CN114078894A - 用于cmos图像传感器的单元深沟槽隔离金字塔结构 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及用于CMOS图像传感器的单元深沟槽隔离金字塔结构。一种像素单元包含光电二极管，所述光电二极管经安置成接近于半导体层的前侧以响应于引导穿过所述半导体层的背侧的入射光而产生图像电荷。单元深沟槽隔离CDTI结构沿着所述入射光到所述光电二极管的光学路径安置且接近于所述半导体层的所述背侧。所述CDTI结构包含布置于所述半导体层中的多个部分。所述多个部分中的每一者从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸相应的深度。所述多个部分中的每一者的所述相应深度不同于所述多个部分中的相邻者的相应深度。所述多个部分中的每一者在所述半导体层中与所述多个部分中的所述相邻者横向分离且间隔开。

Description

用于CMOS图像传感器的单元深沟槽隔离金字塔结构
技术领域
本公开大体上涉及图像传感器，且特定来说(但非排他地)涉及具有近红外光灵敏度的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
背景技术
图像传感器已经变得无处不在且现在广泛使用于数码相机、蜂窝电话、监控相机中，还广泛使用于医学、汽车及其它应用中。随着图像传感器被集成到更广泛的电子装置中，期望通过装置架构设计以及图像获取处理两者以尽可能多的方式(例如分辨率、功耗、动态范围等)增强其功能性、性能指标、及类似物。
典型的图像传感器响应于来自外部场景的图像光入射在图像传感器上而进行操作。图像传感器包含具有吸收入射图像光的一部分且在吸收图像光之后产生图像电荷的光敏元件(例如光电二极管)的像素阵列。由像素光生的图像电荷可被测量为列位线上的模拟输出图像信号，其随入射图像光的变化而变化。换句话说，所产生的图像电荷量与图像光的强度成比例，其被读出为来自列位线的模拟图像信号且被转换成数字值以产生表示外部场景的数字图像(即图像数据)。
其中图像质量及光灵敏度是特别重要的两个应用领域是安全及汽车应用。针对这些应用，图像传感器芯片通常必须在可见光光谱中提供高质量图像并且在光谱的红外(IR)及/或近红外(NIR)部分中具有改进的灵敏度。例如，IR或NIR传感器可用于在弱光及有雾的条件中提供改进的可见性及成像并且有助于在较冷的环境中检测较热的物体。
发明内容
一方面，本申请案提供一种像素单元，其包括：光电二极管，其经安置于半导体层的像素单元区域中且接近于所述半导体层的前侧以响应于引导穿过所述半导体层的背侧到所述光电二极管的入射光而产生图像电荷；及单元深沟槽隔离(CDTI)结构，其沿着所述入射光到所述光电二极管的光学路径被安置于所述半导体层的所述像素单元区域中且接近于所述半导体层的所述背侧，其中所述CDTI结构包括：多个部分，其经布置于所述半导体层中，其中所述多个部分中的每一者从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸相应的深度，其中所述多个部分中的每一者的所述相应深度不同于所述多个部分中的相邻者的相应深度，且其中所述多个部分中的所述每一者在所述半导体层中与所述多个部分中的所述相邻者横向分离且间隔开。
在另一方面，本申请案提供一种成像系统，其包括：像素阵列，其包含形成于半导体层中的像素单元阵列，其中所述像素单元中的每一者包括：光电二极管，其经安置于半导体层的像素单元区域中且接近于所述半导体层的前侧以响应于引导穿过所述半导体层的背侧到所述光电二极管的入射光而产生图像电荷；及单元深沟槽隔离(CDTI)结构，其沿着所述入射光到所述光电二极管的光学路径被安置于所述半导体层的所述像素单元区域中且接近于所述半导体层的所述背侧，其中所述CDTI结构包括：多个部分，其经布置于所述半导体层中，其中所述多个部分中的每一者从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸相应的深度，其中所述多个部分中的每一者的所述相应深度不同于所述多个部分中的相邻者的相应深度，且其中所述多个部分中的所述每一者在所述半导体层中与所述多个部分中的所述相邻者横向分离且间隔开；控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像数据。
在另一方面，本申请案提供一种用于提供像素单元的方法，其包括：提供包含光电二极管的半导体层，所述光电二极管经安置于所述半导体层的像素单元区域中且接近于所述半导体层的前侧以响应于引导穿过所述半导体层的背侧到所述光电二极管的入射光而产生图像电荷；在所述半导体层的所述背侧之上沉积图案化掩模层，其中所述图案化掩模层包含具有具不同宽度的多个开口的图案，其中所述多个开口中的每一者在所述图案中与所述多个开口中的相邻者横向分离且间隔开，其中所述多个开口中的每一者的相应宽度不同于所述多个开口中的相邻者的相应宽度；穿过所述图案化掩模层中的所述多个开口蚀刻所述半导体层的所述背侧以在所述半导体层中形成多个沟槽，其中所述多个沟槽中的每一者具有从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸的相应深度，其中所述多个沟槽中的每一者的所述相应深度由于蚀刻负载效应而不同于所述多个沟槽中的相邻者的相应深度；移除所述图案化掩模层；及将电介质材料沉积到所述多个沟槽中以沿着所述入射光到所述光电二极管的光学路径且接近于所述半导体层的所述背侧形成由半导体层的所述像素单元区域中的多个部分组成的单元深沟槽隔离(CDTI)，其中所述CDTI结构的所述多个部分中的每一者包括填充有所述电介质材料的所述多个沟槽中的相应者。
附图说明
参考图式描述本发明非限制性及非穷尽性实施例，其中相似元件符号指代贯穿各种视图的相似部件，除非另外指定。
图1说明根据本发明的教示的包含具有有助于提供改进的近红外光灵敏度的单元深沟槽隔离结构的像素单元阵列的成像系统的一个实例。
图2A展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的实例的像素单元的俯视图。
图2B展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的另一实例的像素单元的俯视图。
图2C展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的又一实例的像素单元的俯视图。
图2D展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的又一实例的像素单元的俯视图。
图2E展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的又一实例的像素单元的俯视图。
图2F展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的又一实例的像素单元的俯视图。
图3A展示根据本发明的教示的包含实例单元深沟槽隔离结构的像素单元的横截面图。
图3B展示根据本发明的教示的在图3A的像素单元的制造过程期间的实例横截面图。
图3C展示根据本发明的教示的在图3A的像素单元的制造过程期间的另一实例横截面图。
图3D展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的另一实例的像素单元的横截面图。
图3E展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的又一实例的像素单元的横截面图。
图3F展示根据本发明的教示的说明单元深沟槽隔离结构的又一实例的像素单元的横截面图。
图4A是根据本发明的教示的具有单元深沟槽隔离结构的像素单元阵列的一个实例的横截面图。
图4B是根据本发明的教示的具有单元深沟槽隔离结构的像素单元阵列的另一实例的横截面图。
对应的参考字符指示贯穿诸图中若干视图的对应组件。所属领域的技术人员应了解，为了简单且清楚起见说明图中的元件，且并不一定按比例绘制元件。举例来说，图中一些元件的尺寸可相对于其它元件而被夸大以帮助改善对本发明的各种实施例的理解。另外，为了更方面地了解本发明的这些各种实施例，通常不描绘在商业可行的实施例中有用或必要的常见但好理解的元件。
具体实施方式
本文中描述涉及具有包含改进近红外光灵敏度的单元深沟槽隔离结构的像素单元的成像系统的各种实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实例的详尽理解。然而，相关领域的技术人员应认识到，本文描述的技术可在没有所述特定细节中的一或多者的情况下实践或可运用其它方法、组件、材料等等来实践。在其它例子中，未展示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以便避免使某些方面模糊。
贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的参考意味着与实例相结合而描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书在多个地方出现短语“在一个实例中”或“在一个实施例”并不一定都指代相同的实例。此外，在一或多个实例中特定的特征、结构或特性可以任何合适方式组合。
为便于在本文中描述，空间相对术语(例如“下面”、“下方”、“之上”、“下”、“上方”、“上”、“顶部”、“底部”、“左”、“右”、“中心”、“中间”及类似物)可用于描述一个元件或特征相对于另一(些)元件或特征的关系，如图中说明。应理解，空间相对术语希望涵盖装置在使用或操作中除图中所描绘的定向之外的不同定向。举例来说，如果图中的装置旋转或翻转，那么描述为在其它元件或特征“下方”或“下面”或“之下”的元件将定向成在其它元件或特征“上方”。因此，示范性术语“下面”或“之下”可涵盖上方及下面的定向两者。装置可以其它方式定向(旋转九十度或处于其它定向)，且本文使用的空间相对描述符可相应地进行解译。另外，还应理解，当元件称为“在另两个元件之间”时，其可为另两个元件之间的唯一元件，或也可存在一或多个中介元件。
贯穿本说明书，使用所属领域的若干术语。这些术语具有其所来自的领域中的其普通含义，除非本文具体定义或其使用的上下文将另外明确暗示。应注意，贯穿此档案可互换地使用元素名称及符号(例如，Si对硅)；然而，两者都具有相同意义。
如将论述，公开具有包含单元深沟槽隔离(CDTI)结构的像素单元阵列的成像系统的各种实例，所述单元深沟槽隔离(CDTI)结构改进量子效率(QE)性能、近红外(NIR)光灵敏度，并且减小串扰。在各种实例中，CDTI结构可包含于适于检测NIR光、IR光及/或可见光光谱的像素单元以及适于检测其它颜色的光(例如红光、绿光、蓝光等)的相邻像素单元中的一或多者中。如将展示，实例像素单元包含安置于半导体层的像素单元区域中的光电二极管。光电二极管接近于半导体层的前侧且响应于经引导穿过半导体层的背侧到光电二极管的入射光而产生图像电荷。单元深沟槽隔离(CDTI)结构沿着入射光到光电二极管的光学路径被安置于半导体层的像素单元区域中。所述CDTI结构接近于半导体层的背侧。实例CDTI结构包含布置于半导体层中的多个部分。所述多个部分中的每一者从所述背侧朝向所述半导体层的前侧延伸相应的深度。所述多个部分中的每一者的所述相应深度不同于所述多个部分中的相邻者的相应深度。所述多个部分中的每一者还与所述半导体层中的相邻多个部分横向分离且间隔开。
为了说明，图1说明根据本发明的教示的具有包含具有像素单元阵列的像素阵列的图像传感器的互补金属氧化物半导体(CMOS)成像系统100的一个实例，所述像素单元阵列包含改进量子效率(QE)性能、近红外(NIR)光灵敏度并且减小串扰的单元深沟槽隔离(CDTI)结构。如所描绘的实例中展示，成像系统100包含图像传感器，其具有像素阵列102、控制电路110、读出电路106及功能逻辑108。在一个实例中，像素阵列102是包含一或多个光电二极管的像素单元104的二维(2D)阵列。在一个实例中，像素单元104(例如P1、P2、…、Pn)经布置成行(例如R1到Ry)及列(例如C1到Cx)以获取个人、位置、物体等的图像数据，接着，所述图像数据可用于再现个人、位置、物体等的图像。在一个实例中，像素单元104使用形成为栅格结构的深沟槽隔离(DTI)结构及/或植入物隔离结构136彼此分离，所述栅格结构包含经安置于相邻像素单元104之间以提供隔离的部分。
如将在下文更详细描述，像素阵列102的各种实例包含适于检测各种颜色的可见光以及红外(IR)及/或近红外(NIR)光的像素单元104。在各种实例中，CDTI结构经包含于适于检测NIR光的像素单元104中。在一些实例中，CDTI结构还可经包含于适于检测其它颜色的光(例如红光、绿光、蓝光等)的至少一些相邻像素单元104中。
在像素单元104的光电二极管已获取其图像电荷之后，对应模拟图像信号由读出电路106通过列位线112读出。在各种实例中，读出电路106包含模/数转换(ADC)电路114，其经耦合以将通过位线112从像素单元104接收到的模拟图像信号转换成数字图像信号，接着，所述数据图像信号可被传送到功能逻辑108。功能逻辑108可简单地存储图像数据或甚至通过应用后图像处理或效果来操纵图像数据。此图像处理可例如包含图像处理、图像过滤、图像提取及操纵、光密度的确定、剪裁、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度等。
在一个实例中，控制电路110经耦合到像素阵列102以控制像素阵列102的操作特性。例如，在一个实例中，控制电路110产生传送门信号及其它控制信号以控制图像数据从像素阵列102的所有像素单元104的传送及读出。另外，控制电路110可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号是滚动快门信号，使得像素阵列102的每一行在连续获取窗期间被逐行读出。快门信号还可建立曝光时间，其是快门保持打开的时间长度。在一个实施例中，帧中的每一者的曝光时间被设置为相同。
图2A是根据本发明的教示的说明CDTI结构214A的一个实例的像素单元204A的实例俯视图。应注意，图2A的实例像素单元204A可为图1的实例像素阵列102的像素单元104中的一或多者的实例，且应了解，下文引用的类似地命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。在所描绘实例中，像素单元204A适于检测包含NIR光或IR光的入射光。在实例中，像素单元204A包含安置于半导体层222A的像素单元204A区域中的CDTI结构214A。在一个实例中，CDTI结构214A使用低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222A中。在一个实例中，半导体层222A可包含硅或另一合适类型的半导体材料。在一个实施例中，半导体层222A可为生长在半导体衬底或半导体层222A晶片上的外延层。在一个实施例中，半导体层222A可由一或多种合适的类型的半导体材料形成，可经历在半导体层222A中形成区域及/或结的若干工艺步骤。如在下文的另一视图中将更加明显，实例CDTI结构214A经安置成接近于半导体层222A的背侧且沿着入射光的光学路径，所述入射光沿着光学路径经引导到经安置成接近于半导体层222A的前侧的光电二极管。
