CN114628420A - 闪烁减轻像素阵列基板 - Google Patents

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Abstract

提供了一种闪烁减轻像素阵列基板和一种用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法。该闪烁减轻像素阵列基板包括半导体基板和金属环。半导体基板包括小光电二极管区域。半导体基板的后表面形成在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围小光电二极管区域的沟槽。金属环(i)至少部分地填充沟槽，(ii)在横截面平面中包围小光电二极管区域，并且(iii)在后表面上方延伸。该用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法包括(i)在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围小光电二极管区域的沟槽中以及(ii)在后表面区域上形成金属层。方法还包括减小位于后表面区域上方的金属层的二极管上方区段的厚度。

Description

闪烁减轻像素阵列基板
技术领域
本发明涉及一种闪烁减轻像素阵列基板和一种用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法。
背景技术
安装在机动车辆上的相机包括具有像素阵列的图像传感器。像素阵列包括被配置用于强光检测的第一组像素和被配置用于弱光检测的第二组像素。由此类相机捕获的图像和视频常常包括由机动车辆的日间行车灯造成的闪烁伪影。日间行车灯的光生成元件是发光二极管，其以近似一百赫兹的频率闪烁。
除了闪烁伪影之外，机动车辆相机常见的第二图像伪影被称为花瓣光斑。第一组像素和第二组像素中的每一组都以二维周期性阵列布置，像素间距在入射到其上的光的波长的两倍到三倍之间。许多图像传感器包括微透镜阵列，其由多个微透镜形成，每个微透镜与相应的像素对准，在像素阵列上方具有二维周期性表面高度。图像传感器的像素阵列和其上的微透镜阵列的周期性导致图像传感器类似于反射式二维衍射光栅。入射在图像传感器上的光的部分朝着相机的成像透镜衍射。相机的不同元件(例如，盖玻璃、IR截止滤光片、成像透镜的表面)将这种衍射光反射回图像传感器，这产生花瓣光斑。
发明内容
本文公开的实施例通过对于第一组像素中的每个像素将位于像素的光电二极管上方的金属膜与填充包围像素的沟槽的金属集成来减轻闪烁伪影和花瓣光斑。
在实施例中，每个像素包括小光电二极管和与小光电二极管相邻的大光电二极管。金属层被设置成覆盖小光电二极管的曝光表面。金属层衰减朝着小光电二极管传播的入射光，这防止小光电二极管在集成操作期间达到饱和，从而减轻闪烁。
本发明提供了一种闪烁减轻像素阵列基板和一种用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法。
在第一方面，一种闪烁减轻像素阵列基板包括半导体基板和金属环。半导体基板包括小光电二极管区域。半导体基板的后表面形成在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围小光电二极管区域的沟槽。金属环(i)至少部分地填充沟槽，(ii)在横截面平面中包围小光电二极管区域，并且(iii)在后表面上方延伸。
在一些实施例中，所述金属环还包围所述后表面区域，并且还包括覆盖所述后表面区域并与所述金属环一体形成的金属层。
在一些实施例中，所述金属层和所述金属环在结构上连接以覆盖与所述小光电二极管区域相关联的曝光区块，以衰减引导到所述小光电二极管区域的入射光。
在一些实施例中，像素阵列基板还包括被所述金属环包围并设置在所述金属环和所述金属层两者上的滤色器。
在一些实施例中，所述金属层的厚度在十纳米和两百纳米之间。
在一些实施例中，所述金属环在所述后表面上方延伸至少七十五纳米和至多0.8微米。
在一些实施例中，所述金属环在所述小光电二极管区域上方形成孔，所述孔的中心从所述小光电二极管区域的中心横向偏移。
在一些实施例中，像素阵列基板还包括粘合层，所述粘合层覆盖所述后表面区域并延伸到所述金属环与所述后表面的内侧壁区域和所述后表面的外侧壁区域之间的所述沟槽中。
在一些实施例中，形成所述粘合层的材料包括钛和氮化钛中的至少一种。
在一些实施例中，所述后表面区域上方的所述粘合层的厚度在二十纳米和五十纳米之间。
在一些实施例中，所述半导体基板还包括形成二乘二阵列的四个大光电二极管区域，所述小光电二极管区域位于所述二乘二阵列的中心。
在一些实施例中，所述四个大光电二极管区域包括第一大光电二极管区域、第二大光电二极管区域、第三大光电二极管区域和第四大光电二极管区域，所述半导体基板还包括(i)第五大光电二极管区域和第六大光电二极管区域，所述第五大光电二极管区域和所述第六大光电二极管区域与所述第三大光电二极管区域和所述第四大光电二极管区域形成附加的二乘二阵列，以及(ii)位于所述附加的二乘二阵列的中心的附加的小光电二极管区域。
在一些实施例中，像素阵列基板还包括在所述后表面区域和所述四个大光电二极管区域中的每个大光电二极管区域上方的所述后表面上的钝化层。
在一些实施例中，像素阵列基板还包括在所述金属环和所述钝化层之间的所述沟槽中的蚀刻停止层。
