TW201637185A - 具有整合式淺溝槽隔離結構的cmos深度影像感測器 - Google Patents

具有整合式淺溝槽隔離結構的cmos深度影像感測器 Download PDF

Info

Publication number
TW201637185A
TW201637185A TW105103527A TW105103527A TW201637185A TW 201637185 A TW201637185 A TW 201637185A TW 105103527 A TW105103527 A TW 105103527A TW 105103527 A TW105103527 A TW 105103527A TW 201637185 A TW201637185 A TW 201637185A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
trench isolation
shallow trench
integrated
structures
pixel
Prior art date
Application number
TW105103527A
Other languages
English (en)
Inventor
塔莫 艾克哈提伯
昂爾肯 艾卡亞
史瓦提 梅塔
賽勒斯 班吉
Original Assignee
微軟技術授權有限責任公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 微軟技術授權有限責任公司 filed Critical 微軟技術授權有限責任公司
Publication of TW201637185A publication Critical patent/TW201637185A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • H01L27/14612—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements involving a transistor
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14629—Reflectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1463—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
    • H01L31/0264—Inorganic materials
    • H01L31/028—Inorganic materials including, apart from doping material or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

一種具有整合式淺溝槽隔離結構的CMOS影像感測器像素，一般而言產生了較高的光敏度，且特定用於長波長（紅、近紅外線、紅外線）。淺溝槽隔離結構作為反射並繞射光的光柵，使得在像素光敏半導體層中觀察到提升的光學能量（光子產生）。藉由以植入光敏半導體層內的摻雜物鈍化淺溝槽隔離結構，而避免暗電流提升。標準CMOS製程中的退火使得摻雜物朝向淺溝槽隔離結構擴散。像素可經配置為飛行時間感測器。淺溝槽隔離結構作為對於電荷動作的實體屏障，而產生具有較高調變對比的像素。再者，可使用正面或背面照明。

Description

具有整合式淺溝槽隔離結構的CMOS深度影像感測器
本發明係關於具有整合式淺溝槽隔離結構的CMOS深度影像感測器。
對於相關申請案的交互參照：本申請案主張對於申請於2015年2月3日、屬於Akkaya等人、名為「Time-of-flight detector」的美國臨時專利申請案第62/111,515號的優先權，在此並併入此臨時專利申請案全文以作為參照。
在諸如使用在個人電腦、膝上型電腦與智慧型手機中的數位攝影機（包含靜態影像與視頻攝影機）的應用中，CMOS影像感測器逐漸變得普及。這些影像感測器的特別類型亦已被使用於深度攝影機中。深度攝影機能夠判定在攝影機視野中對人類或其他物件的距離，並能夠基於攝影機的圖框率（frame rate）實質上即時更新距離。此種深度攝影機可用於動作擷取系統中，例如以獲得關於人體或其他目標在實體空間中的位置與動作的資料，以輸入至計算系統中的應用程式。可能有許多應用程式，諸如用於軍事、娛樂、運動以及醫療之目的。一種類型的深度攝影機為CMOS飛行時間影像感測器。飛行時間（time-of-flight；ToF）深度攝影機通常包含照亮視野的經調變近紅外線（或紅外線）光源以及CMOS ToF影像感測器，CMOS ToF影像感測器感測來自視野的反射光並測量照亮光與反射光之間的相位差以形成深度影像。在一些情況中，深度攝影機可被提供為遊戲主機的部分，此遊戲主機與顯示裝置（諸如使用者家中的電視）通訊。
CMOS影像感測器（諸如CMOS飛行時間感測器）中的像素的光偵測器區域，包含具有整合式淺溝槽隔離結構的光敏半導體層。光敏半導體層將入射光轉變成電荷，並包含一或更多個光敏結構，諸如PN接面光電二極體、PIN光電二極體、釘扎光電二極體（pinned photodiode）或光電閘。淺溝槽隔離結構作為光柵，光柵在光柵介面由反射、折射及（或）繞射修改入射光，並重分佈光敏半導體區域內的入射光。此光能量重分佈在所需的光照亮波長處產生較高的光敏度。此外，淺溝槽隔離結構電性地作為對於電荷在飛行時間光偵測器內的不同光敏結構之間的動作的實體屏障。因此，觀察到較高的調變對比。
再者，藉由以已使用於半導體層之中的摻雜物鈍化淺溝槽隔離結構，作為像素設計的一部分，而避免暗電流（dark current）提升。基板的加熱使得摻雜物朝向淺溝槽隔離結構的壁擴散。再者，可使用正面或背面照明。
