DE102018124880A1 - Semiconductor image sensor - Google Patents

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DE102018124880A1
DE102018124880A1 DE102018124880.6A DE102018124880A DE102018124880A1 DE 102018124880 A1 DE102018124880 A1 DE 102018124880A1 DE 102018124880 A DE102018124880 A DE 102018124880A DE 102018124880 A1 DE102018124880 A1 DE 102018124880A1
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bsi image
reflective
pixel
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Wen-Hau Wu
Keng-Yu Chou
Chun-Hao Chuang
Wei-Chieh Chiang
Chien-Hsien Tseng
Kazuaki Hashimoto
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
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Abstract

Ein BSI-Sensor umfasst ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite umfasst, einen Pixelsensor, der in dem Substrat angeordnet ist, eine Isolationsstruktur, die den Pixelsensor umgibt und im Substrat angeordnet ist, eine dielektrische Schicht, die über dem Pixelsensor auf der Vorderseite des Substrats angeordnet ist, und mehrere leitfähige Strukturen, die in der dielektrischen Schicht angeordnet und derart ausgelegt sind, dass sie auf die Isolationsstruktur ausgerichtet sind.

Figure DE102018124880A1_0000
A BSI sensor includes a substrate having a front side and a back side opposite the front side, a pixel sensor disposed in the substrate, an isolation structure surrounding the pixel sensor and disposed in the substrate, a dielectric layer overlying the pixel sensor is disposed on the front side of the substrate, and a plurality of conductive structures disposed in the dielectric layer and configured to be aligned with the insulating structure.
Figure DE102018124880A1_0000

Description

PRIORITÄTSDATENPRIORITY DATA

Dieses Patent beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Serien-Nr. 62/579,461, die am 31. Oktober 2017 eingereicht wurde und dessen gesamte Offenbarung hier durch Rückbezug aufgenommen ist.This patent claims priority to US provisional patent application Ser. 62 / 579,461, filed October 31, 2017, the entire disclosure of which is incorporated herein by reference.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Digitalkameras und andere Bildgebungsvorrichtungen verwenden Bildsensoren. Bildsensoren wandeln optische Bilder in digitale Daten um, die als digitale Bilder repräsentiert werden können. Ein Bildsensor umfasst ein Array von Pixelsensoren und unterstützende Logikschaltungen. Die Pixelsensoren des Arrays sind Einheitsvorrichtungen zum Messen einfallenden Lichts, und die unterstützenden Logikschaltungen erleichtern das Auslesen der Messungen. Ein Typ von Bildsensor, der häufig in optischen Bildgebungsvorrichtungen verwendet wird, ist ein Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensor (BSI-Bildsensor). Die Herstellung eines BSI-Bildsensors kann für niedrige Kosten, eine geringe Größe und eine hohe Integration in herkömmliche Halbleiterprozesse integriert werden. Außerdem weisen BSI-Bildsensoren eine niedrige Betriebsspannung, einen niedrigen Leistungsverbrauch, eine hohe Quanteneffizienz, ein geringes Ausleserauschen auf und erlauben einen und wahlfreien Zugriff.Digital cameras and other imaging devices use image sensors. Image sensors convert optical images into digital data that can be represented as digital images. An image sensor includes an array of pixel sensors and supporting logic circuits. The pixel sensors of the array are unitary devices for measuring incident light, and the supporting logic circuits facilitate readout of the measurements. One type of image sensor commonly used in optical imaging devices is a backlight image sensor (BSI image sensor). Manufacturing a BSI image sensor can be integrated into traditional semiconductor processes for low cost, small size, and high integration. In addition, BSI image sensors have low operating voltage, low power consumption, high quantum efficiency, low readout noise and allow one and random access.

Figurenlistelist of figures

Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Figuren gelesen wird. Es ist zu beachten, dass gemäß dem Standardverfahren in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.

  • 1 ist eine Draufsicht auf einen Pixelsensor eines BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • 2 ist eine Draufsicht auf einen Pixelsensor eines BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • 3 ist eine Draufsicht auf einen Pixelsensor eines BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • 4 ist eine entlang der Linie A-A' von 1 bis 3 gezeichnete Querschnittsansicht des Pixelsensors des BSI-Bildsensors.
  • 5 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einigen Ausführungsformen.
  • 6 ist eine Draufsicht auf einen Pixelsensor eines BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • 7 ist eine Draufsicht auf einen Pixelsensor eines BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • 8 ist eine Draufsicht auf einen Pixelsensor eines BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einer oder mehreren Ausführungsformen.
  • 9 ist eine entlang der Linie B-B' von 6 bis 8 gezeichnete Querschnittsansicht des Pixelsensors des BSI-Bildsensors.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des BSI-Bildsensors gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einigen Ausführungsformen.
Aspects of the present disclosure are best understood from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings. It should be noted that according to the standard method in the industry, various features are not drawn to scale. Rather, the dimensions of the various features may be arbitrarily increased or decreased for clarity of discussion.
  • 1 FIG. 10 is a plan view of a pixel sensor of a BSI image sensor according to aspects of the present disclosure in one or more embodiments. FIG.
  • 2 FIG. 10 is a plan view of a pixel sensor of a BSI image sensor according to aspects of the present disclosure in one or more embodiments. FIG.
  • 3 FIG. 10 is a plan view of a pixel sensor of a BSI image sensor according to aspects of the present disclosure in one or more embodiments. FIG.
  • 4 is one along the line A-A ' from 1 to 3 drawn cross-sectional view of the pixel sensor of the BSI image sensor.
  • 5 FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of the BSI image sensor in accordance with aspects of the present disclosure in some embodiments. FIG.
  • 6 FIG. 10 is a plan view of a pixel sensor of a BSI image sensor according to aspects of the present disclosure in one or more embodiments. FIG.
  • 7 FIG. 10 is a plan view of a pixel sensor of a BSI image sensor according to aspects of the present disclosure in one or more embodiments. FIG.
  • 8th FIG. 10 is a plan view of a pixel sensor of a BSI image sensor according to aspects of the present disclosure in one or more embodiments. FIG.
  • 9 is one along the line B-B ' from 6 to 8th drawn cross-sectional view of the pixel sensor of the BSI image sensor.
  • 10 FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion of the BSI image sensor in accordance with aspects of the present disclosure in some embodiments. FIG.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Die nachstehende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale des vorliegenden Gegenstands bereit. Konkrete Beispiele von Elementen und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich lediglich Beispiele und sind nicht im beschränkenden Sinne gedacht. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung geschieht zum Zweck der Einfachheit und Klarheit und sie schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.The following disclosure provides many different embodiments, or examples, for implementing various features of the present subject matter. Concrete examples of elements and arrangements are described below to simplify the present disclosure. These are of course only examples and are not intended to be limiting. For example, forming a first feature over or on a second feature in the description below may include embodiments in which the first and second features are formed in direct contact, and may also include embodiments in which additional features are included between the first and second features second feature may be formed so that the first and the second feature may not be in direct contact. In addition, the present disclosure may repeat reference numerals and / or letters in the various examples. This repetition is for the sake of simplicity and clarity and as such does not dictate any relationship between the various embodiments and / or embodiments discussed.

Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z.B. „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“, „auf“ und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen der verwendeten oder betriebenen Vorrichtung zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden.Additionally, terms related to spatial relativity, such as "below," may be used herein. "Below", "lower", "above", "upper", "up" and the like, may be used to facilitate the discussion of the relationship of one element or feature to another element or feature (to other elements or features); as shown in the figures to describe. The terms relating to spatial relativity are intended to encompass different orientations of the device used or operated in addition to the orientation shown in the figures. The device may be oriented in a different manner (rotated 90 degrees or otherwise oriented) and the terms used herein relating to spatial relativity may equally be construed accordingly.

Wie hier verwendet, beschreiben die Begriffe, wie z.B. „erster“, „zweiter“ und „dritter“ verschiedene Elemente, Komponenten, Gebiete, Schichten und/oder Abschnitte, diese Elemente, Komponenten, Gebiet, Schichten und/oder Abschnitte sollten nicht durch diese Begriffe beschränkt sein. Diese Begriffe können lediglich verwendet werden, um ein Element, eine Komponente, ein Gebiet, eine Schicht oder ein Abschnitt von einer/einem anderen zu unterscheiden. Die Begriffe, wie z.B. „erster“, „zweiter“ und „dritter“, wenn sie hier verwendet werden, implizieren keine Folge oder Reihenfolge, sofern nicht eindeutig durch den Kontext angegebenAs used herein, terms such as e.g. "First", "second" and "third" different elements, components, regions, layers and / or sections, these elements, components, regions, layers and / or sections should not be limited by these terms. These terms can only be used to distinguish one element, component, region, layer, or section from one / another. The terms, such as "First," "second," and "third," when used herein, do not imply any order or order unless clearly indicated by the context

Wie hier verwendet, werden die Begriffe „annähernd“, „im Wesentlichen“, „wesentlich“ und „ungefähr“ verwendet, um kleine Schwankungen zu beschreiben und zu berücksichtigen. Wenn sie in Verbindung mit einem Ereignis oder Umstand verwendet werden, können die Begriffe auf Fälle verweisen, in denen das Ereignis oder der Umstand präzise auftritt, sowie auf Fälle, in denen das Ereignis oder der Umstand näherungsweise auftritt. Wenn sie zum Beispiel in Verbindung mit einem numerischen Wert verwendet werden, können die Begriffe auf einen Schwankungsbereich verweisen, der kleiner gleich ±10 % des numerischen Wertes ist, wie z.B. kleiner gleich ±5 %, kleiner gleich ±4 %, kleiner gleich ±3 %, kleiner gleich ±2 %, kleiner gleich ±1 %, kleiner gleich ±0,5 %, kleiner gleich ±0,1 % oder kleiner gleich ±0,05 %. Zum Beispiel können zwei numerische Werte als „im Wesentlichen“ identisch oder gleich betrachtet werden, wenn ein Unterschied zwischen den Werten kleiner gleich ±10 % eines Durchschnittswertes der Werte ist, wie z.B. kleiner gleich ±5 %, kleiner gleich ±4 %, kleiner gleich ±3 %, kleiner gleich ±2 %, kleiner gleich ±1 %, kleiner gleich ±0,5 %, kleiner gleich ±0,1 % oder kleiner gleich ±0,05 %. Zum Beispiel kann „im Wesentlichen“ parallel auf einen Bereich von Winkelschwankung relativ zu 0° verweisen, der kleiner gleich ±10° ist, wie z.B. kleiner gleich ±5°, kleiner gleich ±4°, kleiner gleich ±3°, kleiner gleich ±2°, kleiner gleich ±1°, kleiner gleich ±0,5°, kleiner gleich ±0,1 ° oder kleiner gleich ±0,05°. Zum Beispiel kann „im Wesentlichen“ senkrecht auf einen Bereich von Winkelschwankung relativ zu 90° verweisen, der kleiner gleich ±10° ist, wie z.B. kleiner gleich ±5°, kleiner gleich ±4°, kleiner gleich ±3°, kleiner gleich ±2°, kleiner gleich ±1°, kleiner gleich ±0,5°, kleiner gleich ±0,1 ° oder kleiner gleich ±0,05°.As used herein, the terms "approximate", "substantially", "substantially" and "approximately" are used to describe and account for small variations. When used in conjunction with an event or circumstance, the terms may refer to instances where the event or circumstance occurs precisely, as well as to instances where the event or circumstance approximates. For example, when used in conjunction with a numerical value, the terms may refer to a range of fluctuation less than or equal to ± 10% of the numerical value, such as. less than or equal to ± 5%, less than or equal to ± 4%, less than or equal to ± 3%, less than or equal to ± 2%, less than or equal to ± 1%, less than or equal to ± 0.5%, less than or equal to ± 0.1%, or less than or equal to ± 0 , 05%. For example, two numerical values may be considered to be "substantially" identical or equal if a difference between the values is less than or equal to ± 10% of an average value of the values, e.g. less than or equal to ± 5%, less than or equal to ± 4%, less than or equal to ± 3%, less than or equal to ± 2%, less than or equal to ± 1%, less than or equal to ± 0.5%, less than or equal to ± 0.1%, or less than or equal to ± 0 , 05%. For example, "substantially" may refer in parallel to a range of angular variation relative to 0 ° which is less than or equal to ± 10 °, such as, for example, 10 °. less than ± 5 °, less than or equal to ± 4 °, less than ± 3 °, less than ± 2 °, less than ± 1 °, less than ± 0,5 °, less than or equal ± 0,1 ° or less than ± 0 05 °. For example, "substantially" may refer perpendicularly to a range of angular variation relative to 90 ° which is less than or equal to ± 10 °, such as, for example, 90 °. less than ± 5 °, less than or equal to ± 4 °, less than ± 3 °, less than ± 2 °, less than ± 1 °, less than ± 0,5 °, less than or equal ± 0,1 ° or less than ± 0 05 °.