在一些实施例中，形成所述金属环的材料包括钨和铝中的至少一种。
在第二方面，一种用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法包括(i)在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围半导体基板的小光电二极管区域的沟槽中以及(ii)在后表面区域上形成金属层。沟槽的部分位于半导体基板的小光电二极管区域和相邻的大光电二极管区域之间。该方法还包括减小位于后表面区域上方的金属层的二极管上方区段的厚度。
在一些实施例中，减小所述厚度包括将所述二极管上方区段的厚度减小到十纳米和两百纳米之间。
在一些实施例中，减小所述厚度包括移除所述二极管上方区段。
在一些实施例中，所述方法还包括，在形成所述金属层之前，在(i)所述后表面区域和(ii)限定出所述沟槽的所述后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域上沉积粘合层。
在一些实施例中，减小所述厚度包括移除所述二极管上方区段，同时所述粘合层在所述后表面区域上保持完整。
在一些实施例中，所述方法还包括，在形成所述金属层之前，在(i)所述后表面区域和(ii)限定出所述沟槽的所述后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域上沉积钝化层。
在一些实施例中，所述方法还包括，在沉积所述金属层之前，在所述钝化层上沉积蚀刻停止层。
在一些实施例中，所述方法还包括，在形成所述金属层之后，在所述后表面区域上方沉积滤色器材料以产生与所述小光电二极管区域光学对准并被所述金属层包围的滤色器。
在一些实施例中，所述方法还包括在所述滤色器上形成微透镜。
在一些实施例中，减小所述厚度包括移除位于所述相邻的大光电二极管区域上方的所述金属层的附加二极管上方区段。
附图说明
图1是车辆的示意图，安装在车辆上的相机包括图像传感器。
图2和3分别是实施例中图1的相机的闪烁减轻像素阵列基板的示意图。
图4是像素阵列基板的横截面示意图，其是图2的像素阵列基板的实施例。
图5是像素阵列基板的横截面示意图，其是图2的像素阵列基板的实施例。
图6是实施例中图2的闪烁减轻像素阵列基板的半导体基板的横截面示意图。
图7是实施例中图6的半导体基板的横截面示意图，其上具有钝化层、蚀刻停止层和粘合层。
图8是实施例中图7的被涂覆基板的横截面示意图，其上具有金属层。
图9和10各自是实施例中在移除图8的金属层的一部分之后图8的被涂覆基板的横截面示意图。
图11是图像传感器的横截面示意图，其是图1的图像传感器的实施例。
图12是图示实施例中用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法的流程图。
具体实施方式
在整个说明书中对“一个示例”或“一个实施例”的引用是指结合该示例描述的特定特征、结构或特点包括在本发明的至少一个示例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个示例中”或“在一个实施例中”不一定都是指同一个示例。此外，在一个或多个示例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特点。
为了便于描述，在本文中可以使用空间相对术语，诸如“在...之下”、“在...下方”、“下”、“在...下面”、“在...上方”、“上”等，以描述一个元件或特征与另一个(多个)元件或特征的关系，如图所示。将理解的是，除了附图中描绘的朝向之外，空间相对术语还意图涵盖设备在使用或操作中的不同朝向。例如，如果附图中的设备被翻转，那么被描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件将被定向为在其他元件或特征“上方”。因此，术语“在...下方”和“在...下面”可以涵盖上方和下方两个朝向。可以以其他方式将设备定向(旋转九十度或以其他朝向)，并相应地解释本文中使用的空间相对描述语。此外，还将理解的是，当一个层被称为在两个层“之间”时，它可以是这两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
术语半导体基板可以是指使用诸如硅、硅-锗、锗、砷化镓及其组合之类的半导体形成的基板。术语半导体基板也可以是指由一种或多种半导体形成的基板，该基板经历了在基板中形成区域和/或结的先前工艺步骤。半导体基板还可以包括各种特征，诸如掺杂和未掺杂的半导体、硅的外延层以及在基板上形成的其他半导体结构。
在整个说明书中，使用了几个技术术语。这些术语应具有其所属领域中的普通含义，除非在本文专门定义或者它们的使用上下文明确地暗示为其他。应当注意的是，在本文档中，元素名称和符号可以互换使用(例如，Si与硅)；但是，两者具有完全相同的含义。
图1是安装在车辆192上的相机190的示意图。相机190包括图像传感器194，图像传感器194包括像素阵列基板100。像素阵列基板100包括像素阵列112A。像素阵列112A包括形成第一光电二极管阵列的多个大光电二极管和形成与第一光电二极管阵列散布的第二光电二极管阵列的多个小光电二极管。多个大光电二极管可以被配置用于较低强度的光感测，并且多个小光电二极管可以被配置用于较高强度的光感测，以实现高动态范围(HDR)感测。大光电二极管的满阱容量可以大于小光电二极管的满阱容量。像素阵列基板100可以是芯片级封装或板上芯片封装的一部分。
