CN112740411A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
图像传感器包括光敏电路区域、外围电路区域和阻光结构。所述光敏电路区域形成在半导体晶片中，并且包括多个光敏器件。所述外围电路区域形成在所述半导体晶片中。所述阻光结构设置在多个光敏器件中的一个或多个与所述外围电路区域之间。所述阻光结构被配置为阻止至少一部分光到达所述多个光敏器件中的一个或多个，其中漫射光来自所述外围电路区域。所述阻光结构包括与所述半导体晶片的材料不同的材料。
Description
技术领域
本公开涉及半导体设计与制造领域，更具体地，涉及图像传感器及图像传感器的制造方法。
背景技术
可以在标准半导体生产线上制造的图像传感器(例如互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器)被广泛用于消费电子、安全监控、工业自动化、人工智能、物联网等，用于图像数据的收集和组织，为后续处理和应用提供信息。
发明内容
根据本公开，提供了一种图像传感器。所述图像传感器包括光敏电路区域、外围电路区域和阻光结构。所述光敏电路区域形成在半导体晶片中，并且包括多个光敏器件。所述外围电路区域形成在所述半导体晶片中。所述阻光结构设置在多个光敏器件中的一个或多个与所述外围电路区域之间。所述阻光结构被配置为阻止至少一部分漫射光到达所述多个光敏器件中的一个或多个。所述漫射光来自所述外围电路区域。所述阻光结构包括与所述半导体晶片的材料不同的材料。
同样根据本公开，提供了一种制造图像传感器的方法。所述方法包括在半导体晶片中形成器件层，其中所述器件层包括光敏电路区域和外围电路区域，并且所述光敏电路区域包括多个光敏器件。所述方法还包括在所述多个光敏器件中的一个或多个与所述外围电路区域之间的半导体晶片中形成阻光结构。所述阻光结构被配置为阻止至少一部分漫射光到达所述多个光敏器件中的一个或多个。所述漫射光来自所述外围电路区域。所述阻光结构包括与所述半导体晶片的材料不同的材料。
附图说明
图1示意性地示出了根据本公开的一些实施例的示例性图像传感器的平面图。
图2示意性地示出了图1中的示例性图像传感器的截面图。
图3示意性地示出了根据本公开的一些其他实施例的另一示例性图像传感器的平面图。
图4示意性地示出了图3中的示例性图像传感器的截面图。
图5A示意性地示出了根据本公开的一些实施例的阻光结构的示例性配置。
图5B示意性地示出了根据本公开的一些其他实施例的阻光结构的另一示例性配置。
图6示意性地示出了包括根据本公开的一些实施例的反光结构的示例性图像传感器。
图7示意性地示出了包括根据本公开的一些其他实施例的反光结构的另一示例性图像传感器。
图8示意性地示出了根据本公开的一些实施例的包括吸光结构的示例性图像传感器。
图9示意性地示出了根据本公开的一些其他实施例的另一示例性图像传感器。
图10是根据本公开的一些实施例的制造图像传感器的示例性方法的流程图。
图11A至图11F示出了实现图10中所示的制造图像传感器的方法的示例性过程。
图12A至图12F示出了实现图10中所示的制造图像传感器的方法的另一示例性过程。
主要部件的附图标记
图像传感器-100
器件层-10
光敏电路区域-110
光敏器件-111
外围电路区域-120
阻光结构-130
阻光子结构-131
反光结构-132
吸光结构-133
沟槽-134
互连线层-20
滤色器层-30
半导体晶片-40
支撑基板-50
具体实施方式
将参考附图描述本公开的技术方案。应理解，所描述的实施例是本公开的一些而非全部实施例。在不付出创造性劳动前提下，本领域普通技术人员基于所描述的实施例所想到的其他实施例应落入本公开的范围内。
将参考附图描述示例实施例，在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记指代相同或相似的元件。
除非另外定义，否则本文中所使用的所有技术和科学术语具有与本领域普通技术人员通常所理解的含义相同或相似的含义。如本文所述，在本公开的说明书中使用的术语旨在描述示例实施例，而不是限制本公开。本文中所使用的术语“和/或”包括所列的一个或多个相关项目的任何合适的组合。
图像传感器可以包括形成在半导体晶片上的光敏电路区域和外围电路区域。可以在光敏电路区域周围形成外围电路，以例如驱动光敏电路区域中的部件或器件。光敏电路区域可以被配置为感测光并生成数字图像数据以形成图像。有时，不想要的光可能例如从外围电路区域进入光敏电路区域。这样的光，也称为漫射光，可以在外围电路区域中生成，或者可以在其他地方生成但是穿过外围电路区域而进入光敏电路区域。例如，图像传感器可以包括由半导体材料制成的各个部分。当图像传感器在操作中时，外围电路区域中的半导体材料的电荷载流子(例如，电子和空穴)的重新组合可以生成光子，形成漫射光。漫射光可以例如通过图像传感器的半导体晶片进入光敏区域，并且被光敏电路吸收，从而形成干扰信号，该干扰信号可以是源噪声。这样，可以降低图像传感器的信噪比，并且可以降低由图像传感器获取的图像的质量。