在一個具體實施例中，CMOS影像感測器像素包含光敏半導體層，諸如矽基板的外延層。外延層包含一或更多個光敏結構（例如光電二極體或光電閘）以將入射光轉換成電荷。一或更多個像素電荷收集節點經配置以收集電荷。此外，整合式淺溝槽隔離（STI）結構經配置以在光敏半導體層介面處藉由繞射、折射或反射之至少一者修改入射光，以在光敏半導體層中重分佈入射光，以改良像素的光敏度。此改良係相對於其中不存在整合式STI結構的相同結構。
在一種作法中，在基板中以第一方向彼此間隔放置多個STI結構，從而形成以第一方向延伸的繞射光柵（例如一維或1-D光柵）。再者，STI結構在第二方向（正交於第一方向）中可具有變化的寬度，使得繞射效應也被提供於第二方向中（例如二維或2-D光柵）。在2-D光柵的另一範例中，多個相異的STI結構被放置為在第二方向（以及第一方向）中彼此間隔。
在近紅外線波長處，像素在CMOS影像感測器中提供提升的光敏度。在飛行時間感測器中，像素提供提升的調變對比。再者，可使用CMOS生產技術來製造像素。
提供此概要以由簡化形式介紹一些概念選擇，這些概念將於下面的說明中進一步說明。此概要並非意為識別所請發明主題的關鍵特徵或必要特徵，亦不意為用於限制所請發明主題的範圍。
CMOS飛行時間影像感測器（諸如相位調變飛行時間感測器）的效能，可由調變對比與光敏度來特徵化。這些量度兩者都應盡可能地高以達到最佳效能。
第1A圖繪製深度攝影機10的範例，深度攝影機10使用諸如本文所說明的影像感測器。深度攝影機經配置為ToF系統並可被實施在單一積體電路（IC）12上而不用移動零件，且具有相對少的晶片外部件。深度攝影機包含像素偵測器40二維陣列30，每一像素偵測器40具有專屬的電路系統50以處理相關聯的偵測器輸出的偵測電荷。在典型應用中，陣列可包含100x100個像素，且因此包含100x100個處理電路。IC也包含微處理器或微控制器單元60、記憶體70（例如隨機存取記憶體與唯讀記憶體）、高速重分配式時脈80、以及各種計算與輸入/輸出（I/O）電路系統90。除了其他功能以外，微控制器單元60可執行對物件距離以及物件速度的計算。
在微處理器的控制之下，光學能量源（發射器21）被週期性充能並經由透鏡25朝向目標物件22發出光學能量。光學能量通常為光，例如由雷射二極體或LED裝置。一些發出的光學能量將會被目標物件的表面反射回，並將穿過孔徑視場光闌與透鏡（一起稱為35），並將落在光偵測器40的二維陣列30上，其中係於光偵測器40形成影像。每一成像像素偵測器測量所接收光學能量的強度與振幅，以及光學能量從發射器21行進經過距離Z至目標物件並隨後再次返回成像感測器陣列的相位差。對於發射器發送的每一光學能量脈衝，獲得目標物件的可見部分的三維影像。
在被朝向深度攝影機反射回之前橫越至目標物件的較遠表面區域的所發射光學能量，將界定較長的飛行時間，相較於落在目標物件（或較近目標物件）的較近表面部分上（且被反射回）的輻射。例如，光學能量橫越往返路徑t1的飛行時間，係由t1=2·Z1/C給定，其中C為光速。TOF感測器系統可即時獲取目標物件的三維影像。此種系統較優地可同時獲取目標物件或場景的亮度資料（例如訊號振幅）以及真實TOF距離測量結果。
在深度攝影機的一個具體實施例中，每一像素偵測器具有相關聯的高速計數器，高速計數器累積時脈脈衝於與TOF直接成比例的一數量中，此TOF係對於系統發射的脈衝從物件點反射回且被所聚焦的像素偵測器偵測到。TOF資料提供對從特定像素至反射所發射光學能量脈衝的物件上一點的距離的直接數位測量。在另一具體實施例中，對每一像素偵測器提供電荷累積器與電子快門，以代替高速時脈電路。快門在光學能量脈衝發射時開啟並在其後關閉，使得每一像素偵測器根據落在相關聯像素偵測器上的返回的光子能量而累積電荷。累計電荷量提供對於往返TOF的直接測量。在任一具體實施例中，TOF資料准許重建被成像的物件的光反射表面的三維拓樸。
振盪器15可受微處理器控制而發射高頻（也許為200 MHz）成分週期性訊號（理想由A·cos(ωt)表示）。發射器21發出在數十毫瓦範圍中的具有低平均及峰值功率的光學能量。此種所發射的訊號允許使用不昂貴的光源，以及較簡單較窄頻寬（例如數百KHz）的像素偵測器40。
在此系統中，將存在相位差φ，此係由於發射器發出的能量（S1=cos(ωt)）橫越過距離z至目標物件22所需的飛行時間（ToF）所導致，以及由陣列30中光偵測器40偵測到的返回能量S2=A·cos(ωt+φ)，其中A代表偵測到的反射訊號的亮度且可被使用像素偵測器接收到的相同返回訊號個別測量。
第1B圖與第1C圖繪製相位差φ與飛行時間之間的關係，再次為了容易說明而假定弦波波形。在一種替代性作法中使用方波。波形的週期為T=2π/ω。由於飛行時間產生的相位差φ為：φ=2·ω·z/C=2·(2πf)·z/C，其中C為光速（每秒三十萬公里）。因此，從能量發射器（且從偵測器陣列）至目標物件的距離z由下式給定：z=φ·C/2ω=φ·C/{2·(2πf)}。
第1B圖繪製示例性理想化週期光學能量訊號的高頻成分，在此由cos(ωt)訊號代表。所圖示波形的週期T為T=2π/ω。訊號被繪製為被交流耦接：不存在任何量值偏差。所發射訊號的操作頻率可位於數百MHz範圍中，而平均與峰值發射功率可相當適度，例如小於約50毫瓦或類似者。所發射能量的一部分到達目標物件並被至少部分反射朝向深度攝影機而被偵測到。
第1C圖繪製所發射波形的返回版本，標註為A·cos(ωt+φ)，其中A為衰減係數，而φ為能量從’496發明橫越至目標物件的飛行時間（TOF）所造成的相位差。對於飛行時間的瞭解，提供了從目標物件上一點至偵測器陣列中的接收像素偵測器的距離z。
3D深度攝影機系統的另一範例，可包含結構化光深度攝影機，具有近紅外線投射圖樣以及經配置以在這些波長下操作的一般CMOS影像感測器。
感測器將入射光轉換成電流，可量測此電流以偵測對物件的距離。
調變對比的一種簡化定義為(Sin–Sout)/(Sin+Sout)，其中Sin為在反射調變光與參考調變訊號同相（in phase）時所偵測到的來自感測器的光訊號，而Sout為在反射調變光與參考調變訊號異相（out of phase）時所偵測到的來自感測器的光訊號。在調變對比較高時，深度測量的變異較低。光敏度一般而言代表根據入射光提升量的電流提升量。量子效率可測量感測器光敏度，且量子效率被定義為感測器所收集的電荷載子量對照亮感測器的給定能量的光子量的比例。
