CN114678386A - 影像感测器 - Google Patents

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谢丰键
郑允玮
李国政
陈信吉
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Abstract

一种影像感测器，包括一阵列的多个影像像素和多个黑色电平校正像素。每个黑色电平校正像素包括：黑色电平校正像素光电检测器、黑色电平校正像素感测电路、以及黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器的光。每个黑色电平校正像素光学器件组合件可包括层堆叠的第一部分其包括具有第一折射指数的第一材料层和具有第二折射指数的第二材料层的垂直交替的序列。

Description

影像感测器
技术领域
本揭示内容是关于具有用于黑色电平校正像素的光学阻挡结构的影像感测器。
背景技术
半导体影像感测器用于感测电磁辐射，例如可见范围的光、红外线辐射、和/或紫外光。互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器(CIS)和电荷耦合装置(CCD)感测器用于各种应用中，例如数字相机或在移动装置中的嵌入式相机。这些装置利用一阵列的多个像素(其可包括光电二极管和晶体管)，以使用电子-空穴对的光产生作用来检测辐射。黑色电平校正像素用于测量在不存在光的情况下由于热噪声所导致的在光电检测器中的背景电流的电平。然而，先前技术的多种挡光材料具有显著的漏光，并且损害了热背景电流的精确度。
发明内容
本揭示内容的一些实施方式提供了一种影像感测器，包含：一阵列的多个影像像素、以及多个黑色电平校正像素。此阵列的多个影像像素位在半导体基板上，其中在此阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含影像像素光电检测器、影像像素感测电路、和影像像素光学器件组合件其配置为过滤和引导入射光到影像像素光电检测器上。多个黑色电平校正像素位在邻近于在半导体基板上的此阵列的多个影像像素，其中这些黑色电平校正像素的各者包含黑色电平校正像素光电检测器、黑色电平校正像素感测电路、和黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器的光，其中这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含层堆叠的第一部分，此层堆叠的第一部分包括具有第一折射指数的多个第一材料层和具有第二折射指数的多个第二材料层的一垂直交替的序列，其中层堆叠的第一部分不包括任何穿过其中的开口。
本揭示内容的另一些实施方式提供了一种影像感测器，包含：一阵列的多个影像像素、以及多个黑色电平校正像素。此阵列的多个影像像素位在半导体基板上，其中在此阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含影像像素光电检测器、影像像素感测电路、和影像像素光学器件组合件其配置为过滤入射光并将入射光引导到影像像素光电检测器上。多个黑色电平校正像素位在邻近于在半导体基板上的此阵列的多个影像像素，其中这些影像像素校正像素的各者包含黑色电平校正像素光电检测器、黑色电平校正像素感测电路、以及黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器上的光，其中这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含：层堆叠的第一部分其包括至少两个金属层，其中至少两个金属层的各者包括一各自的波长子范围，此各自波长子范围在从200纳米到1,600纳米的波长范围内具有比从至少两个金属层中选择的另一个金属层更大的反射性，并且其中层堆叠的第一部分不包括穿过其中的任何开口。
本揭示内容的又另一些实施方式提供了一种影像感测器，包含：一阵列的多个影像像素、以及多个黑色电平校正像素。此阵列的多个影像像素位在半导体基板上，其中在此阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含影像像素光电检测器、影像像素感测电路、影像像素光学器件组合件其配置为过滤入射光并将入射光引导到影像像素光电检测器上。多个黑色电平校正像素位在邻近于在半导体基板上的此阵列的多个影像像素，其中这些黑色电平校正像素的各者包含黑色电平校正像素光电检测器、黑色电平校正像素感测电路、以及黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器上的光，其中，这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含红外线阻挡材料层其提供了在从800纳米至1,600纳米的波长范围内比影像像素光学器件组合件内的任何滤色器材料更高的吸收系数。
附图说明
本揭示内容的多个态样可由以下的详细描述并且与所附附图一起阅读，得到最佳的理解。注意的是，根据产业界的标准惯例，各个特征并未按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚性起见，各个特征的尺寸可任意地增加或减小。
图1A是根据本揭示内容的一实施方式，用于影像感测器的一阵列的多个像素的第一配置的平面视图；
图1B是根据本揭示内容的另一个实施方式，用于影像感测器的一阵列的多个像素的第二配置的平面视图；
图2A是根据本揭示内容的一实施方式，在一示例性结构中在一子像素的面积之内的前侧感测器组件的平面视图；
图2B是沿着图2A的铰接的垂直平面B–B’–B”–B’”–B””的示例性结构的垂直的截面视图；
图3是根据本揭示内容的一实施方式，在互连件级别介电层之内所形成的金属互连件结构的形成、以及载体基板的接着之后的示例性结构的垂直的截面视图；
图4是根据本揭示内容的一实施方式，在将半导体基板减薄之后的示例性结构的垂直的截面视图；
图5是根据本揭示内容的一实施方式，深沟槽隔离结构的形成之后的示例性结构的垂直的截面视图；
图6A是根据本揭示内容的一实施方式，在抗反射涂层、近端的介电层、挡光材料层、以及图案化的光阻层的形成之后的示例性结构的影像像素区域的垂直的截面视图；
图6B是根据本揭示内容的一实施方式，在图6A的制程步骤时的示例性结构的黑色电平校正(BLC)像素区域的垂直的截面视图；
图7A是图6A和图6B的挡光材料层的第一配置的垂直的截面视图；
图7B是图6A和图6B的挡光材料层的第二配置的垂直的截面视图；
图7C是图6A和图6B的挡光材料层的第三配置的垂直的截面视图；
图7D是图6A和图6B的挡光材料层的第四配置的垂直的截面视图；
图7E是图6A和图6B的挡光材料层的第五配置的垂直的截面视图；
图8A是根据本揭示内容的一实施方式，在栅格结构的形成之后的示例性结构的影像像素区域的垂直的截面视图；
图8B是图8A的示例性结构的影像像素区域的平面视图。铰接的垂直平面A-A’对应于图8A的垂直的截面视图的平面；
图8C是根据本揭示内容的一实施方式，在图8A和图8B的制程步骤时示例性结构的黑色电平校正(BLC)像素区域的垂直的截面视图；
图9A是根据本揭示内容的一实施方式，在光学透明层、滤色器、和透镜的形成之后的示例性结构的影像像素区域的垂直的截面视图；
图9B是根据本揭示内容的一实施方式，在图9A的制程步骤时，示例性结构的黑色电平校正像素区域的垂直的截面视图；
图10A是根据本揭示内容的一实施方式，在载体基板的移除之后的示例性结构的第一配置的影像像素区域的垂直的截面视图；
图10B是根据本揭示内容的一实施方式，在图10A的制程步骤时，示例性结构的第一配置的黑色电平校正像素区域的垂直的截面视图；
图11A是根据本揭示内容的一实施方式，在载体基板的移除之后，示例性结构的第二配置的影像像素区域的垂直的截面视图；
图11B是根据本揭示内容的一实施方式，在载体基板的移除之后，示例性结构的第二配置的黑色电平校正像素区域的垂直的截面视图；
图12A是根据本揭示内容的一实施方式，在载体基板的移除之后，示例性结构的第三配置的影像像素区域的垂直的截面视图；
图12B是根据本揭示内容的一实施方式，在载体基板的移除之后，示例性结构的第三配置的黑色电平校正像素区域的垂直的截面视图；
图13A是根据本揭示内容的一实施方式，在载体基板的移除之后，示例性结构的第四配置的影像像素区域的垂直的截面视图；
图13B是根据本揭示内容的一实施方式，在载体基板的移除之后，示例性结构的第四配置的黑色电平校正像素区域的垂直的截面视图；
图14是根据本揭示内容的一实施方式，光电检测器电路的示意性电路图；
图15是制程流程图，绘示根据本揭示内容的一实施方式的用于形成影像感测器的示例性制程序列。
【符号说明】
1000:阵列
1510:步骤
1520:步骤
500:半导体基板
510:半导体基板
600:前侧感测器组件
601:基板半导体层
602:第二导电性类型光电二极管层
603:第一导电性类型钉扎层
605:传输栅极电极
605B:传输栅极电极
606:第二导电性类型光电二极管层
607:第一导电性类型阱
608:浮动的扩散区域
609:前表面
611:传输晶体管主体区域
612:主动区域
614:栅极介电质
614T:传输栅极介电质
615:栅极电极
620:浅沟槽隔离结构
630:传输晶体管
640:重置晶体管
650:源极随耦器晶体管
660:选择晶体管
670:互连件级别介电层
680:金属互连件结构
682:金属通孔结构
684:金属线结构
689:接合缓冲层
690:载体基板
709:背侧表面
720:深沟槽隔离结构
732:抗反射涂层
734:近端的介电层
740:栅格结构
740L:挡光材料层
741A:金属层
741B:金属层
741C:金属层
741D:金属层
742A:第一材料层
742B:第二材料层
747:光阻层
770:光学透明层
780:滤色器
781:第一型滤色器
782:第二型滤色器
783:第三型滤色器
786:红外线阻挡材料层
790:光学透镜
800:子像素
801:第一子像素
801D:第一检测器区域
801S:第一感测电路区域
802:第二子像素
802D:第二检测器区域
802S:第二感测电路区域
803:第三子像素
803D:第三检测器区域
803S:第三感测电路区域
809:黑色电平校正子像素