本公开提供了一种包括阻光结构的图像传感器。图像传感器可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、N型金属氧化物半导体(NMOS)图像传感器、或P型金属氧化物半导体(PMOS)图像传感器等。图像传感器可以是背面照明(BSI)图像传感器或正面照明(FSI)图像传感器。例如，图像传感器可以是BSI CMOS图像传感器。图像传感器可以感测入射光并通过光压转换生成数字图像数据。
图1和图2示意性地示出了根据本公开的一些实施例的示例性图像传感器100。图1是图像传感器100的平面图，并且图2是图像传感器100的截面图。图像传感器100可以形成在半导体晶片中，并且包括形成在半导体晶片中的器件层10。器件层10包括光敏电路区域110、外围电路区域120和阻光结构130。光敏电路区域110被配置为感测入射光以通过光压转换来生成数字图像数据。外围电路区域130被配置为获取由光敏电路区域110生成的数字图像数据和/或控制光敏电路区域110的操作。如图1和图2所示，光敏电路区域110包括多个光敏器件111。在一些实施例中，多个光敏器件111中的每一个可以与由图像传感器获取的图像的一个或多个像素相对应。在一些实施例中，多个光敏器件111中的两个或更多个可以与由图像传感器100获取的图像的一个像素相对应，即，一个光敏器件111可以与子像素相对应。
在一些实施例中，阻光结构130位于一个或多个光敏器件111与外围电路区域120之间。例如，如图1和图2所示，阻光结构130可以包围光敏电路区域110，以阻止漫射光到达光敏电路区域110。在一些其他实施例中，阻光结构130可以包括多个阻光子结构，并且多个阻光子结构中的每一个包围一个或多个光敏器件。图3和图4示意性地示出了根据本公开的一些实施例的另一示例性图像传感器100。图3是图像传感器100的平面图，并且图4是图像传感器100的截面图。在图3和图4中所示的示例中，阻光结构130包括多个阻光子结构131，并且多个阻光子结构131中的每一个包围一个光敏器件111。阻光子结构131可以阻止至少一部分漫射光到达光敏器件111。在一些实施例中，多个阻光子结构131中的至少一个中的每一个可以包围两个或更多个光敏器件111。阻光子结构131中的每一个可以阻止至少一部分漫射光到达被该阻光子结构131包围的光敏器件111。
图5A和图5B是根据本公开的阻光结构130的一部分或阻光子结构131的一部分的放大图。图5A和图5B分别示出了根据本公开的一些实施例的阻光结构130/阻光子结构131的两个不同的示例性构造。在一些实施例中，如图5A所示，阻光结构130/阻光子结构131包括连续的整体结构。在一些其他实施例中，阻光结构130/阻光子结构131可以包括多个阻光元件。阻光元件的数量可以是1、2、3、...或10等。在一些实施例中，多个阻光元件可以并行布置。在一些其他实施例中，可以将多个阻光元件中的两个或更多个布置为彼此不并行。例如，如图5B所示，阻光结构130/阻光子结构131包括并行布置的四个阻光元件。多个阻光元件中的两个相邻的阻光元件可以彼此间隔开适当的距离，例如，在大约1μm至大约20μm的范围内的距离。
阻光结构130/阻光子结构131的宽度(例如，如图5A所示)和形状可以考虑以下各项来配置：例如阻光效果、图像传感器100的有效面积(例如，外围电路区域120的面积与光敏电路区域110的面积之和)与总面积的比值、制造的技术限制和/或其他因素。例如，阻光结构130/阻光子结构131的宽度可以是例如大约0.1μm至大约2μm的范围内的值，并且阻光结构130/阻光子结构131的截面可以具有矩形形状或梯形形状等。
在一些实施例中，阻光结构130/阻光子结构131可以与光敏电路区域110/光敏器件111直接接触。在一些其他实施例中，阻光结构130/阻光子结构131可以与光敏电路区域110/光敏器件111间隔开。例如，光敏电路区域110与阻光结构130之间的距离可以是例如从5μm到大约100μm的范围内的值。
阻光结构130的材料可以与半导体晶片的材料不同，并且阻光结构可以具有与半导体晶片不同的物理和/或化学属性。
在一些实施例中，阻光结构130可以是反光结构130。图6是根据本公开的包括反光结构132作为阻光结构130的示例性图像传感器100的一部分的放大图。反光结构132可以整体上包围整个光敏电路区域110，或者可以包括多个反光子结构，每个反光子结构包围光敏电路区域110的一个或多个光敏器件111。在一些实施例中，反光结构132的折射率可以低于外围电路区域120的折射率，使得至少一部分漫射光可以在外围电路区域120与反光结构132之间的界面处反射，从而阻止所述至少一部分漫射光到达光敏电路区域110或光敏电路区域110中的光敏器件111。具有适合的物理和/或化学属性(例如，具有比半导体晶片低的折射率)的材料可以用于形成反光结构132。例如，反光结构132可以由二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳等中的一种或多种制成。