Ein BSI-Bildsensor umfasst ein Array von Pixelsensoren. In der Regel umfassen BSI-Bildsensoren eine integrierte Schaltung, die ein Halbleitersubstrat aufweist, und Lichterfassungsvorrichtungen, wie z.B. Fotodioden, die den im Substrat angeordneten Pixelsensoren entsprechen, eine Back-End-of-Line-(BEOL)-Metallisierung der integrierten Schaltungen, die über einer Vorderseite des Substrats angeordnet sind, und einen optischen Stapel, der Farbfilter und Mikrolinsen umfasst, welche den über einer Rückseite des Substrats angeordneten Pixelsensoren entsprechen. Mit der Reduzierung der Größe von BSI-Bildsensoren stehen die BSI-Bildsensoren einer Vielzahl von Herausforderungen gegenüber. Eine Herausforderung bei BSI-Bildsensoren stellt Übersprechen zwischen benachbarten Pixelsensoren dar. Mit der zunehmend kleineren Größe der BSI-Bildsensoren wird ein Abstand zwischen benachbarten Pixelsensoren immer kleiner, wodurch die Wahrscheinlich eines Übersprechens steigt. Eine andere Herausforderung bei BSI-Bildsensoren stellt die Lichtsammlung dar. Bei zunehmend kleineren Bildsensoren wird auch der Flächenbereich für die Lichtsammlung zunehmend kleiner, wodurch die Empfindlichkeit von Pixelsensoren reduziert wird. Dies wird für Umgebungen mit schlechten Lichtverhältnissen problematisch. Daher besteht ein Bedarf danach, Übersprechen zu reduzieren und eine Absorptionseffizienz der Pixelsensoren zu erhöhen, so dass die Leistungsfähigkeit und die Empfindlichkeit von BSI-Bildsensoren verbessert werden.A BSI image sensor includes an array of pixel sensors. Typically, BSI image sensors include an integrated circuit having a semiconductor substrate, and light sensing devices, such as light emitting devices. Photodiodes corresponding to the pixel sensors disposed in the substrate, a back-end-of-line (BEOL) metallization of the integrated circuits disposed over a front side of the substrate, and an optical stack comprising color filters and microlenses comprising the Corresponding to arranged over a rear side of the substrate pixel sensors. By reducing the size of BSI image sensors, BSI image sensors face a variety of challenges. A challenge with BSI image sensors is crosstalk between adjacent pixel sensors. As the size of the BSI image sensors becomes smaller and smaller, a distance between adjacent pixel sensors becomes smaller and smaller, thereby increasing the likelihood of crosstalk. Another challenge for BSI image sensors is light collection. With increasingly smaller image sensors, the surface area for light collection is also becoming increasingly smaller, which reduces the sensitivity of pixel sensors. This becomes problematic for low light environments. Therefore, there is a need to reduce crosstalk and increase an absorption efficiency of the pixel sensors so that the performance and the sensitivity of BSI image sensors are improved.

Die vorliegende Offenbarung stellt daher einen BSI-Bildsensor bereit, der ein reflektierendes Gitter umfasst, das die Pixelsensoren umgibt und sie trennt. Daher wird Licht auf den Pixelsensor gelenkt und reflektiert, anstatt an die benachbarten Pixelsensoren zu gelangen. Mit anderen Worten wird Übersprechen reduziert und Licht wird in den Pixelsensoren eingefangen, weswegen sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Empfindlichkeit der Pixelsensoren verbessert wird.The present disclosure therefore provides a BSI image sensor that includes a reflective grating that surrounds and separates the pixel sensors. Therefore, light is directed and reflected on the pixel sensor instead of getting to the adjacent pixel sensors. In other words, crosstalk is reduced and light is trapped in the pixel sensors, thus improving both the performance and the sensitivity of the pixel sensors.

1 bis 3 sind Draufsichten auf einen Pixelsensor 110 eines BSI-Bildsensors 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einigen Ausführungsformen, 4 ist eine entlang der Linie A-A' von 1 bis 3 gezeichnete Querschnittsansicht des Pixelsensors 110 der BSI-Bildsensors 100, und 5 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des BSI-Bildsensors 100 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einigen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass gleiche Elemente in 1 bis 5 mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind. Wie in 1 bis 4 dargestellt, umfasst ein Bildsensor 100 ein Substrat 102, und das Substrat 102 umfasst zum Beispiel ein Bulk-Halbleitersubstrat, wie z.B. Bulk-Silizium-(Si)-Substrat oder ein SOI-Substrat (Silizium auf einem Isolator), ist aber nicht darauf beschränkt. Das Substrat 102 weist eine Vorderseite 102F und eine der Vorderseite 102F entgegengesetzte Rückseite 102B auf. Der BSI-Bildsensor 100 umfasst mehrere Pixelsensoren 110, die typischerweise innerhalb eines Arrays angeordnet sind, und jeder der Pixelsensoren 110 umfasst eine Lichterfassungsvorrichtung, wie z.B. eine Fotodiode 112, die im Substrat 102 angeordnet ist. Mit anderen Worten umfasst der BSI-Bildsensor 100 mehrere Fotodioden 112, die den Pixelsensoren 110 entsprechen. Die Fotodioden 112 sind in Zeilen und Spalten im Substrat 102 angeordnet und derart ausgelegt, dass sie Ladung (z.B. Elektronen) von darauf einfallenden Photonen sammeln. Außerdem können Logikvorrichtungen, wie z.B. Transistoren 114, über dem Substrat 102 auf der Vorderseite 102F angeordnet und derart ausgelegt sein, dass sie ein Auslesen der Fotodioden 112 ermöglichen. Die Pixelsensoren 110 sind angeordnet, um Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge zu empfangen. Dementsprechend können die Fotodioden 112 in einigen Ausführungsformen betrieben werden, um sichtbares Licht vom einfallenden Licht zu erfassen. Oder die Fotodioden 112 können in einigen Ausführungsformen betrieben werden, um Infrarot (IR) und/oder Nahinfrarot (NIR) des einfallenden Lichts zu erfassen. 1 to 3 are plan views of a pixel sensor 110 a BSI image sensor 100 in accordance with aspects of the present disclosure in some embodiments, 4 is one along the line A-A ' from 1 to 3 drawn cross-sectional view of the pixel sensor 110 the BSI image sensor 100 , and 5 FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion of the BSI image sensor. FIG 100 in accordance with aspects of the present disclosure, in some embodiments. It is understood that same Elements in 1 to 5 are marked with the same reference numerals. As in 1 to 4 includes an image sensor 100 a substrate 102 , and the substrate 102 For example, it is, but not limited to, a bulk semiconductor substrate such as a bulk silicon (Si) substrate or an SOI substrate (silicon on an insulator). The substrate 102 has a front 102F and one of the front 102F opposite back 102B on. The BSI image sensor 100 includes several pixel sensors 110 typically located within an array and each of the pixel sensors 110 includes a light sensing device, such as a photodiode 112 that are in the substrate 102 is arranged. In other words, the BSI image sensor includes 100 several photodiodes 112 that the pixel sensors 110 correspond. The photodiodes 112 are in rows and columns in the substrate 102 arranged and designed so that they collect charge (eg electrons) of photons incident thereon. In addition, logic devices, such as transistors 114 , above the substrate 102 on the front side 102F be arranged and designed so that they read out the photodiodes 112 enable. The pixel sensors 110 are arranged to receive light of a predetermined wavelength. Accordingly, the photodiodes can 112 operated in some embodiments to detect visible light from the incident light. Or the photodiodes 112 In some embodiments, they may be operated to detect infrared (IR) and / or near-infrared (NIR) of the incident light.