811:第一黑色电平校正子像素
812:第二黑色电平校正子像素
813:第三黑色电平校正子像素
900:像素
A-A’:铰接的垂直平面
B–B’–B”–B’”–B””:铰接的垂直平面
C1、C2、C3、Cj、C(N-1)、CN:列
FD:浮动的扩散区域
hd1:第一水平方向
hd2:第二水平方向
P11、P12、P13、P1N、P21、P22、P23、P31、P32、P33、Pij、PM1、PMN:
像素
PPD:光电二极管
R1、R2、R3、Ri、R(M-1)、RM:行
RST:重置晶体管
SEL:选择晶体管
SF:源极随耦器晶体管
TG:传输栅极电极
UC:单位单元
V_out:列输出总线
具体实施方式
之后的揭示内容提供了许多不同的实施方式或实施例，以实现所提供的主题的不同的特征。以下描述组件和布置的具体实施例，以简化本揭示内容。这些当然仅是实施例，并不意图为限制性的。例如，在随后的描述中，形成第一特征其在第二特征上方或之上，可包括第一和第二特征以直接接触而形成的实施方式，且也可包括额外的特征可能形成在介于第一和第二特征之间，因此第一和第二特征可不是直接接触的实施方式。另外，本揭示内容可在各个实施例中重复参考标号和/或字母。此重复是为了简化和清楚性的目的，重复本身不意指所论述的各个实施方式和/或配置之间的关系。
此外，为了便于描述一个元件或特征与另一个元件或特征之间，如附图中所绘示的关系，在此可能使用空间相对性用语，诸如“之下”、“低于”、“较下”、“高于”、“较上”、和类似的用语。除了附图中绘示的方向之外，空间相对性用语旨在涵盖装置在使用中或操作中的不同方向。设备可能以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，并且由此可同样地解读本文所使用的空间相对性描述词。
本揭示内容涉及半导体装置，并且特别是涉及使用光学阻挡结构用于黑色电平校正像素的影像感测器和其形成的方法。
一般来说，本揭示内容的结构和方法可用于为互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器提供增强的黑色电平校正。在黑色电平校正像素光学器件组合件之内为每个黑色电平校正(BLC)像素提供了至少一个挡光结构，以抑制未被平的挡光层所阻挡的光的穿透。至少一个挡光结构可能是包括至少两个不同的材料层的一复合结构。此至少一个挡光结构可包括层堆叠，此层堆叠包括具有第一折射指数的第一材料层和具有第二折射指数的第二材料层的一垂直交替的序列。可定制垂直交替的序列的多个材料的折射指数和厚度，以阻挡在特定波长范围内的光，所述在特定波长范围内的光不会被平的挡光层所阻挡。附加地或替代地，所述至少一个挡光结构可包括至少两个金属层，所述两个金属层具有各自的比另一个金属层更大的反射性的波长子范围。附加地或替代地，所述至少一个挡光结构可包括红外线阻挡材料层，此红外线阻挡材料层提供了比在影像像素光学器件组合件之内的滤色器材料更高的吸收系数。现在参考本申请案的图示来描述本揭示内容的方法和结构的各种特征和态样。
参看图1A和图1B，在各自的平面视图中绘示了用于影像感测器的一阵列1000的多个像素900的第一配置和用于影像感测器的一阵列1000的多个像素900的第二配置。影像感测器可是背照式(backside illuminated,BSI)影像感测器装置。然而，应理解的是本揭示内容的多个实施方式可用在前照式(front-side illuminated,FSI)影像感测器。
每个像素900代表一最小的单位面积，用于从影像感测器产生影像。包括此阵列1000的多个像素900的区域在本文中称为一像素阵列区域。在此像素阵列区域中的多个像素900可排列成多个行和多个列。例如，像素阵列区域可包括M个行和N个列，其中M和N为从1到216范围内的整数，例如从28到214。多个行的多个像素900的可能用范围从1至M的整数连续地编号，并且多个列的多个像素900可能用范围从1到N的整数连续地编号。像素Pij指的是在第i行和在第j列中的像素900。
每个像素900包括至少一个光电检测器，此光电检测器配置为检测一给定波长范围的辐射。每个像素900可包括多个光电检测器，其配置为检测各自的波长范围的辐射，其可与多个光电检测器的各者不同。在一个实施方式中，每个像素900可包括多个子像素，多个子像素的各者包括一光电检测器以及配置为检测入射到光电检测器中的辐射的一电子电路的一相应的组合。例如，像素900可包括配置为检测在红色波长范围内的辐射(例如从635纳米至700纳米的范围)的子像素，配置为检测在绿色波长范围内的辐射(例如从520纳米至560纳米的范围)的子像素，以及配置为检测在蓝色波长范围内的辐射(例如从450纳米到490纳米的范围)的子像素。这些子像素分别地称为红色子像素、绿色子像素、和蓝色子像素。
通常，像素900产生关于单位检测面积的在入射辐射中的信息。子像素产生关于在单位检测面积的一区域之内所检测到的特定的波长范围之内的入射辐射的强度的信息。单色像素900可仅包括单个子像素。配置为检测入射辐射的光谱分布的像素900包括多个子像素，所述多个子像素具有至少两个不同的检测波长范围。在像素阵列区域中的光电检测器可包括光电二极管、互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器、电荷耦合装置(CCD)感测器、主动感测器、被动感测器、其他可适用的感测器、或其组合。
在影像感测器的每个阵列1000的多个像素900之内的一主要子集的多个像素900包含多个影像像素，所述多个影像像素是用于产生一个二维影像的多个像素。在影像感测器的每个阵列1000的多个像素900之内的另一个子集的多个像素900可包含多个黑色电平校正(BLC)像素，所述多个黑色电平校正像素是用于确定黑色电平校正信号的多个像素。一般来说，在没有入射光的情况下，在黑色电平校正像素之内的每个子像素测量在一相应的光电二极管区域之内累积的电荷。在一个实施方式中，可将多个黑色电平校正像素排列在影像感测器的此阵列1000的多个像素900的框架的周围。在一个绘示的实施例中，黑色电平校正像素可包括多个第一行像素(例如多个像素P1j，其中指数j从1至N变化)，多个最后一行像素(例如多个第m行像素Pmj，其中指数j从1到N变化)，多个第一列像素(例如多个像素Pi1，其中指数i从1到M变化)，以及多个最后一列像素(例如多个像素PiN，其中指数i从1到M变化)。
在实践中，在黑色电平校正像素的光电检测器有效的整个波长范围之内，阻挡所有的入射光是非常困难的。典型地，单个挡光材料层提供了在一个波长子范围明显小于100％的反射性，和/或具有一峰值波长，在此波长附近发生显著的光的透射。如以下将解释的内容，本揭示内容的挡光结构使用至少两个挡光材料层，所述两个挡光材料层配置成比任何单一的挡光材料层更有效地阻挡光。
参照图2A和图2B，绘示在示例性结构中的光电检测器电路，其包括在子像素的面积之内的一组的多个前侧感测器组件600。前侧感测器组件600是指可形成在半导体基板500的前表面609上、或者可形成在基板半导体层601之内的影像感测器的所有组件。光电检测器电路包括光电检测器(包含传输晶体管630)、和感测电路(640、650、660)，感测电路包括重置晶体管640、源极随耦器晶体管650、和选择晶体管660。
每个子像素包括各自的光电检测器电路，其包括可位于子像素的面积之内的一子集的多个前侧感测器组件600。一组的至少一个子像素800可用于一像素900。每个子像素包含单位单元(UC)，其可沿着至少一个水平方向重复，以提供用于单个像素的前侧感测器组件600，单个像素可包括单个子像素、两个子像素、或三或多个子像素。在一个实施方式中，单位单元UC的多个实例可沿着至少一个水平方向重复。例如，单位单元UC可作为一个二维阵列的多个单位单元UC的重复，多个单位单元UC以沿着第一水平方向hd1的第一周期性和沿着第二水平方向hd2的第二周期性被复制。如以上参照图1A和图1B所讨论的内容，二维阵列可能是矩形阵列或六边形阵列。这样，第二水平方向hd2可垂直于第一水平方向hd1，也可不垂直于第一水平方向hd1。
返回参照图2A和图2B，半导体基板500包括基板半导体层601。每个子像素可形成在基板半导体层601之上或之内，基板半导体层601具有前表面609和背表面。基板半导体层601包括半导体材料，例如硅、锗、硅锗合金、化合物半导体材料、或另一种半导体材料其具有不超过待检测的光子的能量的带隙。可根据要由子像素所检测的光子的能量范围来选择在基板半导体层601之内的材料。在一个实施方式中，基板半导体层601可包括单晶硅。可商购的单晶半导体基板可用于半导体基板500。在此制程步骤时所提供的半导体基板500具有足够高的厚度，以能够承受多个标准的互补金属氧化物半导体制程步骤。例如，半导体基板500的厚度可在从200微米(microns)至1毫米(mm)的范围内，尽管也可使用较小和较大的厚度。
基板半导体层601的顶部部分可适当地掺杂为具有第一导电性类型，其可能是p型或n型。例如，可执行外延的半导体沉积制程，以在基板半导体层的上部分处形成单晶外延的半导体材料层，使得第一导电性类型的掺质的原子浓度在从1.0x1013/cm3至1.0x1016/cm3的范围内，尽管也可使用较小和较大的原子浓度。单晶外延的半导体材料层的厚度可在从1微米至10微米的范围内。
形成第一导电性类型阱607可经由离子布植在随后可形成多个浅沟槽隔离结构620的多个区域周围而形成。在第一导电性类型阱607中的第一导电性类型的掺质的原子浓度可在从1.0×1015/cm3至1.0×1018/cm3的范围内，尽管也可使用较小和较大的原子浓度。可形成浅沟槽隔离结构620，以提供与在子像素之内的各个组件之间的电性隔离。
布植第二导电性类型的掺质可经由半导体基板500的前表面609，使用至少一个遮盖的离子布植制程。第二导电性类型与第一导电性类型相反。例如，如果第一导电性类型是p型，则第二导电性类型是n型，反之亦然。经由至少一个遮盖的离子布植制程来形成具有第二导电性类型的掺杂的各个掺杂的区域。第二导电性类型光电二极管层602可形成在每个单位单元UC中的半导体基板500的前表面609下方，使得在平面视图中第二导电性类型光电二极管层602的外围与传输栅极电极605的边缘重叠。第二导电性类型光电二极管层602的侧向范围可限定在随后形成的传输栅极电极的一侧。因此，第二导电性类型光电二极管层602的边缘可与浅沟槽隔离结构620侧向间隔一个区域，在此区域中可随后形成传输栅极电极和浮动的扩散区域。