图2和3分别是闪烁减轻像素阵列基板200的横截面示意图，闪烁减轻像素阵列基板200在下文中也称为像素阵列基板200。图2中所示的横截面平行于由正交轴298X和298Z形成的平面，下文中称为x-z平面，正交轴298X和298Z各自正交于轴298Y。在本文中，x-y平面由正交轴298X和298Y形成，并且平行于x-y平面的平面被称为横向平面。除非另有说明，否则本文中对象的高度是指对象沿着轴298Z的范围。在本文中，对轴x、y或z的引用分别是指轴298X、298Y和298Z。而且，在本文中，水平平面平行于x-y平面，宽度是指对象沿着y轴的范围，并且竖直是指沿着z轴的方向。图3的横截面视图位于图2中表示的横截面平面3A中。
像素阵列基板200是图像传感器194的像素阵列基板100的示例并且包括半导体基板210和设置在半导体基板210上的金属环260。在实施例中，金属环260被构造为包围多个滤色器，每个滤色器占据由金属环260形成的相应孔。
在实施例中，像素阵列基板200包括形成金属网格260A的多个互连的金属环260。在水平面中，金属环260具有孔，其形状可以是多边形(诸如正方形、矩形或六边形)或圆形。
半导体基板210的构成元素可以包括硅和锗中的至少一种。半导体基板210包括前表面211、后表面220和小光电二极管区域212。后表面220包括形成沟槽221的内侧壁表面区域222、外侧壁表面区域226和底表面区域224。图2表示分别在小光电二极管区域212和大光电二极管区域213上方的后表面220的表面区域228和229。在横截面平面3A中，与表面区域228平行，沟槽221包围小光电二极管区域212。在实施例中，像素阵列基板200包括钝化层230、蚀刻停止层240和粘合层250中的至少一个。在实施例中，像素阵列基板200包括多个小光电二极管区域212，每个小光电二极管区域被金属环260的相应互连金属片段包围。在实施例中，金属环260在小光电二极管区域212和大光电二极管区域213上方限定出多个孔，用于通过吸收和反射通过后表面220将入射光限制在相应的小光电二极管区域212和大光电二极管区域213内，从而减少相邻光电二极管区域212、213之间的光学串扰。多个小光电二极管区域212和多个大光电二极管区域213是像素阵列212A的光电二极管区域，像素阵列212A是图1的像素阵列112A的示例。
在实施例中，半导体基板210包括多个大光电二极管区域213，其中一个在图2和3中的每一个中示出。每个光电二极管区域213位于相应的一对相邻的小光电二极管区域212之间。多个大光电二极管区域213形成二维阵列。在实施例中，每个大光电二极管区域213是在半导体基板210中形成的大像素阵列的相应像素的一部分，其中大像素阵列与包括光电二极管区域212的二维阵列的小像素阵列交错。在实施例中，沟槽221是用于形成深沟槽隔离结构的沟槽，从而在每个小光电二极管区域212和相邻的大光电二极管213之间提供隔离。
半导体基板210在前表面211和后表面区域228之间具有厚度216。沟槽221相对于后表面区域228分别在水平和竖直方向上具有宽度223和深度225。宽度223可以在0.10微米和0.25微米之间。深度225相对于后表面区域228，并且可以在0.5微米和2.0微米之间。深度225也可以基于半导体基板210的厚度来配置。在实施例中，厚度216以0.5微米和2.0微米之间超过深度225以确保足够的电隔离。在实施例中，深度225等于厚度216，使得沟槽221延伸通过半导体基板210。
金属环260至少部分地填充沟槽221，在横截面平面3A中包围小光电二极管区域212，在小光电二极管区域212上方限定出孔，并且在后表面区域228上方延伸高度262。在实施例中，高度262在0.1微米和0.8微米之间。当像素阵列基板100包括粘合层250时，金属环260相对于粘合层250的顶表面259具有高度265。在实施例中，高度265在0.1微米和0.3微米之间。在后表面220之下(在沟槽221内)，金属环260具有宽度263。在后表面220上方，金属环260具有宽度264，其可以超过宽度263。在实施例中，金属环260与沟槽221对准，使得由金属环260形成的孔的中心在水平方向和竖直方向中的至少一个方向上与光电二极管区域212对准。在实施例中，由后表面220上方的金属环260形成的孔从光电二极管区域212横向移位。
在实施例中，构成金属环260的材料包括钨和铝中的至少一种。钨在可见光和近IR波长处具有吸收性，因此通过吸收入射在其上的衍射光来减少花瓣光斑伪影。
在实施例中，像素阵列基板200包括覆盖后表面区域228的至少一个金属层270。每个金属层270可以设置在相应的小光电二极管区域212上方并与其对准。金属层270可以起到衰减引导到其上的入射光的作用。金属层270可以阻挡由相应微透镜引导到小光电二极管区域212上的入射光的一部分，使得小光电二极管区域212在图像传感器的集成期间不会被高强度光饱和，因为高强度光的仅一部分将穿透相应的金属层270。因此，可以提高小光电二极管区域212对高强度光的灵敏度并且可以减轻闪烁问题。