Eine Isolationsstruktur 120, wie z.B. eine DTI-Struktur (tiefe Grabenisolation) wird im Substrat 102 angeordnet, wie in 1A und 1B dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann die DTI-Struktur 130 mithilfe der folgenden Operationen ausgebildet werden. Zum Beispiel wird ein erstes Ätzen von der Rückseite 102B des Substrats 102 durchgeführt. Das erste Ätzen führt zu mehreren tiefen Gräben (nicht dargestellt), die die Leichterfassungsgebiete 112 umgeben und sich zwischen ihnen befinden. Ein Isolationsmaterial, wie z.B. Siliziumoxid (SiO) wird dann ausgebildet, um die tiefen Gräben unter Verwendung einer beliebigen geeigneten Abscheidungstechnik, wie z.B. einer chemischen-Gasphasenabscheidung (CVD), zu füllen. In einigen Ausführungsformen werden zumindest Seitenwände der tiefen Gräben mit einer Beschichtung 122 (gezeigt in 4) ausgekleidet, und die tiefen Gräben werden mit einem Isolationsmaterial 124 aufgefüllt (gezeigt in 4). Die Beschichtung 122 kann ein Metall, wie z.B. Wolfram (W), Kupfer (Cu) oder Aluminium-Kupfer (AlCu), oder ein Antireflexionsmaterial umfassen, das einen Brechungsindex (n) aufweist, der kleiner ist als jener von Silizium, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann das Isolationsmaterial 124, das die tiefen Gräben füllt, das Low-n-Isolationsmaterial umfassen. Eine Planarisierung wird dann durchgeführt, um überflüssiges Isolationsmaterial zu entfernen, so dass die Fläche des Substrats 102 auf der Rückseite 102B freigelegt wird, und die DTI-Struktur 120, die die Fotodioden 112 umgibt und sich zwischen ihnen befindet, erzielt wird, wie in 1 bis 5 dargestellt. Die DTI-Struktur 120 stellt eine optische Trennung zwischen benachbarten Pixelsensoren 110 und Fotodioden 112 bereit, wodurch sie als ein Substratisolationsgitter dient und Übersprechen reduziert.An isolation structure 120 , such as a DTI structure (deep trench isolation) becomes in the substrate 102 arranged as in 1A and 1B shown. In some embodiments, the DTI structure may be 130 be formed with the following operations. For example, a first etching is done from the back 102B of the substrate 102 carried out. The first etch leads to several deep trenches (not shown), which are the light sensing areas 112 surrounded and between them. An insulating material, such as silicon oxide (SiO 2), is then formed to fill the deep trenches using any suitable deposition technique, such as chemical vapor deposition (CVD). In some embodiments, at least sidewalls of the deep trenches are provided with a coating 122 (shown in 4 ), and the deep trenches are lined with insulation material 124 padded (shown in 4 ). The coating 122 For example, a metal such as tungsten (W), copper (Cu) or aluminum-copper (AlCu), or an antireflection material having a refractive index (n) smaller than that of silicon, but the disclosure is not thereon limited. In some embodiments, the insulating material 124 filling the deep trenches comprising low-n insulation material. Planarization is then performed to remove excess insulating material such that the surface of the substrate 102 on the back side 102B exposed, and the DTI structure 120 that the photodiodes 112 surrounds and is located between them, as in 1 to 5 shown. The DTI structure 120 represents an optical separation between adjacent pixel sensors 110 and photodiodes 112 which serves as a substrate insulation grid and reduces crosstalk.

Ein Back-End-of-Line-Metallisierungsstapel (BEOL-Metallisierungsstapel) 130 wird über dem Substrat 102 auf der Vorderseite 102F angeordnet. Der BEOL-Metallisierungsstapel 130 umfasst mehrere Metallisierungsschichten, die leitfähige Kontakte/Durchkontaktierungen 132 und Leiter 134, die in einer dielektrischen Zwischenschicht (ILD) 136 gestapelt sind, umfasst (alle in 4 bis 5 dargestellt). Ein oder mehrere Kontakte 132 des BEOL-Metallisierungsstapels 130 werden elektrisch mit den Logikvorrichtungen verbunden, und eine oder mehrere leitfähige Durchkontaktierungen 132 werden mit den Leitern 134 verschiedener Schichten elektrisch verbunden. In einigen Ausführungsformen kann die ILD-Schicht 136 ein Low-k-Dielektrikumsmaterial (d.h. ein dielektrisches Material mit einer Dielektrizitätskonstante, die kleiner ist als 3,9) oder ein Oxid umfassen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Die mehreren Metallisierungsschichten 132/134 können ein Metall, wie z.B. Cu, W oder Al, umfassen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen kann ein anderes Substrat (nicht dargestellt) zwischen der Metallisierungsstruktur 130 und externen Verbindern, wie z.B. einem Ball-Grid-Array (BGA) (nicht dargestellt) angeordnet werden. Und der BSI-Bildsensor 100 wird mit anderen Vorrichtungen oder Schaltungen über die externen Verbinder elektrisch verbunden, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.A back-end-of-line metallization stack (BEOL metallization stack) 130 is above the substrate 102 on the front side 102F arranged. The BEOL metallization stack 130 includes multiple metallization layers, the conductive contacts / vias 132 and ladder 134 embedded in a dielectric interlayer (ILD) 136 stacked, includes (all in 4 to 5 shown). One or more contacts 132 BEOL metallization stack 130 are electrically connected to the logic devices, and one or more conductive vias 132 be with the ladders 134 electrically connected to different layers. In some embodiments, the ILD layer may 136 a low-k dielectric material (ie, a dielectric material having a dielectric constant smaller than 3.9) or an oxide, but the disclosure is not limited thereto. The multiple metallization layers 132 / 134 may include a metal such as Cu, W or Al, but the disclosure is not limited thereto. In some embodiments, another substrate (not shown) may be interposed between the metallization structure 130 and external connectors such as a ball grid array (BGA) (not shown). And the BSI image sensor 100 is electrically connected to other devices or circuits via the external connectors, but the disclosure is not limited thereto.

Unter Bezugnahme auf 1 bis 4 umfasst jeder Pixelsensor 110 des BSI-Bildsensors 100 mehrere leitfähige Strukturen 142. Die leitfähigen Strukturen 142 werden in der dielektrischen Schicht 136 der Verbindungsstruktur 130 angeordnet. Die leitfähigen Strukturen 142 werden derart angeordnet, dass sie auf die Isolationsstruktur 120 ausgerichtet sind. Zum Beispiel überlappen die leitfähigen Strukturen 142 die Isolationsstruktur 120 in einer Draufsicht, wie in 1 bis 3 dargestellt. In einigen Ausführungsformen überlappen die leitfähigen Strukturen 142 gänzlich die Isolationsstruktur 120, wie in 1 bis 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen überlappt mindestens ein Abschnitt der leitfähigen Strukturen 142 die Isolationsstruktur 120. In einigen Ausführungsformen umfassen die leitfähigen Strukturen 142 leitfähige Kontakte, und die leitfähigen Kontakte und die leitfähigen Kontakte 132 der Verbindungsstruktur 130 werden in derselben Schicht ausgebildet. In einigen Ausführungsformen können die leitfähigen Strukturen 142 und jene leitfähigen Kontakte 132 dasselbe Material umfassen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen werden diese leitfähigen Kontakte 132 in dem untersten Abschnitt der dielektrischen Schicht 136 ausgebildet und mit den Pixelsensoren 110 elektrisch verbunden, daher werden diese leitfähigen Kontakte 132 als die nullten Durchkontaktierungen (Vo) in der Verbindungsstruktur 130 bezeichnet. Daher können die leitfähigen Strukturen 142 in einigen Ausführungsformen als die Vo-Durchkontaktierungen bezeichnet werden, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen sind die leitfähigen Strukturen 142 auf der Isolationsstruktur 120 angeordnet uns stehen mit der Isolationsstruktur 120 in Kontakt, wie in 4 dargestellt.With reference to 1 to 4 includes each pixel sensor 110 of the BSI image sensor 100 several conductive structures 142 , The conductive structures 142 be in the dielectric layer 136 the connection structure 130 arranged. The conductive structures 142 are arranged so that they on the insulation structure 120 are aligned. For example, the conductive structures overlap 142 the isolation structure 120 in a plan view, as in 1 to 3 shown. In some embodiments, the conductive structures overlap 142 entirely the isolation structure 120 , as in 1 to 4 shown. In some embodiments, at least a portion of the conductive structures overlap 142 the isolation structure 120 , In some embodiments, the conductive structures include 142 conductive contacts, and the conductive contacts and the conductive contacts 132 the connection structure 130 be in the same layer educated. In some embodiments, the conductive structures 142 and those conductive contacts 132 include the same material, but the disclosure is not limited thereto. In some embodiments, these conductive contacts 132 in the lowermost portion of the dielectric layer 136 trained and with the pixel sensors 110 electrically connected, therefore these become conductive contacts 132 as the zeroth vias (Vo) in the interconnect structure 130 designated. Therefore, the conductive structures 142 may be referred to as the Vo vias in some embodiments, but the disclosure is not limited thereto. In some embodiments, the conductive structures are 142 on the isolation structure 120 arranged us stand with the isolation structure 120 in contact, as in 4 shown.

Unter Bezugnahme auf 1 und 4 umfassen in einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturen 142 diskrete punktförmige Strukturen 142a, die in der Verbindungsstruktur 130 angeordnet sind, wie in 1 dargestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst jede der punktförmigen leitfähigen Strukturen 142a einen Durchmesser D, und der Durchmesser D ist kleiner als eine Breite Wd der Isolationsstruktur 104, wie in 4 dargestellt. Zum Beispiel, jedoch nicht als eine Beschränkung, beträgt der Durchmesser D der punktförmigen leitfähigen Strukturen 142a zwischen ungefähr 0,05 Mikrometer (µm) und ungefähr 0,1 µm. Außerdem sind die punktförmigen leitfähigen Strukturen 142a voneinander durch die dielektrische Schicht 136 beabstandet, und eine Beabstandungsdistanz S ist zwischen den angrenzenden leitfähigen Strukturen 142a definiert. In einigen Ausführungsformen liegt ein Verhältnis der Beabstandungsdistanz S zum Durchmesser D der punktförmigen leitfähigen Strukturen 142a zwischen 1,5 und 2,5, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Außerdem wird, wie vorstehend erwähnt, der Pixelsensor 110 angeordnet, um Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge zu empfangen, und die Beabstandungsdistanz S ist kleiner als eine Hälfte der vorgegebenen Wellenlänge. Wenn der Pixelsensor 110 betrieben wird, um NIR des einfallenden Lichts zu erfassen, das eine Wellenlänge in einem Bereich von ungefähr 0,75 µm bis 1,4 µm umfasst, kann zum Beispiel, jedoch nicht als eine Beschränkung, die Beabstandungsdistanz S in einem Bereich von ungefähr 0,11 µm bis 0,7 µm liegen. In einigen Ausführungsformen kann die Beabstandungsdistanz S ungefähr 0,5 µm betragen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.With reference to 1 and 4 In some embodiments, the conductive structures include 142 discrete punctiform structures 142a that are in the connection structure 130 are arranged as in 1 shown. In some embodiments, each of the point-shaped conductive structures comprises 142a a diameter D , and the diameter D is smaller than a width Wd of the isolation structure 104 , as in 4 shown. For example, but not as a limitation, the diameter is D the point-shaped conductive structures 142a between about 0.05 microns (μm) and about 0.1 μm. In addition, the point-shaped conductive structures 142a from each other through the dielectric layer 136 spaced, and a spacing distance S is between the adjacent conductive structures 142a Are defined. In some embodiments, there is a ratio of the spacing distance S to the diameter D of the point-shaped conductive structures 142a between 1.5 and 2.5, but the disclosure is not limited thereto. In addition, as mentioned above, the pixel sensor becomes 110 arranged to receive light having a predetermined wavelength, and the spacing distance S is smaller than one half of the predetermined wavelength. If the pixel sensor 110 For example, but not by way of limitation, the spacing distance may be operated to detect NIR of the incident light having a wavelength in a range of about 0.75 μm to 1.4 μm S in a range of about 0.11 μm to 0.7 μm. In some embodiments, the spacing distance S is about 0.5 μm, but the disclosure is not limited thereto.