经由布植比形成第二导电性类型光电二极管层602的布植制程中更高的植入能量的第二导电性类型掺质，可在第一导电性类型阱607的底部深度处的第二导电性类型光电二极管层602的下方形成埋入的第二导电性类型光电二极管层606。埋入的第二导电性类型光电二极管层606可邻接第一导电性类型阱607。在一个实施方式中，每个埋入的第二导电性类型光电二极管层606可具有与第一导电性类型阱607邻接的外围。
在一个实施方式中，埋入的第二导电性类型光电二极管层606的顶表面的深度可在从400纳米(nm)至1,500纳米的范围内，尽管也可使用较小和较大的深度。在一个实施方式中，埋入的第二导电性类型光电二极管层606的底表面的深度可在从800纳米至2,500纳米的范围内，尽管也可使用较小和较大的深度。
覆盖埋入的第二导电性类型光电二极管层606的基板半导体层601的未布植的部分可具有第一导电性类型的掺杂，并且可随后用作传输晶体管的主体区域。这样，覆盖埋入的第二导电性类型光电二极管层606的基板半导体层601的未布植的部分在此称为传输晶体管主体区域611。在一个实施方式中，埋入的第二导电性类型光电二极管层606可具有与随后形成的传输晶体管630相同的侧向范围，并且可与包围第二导电性类型光电二极管层602和传输晶体管主体区域611的组合的浅沟槽隔离结构620的部分重合。
栅极堆叠结构(614、605、615)可经由沉积和图案化包括一栅极介电层和一栅极电极层的一层堆叠而形成在半导体基板500的前表面609上方。此层堆叠的每个图案化的部分构成栅极堆叠结构(614、605、615),其可能是传输栅极堆叠结构(614T、605)和控制栅极堆叠结构(614、615)。每个传输栅极堆叠结构(614、605)包括栅极介电质和栅极电极，栅极介电质在本文中称为传输栅极介电质614T，栅极电极在本文中称为传输栅极电极605。每个传输栅极堆叠结构(614、605)位在介于第二导电性类型光电二极管层602和浮动的扩散区域608之间。每个控制栅极堆叠结构(614、615)包括栅极介电质614和栅极电极615。
多个控制栅极堆叠结构(614、615)的各者包括在感测电路中的其他多个晶体管的栅极介电质614和栅极电极615的一相应的层堆叠，感测电路可包括重置晶体管640、源极随耦器晶体管650、选择晶体管660、和可用于放大由子像素的光电检测器所产生的信号的其他合适的晶体管。
可形成具有第二导电性类型的掺杂的各种主动区域(608、612)。各个主动区域(608、612)可包括浮动的扩散区域608，其作为传输晶体管630的漏极区域发挥功用。介于第二导电性类型光电二极管层602和浮动的扩散区域608之间的电流可由传输栅极电极605所控制。
第二导电性类型光电二极管层602可在感测期间(亦即，当子像素主动地检测入射其上的光子时，例如，为了拍摄画面或照片)累积电荷(例如，其中在第二导电性类型为n型的实施方式中的电子)，并且可作为传输晶体管630的源极区域发挥功用。主动区域612包括在感测电路中的各种晶体管(640、650、660)的源极区域和漏极区域。浮动的扩散区域608可经由传输晶体管主体区域611而与埋入的第二导电性类型光电二极管层606垂直地间隔开。
形成每个单位单元UC的浮动的扩散区域608和主动区域612可经由使用遮盖的离子布植制程的第二导电性类型的掺质的离子布植。在离子布植制程期间，可使用相应的图案化的光阻层和栅极堆叠结构(614、605、615)的组合作为离子布植阻挡结构(亦即，遮罩结构)。浮动的扩散区域608的底表面的深度可在从100纳米(nm)到400纳米的范围内，例如从150纳米到250纳米，尽管也可以使用较小和较大的深度。主动区域612的底表面的深度可在从100纳米到600纳米的范围内，例如从150纳米到400纳米，尽管也可以使用较小和较大的深度。
第一导电性类型钉扎层603可直接地形成在第二导电性类型光电二极管层602的顶部上，经由第一导电性类型的掺质的离子布植。第一导电性类型钉扎层603抑制介于第二导电性类型光电二极管层602和第一导电性类型钉扎层603之间的界面的耗尽，并且电性稳定第二导电性类型光电二极管层602。在本揭示内容的各种示例性结构的所有俯视图中省略了第一导电性类型钉扎层603，以便清楚地绘示位于第一导电性类型钉扎层603下方的第二导电性类型光电二极管层602的侧向范围。介于第一导电性类型钉扎层603和第二导电性类型光电二极管层602之间的p-n接面的深度可在从5纳米至100纳米的范围内，尽管也可使用较小和较大的深度。除了介于第二导电性类型光电二极管层602和基板半导体层601之间的p-n接面之外，第一导电性类型钉扎层603与第二导电性类型光电二极管层602形成附加的p-n接面。
互连件级别介电层670可形成在半导体基板500的前表面609上方，并且可在每个子像素之内形成连接晶体管(630、640、650、660)的各个节点的金属互连件结构680。互连件级别介电层670可包括相应的介电质材料，例如未掺杂的硅酸盐玻璃、掺杂的硅酸盐玻璃、有机硅酸盐玻璃、多孔介电质材料、或其组合。可在互连件级别介电层670中可选地使用介电的衬垫，此介电的衬垫包括各种介电质材料(例如硅氮化物、硅氧氮化物、硅氧碳化物、和/或介电的金属氧化物)。金属互连件结构680可包括各种金属通孔结构682和各种金属线结构684。例如，多个浮动的扩散区域608的各者可经由一子集的多个金属互连件结构680而连接到一相应的源极随耦器晶体管650的栅极电极615。光电检测器可包含传输晶体管630，并且可连接到包括附加的晶体管(640、650、660)的感测电路。
感测电路(640、650、660)包括一组的重置晶体管640、源极随耦器晶体管650、和选择晶体管660。通常，可提供每个子像素的感测电路(640、650、660)在单位单元UC的面积之内。在一个实施方式中，感测电路的每个互连的多个组的多个晶体管(640、650、660)可并排布置在一相应的条带的面积之内，此相应的条带的面积位于单位单元UC的边缘附近并且沿着单位单元UC的边的整个长度或者沿着单位单元UC的边的长度的至少30％延伸。在另一个实施方式中，感测电路的每个互连的多个组的多个晶体管(640、650、660)可排列靠近在单位单元UC的拐角附近的区块的面积之内的传输晶体管630的浮动的扩散区域608周围。
此示例性结构包括影像像素和黑色电平校正(BLC)像素。在黑色电平校正像素之内的每个子像素可具有与在影像像素之内的子像素相同的结构，以提供黑色电平校正电荷的精确估计，亦即在没有入射辐射(例如，由于热噪声)的情况下，光电检测器电路所收集的电荷的量。
参照图3，附加的互连件级别介电层670和附加的金属互连件结构680可形成在半导体基板500的前侧上。半导体基板500、互连件级别介电层670、和在其中形成的多个结构的组合件的前侧可接合到载体基板690。载体基板690可暂时地附接到半导体基板500和互连件级别介电层670的组合件，以提供半导体基板500的后续减薄，并且提供减薄的半导体基板510和互连件级别介电层670的组合件的后续的处理。载体基板690可包括半导体材料、绝缘材料、或金属材料，并且可具有在从300微米至1毫米范围内的厚度，尽管也可使用较小和较大的厚度。
可使用任何合适的接合方法，以将载体基板690接合到互连件级别介电层670的前侧。可用于将载体基板690接合到互连件级别介电层670的示例性接合方法包括但不限于氧化物对氧化物接合、氧化物对半导体接合、熔融接合、混合接合、阳极接合、直接接合、其他合适的接合制程、和/或其组合。可选地，可使用包括中间接合材料(例如，硅氧化物、硅氮化物、或半导体材料)的接合缓冲层689，以在介于互连件级别介电层670和载体基板690之间提供接合。
参看图4，可将半导体基板500的背侧减薄，例如，经由研磨、抛光、等向性蚀刻制程、和/或异向性蚀刻制程。载体基板690可在减薄制程期间向半导体基板500提供机械的支撑。在一个实施方式中，可将半导体基板500减薄至从1微米至12微米的范围内的厚度，例如从1.5微米至8微米。在此将经由减薄制程之后减薄的半导体基板500称为减薄的半导体基板510，或者称为半导体基板510。减薄的半导体基板510的厚度可由随后将在减薄的半导体基板510的背侧上所形成的深沟槽的最大深度来确定。在一个实施方式中，可选择减薄的半导体基板510的厚度，以使得随后将在半导体基板510的背侧上所形成的深沟槽到达浅沟槽隔离结构620的近端表面。可对减薄的半导体基板510的背侧表面709进行抛光，以提供与减薄的半导体基板510的前表面609平行的平的水平表面。随后可将示例性结构上下颠到以进一步处理。
参照图5，可施加光阻层(未示出)在减薄的半导体基板510的背侧表面709上方，并且可将光阻层微影图案化以形成多个开口，这些开口一般复制位于在下方的浅沟槽隔离结构620的图案。可蚀刻半导体基板510的未遮盖的多个部分，经由执行异向性蚀刻，此异向性蚀刻将在光阻层中的多个开口的图案转移到半导体基板510中。多个深沟槽的深度可在从1微米至10微米的范围内，例如从1.5微米至8微米。多个深沟槽可形成在半导体基板510中。随后可移除光阻层，例如经由灰化。
在深沟槽中可沉积至少一种介电质材料，例如硅氧化物。可移除覆盖在减薄的半导体基板510的背侧表面709的至少一个介电质材料的多余部分，经由平坦化制程。平坦化制程可包括化学机械平坦化(CMP)制程和/或凹陷化蚀刻制程。填充深沟槽的至少一种介电质材料的其余部分包含深沟槽隔离结构720。
多个深沟槽隔离结构720可定义用于多个子像素800的多个面积。每个子像素800可位于一相应的子像素区域之内，此子像素区域位于一像素的一区域之内，亦即，在一像素区域内。例如，一影像像素的一面积可包括一第一子像素801的一面积、一第二子像素802的一面积、和一第三子像素803的一面积。在说明性实施例中，第一子像素801可形成在包括被配置为检测绿光的光电检测器的一区域中，第二子像素802可以形成在包括被配置为检测红光的光电检测器的一区域中，并且第三子像素803可以形成在包括被配置为检测蓝光的光电检测器的一区域中。每个子像素800可包括一体积，此体积包含半导体基板510的图案化的柱状部分，此半导体基板510的图案化的柱状部分被连接的一组的多个深沟槽侧向地包围。一像素的一像素区域包括在此像素之内所包含的一组的多个子像素800的所有子像素区域。每个黑色电平校正(BLC)像素包括至少一种子像素。在一个实施方式中，每个黑色电平校正像素可包括与影像像素相同数目的子像素。在一说明性的实施例中，如果影像像素包括第一子像素801、第二子像素802、和第三子像素803，黑色电平校正像素可包括第一黑色电平校正子像素、第二黑色电平校正子像素、和第三黑色电平校正子像素。