在上述实施例中，反光结构132被配置为通过由具有比半导体晶片低的折射率的材料制成的结构来反射漫射光。在这些实施例中，可以通过在反光结构132与包围反光结构132的材料(例如半导体晶片)之间的界面处的全反射来实现漫射光的反射。因此，以一定角度入射在界面上的一部分漫射光可能不会被反射，而是仍穿过反光结构132。在一些其他实施例中，反光结构132可以由本身能够反射光的反光材料制成。在这些实施例中，无论界面处的漫射光的入射角度如何，反光结构132都可以反射漫射光。在这种情况下，当漫射光入射到界面上时可以发生镜面光反射。
在一些实施例中，反光结构130可以包括多个层。多个层可以由相同材料或不同材料制成。例如，多个层中的每一个可以由二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳等制成。在一些实施例中，为了增强反光结构132的散热能力(并因此增强图像传感器100的散热能力)，反光结构132可以具有良好的散热能力并且具有比半导体晶片的折射率低的折射率。例如，反光结构132可以由既具有良好的散热能力又具有比半导体晶片的折射率低的折射率的材料制成。又例如，反光结构132可以由具有良好的散热能力的一种或多种材料以及具有比半导体晶片的折射率低的折射率的一种或多种材料制成。对于包括多个层的反光结构132，多个层中的一个或多个层可以具有良好的散热能力，并且多个层中的其他层可以具有比半导体晶片的折射率低的折射率。
可以考虑例如阻光效果、图像传感器100的有效面积与总面积的比值、制造的技术限制和/或其他因素来选择反光结构132的形状。在图6中所示的示例中，反光结构132的截面具有矩形形状。图6是示出了具有梯形形状的另一示例性反光结构132的截面图。梯形形状的角度可以根据例如反光结构132的折射率与外围电路区域120的折射率的比值来选择。例如，梯形形状可以具有在80度与90度之间的至少一个角度α。
在一些实施例中，阻光结构130可以是包括吸光材料的吸光结构133。图8是根据本公开的包括吸光结构133作为阻光结构130的另一示例性图像传感器100的一部分的放大图。类似于反光结构132，吸光结构133可以整体上包围整个光敏电路区域110，或者包括多个吸光子结构，每个吸光子结构包围一个或多个光敏电路区域110的光敏器件111。在一些实施例中，吸光结构133的光吸收系数可以大于半导体晶片的光吸收系数，使得吸光结构133可以吸收入射在吸光结构133上的至少一部分漫射光，从而阻止所述至少一部分漫射光到达光敏电路区域110或光敏电路区域110中的光敏器件111。具有适合的物理和/或化学属性(例如，具有比半导体晶片更高的光吸收能力)的材料可以用于形成吸光结构133。在一些实施例中，吸光结构133可以具有比半导体晶片更深的颜色。例如，吸光结构可以具有黑色。
在一些实施例中，吸光结构133可以包括多个层。多个层可以由相同材料或不同材料制成。被吸光结构吸收的漫射光可以产生热量。因此，为了增强吸光结构133的散热能力(并因此增强图像传感器100的散热能力)，吸光结构133可以具有良好的散热能力并且具有比半导体晶片更高的光吸收能力。例如，吸光结构133可以由既具有良好的散热能力又具有比半导体晶片更高的光吸收能力的材料制成。又例如，吸光结构133可以由具有良好散热能力的一种或多种材料以及具有比半导体晶片更高的光吸收能力的一种或多种材料制成。对于包括多个层的吸光结构133，多个层中的一个或多个层可以具有良好的散热能力，并且多个层中的其他层可以具有比半导体晶片更高的光吸收能力。
在一些实施例中，除了器件层10之外，图像传感器还可以包括其他部件。图9示出了根据本公开的一些实施例的示例性图像传感器100(例如，BSI CMOS图像传感器)。图像传感器100包括器件层10、互连线层20和滤色器层30。光敏电路区域110、外围电路区域120和阻光结构130在图像传感器100的器件层10中。互连线层20位于器件层10的一个侧面(例如，第一侧面)，用于耦接图像传感器100的集成芯片中的两个或更多个部件。互连线层20可以包括多个金属互连层和金属间介电层。滤色器层30包括多个滤色器，并且位于器件层的另一侧面(例如，第二侧面)，用于过滤入射光以获得入射光的不同颜色分量。例如，可以通过由滤色器层30过滤入射光来获得入射光的红色分量、绿色分量和蓝色分量。
在一些实施例中，图像传感器还可以包括微透镜阵列，该微透镜阵列例如布置在滤色器层的与面对器件层的一侧相对的一侧上。该微透镜阵列可以包括用于将光聚焦到光敏器件111上的多个微透镜。微透镜中的每一个可以具有平坦的表面和/或非球面的表面。聚焦的入射光可以由滤色器层30过滤，并且由器件层10的光敏电路区域110感测，以生成数字图像数据。