Unter Bezugnahme auf 2 und 4 umfassen in einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturen 142 diskrete stabförmige Strukturen 142b, die in der Verbindungsstruktur 130 angeordnet sind, wie in 2 dargestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst jede der stabförmigen leitfähigen Strukturen 172b eine Breite W1, und die Breite W1 ist kleiner als die Breite Wd der Isolationsstruktur 120, wie in 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen ist die Breite W1 der stabförmigen leitfähigen Strukturen 142b größer als 0,05 µm. In einigen Ausführungsformen liegt die Breite W1 der stabförmigen leitfähigen Strukturen 142b zwischen ungefähr 0,05 µm und ungefähr 0,2 µm, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Außerdem sind die stabförmigen leitfähigen Strukturen 142b durch die dielektrische Schicht 136 voneinander beabstandet, und eine Beabstandungsdistanz S ist zwischen den benachbarten leitfähigen Strukturen 142b definiert. Wie vorstehend erwähnt, wird der Pixelsensor 110 angeordnet, um Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge zu empfangen, und die Beabstandungsdistanz S ist kleiner als eine Hälfte der vorgegebenen Wellenlänge. Wenn der Pixelsensor 110 betrieben wird, um NIR des einfallenden Lichts zu erfassen, kann zum Beispiel, jedoch nicht als eine Beschränkung, die Beabstandungsdistanz S in einem Bereich von ungefähr 0,11 µm bis 0,7 µm liegen. In einigen Ausführungsformen kann die Beabstandungsdistanz S ungefähr 0,5 µm betragen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Außerdem können die stabförmigen leitfähigen Strukturen 142b eine Länge umfassen, und die Länge ist kleiner als eine Länge der Isolationsstruktur 120 in der Draufsicht, wie in 2 dargestellt.With reference to 2 and 4 In some embodiments, the conductive structures include 142 discrete rod-shaped structures 142b that are in the connection structure 130 are arranged as in 2 shown. In some embodiments, each of the rod-shaped conductive structures comprises 172b a width W1 , and the width W1 is smaller than the width Wd of the isolation structure 120 , as in 4 shown. In some embodiments, the width is W1 the rod-shaped conductive structures 142b greater than 0.05 μm. In some embodiments, the width is W1 the rod-shaped conductive structures 142b between about 0.05 μm and about 0.2 μm, but the disclosure is not limited thereto. In addition, the rod-shaped conductive structures 142b through the dielectric layer 136 spaced apart, and a spacing distance S is between the adjacent conductive structures 142b Are defined. As mentioned above, the pixel sensor becomes 110 arranged to receive light of a predetermined wavelength, and the spacing distance S is less than one half of the given wavelength. If the pixel sensor 110 For example, but not by way of limitation, the spacing distance S may be in a range of about 0.11 μm to 0.7 μm for detecting NIR of the incident light. In some embodiments, the spacing distance S may be about 0.5 μm, but the disclosure is not limited thereto. In addition, the rod-shaped conductive structures 142b comprise a length, and the length is smaller than a length of the insulation structure 120 in the plan view, as in 2 shown.

Unter Bezugnahme auf 3 und 4 umfassen in einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturen 142 stabförmige Strukturen, die in der Verbindungsstruktur 130 angeordnet sind. Außerdem stehen die leitfähigen Strukturen 142 miteinander in Kontakt, um eine rahmenförmige Struktur 142c zu bilden, wie in 3 dargestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst die rahmenförmige Struktur 142c eine Breite W1, und die Breite W1 ist kleiner als die Breite Wd der Isolationsstruktur 120, wie in 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen ist eine Breite W1 der rahmenförmigen leitfähigen Strukturen 142b größer als 0,05 µm. In einigen Ausführungsformen liegt die Breite W1 der rahmenförmigen leitfähigen Strukturen 142c zwischen ungefähr 0,05 µm und ungefähr 0,2 µm, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.With reference to 3 and 4 In some embodiments, the conductive structures include 142 rod-shaped structures in the connection structure 130 are arranged. In addition, the conductive structures are available 142 in contact with each other to form a frame-shaped structure 142c to form, as in 3 shown. In some embodiments, the frame-shaped structure comprises 142c a width W1 , and the width W1 is smaller than the width Wd of the isolation structure 120 , as in 4 shown. In some embodiments, a width is W1 the frame-shaped conductive structures 142b greater than 0.05 μm. In some embodiments, the width is W1 the frame-shaped conductive structures 142c between about 0.05 μm and about 0.2 μm, but the disclosure is not limited thereto.

Unter weiterer Bezugnahme auf 1 bis 4 umfasst jeder der Pixelsensoren 110 ferner einen Leiter 144, der in der dielektrischen Schicht 136 der Verbindungsstruktur 130 angeordnet ist. In einigen Ausführungsformen wird der Leiter 144 derart angeordnet, dass er auf die Isolationsstruktur 120 ausgerichtet ist. Wie in 1 bis 3 dargestellt, kann der Leiter 144 in einer Draufsicht sowohl die leitfähigen Strukturen 142 als auch die Isolationsstruktur 120 überlappen. In einigen Ausführungsformen überlappt der Leiter 144 gänzlich die leitfähigen Strukturen 142 und die Isolationsstruktur 120, wie in 1 bis 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen überlappt mindestens ein Abschnitt des Leiters 144 die leitfähigen Strukturen 142 und die Isolationsstruktur 120. In einigen Ausführungsformen werden der Leiter 144 und einige der Leiter 134 der Verbindungsstruktur 130 in derselben Schicht ausgebildet. In einigen Ausführungsformen können der Leiter 144 und die Leiter 134 dasselbe Material umfassen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. In einigen Ausführungsformen sind jene Leiter 134 die unteren Merkmale unmittelbar über den Vo-Durchkontaktierungen und mit den Vo-Durchkontaktierungen elektrisch verbunden, daher werden jene Leiter 134 als die ersten Metall-Merkmale (M1-Merkmale) in der Verbindungsstruktur 130 bezeichnet. Daher kann der Leiter 144 in einigen Ausführungsformen als die M1-Merkmale bezeichnet werden, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Der Leiter 144 umfasst eine Breite W2, und die Breite W2 kann zwischen ungefähr 0,03 µm und ungefähr 0,1 µm betragen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.With further reference to 1 to 4 includes each of the pixel sensors 110 also a ladder 144 which is in the dielectric layer 136 the connection structure 130 is arranged. In some embodiments, the conductor becomes 144 arranged so that it is on the insulation structure 120 is aligned. As in 1 to 3 represented, the conductor can 144 in a plan view, both the conductive structures 142 as well as the isolation structure 120 overlap. In some embodiments, the conductor overlaps 144 throughout the conductive structures 142 and the isolation structure 120 , as in 1 to 4 shown. In some embodiments, at least a portion of the conductor overlaps 144 the conductive structures 142 and the isolation structure 120 , In some embodiments, the leader becomes 144 and some of the leaders 134 the connection structure 130 formed in the same layer. In some embodiments, the conductor may be 144 and the ladder 134 include the same material, but the disclosure is not limited thereto. In some embodiments, those are conductors 134 the lower features are electrically connected immediately above the Vo vias and to the Vo vias, thus becoming those conductors 134 as the first metal features ( M1 Features) in the connection structure 130 designated. Therefore, the leader 144 may be referred to as the M1 features in some embodiments, but the disclosure is not limited thereto. The leader 144 includes a width W2 , and the width W2 may be between about 0.03 μm and about 0.1 μm, but the disclosure is not limited thereto.

Wie in 4 dargestellt, sind alle der leitfähigen Strukturen 142 zwischen der Isolationsstruktur 120 und dem Leiter 144 angeordnet. Wichtiger ist, dass der Leiter 144 und die leitfähigen Strukturen 142 eine erste reflektierende Struktur 140 bilden, die in der Verbindungsstruktur 130 angeordnet ist. Die erste reflektierende Struktur 140 wird derart angeordnet, dass sie auf die Isolationsstruktur 120 ausgerichtet ist, wie in 1 bis 4 dargestellt. Zum Beispiel, jedoch nicht darauf beschränkt, kann in einigen Ausführungsformen die erste reflektierende Struktur 140 die Isolationsstruktur 120 in der Draufsicht gänzlich überlappen. Da der Durchmesser D oder die Breite W1 der leitfähigen Strukturen 142 kleiner ist als die Breite W2 des Leiters 144, ist außerdem die Breite der ersten reflektierenden Struktur 140 kleiner als die Breite Wd der Isolationsstruktur 120. In einigen Ausführungsformen ist die erste reflektierende Struktur 140 elektrisch von anderen Elementen getrennt, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.As in 4 are all of the conductive structures 142 between the isolation structure 120 and the leader 144 arranged. More important is that the leader 144 and the conductive structures 142 a first reflective structure 140 form in the connection structure 130 is arranged. The first reflective structure 140 is arranged so that it on the insulation structure 120 is aligned, as in 1 to 4 shown. For example, but not limited to, in some embodiments, the first reflective structure 140 the isolation structure 120 completely overlap in the plan view. Because the diameter D or the width W1 the conductive structures 142 smaller than the width W2 of the leader 144 , is also the width of the first reflective structure 140 smaller than the width Wd of the isolation structure 120 , In some embodiments, the first reflective structure is 140 electrically separate from other elements, but the disclosure is not limited thereto.

In einigen Ausführungsformen umfasst jeder der Pixelsensoren 110 mehrere Mikrostrukturen 116, die über der Rückseite 102B des Substrats 102 angeordnet sind, wie in 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen können die Mikrostrukturen 116 mithilfe der folgenden Operationen ausgebildet werden. Eine Maskenschicht (nicht dargestellt) wird über der Fläche des Substrats 102 auf der Rückseite 102B angeordnet, worauf ein Ausbilden eines strukturierten Fotolacks (nicht dargestellt) über der Maskenschicht folgt. Das Substrat 102 wird dann durch den strukturierten Fotolack und die Maskenschicht von der Rückseite 102B geätzt und daher werden die mehreren Mikrostrukturen 116 über der Rückseite 102B des Substrats 102 innerhalb jedes der Pixelsensoren 110 ausgebildet. Dann werden der strukturierte Fotolack und die Maskenschicht entfernt. In einigen Ausführungsformen können weitere Operationen, wie z.B. ein Nassätzen, vorgenommen werden. Folglich werden obere und untere Abschnitte der Mikrostrukturen 116 verjüngt oder abgerundet, um eine Wellenstruktur zu erhalten, wie in 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen können die Mikrostrukturen 116 durchgehende Strukturen sein und ein Wellenprofil umfassen, wie in 4 dargestellt. In einigen Ausführungsformen können die Mikrostrukturen 116 diskrete Strukturen umfassen, die durch das Substrat 102 voneinander beabstandet sind.In some embodiments, each of the pixel sensors comprises 110 several microstructures 116 that over the back 102B of the substrate 102 are arranged as in 4 shown. In some embodiments, the microstructures 116 be formed with the following operations. A mask layer (not shown) overlies the surface of the substrate 102 on the back side 102B followed by formation of a patterned photoresist (not shown) over the mask layer. The substrate 102 is then passed through the patterned photoresist and the mask layer from the back 102B etched and therefore become the multiple microstructures 116 over the back 102B of the substrate 102 inside each of the pixel sensors 110 educated. Then the patterned photoresist and the mask layer are removed. In some embodiments, further operations, such as wet etching, may be performed. As a result, upper and lower portions of the microstructures become 116 tapered or rounded to obtain a wave structure, as in 4 shown. In some embodiments, the microstructures 116 be continuous structures and include a wave profile, as in 4 shown. In some embodiments, the microstructures 116 discrete structures that pass through the substrate 102 spaced apart from each other.