每个金属层270可以是(a)与包围它的金属环260一体形成，和(b)由与金属环260相同的材料形成中的至少一个。在实施例中，金属层270和包围它的金属环260在结构上连接以完全覆盖小光电二极管区域212的曝光区块，以通过反射和/或吸收来衰减被引导到小光电二极管区域212的入射光。金属层270具有厚度272，在实施例中，该厚度在十纳米和两百纳米之间。在实施例中，为了确保金属层270不会阻止太多可见电磁波长的光到达小光电二极管区域212，厚度272小于形成金属层270的材料在可见电磁波长下的穿透深度。在实施例中，金属层270的厚度272小于相邻金属环260的高度265。金属环260和金属层270分别具有内部宽度266和宽度276。在实施例中，(i)内部宽度266等于宽度276，以及(ii)金属层270的形状与由小光电二极管区域212上方的金属环260形成的孔的形状一致中的至少一者，使得金属层270填充由金属环260在与金属层270相交的水平面中形成的孔。
在实施例中，金属环260包围多个大和小光电二极管区域212、213的曝光区块。金属环260通过至少部分地填充沟槽221并在半导体基板210上方延伸来减少串扰。金属层270减少闪烁伪影。常规的像素阵列基板采用分离的结构来解决串扰和闪烁伪影，而像素阵列基板200的实施例包括一个整体式结构–金属环260和金属层270–其执行这两种功能，从而简化与形成像素阵列基板200相关联的制造工艺。
粘合层250覆盖表面区域228并且延伸到(i)金属层270和内侧壁表面区域222之间以及(ii)金属层270和外侧壁表面区域226之间的沟槽221中。在实施例中，形成粘合层250的材料包括钛和氮化钛中的至少一种。在实施例中，粘合层250是单层或多层堆叠(例如，钛和氮化钛层的堆叠)之一。
粘合层250具有厚度252，其可以在竖直和/或水平方向上。在实施例中，例如，当像素阵列基板200缺少金属层270使得粘合层250也用作衰减层时，厚度252在十纳米和两百纳米之间。在实施例中，例如，当像素阵列基板200包括金属层270并且粘合层250在金属层270和半导体基板210之间时，厚度252在二十纳米和五十纳米之间。在此类实施例中，最小厚度需要足够厚，例如，当不存在金属层270时允许大于十纳米，以防止金属从金属层270扩散通过粘合层250。粘合层250还可以用作防止金属离子从金属层270扩散到半导体基板210中的阻挡层。
钝化层230覆盖后表面区域228并且位于金属环260和半导体基板210之间。在实施例中，钝化层230邻接后表面220。在实施例中，附加衬垫层位于钝化层230和半导体基板210之间。附加衬垫层可以比钝化层230更薄，并且可以由氧化物材料形成。在实施例中，一个或多个抗反射层可以在钝化层230和后表面220之间形成，并且可以由诸如氧化铪(HfO2)和/或氧化钽(TA2O5)之类的材料形成。
钝化层230可以共形地覆盖沟槽221的表面区域222、224和226。钝化层230可以由高κ材料形成，高κ材料例如为介电常数κ大于或等于氮化硅的介电常数(κ≥7)的材料。在实施例中，形成钝化层230的示例材料包括氧化铝(Al2O3)、氧化铪(HfO2)及其组合。钝化层230具有厚度232，在实施例中，其在十埃的最小厚度和五十纳米的最大厚度之间。当厚度232小于最小厚度时，钝化层230不再起到有效钝化层的作用。当厚度232超过最大厚度时，过多的厚度不会改善钝化层230的功能，因此不必要地增加了像素阵列基板200的整体厚度。
蚀刻停止层240位于金属环260和钝化层230之间。在实施例中，蚀刻停止层240由氧化物材料或氮氧化物材料形成。蚀刻停止层240具有厚度242，在实施例中，该厚度242在五十纳米和三百纳米之间。
在实施例中，半导体基板210包括小光电二极管区域212的二维阵列，其中该二维阵列的行和列的相应方向限定出轴298Y和298X的相应方向。相邻的小光电二极管区域212在x和y方向中的每一个上以像素间距214隔开。在实施例中，每个小光电二极管区域212是在半导体基板210中形成的小像素阵列的相应像素的一部分。
图4是像素阵列基板400的横截面示意图，像素阵列基板400是像素阵列基板200的示例。图4的横截面视图位于图2中所示的横截面平面4A中。图4表示横截面1A，其是图1的横截面平面的示例。
像素阵列基板400包括多个小光电二极管区域412和多个大光电二极管区域413，它们分别是小光电二极管区域212和多个大光电二极管区域213的示例。每个小光电二极管区域412位于大光电二极管区域413的相应二乘二阵列的中心。换句话说，每个小光电二极管区域412被四个大光电二极管区域413包围。例如，小光电二极管区域412(1)位于大光电二极管区域413(1–4)的二乘二阵列的中心，而小光电二极管区域412(2)位于大光电二极管区域413(3–6)的二乘二阵列的中心。
在实施例中，每个小光电二极管区域412是在半导体基板410中形成的小像素阵列416A的相应像素的一部分，并且每个大光电二极管区域413是在半导体基板410中形成的大像素阵列417A的相应像素的一部分。像素阵列基板400是像素阵列基板100的示例，使得在实施例中，像素阵列112A包括小像素阵列416A和大像素阵列417A。半导体基板410是半导体基板210的示例。
在实施例中，像素阵列基板400包括由多个金属环460和连接相邻环460的多个互连片段463形成的金属网格460A。金属网格460A是金属网格260A的示例。金属环460是金属环260的示例。在实施例中，金属环460和互连片段463一体形成，使得金属网格460A是整体式的。在实施例中，每个互连片段463延伸到包围大光电二极管区域413的相应沟槽中。为清楚起见，并非所有互连片段463都在图4中标出。虽然光电二极管区域412和413不在横截面平面4A中，但图4图示它们是为了说明金属网格460A与光电二极管区域412和413的对准。