如图2A中的像素单元204A的实例的俯视图中展示，CDTI结构214A包含多个部分，其在实例中被说明为部分214AA、214AB、214AC、214AD。在实例中，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者在半导体层222A中与多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的相邻者横向分离且间隔开。在一个实例中，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者在半导体层222A中与多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的相邻者等距间隔开。在一个实例中，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者在多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中与邻近者之间的间隔是不同的。
在图2A中描绘的实例中，应注意，CDTI结构214A的部分214AA是中心部分或处于像素单元204A中的CDTI结构214A的中心。因而，CDTI结构214A的纵向中心线220A延伸穿过中心部分214AA，如展示。应注意，纵向中心线220A是延伸进出页面的线，且因此在图2A中被说明为点。在图2A中展示的实例中，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD在半导体层222A中经布置成同心形状的图案，其中部分214AB到214AD经同心地布置在中心部分214AA周围，如展示。
在所描绘实例中，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD的实例同心形状的形状是基本上正方形或矩形的。如将在其它实例中说明，应了解，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD的实例同心形状可具有经布置于半导体层222A中的其它形状，例如基本上圆形、矩形、多个柱结构或柱结构阵列等。
在图2A中展示的实例中，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者具有相应宽度。实例将相应宽度说明为W1、W2、W3、W4。在实例中，W1>W2>W3>W4。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3、W4之间的相对不相等关系可不同。如在下文的另一视图中将更加明显，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者还从背侧朝向半导体层222A的前侧延伸相应深度。多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者的相应深度与多个部分214AA、214AB、214AC、214AD的相应宽度有关。在实例中，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者的相应深度由于制造期间(例如(举例来说)用于形成相关联沟槽结构的干蚀刻工艺(例如等离子体蚀刻)期间)的蚀刻负载效应随着多个部分214AA、214AB、214AC、214AD的相应宽度增加而增加。因此，多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中的每一者的相应深度不同于多个部分214AA、214AB、214AC、214AD中具有不同相应宽度(例如W1、W2、W3、W4)的相邻者的相应深度。
在所说明实例中，应注意，每一部分214AA、214AB、214AC、214AD在沿着穿过纵向中心线220A的横向线的方向上的最近或最接近的相邻部分具有不同相应宽度。例如，应注意，图2A中说明的虚线A-A’是穿过纵向中心线220A的横向线的实例。因而，中心部分214AA沿着虚线A-A'的最近的相邻部分是部分214AB。类似地，部分214AB的最近相邻者包含沿着虚线A-A’的部分214AA或部分214AC。因此，部分214AA的相应宽度W1不同于部分214AB的相应宽度W2，其不同于部分214AC的相应宽度W3，以此类推。如将在下文的另一视图中展示，由于中心部分214AA的相应宽度W1大于部分214AB的相应宽度W2，所以中心部分214AA的相应深度大于部分214AB的相应深度，以此类推。因此，在沿着虚线A-A’的相邻部分214AB、214AC、214AD之间存在相应宽度的差异及相应深度的对应差异。
在一个实例中，CDTI结构214A的多个部分214AA、214AB、214AC及214AD可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分214AB、214AC及214AD关于中心部分214AA对称地布置。举例来说，部分214AA、214AB、214AC及214AD关于纵向中心线220A对称地布置。CDTI结构214A的结构对称性还由于引导到相应光电二极管的入射光是对称的而有助于增加光吸收。
在图2A中展示的实例中，穿过纵向中心线220A的虚线A-A’出于解释目的被说明为“水平”线。应了解，虚线A-A’还可被说明为穿过纵向中心线220A的“垂直”线、“对角”线等。
在图2A中说明的实例中，应注意，像素单元204A还包含另一或第二深沟槽隔离(DTI)结构236A，其围绕半导体层222A的像素单元204A区域。在实例中，DTI结构236A因此隔离或分离像素单元204A与像素阵列中的相邻像素单元。例如，返回参考图1中说明的实例，围绕图2A中所展示的像素单元204A中的每一者的DTI结构236A共同形成栅格结构136，其提供图1中的像素阵列102中的像素单元104中的每一者之间的边界。
如将在下文更详细地展示，在一个实例中，DTI结构236A从背侧朝向半导体层222A的前侧延伸DTI结构深度以隔离或分离像素单元204A中的每一者与相邻像素单元。在一个实例中，DTI结构236A从背侧朝向半导体层222A的前侧延伸DTI结构深度到半导体层222A中以形成部分背侧深沟槽隔离结构使得DTI结构236A的DTI结构深度大于CDTI结构214A的深度且小于半导体层222A在半导体层222A的背侧与前侧之间的厚度。在另一实施例中，DTI结构236A的DTI结构深度基本上等于半导体层222A的厚度使得DTI结构236A在半导体层222A的背侧与前侧之间延伸。在各种实例中，DTI结构236A可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222A中。DTI结构236A可使用与CDTI结构214A相同或不同的材料形成。
图2B是根据本发明的教示的说明CDTI结构214B的另一实例的像素单元204B的实例俯视图。应注意，图2B的实例像素单元204B也可为图1的实例像素阵列102的像素单元104中的一或多者的实例，且应了解，下文引用的类似地命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。另外，应进一步了解，图2B的实例像素单元204B与图2A的实例像素单元204A共享许多相似点。
例如，如图2B中描绘的实例中展示，像素单元204B包含安置于半导体层222B的像素单元204B区域中的CDTI结构214B。在一个实例中，像素单元204B适于检测包含NIR光或IR光的入射光。在实例中，CDTI结构214B使用低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222B中。在一个实例中，半导体层222B可包含硅或另一合适类型的半导体材料。如在下文的另一视图中将更加明显，实例CDTI结构214B经安置成接近于半导体层222B的背侧且沿着入射光的光学路径，所述入射光沿着光学路径经引导到经安置成接近于半导体层222B的前侧的光电二极管。
如图2B中的像素单元204B的实例的俯视图中展示，CDTI结构214B包含多个部分，其在实例中被说明为部分214BA、214BB、214BC、214BD。在实例中，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的每一者在半导体层222B中与多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的相邻者横向分离且间隔开。多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的每一者在半导体层222B中与多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的相邻者之间的间隔可相同或不同。
在图2B中描绘的实例中，应注意，CDTI结构214B的部分214BA是中心部分或处于像素单元204B中的CDTI结构214B的中心。因而，CDTI结构214B的纵向中心线220B延伸穿过中心部分214BA，如展示。应注意，纵向中心线220B是延伸进出页面的线，且因此在图2B中被说明为点。在图2B中展示的实例中，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD在半导体层222B中经布置成同心形状的图案，其中部分214BB到214BD经同心地布置在中心部分214BA周围，如展示。
在一个实例中，CDTI结构214B的多个部分214BA、214BB、214BC及214BD可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分214BB、214BC及214BD关于中心部分214BA对称地布置。举例来说，部分214BA、214BB、214BC及214BD关于纵向中心线220B对称地布置。CDTI结构214B的结构对称性还由于引导到相应光电二极管的入射光是对称的而有助于增加光吸收。
图2B的CDTI结构214B与图2A的CDTI结构214A之间的一个差异是，在图2B的实例CDTI结构214B中，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD的实例同心形状的形状是基本上圆形或椭圆形。在其它实例中，应了解，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD的实例同心形状可具有经布置于半导体层222B中的其它形状，例如基本上正方形、矩形或多个柱结构或柱结构阵列等。
在图2B中展示的实例中，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的每一者具有相应宽度。实例将相应宽度(直径)说明为W1、W2、W3、W4。在实例中，W1>W2>W3>W4。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3、W4之间的相对不相等关系可不同。如在下文的另一视图中将更加明显，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的每一者还从背侧朝向半导体层222B的前侧延伸相应深度。在实例中，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的每一者的相应深度由于制造期间(例如干(等离子体)蚀刻工艺期间)的蚀刻负载效应随着多个部分214BA、214BB、214BC、214BD的相应宽度增加而增加。因此，多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中的每一者的相应深度不同于多个部分214BA、214BB、214BC、214BD中具有不同相应宽度(例如W1、W2、W3、W4)的相邻者的相应深度。
在所说明实例中，应注意，每一部分214BA、214BB、214BC、214BD在沿着穿过纵向中心线220B的横向线的方向上的最近或最接近的相邻部分具有不同相应宽度。例如，应注意，图2B中说明的虚线B-B’是穿过纵向中心线220B的横向线的实例。因而，中心部分214BA沿着虚线B-B’的最近的相邻部分是部分214BB。类似地，部分214BB的最近相邻者包含沿着虚线B-B’的部分214BA或部分214BC。因此，部分214BA的相应宽度W1不同于部分214BB的相应宽度W2，其不同于部分214BC的相应宽度W3，以此类推。如将在下文的另一视图中展示，由于中心部分214BA的相应宽度W1大于部分214BB的相应宽度W2，所以中心部分214BA的相应深度大于部分214BB的相应深度，以此类推。因此，在沿着虚线B-B’的相邻部分214BA、214BB、214BC、214BD之间存在相应宽度的差异及相应深度的对应差异。
在图2B中展示的实例中，穿过纵向中心线220B的虚线B-B’出于解释目的被说明为“水平”线。应了解，虚线B-B’还可被说明为穿过纵向中心线220B的“垂直”线、“对角”线等。
在图2B中说明的实例中，应注意，像素单元204B还包含另一或第二深沟槽隔离(DTI)结构236B，其围绕半导体层222B的像素单元204B区域。在实例中，DTI结构236B因此隔离或分离像素单元204B与像素阵列中的相邻像素单元。例如，返回参考图1中说明的实例，围绕图2B中所展示的像素单元204B中的每一者的DTI结构236B共同形成栅格结构136，其提供图1中的像素阵列102中的像素单元104中的每一者之间的边界。
如将在下文更详细地展示，在一个实例中，DTI结构236B从背侧朝向半导体层222B的前侧延伸DTI结构深度以隔离或分离像素单元204B中的每一者与相邻像素单元。在一个实例中，DTI结构236B从背侧朝向半导体层222B的前侧延伸DTI结构深度到半导体层222B中以形成部分背侧深沟槽隔离结构使得DTI结构236B的DTI结构深度大于CDTI结构214B的深度且小于半导体层222B在背侧与前侧之间的厚度。在另一实施例中，DTI结构236B的DTI结构深度基本上等于半导体层222B的厚度使得DTI结构236B在半导体层222B的背侧与前侧之间延伸。在各种实例中，DTI结构236B可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222B中。DTI结构236B可使用与CDTI结构214B相同或不同的材料形成。
图2C是根据本发明的教示的说明CDTI结构214C的又一实例的像素单元204C的实例俯视图。应注意，图2C的实例像素单元204C也可为图1的实例像素阵列102的像素单元104中的一或多者的实例，且应了解，下文引用的类似地命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。另外，应进一步了解，图2C的实例像素单元204C与图2A的实例像素单元204A及图2B的像素单元204B共享许多相似点。