在較高頻率下的較高調變對比以及較佳光敏度，產生較佳的萃取深度品質、較大的深度作業範圍以及較低的消耗功率。本文提供的技術改良了調變對比與光敏度，而並未顯著提升成本或複雜度。
通常而言，在基板中製造CMOS影像感測器，在基板中基板上部為具有相對低度摻雜度的外延層。外延層一般而言為感測器的光敏半導體層。未在此外延層中被吸收的入射光輻射被視為損失的光學能量。此外延層的長度可例如為數微米（1-10 um）同時在長波長（紅、近紅外線與紅外線）下的光學吸收深度可少至數十微米。因此，大部分的標準CMOS影像感測器遭受到在這些長波長下的較低光敏度（量子效率）的不良影響。本文提供的技術解決了這些問題以及其他問題。
在一個態樣中，CMOS影像感測器在像素外延層中包含整合式STI結構，整合式STI結構改良了感測器的光敏度（量子效率）。在一種作法中，此CMOS影像感測器可經配置為飛行時間感測器，以測量物件與感測器之間的深度。
一個問題為由於介面陷阱，在氧化物與矽之間的介面處可產生暗電流。對於溝槽，側壁即為此種介面。為了避免基板中的暗電流，由摻雜物在特定摻雜位準下鈍化STI結構的壁。此最小化了否則將被STI結構引發的暗電流。
所達成的改良的光敏度，可適用於任何類型的CMOS光偵測器，且特定而言，可適用於對於紅與近紅外線波長的任何CMOS影像感測器，其中矽吸收半路徑長度要比基板外延層部分（用於在影像感測器晶圓中偵測光）長得多。半路徑長度為其中入射光量值被減少一半的外延層厚度。換言之，在其中入射光未被高度衰減的外延層部分中達成了改良的光敏度。
藉由在光偵測器區域內使用一維與二維STI結構，技術增強了飛行時間影像感測器與其他CMOS影像感測器在紅與近紅外線波長下的光敏度。此STI結構包含由標準CMOS製程製造的絕緣介電材料。STI結構的第一折射率不同於周遭外延層的第二折射率。再者，STI結構可包含具有第一介電常數的介電材料，同時光敏半導體層的外延層（圍繞STI結構）具有不同於第一介電常數的第二介電常數。因此，STI結構作為1-D或2-D光柵，光柵繞射、折射及（或）反射外延層內的入射光輻射，允許像素中的光敏層中的光學能量重分佈。再者，在STI光柵結構周圍區域中觀察到增強的光學產生。
改良飛行時間像素的調變對比的其他作法，包含修改光偵測器區域內的摻雜濃度與摻雜分佈，以最大化光偵測器內的不同光產生載子收集節點之間的電場對比。載子收集節點可例如為PN光電二極體、PIN光電二極體、釘扎光電二極體或光電閘（photogate）。PN二極體為基於PN接面的半導體二極體類型。二極體僅在一個方向傳導電流，且二極體係由將p型半導體層與n型半導體層接合而製成。PIN二極體為在p型半導體與n型半導體區域之間具有未摻雜寬本徵半導體區域的二極體。p型與n型區域通常被重度摻雜，因為他們用於歐姆接觸。寬本徵區域係相對於通常的PN二極體。釘扎光電二極體具有p+/n/p區域。特定而言，釘扎光電二極體在P型外延基板層上在N型擴散層中具有淺P+植入。釘扎代表費米位準釘扎，例如釘扎至特定電壓位準。光電閘為使用MOS（金屬—氧化物—半導體）電容器的電壓引發接面。電壓被施加至經摻雜多晶矽閘極，此閘極作為金屬以在矽基板中引發電位井。
改良飛行時間像素的調變對比的另一作法，涉及藉由最佳化外延層中的摻雜輪廓的梯度，來致能整體外延層內光產生載子的快速收集。改良光敏度的作法，包含提升外延層厚度而不顯著減少調變對比。本文提供的技術可與這些其他作法分離使用或一起使用。
所提供的技術相容於互補式金屬氧化物半導體（CMOS）製造程序。CMOS為用於建置積體電路的科技。因此，可使用包含用於邏輯功能的金屬氧化物半導體場效電晶體（MOSFETs）的CMOS電路來實施CMOS影像感測器。
所提供的技術藉由在光電偵測器內的不同光產生載子收集節點之間的區域中引入STI區域，而增強飛行時間影像感測器的調變對比，其中STI結構為幫助調變對比的實體屏障，同時允許電場線穿過STI結構。此外，所提供的技術同時增強了飛行時間感測器中的對比與光敏度，而產生較高效能的裝置。
STI結構並未大量提升光偵測器暗電流，因為STI結構被鄰接STI結構壁的基板部分中的充足摻雜量充分地鈍化。係由原始影像感測器設計的自然摻雜輪廓，或未影響影像感測器設計的額外摻雜輪廓，導致STI側壁的鈍化。
影像感測器的調變對比可依影像感測器的活躍光偵測器區域量成比例提升，此活躍光偵測器區域量係由STI結構消耗。可使用正面或背面照明來製造影像感測器。影像感測器可具有不同數量的閘極電極（諸如兩個、四個、六個或八個），使得偵測器區域不同但達成相同的高調變頻率。在一種可能的作法中，閘極電極可為多晶矽並像是手指般延長，跨基板平行於彼此而延伸。
影像感測器可為使用飛行時間或其他作法（諸如立體視覺或結構化光）操作的CMOS影像感測器。
STI結構對於基板偵測器區域內的載子（電子與電洞）移動為完整實體屏障。在閘極電極之間使用此實體屏障而非摻雜屏障，可協助影像感測器的設計。此外，STI結構對於閘極電極引發的電場線為通透的，因此電場線在外延層中可穿透得較深，致能較強且較深的調變電場。再者，STI結構減少了基板上表面的部分，此部分為對於閘極氧化層的介面。因此，相關聯於此種介面的問題被減少。例如，介面陷阱在基板中可造成不良的引發電場並造成不穩定的作業，特別是在影像感測器被初始電力開啟時。
再者，基板上表面的減少區域，允許電場線在基板中調變得更佳且更深，特別是對於紅與紅外線波長光而言。因此，基板表面處的STI結構區域越大，影像感測器的調變對比越佳。
此外，STI結構與矽基板表面之間的介電常數中的對比，在基板內產生紅與紅外線波長的高對比光柵效應。此強光柵效應造成基板中的光能量重分佈，從而在閘極電極附近產生較多光電載子。因此，在所製造晶片中觀察到的總體光敏度提升，已被測量到為多了10至15%。再者，光學模擬已展示了在晶圓表面附近的增強的光學產生，以及在深基板中的稍微較少的光學產生，相較於類似的非STI結構而言。此種STI結構的一維或二維進一步最佳化，可造成影像感測器對於光（具有相對長的波長）的光敏度更加改進。