参照图6A和图6B，可选的抗反射涂层(ARC)732、近端的介电层734、和挡光材料层740L可随后顺序地沉积在半导体基板510的背侧表面709上方。
可选的抗反射涂层732包括抗反射涂层材料其减少介于半导体基板510的半导体材料和覆盖的材料层(亦即，近端的介电层734)之间的反射。可选的抗反射涂层732可包括单个材料层或具有逐渐变化的折射指数的多个层的层堆叠。在一个实施方式中，可选的抗反射涂层732包括半导体材料，例如多晶硅、多晶锗、硅锗合金、或III-V化合物半导体材料。抗反射涂层732可具有从50纳米至300纳米范围内的厚度，尽管也可使用较小和较大的厚度。
近端的介电层734可包括介电质材料，例如，硅氧化物、硅氧氮化物、硅氮化物、或介电的金属氧化物(例如，铝氧化物)。近端的介电层734的厚度可在从100纳米至1,000纳米的范围内，尽管也可使用较小和较大的厚度。
本揭示内容的挡光材料层740L可能是复合的挡光材料层其包括至少两种不同的材料层。本揭示内容的挡光材料层740L可包括各种材料层堆叠，如在图7A至图7E中所绘示。图7A至图7E绘示了可在图6A和图6B的示例性结构中使用的挡光材料层740L的各种配置。
参照图7A至图7C，挡光材料层740L可包括至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)。图7A绘示了第一配置，其中挡光材料层740L由包括第一金属层741A和第二金属层741B的两个金属层(741A、741B)组成。图7B绘示了第二配置，其中挡光材料层740L由三个金属层(741A、741B、741C)组成，三个金属层包括第一金属层741A、第二金属层741B、和第三金属层741C。图7C绘示了第三配置，其中挡光材料层740L由四个金属层(741A、741B、741C、741D)组成，四个金属层包括第一金属层741A、第二金属层741B、第三金属层741C、和第四金属层741D。在挡光材料层740L中的至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的各者包括各自的波长子范围，此各自的波长子范围在200纳米至1,600纳米的波长范围内具有比选自至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)中的另一个金属层更大的反射性。
在一些实施方式中，至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)中的一者包含难熔的金属层和/或由难熔的金属层所组成，并且至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)中的另一者包含金层、银层、铜层、和铝层的层、和/或由选自金层、银层、铜层、和铝层的层所组成。难熔的金属层可基本上由单一的难熔的金属所组成，其可能是钨、铌、钼、钽、铼、钛、钒、铬、锆、铪、钌、铑、和铱中的任何一者。替代地，难熔的金属层可基本上由至少两种难熔的金属的金属间合金组成，亦即选自钨、铌、钼、钽、铼、钛、钒、铬、锆、铪、钌、铑、锇、和铱的至少两种金属的任何合金。其他合适的材料也在本揭示内容所设想的范围之内。
替代地或另外，至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)可包含选自金层、银层、铜层、和铝层的至少两层。在一个实施方式中，难熔的金属层可能是基本上由钨组成的钨层。其他合适的材料也在本揭示内容所设想的范围之内。
在用于挡光材料层740L的第一配置中，挡光材料层740L可以由两个金属层(741A、741B)组成，并且两个金属层(741A、741B)中的一者可能是难熔的金属层，并且两个金属层(741A、741B)中的另一者可能是选自金层、银层、铜层和铝层的层。替代地，第一金属层741A和第二金属层741B可能是选自金层、银层、铜层、和铝层的两个不同的层。
在用于挡光材料层740L的第二配置中，挡光材料层740L可由三个金属层(741A、741B、741C)组成，并且三个金属层(741A、741B、741C)可包括一个或两个难熔的金属层，并且剩余的金属层可选自金层、银层、铜层、和铝层。替代地，三个金属层(741A、741B、741C)可能是选自金层、银层、铜层、和铝层中的至少两个不同的金属层。三个金属层(741A、741B、741C)可包括或可不包括两个相同金属的层。
在挡光材料层740L的第三配置中，挡光材料层740L可以由四个金属层(741A、741B、741C、741D)组成，并且四个金属层(741A、741B、741C、741D)可包括一个、两个、或三个难熔的金属层，并且剩余的金属层可能选自金层、银层、铜层、和铝层。替代地，四个金属层(741A、741B、741C、741D)可能是选自金层、银层、铜层、和铝层中的至少两种不同的金属层。四个金属层(741A、741B、741C)可能包括或可能不包括两层的相同的金属。
虽然本揭示内容是使用其中挡光材料层740L包括两个、三个、或四个金属层(741A、741B、741C、741D)的实施方式来描述的，但是这里明确设想了其中挡光材料层740L可包括五个或更多个金属层的实施方式。
挡光材料层740L中的至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的各者可以包括相应的波长子范围，此相应的波长子范围在从200纳米至1,600纳米的波长范围内具有比选自至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的另一个金属层更大的反射性。因此，挡光材料层740L的第一配置提供了第一波长子范围和第二波长子范围，在第一波长子范围之内，第一金属层741A提供了比第二金属层741B更高的反射性，在第二波长子范围内，第二金属层741B提供了比第一金属层741A更高的反射性。子范围指的是在一范围之内的一间隔，此间隔具有与整个此范围的宽度相比较小的宽度。第一波长子范围不与第二波长子范围重叠。
挡光材料层740L的第二配置提供了：第一波长子范围，在此第一波长子范围内，第一金属层741A提供了比第二金属层741B和/或第三金属层741C更高的反射性；第二波长子范围，在此第二波长子范围内，第二金属层741B提供了比第一金属层741A和/或第三金属层741C更高的反射性；以及第三波长子范围，在此第三波长子范围内，第三金属层741C提供了比第一金属层741A和/或第二金属层741B更高的反射性。在三个金属层(741A、741B、741C)的材料组成分彼此不同的情况下，第一波长子范围、第二波长子范围、和第三波长子范围可不具有任何相互重叠。
挡光材料层740L的第三配置提供了：第一波长子范围，在此第一波长子范围内，第一金属层741A提供了比第二金属层741B、第三金属层741C、和/或第四金属层741D更高的反射性；第二波长子范围，在此第二波长子范围内，第二金属层741B提供了比第一金属层741A、第三金属层741C、和/或第四金属层741D更高的反射性；第三波长子范围，在此第三波长子范围内，第三金属层741C提供了比第一金属层741A、第二金属层741B、和/或第四金属层741D更高的反射性；以及第四波长子范围，在此第四波长子范围内，第四金属层741D提供了比第一金属层741A、第二金属层741B、和/或第三金属层741C更高的反射性。在四个金属层(741A、741B、741C、741D)的材料组成分彼此不同的情况下，第一波长子范围、第二波长子范围、第三波长子范围、和第四波长子范围不具有任何相互重叠。
挡光材料层740L的至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的各者可具有从30纳米至600纳米范围内的一相应的厚度，例如从60纳米至300纳米，尽管也可以使用较小和较大的厚度。
表1说明了两个不同的子范围的实施例，其中铝层或金层提供了更高的反射性。在此实施例中，铝在从200纳米至550纳米的波长子范围内提供了较高的反射性，而金在从600纳米至1,600纳米的波长子范围内提供了较高的反射性。
表1：铝和金的反射性为波长的函数
Figure BDA0003060107950000191
Figure BDA0003060107950000201
参照图7D，绘示了挡光材料层740L的第四配置，第四配置包括具有第一折射指数的第一材料层742A和具有第二折射指数的第二材料层742B的垂直交替的序列。第一材料层742A和第二材料层742B以第一材料层742A和第二材料层742B的垂直交替的序列(742A、742B)沿着垂直方向交替。
在垂直交替的序列(742A，742B)中的第一材料层742A可重复至少两次。换言之，至少两个第一材料层742A可在垂直交替的序列(742A、742B)中存在。同样地，在垂直交替的序列(742A、742B)中的第二材料层742B可重复至少两次。换言之，至少两个第二材料层742B可在垂直交替的序列(742A、742B)中存在。在垂直交替的序列(742A、742B)之内，第一材料层742A和第二材料层742B的相邻成对的重复的总数可在从2至20的范围之内，例如从3至10。可选择在垂直交替的序列(742A，742B)之内相邻成对的第一材料层742A和第二材料层742B的重复的总次数，以产生对于特定的波长子范围的建设性干涉(constructiveinterference)图案，使得在此波长子范围之内的光的反射性在从0.8至1.0的范围内，例如从0.9至1.0(例如，从0.95至1.0)。
在一个实施方式中，第一材料层742A和/或第二材料层742B可包含介电的金属氧化物、和/或基本上由各自的介电的金属氧化物所组成。在一个实施方式中，在第一材料层742A和/或第二材料层742B中的每个介电的金属氧化物可包含镁氧化物、铝氧化物、镱氧化物、锌氧化物、钽氧化物、锆氧化物、铪氧化物、碲氧化物、和钛氧化物的材料、和/或可基本上选自由镁氧化物、铝氧化物、镱氧化物、锌氧化物、钽氧化物、锆氧化物、铪氧化物、碲氧化物、和钛氧化物的材料组成。其他合适的材料在所设想的揭示的范围之内。