例如，如图2C中描绘的实例中展示，像素单元204C包含安置于半导体层222C的像素单元204C区域中的CDTI结构214C。在一个实例中，像素单元204C适于检测包含NIR光或IR光的入射光。在实例中，CDTI结构214C使用低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222C中。在一个实例中，半导体层222C可包含硅或另一合适类型的半导体材料。如在下文的另一视图中将更加明显，实例CDTI结构214C经安置成接近于半导体层222C的背侧且沿着入射光的光学路径，所述入射光沿着光学路径经引导到经安置成接近于半导体层222C的前侧的光电二极管。
如图2C中的像素单元204C的实例的俯视图中展示，CDTI结构214C包含多个部分，其在实例中被说明为部分214CA、214CB、214CC、214CD、214CE、214CF、214CG、214CH、214CI、214CJ、214CK、214CL、214CM、214CN、214CO、214CP、214CQ、214CR、214CS、214CT、214CU、214CV、214CW、214CX、214CY。在实例中，多个部分214CA到214CY中的每一者在半导体层222C中与多个部分214CA到214CY中的相邻者横向分离且间隔开。多个部分214CA到214CY中的每一者在半导体层222C中与多个部分214CA到214CY中的相邻者之间的间隔可经配置为相同或不同。
在图2C中描绘的实例中，应注意，CDTI结构214C的部分214CA是中心部分或处于像素单元204C中的CDTI结构214C的中心。因而，CDTI结构214C的纵向中心线220C延伸穿过中心部分214CA，如展示。应注意，纵向中心线220C是延伸进出页面的线，且因此在图2C中被说明为点。在图2C中展示的实例中，多个部分214CA到214CY在半导体层222C中经布置成同心形状的图案，其中部分214CB到214CI经同心地布置在中心部分214CA周围，且部分214CJ到214CY经同心地布置在部分214CB到214CI周围，如展示。
图2C的CDTI结构214CB与图2A的CDTI结构214A及图2B的CDTI结构214B之间的一个差异是，在图2C的实例CDTI结构214C中，多个部分214CA到214CY的实例同心形状具备布置于半导体层222C中的多个柱结构或柱结构阵列。如图2C的实例中展示，柱形部分214CB到214CI经布置为共同形成中心部分214CA周围的同心环的多个部分。类似地，柱形部分214CJ到214CY经布置为形成中心部分214CA及部分214CB到214CI周围的同心环的多个部分，如展示。
在图2C中展示的实例中，部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY具有相应宽度。实例将相应宽度说明为W1、W2、W3。在实例中，W1>W2>W3。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3之间的相对不相等关系可不同。如在下文的另一视图中将更加明显，部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY还从背侧朝向半导体层222C的前侧延伸相应深度。在实例中，部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY的相应深度由于在制造期间(例如，在蚀刻工艺期间，例如用于形成于部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY相关联的沟槽结构的等离子体蚀刻)的蚀刻负载效应随着部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY的相应宽度的增加而增加。因此，部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY中的每一者的相应深度不同于部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY中具有不同相应宽度(例如W1、W2、W3)的相邻者的相应深度。
在所说明实例中，应注意，部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY在沿着穿过纵向中心线220C的横向线的方向上的最近或最接近的相邻部分具有不同相应宽度。例如，应注意，图2C中说明的虚线C-C’是穿过纵向中心线220C的横向线的实例。因而，在部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY之中，中心部分214CA沿着虚线C-C’的最近相邻部分包含于部分214CB到214CI中。类似地，部分214CB到214CI的最近相邻者包含部分214CA或沿着虚线C-C’的部分214CJ到214CY中的一者。因此，部分214CA的相应宽度W1不同于部分214CB到214CI的相应宽度W2，其不同于部分214CJ到214CY的相应宽度W3。如将在下文的另一视图中展示，由于中心部分214CA的相应宽度W1大于部分214CB到214CI的相应宽度W2，所以中心部分214CA的相应深度大于部分214CB到214CI的相应深度，以此类推。因此，在沿着虚线C-C’的相邻部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY之间存在相应宽度的差异及相应深度的对应差异。
在一个实例中，CDTI结构214C的多个部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分214CB到214CI及214CJ到214CY关于中心部分214CA对称地布置。举例来说，部分214CA、214CB到214CI及214CJ到214CY关于纵向中心线220C对称地布置。CDTI结构214C的结构对称性还由于引导到相应光电二极管的入射光是对称的而有助于增加光吸收。
在图2C中展示的实例中，穿过纵向中心线220C的虚线C-C’出于解释目的被说明为“水平”线。应了解，虚线C-C’还可被说明为穿过纵向中心线220C的“垂直”线、“对角”线等。
在图2C中说明的实例中，应注意，像素单元204C还包含另一或第二深沟槽隔离(DTI)结构236C，其围绕半导体层222C的像素单元204C区域。在实例中，DTI结构236C因此隔离或分离像素单元204C与像素阵列中的相邻像素单元。例如，返回参考图1中说明的实例，围绕图2C中所展示的像素单元204C中的每一者的DTI结构236C共同形成栅格结构136，其提供图1中的像素阵列102中的像素单元104中的每一者之间的边界。
如将在下文更详细地展示，在一个实例中，DTI结构236C从背侧朝向半导体层222C的前侧延伸DTI结构深度以隔离或分离像素单元204C中的每一者与相邻像素单元。在一个实例中，DTI结构236C从背侧朝向半导体层222C的前侧延伸DTI结构深度到半导体层222C中以形成部分背侧深沟槽隔离结构使得DTI结构236C的DTI结构深度大于CDTI结构214C的深度且小于半导体层222C在背侧与前侧之间的厚度。在另一实施例中，DTI结构236C的DTI结构深度基本上等于半导体层222C的厚度使得DTI结构236C在半导体层222C的背侧与前侧之间延伸。在各种实例中，DTI结构236C可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222C中。DTI结构236C可使用与CDTI结构214C相同或不同的材料形成。
图2D是根据本发明的教示的说明CDTI结构214D的又一实例的像素单元204D的实例俯视图。应注意，图2D的实例像素单元204D也可为图1的实例像素阵列102的像素单元104中的一或多者的实例，且应了解，下文引用的类似地命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。另外，应进一步了解，图2D的实例像素单元204D与图2A的实例像素单元204A共享许多相似点。
例如，如图2D中描绘的实例中展示，像素单元204D包含安置于半导体层222D的像素单元204D区域中的CDTI结构214D。在一个实例中，像素单元204D适于检测包含NIR光或IR光的入射光。在实例中，CDTI结构214D使用低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222D中。在一个实例中，半导体层222D可包含硅或另一合适类型的半导体材料。如在下文的另一视图中将更加明显，实例CDTI结构214D经安置成接近于半导体层222D的背侧且沿着入射光的光学路径，所述入射光沿着光学路径经引导到经安置成接近于半导体层222D的前侧的光电二极管。
如图2D中的像素单元204D的实例的俯视图中展示，CDTI结构214D包含多个部分，其在实例中被说明为部分214DA、214DB、214DC。在实例中，多个部分214DA、214DB、214DC中的每一者在半导体层222D中与多个部分214DA、214DB、214DC中的相邻者横向分离且间隔开。
在图2D中描绘的实例中，应注意，CDTI结构214D的部分214DA是中心部分或处于像素单元204D中的CDTI结构214D的中心。因而，CDTI结构214D的纵向中心线220D延伸穿过中心部分214DA，如展示。应注意，纵向中心线220D是延伸进出页面的线，且因此在图2D中被说明为点。在图2D中展示的实例中，多个部分214DA、214DB、214DC在半导体层222D中经布置成同心形状的图案，其中部分214DB、214DC经同心地布置在中心部分214DA周围，如展示。在所描绘实例中，多个部分214DA、214DB、214DC的同心形状的形状是基本上正方形或矩形。在其它实例中，应了解，多个部分214DA、214DB、214DC的实例同心形状可具有经布置于半导体层222D中的其它形状，例如基本上圆形、椭圆形或多个柱结构或柱结构阵列等。
在图2D中展示的实例中，多个部分214DA、214DB、214DC中的每一者具有相应宽度。实例将相应宽度说明为W1、W2、W3。图2D的CDTI结构214D与图2A的CDTI结构214A的一个差异是，在图2D的实例CDTI结构214D中，相应宽度的不相等相对关系是W1>W2且W3>W2。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3之间的相对不相等关系可不同。如在下文的另一视图中将更加明显，多个部分214DA、214DB、214DC中的每一者还从背侧朝向半导体层222D的前侧延伸相应深度。在实例中，多个部分214DA、214DB、214DC中的每一者的相应深度由于制造期间的蚀刻负载效应随着多个部分214DA、214DB、214DC的相应宽度增加而增加。因此，多个部分214DA、214DB、214DC中的每一者的相应深度不同于多个部分214DA、214DB、214DC中具有不同相应宽度(例如W1、W2、W3)的相邻者的相应深度。
在所说明实例中，应注意，每一部分214DA、214DB、214DC在沿着穿过纵向中心线220D的横向线的方向上的最近或最接近的相邻部分具有不同相应宽度。例如，应注意，图2D中说明的虚线D-D’是穿过纵向中心线220D的横向线的实例。因而，中心部分214DA沿着虚线D-D’的最近的相邻部分是部分214DB。类似地，部分214DB的最近相邻者包含沿着虚线D-D’的部分214DA或部分214DC。因此，部分214DA的相应宽度W1不同于部分214DB的相应宽度W2，其不同于部分214DC的相应宽度W3。如将在下文的另一视图中展示，由于中心部分214DA的相应宽度W1大于部分214DB的相应宽度W2，所以中心部分214DA的相应深度大于部分214DB的相应深度，以此类推。因此，在沿着虚线D-D’的相邻部分214DA、214DB、214DC之间存在相应宽度的差异及相应深度的对应差异。
在一个实例中，CDTI结构214D的多个部分214DA、214DB、214DC可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分214DB及214DC关于中心部分214DA对称地布置。举例来说，部分214DA、214DB及214DC关于纵向中心线220D对称地布置。CDTI结构214D的结构对称性还由于引导到相应光电二极管的入射光是对称的而有助于增加光吸收。
在图2D中展示的实例中，穿过纵向中心线220D的虚线D-D’出于解释目的被说明为“水平”线。应了解，虚线D-D’还可被说明为穿过纵向中心线220D的“垂直”线、“对角”线等。
在图2D中说明的实例中，应注意，像素单元204D还包含另一或第二深沟槽隔离(DTI)结构236D，其围绕半导体层222D的像素单元204D区域。在实例中，DTI结构236D因此隔离或分离像素单元204D与像素阵列中的相邻像素单元。例如，返回参考图1中说明的实例，围绕图2D中所展示的像素单元204D中的每一者的DTI结构236D共同形成栅格结构136，其提供图1中的像素阵列102中的像素单元104中的每一者之间的边界。
如将在下文更详细地展示，在一个实例中，DTI结构236D从背侧朝向半导体层222D的前侧延伸DTI结构深度以隔离或分离像素单元204D中的每一者与相邻像素单元。在一个实例中，DTI结构236D从背侧朝向半导体层222D的前侧延伸DTI结构深度到半导体层222D中以形成部分背侧深沟槽隔离结构使得DTI结构236D的DTI结构深度大于CDTI结构214D的深度且小于半导体层222D在背侧与前侧之间的厚度。在另一实施例中，DTI结构236D的DTI结构深度基本上等于半导体层222D的厚度使得DTI结构236D在半导体层222D的背侧与前侧之间延伸。在各种实例中，DTI结构236D可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222D中。DTI结构236D可使用与CDTI结构214D相同或不同的材料形成。
图2E是根据本发明的教示的说明CDTI结构214E的又一实例的像素单元204E的实例俯视图。应注意，图2E的实例像素单元204E也可为图1的实例像素阵列102的像素单元104中的一或多者的实例，且应了解，下文引用的类似地命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。另外，应进一步了解，图2E的实例像素单元204E与图2C的实例像素单元204C共享许多相似点。
例如，如图2E中描绘的实例中展示，像素单元204E包含安置于半导体层222E的像素单元204E区域中的CDTI结构214E。在一个实例中，像素单元204E适于检测包含NIR光或IR光的入射光。在实例中，CDTI结构214E使用低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222E中。在一个实例中，半导体层222E可包含硅或另一合适类型的半导体材料。如在下文的另一视图中将更加明显，实例CDTI结构214E经安置成接近于半导体层222E的背侧且沿着入射光的光学路径，所述入射光沿着光学路径经引导到经安置成接近于半导体层222E的前侧的光电二极管。