通过给图像传感器100配置有阻光结构130，可以防止部分或全部漫射光从外围电路区域120行进到光敏电路区域110。这样，可以减少由漫射光引起的干扰信号(例如，噪声)，并且因此可以增加图像传感器100的信噪比和施加到输出信号的最大放大率。因此，可以提高由图像传感器100获取的图像的质量。
此外，与现有技术相比，阻光结构130可以具有比现有技术中使用的虚设(dummy)区域小得多的截面宽度。这样，本公开提供的图像传感器100可以具有图像传感器100的有效面积与总面积的相对较高的比值。因此，本公开提供的图像传感器可以更紧凑，并且可以降低用于制造图像传感器的材料的成本。
本公开的另一方面提供了一种制造包括阻光结构的图像传感器的方法。图像传感器可以是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、N型金属氧化物半导体(NMOS)图像传感器、或P型金属氧化物半导体(PMOS)图像传感器等。图像传感器可以是背面照明(BSI)图像传感器或正面照明(FSI)图像传感器。例如，图像传感器可以是BSI CMOS图像传感器。图像传感器可以感测入射光并通过光压转换生成数字图像数据。
图10是制造图像传感器的示例性方法的流程图。如图10所示，该方法包括以下过程。
在1002处，在半导体晶片中形成器件层。该器件层包括光敏电路区域和外围电路区域。光敏电路区域包括多个光敏器件。
在1004处，在一个或多个光敏器件与外围电路区域之间的半导体晶片中形成阻光结构。阻光结构可以阻止至少一部分漫射光到达一个或多个所述光敏器件，其中漫射光来自外围电路区域。阻光结构的材料与半导体晶片的材料不同。
在一些实施例中，除了器件层之外，图像传感器还可以包括其他部件。例如，图像传感器可以是BSI CMOS图像传感器，并且包括器件层、互连线层和滤色器层。光敏电路区域、外围电路区域和阻光结构在图像传感器的器件层中。互连线层位于器件层的一个侧面(例如，第一侧面)，用于耦接图像传感器的集成芯片中的两个或更多个部件。互连线层可以包括多个金属互连层和金属间介电层。滤色器层包括多个滤色器，并且位于器件层的另一侧面(例如，第二侧面)，用于过滤入射光以获得入射光的不同颜色分量。例如，可以通过由滤色器层过滤入射光来获得入射光的红色分量、绿色分量和蓝色分量。
在一些实施例中，图像传感器还可以包括微透镜阵列，该微透镜阵列例如布置在滤色器层的与面对器件层的一侧相对的一侧上。该微透镜阵列可以包括用于将光聚焦到光敏器件上的多个微透镜。微透镜中的每一个可以具有平坦的表面和/或非球面的表面。聚焦的入射光可以由滤色器层过滤，并且由器件层的光敏电路区域感测，以生成数字图像数据。
可以在不同的过程中实现根据本公开的制造图像传感器的方法。
图11A至图11F示出了实现根据本公开的制造图像传感器的方法的示例性过程。如图11A所示，在半导体晶片40的第一侧面(例如，图11A所示的上侧面)形成器件层10。器件层10包括外围电路区域120和光敏电路区域110。光敏电路区域110被配置为感测入射光以通过光压转换来生成数字图像数据。外围电路区域120被配置为获取由光敏电路区域110生成的数字图像数据和/或控制光敏电路区域110的操作。光敏电路区域110包括多个光敏器件111。在一些实施例中，多个光敏器件111中的每一个可以与由图像传感器获取的图像的一个或多个像素相对应。在一些实施例中，多个光敏器件111中的两个或更多个可以与由图像传感器获取的图像的一个像素相对应，即，一个光敏器件111可以与一个子像素相对应。
参考图11B和图11C，然后在器件层10上形成互连线层20，随后将支撑基板50与互连线层20上相结合。支撑基板50和半导体晶片40位于互连线层20的相对的侧面。互连线层20可以在图像传感器的集成芯片中耦接两个或更多个部件，并且可以包括多个金属互连层和金属间介电层。
如图11D所示，使半导体晶片40从半导体晶片40的第二侧面(例如，图11D所示的下侧)变薄。可以使半导体晶片40变薄到例如大约2μm至大约6μm的范围内的厚度。在变薄过程之后的半导体晶片40的厚度可以等于器件层10的厚度。例如，器件层的厚度可以在大约2μm至大约6μm的范围内。
然后从第二侧面蚀刻半导体晶片40，以在一个或多个光敏器件111与外围电路区域120之间形成一个或多个沟槽134(图11E所示)。可以使用与半导体晶片40的材料不同的材料填充一个或多个沟槽134，以形成阻光结构130(图11F所示)。这样，可以获得包括阻光结构130的图像传感器。图11A至图11F示出的一个或多个过程的顺序可以改变，并且不受本公开的限制。图11A至图11F示出的一些过程可以被合并(例如，同时执行)或被省略。为简化起见，图11A至图11F中的阻光结构130包围光敏电路区域110。图11A至图11F示出的过程还可用于制造具有另一配置的阻光结构130，例如，该阻光结构130包括多个阻光子结构，并且多个阻光子结构中的每一个包围一个或多个光敏器件111。