第1D圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，圖示光敏半導體層111（例如外延層或區域）、光電二極體113、光電閘114、介電絕緣材料110與基板112。典型的CMOS影像偵測器中的截面，顯示將光輻射轉變成電荷的光敏半導體層。電荷隨後被光電二極體或光電閘收集，光電二極體或光電閘將這些這些電荷傳輸成電性訊號，此電性訊號隨後被像素內電路系統處理。介電絕緣材料可包含SiO2。光電二極體可包含n型或p型摻雜，以收集由光產生的電荷。閘極電極被配置為光電閘。光敏半導體層可為基板的外延層。光敏半導體層通常為低度摻雜區域，其中大部分的所吸收的光輻射為有用的（例如可被轉換成電荷）。基板通常為具有較快的光電載子再結合的高度摻雜區域，其中大部分的所吸收的光輻射損失。
第1E圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，顯示光敏半導體層111，其中一個光電二極體被與STI結構整合。第1E圖至第1G圖提供不同的CMOS影像偵測器，此CMOS影像偵測器可或可不為飛行時間影像感測器，顯示具有整合式STI結構的CMOS影像偵測器的光敏半導體層，STI結構具有與周圍外延層不同的介電常數。在第1E圖中，一個光電二極體115（例如PN接面、PIN、釘扎或埋覆式）被與STI結構整合，STI結構的一種範例為STI結構116。
第1F圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，圖示光敏半導體層111，其中不同的光電二極體與STI結構整合。不同的光電二極體（例如PN接面、PIN、釘扎或埋覆式）（一種範例為光電二極體117）與STI結構（包含STI結構116）整合。
第1G圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，圖示光敏半導體層111，其中不同的光閘與摻雜區域被與STI結構整合。不同的光閘（一種範例為光閘118）與摻雜區域（一種範例為摻雜區域119）被與包含STI結構116的STI結構整合。
第2A圖繪製影像感測器中的像素的俯視圖，其中像素包含四個延長型閘極電極以及閘極電極之間的淺溝槽絕緣（STI）結構。此範例使用光電閘作為光產生載子收集節點。可使用其他類型的收集節點以作為替代。飛行時間影像感測器中的像素通常包含兩個、四個或六個閘極電極，這些閘極電極收集由於進入光而在基板中產生的電荷。電荷被閘極電極累積並從每一像素讀出，以判定像素所偵測到的光量。在四個閘極電極的情況中，每一資料框包含在其中獲取電荷的一週期，以及隨後的讀出週期以及資料處理週期。此為飛行時間感測器中的多閘像素的範例。
在此，範例像素200包含活躍光偵測區域201a，其中在接收到光時在基板220（第2B圖）中產生電荷。基板包含外延層220a與下層非外延（或基體（bulk））部分220b。光偵測區域可包含氧化物層201，氧化物層201被沉積在活躍光偵測區域上。再者，分別在基板的p型摻雜區域202b、203b、204b、205b正上方各自提供延長型閘極電極202、203、204、205。每一閘極電極收集到的電荷被選徑（routed）至n+摻雜電荷收集區域202a、203a、204a、205a之一者，從這些電荷收集區域讀出電荷。亦於每一像素中提供電路系統209，以基於電荷的讀出電荷執行邏輯功能並向感測器控制器報告。電路系統可提供時序或時脈訊號至閘極電極，以在指定時間讀出電荷。像素於笛卡兒座標系統的x-y平面中延伸，其中x方向為第一方向而y方向為正交於第一方向的第二方向。
此外，提供STI結構T1、T2、T3、T4、T5。T1與T5在活躍區域以外，位於活躍區域的相對側。再者，T1位於電路系統與活躍區域之間，以將此兩區域彼此隔離。可提供其他STI結構以將鄰接像素彼此隔離。影響像素效能的STI結構為T2、T3與T4。T2延伸於鄰接閘極電極對202與203之間並平行於電極對202與203的基板中。T3延伸於鄰接閘極電極對203與204之間並平行於電極對203與204的基板中。T4延伸於鄰接閘極電極對204與205之間並平行於電極對204與205的基板中。STI結構在y方向中沿著他們的長度具有一致的寬度，其中在此範例中此寬度為x方向中的尺寸。
在此範例中，STI結構僅位於閘極電極之間。亦可能在活躍光偵測區域201a的邊緣處提供STI結構，諸如第2F圖與第2G圖所圖示的。
第2A圖、第2C圖與第2F圖提供一種1-D繞射光柵的範例，同時第2E圖、第2G圖、第2H圖與第2I圖提供一種2-D繞射光柵的範例。
第2B圖繪製第2A圖像素沿著線210的截面圖。閘極電極202、203、204、205被繪製為位於氧化層201上。可分別在每一閘極電極202、203、204、205正下方提供低p型摻雜區域202d、203d、204d、205d。摻雜區域202d為一種第一摻雜區域的範例，而摻雜區域203d為一種第二摻雜區域的範例。在一種作法中，由離子植入提供p型摻雜物。此可例如在沉積氧化層之前完成。電極202與203可分別為第一與第二閘極電極，此第一與第二閘極電極為飛行時間感測器中的多閘像素的電荷收集器。再者，繪製STI結構T2、T3、T4。
外延層被配置為具有摻雜梯度，在外延層中越深摻雜度就越高，而在外延層表面處的摻雜度較低，以提供快得多的電荷收集。
第2C圖繪製影像感測器中的像素200a的俯視圖，其中閘極電極之間的STI結構具有變化的寬度。範例像素200a與第2A圖的像素200不同之處，在於STI結構T2a、T3a、T4a在x方向中具有變化或非一致的寬度。例如，T2a可為第一STI結構，具有在第二方向（y方向）中的週期性變化的寬度。變化寬度可包含相對較寬的部分與相對較窄的部分，其中相對較寬的部分在第二方向中以均等距離與彼此間隔放置。例如，T2a具有相對較寬部分230、232、234、236以及相對較窄部分231、233、235。亦參見第2D圖。變化寬度可提供類繞射效應，類繞射效應由提升入射光在基板中產生的電荷量的方式修改入射光。