In einigen Ausführungsformen werden eine Antireflexionsbeschichtung (ARC) 118a und eine dielektrische Schicht 118b über den Mikrostrukturen 130 auf der Rückseite 102B des Substrats 102 angeordnet. Wie in 4 dargestellt, werden Flächen der Mikrostrukturen 116 mit der konform ausgebildeten ARC 118a ausgekleidet. Die dielektrische Schicht 118b füllt Räume zwischen den Mikrostrukturen 116 und stellt eine im Wesentlichen ebene Fläche über der Rückseite 102B des Substrats 102 bereit. In einigen Ausführungsformen kann die dielektrische Schicht 118b zum Beispiel ein Oxid, wie z.B. Siliziumdioxid, umfassen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.In some embodiments, an anti-reflection coating (ARC) is used. 118a and a dielectric layer 118b over the microstructures 130 on the back side 102B of the substrate 102 arranged. As in 4 shown, surfaces of the microstructures 116 with the conforming ARC 118a lined. The dielectric layer 118b fills spaces between the microstructures 116 and provides a substantially flat surface over the back 102B of the substrate 102 ready. In some embodiments, the dielectric layer 118b For example, an oxide such as silica may include, but the disclosure is not limited thereto.

In einigen Ausführungsformen werden mehrere Farbfilter 150 (gezeigt in 4), die den Pixelsensoren 110 entsprechen, über den Pixelsensoren 110 auf der Rückseite 102B des Substrats 102 angeordnet. Außerdem wird in einigen Ausführungsformen eine Low-n-Struktur 160 zwischen den Farbfiltern 150 angeordnet. In einigen Ausführungsformen umfasst die Low-n-Struktur 160 eine Gitterstruktur und die Farbfilter 160 sind innerhalb des Gitters angeordnet. Daher umgibt die Low-n-Struktur 160 jeden Farbfilter 150 und trennt die Farbfilter 150 voneinander, wie in 4 dargestellt. Die Low-n-Struktur 160 kann eine Verbundstruktur sein, die Schichten mit einem Brechungsindex umfasst, der kleiner ist als der Brechungsindex der Farbfilter 150. In einigen Ausführungsformen kann die Low-n-Struktur 160 einen Verbundstapel umfassen, der mindestens eine Metallschicht 162 und eine über der Metallschicht angeordnete dielektrische Schicht 164 umfasst. In einigen Ausführungsformen kann die Metallschicht 142 W, Cu oder AlCu umfassen. Die dielektrische Schicht 164 umfasst ein Material mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als der Brechungsindex des Farbfilters 150, oder ein Material mit einem Brechungsindex, der kleiner ist als ein Brechungsindex von Si, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Aufgrund des niedrigen Brechungsindex dient die Low-n-Struktur 160 als ein Lichtleiter, um Licht an die Farbfilter 150 zu lenken oder zu reflektieren. Infolgedessen erhöht die Low-n-Struktur 160 wirksam den Betrag des in die Farbfilter 150 einfallenden Lichts. Aufgrund des niedrigen Brechungsindex stellt außerdem die Low-n-Struktur 160 eine optische Isolation zwischen benachbarten Farbfiltern 150 bereit.In some embodiments, multiple color filters are used 150 (shown in 4 ), which are the pixel sensors 110 match, above the pixel sensors 110 on the back side 102B of the substrate 102 arranged. In addition, in some embodiments, a low-n structure 160 between the color filters 150 arranged. In some embodiments, the low-n structure comprises 160 a grid structure and the color filters 160 are arranged inside the grid. Therefore, the low-n structure surrounds 160 every color filter 150 and separates the color filters 150 from each other, as in 4 shown. The low-n structure 160 may be a composite structure including layers having a refractive index less than the refractive index of the color filters 150 , In some embodiments, the low-n structure 160 comprise a composite stack comprising at least one metal layer 162 and a dielectric layer disposed over the metal layer 164 includes. In some embodiments, the metal layer 142 W, Cu or AlCu include. The dielectric layer 164 comprises a material having a refractive index which is less than the refractive index of the color filter 150 , or a material having a refractive index smaller than a refractive index of Si, but the disclosure is not limited thereto. Due to the low refractive index, the low-n structure is used 160 as a light guide to light to the color filters 150 to direct or reflect. As a result, the low-n structure increases 160 effectively the amount of in the color filter 150 incident light. Due to the low refractive index, the low n structure 160 optical isolation between adjacent color filters 150 ready.

Jeder der Farbfilter 150 ist über jeder der entsprechenden Fotodioden 112 angeordnet. Die Farbfilter 150 sind entsprechenden Farben oder Wellenlängen von Licht zugewiesen, und ausgelegt, um alle Farben oder Wellenlängen von Licht bis auf die zugewiesen herauszufiltern. In einigen Ausführungsformen wechseln die Zuweisungen der Farbfilter 150 zwischen Rot-, Grün- und Blaulicht, so dass die Farbfilter 150 rote Farbfilter, grüne Farbfilter und blaue Farbfilter umfassen. Die roten Farbfilter, die grünen Farbfilter und die blauen Farbfilter werden in einer Bayer- oder einer anderen Mosaikstruktur in jenen Ausführungsformen angeordnet, in denen die Fotodiode 112 betrieben wird, um sichtbares Licht von einfallendem Licht zu erfassen. In einigen Ausführungsformen werden die Farbfilter 150 infraroter Strahlung zugewiesen, wenn die Fotodiode 112 betrieben wird, um IR- und/oder NIR des einfallenden Lichts zu erfassen.Each of the color filters 150 is above each of the corresponding photodiodes 112 arranged. The color filters 150 are assigned to corresponding colors or wavelengths of light, and designed to filter out all colors or wavelengths of light except those assigned. In some embodiments, the assignments of the color filters change 150 between red, green and blue lights, so the color filters 150 red color filters, green color filters, and blue color filters. The red color filters, the green color filters, and the blue color filters are arranged in a Bayer or other mosaic pattern in those embodiments in which the photodiode 112 operated to detect visible light from incident light. In some embodiments, the color filters become 150 assigned to infrared radiation when the photodiode 112 is operated to detect IR and / or NIR of the incident light.

In einigen Ausfiihrungsformen werden mehrere Mikrolinsen 152, die den Pixelsensoren 110 entsprechen, über den Farbfiltern 150 angeordnet. Es sollte leicht verstanden werden, dass Positionen und Bereiche jeder Mikrolinse 152 jenen der Farbfilter 150 entsprechen, wie in 4 dargestellt.In some embodiments, multiple microlenses are used 152 that the pixel sensors 110 match, above the color filters 150 arranged. It should be easily understood that positions and areas of each microlens 152 those of the color filters 150 correspond as in 4 shown.

Unter Bezugnahme auf 4 und 5 umfasst in einigen Ausführungsformen der BSI-Bildsensor 100 die mehreren Pixelsensoren 110, wie vorstehend erwähnt. Wichtiger ist, dass die erste reflektierende Struktur 140 (die die leitfähige(n) Struktur(en) 142 und das leitfähige Merkmal 144 umfasst), die Isolationsstruktur 120 und die Low-n-Struktur 160 ein reflektierendes Gitter 180 bilden, und das reflektierende Gitter durchdringt das Substrat 102 von der Vorderseite 102F zur Rückseite 102B, wie in 4 und 5 dargestellt. Die Pixelsensoren 110 werden innerhalb des reflektierenden Gitters 180 angeordnet und durch das reflektierende Gitter 180 voneinander getrennt. Dementsprechend wird das einfallende Licht durch die Mikrolinsen 152 über jedem Farbfilter 150 gesammelt und dann zum Farbfilter 150 konvergent geleitet. Weiter wird das durch den Farbfilter 150 verlaufende einfallende Licht mithilfe der Low-n-Struktur 160 des reflektierenden Gitters 180 an den Pixelsensor 110 gelenkt oder zurückreflektiert, das einfallende Licht, das durch das Substrat 102 verläuft, wird durch die Isolationsstruktur 120 des reflektierenden Gitters 180 an die Fotodiode 112 gelenkt oder zurückreflektiert, und das einfallende Licht, das durch die Verbindungsstruktur 130 verläuft, wird durch die erste reflektierende Struktur 140 des reflektierenden Gitters 180 an den Pixelsensor 110 gelenkt oder zurückreflektiert. Mit anderen Worten wird ein Entweichen von Licht an benachbarte Pixelsensoren 110 blockiert und infolgedessen wird ein Übersprechen zwischen benachbarten Pixelsensoren 110 gemildert.With reference to 4 and 5 In some embodiments, the BSI image sensor includes 100 the multiple pixel sensors 110 as mentioned above. More important is that the first reflective structure 140 (which the conductive structure (s) 142 and the conductive feature 144 includes), the isolation structure 120 and the low-n structure 160 is a reflective grating 180 form and the reflective grating penetrates the substrate 102 from the front 102F to the back 102B , as in 4 and 5 shown. The pixel sensors 110 become inside the reflective grid 180 arranged and through the reflective grid 180 separated from each other. Accordingly, the incident light is transmitted through the microlenses 152 above each color filter 150 collected and then to the color filter 150 managed convergently. Next is the through the color filter 150 extending incident light using the low-n structure 160 of the reflective grating 180 to the pixel sensor 110 steered or reflected back, the incident light passing through the substrate 102 runs through the insulation structure 120 of the reflecting grid 180 to the photodiode 112 steered or reflected back, and the incident light passing through the connection structure 130 runs through the first reflective structure 140 of the reflecting grid 180 to the pixel sensor 110 steered or reflected back. In other words, leakage of light to adjacent pixel sensors 110 is blocked and as a result crosstalk between adjacent pixel sensors 110 mitigated.