图12A至图12F示出了实现根据本公开的制造图像传感器的方法的另一示例性过程。如图12A和12B所示，通过蚀刻半导体晶片40的第一侧面(例如，图12A所示的上侧面)形成一个或多个沟槽134，随后通过使用与半导体晶片40的材料不同的材料填充沟槽134来形成阻光结构130。
如图12C所示，在半导体晶片40的第一侧面形成器件层10。器件层10包括外围电路区域120和光敏电路区域110。光敏电路区域110包括多个光敏器件111。光敏电路区域110被配置为感测入射光以通过光压转换来生成数字图像数据。外围电路区域120被配置为获取由光敏电路区域110生成的数字图像数据和/或控制光敏电路区域110的操作。光敏电路区域110包括多个光敏器件111。在一些实施例中，多个光敏器件111中的每一个可以与由图像传感器获取的图像的一个或多个像素相对应。在一些实施例中，多个光敏器件111中的两个或更多个可以与由图像传感器获取的图像的一个像素相对应，即，一个光敏器件111可以与一个子像素相对应。
参考图12D和图12E，互连线层20形成在器件层10上。然后将支撑基板50与互连线层20相结合。支撑基板50和半导体晶片40位于互连线层20的相对的侧面。互连线层20可以在图像传感器的集成芯片中耦接两个或更多个部件，并且可以包括多个金属互连层和金属间介电层。
如图12F所示，使半导体晶片40从半导体晶片的第二侧面(例如下侧面)变薄。这样，可以获得包括阻光结构130的图像传感器。可以使半导体晶片40变薄到例如大约2μm至大约6μm的范围内的厚度。在变薄过程之后的半导体晶片40的厚度可以等于器件层10的厚度。例如，器件层的厚度可以在大约2μm至大约6μm的范围内。图12A至图12F示出的一个或多个过程的顺序可以改变，并且不受本公开的限制。图12A-12F示出的一些过程可以被合并(例如，同时执行)或被省略。为简化起见，图12A至图12F中的阻光结构130包围光敏电路区域110。图12A至图12F示出的过程还可以用于制造具有另一配置的阻光结构130，例如，该阻光结构130包括多个阻光子结构，并且多个阻光子结构中的每一个包围一个或多个光敏器件111。
在一些实施例中，阻光结构形成在一个或多个所述光敏器件与外围电路区域之间。例如，如图1和图2所示，阻光结构可以包围光敏电路区域，以阻止至少一部分漫射光到达光敏电路区域。在一些其他实施例中，阻光结构可以包括多个阻光子结构，并且多个阻光子结构中的每一个包围一个或多个光敏器件。例如，如图3和图4所示，阻光结构包括多个阻光子结构，并且多个阻光子结构中的每一个可以包围一个光敏器件。阻光子结构可以阻止至少一部分漫射光到达光敏器件。
在一些实施例中，阻光结构/阻光子结构包括连续的整体结构。在一些其他实施例中，阻光结构/阻光子结构可以包括多个阻光元件。阻光元件的数量可以是1、2、3、...或10等。在一些实施例中，多个阻光元件可以并行布置。多个阻光元件中的两个相邻的阻光元件可以彼此间隔开适当的距离，例如，在大约1μm至大约20μm的范围内的距离。在一些其他实施例中，可以将多个阻光元件中的两个或更多个布置为彼此不并行。
阻光结构/阻光子结构的宽度(例如，如图5A所示)和形状可以考虑例如阻光效果、图像传感器100的有效面积与总面积的比值、制造的技术限制和/或其他因素来配置。例如，阻光结构/阻光子结构的宽度可以是例如大约0.1μm至大约2μm的范围内的值，并且阻光结构/阻光子结构的截面可以具有矩形形状或梯形形状等。
在一些实施例中，可以将阻光结构形成为与光敏电路区域直接接触。在一些其他实施例中，阻光结构可以与光敏电路区域间隔开。例如，光敏电路区域与阻光结构之间的距离可以是从5μm至大约100μm的范围内的值。
阻光结构的材料可以与半导体晶片的材料不同，并且阻光结构可以具有与半导体晶片不同的物理和/或化学属性。
在一些实施例中，阻光结构可以是反光结构。反光结构可以整体上包围整个光敏电路区域，或者可以包括多个反光子结构，每个反光子结构包围光敏电路区域的一个或多个光敏器件。在一些实施例中，反光结构的折射率可以低于外围电路区域的折射率，使得反光结构可以在外围电路区域与反光结构之间的界面处反射至少一部分漫射光，从而阻止所述至少一部分漫射光到达光敏电路区域或光敏电路区域中的光敏器件。具有适合的物理和/或化学属性(例如，具有比半导体晶片低的折射率)的材料可以用于形成反光结构。例如，反光结构可以由二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳等之一制成。
在上述实施例中，反光结构被配置为通过由具有比半导体晶片低的折射率的材料制成的结构来反射漫射光。在这些实施例中，可以通过在反光结构与包围反光结构的材料(例如半导体晶片)之间的界面处的全反射来实现漫射光的反射。因此，以一定角度入射在界面上的一部分漫射光可能不会被反射，而是仍穿过反光结构。在一些其他实施例中，反光结构可以由本身能够反射光的反光材料制成。在这些实施例中，无论界面处的漫射光的入射角度如何，反光结构都可以反射漫射光。在这种情况下，当漫射光入射到界面上时可以发生镜面光反射。