如图2E中的像素单元204E的实例的俯视图中展示，CDTI结构214E包含多个部分，其在实例中被说明为部分214EA、214EB、214EC、214ED、214EE、214EF、214EG、214EH、214EI、214EJ、214EK、214EL、214EM、214EN、214EO、214EP、214EQ、214ER、214ES、214ET、214EU、214EV、214EW、214EX、214EY。在实例中，多个部分214EA到214EY中的每一者在半导体层222E中与多个部分214EA到214EY中的相邻者横向分离且间隔开。多个部分214EA到214EY中的每一者在半导体层222E中与多个部分214EA到214EY中的相邻者之间的间隔可取决于CDTI结构214D经配置为相同或不同。
在图2E中描绘的实例中，应注意，CDTI结构214E的部分214EA是中心部分或处于像素单元204E中的CDTI结构214E的中心。因而，CDTI结构214E的纵向中心线220E延伸穿过中心部分214EA，如展示。应注意，纵向中心线220E是延伸进出页面的线，且因此在图2E中被说明为点。在图2E中展示的实例中，多个部分214EA到214EY在半导体层222E中经布置成同心形状的图案，其中部分214EB到214EI经同心地布置在中心部分214EA周围，且部分214EJ到214EY经同心地布置在部分214EB到214EI周围，如展示。在图2E的实例CDTI结构214E中，多个部分214EA到214EY的实例同心形状具备布置于半导体层222E中的多个柱结构或柱结构阵列。如图2E的实例中展示，柱形部分214EB到214EI经布置为共同形成中心部分214EA周围的同心环的多个部分。类似地，柱形部分214EJ到214EY经布置为形成中心部分214EA及部分214EB到214EI周围的同心环的多个部分，如展示。
在图2E中展示的实例中，部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY具有相应宽度。实例将相应宽度说明为W1、W2、W3。图2E的CDTI结构214E与图2C的CDTI结构214C的一个差异是，在图2E的实例CDTI结构214E中，相应宽度的不相等相对关系是W3>W2>W1。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3之间的相对不相等关系可不同。
如在下文的另一视图中将更加明显，部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY还从背侧朝向半导体层222E的前侧延伸相应深度。在实例中，部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY的相应深度由于制造期间的蚀刻负载效应随着部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY的相应宽度增加而增加。因此，部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY中的每一者的相应深度不同于多个部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY中具有不同相应宽度(例如W1、W2、W3)的相邻者的相应深度。
在所说明实例中，应注意，部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY在沿着穿过纵向中心线220E的横向线的方向上的最近或最接近的相邻部分具有不同相应宽度。例如，应注意，图2E中说明的虚线E-E’是穿过纵向中心线220E的横向线的实例。因而，在部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY之中，中心部分214EA沿着虚线E-E’的最近相邻部分包含于部分214EB到214EI中。类似地，部分214EB到214EI的最近相邻者包含部分214EA或沿着虚线E-E’的部分214EJ到214EY中的一者。因此，部分214EA的相应宽度W1不同于部分214EB到214EI的相应宽度W2，其不同于部分214EJ到214EY的相应宽度W3。如将在下文的另一视图中展示，由于中心部分214EA的相应宽度W1小于部分214EB到214EI的相应宽度W2，所以中心部分214EA的相应深度小于部分214EB到214EI的相应深度。类似于，由于部分214EB到214EI的相应宽度W2小于部分214EJ到214EY的相应宽度W3，所以半导体层222E中的部分214EB到214EI从半导体层222E的背侧的相应深度小于部分214EJ到214EY的相应深度。因此，在沿着虚线E-E’的相邻部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY之间存在相应宽度的差异及相应深度的对应差异。
在一个实例中，CDTI结构214E的多个部分214EA、214EB到214EI及214EJ到214EY可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分214EB到214EI及214EJ到214EY关于中心部分214EA对称地布置。举例来说，部分214EB到214EI及214EJ到214EY关于纵向中心线220E对称地布置。CDTI结构214E的结构对称性还由于引导到相应光电二极管的入射光是对称的而有助于增加光吸收。
在图2E中展示的实例中，穿过纵向中心线220E的虚线E-E’出于解释目的被说明为“水平”线。应了解，虚线E-E’还可被说明为穿过纵向中心线220E的“垂直”线、“对角”线等。
在图2E中说明的实例中，应注意，像素单元204E还包含另一或第二深沟槽隔离(DTI)结构236E，其围绕半导体层222E的像素单元204E区域。在实例中，DTI结构236E因此隔离或分离像素单元204E与像素阵列中的相邻像素单元。例如，返回参考图1中说明的实例，围绕图2E中所展示的像素单元204E中的每一者的DTI结构236E共同形成栅格结构136，其提供图1中的像素阵列102中的像素单元104中的每一者之间的边界。
如将在下文更详细地展示，在一个实例中，DTI结构236E从背侧朝向半导体层222E的前侧延伸DTI结构深度以隔离或分离像素单元204E中的每一者与相邻像素单元。在一个实例中，DTI结构236E从背侧朝向半导体层222E的前侧延伸DTI结构深度到半导体层222E中以形成部分背侧深沟槽隔离结构使得DTI结构236E的DTI结构深度大于CDTI结构214E的深度且小于半导体层222E在背侧与前侧之间的厚度。在另一实施例中，DTI结构236E的DTI结构深度基本上等于半导体层222E的厚度使得DTI结构236E在半导体层222E的背侧与前侧之间延伸。在各种实例中，DTI结构236E可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222E中。DTI结构236E可使用与CDTI结构214E相同或不同的材料形成。
图2F是根据本发明的教示的说明CDTI结构214F的又一实例的像素单元204F的实例俯视图。应注意，图2F的实例像素单元204F也可为图1的实例像素阵列102的像素单元104中的一或多者的实例，且应了解，下文引用的类似地命名及编号的元件如上文描述那样耦合及起作用。另外，应进一步了解，图2F的实例像素单元204F与图2C的实例像素单元204C及图2E的实例像素单元204E共享许多相似点。
例如，如图2F中描绘的实例中展示，像素单元204F包含安置于半导体层222F的像素单元204F区域中的CDTI结构214F。在一个实例中，像素单元204F适于检测包含NIR光或IR光的入射光。在实例中，CDTI结构214F使用低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222F中。在一个实例中，半导体层222F可包含硅或另一合适类型的半导体材料。如在下文的另一视图中将更加明显，实例CDTI结构214F经安置成接近于半导体层222F的背侧且沿着入射光的光学路径，所述入射光沿着光学路径经引导到经安置成接近于半导体层222F的前侧的光电二极管。
如图2F中的像素单元204F的实例的俯视图中展示，CDTI结构214F包含多个部分，其在实例中被说明为部分214FA、214FB、214FC、214FD、214FE、214FF、214FG、214FH、214FI、214FJ、214FK、214FL、214FM、214FN、214FO、214FP、214FQ、214FR、214FS、214FT、214FU、214FV、214FW、214FX、214FY。在实例中，多个部分214FA到214FY中的每一者在半导体层222F中与多个部分214FA到214FY中的相邻者横向分离且间隔开。多个部分214FA到214FY中的每一者在半导体层222F中与多个部分214FA到214FY中的相邻者之间的间隔可至少取决于CDTI结构214F的配置及像素单元大小经配置为相同或不同。
在图2F中描绘的实例中，应注意，CDTI结构214F的部分214FA是中心部分或处于像素单元204F中的CDTI结构214F的中心。因而，CDTI结构214F的纵向中心线220F延伸穿过中心部分214FA，如展示。应注意，纵向中心线220F是延伸进出页面的线，且因此在图2F中被说明为点。在图2F中展示的实例中，多个部分214FA到214FY在半导体层222F中经布置成同心形状的图案，其中部分214FB到214FI经同心地布置在中心部分214FA周围，且部分214FJ到214FY经同心地布置在部分214FB到214FI周围，如展示。在图2F的实例CDTI结构214F中，多个部分214FA到214FY的实例同心形状具备布置于半导体层222F中的多个柱结构或柱结构阵列。如图2F的实例中展示，柱形部分214FB到214FI经布置为共同形成中心部分214FA周围的同心环的多个部分。类似地，柱形部分214FJ到214FY经布置为形成中心部分214FA及部分214FB到214FI周围的同心环的多个部分，如展示。
在图2F中展示的实例中，部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY具有相应宽度。实例将相应宽度说明为W1、W2、W3。图2F的CDTI结构214F与图2C的CDTI结构214C及图2E的CDTI结构214E的一个差异是，在图2F的实例CDTI结构214F中，相应宽度的不相等相对关系是W1<W2且W3<W2。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3之间的相对不相等关系可不同。
如在下文的另一视图中将更加明显，部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY还从背侧朝向半导体层222F的前侧延伸相应深度。在实例中，部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY的相应深度由于制造期间的干式蚀刻负载效应随着部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY的相应宽度增加而增加。因此，部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY中的每一者的相应深度不同于多个部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY中具有不同相应宽度(例如W1、W2、W3)的相邻者的相应深度。
在所说明实例中，应注意，部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY在沿着穿过纵向中心线220F的横向线的方向上的最近或最接近的相邻部分具有不同相应宽度。例如，应注意，图2F中说明的虚线F-F’是穿过纵向中心线220F的横向线的实例。因而，在部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY之中，中心部分214FA沿着虚线F-F’的最近相邻部分包含于部分214FB到214FI中。类似地，部分214FB到214FI的最近相邻者包含部分214FA或沿着虚线F-F’的部分214FJ到214FY中的一者。因此，部分214FA的相应宽度W1不同于部分214FB到214FI的相应宽度W2，其不同于部分214FJ到214FY的相应宽度W3。如将在下文的另一视图中展示，由于中心部分214FA的相应宽度W1小于部分214FB到214FI的相应宽度W2，所以中心部分214FA的相应深度小于部分214FB到214FI的相应深度，以此类推。因此，在沿着虚线F-F’的相邻部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY之间存在相应宽度的差异及相应深度的对应差异。
在图2F中展示的实例中，穿过纵向中心线220F的虚线F-F’出于解释目的被说明为“水平”线。应了解，虚线F-F’还可被说明为穿过纵向中心线220F的“垂直”线、“对角”线等。
在一个实例中，CDTI结构214F的多个部分214FA、214FB到214FI及214FJ到214FY可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分214FB到214FI及214FJ到214FY关于中心部分214FA对称地布置以进一步改进光吸收。
在图2F中说明的实例中，应注意，像素单元204F还包含另一或第二深沟槽隔离(DTI)结构236F，其围绕半导体层222F的像素单元204F区域。在实例中，DTI结构236F因此隔离或分离像素单元204F与像素阵列中的相邻像素单元。例如，返回参考图1中说明的实例，围绕图2F中所展示的像素单元204F中的每一者的DTI结构236F共同形成栅格结构136，其提供图1中的像素阵列102中的像素单元104中的每一者之间的边界。
如将在下文更详细地展示，在一个实例中，DTI结构236F从背侧朝向半导体层222F的前侧延伸DTI结构深度以隔离或分离像素单元204F中的每一者与相邻像素单元。在一个实例中，DTI结构236F从背侧朝向半导体层222F的前侧延伸DTI结构深度到半导体层222F中以形成部分背侧深沟槽隔离结构使得DTI结构236F的DTI结构深度大于CDTI结构214F的深度且小于半导体层222F在背侧与前侧之间的厚度。在另一实施例中，DTI结构236F的DTI结构深度基本上等于半导体层222F的厚度使得DTI结构236F在半导体层222F的背侧与前侧之间延伸。在各种实例中，DTI结构236F可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层222F中。DTI结构236F可使用与CDTI结构214F相同或不同的材料形成。