在一个实施方式中，第一材料层742A和/或第二材料层742B可包含掺杂的硅酸盐玻璃，和/或可以主要由掺杂的硅酸盐玻璃组成，此掺杂硅酸盐玻璃包括至少一种原子百分比在从1％至50％范围内的掺质元素。在一个实施方式中，至少一种掺质元素可包含钙以及氟、硼、钡、磷、镧和铅的组合中的一或多种、和/或可由钙以及氟、硼、钡、磷、镧和铅的组合中的一或多种组成。在钙和氟的组合被用作至少一种掺质元素的情况下，可将CaF2添加到硅酸盐玻璃(SiO2)中以提供掺杂的硅酸盐玻璃。掺杂的硅酸盐玻璃可包括氟硅酸盐玻璃、硼硅酸盐玻璃、钡掺杂的硅酸盐玻璃、镧掺杂的硅酸盐玻璃、或铅掺杂的硅酸盐玻璃中的任何一种。可选地或附加地，可以将钛氧化物和/或铝氧化物添加到硅酸盐玻璃中，以形成第一材料层742A和/或第二材料层742B的掺杂的硅酸盐玻璃材料。在第一材料层742A包括第一掺杂的硅酸盐玻璃材料并且第二材料层742B包括第二掺杂的硅酸盐玻璃材料的情况下，第一掺杂的硅酸盐玻璃材料和第二掺杂的硅酸盐玻璃材料可具有不同的组成分和不同的折射指数。本文讨论的所有折射指数都是在587.56纳米的波长下测量的，此波长是本技术中用于测量折射率的钠D线的波长。
在一个实施方式中，第一材料层742A和/或第二材料层742B可包含硅、掺杂的硅(包括原子浓度小于5％的掺质)、硅氮化物、硅氧化物、和富含硅的硅氧化物，和/或可以基本上由硅、掺杂的硅(包括原子浓度小于5％的掺质)、硅氮化物、硅氧化物、和富硅的硅氧化物所组成。
在一个实施方式中，第一材料层742A具有第一折射指数，第二材料层742B具有不同于第一折射指数的第二折射指数，第一折射指数和第二折射指数在从1.0至4.0的范围内，并且第一折射指数和第二折射指数之间的差异在从0.1至3.0的范围内。
在一个实施方式中，多个第一材料层742A的各者具有第一厚度，多个第二材料层742B的各者具有第二厚度，并且第一厚度和第二厚度在从0.5纳米至500纳米的范围内，例如从5纳米至50纳米。
表2提供了可用于图7D或图7E所绘示的挡光材料层740L内的第一材料层742A和/或第二材料层742B的材料的折射指数列表。
表2：可在图7D或图7E所绘示的挡光材料层740L中使用的材料的折射指数。
Figure BDA0003060107950000221
参照图7E，绘示了挡光材料层740L的第五配置，其包括图7A、图7B、或图7C的挡光材料层740L、以及图7D的挡光材料层740L的堆叠。通常，图7E的挡光材料层740L可包括至少一个金属层、以及具有第一折射指数的第一材料层742A和具有第二折射指数的第二材料层742B的垂直交替的序列。在一个实施方式中，图7E的挡光材料层740L可包括至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)、以及具有第一折射指数的第一材料层742A和具有第二折射指数的第二材料层742B的垂直交替的序列。至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)可位于第一材料层742A和第二材料层742B的垂直交替的序列之上或之下。至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)可与在图7A至图7C中所绘示的任何结构相同。第一材料层742A和第二材料层742B的垂直交替的序列可以与图7D中的相同。至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)以及第一材料层742A和第二材料层742B的垂直交替的序列的组合在从200纳米至1,600纳米的波长范围之内以与100％反射性的最小偏差来反射光。
返回参照图6A和图6B，可将光阻层747施加在挡光材料层740L上方，并且可将光阻层747微影图案化以形成多个开口，这些开口在多个影像像素的多个面积之内，而不在包括多个黑色电平校正子像素809的多个黑色电平校正(BLC)像素的多个面积之内。每个影像像素是一像素900，像素900是用于生成一电子信号，此电子信号与用于一影像的一像素的入射光的量值成比例，并且每个黑色电平校正像素是用于生成电子信号的像素，此电子信号在没有入射光的情况下测量背景噪声，用于对于从多个影像像素生成的多个电子信号的黑色电平校正。可为在影像像素中的每个子像素(801、802、803)形成开口。具体地，在光阻层747中的多个开口可形成在第二导电性类型光电二极管层602的多个面积中，亦即，在多个光电检测器的多个面积之内，这些多个光电检测器的多个面积包括在介于第二导电性类型光电二极管层602和掺杂的阱结构607之间的一相应的p-n接面。感测电路的多个晶体管的多个面积(例如重置晶体管640、源极随耦器晶体管650、和选择晶体管660)可能或可能不被光阻层747覆盖。在微影图案化之后，光阻层747可覆盖黑色电平校正像素的整个面积。
参照图8A至图8C，未被光阻层747的图案化的多个部分所遮盖的挡光材料层740L的多个部分可被蚀刻，以在影像像素区域中形成穿过其中的多个开口。例如，诸如反应性离子蚀刻制程的异向性蚀刻制程可用于通过挡光材料层740L而转移在光阻层747中的图案。挡光材料层740L的其余部分形成栅格结构740。栅格结构740可覆盖第二导电性类型光电二极管层602的外围，并且可为位于在影像像素区域中的一相应的子像素800之内的每个光电检测器定义光收集面积。像素900可包括被配置成检测在不同波长的光的一组的多个子像素。
在一个实施方式中，每个影像像素可包括一组的多个影像子像素。例如，每个影像像素可包括第一子像素801的至少一个实例、第二子像素802的至少一个实例、和第三子像素803的至少一个实例。在图8A和图8B所绘示的实施例中，影像像素可包括位于一第一子像素区域中的一第一子像素801(例如绿色子像素)、位于两个第二子像素区域中的两个第二子像素802(例如两个红色子像素)、以及位于一第三子像素区域中的一第三子像素803(例如蓝色子像素)。通常，影像像素可以包括被配置成检测在不同波长范围的光的至少两种类型的子像素800的各种组合。替代地，影像感测器可以是包括单一类型的子像素800的单色影像感测器。在这个实施方式中，每个影像像素可只有包括单一个子像素800。
每个黑色电平校正像素可能是一影像像素的副本。在一个实施方式中，每个黑色电平校正像素可包括一组的多个影像子像素。例如，每个影像像素可包括第一黑色电平校正子像素811的至少一个实例、第二黑色电平校正子像素812的至少一个实例、和第三黑色电平校正子像素813的至少一个实例。通常，黑色电平校正像素可包括至少两种类型的黑色电平校正子像素的各种组合，其被配置为在没有入射光的情况下提供背景电平电信号。替代地，影像感测器可能是包括单一类型的子像素800的单色影影像感测器。在这个实施方式中，每个黑色电平校正像素可包括只有包括单一个黑色电平校正子像素。
栅格结构740可形成在影像像素区域中的近端的介电层734的远端表面上方。栅格结构740包括多个开口，这些开口覆盖多个光电检测器(包含传输晶体管630)中的一相应的一者。与栅格结构的底表面接触的近端的介电层734的远侧表面的多个部分是近端的介电层734的远侧表面的多个平的远侧表面部分。
在一些实施方式中，栅格结构740可将在影像像素区域中的每个子像素800划分成检测器区域和感测电路区域。例如，第一子像素801可包括覆盖第一子像素801的第二导电性类型光电二极管层602的第一检测器区域801D，以及覆盖第一子像素801的感测电路(640、650、660)的第一感测电路区域801S。第二子像素802可包括覆盖第二子像素802的第二导电性类型光电二极管层602的第二检测器区域802D，以及覆盖第二子像素802的感测电路(640、650、660)的第二感测电路区域802S。第三子像素803可包括覆盖第三子像素803的第二导电性类型光电二极管层602的第三检测器区域803D，以及覆盖第三子像素803的感测电路(640、650、660)的第三感测电路区域803S。通常，在像素900之内的此组的所有子像素800可以用有助于在像素900的阵列1000之内的多个像素900的周期性重复的任何图案来排列。
通常，在图8A至图8C的制程步骤时，如在图6A和图6B的制程步骤时提供的挡光材料层740L的第一未图案化的部分在黑色电平校正像素区域的整个面积上方(亦即在每个黑色电平校正像素上方)连续地延伸。栅格结构740包含如在图6A和图6B的制程步骤时所提供的挡光材料层740L的第二部分，其被提供在影像像素区域中，并且在图8A至图8C的制程步骤时被图案化。如以上所讨论的内容，挡光材料层740L可能是包括多层的复合的层堆叠，并且栅格结构740包含层堆叠的第二部分，此第二部分侧向邻接层堆叠的第一部分。因此，层堆叠的第一部分(亦即，在图8A至图8C的制程步骤时的黑色电平校正像素区域中的挡光材料层740L)和层堆叠的第二部分(亦即，栅格结构740)具有相同的多个组成层的垂直的序列。在层堆叠之内的每个组成层在横越层堆叠的第一部分和层堆叠的第二部分具有均匀的厚度。
参照图9A和图9B，具有平的顶表面的光学透明层770可形成在栅格结构740上方。形成光学透明层770可经由沉积自平坦的(self-planarizing)介电质材料，例如可流动的氧化物(flowable oxide,FOX)。替代地，沉积和平坦化透明的介电质材料可例如经由化学机械平坦化，以提供光学透明层770。
光学透明层770垂直地延伸穿过在栅格结构740中的开口，并且具有不同于第一折射指数的第二折射指数。光学透明层770形成在近端的介电层734上。
可将各种滤色器材料施加在光学透明层770上方，并且可将各种滤色器材料图案化以形成各种滤色器780。滤色器780可包括：形成在第一子像素801和第一黑色电平校正子像素811的区域之内的第一型滤色器781、形成在第二子像素802和第二黑色电平校正子像素812的区域之内的第二型滤色器782、以及形成在第三子像素803和第三黑色电平校正子像素813的区域之内的第三型滤色器783。可选择每个滤色的材料的组成分，使得在目标波长范围之内的光穿过滤色的材料，而在目标波长范围外的光被滤色的材料吸收。
光学透镜790可形成在滤色器780上方，经由将光学透明材料施加在滤色器780上方并且经由将光学透明材料图案化为具有多个凸表面的多个材料部分，这些凸表面以在栅格结构740之内的多个在下方的开口中的一相应的开口为中心。