在一些实施例中，反光结构可以包括多个层。多个层可以由相同材料或不同材料制成。例如，多个层中的每一个可以由二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳等制成。在一些实施例中，为了增强反光结构的散热能力(并因此增强图像传感器的散热能力)，反光结构可以具有良好的散热能力并且具有比半导体晶片的折射率低的折射率。例如，反光结构可以由既具有良好的散热能力又具有比半导体晶片的折射率低的折射率的材料制成。又例如，反光结构可以由具有良好的散热能力的一种或多种材料以及具有比半导体晶片的折射率低的折射率的一种或多种材料制成。对于包括多个层的反光结构，多个层中的一个或多个层可以具有良好的散热能力，并且多个层中的其他层可以具有比半导体晶片的折射率低的折射率。
可以考虑例如阻光效果、图像传感器100的有效面积与总面积的比值、制造的技术限制和/或其他因素来选择反光结构的形状。在图6所示的示例中，反光结构的截面可以具有矩形形状或梯形形状等。在图7所示的另一示例中，阻光结构可以具有梯形形状。梯形形状的角度可以根据例如阻光结构的折射率与外围电路区域的折射率的比值来选择。例如，参考图6，梯形形状可以具有在80度与90度之间的至少一个角度α。
在一些实施例中，阻光结构可以是包括吸光材料的吸光结构。类似于反光结构，吸光结构可以整体上包围整个光敏电路区域，或者包括多个吸光元件，每个吸光子结构包围一个或多个光敏电路区域的光敏器件。在一些实施例中，吸光结构的光吸收系数可以大于半导体晶片的光吸收系数，使得吸光结构可以吸收入射在吸光结构上的至少一部分漫射光，从而阻止所述至少一部分漫射光到达光敏电路区域。具有适合的物理和/或化学属性(例如，具有比半导体晶片更高的光吸收能力)的材料可以用于形成吸光结构。在一些实施例中，吸光结构可以具有比半导体晶片更深的颜色。例如，吸光结构可以具有黑色。
在一些实施例中，吸光结构可以包括多个层。多个层可以由相同材料或不同材料制成。被吸光结构吸收的漫射光可以产生热量。因此，为了增强吸光结构的散热能力(并因此增强图像传感器的散热能力)，吸光结构可以具有良好的散热能力，并且具有比半导体晶片更高的光吸收能力。例如，吸光结构可以由既具有良好的散热能力又具有比半导体晶片更高的光吸收能力的材料制成。又例如，吸光结构可以由具有良好散热能力的一种或多种材料以及具有比半导体晶片更高的光吸收能力的一种或多种材料制成。对于包括多个层的吸光结构，多个层中的一个或多个层可以具有良好的散热能力，并且多个层中的其他层可以具有比半导体晶片更高的光吸收能力。
通过使用根据本公开的制造图像传感器的方法，可以将阻光结构引入图像传感器中并且将其设置在外围电路区域与多个光敏器件中的一个或多个之间。通过阻光结构，可以防止部分或全部漫射光从外围电路区域行进到光敏电路区域。这样，可以减少由漫射光引起的干扰信号(例如，噪声)，并且因此可以增加图像传感器的信噪比和施加到输出信号的最大放大率。因此，可以提高由图像传感器获取的图像的质量。
此外，与现有技术相比，阻光结构可以具有比现有技术中使用的虚设区域小得多的截面宽度。这样，使用根据本公开的方法制造的图像传感器可以具有相对较高的图像传感器的有效面积(外围电路区域和光敏电路区域的面积)与总面积的比值。因此，使用根据本公开的方法制造的图像传感器可以更紧凑，并且可以降低用于制造图像传感器的材料的成本。
可以通过由存储在可以被出售或用作独立产品的一个或多个非暂时性计算机可读存储介质中的计算机程序控制的半导体制造设备来自动化制造根据本公开的图像传感器的方法。计算机程序可以包括使计算机装置(例如个人计算机、服务器或网络装置)能够控制半导体制造设备执行根据本公开的方法(例如，上述示例方法之一)的一部分或全部的指令。存储介质可以是可以存储程序代码的任何介质，例如USB盘、移动硬盘、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘或光盘。
考虑到所公开的实施例的方法和系统的说明书和实践，本公开的其他实施例对本领域技术人员而言将是显而易见的。旨在将说明书和实施例仅视为示例，并且不限制本公开的范围。对本空开的技术解决方案的任何修改和等同替换均应落入本公开的技术解决方案的精神和范围内。
Claims (53)
1.一种图像传感器，包括：
光敏电路区域，形成在半导体晶片中并且包括多个光敏器件；
外围电路区域，形成在所述半导体晶片中；以及
阻光结构，位于一个或多个所述光敏器件与所述外围电路区域之间，所述阻光结构：
被配置为阻止至少一部分漫射光到达一个或多个所述光敏器件，所述漫射光来自所述外围电路区域；以及