图5是像素阵列基板500的横截面示意图，像素阵列基板500是像素阵列基板200的示例。像素阵列基板500包括半导体基板210以及层230、240和250中的至少一个。像素阵列基板500包括位于半导体基板210的边缘表面218与像素阵列基板500的中心平面505之间的小光电二极管区域212(1)。中心平面505平行于y-z平面。在实施例中，中心平面505被定位成使得相等数量的光电二极管区域212位于中心平面505的每一侧。即，中心平面505与像素阵列212A的中心相交。
在实施例中，像素阵列基板是相机590的一部分，相机590是相机190的示例。相机590包括位于半导体基板210的后表面220上方的距离594处的成像透镜592。在实施例中，距离594在透镜592的主平面和后表面220之间。成像透镜具有光轴593。成像透镜592与像素阵列基板500对准，使得成像透镜的光轴在中心平面505中。
像素阵列基板500还包括金属环560，金属环560是金属环260的示例。在实施例中，像素阵列基板包括形成金属网格的多个互连金属环560，该金属网格是金属网格260A的示例。像素阵列基板500还可以包括金属环560内的金属层270。在实施例中，金属层270在结构上连接到金属环560或与其整体形成。金属环560在粘合层250上方形成孔。在方向298X上，孔在平面562中具有中心，该中心从光电二极管区域212(1)的中心横向偏移了偏移距离566。偏移距离566的大小取决于光电二极管区域212(1)相对于中心平面505的位置，例如，在远离像素阵列212A的中心朝着边缘表面218的方向上。偏移距离566可以是光电二极管区域212(1)的中心与中心平面505之间的角度596的函数，以实现每个像素的期望光灵敏度或量子效率。在实施例中，d566＝d594tanθ596，其中，d566、d594和θ596分别是偏移距离566、距离594和角度596。当角度596为零或接近零(诸如小于五度)时，偏移距离566可以等于零。图2图示了位于中心的像素的示例，其中由金属环260形成的孔的中心相对于相应光电二极管区域212的中心具有零偏移距离。在实施例中，像素阵列基板包括滤色器582和微透镜586，它们各自与金属环560对准。滤色器582(例如，红色滤色器、绿色滤色器或蓝色滤色器)设置在金属层270上并且进入由光电二极管区域212上方的金属环560限定出的孔中。微透镜586设置在滤色器582和金属环560上。在实施例中，小光电二极管区域212和相邻的大光电二极管区域213在同一个滤色器下面形成。
图6是其中具有由表面区域222、224和226形成的沟槽221的半导体基板210的横截面示意图。图7是被涂覆基板710的横截面示意图，该被涂覆基板是其上具有钝化层230、蚀刻停止层240和粘合层750的半导体基板210。粘合层750是在光电二极管区域212和213上方的粘合层250的示例。在实施例中，被涂覆基板710缺少钝化层230、蚀刻停止层240和粘合层750中的至少一个。
图8是被涂覆基板810的横截面示意图，该被涂覆基板810是其上具有金属层860的被涂覆基板710，金属层860至少部分地填充沟槽221并且在后表面区域228上。图8表示多个二极管上方区段862，每个区段包括位于小光电二极管区域212上方的金属层860和粘合层750的部分，并且在实施例中，包括表面区域222上的层230和240中的至少一个的部分。图8还表示多个二极管上方区段863之一，每个区段包括位于光电二极管区域213上方的金属层860和粘合层750的部分，并且在实施例中，包括表面区域222上的层230、240中的至少一个的部分。每个二极管上方区段862可以与每个相应的光电二极管区域212光学对准。每个二极管上方区段863可以与每个相应的光电二极管区域213光学对准。
图9是被涂覆基板910的横截面示意图，该被涂覆基板910是在从金属层860移除每个二极管上方区段862的至少一部分(例如通过掩模和蚀刻工艺)以产生金属层960之后的被涂覆基板810。金属层960在每个光电二极管区域212上方具有厚度972。在实施例中，厚度972等于零。金属层960在每个光电二极管区域213上方并且在实施例中在沟槽221上方具有厚度973。在实施例中，厚度973超过厚度972。
图10是像素阵列基板1000的横截面示意图，该像素阵列基板1000是在从金属层960和粘合层750移除每个二极管上方区段863以产生粘合层250和金属层1060之后的被涂覆基板710。像素阵列基板1000是像素阵列基板200的示例。金属层1060具有图2的金属环260的高度262、265，以及金属层270的厚度1072。当厚度1072等于零时，像素阵列基板1000缺少金属层(诸如金属层270)，并且金属层1060是金属环260的示例。当厚度1072大于零时，厚度1072是厚度272的示例，并且金属层1060是与金属层270一体形成用于衰减传播到小光电二极管区域212的入射光的金属环260的示例。