位在影像像素区域中的子像素800之内的可选的抗反射涂层732、近端的介电层734、栅格结构740、和光学透明层770的多个部分、上覆的滤色器780、和上覆的光学透镜790的每个组合组成了影像子像素光学器件组合件，其配置为将光过滤并聚焦到影像子像素的一相应的下伏的光电检测器上。用于在一影像像素之内的所有影像子像素的一组的影像子像素光学器件组合件构成了一个影像像素光学器件组合件。位在黑色电平校正像素区域中的一子像素800之内的可选的抗反射涂层732、近端的介电层734、挡光材料层740L、和光学透明层770的多个部分、上覆的滤色器780、和上覆的光学透镜790的每个组合构成了黑色电平校正子像素光学器件组合件，其配置为阻挡射向黑色电平校正子像素的一相应的下伏的光电检测器的光。在一影像像素之内的用于所有黑色电平校正子像素的一组的多个黑色电平校正子像素光学器件组合件构成了一个影像像素光学器件组合件。
参照图10A和图10B，载体基板690和接合缓冲层689(如果存在)可从互连件级别介电层670分离。在将载体基板690从半导体基板510分离之前或之后，半导体基板510和其上的多个装置结构可被分割成离散的影像感测器。
通常，一阵列1000的多个像素可形成在半导体基板510上。在阵列1000的多个像素之内的每个像素包括至少一个子像素，并且每个子像素包含位于半导体基板510的前表面609上的一相应的光电检测器(包括传输晶体管630)和一相应的感测电路(640、650、660)。可在一阵列的多个影像像素周围提供包括黑色电平校正子像素的黑色电平校正像素。影像子像素光学器件组合件覆盖每个影像子像素的光电检测器电路。影像像素光学器件组合件覆盖每个影像像素的光电检测器电路。黑色电平校正子像素光学器件组合件覆盖每个黑色电平校正子像素的光电检测器电路。黑色电平校正像素光学器件组合件覆盖每个黑色电平校正像素的光电检测器电路。
图10A和图10B绘示了示例性结构的第一配置，其中如在图6A和图6B的制程步骤时所提供的挡光材料层740L包括至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)，如在图7A至图7C和图7E所绘示。如在图10A和图10B的制程步骤时所提供的多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含层堆叠的第一部分，层堆叠的第一部分包括在一相应的黑色电平校正像素的整个面积上连续地延伸的至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)。如在图10A和图10B的制程步骤时所提供的多个影像像素光学器件组合件的各者包含栅格结构740的一部分，栅格结构740是包括至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的层堆叠的第二部分，层堆叠的第二部分包括在多个光电检测器的多个面积上方的多个离散的开口。
至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的各者包含各自的波长子范围，此各自的波长子范围在从200纳米至1,600纳米的波长范围内具有比从至少两个金属层中选择的另一个金属层更大的反射性，并且其中层堆叠的第一部分不包括穿过其的任何开口。在一些实施方式中，至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)中的一者包含难熔的金属层，并且至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)中的另一者包含选自金层、银层、铜层、和铝层的层。替代地或附加地，至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)可包含选自金层、银层、铜层、和铝层的至少两个层。在一个实施方式中，挡光材料层740L和栅格结构740可以进一步包括具有第一折射指数的第一材料层742A和具有第二折射指数的第二材料层742B的垂直交替的序列，如在图7E中所绘示。
参照图11A和图11B，绘示了示例性结构的第二配置，其中如在图6A和图6B的制程步骤时所提供的挡光材料层740L包括层堆叠，此层堆叠包括具有第一折射指数的第一材料层742A和具有第二折射指数的第二材料层742B的垂直交替的序列，如在图7D和图7E中所绘示。在这种情况下，多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含层堆叠的第一部分，层堆叠的第一部分包括具有第一折射指数的第一材料层742A和具有第二折射指数的第二材料层742B的垂直交替的序列。层堆叠的第一部分不包括任何穿过其中的开口。多个影像像素光学器件组合件的各者包含栅格结构740的一部分，栅格结构740是第一材料层742A和第二材料层742B的垂直交替的序列的层堆叠的第二部分，层堆叠的第二部分包括在多个光电检测器的多个面积上方的多个离散的开口。层堆叠的第一部分和层堆叠的第二部分具有相同的多个组成层的垂直序列。在层堆叠之内的每个组成层在层堆叠的第一部分和层堆叠的第二部分上具有均匀的厚度。
在一个实施方式中，第一材料层742A和/或第二材料层742B包含介电的金属氧化物。在一个实施方式中，第一材料层742A和/或第二材料层742B中的每个介电的金属氧化物包含镁氧化物、铝氧化物、镱氧化物、锌氧化物、钽氧化物、锆氧化物、铪氧化物、碲氧化物、和钛氧化物的材料、和/或基本上由选自镁氧化物、铝氧化物、镱氧化物、锌氧化物、钽氧化物、锆氧化物、铪氧化物、碲氧化物、和钛氧化物的材料组成。
在一个实施方式中，第一材料层或第二材料层包括掺杂的硅酸盐玻璃，此硅酸盐玻璃包括至少一种原子百分比在1％至50％范围内的掺质元素。在一个实施方式中，至少一种掺质元素可包含钙以及氟、硼、钡、磷、镧和铅的组合中的至少一者。在一个实施方式中，第一材料层742A和/或第二材料层742B可基本上由硅、掺杂的硅其包括原子浓度小于50％(例如从0.5％到50％)的掺质、硅氮化物、硅氧化物、和富硅的硅氧化物组成。
在一个实施方式中，第一材料层742A具有第一折射指数，第二材料层742B具有不同于第一折射指数的第二折射指数，第一折射指数和第二折射指数在从1.0至4.0的范围内，并且第一折射指数和第二折射指数之间的差异在从0.1至3.0的范围内。在一个实施方式中，多个第一材料层742A的各者具有第一厚度，多个第二材料层742B的各者具有第二厚度，并且第一厚度和第二厚度在从0.5纳米到500纳米的范围内，例如从5纳米到50纳米。
参照图12A和图12B，绘示了根据本揭示内容的实施方式的示例性结构的第三配置。经由仅在黑色电平校正像素区域中形成红外线阻挡材料层786，可从上述示例性结构的任何配置中导出示例性结构的第三配置。红外线阻挡材料可沉积在多个滤色器780的层的上方或下方，或者可以形成在多个光学透镜790上方。可将红外线阻挡材料层786图案化，使得黑色电平校正像素区域的整个区域被红外线阻挡材料覆盖，并且影像像素区域的面积不被红外线阻挡材料覆盖。因此，红外线阻挡材料层786不存在于影像像素区域中，并且覆盖黑色电平校正像素区域的整个面积。
红外线阻挡材料层786包括吸收波长范围从800纳米到1,600纳米的红外辐射的材料。在一个实施方式中，红外线阻挡材料层786可包括聚合物材料、半导体材料、和/或金属材料。例如，红外线阻挡材料层786可包括嵌入金属颗粒的彩色阻剂、和/或与黑色树脂混合或嵌入黑色树脂的彩色阻剂。金属颗粒可包括一或多种难熔的金属的颗粒，例如钨、铌、钼、钽、铼、钛、钒、铬、锆、铪、钌、铑、锇、和铱。金属颗粒的平均尺寸(例如，提供相同体积的球体的有效直径)可以在从1纳米至100纳米的范围内，例如从5纳米至30纳米，尽管也可采用较小和较大的平均尺寸。红外线阻挡材料层786的厚度可在从100纳米至1,000纳米的范围内，尽管也可使用较小和较大的厚度。
在一个实施方式中，多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含红外线阻挡材料层786，红外线阻挡材料层786在从800纳米至1,600纳米的波长范围之内提供比在影像像素光学器件组合件之内的滤色器780的任何滤色器材料更高的吸收系数。虽然使用一实施方式描述了本揭示内容，其中在第三示例性结构中的挡光材料层740L使用在图7C中所绘示的挡光材料层740L的第三配置，但是在示例性结构的第三配置中的挡光材料层740L可具有在图7A至图7E所绘示的任何配置。
参照图13A和图13B，绘示了根据本揭示内容实施方式的示例性结构的第四配置。示例性结构的第四配置包括在图7E所绘示的挡光材料层740L的第五配置。在这种情况下，挡光材料层740L的层堆叠可包括至少一个金属层，所述至少一个金属层与第一材料层742A和第二材料层742B的垂直交替的序列接触。所述至少一个金属层可包括至少两个如上所述的金属层(741A、741B、741C、741D)。
参照图14，根据本揭示内容的实施方式绘示了用于光电检测器电路的电路示意图。光电检测器电路的配置包括传输晶体管630以及多个场效晶体管(640、650、660)的一互连的组合件。传输晶体管630可包括一p-n接面，此p-n接面介于第二导电性类型光电二极管层602和埋入的第二导电性类型光电二极管层606的组合与具有第一导电性类型掺杂的基板半导体层601之间。此组合的基板半导体层601、埋入的第二导电性类型光电二极管层606、第二导电性类型光电二极管层602、和第一导电性类型钉扎层603的作为光电二极管PPD发挥功用。第二导电性类型光电二极管层602作为传输晶体管630的源极区域发挥功用。
浮动的扩散区域608(标记“FD”)作为传输晶体管630的漏极区域发挥功用。传输栅极电极605(标记为“TG”)控制累积在第二导电性类型光电二极管层602中的电荷通过在传输栅极电极605下方的半导体通道转移到浮动的扩散区域608中。传输晶体管630可作为光电检测器发挥功用。