包括与所述半导体晶片的材料不同的材料。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述阻光结构包括多个阻光元件。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述多个阻光元件包括1至10个阻光元件。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中，所述多个阻光元件并行布置。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中，所述多个阻光元件中的两个相邻的阻光元件彼此间隔开大约1μm至大约20μm。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述阻光结构的宽度在大约0.1μm至大约2μm的范围内。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述光敏电路区域与所述阻光结构之间的距离在大约5μm至大约100μm的范围内。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述阻光结构包围所述光敏电路区域。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述阻光结构包括多个阻光子结构，每个阻光子结构包围所述多个光敏器件中的一个或多个。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中：
所述阻光结构包括反光结构；以及
所述反光结构的折射率低于所述外围电路区域的折射率。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述阻光结构具有梯形形状。
12.根据权利要求11所述的图像传感器，其中，所述阻光结构的所述梯形形状包括在80度与90度之间的至少一个角度，所述至少一个角度是根据至少一个阻光结构的折射率与所述外围电路区域的折射率的比值来确定的。
13.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述反光结构包括二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳中的至少一种。
14.根据权利要求10所述的图像传感器，其中，所述反光结构包括多个层。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中，所述多个层中的每一层包括二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳中的至少一种。
16.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述阻光结构包括吸光结构。
17.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述吸光结构的光吸收系数大于所述半导体晶片的光吸收系数。
18.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述吸光结构具有比所述半导体晶片更深的颜色。
19.根据权利要求18所述的图像传感器，其中，所述吸光结构具有黑色。
20.根据权利要求16所述的图像传感器，其中，所述吸光结构包括多个层。
21.根据权利要求1所述的图像传感器，
其中，所述光敏电路区域、所述外围电路区域和所述阻光结构在所述图像传感器的器件层中；
所述图像传感器还包括：
在所述器件层的第一侧面的互连线层；以及
在所述器件层的第二侧面的滤色器层，所述第二侧面与所述第一侧面相对。
22.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述漫射光在所述外围电路区域中生成。
23.根据权利要求1所述的图像传感器，其中，所述漫射光穿过所述外围电路区域。
24.一种制造图像传感器的方法，包括：
在半导体晶片中形成器件层，所述器件层包括光敏电路区域和外围电路区域，所述光敏电路区域包括多个光敏器件；以及
在一个或多个所述光敏器件与所述外围电路区域之间的所述半导体晶片中形成阻光结构，所述阻光结构：
被配置为阻止至少一部分漫射光到达一个或多个所述光敏器件，所述漫射光来自所述外围电路区域；以及
包括与所述半导体晶片的第二材料不同的第一材料。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，在所述半导体晶片中形成所述器件层包括在所述半导体晶片的侧面形成所述器件层。
26.根据权利要求25所述的方法，
其中，所述半导体品片的所述侧面是所述半导体晶片的第一侧面；
所述方法还包括：
在所述器件层上形成互连线层；
将支撑基板与所述互连线层结合；以及
使所述半导体晶片从所述半导体晶片的与所述第一侧面相对的第二侧面变薄；
其中，在所述半导体晶片中形成所述阻光结构包括：
从所述第二侧面蚀刻所述半导体晶片，以在一个或多个所述光敏器件与所述外围电路区域之间形成至少一个沟槽；以及