6 bis 8 sind Draufsichten auf einen Pixelsensor 110 eines BSI-Bildsensors 100a gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einigen Ausführungsformen, 9 ist eine entlang der Linie B-B' von 6 bis 8 gezeichnete Querschnittsansicht des Pixelsensors 110 der BSI-Bildsensors 110a, und 10 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts des BSI-Bildsensors 100a gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung in einigen Ausführungsformen. Es versteht sich, dass gleiche Elemente in 1 bis 10 durch dieselben Bezugszeichen gekennzeichnet sind, Einzelheiten dieser gleichen Elemente sind im Interesse der Kürze weggelassen. Wie in 6 bis 9 dargestellt, umfasst der BSI-Bildsensor 100a ein Substrat 102, und das Substrat 102 weist eine Vorderseite 102F und eine der Vorderseite 102F entgegengesetzte Rückseite 102B auf. Der BSI-Bildsensor 100 umfasst mehrere Pixelsensoren 110, die in der Regel innerhalb eines Arrays angeordnet sind. Jeder der Pixelsensoren 110 umfasst eine Lichterfassungsvorrichtung, wie z.B. eine Fotodiode 112, die ausgelegt ist, um Ladung (z.B. Elektronen) von darauf einfallenden Photonen zu sammeln. Außerdem können Logikvorrichtungen, wie z.B. Transistoren 114, über dem Substrat 102 auf der Vorderseite 102F angeordnet und derart ausgelegt werden, dass sie ein Auslesen der Fotodioden 112 ermöglichen. Der Pixelsensor 110 wird angeordnet, um Licht mit einer vorgegebenen Wellenlänge zu empfangen. Daher wird die Fotodiode 112 in einigen Ausführungsformen betrieben, um sichtbares Licht des einfallenden Lichts zu erfassen. Oder die Fotodiode 112 wird in einigen Ausführungsformen betrieben, um Infrarot (IR) und/oder Nahinfrarot (NIR) des einfallenden Lichts zu erfassen. 6 to 8th are plan views of a pixel sensor 110 a BSI image sensor 100a in accordance with aspects of the present disclosure in some embodiments, 9 is one along the line B-B ' from 6 to 8th drawn cross-sectional view of the pixel sensor 110 the BSI image sensor 110a , and 10 FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion of the BSI image sensor. FIG 100a in accordance with aspects of the present disclosure, in some embodiments. It is understood that same elements in 1 to 10 are indicated by the same reference numerals, details of these like elements are omitted for the sake of brevity. As in 6 to 9 shown includes the BSI image sensor 100a a substrate 102 , and the substrate 102 has a front 102F and one of the front 102F opposite back 102B on. The BSI image sensor 100 includes several pixel sensors 110 which are usually arranged within an array. Each of the pixel sensors 110 includes a light sensing device, such as a photodiode 112 , which is designed to collect charge (eg electrons) from incident photons. In addition, logic devices, such as transistors 114 , above the substrate 102 on the front side 102F be arranged and designed so that they read out the photodiodes 112 enable. The pixel sensor 110 is arranged to receive light of a predetermined wavelength. Therefore, the photodiode becomes 112 operated in some embodiments to detect visible light of the incident light. Or the photodiode 112 In some embodiments, it is operated to detect infrared (IR) and / or near-infrared (NIR) of the incident light.

Eine Isolationsstruktur 120, wie z.B. eine DTI-Struktur, wird im Substrat 102 angeordnet, wie in 6 bis 9 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann die Isolationsstruktur 120 eine Beschichtung 122 (gezeigt in 9) und ein Isolationsmaterial 124 (gezeigt in 9) umfassen. Die Isolationsstruktur 120 stellt eine optische Trennung zwischen benachbarten Pixelsensoren 110 und Fotodioden 112 bereit, wodurch sie als ein Substratisolationsgitter dient und Übersprechen reduziert. Ein BEOL-Metallisierungsstapel 130 wird über dem Substrat 102 auf der Vorderseite 102F angeordnet. Der BEOL-Metallisierungsstapel 130 umfasst mehrere Metallisierungsschichten, die leitfähige Kontakte/Durchkontaktierungen 132 und leitfähige Merkmale 134, die in einer ILD-Schicht 136 gestapelt sind, umfasst (alle in 9 bis 10 dargestellt). Ein oder mehrere Kontakte 132 des BEOL-Metallisierungsstapels 130 sind elektrisch mit den Logikvorrichtungen verbunden, und eine oder mehrere leitfähige Durchkontaktierungen 132 sind mit den leitfähigen Merkmalen 134 verschiedener Schichten elektrisch verbunden.An isolation structure 120 , such as a DTI structure, becomes in the substrate 102 arranged as in 6 to 9 shown. In some embodiments, the isolation structure 120 a coating 122 (shown in 9 ) and an insulation material 124 (shown in 9 ). The isolation structure 120 represents an optical separation between adjacent pixel sensors 110 and photodiodes 112 which serves as a substrate insulation grid and reduces crosstalk. A BEOL metallization stack 130 is above the substrate 102 on the front side 102F arranged. The BEOL metallization stack 130 includes multiple metallization layers, the conductive contacts / vias 132 and conductive features 134 working in an ILD layer 136 stacked, includes (all in 9 to 10 shown). One or more contacts 132 BEOL metallization stack 130 are electrically connected to the logic devices, and one or more conductive vias 132 are with the conductive features 134 electrically connected to different layers.

Unter Bezugnahme auf 6 bis 9 umfasst jeder der Pixelsensoren 110 des BSI-Bildsensors 100a mehrere leitfähige Strukturen 142, die in der dielektrischen Schicht 136 der Verbindungsstruktur 130 angeordnet sind. Die leitfähigen Strukturen 142 werden derart angeordnet, dass sie auf die Isolationsstruktur 120 ausgerichtet sind. Wie vorstehend erwähnt, können die leitfähigen Strukturen 142 die Isolationsstruktur 120 in einer Draufsicht gänzlich überlappen, wie in 6 bis 8 dargestellt, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Die leitfähigen Strukturen 142 umfassen leitfähige Kontakte, und können in einigen Ausführungsformen als die Vo-Durchkontaktierungen bezeichnet werden. In einigen Ausführungsformen stehen die leitfähigen Strukturen 142 mit der Isolationsstruktur 120 in Kontakt, wie in 9 dargestellt. Unter Bezugnahme auf 6 und 9 umfassen in einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturen 142 diskrete punktförmige Strukturen 142a, die in der Verbindungsstruktur 130 angeordnet sind und entlang der Isolationsstruktur 120 in einer Draufsicht eingerichtet sind, wie in 6 dargestellt. Es versteht sich, dass die Parameter der punktförmigen Strukturen 142a gleich jenen sein können, die vorstehend beschrieben wurden, deshalb werden jene Einzelheiten der Einfachheit halber weggelassen. Unter Bezugnahme auf 7 und 9 umfassen in einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturen 142 diskrete stabförmige Strukturen 142b, die in der Verbindungsstruktur 130 angeordnet sind, wie in 7 dargestellt. Es versteht sich, dass die Parameter der stabförmigen Strukturen 142b gleich jenen sein können, die vorstehend beschrieben wurden, deshalb werden jene Einzelheiten der Einfachheit halber weggelassen. Unter Bezugnahme auf 8 und 9 umfassen in einigen Ausführungsformen die leitfähigen Strukturen 142 stabförmige Strukturen und die stabförmigen Strukturen stehen miteinander in Kontakt, um eine rahmenförmige Struktur 142c zu bilden, wie in 8 dargestellt. Es versteht sich, dass die Parameter der rahmenförmigen Strukturen 142c gleich jenen sein können, die vorstehend beschrieben wurden, deshalb werden jene Einzelheiten der Einfachheit halber weggelassen.With reference to 6 to 9 includes each of the pixel sensors 110 of the BSI image sensor 100a several conductive structures 142 that are in the dielectric layer 136 the connection structure 130 are arranged. The conductive structures 142 are arranged so that they on the insulation structure 120 are aligned. As mentioned above, the conductive structures 142 the isolation structure 120 completely overlap in a plan view, as in 6 to 8th but the disclosure is not limited thereto. The conductive structures 142 include conductive contacts, and may be referred to as the Vo vias in some embodiments. In some embodiments, the conductive structures 142 with the isolation structure 120 in contact, as in 9 shown. With reference to 6 and 9 In some embodiments, the conductive structures include 142 discrete punctiform structures 142a that are in the connection structure 130 are arranged and along the isolation structure 120 are arranged in a plan view, as in 6 shown. It is understood that the parameters of punctate structures 142a may be the same as those described above, therefore, those details will be omitted for the sake of simplicity. With reference to 7 and 9 In some embodiments, the conductive structures include 142 discrete rod-shaped structures 142b that are in the connection structure 130 are arranged as in 7 shown. It is understood that the parameters of the rod-shaped structures 142b may be the same as those described above, therefore, those details will be omitted for the sake of simplicity. With reference to 8th and 9 In some embodiments, the conductive structures include 142 rod-shaped structures and the rod-shaped structures are in contact with each other to form a frame-shaped structure 142c to form, as in 8th shown. It is understood that the parameters of the frame-shaped structures 142c may be the same as those described above, therefore, those details will be omitted for the sake of simplicity.

Unter weiterer Bezugnahme auf 6 bis 9 umfasst jeder der Pixelsensoren 110 ferner einen Leiter 144, der in der dielektrischen Schicht 136 der Verbindungsstruktur 130 angeordnet ist. Der Leiter 144 wird derart eingerichtet, dass er auf die Isolationsstruktur 120 ausgerichtet ist. Wie vorstehend erwähnt, kann der Leiter 144 sowohl die leitfähigen Strukturen 142 als auch die Isolationsstruktur 120 in einer Draufsicht gänzlich überlappen, wie in 6 bis 8 dargestellt, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Der Leiter 144 kann in einigen Ausführungsformen als das M1-Merkmal bezeichnet werden, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Außerdem werden, wie in 9 dargestellt, alle der leitfähigen Strukturen 142 zwischen der Isolationsstruktur 120 und dem Leiter 144 angeordnet. Wichtiger ist, dass der Leiter 144 und die leitfähigen Strukturen 142 eine erste reflektierende Struktur 140 bilden, die in der Verbindungsstruktur 130 angeordnet ist. Und die erste reflektierende Struktur 140 wird derart angeordnet, dass sie auf die Isolationsstruktur 120 ausgerichtet ist, wie in 6 bis 9 dargestellt. Zum Beispiel kann die erste reflektierende Struktur 140 die Isolationsstruktur 120 gänzlich überlappen, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Da der Durchmesser D oder die Breite W1 der leitfähigen Strukturen 142 kleiner ist als eine Breite W2 des leitfähigen Merkmals 144, ist die Breite der ersten reflektierenden Struktur 140 kleiner als die Breite Wd der Isolationsstruktur 120. In einigen Ausführungsformen ist die erste reflektierende Struktur 140 von anderen Elementen elektrisch getrennt, aber die Offenbarung ist nicht darauf beschränkt.With further reference to 6 to 9 includes each of the pixel sensors 110 also a ladder 144 which is in the dielectric layer 136 the connection structure 130 is arranged. The leader 144 is set up so that it touches on the isolation structure 120 is aligned. As mentioned above, the conductor 144 both the conductive structures 142 as well as the isolation structure 120 completely overlap in a plan view, as in 6 to 8th but the disclosure is not limited thereto. The leader 144 may be referred to as the M1 feature in some embodiments, but the disclosure is not limited thereto. Besides, as in 9 shown, all of the conductive structures 142 between the isolation structure 120 and the leader 144 arranged. More important is that the leader 144 and the conductive structures 142 a first reflective structure 140 form in the connection structure 130 is arranged. And the first reflective structure 140 is arranged so that it on the insulation structure 120 is aligned, as in 6 to 9 shown. For example, the first reflective structure 140 the isolation structure 120 overlap completely, but the revelation is not limited to this. Because the diameter D or the width W1 the conductive structures 142 smaller than a width W2 of the conductive feature 144 , is the width of the first reflective structure 140 smaller than the width Wd of the isolation structure 120 , In some embodiments, the first reflective structure is 140 electrically isolated from other elements, but the disclosure is not limited thereto.