图11是图像传感器1194的横截面示意图，图像传感器1194是图1的相机190的图像传感器194的示例。图像传感器1194包括像素阵列基板200、滤色器阵列1180和微透镜阵列1185。微透镜阵列1185设置在滤色器阵列1180上。微透镜阵列1185包括(i)多个微透镜1186，每个微透镜1186与相应的光电二极管区域212对准以将入射光引导到其上，以及(ii)多个微透镜1187，每个微透镜1187与相应的光电二极管区域213对准以将光引导到其上。在实施例中，当微透镜的至少一部分在光电二极管区域正上方时，微透镜(1186、1187)符合与光电二极管区域(213、214)对准的条件。
在实施例中，微透镜1186和1187中的每一个在由金属层1060形成的金属网格上方形成，并且具有与由金属网格限定出的相应孔和光电二极管区域212或213中的至少一个的中心对准的光轴。在实施例中，微透镜1187比微透镜1186更厚。滤色器阵列1180在微透镜阵列1185和后表面220之间并且包括多个滤色器1182和1183。每个滤色器1182与相应的光电二极管区域212对准，用于对透射通过与其对准的微透镜1186的光进行光谱过滤。每个滤色器1183与相应的光电二极管区域213对准，用于对透射通过与其对准的相应微透镜1187的光进行光谱过滤。在实施例中，多个滤色器1182和1183根据拜耳图案(Bayer pattern)布置。
在实施例中，滤色器阵列1180在金属层1060上形成并且金属层1060嵌入在滤色器阵列1180内。滤色器1183位于两个相邻的金属层1060之间。在实施例中，多个滤色器1182和1183被由金属层1060形成的金属网格包围。多个滤色器1182和1183设置在光电二极管区域212、213上方的由金属网格限定出的相应孔中。
在实施例中，微透镜1186的第一高度(即，微透镜1186的顶部与相应的滤色器1182之间的距离)不同于微透镜1187的第二高度(即，微透镜1187的顶部与相应的滤色器1183之间的距离)。例如，微透镜1186的第一高度可以小于微透镜1187的第二高度，即，微透镜1187比微透镜1186高，以补偿微透镜1186与微透镜1187之间的曲率差异，使得微透镜1186和微透镜1187具有基本相同的焦距。
金属层1060具有顶表面1069。在实施例中，滤色器阵列1180延伸到顶表面1069上方的距离1184，使得相邻的滤色器1182和1183在金属层1060上方邻接。在实施例中，距离1184等于零，使得相邻的滤色器1182和1183不在金属层1060上方邻接并且微透镜阵列1185的部分直接设置在顶表面1069上。
图12是图示用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法1200的流程图。方法1200包括步骤1230和1240。在实施例中，方法1200包括步骤1210、1220和1230中的至少一个。方法1200的步骤参考本文公开的闪烁减轻像素阵列基板的单一元件，诸如沟槽、光电二极管区域、后表面区域、金属层。应该理解的是，方法1200的任何步骤同时应用于这些元件中的多于一个，诸如闪烁减轻像素阵列基板的多个沟槽、光电二极管区域、后表面区域和金属层。
步骤1210包括在半导体基板的后表面上形成在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围小光电二极管区域的沟槽。沟槽的部分位于半导体基板的小光电二极管区域与相邻的大光电二极管区域之间。在步骤1210的示例中，在图2的半导体基板210的后表面220上形成包围至少一个小光电二极管区域212的至少一个沟槽221。步骤1210还可以包括在后表面上形成包围大光电二极管区域(诸如大光电二极管区域213)的沟槽。在实施例中，所形成的包围小光电二极管区域的沟槽和包围与小光电二极管区域相邻的大光电二极管区域的沟槽互连。
在实施例中，步骤1210包括步骤1212，其包括蚀刻后表面以产生限定出沟槽的后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域。在步骤1212的示例中，蚀刻半导体基板210的后表面220以产生限定出至少一个沟槽221的后表面220的内侧壁表面区域222、外侧壁表面区域226和底表面区域224。
步骤1220包括在(i)后表面区域和(ii)限定出沟槽的后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域上沉积粘合层、钝化层和蚀刻停止层中的至少一个。在步骤1220的示例中，钝化层230、蚀刻停止层240和粘合层250中的至少一个沉积在后表面220上。在1220的示例中，粘合层250的沉积在蚀刻停止层240的沉积之后，蚀刻停止层240的沉积在钝化层230的沉积之后。
步骤1230包括在后表面区域上和在沟槽中形成金属层。在步骤1230的示例中，图8的金属层860在形成在后表面区域228和229上以及沟槽221中的粘合剂层250上形成。
步骤1240包括减小位于后表面区域上方的金属层的二极管上方区段的厚度。在步骤1240的示例中，金属层860的二极管上方区段862的厚度减小以产生图9的金属层960。在实施例中，步骤1240包括步骤1242和1244之一。
步骤1242包括将二极管上方区段的厚度减小到十纳米和两百纳米之间。在步骤1242的示例中，二极管上方区段862的厚度减小，使得金属层960的厚度972在十纳米和两百纳米之间。
