶体管例如通过形成位于层120Z中的金属区域122Z的迹线互连。透射区域1602优选地由与像素400R、400G、400B的区域110相同的半导体制成。区域1604优选地由电介质制成，例如由氮化硅或非晶硅制成，并且从区域1602的下表面延伸穿过层420、410和120。
在操作中，由滤光器160BP透射的光辐射被光学区域1602和1604一直引导到光电检测区域110Z。
传感器可以具有由晶体管之间的区域122和122Z形成的晶体管和金属互连的密度，其大于在不包括在像素400R、400G和400B下方延伸的基板1610的传感器中的晶体管和互连的密度。传感器1600因此可以是特别紧凑的。
为了形成传感器1600，在例如由硅制成的半导体基板1620中形成区域110和分离区域110的沟槽115。然后，在基板1620的前侧上形成可选组件，诸如晶体管、可选的绝缘层420、吸收层410、包含金属区域122的绝缘层120和区域1604。
诸如晶体管、可选的绝缘层420Z、吸收层410Z和包含金属区域122Z的绝缘层120Z的可选组件分开形成在包括区域110Z的基板1610的前侧(下表面)上。
手柄1630、例如半导体基板结合到绝缘层120Z的前侧。然后，例如通过化学机械抛光将基板1610的位于背侧上的部分向下去除至区域110Z的上部水平。
然后，将基板1610的背面粘合到层120和区域1604的前侧。
然后，例如通过抛光将所有元件从基板1620的背侧向下去除到限定像素400R、400B和400Z的区域110的上部水平的水平。
然后，形成滤光器160BC、160BP、140R、140G、140B、可选的滤光器140Z和可能的透镜130，以与关于图14所描述的那些相同的方式来形成这些元件。
已经描述了各种实施例和变型。本领域技术人员将理解，这些各种实施例和变型的某些特征可以被组合，并且本领域技术人员将想到其他变型。特别地，关于图8至图13描述的变型和实施例彼此兼容，并且可以单独地或组合地应用于图14至图17的实施例。
最后，基于以上给出的功能指示，所描述的实施例和变型的实际实施方式在本领域技术人员的能力范围内。
这样的改变、修改和改进旨在成为本公开的一部分，并且旨在落入本发明的精神和范围内。因此，前面的描述仅借由示例，并不旨在限制本发明。本发明仅由所附权利要求书及其等效物所限定。

Claims (11)

1.一种图像传感器，包括多个像素(400)，其中每个像素包括：
半导体光电检测区域(110)；
金属区域(122)，其布置在半导体区域的第一表面上；
带通或带阻干涉滤光器(160)，其布置在所述半导体区域的与所述第一表面相对的第二表面上；并且
在所述半导体区域(110)和所述金属区域(122)之间，吸收层(410)的一部分由与所述半导体区域的材料不同的材料制成，所述吸收层能够在单个通道中吸收干涉滤光器的通带或阻带的中心波长(λ0)处的超过30％的入射辐射。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，在每个像素中，所述半导体层(110)由硅制成。
3.根据权利要求1或2所述的图像传感器，其中，在每个像素中，所述吸收层(410)包括锗或碳。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的图像传感器，其中，在每个像素中，所述吸收层部分(410)被掺杂。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的图像传感器，其中，在每个像素中，所述吸收层(410)是非晶的。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的图像传感器，其中，在每个像素中，所述吸收层(410)是导电的并且耦接到施加偏置电压的节点(VB)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的图像传感器，其中，所述吸收层部分(410)具有吸收元件(920)和/或开口(1010)的网络图样。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的图像传感器，其中，每个像素包括位于所述半导体区域(110)一侧紧靠所述吸收层(410)的电介质层(420)的一部分。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的图像传感器，其中，在每个像素中，所述干涉滤光器(160)包括具有不同光学指数的交替层的重复。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的图像传感器，其中，在每个像素中，所述中心波长(λ0)在从700nm到1100nm的波长范围内。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的图像传感器，其中，每个像素包括覆盖了所述半导体区域(110)的第一表面的额外的彩色滤光器(140R、140G，140B)或红外滤光器(140Z)。
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