In einigen Ausführungsformen umfasst jeder der Pixelsensoren 110 ferner eine zweite reflektierende Struktur 170, die in der Verbindungsstruktur 130 über der Vorderseite 102F angeordnet ist, und die mindestens einen Abschnitt des Pixelsensors 110 überlappt. Wie in 6 bis 9 dargestellt, überlappt die zweite reflektierende Struktur 170 zumindest die Fotodiode 112 des Pixelsensors 110. In einigen Ausführungsformen kann die zweite reflektierende Struktur 170 das M1-Merkmal sein. Mit anderen Worten werden die zweite reflektierende Struktur 170 und das leitfähige Merkmal 144 der ersten reflektierenden Struktur 140 in derselben Schicht ausgebildet und können dasselbe Material umfassen. Jedoch werden die ersten reflektierenden Strukturen 140 von der zweiten reflektierenden Struktur 170 elektrisch isoliert, wie in 6 bis 9 dargestellt. In einigen Ausführungsformen ist die zweite reflektierende Struktur 170 nicht nur von der ersten reflektierenden Struktur 170, sondern auch von anderen Elementen elektrisch isoliert. Jedoch wird in einigen Ausführungsformen die zweite reflektierende Struktur 170 durch die Verbindungsstruktur 130 elektrisch geerdet, wie in 10 dargestellt.In some embodiments, each of the pixel sensors comprises 110 Further, a second reflective structure 170 that are in the connection structure 130 over the front 102F is arranged, and the at least a portion of the pixel sensor 110 overlaps. As in 6 to 9 shown overlaps the second reflective structure 170 at least the photodiode 112 of the pixel sensor 110 , In some embodiments, the second reflective structure 170 be the M1 feature. In other words, the second reflective structure 170 and the conductive feature 144 the first reflective structure 140 formed in the same layer and may comprise the same material. However, the first reflective structures become 140 from the second reflective structure 170 electrically isolated, as in 6 to 9 shown. In some embodiments, the second reflective structure is 170 not just from the first reflective structure 170 but also electrically isolated from other elements. However, in some embodiments, the second reflective structure becomes 170 through the connection structure 130 electrically grounded, as in 10 shown.

Wie vorstehend erwähnt, umfasst jeder der Pixelsensoren 110 mehrere Mikrostrukturen 116, die über dem Substrat 102 auf der Rückseite 102B angeordnet sind, wie in 9 dargestellt. In einigen Ausführungsformen werden eine ARC 118a und eine dielektrische Schicht 118b über den Mikrostrukturen 130 auf der Rückseite 102B des Substrats 102 angeordnet. In einigen Ausführungsformen werden mehrere Farbfilter 150 (gezeigt in 9), die den Pixelsensoren 110 entsprechen, über den Pixelsensoren 110 auf der Rückseite 102B des Substrats 102 angeordnet. Außerdem wird in einigen Ausführungsformen eine Low-n-Struktur 160 zwischen den Farbfiltern 150 angeordnet. Wie vorstehend erwähnt, umfasst die Low-n-Struktur 160 eine Gitterstruktur und die Farbfilter 150 sind innerhalb des Gitters angeordnet. Daher umgibt die Low-n-Struktur 160 jeden Farbfilter 150 und trennt die Farbfilter 150 voneinander, wie in 9 dargestellt. Die Low-n-Struktur 160 kann eine Verbundstruktur sein, die Schichten mit einem Brechungsindex umfasst, der kleiner ist als der Brechungsindex der Farbfilter 150. In einigen Ausführungsformen kann die Low-n-Struktur 160 einen Verbundstapel umfassen, der mindestens eine Metallschicht 162 und eine über der Metallschicht angeordnete dielektrische Schicht 164 umfasst.As mentioned above, each of the pixel sensors includes 110 several microstructures 116 that over the substrate 102 on the back side 102B are arranged as in 9 shown. In some embodiments, an ARC 118a and a dielectric layer 118b over the microstructures 130 on the back side 102B of the substrate 102 arranged. In some embodiments, multiple color filters are used 150 (shown in 9 ), which are the pixel sensors 110 match, above the pixel sensors 110 on the back side 102B of the substrate 102 arranged. In addition, in some embodiments, a low-n structure 160 between the color filters 150 arranged. As mentioned above, the low-n structure 160 includes a grating structure and the color filters 150 are arranged inside the grid. Therefore, the low-n structure 160 surrounds each color filter 150 and separates the color filters 150 from each other, as in 9 shown. The low-n structure 160 may be a composite structure including layers having a refractive index less than the refractive index of the color filters 150 , In some embodiments, the low-n structure 160 may include a composite stack that includes at least one metal layer 162 and a dielectric layer disposed over the metal layer 164 includes.

In einigen Ausführungsformen werden mehrere Mikrolinsen 152, die den Pixelsensoren 110 entsprechen, über den Farbfiltern 150 angeordnet. Es sollte leicht verstanden werden, dass Positionen und Bereiche jeder Mikrolinse 152 jenen der Farbfilter 150 entsprechen, wie in 9 dargestellt.In some embodiments, multiple microlenses are used 152 that the pixel sensors 110 match, above the color filters 150 arranged. It should be easily understood that positions and areas of each microlens 152 those of the color filters 150 correspond as in 9 shown.

Unter Bezugnahme auf 9 und 10 umfasst in einigen Ausführungsformen der BSI-Bildsensor 100a die mehreren Pixelsensoren 110, wie vorstehend erwähnt. Wichtiger ist, dass die erste reflektierende Struktur 140 (die die leitfähige(n) Struktur(en) 142 und das leitfähige Merkmal 144 umfasst), die Isolationsstruktur 120 und die Low-n-Struktur 160 ein reflektierendes Gitter 180 bilden, und das reflektierende Gitter das Substrat 102 von der Vorderseite 102F zur Rückseite 102B durchdringt, wie in 9 und 10 dargestellt. Die Pixelsensoren 110 werden innerhalb des reflektierenden Gitters 180 angeordnet und durch das reflektierende Gitter 180 voneinander getrennt. Dementsprechend wird das einfallende Licht durch die Mikrolinsen 152 über jedem Farbfilter 150 gesammelt und dann zu dem Farbfilter 150 konvergent geleitet. Weiter wird das durch den Farbfilter 150 verlaufende einfallende Licht mithilfe der Low-n-Struktur 160 des reflektierenden Gitters 180 an den Pixelsensor 110 gelenkt oder zurückreflektiert, das einfallende Licht, das durch das Substrat 102 verläuft, wird durch die Isolationsstruktur 120 des reflektierenden Gitters 180 an die Fotodiode 112 gelenkt oder zurückreflektiert, und das einfallende Licht, das durch die Verbindungsstruktur 130 verläuft, wird durch die erste reflektierende Struktur 140 des reflektierenden Gitters 180 an den Pixelsensor 110 gelenkt oder zurückreflektiert. Mit anderen Worten wird ein Entweichen von Licht an benachbarte Pixelsensoren 110 blockiert und infolgedessen wird ein Übersprechen zwischen benachbarten Pixelsensoren 110 gemildert. Außerdem wird das einfallende Licht, das die Verbindungsstruktur 130 erreicht, weiter durch die zweite reflektierende Struktur 170 zurück an das Lichterfassungsgebiet 112 reflektiert, und daher kann mehr Licht durch die Fotodiode 112 absorbiert werden. Dementsprechend wird Licht in den Pixelsensoren 110 eingefangen und daher wird die Quanteneffizient (QE) verbessert.With reference to 9 and 10 In some embodiments, the BSI image sensor includes 100a the multiple pixel sensors 110 as mentioned above. More important is that the first reflective structure 140 (which the conductive structure (s) 142 and the conductive feature 144 includes), the isolation structure 120 and the low-n structure 160 is a reflective grating 180 form, and the reflective grid the substrate 102 from the front 102F to the back 102B penetrates, as in 9 and 10 shown. The pixel sensors 110 become inside the reflective grid 180 arranged and through the reflective grid 180 separated from each other. Accordingly, the incident light is transmitted through the microlenses 152 above each color filter 150 collected and then to the color filter 150 managed convergently. Next is the through the color filter 150 extending incident light using the low-n structure 160 of the reflective grating 180 to the pixel sensor 110 steered or reflected back, the incident light passing through the substrate 102 runs through the insulation structure 120 of the reflecting grid 180 to the photodiode 112 steered or reflected back, and the incident light passing through the connection structure 130 runs through the first reflective structure 140 of the reflecting grid 180 to the pixel sensor 110 steered or reflected back. In other words, leakage of light to adjacent pixel sensors 110 is blocked and as a result crosstalk between adjacent pixel sensors 110 mitigated. In addition, the incident light, which is the connecting structure 130 reached, further through the second reflective structure 170 back to the light detection area 112 reflected, and therefore can more light through the photodiode 112 be absorbed. Accordingly, light becomes in the pixel sensors 110 captured and therefore the quantum efficiency ( QE ) improved.

In der vorliegenden Offenbarung wird ein BSI-Bildsensor, der ein reflektierendes Gitter umfasst, bereitgestellt. Das reflektierende Gitter kann die Low-n-Struktur, die die Farbfilter trennt, und die Isolationsstruktur, die die Lichterfassungsgebiete trennt, umfassen. Wichtiger ist, dass das reflektierende Gitter die erste reflektierende Struktur und die zweite reflektierende Struktur, die in der Verbindungsstruktur ausgebildet werden, umfasst. Die erste reflektierende Struktur reduziert ein Licht, das an einen benachbarten Pixelsensor gelangt, und die zweite reflektierende Struktur reflektiert das Licht zurück an die Fotodiode. Dementsprechend wird ein Übersprechen reduziert und die Empfindlichkeit des Pixelsensors wird verbessert. Da die ersten reflektierenden Strukturen und die zweiten reflektierenden Strukturen in der Verbindungsstruktur ausgebildet werden können, ist außerdem der bereitgestellte BSI-Bildsensor mit der vorhandenen CIS-Herstellung kompatibel, ohne zusätzliche Operationen zu entwickeln.In the present disclosure, a BSI image sensor comprising a reflective grating is provided. The reflective grating may include the low-n structure separating the color filters and the isolation structure separating the light-sensing regions. More importantly, the reflective grating comprises the first reflective structure and the second reflective structure formed in the interconnect structure. The first reflective structure reduces a light that passes to an adjacent pixel sensor and the second reflective structure reflects the light back to the photodiode. Accordingly, crosstalk is reduced and the sensitivity of the pixel sensor is improved. In addition, because the first reflective structures and the second reflective structures can be formed in the interconnect structure, the provided BSI image sensor is compatible with existing CIS fabrication without developing additional operations.

In einigen Ausführungsformen wird ein BSI-Bildsensor bereitgestellt. Der BSI-Sensor umfasst ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite umfasst, einen Pixelsensor, der in dem Substrat angeordnet ist, eine Isolationsstruktur, die den Pixelsensor umgibt und im Substrat angeordnet ist, eine dielektrische Schicht, die über dem Pixelsensor auf der Vorderseite des Substrats angeordnet ist, und mehrere leitfähige Strukturen, die in der dielektrischen Schicht angeordnet und derart ausgelegt sind, dass sie auf die Isolationsstruktur ausgerichtet sind.In some embodiments, a BSI image sensor is provided. The BSI sensor includes a substrate having a front side and a back side opposite the front side, a pixel sensor disposed in the substrate, an isolation structure surrounding the pixel sensor and disposed in the substrate, a dielectric layer overlying the pixel sensor is disposed on the front side of the substrate, and a plurality of conductive structures disposed in the dielectric layer and configured to be aligned with the insulating structure.