步骤1244包括移除二极管上方区段。在实施例中，步骤1244包括经由包括施加图案化的掩模和(ii)蚀刻中的至少一个的工艺来移除二极管上方区段。在步骤1244的第一示例中，蚀刻并移除金属层860的二极管上方区段862，使得金属层960的厚度972为零。当被涂覆基板810包括粘合层250时，步骤1244可以包括移除二极管上方区段862同时粘合层250的至少一部分保持完整。在实施例中，步骤1244还包括蚀刻和移除金属层860的二极管上方区段863和位于大光电二极管区域213上方的粘合层250，使得粘合层250和金属层860不影响大光电二极管区域213的光灵敏度。可以使用图案化的掩模来执行步骤1244。
特征的组合
上面描述的特征以及下面要求保护的那些特征可以在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式组合。以下列举的示例说明了一些可能的、非限制性的组合。
(A1)一种闪烁减轻像素阵列基板，包括半导体基板和金属环。半导体基板包括小光电二极管区域。半导体基板的后表面形成在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围小光电二极管区域的沟槽。金属环(i)至少部分地填充沟槽，(ii)在横截面平面中包围小光电二极管区域，并且(iii)在后表面上方延伸。
(A2)像素阵列基板(A1)的实施例，还包括金属层，该金属层覆盖后表面区域并且与包围后表面区域的金属环一体形成。
(A3)在像素阵列基板(A2)的实施例中，金属层的厚度在十纳米和两百纳米之间。
(A4)在像素阵列基板(A1)–(A3)中的任何一项的实施例中，金属环在后表面上方延伸至少七十五纳米。
(A5)在像素阵列基板(A4)的实施例中，金属环在后表面上方延伸至多0.8微米。
(A6)像素阵列基板(A1)–(A5)中的任何一项的实施例，还包括粘合层，该粘合层覆盖后表面区域并延伸到金属环与后表面的内侧壁区域和后表面的外侧壁区域之间的沟槽中。
(A7)在像素阵列基板(A6)的实施例中，形成粘合层的材料包括钛和氮化钛中的至少一种。
(A8)在像素阵列基板(A6)和(A7)中任一项的实施例中，后表面区域上方的粘合层的厚度在二十纳米和五十纳米之间。
(A9)在像素阵列基板(A1)–(A8)中的任何一项的实施例中，半导体基板还包括形成二乘二阵列的四个大光电二极管区域，小光电二极管区域位于该二乘二阵列的中心。
(A10)在像素阵列基板(A9)的实施例中，四个大光电二极管区域包括第一、第二、第三和第四大光电二极管区域。半导体基板还包括(i)第五大光电二极管区域和第六大光电二极管区域，它们与第三大光电二极管区域和第四大光电二极管区域形成附加的二乘二阵列，以及(ii)位于附加的二乘二阵列的中心的附加的小光电二极管区域。
(A11)像素阵列基板(A9)和(A10)中的任一项的实施例，还包括在后表面区域和四个大光电二极管区域中的每个大光电二极管区域上方的后表面上的钝化层。
(A12)像素阵列基板(A9)–(A11)中的任何一项的实施例，还包括在金属环和钝化层之间的沟槽中的蚀刻停止层。
(A13)在像素阵列基板(A1)–(A12)中的任何一项的实施例中，形成金属环的材料包括钨和铝中的至少一种。
(A14)在像素阵列基板(A2)–(A13)中的任何一项的实施例中，金属层和金属环在结构上连接以覆盖与小光电二极管区域相关联的曝光区块以衰减被引导到小光电二极管区域的入射光。
(A15)像素阵列基板(A2)–(A14)中的任何一项的实施例，还包括被金属环包围并且设置在金属环和金属层两者上的滤色器。
(A16)在像素阵列基板(A5)–(A15)中的任何一项的实施例中，金属环在小光电二极管区域上方形成孔。孔的中心从小光电二极管区域的中心横向偏移。
(B1)一种用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法，包括(i)在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围半导体基板的小光电二极管区域的沟槽中以及(ii)在后表面区域上形成金属层。沟槽的部分位于半导体基板的小光电二极管区域和相邻的大光电二极管区域之间。该方法还包括减小位于后表面区域上方的金属层的二极管上方区段的厚度。
(B2)在方法(B1)的实施例中，减小厚度包括将二极管上方区段的厚度减小到十纳米和两百纳米之间。
(B3)在方法(B1)和(B2)中的任一项的实施例中，减小厚度包括移除二极管上方区段。
(B4)方法(B1)–(B3)中的任何一项的实施例，还可以包括，在形成金属层之前，在(i)后表面区域和(ii)限定出沟槽的后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域上沉积粘合层。
(B5)在方法(B4)的实施例中，减小厚度包括移除二极管上方区段，同时粘合层在后表面区域上保持完整。
(B6)方法(B1)–(B5)中的任何一项的实施例，还可以包括，在形成金属层之前，在(i)后表面区域和(ii)限定出沟槽的后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域上沉积钝化层。
(B7)方法(B6)的实施例，还包括，在沉积金属层之前，在钝化层上沉积蚀刻停止层。
(B8)方法(B1)–(B7)中的任何一项的实施例，还可以包括，在形成金属层之后，在后表面区域上方沉积滤色器材料以产生与小光电二极管区域光学对准并被金属层包围的滤色器。