感测电路包括多个场效晶体管(640、650、660)的一互连的组合件。多个场效晶体管(640、650、660)的此互连的组合件连接到浮动的扩散区域608。场多个场效晶体管(640、650、660)的此互连的组合件包括重置晶体管RST、源极随耦器晶体管SF、和选择晶体管SEL。重置晶体管640(亦即，RST)配置为在感测之前立即耗尽浮动的扩散区域608中的电荷，使得在感测期间累积在浮动的扩散区域608中的电荷与累积在第二导电性类型光电二极管层602中的电荷成线性比例。源极随耦器晶体管650(亦即，SF)的栅极电极经由一组的多个金属互连件结构而电性连接到浮动的扩散区域608。因此，在源极随耦器晶体管650的栅极电极处的电压与在浮动的扩散区域608中的电荷成比例。选择晶体管660(亦即，SEL)可在读取操作期间导通，以将在源极随耦器晶体管和选择晶体管660的共用节点处的电压(由在源极随耦器晶体管650的栅极电极处的电压所调整)输出到一个列输出总线(标记为“V_out”)。
共同参照图1A至图14，根据本揭示内容的各个实施方式，提供了一种影像感测器，其包括位于半导体基板510上的影像像素阵列(例如在图1A和图1B中的Pij(2≤i≤(M-1)、2≤j≤(N-1))，其中一阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含一影像像素光电检测器(其包含在影像像素之内的每个光电检测器，例如每个传输晶体管630)，影像像素感测电路(其包含在影像像素之内的每个感测电路)，以及影像像素光学器件组合件其配置为过滤入射光并将入射光引导到影像像素光电检测器上。影像感测器包含与半导体基板510上的此阵列的多个影像像素相邻的多个黑色电平校正(BLC)像素(例如图1A和图1B中的Pst，其中s是1或M，或t是1或N)，其中每个黑色电平校正像素包括黑色电平校正像素光电检测器(其包含在黑色电平校正像素之内的每个光电检测器，例如每个传输晶体管630)、黑色电平校正像素感测电路(其包含在黑色电平校正像素之内的每个感测电路)、以及黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器上的光。
在一些实施方式中，多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含层堆叠的第一部分，此层堆叠的第一部分包括具有第一折射指数的第一材料层742A和具有第二折射指数的第二材料层742B的垂直交替的序列。层堆叠的第一部分不包括任何穿过其中的开口。
在一些实施方式中，多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含层堆叠的第一部分，此层堆叠的第一部分包括至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)。至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的各者包含各自的波长子范围，此波长子范围在从200纳米至1,600纳米的波长范围之内具有比选自至少两个金属层的另一个金属层(741A、741B、741C、741D)更大的反射性。层堆叠的第一部分不包括任何穿过其中的开口。在一个实施方式中，至少两个金属层(741A、741B、741C、741D)的各者包含各自的波长子范围，此各自的波长子范围在从200纳米至1,600纳米的波长范围内具有比选自至少两个金属层的任何其他金属层(741A、741B、741C、741D)更大的反射性。
在一些实施方式中，多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含红外线阻挡材料层786，红外线阻挡材料层786在从800纳米到1,600纳米的波长范围内提供比在影像像素光学器件组合件之内的任何滤色器材料更高的吸收系数。
通常，影像像素光学器件组合件包含栅格结构740，栅格结构740包括穿过其中的一阵列的多个开口。栅格结构740包含层堆叠的第二部分，所述层堆叠的第二部分侧向地邻接层堆叠的第一部分。
参照图15，制程流程图绘示了根据本揭示内容的实施方式的用于形成影像感测器的示例性制程序列。参照步骤1510，可在半导体基板510的一侧上形成影像像素光电检测器、影像像素感测电路、黑色电平校正像素、和黑色电平校正像素感测电路。参照步骤1520，影像像素光学器件组合件和黑色电平校正像素光学器件组合件可形成在半导体基板510的另一侧上。影像像素光学器件组合件和黑色电平校正像素光学器件组合件可具有上述的结构特征。
本揭示内容的各种实施方式提供了一种包括黑色电平校正(BLC)像素的影像感测器，此黑色电平校正像素包含一相应的黑色电平校正像素光学器件组合件。一复合的材料层其包括至少两个材料层的层堆叠可形成为在多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者中的挡光材料层740L，以增强在多个黑色电平校正像素中的光反射。替代地或附加地，红外线阻挡材料层786可形成在黑色电平校正像素中，以增强对黑色电平校正像素的红外辐射的阻挡。在黑色电平校正像素中光的增强阻挡增加了对于光电检测器的背景电信号的测量的精确度，并且可增强由影像感测器捕获的影像的保真度。
本揭示内容的一些实施方式提供了一种影像感测器，包含：一阵列的多个影像像素、以及多个黑色电平校正像素。此阵列的多个影像像素位在半导体基板上，其中在此阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含影像像素光电检测器、影像像素感测电路、和影像像素光学器件组合件其配置为过滤和引导入射光到影像像素光电检测器上。多个黑色电平校正像素位在邻近于在半导体基板上的此阵列的多个影像像素，其中这些黑色电平校正像素的各者包含黑色电平校正像素光电检测器、黑色电平校正像素感测电路、和黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器的光，其中这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含层堆叠的第一部分，此层堆叠的第一部分包括具有第一折射指数的多个第一材料层和具有第二折射指数的多个第二材料层的一垂直交替的序列，其中层堆叠的第一部分不包括任何穿过其中的开口。在一些实施方式中，在影像感测器中，影像像素光学器件组合件包含栅格结构，栅格结构包括穿过其中的一阵列的多个开口，并且栅格结构包含层堆叠的第二部分其侧向地邻接于层堆叠的第一部分。在一些实施方式中，在影像感测器中，层堆叠的第一部分和层堆叠的第二部分具有相同的多个组成层的垂直序列；并且在层堆叠之内的这些多个组成层的各者具有跨越层堆叠的第一部分和层堆叠的第二部分的均匀的厚度。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些第一材料层或这些第二材料层包含介电的金属氧化物。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些第一材料层或这些第二材料层包含掺杂的硅酸盐玻璃，此掺杂的硅酸盐玻璃包括原子百分比在1％至50％范围内的至少一种掺质元素。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些第一材料层或这些第二材料层主要由硅、掺杂的硅其包括原子浓度小于50％的掺质、硅氮化物、硅氧化物、和富硅的硅氧化物组成。在一些实施方式中，在影像感测器中，第一折射指数和第二折射指数在从1.0至4.0的范围内；并且第一折射指数和第二折射指数在从1.0至4.0的范围内。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些第一材料层的各者具有第一厚度；这些第二材料层的各者具有第二厚度；以及第一厚度和第二厚度在从0.5纳米至500纳米的范围内。在一些实施方式中，在影像感测器中，层堆叠还包含至少一个金属层其与垂直交替的序列的这些第一材料层接触。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含红外线阻挡材料层，此红外线阻挡材料层提供了在从800纳米到1,600纳米的波长范围之内比在影像像素光学器件组合件之内的任何滤色器材料更高的吸收系数。
本揭示内容的另一些实施方式提供了一种影像感测器，包含：一阵列的多个影像像素、以及多个黑色电平校正像素。此阵列的多个影像像素位在半导体基板上，其中在此阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含影像像素光电检测器、影像像素感测电路、和影像像素光学器件组合件其配置为过滤入射光并将入射光引导到影像像素光电检测器上。多个黑色电平校正像素位在邻近于在半导体基板上的此阵列的多个影像像素，其中这些影像像素校正像素的各者包含黑色电平校正像素光电检测器、黑色电平校正像素感测电路、以及黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器上的光，其中这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含：层堆叠的第一部分其包括至少两个金属层，其中至少两个金属层的各者包括一各自的波长子范围，此各自波长子范围在从200纳米到1,600纳米的波长范围内具有比从至少两个金属层中选择的另一个金属层更大的反射性，并且其中层堆叠的第一部分不包括穿过其中的任何开口。在一些实施方式中，在影像感测器中，影像像素光学器件组合件包含栅格结构，此栅格结构包括穿过其中的一阵列的多个开口，并且栅格结构包含层堆叠的第二部分，层堆叠的第二部分侧向地邻接于层堆叠的第一部分。在一些实施方式中，在影像感测器中，层堆叠的第一部分和层堆叠的第二部分具有相同的多个组成层的垂直序列；以及在层堆叠之内的每个组成层在跨越层堆叠的第一部分和层堆叠的第二部分具有均匀的厚度。在一些实施方式中，在影像感测器中，所述至少两个金属层的一者包含难熔的金属层；以及所述至少两个金属层的另一者包含选自金层、银层、铜层、和铝层中的一层。在一些实施方式中，在影像感测器中，所述至少两个金属层包含选自金层、银层、铜层、和铝层中的至少两个层。在一些实施方式中，在影像感测器中，层堆叠还包括具有第一折射指数的多个第一材料层和具有第二折射指数的多个第二材料层的一垂直交替的序列。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含红外线阻挡材料层，其提供了在从800纳米到1,600纳米的波长范围之内比影像像素光学器件组合件内的任何滤色器材料更高的吸收系数。