第2D圖繪製第2C圖溝槽T2a部分的擴展圖。相對較寬部分234與236在x方向中具有w5寬度。在y方向中，他們的中點以距離d4彼此間隔放置，他們最接近的點以距離d3彼此間隔放置，且他們的長度為d5。相對較窄部分235的寬度為w4＜w5，且在y方向中具有長度d3。
第2E圖繪製另一範例像素200b，其中STI結構在x方向與y方向中彼此間隔放置而形成2D繞射光柵。範例列R1包含STI結構230a、231a、232a、233a。亦繪製了列R2（具有範例STI結構237）與R3（具有範例STI結構238）。在此範例中，STI結構列為一致的，使得對應的STI結構在y方向中以相同位置放置。
第2F圖繪製另一範例像素200c，其中STI結構在x方向中彼此間隔放置以形成1-D繞射光柵，且在鄰接閘極電極之間提供兩個STI結構。在此範例中，STI結構245與246延伸閘極電極202的長度，並位於閘極電極202與溝槽T1之間。STI結構247與248延伸閘極電極202的長度，並位於閘極電極202與203之間。如圖示使用多個溝槽，可對繞射光柵提供較高的週期性。
第2G圖繪製另一範例像素200d，其中STI結構在x方向與y方向中彼此間隔放置以形成2-D繞射光柵，且在鄰接閘極電極之間提供兩列STI結構。範例列R4、R5、R6、R7包含多個STI結構。例如，R6包含STI結構250a、250b、250c、250d。在此範例中，每一列為一致的。第2F圖與第2G圖提供一種範例，其中整合式淺溝槽隔離結構在複數個淺溝槽隔離結構之中，這些淺溝槽隔離結構在基板中被放置在鄰接的光電二極體結構之間或光閘結構之間。
第2H圖繪製另一範例像素200e，其中STI結構在x方向中與彼此間隔放置，並在y方向中具有變化的寬度，以形成2-D繞射光柵，且不同的STI結構列為非一致的。範例STI結構260包含四個寬化區域260a、260b、260c、260d，同時範例STI結構261包含三個寬化區域261a、261b、261c。在此範例中，STI結構260與261為非一致的。每一結構包含不同數量的寬化區域，而鄰接結構260、261的寬化區域在y方向中有偏差。
第2I圖繪製另一範例像素200f，其中STI結構在x方向與y方向中與彼此間隔放置以形成2-D繞射光柵，而不同的STI結構列為非一致的。範例列270、271包含多個STI結構。例如，列270包含四個STI結構270a、270b、270c、270d，而列271包含三個STI結構271a、271b、271c。在此範例中，列為非一致的。例如，鄰接列270、271包含不同數量的STI結構，且STI結構在y方向中有偏差或交錯。
第3A圖繪製第2A圖與第2B圖像素的調變對比對溝槽寬度的圖表。如所提及的，調變常數為對於能夠多良好地分辨較高的高強度光與低強度光的量度。調變對比隨著溝槽寬度提升而變高。一般而言，期望使用較寬的溝槽，但是存在現實上的限制。例如，溝槽不應延伸於閘極電極正下方，因為此將干涉閘極電極的功能。閘極電極之間的距離可為1至2μm，在此情況中，溝槽寬度可為約0.3至0.7 μm，而不影響閘極電極或閘極電極下方的摻雜區域。通常在基板中在閘極電極與溝槽之間維持一間隙。
一般而言，像素的調變對比隨著整合式淺溝槽隔離結構的尺寸（例如寬度及（或）深度（或其他尺寸））而變化，而可最佳化寬度或其他尺寸以獲得最高的調變對比。
第3B圖繪製對於第2A圖與第2B圖像素（圖表300）以及不具有STI結構的對照像素（圖表301）的光學產生相對於基板深度的圖表。一般而言，大部分的光學產生發生在基板上表面附近，諸如在8μm厚的區域中。使用STI結構，存在位於首四或五微米處的額外吸收與光學產生。期望接近表面的電荷濃度為高，因為此處接近收集電荷的閘極電極。STI結構重分佈光能量，使得基板表面附近存在更多光學產生。亦參見第3C圖與第3D圖。光學產生在基板剩餘部分中約為相同，下至距離基板表面約15μm處。
第3C圖繪製對於不具有STI結構的對照像素的基板中光學產生，其中垂直軸為基板深度而沿著水平軸的是水平（x軸）維度。所繪製的資料為在850 nm偵測紅外線光的用於飛行時間或其他的影像感測器。中央區域322具有相對高且一致的光學產生。橫向區域321a與321b具有中度的光學產生，而橫向區域320a與320b具有低度的光學產生。在第3C圖與第3D圖中，圖式上部代表基板上表面。相信越靠近STI結構，光學能量的重分佈就越強。
第3D圖繪製第2A圖與第2B圖像素的基板中的光學產生，其中垂直軸為基板深度而沿著水平軸的是水平（x軸）維度。影像感測器在850 nm偵測紅外線光。STI結構332、333、334（分別對應於STI結構T2、T3、T4）被繪製為位於基板上部，例如在類似於第2A圖的範例像素中。中央區域331具有相對高且非一致的光學產生。特定而言，由於像素中多個STI結構所提供的繞射光柵效應，提供了具有最高強度的良好界定的光束B1、B2、B3、B4。繞射光閘為具有週期性結構的光學部件，此週期性結構將光分裂且繞射成數個以不同方向行進的光束。橫向區域330a與330b具有中度的光學產生。
如所繪製的，STI結構的高度比基板區域（其中接收光並產生電荷）的高度小得多。
第4圖繪製用於製造包含第2A圖像素的影像感測器的程序。亦可能使用其他範例製程。步驟400包含在矽基板（諸如第2B圖中繪製的）上形成非常低度摻雜的p型外延層。在一種作法中，下層部分為重度摻雜的p型，且摻雜物濃度為約1-5*10^18/cm3且厚度為數百μm等級。外延層的一範例厚度為約20μm，而摻雜物濃度約為10^16與5x10^17/cm3之間。此外延層幾乎為本徵的。