使用所述第一材料填充所述至少一个沟槽，以形成所述阻光结构。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，使所述半导体晶片变薄包括：使所述半导体晶片变薄至大约2μm至大约6μm的范围内的厚度。
28.根据权利要求26所述的方法，其中，形成所述互连线层包括：形成多个金属互连层和金属间介电层。
29.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述阻光结构包括形成多个阻光元件。
30.根据权利要求29所述的方法，其中，形成所述多个阻光元件包括形成1至10个阻光元件。
31.根据权利要求29所述的方法，其中，形成所述多个阻光元件包括并行布置多个反射结构。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，并行布置所述多个反射结构包括：将所述多个阻光元件中的两个相邻的阻光元件彼此间隔开大约1μm至大约20μm。
33.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述阻光结构包括：形成具有在大约0.1μm至大约2μm的范围内的厚度的所述阻光结构。
34.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述阻光结构包括：形成所述光敏电路区域与所述阻光结构之间的距离在大约5μm至大约100μm的范围内的所述阻光结构。
35.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述阻光结构包括：形成包围所述光敏电路区域的所述阻光结构。
36.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述阻光结构包括：形成多个阻光子结构，每个阻光子结构包围所述多个光敏器件中的一个或多个。
37.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述阻光结构包括：形成反光结构，所述反光结构的折射率低于所述外围电路区域的折射率。
38.根据权利要求37所述的方法，其中，形成所述反光结构包括：形成具有梯形形状的所述反光结构。
39.根据权利要求38所述的方法，其中，所述阻光结构的所述梯形形状包括80度与90度之间的至少一个角度，并且所述至少一个角度是根据至少一个阻光结构的折射率与所述外围电路区域的折射率的比值来确定的。
40.根据权利要求37所述的方法，其中，所述反光结构包括二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳中的至少一种。
41.根据权利要求37所述的方法，其中，形成所述反光结构包括形成多个层。
42.根据权利要求41所述的方法，其中，所述多个层中的每一个包括二氧化硅、氮化硅、钨、氧化铪、或碳中的至少一种。
43.根据权利要求24所述的方法，其中，形成所述阻光结构包括：形成吸光结构。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述吸光结构的光吸收系数大于所述半导体晶片的光吸收系数。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，所述吸光结构具有比所述半导体晶片更深的颜色。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，所述吸光结构具有黑色。
47.根据权利要求43所述的方法，其中，形成所述吸光结构包括：形成多个层。
48.根据权利要求24所述的方法，其中，在所述半导体晶片中形成所述阻光结构包括：
从所述半导体晶片的所述侧面蚀刻所述半导体晶片，以在一个或多个所述光敏器件与所述外围电路区域之间形成至少一个沟槽；
使用所述第一材料填充所述至少一个沟槽，以形成所述阻光结构。
49.根据权利要求48所述的方法，
其中，所述半导体晶片的所述侧面是所述半导体晶片的第一侧面；
所述方法还包括：
在所述器件层上形成互连线层；
将支撑基板与所述互连线层结合；以及
使所述半导体晶片从所述半导体晶片的与所述第一侧面相对的第二侧面变薄。
50.根据权利要求49所述的方法，其中，使所述半导体晶片变薄包括：使所述半导体晶片变薄至大约2μm至大约6μm的范围内的厚度。
51.根据权利要求49所述的方法，其中，形成所述互连线层包括：形成多个金属互连层和金属间介电层。
52.根据权利要求24所述的方法，其中，所述漫射光在所述外围电路区域中生成。
53.根据权利要求24所述的方法，其中，所述漫射光穿过所述外围电路区域。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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