图3A展示根据本发明的教示的包含实例CDTI结构314的像素单元304的横截面图。应了解，图3A的实例像素单元304可为图2A的实例像素单元204A或图2B的像素单元204B的另一视图，且下文引用的经类似地命名及编号的元件可如上文描述那样耦合及起作用。还应注意，图3A中展示的像素单元304的实例横截面图可对应于图2A的像素单元204A沿着虚线A-A’或图2B的像素单元204B沿着虚线B-B’的横截面图。
如图3A中描绘的实例中展示，像素单元304包含光电二极管324，其经安置于半导体层322的像素单元304区域中且接近于半导体层322的前侧326以响应于经引导穿过半导体层322的背侧328到光电二极管324的入射光330而产生图像电荷。CDTI结构314沿着入射光330到光电二极管324的光学路径经安置于半导体层322的像素单元304区域中，且CDTI结构314经安置成接近于半导体层322的背侧328。
如所说明实例中展示，CDTI结构314包含多个部分，其在图3A中展示为布置于半导体层322中的部分314A、314B、314C、314D。如展示，多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者在半导体层322中与多个部分314A、314B、314C、314D中的相邻者横向分离且间隔开。多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者在半导体层322中与多个部分314A、314B、314C、314D中的相邻者之间的间隔可相同或不同。
如实例中展示，部分314A具有宽度W1，部分314B具有宽度W2，部分314C具有宽度W3，且部分314D具有宽度W4。在图3A中描绘的实例中，W1>W2>W3>W4。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3、W4之间的相对不相等关系可不同。另外，多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸相应的深度D1、D2、D3、D4。在图3A中描绘的实例中，D1>D2>D3>D4。因此，多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者的相应深度D1、D2、D3、D4不同于多个部分314A、314B、314C、314D中的相邻者的相应深度D1、D2、D3、D4。在实例中，多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者的相应深度D1、D2、D3、D4与多个部分314A、314B、314C、314D的相应宽度有关。在各种实例中，随着部分314A、314B、314C、314D的相对宽度增加，所述部分314A、314B、314C、314D的相对深度由于制造期间的蚀刻负载效应而增加。换句话说，较浅部分具备较窄部分，且较深部分具备较宽部分。
在一个实例中，CDTI结构314的多个部分314A、314B、314C、314D可经布置成具有结构对称性以改进光吸收。举例来说，部分314B、314C、314D的横截面关于中心部分314A或纵向中心线320具有对称性。此外，具有多个部分314A、314B、314C、314D的CDTI结构314还可增加入射光330在相应像素单元304内的光行进路径，这是由于入射光330通过反射及/或折射被多个部分314A、314B、314C、314D散射。因此，可增加引导到像素单元304的相应光电二极管324的入射光330的吸收。
如图3A中说明的实例中描绘，多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者具有第一端及第二端。特定来说，多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者的第一端是处于半导体层322的背侧328的端，且多个部分314A、314B、314C、314D中的每一者的第二端与所述第一端相对且处于从背侧328朝向半导体层322中的前侧326的相应深度D1、D2、D3、D4处。
因此，应了解，多个部分314A、314B、314C、314D的第二端界定或代表具有关于半导体层322的背侧328具有大于零的斜率的横截面的表面。表面在图3A中使用相对于半导体层322的背侧328具有一斜率(在图3A中被标记为“SLOPE”)、具有一角度(在图3A中被标记为“α°”)的虚线说明或代表。
在一个实例中，纵向中心线320的第一侧(例如左侧)上的多个部分314A、314B、314C、314D的第二端界定或代表具有第一斜率的第一表面平面，且在与纵向中心线320的前侧(例如右侧)相对的第二侧上的多个部分314A、314B、314C、314D的第二端界定或代表关于垂直于背侧328的纵向中心线320具有第二斜率的第二表面平面，其中第一表面平面与第二表面平面相交且连接，从而形成基本上等于180°-2α°的角度。应了解，斜率SLOPE随着相邻部分314A、314B、314C、314D的相应深度D1、D2、D3、D4之间的差异增加而增加。因此，通过调整相邻部分314A、314B、314C、314D的宽度W1、W2、W3、W4之间的差异从而调制相邻部分314A、314B、314C、314D的深度D1、D2、D3、D4之间的差异，由多个部分314A、314B、314C、314D的第二端界定的表面的斜率SLOPE也可根据本发明的教示进行调整。
在图3A中描绘的实例中，应了解，像素单元304的纵向中心线320穿过其的中心部分314A是CDTI结构314的最宽(W1)部分且因此是CDTI结构314的最深(D1)部分314A，且与纵向中心线320相距更远的每一连续相邻部分(314B、314C、314D)的深度(D2、D3、D4)减小。因而，应注意，CDTI结构314因此提供颠倒或翻转的金字塔形结构，其中侧具有角度α°，如展示。角度α°越大，与由部分314B、314C、314D形成的侧表面平面相关联的斜率SLOPE就越陡或越大。较大斜率SLOPE会导致入射在部分314B、314C、314D上的较大折射角度的入射光330，这由此增加光吸收。
因此，从由多个部分入射在部分314A、314B、314C、314D形成的倾斜(tilt/slant)横截面表面平面所提供的颠倒或翻转的金字塔形状通过反射及/或折射增强引导到相应像素单元304的光电二极管324的入射光330的光吸收，由此增加相应像素单元304例如对具有较长波长的入射光(例如红光、NIR光及/或IR光)的光灵敏度。因此，应了解，近红外(NIR)量子效率(QE)使用CDTI结构314而显著增强。在各种实例中，相邻部分入射在部分314A、314B、314C、314D与相对宽度W1、W2、W3、W4之间的间隔可基于最小设计规则及特定斜率SLOPE进行配置以提供具有所期望反射/折射角的金字塔/似几何学形状以实现根据本发明的教示的像素单元304的最优光反射及NIR吸收性能。另外，应了解，CDTI结构314提供经改进串扰性能。
在图3A中说明的实例横截面图还展示，像素单元304还包含另一或第二DTI结构336，其围绕半导体层322的像素单元304区域。如所描绘实例中说明，DTI结构336从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸DTI结构深度T1以隔离或分离像素单元304中的每一者与像素阵列中的相邻像素单元。在所描绘实例中，DTI结构深度T1大于CDTI结构314的深度D1且基本上等于半导体层322的厚度使得DTI结构336从半导体层322的背侧328延伸到前侧326。在另一实例中，应了解，DTI结构336从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸大于CDTI结构314的深度且小于半导体层322的厚度的深度到半导体层322中以形成部分背侧DTI结构。在各种实例中，DTI结构336可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层322中。DTI结构336可使用与CDTI结构314相同或不同的材料形成。
图3B展示根据本发明的教示的图3A的像素单元304的制造过程期间的实例横截面图。在实例中，提供包含光电二极管324的半导体层322，光电二极管324经安置于半导体层322的像素单元304区域中且接近于半导体层322的前侧326以响应于经引导穿过半导体层322的背侧328到光电二极管324的入射光而产生图像电荷。光电二极管324可例如通过离子植入经形成于半导体层322中。图3B中展示的半导体层322可为进行前侧处理之后的半导体层322，即，其中已经制造光电二极管、晶体管(包含栅极、源极及漏极)、接触件、金属互连件等。
图案化掩模层318经沉积在半导体层322的背侧328之上。如展示，图案化掩模层318包含具有具对应于CDTI结构的相应部分的不同宽度W1、W2、W3、W4的多个开口319A、319B、319C、319D的图案，其中W1>W2>W3>W4。多个开口319A、319B、319C、319D中的每一者在图案化掩模层318中的图案中与多个开口319A、319B、319C、319D中的相邻者横向分离且间隔开。多个开口319A、319B、319C、319D中的每一者的相应宽度W1、W2、W3、W4不同于多个开口319A、319B、319C、319D中的相邻者的相应宽度W1、W2、W3、W4。
接着，例如通过等离子体蚀刻穿过图案化掩模层318的多个开口319A、319B、319C、319D蚀刻半导体层322的背侧328，以在半导体层322中形成多个沟槽316A、316B、316C、316D。多个沟槽316A、316B、316C、316D中的每一者具有从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸的相应的深度D1、D2、D3、D4。如论述，由于多个开口319A、319B、319C、319D中的每一者的相应宽度W1、W2、W3、W4不同于多个开口319A、319B、319C、319D中的相邻者的相应宽度W1、W2、W3、W4，所以多个沟槽316A、316B、316C、316D中的每一者的相应深度D1、D2、D3、D4由于干式蚀刻负载效应而不同于多个沟槽316A、316B、316C、316D中的相邻者的相应深度D1、D2、D3、D4。沟槽宽度越宽，沟槽深度越深，且沟槽宽度越窄，沟槽深度越浅。
图3C展示在多个沟槽316A、316B、316C、316D经蚀刻于半导体层322中之后，接着，半导体层322经剥离及清洁以移除图案化掩模层318。
返回简要地参考图3A，接着，通过将电介质材料沉积于多个沟槽316A、316B、316C、316D中以填充多个沟槽316A、316B、316C、316D来形成CDTI结构314的多个部分314A、314B、314C、314D。在各种实例中，多个沟槽316A、316B、316C、316D可使用低k材料、氧化物材料或任何合适的电介质材料填充。接着，可执行化学机械抛光(CMP)工艺来抛光或平坦化半导体层322的背侧328。如将在下文的另外实例中展示，接着，可在半导体层322的背侧328之上形成一或多个额外层，例如(举例来说)缓冲氧化物、抗反射层等。另外，接着，可在半导体层322的背侧328之上形成彩色滤光器阵列的彩色透镜及微透镜以提供像素阵列的每一像素单元304。
图3D展示根据本发明的教示的说明CDTI结构314D的另一实例的像素单元304D的横截面图。应了解，图3D的实例像素单元304D可为图2D的实例像素单元204D的另一视图，且下文引用的经类似地命名及编号的元件可如上文描述那样耦合及起作用。还应注意，图3D中展示的像素单元304D的实例横截面图可对应于图2D的像素单元204D沿着虚线D-D’的横截面图。
如图3D中描绘的实例中展示，像素单元304D包含光电二极管324，其经安置于半导体层322的像素单元304D区域中且接近于半导体层322的前侧326以响应于经引导穿过半导体层322的背侧328到光电二极管324的入射光而产生图像电荷。CDTI结构314D沿着入射光到光电二极管324的光学路径经安置于半导体层322的像素单元304D区域中且接近于半导体层322的背侧328。
如所说明实例中展示，CDTI结构314D包含多个部分，其在图3D中展示为布置于半导体层322中的部分314DA、314DB、314DC。如展示，多个部分314DA、314DB、314DC中的每一者在半导体层322中与多个部分314DA、314DB、314DC中的相邻者横向分离且间隔开。
如实例中展示，部分314DA具有宽度W1，部分314DB具有宽度W2，且部分314DC具有宽度W3。在图3D中描绘的实例中，W1>W2且W3>W2。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3之间的相对不相等关系可不同。应注意，在图3D中描绘的实例中，W1基本上等于W3。在另一实例中，应了解，W1可不等于W3。图3D中描绘的实例还说明多个部分314DA、314DB、314DC中的每一者从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸相应的深度D1、D2、D1。在图3D中描绘的实例中，D1>D2。因此，多个部分314DA、314DB、314DC中的每一者的相应深度D1、D2、D1关于相应宽度不同于多个部分314DA、314DB、314DC中的相邻者的相应深度D1、D2、D1。在各种实例中，随着部分314DA、314DB、314DC的相对宽度增加，所述部分314DA、314DB、314DC的相对深度D1、D2、D1由于蚀刻工艺期间的蚀刻负载效应而增加。换句话说，较浅部分具备较窄部分，且较深部分具备较宽部分。
如图3D中说明的实例中描绘，多个部分314DA、314DB、314DC中的每一者具有第一端及第二端。特定来说，多个部分314DA、314DB、314DC中的每一者的第一端是处于半导体层322的背侧328的端，且多个部分314DA、314DB、314DC中的每一者的第二端与所述第一端相对且处于从背侧328朝向半导体层322中的前侧326的相应深度D1、D2、D1处。
因此，应了解，多个部分314DA、314DB、314DC的第二端界定或代表具有关于半导体层322的背侧328具有大于零的斜率的横截面的表面，如图3D中使用虚线展示。特定来说，图3D中展示的实例说明代表由多个部分314DA、314DB、314DC的第二端界定的、相对于半导体层322的背侧328具有角度(其在图3D中标记为“α°”)的表面的虚线。应了解，表面相对于背侧328的角度α°随着相邻部分314DA、314DB、314DC的相应深度D1、D2、D1之间的差异增加而增加。因此，通过调整相邻部分314DA、314DB、314DC的宽度W1、W2、W3之间的差异，由多个部分314DA、314DB、314DC的第二端界定的表面的斜率及角度α°也可根据本发明的教示进行调整以实现最优光学性能。举例来说，多个部分314DA、314DB、314DC的相应宽度W1、W2、W3可经设计使得多个部分314DA、314DB、314DC的相应深度导致较大角度α°，其界定具有具大斜率的横截面的表面，从而创建入射在部分314DA、314DB、314DC上的入射光的较大折射角，这会增加光吸收。