步驟401包含在外延層中在閘極電極位置處植入低度p型摻雜區域。亦參見第5A圖。範例摻雜濃度為_5x10^14/cm3。範例摻雜物為硼。在施加正電壓至閘極電極時，這些低度p型摻雜區域中發生電荷收集。步驟402包含在基板上提供具有50埃範例厚度的薄閘極氧化層（例如SiO2）、氮化層以及光阻層。亦參見第5B圖。例如，閘極氧化層可被使用化學氣相沉積（CVD）來沉積或在外延層上生長，藉由使區域暴露至氧。步驟403包含執行圖樣化以在外延層中形成溝槽。亦參見第5C圖。步驟404包含移除光阻劑、執行襯底氧化（liner oxidation）並沉積氧化層以填充溝槽。襯底氧化涉及於在溝槽中生長熱氧化物，並在薄氧化物襯底形成後停止。亦參見第5D圖。步驟405涉及移除過量氧化物（例如使用化學機械研磨（CMP））並移除剩餘的氮化物。亦參見第5E圖。步驟406涉及加熱（例如退火）基板，使摻雜物從低度p型摻雜區域朝向溝槽擴散，以鈍化溝槽壁。亦參見第5E圖。一般而言，摻雜物擴散至足以鈍化大部分溝槽壁的程度。此步驟指示光敏半導體層內的摻雜物經配置以鈍化整合式淺溝槽隔離結構的側壁，而產生低暗電流像素。
步驟407涉及沉積多晶矽閘極層（可為n型摻雜）以及光阻層。亦參見第5F圖。步驟408涉及圖樣化以在閘極氧化層上形成多晶矽閘極電極。亦參見第5G圖。步驟409涉及在閘極電極與溝槽上，以及在閘極氧化層的部分上沉積介電材料。亦參見第5H圖。例如，介電材料亦可為SiO2，但厚於閘極氧化層。在另一範例中，介電材料為氮化物。閘極氧化物與介電材料通常為未摻雜。步驟410包含在介電材料上提供微透鏡。亦參見第5H圖。
所提供的步驟僅為範例，可能存在其他實施例。
一種更一般的製造具有改良光敏度的CMOS影像感測器的方法，包含以下步驟：在基板的外延部分的上表面上提供氧化層；提供淺溝槽隔離結構，淺溝槽隔離結構作為在氧化層與基板之間的介面層處的光柵；提供單一或多個光電二極體結構或光閘結構；以及在多個光電二極體結構或光閘結構與氧化層上提供介電材料。
在此方法中，淺溝槽隔離結構被放置於單一光電二極體結構內或在複數個淺溝槽隔離結構之中，複數個淺溝槽隔離結構被放置為在基板中與光電二極體結構或光閘結構交替。
淺溝槽隔離結構可作為光柵以在介面層處對入射光進行下列之至少一者：繞射、折射或反射，並使入射光在感測器的基板的外延部分內重分佈。
方法可進一步包含以下步驟：在基板的外延部分中植入摻雜物以形成摻雜區域；以及加熱基板，以使摻雜區域的摻雜物橫向擴散於淺溝槽隔離結構的基板的外延部分中。
一種更一般的製造具有改良調變對比的CMOS飛行時間影像感測器的方法，包含以下步驟：在基板的外延部分的上表面上提供氧化層；提供多個光電二極體結構或光閘結構；提供淺溝槽隔離結構，淺溝槽隔離結構作為對於光電二極體結構或光閘結構之間的電荷動作的實體屏障；以及在光電二極體結構或光閘結構與氧化層上提供介電材料。
在範例實施例中，整合式淺溝槽隔離結構在複數個淺溝槽隔離結構之中，複數個淺溝槽隔離結構被放置為在基板中與光電二極體結構或光閘結構交替。
在另一範例實施例中，整合式淺溝槽隔離結構在複數個淺溝槽隔離結構之中，複數個淺溝槽隔離結構被放置為在基板中在鄰接的光電二極體結構或光閘結構之間。
第5A圖根據第4圖步驟401繪製像素截面圖。低度p型摻雜區域102d、103d、104d、105d可被分別提供在每一閘極電極102、103、104、105位置的正下方。基板120包含外延層120a與非外延層120b。
第5B圖根據第4圖步驟402繪製像素截面圖。提供閘極氧化層500，以及隨後的氮化層501與光阻層502。
第5C圖根據第4圖步驟403繪製像素截面圖。根據光罩圖樣化光阻層以在光阻層中產生開口，這些開口與要蝕刻溝槽的基板位置對齊。接著，在一種可能的作法中，透過開口蝕刻氮化層、閘極氧化層與基板，產生溝槽T2、T3與T4。
第5D圖根據第4圖步驟404繪製像素截面圖。在溝槽中生長氧化襯底，諸如T2中的氧化襯底510。接著，沉積氧化物503，填充溝槽並溢出而使得過量氧化物被沉積在氮化層部分上。
第5E圖根據第4圖步驟405與406繪製像素截面圖。移除過量氧化物，隨後移除剩餘氮化物，暴露出閘極氧化層500與溝槽T2、T3、T4中各自沉積的氧化物503a、503b、503c。如圖示，所沉積的氧化物部分可延伸至基板上表面之上。此外，加熱步驟使得摻雜物在基板中擴散，使得一部分的摻雜物到達溝槽壁（包含側壁且也許包含下壁）。加熱亦活化摻雜物。低度p型摻雜區域102d、103d、104d、105d延伸以分別成為摻雜區域102c、103c、104c、105c。
第5F圖根據第4圖步驟407繪製像素截面圖。繪製了多晶矽閘極層520與光阻層521。
第5G圖根據第4圖步驟408繪製像素截面圖。根據光罩圖樣化光阻層以在光阻層中產生開口，這些開口與要移除的閘極電極層部分對齊。接著，透過開口蝕刻閘極電極層，產生閘極電極102、103、104、105。隨後移除光阻層521a、521b、521c、521d。
第5H圖根據第4圖步驟409與410繪製像素530截面圖。沉積介電材料531以覆蓋閘極電極與溝槽，並在介電層上提供微透鏡532。
第5I圖繪製第5H圖像素部分的擴展圖。範例溝槽T2具有側壁540（一個側壁）與541（另一側壁）以及下壁542。從基板表面至下壁的溝槽高度為d1。從基板表面至摻雜區域底部的摻雜區域103c高度為d2，d2可大於或小於d1。溝槽上部寬度為w1。距離w2分離溝槽上部與閘極電極103。距離w3為鄰接的溝槽T2與T3中點之間在x方向中的距離。注意到圖式並非必須依比例繪製。
參照第2C圖與第5I圖，此為在第一方向（x方向）中由第一距離（w3）與彼此間隔放置的矽基板的複數個淺溝槽隔離結構（T2至T4），其中複數個STI結構的每一STI結構在第二方向（y方向，正交於第一方向）中具有變化的寬度（w4、w5）。再者，變化寬度包含相對較寬的部分（230、232、234、236）與相對較窄的部分（231、233、235），且相對較寬的部分由第二距離（d3或d4）在第二方向中與彼此間隔放置。
此亦為在像素的複數個閘極電極間STI結構（T2至T4）的第一STI結構（T2）的範例，其中複數個閘極電極間STI結構在該基板的該外延層中，並由相等量（w3）在第一方向中與彼此間隔放置。
第6A圖繪製在正面照明設計中的範例像素，其中STI結構在外延層面向微透鏡的一側上。像素600包含微透鏡601、介電絕緣材料610、包含金屬互連結602與603以及閘極電極611、在外延層620面向微透鏡的一側615上的STI結構621、以及非外延性基板625。在正面照明情況中，STI結構在傳輸模式中將入射光繞射與折射。