In einigen Ausführungsformen wird ein BSI-Bildsensor bereitgestellt. Der BSI-Sensor umfasst ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite umfasst, einen Pixelsensor, der in dem Substrat angeordnet ist, eine Isolationsstruktur, die den Pixelsensor umgibt und im Substrat angeordnet ist, eine Verbindungsstruktur, die über dem Substrat auf der Vorderseite angeordnet ist, und eine erste reflektierende Struktur, die in der Verbindungsstruktur angeordnet und auf die Isolationsstruktur ausgerichtet ist.In some embodiments, a BSI image sensor is provided. The BSI sensor includes a substrate having a front side and a back side opposite to the front side, a pixel sensor disposed in the substrate, an isolation structure surrounding the pixel sensor and disposed in the substrate, a connection structure formed over the substrate the front side is arranged, and a first reflective structure, which is arranged in the connecting structure and aligned with the insulating structure.

In einigen Ausführungsformen wird ein BSI-Bildsensor bereitgestellt. Der BSI-Bildsensor umfasst ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite umfasst, mehrere Pixelsensoren, die in dem Substrat angeordnet sind, und ein reflektierendes Gitter, das das Substrat von der Vorderseite zu der Rückseite durchdringt. Die Pixelsensoren sind innerhalb des reflektierenden Gitters angeordnet und durch das reflektierende Gitter voneinander getrennt.In some embodiments, a BSI image sensor is provided. The BSI image sensor includes a substrate that includes a front side and a back side opposite the front side, a plurality of pixel sensors disposed in the substrate, and a reflective grid that penetrates the substrate from the front side to the back side. The pixel sensors are disposed within the reflective grating and separated by the reflective grating.

Das Vorstehende skizziert Merkmale von mehreren Ausführungsformen, so dass ein Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Ein Fachmann sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung als eine Grundlage zum Entwerfen oder Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen leicht verwenden kann, um die gleichen Aufgaben durchzuführen und/oder die gleichen Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen zu erzielen. Ein Fachmann sollte ebenfalls verstehen, dass derartige äquivalente Ausführungen nicht vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen hier vornehmen kann, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.The foregoing outlines features of several embodiments so that one skilled in the art can better understand the aspects of the present disclosure. One skilled in the art should recognize that he may readily use the present disclosure as a basis for designing or modifying other processes and structures to accomplish the same objects and / or achieve the same advantages of the embodiments presented herein. One skilled in the art should also understand that such equivalent embodiments do not depart from the spirit and scope of the present disclosure, and that various changes, substitutions, and alterations can be made therein without departing from the spirit and scope of the present disclosure.

Claims (20)

Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensor (BSI-Bildsensor), umfassend: ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite umfasst, einen Pixelsensor in dem Substrat, eine Isolationsstruktur, die den Pixelsensor im Substrat umgibt, eine dielektrische Schicht über dem Pixelsensor auf der Vorderseite des Substrats, und mehrere leitfähige Strukturen, die in der dielektrischen Schicht angeordnet und derart ausgelegt sind, dass sie auf die Isolationsstruktur ausgerichtet sind.Backlight image sensor (BSI image sensor), comprising: a substrate comprising a front side and a back side opposite to the front side, a pixel sensor in the substrate, an isolation structure surrounding the pixel sensor in the substrate, a dielectric layer over the pixel sensor on the front side of the substrate, and a plurality of conductive structures disposed in the dielectric layer and configured to be aligned with the insulating structure. BSI-Bildsensor nach Anspruch 1, wobei der Pixelsensor angeordnet ist, um Licht mit einer vorgegeben Wellenlänge zu empfangen.BSI image sensor after Claim 1 wherein the pixel sensor is arranged to receive light of a predetermined wavelength. BSI-Bildsensor nach Anspruch 2, wobei die leitfähigen Strukturen durch die dielektrische Schicht voneinander beabstandet sind, und eine Beabstandungsdistanz zwischen den leitfähigen Strukturen kleiner ist als eine Hälfte der vorgegebenen Wellenlänge.BSI image sensor after Claim 2 wherein the conductive structures are spaced apart by the dielectric layer, and a spacing distance between the conductive structures is less than one half of the predetermined wavelength. BSI-Bildsensor nach Anspruch 3, wobei die Beabstandungsdistanz kleiner ist als 0,5 Mikrometer (µm).BSI image sensor after Claim 3 wherein the spacing distance is less than 0.5 micrometers (μm). BSI-Bildsensor nach Anspruch 3 oder 4, wobei jede der leitfähigen Strukturen einen Durchmesser umfasst, und der Durchmesser zwischen ungefähr 0,05 µm und ungefähr 0,2 µm beträgt.BSI image sensor after Claim 3 or 4 wherein each of the conductive structures comprises a diameter and the diameter is between about 0.05 μm and about 0.2 μm. BSI-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, wobei jede der leitfähigen Strukturen eine stabförmige Struktur umfasst, die durch die dielektrische Schicht voneinander beabstandet sind.BSI image sensor according to one of the preceding Claims 3 to 5 wherein each of the conductive structures comprises a rod-shaped structure spaced apart from each other by the dielectric layer. BSI-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die leitfähigen Strukturen miteinander in Kontakt stehen, um eine rahmenförmige Struktur in der dielektrischen Schicht zu bilden.A BSI image sensor according to any one of the preceding claims, wherein the conductive structures are in contact with each other to form a frame-shaped structure in the dielectric layer. Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensor (BSI-Bildsensor), umfassend: ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite umfasst, einen Pixelsensor in dem Substrat, eine Isolationsstruktur, die den Pixelsensor in dem Substrat umgibt, eine Verbindungsstruktur über dem Substrat auf der Vorderseite, und eine erste reflektierende Struktur, die in der Verbindungsstruktur angeordnet und auf die Isolationsstruktur ausgerichtet ist.Backlight image sensor (BSI image sensor), comprising: a substrate comprising a front side and a back side opposite to the front side, a pixel sensor in the substrate, an isolation structure surrounding the pixel sensor in the substrate, a connection structure over the substrate on the front, and a first reflective structure disposed in the connection structure and aligned with the isolation structure. BSI-Bildsensor nach Anspruch 8, wobei eine Breite der ersten reflektierenden Struktur kleiner ist als eine Breite der Isolationsstruktur.BSI image sensor after Claim 8 wherein a width of the first reflecting structure is smaller than a width of the insulating structure. BSI-Bildsensor nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste reflektierende Struktur mehrere erste leitfähige Kontakte und einen ersten Leiter umfasst, und die ersten leitfähigen Kontakte zwischen dem ersten Leiter und der Isolationsstruktur angeordnet sind.BSI image sensor after Claim 8 or 9 wherein the first reflective structure comprises a plurality of first conductive contacts and a first conductor, and the first conductive contacts are disposed between the first conductor and the isolation structure. BSI-Bildsensor nach Anspruch 10, wobei eine Breite der ersten reflektierenden Kontakte kleiner ist als eine Breite des ersten Leiters.BSI image sensor after Claim 10 wherein a width of the first reflective contacts is less than a width of the first conductor. BSI-Bildsensor nach Anspruch 10 oder 11, wobei die ersten leitfähigen Kontakte mit der Isolationsstruktur in Kontakt stehen.BSI image sensor after Claim 10 or 11 wherein the first conductive contacts are in contact with the isolation structure. BSI-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 12, der ferner eine zweite reflektierende Struktur umfasst, die in der Verbindungsstruktur angeordnet ist und mindestens einen Abschnitt des Pixelsensors überlappt.BSI image sensor according to one of the preceding Claims 8 to 12 further comprising a second reflective structure disposed in the interconnect structure and overlapping at least a portion of the pixel sensor. BSI-Bildsensor nach Anspruch 13, wobei die ersten reflektierenden Strukturen von der zweiten reflektierenden Struktur elektrisch isoliert sind.BSI image sensor after Claim 13 wherein the first reflective structures are electrically isolated from the second reflective structure. BSI-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 13 oder 14, wobei die zweite reflektierende Struktur elektrisch geerdet ist.BSI image sensor according to one of the preceding Claims 13 or 14 wherein the second reflective structure is electrically grounded. BSI-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 8 bis 15, wobei die Verbindungsstruktur ferner mehrere zweite leitfähige Kontakte und mehrere zweite leitfähige Merkmale umfasst.BSI image sensor according to one of the preceding Claims 8 to 15 wherein the connection structure further comprises a plurality of second conductive contacts and a plurality of second conductive features. Rückseitenbeleuchtungs-Bildsensor (BSI-Bildsensor), umfassend: ein Substrat, das eine Vorderseite und eine der Vorderseite entgegengesetzte Rückseite umfasst, mehrere Pixelsensoren in dem Substrat, und ein reflektierendes Gitter, das das Substrat von der Vorderseite zur Rückseite durchdringt, wobei die Pixelsensoren innerhalb des reflektierenden Gitters angeordnet und durch das reflektierende voneinander Gitter getrennt sind.Backlight image sensor (BSI image sensor), comprising: a substrate comprising a front side and a back side opposite to the front side, a plurality of pixel sensors in the substrate, and a reflective grating that penetrates the substrate from the front to the back, wherein the pixel sensors are disposed within the reflective grating and separated by the reflective grating. BSI-Bildsensor nach Anspruch 17, wobei das reflektierende Gitter umfasst: eine Substratisolationsstruktur, die die Pixelsensoren in dem Substrat umgibt und sich zwischen ihnen befindet, eine erste reflektierende Struktur, die über dem Substrat auf der Vorderseite angeordnet und auf die Isolationsstruktur ausgerichtet ist, und eine Low-n-Struktur, die über dem Substrat auf der Rückseite angeordnet und auf die Isolationsstruktur ausgerichtet ist. BSI image sensor after Claim 17 wherein the reflective grating comprises: a substrate isolation structure surrounding and interposed between the pixel sensors in the substrate, a first reflective structure disposed over the substrate on the front surface and aligned with the isolation structure, and a low-n structure which is disposed over the substrate on the back and aligned with the insulating structure. BSI-Bildsensor nach Anspruch 18, der ferner mehrere Farbfilter umfasst, die innerhalb der Low-n-Struktur über dem Substrat auf der Rückseite angeordnet sind.BSI image sensor after Claim 18 further comprising a plurality of color filters disposed within the low-n structure over the substrate on the back surface. BSI-Bildsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche 17 bis 19, der ferner mehrere zweite reflektierende Strukturen umfasst, die über den Pixelsensoren auf der Vorderseite angeordnet sind, und jede der zweiten reflektierenden Strukturen mindestens einen Abschnitt jedes Pixelsensors überlappt.BSI image sensor according to one of the preceding Claims 17 to 19 further comprising a plurality of second reflective structures disposed over the pixel sensors on the front surface and each of the second reflective structures overlapping at least a portion of each pixel sensor.
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