具有CDTI结构314D及由CDTI结构314D的特定结构配置及布置提供的角度α°，应注意，串扰性能及近红外(NIR)量子效率(QE)使用CDTI结构314D显著增强。
在图3D中说明的实例横截面图还展示，像素单元304D还包含另一或第二DTI结构336，其围绕半导体层322的像素单元304D区域以隔离像素单元304D中的每一者与像素阵列中的相邻像素单元。在所描绘实例中，DTI结构深度大于CDTI结构314D的深度D1且基本上等于半导体层322的厚度使得DTI结构336从半导体层322的背侧328延伸到前侧326。在另一实例中，应了解，DTI结构336从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸大于CDTI结构314D的深度且小于半导体层322的厚度的深度到半导体层322中以形成部分背侧DTI结构。在各种实例中，DTI结构336可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层322中。DTI结构336可使用与CDTI结构314D相同或不同的材料形成。
图3E展示根据本发明的教示的说明CDTI结构314E的又一实例的像素单元304E的横截面图。应了解，图3E的实例像素单元304E可为图2E的实例像素单元204E的另一视图，且下文引用的经类似地命名及编号的元件可如上文描述那样耦合及起作用。还应注意，图3E中展示的像素单元304E的实例横截面图可对应于图2E的像素单元204E沿着虚线E-E’的横截面图。
如图3E中描绘的实例中展示，像素单元304E包含光电二极管324，其经安置于半导体层322的像素单元304E区域中且接近于半导体层322的前侧326以响应于经引导穿过半导体层322的背侧328到光电二极管324的入射光而产生图像电荷。CDTI结构314E沿着入射光到光电二极管324的光学路径经安置于半导体层322的像素单元304E区域中且接近于半导体层322的背侧328。
如所说明实例中展示，CDTI结构314E包含多个部分，其在图3E中展示为布置于半导体层322中的部分314EA、314EB、314EC。如展示，多个部分314EA、314EB、314EC中的每一者在半导体层322中与多个部分314EA、314EB、314EC中的相邻者横向分离且间隔开。
在一个实例中，CDTI结构314E的多个部分314EA、314EB、314EC可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分314EB、314EC的横截面可关于中心部分314EA具有对称性以进一步改进对引导到光电二极管324的入射光的光吸收。
如实例中展示，部分314EA具有宽度W1，部分314EB具有宽度W2，且部分314EC具有宽度W3。在图3E中描绘的实例中，W3>W2>W1。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3之间的相对不相等关系可不同。图3E中描绘的实例还说明多个部分314EA、314EB、314EC中的每一者从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸相应的深度D3、D2、D1。在图3E中描绘的实例中，D1>D2>D3。因此，多个部分314EA、314EB、314EC中的每一者的相应深度D3、D2、D1不同于多个部分314EA、314EB、314EC中的相邻者的相应深度D1、D2、D1。在各种实例中，随着部分314EA、314EB、314EC的相对宽度增加，所述部分314EA、314EB、314EC的相对深度D3、D2、D1由于制造期间的干式蚀刻负载效应而增加。换句话说，较浅部分具备较窄部分，且较深部分具备较宽部分。
如图3E中说明的实例中描绘，多个部分314EA、314EB、314EC中的每一者具有第一端及第二端。特定来说，多个部分314EA、314EB、314EC中的每一者的第一端是处于半导体层322的背侧328的端，且多个部分314EA、314EB、314EC中的每一者的第二端与所述第一端相对且处于从背侧328朝向半导体层322中的前侧326的相应深度D3、D2、D1处。
因此，应了解，多个部分314EA、314EB、314EC的第二端界定或代表具有关于半导体层322的背侧328具有大于零的斜率的横截面的表面，如图3E中使用虚线展示。特定来说，图3E中展示的实例说明代表由多个部分314EA、314EB、314EC的第二端界定的、相对于半导体层322的背侧328具有角度(在图3E中标记为“α°”)的表面的虚线。
还应注意，在图3E中展示的实例中，中心部分314EA是CDTI结构314E的最窄(W1)部分且因此是CDTI结构314E的最浅(D3)部分314EA，且与中心相距更远的每一连续相邻部分(314EB、314EC)的深度(D2、D1)增加。因而，应注意，CDTI结构314E因此提供金字塔形结构，其中侧具有角度α°，如展示。通过调整相邻部分314EA、314EB、314EC的宽度W1、W2、W3，由多个部分314EA、314EB、314EC的第二端界定的表面的斜率及关于半导体层322的背侧328的角度α°也可被调整以实现期望的光学性能。举例来说，多个部分314EA、314EB、314EC的相应宽度W1、W2、W3可经设计使得相邻部分314EA、314EB、314EC的相应深度之间的差异提供较大角度α°，从而导致具有具较大斜率的横截面的表面，这通过入射光在部分314EA、314EB、314EC上的反射及/或折射增加入射光在相应像素单元304E内的吸收，这改进了相应像素单元304E的光灵敏度。因此，应了解，应注意，串扰性能及近红外(NIR)量子效率(QE)使用CDTI结构314E及由CDTI结构314E提供的角度α°显著增强。
在图3E中说明的实例横截面图还展示，像素单元304E还包含另一或第二DTI结构336，其围绕半导体层322的像素单元304E区域以隔离像素单元304E中的每一者与像素阵列中的相邻像素单元。在所描绘实例中，DTI结构深度大于CDTI结构314E的深度D1且基本上等于半导体层322的厚度使得DTI结构336从半导体层322的背侧328延伸到前侧326。在另一实例中，应了解，DTI结构336从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸大于CDTI结构314E的深度且小于半导体层322的厚度的深度到半导体层322中以形成部分背侧DTI结构。在各种实例中，DTI结构336可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层322中。DTI结构336可使用与CDTI结构314E相同或不同的材料形成。
图3F展示根据本发明的教示的说明CDTI结构314F的又一实例的像素单元304F的横截面图。应了解，图3F的实例像素单元304F可为图2F的实例像素单元204F的另一视图，且下文引用的经类似地命名及编号的元件可如上文描述那样耦合及起作用。还应注意，图3F中展示的像素单元304F的实例横截面图可对应于图2F的像素单元204F沿着虚线F-F’的横截面图。
如图3F中描绘的实例中展示，像素单元304F包含光电二极管324，其经安置于半导体层322的像素单元304F区域中且接近于半导体层322的前侧326以响应于经引导穿过半导体层322的背侧328到光电二极管324的入射光而产生图像电荷。CDTI结构314F沿着入射光到光电二极管324的光学路径经安置于半导体层322的像素单元304F区域中且接近于半导体层322的背侧328。
如所说明实例中展示，CDTI结构314F包含多个部分，其在图3F中展示为布置于半导体层322中的部分314FA、314FB、314FC。如展示，多个部分314FA、314FB、314FC中的每一者在半导体层322中与多个部分314FA、314FB、314FC中的相邻者横向分离且间隔开。
如实例中展示，部分314FA具有宽度W1，部分314FB具有宽度W2，且部分314FC具有宽度W3。在图3F中描绘的实例中，W1<W2且W3<W2。在其它实例中，应了解，W1、W2、W3之间的相对不相等关系可不同。应注意，在图3F中描绘的实例中，W1基本上等于W3。在另一实例中，应了解，W1可能不等于W3。图3F中描绘的实例还说明多个部分314FA、314FB、314FC中的每一者从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸相应的深度D2、D1、D2。在图3F中描绘的实例中，D1>D2。因此，多个部分314FA、314FB、314FC中的每一者的相应深度D2、D1、D2不同于多个部分314FA、314FB、314FC中的相邻者的相应深度D2、D1、D2。在各种实例中，随着部分314FA、314FB、314FC的相对宽度增加，所述部分314FA、314FB、314FC的相对深度D2、D1、D2由于制造期间(例如，在用于形成与部分314FA、314FB、314FC相关联的沟槽的干蚀刻工艺期间)的蚀刻负载效应增加。换句话说，较浅部分具备较窄部分，且较深部分具备较宽部分。
在一个实例中，CDTI结构314F的多个部分314FA、314FB、314FC可经布置成具有结构对称性。举例来说，部分314FB、314FC的横截面可关于中心部分314FA具有对称性以进一步改进光吸收。
如图3F中说明的实例中描绘，多个部分314FA、314FB、314FC中的每一者具有第一端及第二端。特定来说，多个部分314FA、314FB、314FC中的每一者的第一端是处于半导体层322的背侧328的端，且多个部分314FA、314FB、314FC中的每一者的第二端与所述第一端相对且处于从背侧328朝向半导体层322中的前侧326的相应深度D2、D1、D2处。
因此，应了解，多个部分314FA、314FB、314FC的第二端界定或代表具有关于半导体层322的背侧328具有大于零的斜率的横截面的表面，如图3F中使用虚线展示。特定来说，图3F中展示的实例说明代表由多个部分314FA、314FB、314FC的第二端界定的、相对于半导体层322的背侧328具有角度(在图3F中标记为“α°”)的表面的虚线。应了解，表面相对于背侧328的角度α°随着相邻部分314FA、314FB、314FC的相应深度D2、D1、D2之间的差异增加而增加。因此，通过调整在相邻部分314FA、314FB、314FC之间提供不同深度的相邻部分314FA、314FB、314FC的宽度W1、W2、W3之间的差异，角度α°及由多个部分314FA、314FB、314FC的第二端界定的表面的斜率也可根据本发明的教示进行调整。举例来说，多个部分314FA、314FB、314FC的相应宽度W1、W2、W3可经设计使得相邻部分314FA、314FB、314FC的相应深度之间的差异提供较大角度α°，从而导致具有具较大斜率的横截面的表面，这通过入射在部分314FA、314FB、314FC上的入射光的反射及/或折射增加入射光在相应像素单元304F内的吸收，这改进了相应像素单元30F的光灵敏度。具有CDTI结构314F及由CDTI结构314F提供的角度α°，应注意，串扰性能及近红外(NIR)量子效率(QE)使用CDTI结构314F显著增强。
在图3F中说明的实例横截面图还展示，像素单元304F还包含另一或第二DTI结构336，其围绕半导体层322的像素单元304F区域以隔离像素单元304F中的每一者与像素阵列中的相邻像素单元。在所描绘实例中，DTI结构深度大于CDTI结构314F的深度D1且基本上等于半导体层322的厚度使得DTI结构336从半导体层322的背侧328延伸到前侧326。在另一实例中，应了解，DTI结构336从背侧328朝向半导体层322的前侧326延伸大于CDTI结构314F的深度且小于半导体层322的厚度的深度到半导体层322中以形成部分背侧DTI结构。在各种实例中，DTI结构336可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层322中。DTI结构336可使用与CDTI结构314F相同或不同的材料形成。
图4A是根据本发明的教示的包含具有CDTI结构的实例像素单元404A、404B、404C的彩色像素阵列402A的一个实例的横截面图。应了解，图4A的实例像素单元404A、404B、404C可为图2A的像素单元204A或图2B的像素单元204B的实例，且下文引用的经类似地命名及编号的元件可如上文描述那样耦合及起作用。特定来说，应注意，图4A中的像素单元404A、404B、404C的实例横截面图可对应于图3A的像素单元304A的横截面图。然而，应了解，在其它实例中，实例像素单元404A、404B、404C中的每一者还可具有根据图2B到2F中的任一者布置及/或具有图3D到3F中的任一者中所说明的相应横截面的CDTI结构。
如图4A中展示，实例彩色像素阵列402A包含多个像素单元，其包含像素单元404A、404B、404C。像素单元404A、404B、404C中的每一者包含光电二极管424，其经安置于半导体层422的相应像素单元区域中且接近于半导体层422的前侧426以响应于经引导穿过半导体层422的背侧428到光电二极管424的入射光430而产生图像电荷。半导体层422可为形成在半导体衬底上的外延层。每一像素单元404A、404B、404C的CDTI结构414沿着入射光430到光电二极管424的光学路径经安置于半导体层422的像素单元区域中且接近于半导体层422的背侧428。在图4A中说明的实例中，每一CDTI结构414包含多个部分，其在图4A中展示为布置于半导体层422中的部分414A、414B、414C、414D。如展示，多个部分414A、414B、414C、414D中的每一者在半导体层422中与多个部分414A、414B、414C、414D中的相邻者横向分离且间隔开。
如实例中展示，多个部分414A、414B、414C、414D中的每一者具有相应宽度且从背侧428朝向半导体层422的前侧426延伸相应的深度D1、D2、D3、D4。在图4A中描绘的实例中，D1>D2>D3>D4。因此，多个部分414A、414B、414C、414D中的每一者的相应深度D1、D2、D3、D4不同于多个部分414A、414B、414C、414D中的相邻者的相应深度D1、D2、D3、D4。在各种实例中，随着部分414A、414B、414C、414D的相对宽度增加，所述部分414A、414B、414C、414D的相对深度由于用于形成CDTI结构414的部分414A、414B、414C、414D的相应沟槽的蚀刻工艺期间的蚀刻负载效应而增加。换句话说，较浅部分具备较窄部分，且较深部分具备较宽部分。
在图4A中说明的实例横截面图还展示，彩色像素阵列402A的像素单元404A、404B、404C包含另一或第二DTI结构436A，其围绕半导体层422的相应像素单元404A、404B、404C区域。如所描绘实例中说明，DTI结构436A从背侧428延伸DTI结构深度T1到半导体层422的前侧426以隔离或分离像素单元404A、404B、404C中的每一者与像素阵列中的相邻像素单元。如所描绘实例中展示，DTI结构深度T1大于CDTI结构414的深度D1且基本上等于半导体层422的背侧428与前侧426之间的厚度。DTI结构436A可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层422中。DTI结构436A可使用与CDTI结构414相同或不同的材料形成。