本揭示内容的又另一些实施方式提供了一种影像感测器，包含：一阵列的多个影像像素、以及多个黑色电平校正像素。此阵列的多个影像像素位在半导体基板上，其中在此阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含影像像素光电检测器、影像像素感测电路、影像像素光学器件组合件其配置为过滤入射光并将入射光引导到影像像素光电检测器上。多个黑色电平校正像素位在邻近于在半导体基板上的此阵列的多个影像像素，其中这些黑色电平校正像素的各者包含黑色电平校正像素光电检测器、黑色电平校正像素感测电路、以及黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到黑色电平校正像素光电检测器上的光，其中，这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含红外线阻挡材料层其提供了在从800纳米至1,600纳米的波长范围内比影像像素光学器件组合件内的任何滤色器材料更高的吸收系数。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含层堆叠的第一部分，层堆叠包括具有第一折射指数的多个第一材料层和具有第二折射指数的多个第二材料层的一垂直交替的序列；层堆叠的第一部分不包括任何穿过其中的开口；以及这些影像像素光学器件组合件包含栅格结构，此栅格结构包括穿过其中的一阵列的多个开口，并且此栅格结构包括层堆叠的第二部分，此第二部分侧向地邻接层堆叠的第一部分。在一些实施方式中，在影像感测器中，这些黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含：层堆叠的第一部分其包括至少两个金属层；所述至少两个金属的各者包含一各自的波长子范围，所述各自的波长子范围在从200纳米至1,600纳米的波长范围内具有比选自所述至少两个金属层的另一个金属层更大的反射性；层堆叠的第一部分不包括穿过其中的任何开口；以及这些影像像素光学器件组合件包含栅格结构，栅格结构包括穿过其中的一阵列的多个开口，并且栅格结构包含层堆叠的第二部分其侧向地邻近于层堆叠的第一部分。
以上概述了数个实施方式，以便本领域技术人员可较佳地理解本揭示内容的多个态样。本领域的技术人员应理解，他们可能容易地使用本揭示内容，作为其他制程和结构的设计和修改的基础，以实现与在此介绍的实施方式的相同的目的，或是达到相同的优点。本领域技术人员亦应理解，与这些均等的建构不脱离本揭示内容的精神和范围，并且他们可进行各种改变、替换、和变更，而不脱离本揭示内容的精神和范围。

Claims (10)

1.一种影像感测器，其特征在于，包含：
一阵列的多个影像像素，位在一半导体基板上，其中在该阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含一影像像素光电检测器、一影像像素感测电路、和一影像像素光学器件组合件其配置为过滤和引导入射光到该影像像素光电检测器上；以及
多个黑色电平校正像素，位在邻近于在该半导体基板上的该阵列的多个影像像素，其中所述多个黑色电平校正像素的各者包含一黑色电平校正像素光电检测器、一黑色电平校正像素感测电路、和一黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到该黑色电平校正像素光电检测器的光，
其中所述多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含一层堆叠的一第一部分，该层堆叠的该第一部分包括具有一第一折射指数的多个第一材料层和具有一第二折射指数的多个第二材料层的一垂直交替的序列，其中该层堆叠的该第一部分不包括任何穿过其中的开口。
2.根据权利要求1所述的影像感测器，其特征在于，该影像像素光学器件组合件包含一栅格结构其包括穿过其中的一阵列的多个开口，并且该栅格结构包含该层堆叠的一第二部分其侧向地邻接于该层堆叠的该第一部分。
3.根据权利要求1所述的影像感测器，其特征在于，所述多个第一材料层或所述多个第二材料层主要由硅、掺杂的硅其包括原子浓度小于50％的掺质、硅氮化物、硅氧化物、和富硅的硅氧化物组成。
4.根据权利要求1所述的影像感测器，其特征在于：
该第一折射指数和该第二折射指数在从1.0至4.0的范围内；和
该第一折射指数与该第二折射指数之间的差异在从0.1至3.0的范围内。
5.根据权利要求1所述的影像感测器，其特征在于：
所述多个第一材料层的各者具有一第一厚度；
所述多个第二材料层的各者具有一第二厚度；以及
该第一厚度和该第二厚度在从0.5纳米至500纳米的范围内。
6.一种影像感测器，其特征在于，包含：
一阵列的多个影像像素，位在一半导体基板上，其中在该阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含一影像像素光电检测器、一影像像素感测电路、和一影像像素光学器件组合件其配置为过滤入射光并将入射光引导到该影像像素光电检测器上；以及
多个黑色电平校正像素，位在邻近于在该半导体基板上的该阵列的多个影像像素，其中所述多个影像像素校正像素的各者包含一黑色电平校正像素光电检测器、一黑色电平校正像素感测电路、以及一黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到该黑色电平校正像素光电检测器上的光，
其中所述多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含：一层堆叠的一第一部分其包括至少两个金属层，其中至少两个金属层的各者包括一各自的波长子范围，此各自波长子范围在从200纳米到1,600纳米的波长范围内具有比从至少两个金属层中选择的另一个金属层更大的反射性，并且其中该层堆叠的该第一部分不包括穿过其中的任何开口。
7.根据权利要求6所述的影像感测器，其特征在于：
所述至少两个金属层的一者包含一难熔的金属层；以及
所述至少两个金属层的另一者包含选自金层、银层、铜层、和铝层中的一层。
8.根据权利要求6所述的影像感测器，其特征在于，所述至少两个金属层包含选自金层、银层、铜层、和铝层中的至少两个层。
9.一种影像感测器，其特征在于，包含：
一阵列的多个影像像素，位在该半导体基板上，其中在该阵列的多个影像像素之内的每个影像像素包含一影像像素光电检测器、一影像像素感测电路、一影像像素光学器件组合件其配置为过滤入射光并将入射光引导到该影像像素光电检测器上；以及
多个黑色电平校正像素，位在邻近于在该半导体基板上的该阵列的多个影像像素，其中所述多个黑色电平校正像素的各者包含一黑色电平校正像素光电检测器、一黑色电平校正像素感测电路、以及一黑色电平校正像素光学器件组合件其配置为阻挡照射到该黑色电平校正像素光电检测器上的光，
其中，所述多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含一红外线阻挡材料层其提供了在从800纳米至1,600纳米的波长范围内比该影像像素光学器件组合件内的任何滤色器材料更高的一吸收系数。
10.根据权利要求9所述的影像感测器，其特征在于：
所述多个黑色电平校正像素光学器件组合件的各者包含一层堆叠的一第一部分，该层堆叠包括具有一第一折射指数的多个第一材料层和具有一第二折射指数的多个第二材料层的一垂直交替的序列；
该层堆叠的该第一部分不包括任何穿过其中的开口；以及
所述多个影像像素光学器件组合件包含一栅格结构，该栅格结构包括穿过其中的一阵列的多个开口，并且该栅格结构包括该层堆叠的一第二部分，该第二部分侧向地邻接该层堆叠的该第一部分。
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KR101776955B1 (ko) * 2009-02-10 2017-09-08 소니 주식회사 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
JP5736755B2 (ja) 2010-12-09 2015-06-17 ソニー株式会社 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器
US8866250B2 (en) * 2012-09-05 2014-10-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Multiple metal film stack in BSI chips
JP6903396B2 (ja) * 2015-10-14 2021-07-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 撮像素子及び撮像装置
US10522579B2 (en) * 2017-11-15 2019-12-31 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Light blocking layer for image sensor device
JP2020013842A (ja) * 2018-07-17 2020-01-23 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 光電変換素子及び受光装置
KR102558828B1 (ko) * 2018-10-10 2023-07-24 삼성전자주식회사 차광 패턴을 포함하는 이미지 센서
JP2020096011A (ja) 2018-12-10 2020-06-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び電子機器
US11081600B2 (en) 2019-05-10 2021-08-03 Visera Technologies Company Limited Light filter structure
US11355544B2 (en) * 2020-03-26 2022-06-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor with improved light conversion efficiency

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