第6B圖繪製在背面照明設計中的範例像素，其中STI結構在外延層背對微透鏡的一側上。像素630包含微透鏡601a、介電絕緣材料610、包含金屬互連結602a與603a以及閘極電極611、在外延層620背對微透鏡的一側615上的STI結構621、以及支撐像素的基板承載晶圓631。在背面照明情況中，STI在反射模式中將入射光繞射與折射。再者，金屬互連結602a與603a可在外延層620後面延伸而不阻擋入射光。在正面與背面情況兩者中，光學光能量被重分佈於外延層內，且觀察到更多光學產生。相較於正面情況，背面情況中可看到更多改良，因為由於微透鏡與外延層之間不存在金屬互連結，更多入射光可到達光敏半導體層。
為了形成背面裝置，具有包含STI結構的外延層與介電層的原始基板（諸如第6A圖中的基板625），可在介電層處附接至基板承載晶圓631。隨後可藉由研磨以及濕式蝕刻在薄化製程中移除原始基板。
第6C圖繪製在另一範例背面照明設計中的範例像素，其中STI結構621在外延層背向微透鏡的一側615上，且額外STI結構622在外延層面向微透鏡601a的一相對側616上。額外STI結構622可幫助在外延層620內重分佈光學光能量。
此為一種範例像素660，像素660經配置處於背面照明條件且具有整合式微透鏡601a，其中整合式淺溝槽隔離結構位於複數個整合式淺溝槽隔離結構621之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構621被提供在外延層620背對微透鏡的一側615上，額外整合式淺溝槽隔離結構位於複數個整合式淺溝槽隔離結構622之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構622被提供在外延層面向微透鏡的一相對側616上，並使用CMOS製程製造額外整合式淺溝槽隔離結構以改良像素光敏度。此作法是較佳的，因為STI結構621在反射模式中將入射光繞射與折射，同時STI結構622在傳輸模式中將入射光繞射與折射。
一般而言，外延層620可包含STI結構621但不包含STI結構622、可包含STI結構622但不包含STI結構621、或可包含STI結構621與622兩者。
第7A圖繪製在範例正面照明設計中藉由加入STI結構的外延層中的光學產生（OG）或吸收重分佈的圖表。結果係來自數值光學模擬。在第7A圖與第7C圖中，水平軸繪製x方向中的尺寸（例如在外延層中為橫向的），垂直軸繪製外延層中的深度而陰影繪製OG。相對高OG的區域在x方向中週期性出現於第一深度D1與第二較低深度D2。區域在x方向中為窄的而在y方向中為相對長。OG代表從光學能量的量中獲得的電性能量的量。
第7B圖繪製與第7A圖一致的由於STI結構所改良的量子效率（QE）的圖表。在第7B圖與第7D圖中，水平軸繪製x方向中的尺寸，垂直軸繪製外延層中的深度而陰影繪製QE。觀察到低於特定深度D3的QE要比高於深度D3的QE來得相對較高。
第7C圖繪製在另一範例正面照明設計中藉由加入STI結構的外延層中的光學產生的重分佈的圖表。相對高OG的區域一般而言在外延層中對角地且垂直地延伸。
第7D圖繪製與第7C圖一致的由於STI結構所改良的量子效率的圖表。觀察到低於深度D3的QE要比高於深度D3的QE來得相對較高。
第7E圖繪製吸收相對於波長的圖表，圖示由於STI結構的吸收提升。圖表750代表具有多晶矽閘極電極與STI結構的像素的情況。圖表751代表具有多晶矽閘極電極但不具有STI結構的像素的情況。可觀察到吸收顯著提升。
因此，可看到在一種作法中，一種CMOS影像感測器（例如一像素）包含：光敏半導體層，光敏半導體層包含外延層，外延層包含一或更多個光電二極體或光閘以將入射光轉換成電荷；一或更多個像素電荷收集節點，一或更多個像素電荷收集節點經配置以收集電荷；以及整合式淺溝槽隔離結構，整合式淺溝槽隔離結構經配置以在光敏半導體層的介面處，藉由下列之至少一者修改入射光：繞射、折射或反射，以在光敏半導體層內重分佈入射光，以改良像素的光敏度。
整合式淺溝槽隔離結構包含介電材料，介電材料具有第一介電常數；圍繞整合式淺溝槽隔離結構的光敏半導體層具有第二介電常數，第二介電常數不同於第一介電常數；以及整合式淺溝槽隔離結構與光敏半導體層提供光柵。
整合式淺溝槽隔離結構與光敏半導體層提供光柵；以及光柵經配置以在光柵的介面層對入射光進行下列之至少一者：繞射、折射或反射。
在光敏半導體層內的摻雜物可經配置以鈍化整合式淺溝槽隔離結構的側壁，而產生低暗電流像素。
整合式淺溝槽隔離結構可在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構係由CMOS製程製造並經配置為一維或二維光柵，以在光敏半導體層內重分佈入射光。
整合式淺溝槽隔離結構可在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構被設置成一致或非一致的複數列。
像素可經配置為正面照明條件或背面照明條件、具有或不具有整合式微透鏡。
像素可經配置為背面照明條件、具有整合式微透鏡；整合式淺溝槽隔離結構可在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在外延層背對整合式微透鏡的一側上；以及額外整合式淺溝槽隔離結構，額外整合式淺溝槽隔離結構在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在外延層面向整合式微透鏡的相對側上。
像素可經配置為背面照明條件、具有整合式微透鏡；以及整合式淺溝槽隔離結構可在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在外延層背對整合式微透鏡的一側上。
像素可經配置為背面照明條件、具有整合式微透鏡；以及整合式淺溝槽隔離結構可在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在外延層面向整合式微透鏡的一側上。