图4A中展示的实例像素阵列402A还包含形成在半导体层422的背侧428之上的缓冲氧化物层434。另外，包含多个彩色滤光器442的彩色滤光器阵列层经形成在缓冲氧化物层434之上。在一个实例中，彩色滤光器442可包含各种不同彩色滤光器，其包含红色、绿色、蓝色、透明/IR等的组合。在一个实例中，多个彩色滤光器442可具有基于拜耳(Bayer)图案的布置。包含多个微透镜444的微透镜层经形成在彩色滤光器层的彩色滤光器442之上。
如所描绘实例中展示，每一微透镜444及每一彩色滤光器442经形成在相应像素单元404A、404B、404C的相应CDTI结构414及光电二极管424之上且与相应CDTI结构414及光电二极管424对准。因而，沿着其引导入射光430的光学路径穿过相应微透镜444、彩色滤光器442、氧化物层434、背侧428，沿着且通过CDTI结构414，且通过半导体层422到光电二极管424，如展示。
尽管实例像素单元404A、404B、404C具有与图4A中说明的相同的CDTI结构布置，但应了解，在其它实例中，像素单元404A、404B、404C可具有不同CDTI布置。举例来说，不同彩色像素单元可具有不同CDTI结构配置。在一个实例中，具有较短波长(例如蓝色、绿色)的彩色像素单元及具有较长波长(例如红色、近红外、红外、透明)的彩色像素单元可使用不同CDTI结构配置来布置，例如与CDTI结构的部分相关联的不同CDTI结构图案布置、不同结构形状及/或不同宽度/深度，以实现图像传感器针对特定应用的最优光学性能。在一个实例中，经采用以检测可见光(例如红色、蓝色、绿色)的像素单元及适于检测近红外光的像素单元可使用不同CDTI结构配置来布置。在一个实例中，不同大小的像素单元可使用不同CDTI结构配置来布置。
图4B是根据本发明的教示的包含具有CDTI结构的实例像素单元404A、404B、404C的彩色像素阵列402B的另一实例的横截面图。应了解，图4B的实例像素单元404A、404B、404C也可为图2A的像素单元204A或图2B的像素单元204B的实例，且下文引用的经类似地命名及编号的元件可如上文描述那样耦合及起作用。特定来说，应注意，图4B中的像素单元404A、404B、404C的实例横截面图可对应于图3A的像素单元304A的横截面图。还应了解，图4B的彩色像素单元402B与图4A的彩色像素阵列402A共享许多相似点。
例如，图4B中描绘的实例彩色像素阵列402B包含多个像素单元，其包含像素单元404A、404B、404C。像素单元404A、404B、404C中的每一者包含光电二极管424，其经安置于半导体层422的相应像素单元区域中且接近于半导体层422的前侧426以响应于经引导穿过半导体层422的背侧428到光电二极管424的入射光430而产生图像电荷。半导体层422可为形成在半导体衬底上的外延层。每一像素单元404A、404B、404C的CDTI结构414沿着入射光430到光电二极管424的光学路径经安置于半导体层422的像素单元区域中且接近于半导体层422的背侧428。在图4B中说明的实例中，每一CDTI结构414包含多个部分，其在图4B中展示为布置于半导体层422中的部分414A、414B、414C、414D。如展示，多个部分414A、414B、414C、414D中的每一者在半导体层422中与多个部分414A、414B、414C、414D中的相邻者横向分离且间隔开。
如实例中展示，多个部分414A、414B、414C、414D中的每一者具有相应宽度且从背侧428朝向半导体层422的前侧426延伸相应的深度D1、D2、D3、D4。在图4B中描绘的实例中，D1>D2>D3>D4。因此，多个部分414A、414B、414C、414D中的每一者的相应深度D1、D2、D3、D4不同于多个部分414A、414B、414C、414D中的相邻者的相应深度D1、D2、D3、D4。在各种实例中，随着部分414A、414B、414C、414D的相对宽度增加，所述部分414A、414B、414C、414D的相对深度由于制造(例如，用于形成部分414A、414B、414C、414D的相应沟槽的等离子体蚀刻工艺)期间的蚀刻负载效应而增加。换句话说，较浅部分具备较窄部分，且较深部分具备较宽部分。
在图4B中说明的实例横截面图还展示，彩色像素阵列402A的像素单元404A、404B、404C包含另一或第二DTI结构436B，其围绕半导体层422的相应像素单元404A、404B、404C区域。如所描绘实例中展示，DTI结构436B从背侧428朝向半导体层422的前侧426延伸DTI结构深度T2以隔离或分离像素单元404A、404B、404C中的每一者与像素阵列中的相邻像素单元。图4B的彩色像素阵列402B与图4A的彩色像素阵列402A之间的一个差异是，如图4B中说明，DTI结构436B是部分DTI结构，这是由于DTI结构深度T2大于CDTI结构414的深度D1且小于半导体层422的背侧428与前侧426之间的厚度。在一个实例中，任选浅沟槽结构450也可经包含于彩色像素阵列402B中。如图4B中描绘的实例中展示，浅沟槽结构450在每一像素单元404A、404B、404C之间在半导体层422中经安置成接近于前侧426且与部分DTI结构436B对准(如展示)以围绕每一像素单元404A、404B、404C。
DTI结构436B及任选浅沟槽结构450可由低k材料、氧化物材料或其它合适的电介质材料形成于半导体层422中。DTI结构436B及/或浅沟槽结构450可使用与CDTI结构414相同或不同的材料形成。
图4B中展示的实例像素阵列402B还包含形成在半导体层422的背侧428之上的缓冲氧化物层434。另外，包含多个彩色滤光器442的彩色滤光器阵列层经形成在缓冲氧化物层434之上。在一个实例中，彩色滤光器442可包含各种不同彩色滤光器，其包含红色、绿色、蓝色、透明/IR等的组合。在一个实例中，多个彩色滤光器442可具有基于拜耳图案的布置。包含多个微透镜444的微透镜层经形成在彩色滤光器层的彩色滤光器442之上。
如所描绘实例中展示，每一微透镜444及每一彩色滤光器442经形成在相应像素单元404A、404B、404C的相应CDTI结构414及光电二极管424之上且与相应CDTI结构414及光电二极管424对准。因而，沿着其引导入射光430的光学路径穿过相应微透镜444、彩色滤光器442、氧化物层434、背侧428，沿着且通过CDTI结构414，且通过半导体层422到光电二极管424，如展示。
本发明所说明的实例的上文描述，包含说明书摘要中所描述的内容，不希望为详尽的或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然本文出于说明性目的描述了本发明的具体实例，但相关领域的技术人员应认识到，各种等效修改可能在本发明的范围内。
鉴于上文详细的描述，可对本发明的实例做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为将本发明限制于说明书中公开的具体实例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求确定，所述权利要求应根据建立的权利要求解释的公认原则来解释。

Claims (49)

1.一种像素单元，其包括：
光电二极管，其经安置于半导体层的像素单元区域中且接近于所述半导体层的前侧以响应于引导穿过所述半导体层的背侧到所述光电二极管的入射光而产生图像电荷；及
单元深沟槽隔离CDTI结构，其沿着所述入射光到所述光电二极管的光学路径被安置于所述半导体层的所述像素单元区域中且接近于所述半导体层的所述背侧，其中所述CDTI结构包括：
多个部分，其经布置于所述半导体层中，
其中所述多个部分中的每一者从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸相应的深度，
其中所述多个部分中的每一者的所述相应深度不同于所述多个部分中的相邻者的相应深度，且
其中所述多个部分中的所述每一者在所述半导体层中与所述多个部分中的所述相邻者横向分离且间隔开。
2.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述多个部分中的所述相邻者包含所述多个部分中的最近相邻者。
3.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述多个部分中的所述每一者具有相应宽度，其中所述多个部分中的所述每一者的所述相应深度随着所述多个部分中的所述每一者的所述相应宽度增加而增加。
4.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述多个部分中的所述每一者具有第一端及第二端，其中所述多个部分中的所述每一者的所述第一端处于所述半导体层的所述背侧，其中所述多个部分中的所述每一者的所述第二端与所述第一端相对且在从所述背侧朝向所述半导体层中的所述前侧的所述相应深度处。
5.根据权利要求4所述的像素单元，其中所述多个部分中的所述第二端界定具有关于所述半导体层的所述背侧具有大于零的斜率的横截面的表面，其中所述斜率随着所述多个部分中的相邻者的相应深度之间的差增加而增加。
6.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述多个部分在所述半导体层中经布置成同心形状的图案。
7.根据权利要求6所述的像素单元，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最深者的相应深度。
8.根据权利要求6所述的像素单元，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最浅者的相应深度。
9.根据权利要求6所述的像素单元，其中所述同心形状包含所述半导体层中的同心圆形形状。
10.根据权利要求6所述的像素单元，其中所述同心形状包含所述半导体层中的同心矩形形状。
11.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述多个部分在所述半导体层中经布置成柱形形状阵列的图案。
12.根据权利要求11所述的像素单元，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最深者的相应深度。
13.根据权利要求11所述的像素单元，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最浅者的相应深度。
14.根据权利要求1所述的像素单元，其进一步包括围绕所述半导体层的所述像素单元区域以隔离所述像素单元与相邻像素单元的第二深沟槽隔离DTI结构，其中所述第二DTI结构从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸第二DTI结构深度。
15.根据权利要求14所述的像素单元，其中所述第二DTI结构深度大于所述CDTI结构的最深深度且基本上等于所述半导体层在所述半导体层的所述背侧与所述前侧之间的厚度。
16.根据权利要求14所述的像素单元，其中所述第二DTI结构深度大于所述CDTI结构的最深深度且小于所述半导体层在所述半导体层的所述背侧与所述前侧之间的厚度。
17.根据权利要求16所述的像素单元，其进一步包括在所述半导体层中安置成接近于所述半导体层的所述前侧且与所述第二DTI结构对准以围绕所述像素单元的浅沟槽结构。
18.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述CDTI结构包括所述半导体层中的电介质材料。
19.根据权利要求1所述的像素单元，其中所述CDTI结构关于所述多个部分中的中心者具有对称性。
20.根据权利要求1所述的像素单元，其进一步包括：
缓冲氧化物层，其形成在所述半导体层的所述背侧之上；
彩色滤光器层，其形成在所述缓冲氧化物层之上；及
微透镜层，其形成在所述彩色滤光器层之上。
21.一种成像系统，其包括：
像素阵列，其包含形成于半导体层中的像素单元阵列，其中所述像素单元中的每一者包括：
光电二极管，其经安置于半导体层的像素单元区域中且接近于所述半导体层的前侧以响应于引导穿过所述半导体层的背侧到所述光电二极管的入射光而产生图像电荷；及
单元深沟槽隔离CDTI结构，其沿着所述入射光到所述光电二极管的光学路径被安置于所述半导体层的所述像素单元区域中且接近于所述半导体层的所述背侧，其中所述CDTI结构包括：
多个部分，其经布置于所述半导体层中，
其中所述多个部分中的每一者从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸相应的深度，
其中所述多个部分中的每一者的所述相应深度不同于所述多个部分中的相邻者的相应深度，且
其中所述多个部分中的所述每一者在所述半导体层中与所述多个部分中的所述相邻者横向分离且间隔开；
控制电路系统，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及
读出电路系统，其耦合到所述像素阵列以从所述像素阵列读出图像数据。
22.根据权利要求21所述的成像系统，其进一步包括功能逻辑，所述功能逻辑经耦合到所述读出电路系统以存储从所述像素阵列读出的所述图像数据。
23.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述多个部分中的所述相邻者包含所述多个部分中的最近相邻者。
24.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述多个部分中的所述每一者具有相应宽度，其中所述多个部分中的所述每一者的所述相应深度随着所述多个部分中的所述每一者的所述相应宽度增加而增加。
25.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述多个部分中的所述每一者具有第一端及第二端，其中所述多个部分中的所述每一者的所述第一端处于所述半导体层的所述背侧，其中所述多个部分中的所述每一者的所述第二端与所述第一端相对且在从所述背侧相朝向所述半导体层中的所述前侧的所述相应深度处。
26.根据权利要求25所述的成像系统，其中所述多个部分中的所述第二端界定具有关于所述半导体层的所述背侧具有大于零的斜率的横截面的表面，其中所述斜率随着所述多个部分中的相邻者的相应深度之间的差增加而增加。
27.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述多个部分在所述半导体层中经布置成同心形状的图案。
28.根据权利要求27所述的成像系统，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最深者的相应深度。