(B9)在方法(B8)的实施例中，包括在滤色器上形成微透镜。
(B10)在方法(B1)–(B9)中的任何一项的实施例中，减小厚度包括移除位于相邻的大光电二极管区域上方的金属层的附加二极管上方区段。
在不脱离本实施例的范围的情况下，可以在以上方法和系统中进行改变。因此应当注意的是，以上描述中包含或附图中所示的内容应当被解释为说明性的，而不是限制性的。在本文中，并且除非另外指出，否则短语“在实施例中”等同于短语“在某些实施例中”，并且并不是指所有实施例。以下权利要求书旨在覆盖本文描述的所有一般和具体特征，以及本方法和系统的范围的所有陈述，就语言而言，可以认为其介于两者之间。

Claims (25)

1.一种闪烁减轻像素阵列基板，包括：
半导体基板，所述半导体基板包括小光电二极管区域，所述半导体基板的后表面形成在与所述小光电二极管区域上方的所述后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围所述小光电二极管区域的沟槽；以及
金属环，所述金属环至少部分地填充所述沟槽，在所述横截面平面中包围所述小光电二极管区域，并且在所述后表面上方延伸。
2.如权利要求1所述的像素阵列基板，其中所述金属环还包围所述后表面区域，并且还包括覆盖所述后表面区域并与所述金属环一体形成的金属层。
3.如权利要求2所述的像素阵列基板，其中所述金属层和所述金属环在结构上连接以覆盖与所述小光电二极管区域相关联的曝光区块，以衰减引导到所述小光电二极管区域的入射光。
4.如权利要求2所述的像素阵列基板，还包括被所述金属环包围并设置在所述金属环和所述金属层两者上的滤色器。
5.如权利要求2所述的像素阵列基板，其中所述金属层的厚度在十纳米和两百纳米之间。
6.如权利要求1所述的像素阵列基板，其中所述金属环在所述后表面上方延伸至少七十五纳米和至多0.8微米。
7.如权利要求6所述的像素阵列基板，其中所述金属环在所述小光电二极管区域上方形成孔，所述孔的中心从所述小光电二极管区域的中心横向偏移。
8.如权利要求1所述的像素阵列基板，还包括粘合层，所述粘合层覆盖所述后表面区域并延伸到所述金属环与所述后表面的内侧壁区域和所述后表面的外侧壁区域之间的所述沟槽中。
9.如权利要求8所述的像素阵列基板，其中形成所述粘合层的材料包括钛和氮化钛中的至少一种。
10.如权利要求8所述的像素阵列基板，其中所述后表面区域上方的所述粘合层的厚度在二十纳米和五十纳米之间。
11.如权利要求1所述的像素阵列基板，其中所述半导体基板还包括形成二乘二阵列的四个大光电二极管区域，所述小光电二极管区域位于所述二乘二阵列的中心。
12.如权利要求11所述的像素阵列基板，其中所述四个大光电二极管区域包括第一大光电二极管区域、第二大光电二极管区域、第三大光电二极管区域和第四大光电二极管区域，所述半导体基板还包括(i)第五大光电二极管区域和第六大光电二极管区域，所述第五大光电二极管区域和所述第六大光电二极管区域与所述第三大光电二极管区域和所述第四大光电二极管区域形成附加的二乘二阵列，以及(ii)位于所述附加的二乘二阵列的中心的附加的小光电二极管区域。
13.如权利要求11所述的像素阵列基板，还包括在所述后表面区域和所述四个大光电二极管区域中的每个大光电二极管区域上方的所述后表面上的钝化层。
14.如权利要求13所述的像素阵列基板，还包括在所述金属环和所述钝化层之间的所述沟槽中的蚀刻停止层。
15.如权利要求1所述的像素阵列基板，其中形成所述金属环的材料包括钨和铝中的至少一种。
16.一种用于制造闪烁减轻像素阵列基板的方法，包括：
(i)在与小光电二极管区域上方的后表面的后表面区域平行的横截面平面中包围半导体基板的所述小光电二极管区域的沟槽中以及(ii)在所述后表面区域上形成金属层，所述沟槽的部分位于所述半导体基板的所述小光电二极管区域和相邻的大光电二极管区域之间；以及
减小位于所述后表面区域上方的所述金属层的二极管上方区段的厚度。
17.如权利要求16所述的方法，其中减小所述厚度包括将所述二极管上方区段的厚度减小到十纳米和两百纳米之间。
18.如权利要求16所述的方法，其中减小所述厚度包括移除所述二极管上方区段。
19.如权利要求16所述的方法，还包括，在形成所述金属层之前，在(i)所述后表面区域和(ii)限定出所述沟槽的所述后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域上沉积粘合层。
20.如权利要求19所述的方法，其中减小所述厚度包括移除所述二极管上方区段，同时所述粘合层在所述后表面区域上保持完整。
21.如权利要求16所述的方法，还包括，在形成所述金属层之前，在(i)所述后表面区域和(ii)限定出所述沟槽的所述后表面的内侧壁区域、外侧壁区域和底部区域上沉积钝化层。
22.如权利要求21所述的方法，还包括，在沉积所述金属层之前，在所述钝化层上沉积蚀刻停止层。
23.如权利要求16所述的方法，还包括，在形成所述金属层之后，在所述后表面区域上方沉积滤色器材料以产生与所述小光电二极管区域光学对准并被所述金属层包围的滤色器。
24.如权利要求23所述的方法，还包括在所述滤色器上形成微透镜。
25.如权利要求16所述的方法，其中减小所述厚度包括移除位于所述相邻的大光电二极管区域上方的所述金属层的附加二极管上方区段。
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