29.根据权利要求27所述的成像系统，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最浅者的相应深度。
30.根据权利要求27所述的成像系统，其中所述同心形状包含所述半导体层中的同心圆形形状。
31.根据权利要求27所述的成像系统，其中所述同心形状包含所述半导体层中的同心矩形形状。
32.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述多个部分在所述半导体层中经布置成柱形形状阵列的图案。
33.根据权利要求32所述的成像系统，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最深者的相应深度，且所述多个部分关于所述多个部分中的中心者对称地布置。
34.根据权利要求32所述的成像系统，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最浅者的相应深度，且所述多个部分关于所述多个部分中的中心者对称地布置。
35.根据权利要求21所述的成像系统，其进一步包括围绕所述半导体层的所述像素单元区域以隔离所述像素单元与相邻像素单元的第二深沟槽隔离DTI结构，其中所述第二DTI结构从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸第二DTI结构深度。
36.根据权利要求35所述的成像系统，其中所述第二DTI结构深度大于所述CDTI结构的最深深度且基本上等于所述半导体层在所述半导体层的所述背侧与所述前侧之间的厚度。
37.根据权利要求35所述的成像系统，其中所述第二DTI结构深度大于所述CDTI结构的最深深度且小于所述半导体层在所述半导体层的所述背侧与所述前侧之间的厚度。
38.根据权利要求37所述的成像系统，其进一步包括在所述半导体层中安置成接近于所述半导体层的所述前侧且与所述第二DTI结构对准以围绕所述像素单元的浅沟槽结构。
39.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述CDTI结构包括所述半导体层中的电介质材料。
40.根据权利要求21所述的成像系统，其中所述像素单元中的一些适于检测近红外NIR光且所述像素单元中的一些适于检测可见光，其中适于检测NIR光的所述像素单元中的所述一些的所述CDTI结构的所述多个部分的布置不同于适于检测可见光的所述像素单元中的所述一些的所述CDTI结构的所述多个部分的布置。
41.根据权利要求21所述的成像系统，其进一步包括：
缓冲氧化物层，其形成在所述半导体层的所述背侧之上；
彩色滤光器层，其形成在所述缓冲氧化物层之上；及
微透镜层，其形成在所述彩色滤光器层之上。
42.一种用于提供像素单元的方法，其包括：
提供包含光电二极管的半导体层，所述光电二极管经安置于所述半导体层的像素单元区域中且接近于所述半导体层的前侧以响应于引导穿过所述半导体层的背侧到所述光电二极管的入射光而产生图像电荷；
在所述半导体层的所述背侧之上沉积图案化掩模层，其中所述图案化掩模层包含具有具不同宽度的多个开口的图案，其中所述多个开口中的每一者在所述图案中与所述多个开口中的相邻者横向分离且间隔开，其中所述多个开口中的每一者的相应宽度不同于所述多个开口中的相邻者的相应宽度；
穿过所述图案化掩模层中的所述多个开口蚀刻所述半导体层的所述背侧以在所述半导体层中形成多个沟槽，其中所述多个沟槽中的每一者具有从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸的相应深度，其中所述多个沟槽中的每一者的所述相应深度由于蚀刻负载效应而不同于所述多个沟槽中的相邻者的相应深度；
移除所述图案化掩模层；及
将电介质材料沉积到所述多个沟槽中以沿着所述入射光到所述光电二极管的光学路径且接近于所述半导体层的所述背侧形成由半导体层的所述像素单元区域中的多个部分组成的单元深沟槽隔离CDTI，其中所述CDTI结构的所述多个部分中的每一者包括填充有所述电介质材料的所述多个沟槽中的相应者。
43.根据权利要求42所述的方法，其中所述多个部分中的所述每一者的相应深度由于干式蚀刻负载效应随着所述多个部分中的所述每一者的相应宽度增加而增加。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述多个部分中的所述每一者具有第一端及第二端，其中所述多个部分中的所述每一者的所述第一端处于所述半导体层的所述背侧，其中所述多个部分中的所述每一者的所述第二端与所述第一端相对且在从所述背侧朝向所述半导体层中的所述前侧的所述相应深度处。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述多个部分中的所述第二端界定具有关于所述半导体层的所述背侧具有大于零的斜率的横截面的表面，其中所述斜率随着所述多个部分中的相邻者的相应深度之间的差增加而增加。
46.根据权利要求42所述的方法，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最深者的相应深度，其中除了所述多个部分中的所述中心者之外的部分的深度经配置使得除了所述多个部分中的所述中心者之外的围绕所述多个部分中的所述中心者的所述部分关于所述多个部分中的所述中心者对称地布置。
47.根据权利要求42所述的方法，其中所述多个部分中的中心者具有是所述多个部分中的最浅者的相应深度，其中除了所述多个部分中的所述中心者之外的部分的深度经配置使得除了所述多个部分中的所述中心者之外的围绕所述多个部分中的所述中心者的所述部分关于所述多个部分中的所述中心者对称地布置。
48.根据权利要求42所述的方法，其进一步包括形成围绕所述半导体层的所述像素单元区域以隔离所述像素单元与相邻像素单元的第二深沟槽隔离DTI结构，其中所述第二DTI结构从所述背侧朝向所述半导体层的所述前侧延伸第二DTI结构深度。
49.根据权利要求42所述的方法，其进一步包括：
在所述半导体层的所述背侧之上形成缓冲氧化物层；
在所述缓冲氧化物层之上形成彩色滤光器层；及
在所述彩色滤光器层之上形成微透镜层。
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TWI822483B (zh) * 2022-10-19 2023-11-11 力晶積成電子製造股份有限公司 光感測器

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050104163A1 (en) * 2001-11-29 2005-05-19 Weber Klaus J. Semiconductor texturing process
US20150380447A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Deep trench isolation shrinkage method for enhanced device performance
US20160225922A1 (en) * 2015-02-03 2016-08-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Quantum-efficiency-enhanced time-of-flight detector
US20170179325A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Lg Electronics Inc. Solar cell and method of manufacturing the same
CN107195644A (zh) * 2016-03-15 2017-09-22 豪威科技股份有限公司 偏置深沟槽隔离
CN107305901A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 豪威科技股份有限公司 图像传感器、成像系统及图像传感器制造方法
US9991309B1 (en) * 2017-07-05 2018-06-05 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor having enhanced near infrared quantum efficiency
US20180337211A1 (en) * 2017-05-17 2018-11-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of forming absorption enhancement structure for image sensor
US20190019832A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-17 Omnivision Technologies, Inc. Cmos image sensor having enhanced near infrared quantum efficiency and modulation transfer function
US20190067355A1 (en) * 2017-08-28 2019-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor scheme for optical and electrical improvement
US20190165026A1 (en) * 2017-11-27 2019-05-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor devices for image sensing

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090115017A1 (en) * 2007-11-01 2009-05-07 Honeywell International Inc. Selective formation of trenches in wafers
CN103066084B (zh) * 2012-11-05 2017-11-07 上海集成电路研发中心有限公司 一种cmos图像传感器及其制造方法
US10644060B2 (en) * 2017-09-28 2020-05-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with high quantum efficiency surface structure
KR102531355B1 (ko) * 2018-03-20 2023-05-10 삼성전자주식회사 이미지 센서
KR102309358B1 (ko) * 2018-08-15 2021-10-08 타이완 세미콘덕터 매뉴팩쳐링 컴퍼니 리미티드 복합 bsi 구조물 및 그 제조 방법
US11348958B2 (en) * 2019-05-16 2022-05-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Image sensing device with grid structure and fabrication method thereof

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050104163A1 (en) * 2001-11-29 2005-05-19 Weber Klaus J. Semiconductor texturing process
US20150380447A1 (en) * 2014-06-25 2015-12-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Deep trench isolation shrinkage method for enhanced device performance
US20160225922A1 (en) * 2015-02-03 2016-08-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Quantum-efficiency-enhanced time-of-flight detector
US20170179325A1 (en) * 2015-12-21 2017-06-22 Lg Electronics Inc. Solar cell and method of manufacturing the same
CN107195644A (zh) * 2016-03-15 2017-09-22 豪威科技股份有限公司 偏置深沟槽隔离
CN107305901A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 豪威科技股份有限公司 图像传感器、成像系统及图像传感器制造方法
US20180337211A1 (en) * 2017-05-17 2018-11-22 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of forming absorption enhancement structure for image sensor
US9991309B1 (en) * 2017-07-05 2018-06-05 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor having enhanced near infrared quantum efficiency
CN109216385A (zh) * 2017-07-05 2019-01-15 豪威科技股份有限公司 具有增强近红外量子效率的cmos图像传感器
US20190019832A1 (en) * 2017-07-05 2019-01-17 Omnivision Technologies, Inc. Cmos image sensor having enhanced near infrared quantum efficiency and modulation transfer function
US20190067355A1 (en) * 2017-08-28 2019-02-28 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor scheme for optical and electrical improvement
US20190165026A1 (en) * 2017-11-27 2019-05-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Semiconductor devices for image sensing

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