外延層可經配置為具有摻雜梯度，在外延層中越深摻雜度就越高，而在外延層的表面處摻雜度較低，以提供較快的電荷收集。
像素可經配置為使用於飛行時間感測器中；其中整合式淺溝槽隔離結構可經配置為對於像素中的不同光閘或光電二極體之間的電荷移動的實體屏障，而產生較高的調變對比。
像素可經配置為使用於飛行時間感測器中；以及像素的調變對比隨著整合式淺溝槽隔離結構的尺寸（寬度及（或）深度）而變化，且尺寸係對於最高的調變對比來最佳化。
在另一作法中，一種製造具有改良光敏度的CMOS影像感測器的方法，包含以下步驟：在基板的外延部分的上表面上提供氧化層；提供淺溝槽隔離結構，淺溝槽隔離結構作為在氧化層與基板之間的介面層處的光柵；提供單一或多個光電二極體結構或光閘結構；以及在多個光電二極體結構或光閘結構與氧化層上提供介電材料。
淺溝槽隔離結構可被放置於單一光電二極體結構內或可在複數個淺溝槽隔離結構之中，複數個淺溝槽隔離結構被放置為在基板中與光電二極體結構或光閘結構交替。
方法可進一步包含以下步驟：在基板的外延部分中植入摻雜物以形成摻雜區域；以及加熱基板，以使摻雜區域的摻雜物橫向擴散於淺溝槽隔離結構的基板的外延部分中。
淺溝槽隔離結構可在複數個淺溝槽隔離結構之中，複數個淺溝槽隔離結構被放置在基板中鄰接的光電二極體結構或光閘結構之間。
在另一作法中，一種製造具有改良光敏度的CMOS影像感測器的構件，包含：提供氧化層構件，用於在基板的外延部分的上表面上提供氧化層；提供淺溝槽隔離結構，淺溝槽隔離結構作為在氧化層與基板之間的介面層處的光柵；提供光電二極體結構或光閘結構構件，用於提供單一或多個光電二極體結構或光閘結構；以及提供介電材料構件，用於在多個光電二極體結構或光閘結構與氧化層上提供介電材料。
上文對於本科技的詳細說明，係為了圖示說明與描述的目的而被呈現。此等說明並非意為窮舉性的，也非意為將科技限制為所揭示的精確形式。參考上文教示內容，可能存在許多修改與變異。所說明的具體實施例，被選為最佳地解釋科技的原理以及實際應用，以使得其他在領域中具有通常知識者能夠最佳地利用科技於各種具體實施例中，並作成適合用於所思及之特定用途的各種修改。本科技的範圍，意為由附加申請專利範圍來界定。
10‧‧‧深度攝影機
12‧‧‧積體電路（IC）
15‧‧‧振盪器
21‧‧‧發射器
22‧‧‧目標物件
25‧‧‧透鏡
30‧‧‧像素偵測器二維陣列
35‧‧‧孔徑視場光闌與透鏡
40‧‧‧像素偵測器
50‧‧‧專屬電路系統
60‧‧‧微處理器或微控制器單元
70‧‧‧記憶體
80‧‧‧高速重分配式時脈
90‧‧‧輸入/輸出（I/O）電路系統
110‧‧‧介電絕緣材料
111‧‧‧光敏半導體層
112‧‧‧基板
113‧‧‧光電二極體
114‧‧‧光電閘
115‧‧‧光電二極體
116‧‧‧淺溝槽隔離（STI）結構
117‧‧‧光電二極體
118‧‧‧光閘
119‧‧‧摻雜區域
200-200f‧‧‧範例像素
201‧‧‧氧化物層
201a‧‧‧活躍光偵測區域
202‧‧‧延長型閘極電極
202a‧‧‧n+摻雜電荷收集區域
202b‧‧‧p型摻雜區域
202d‧‧‧低p型摻雜區域
203‧‧‧延長型閘極電極
203a‧‧‧n+摻雜電荷收集區域
203b‧‧‧p型摻雜區域
203d‧‧‧低p型摻雜區域
204‧‧‧延長型閘極電極
204a‧‧‧n+摻雜電荷收集區域
204b‧‧‧p型摻雜區域
204d‧‧‧低p型摻雜區域
205‧‧‧延長型閘極電極
205a‧‧‧n+摻雜電荷收集區域
205b‧‧‧p型摻雜區域
205d‧‧‧低p型摻雜區域
209‧‧‧電路系統
210‧‧‧截面圖線
220‧‧‧基板
220a‧‧‧外延層
220b‧‧‧下層非外延部分
T1-T5‧‧‧STI結構
R4-R7‧‧‧列
230‧‧‧相對較寬的部分
230a‧‧‧STI結構
231‧‧‧相對較窄的部分
231a‧‧‧STI結構
232‧‧‧相對較寬的部分
232a‧‧‧STI結構
233‧‧‧相對較窄的部分
233a‧‧‧STI結構
234‧‧‧相對較寬的部分
235‧‧‧相對較窄的部分
236‧‧‧相對較寬的部分
237-248 ‧‧‧STI結構
250a-250d‧‧‧STI結構
260‧‧‧STI結構
260a‧‧‧寬化區域
260b‧‧‧寬化區域
260c‧‧‧寬化區域
260d‧‧‧寬化區域
261‧‧‧STI結構
261a‧‧‧寬化區域
261b‧‧‧寬化區域
261c‧‧‧寬化區域
270‧‧‧列
270a‧‧‧STI結構
270b‧‧‧STI結構
270c‧‧‧STI結構
270d‧‧‧STI結構
271‧‧‧列
271a‧‧‧STI結構
271b‧‧‧STI結構
271c‧‧‧STI結構
R1-R3‧‧‧列
T2a‧‧‧溝槽
d3‧‧‧距離
d4‧‧‧距離
d5‧‧‧長度
w4‧‧‧寬度
w5‧‧‧寬度
300‧‧‧圖表
301‧‧‧圖表
320a‧‧‧橫向區域
320b‧‧‧橫向區域
321a‧‧‧橫向區域
321b‧‧‧橫向區域
322‧‧‧中央區域
330a‧‧‧橫向區域
330b‧‧‧橫向區域
331‧‧‧中央區域
332‧‧‧STI結構
333‧‧‧STI結構
334‧‧‧STI結構
B1-B4‧‧‧光束
400-410‧‧‧步驟
120‧‧‧基板
120a‧‧‧外延層
120b‧‧‧非外延層
102‧‧‧閘極電極
102c‧‧‧摻雜區域
102d‧‧‧低度p型摻雜區域
103‧‧‧閘極電極
103c‧‧‧摻雜區域
103d‧‧‧低度p型摻雜區域
104‧‧‧閘極電極
104c‧‧‧摻雜區域
104d‧‧‧低度p型摻雜區域
105‧‧‧閘極電極
105c‧‧‧摻雜區域
105d‧‧‧低度p型摻雜區域
500‧‧‧閘極氧化層
501‧‧‧氮化層
502‧‧‧光阻層
503‧‧‧氧化物
503a‧‧‧氧化物
503b‧‧‧氧化物
503c‧‧‧氧化物
510‧‧‧氧化襯底
520‧‧‧多晶矽閘極層
521‧‧‧光阻層
521a‧‧‧光阻層
521b‧‧‧光阻層
521c‧‧‧光阻層
521d‧‧‧光阻層
530‧‧‧像素
531‧‧‧介電材料
532‧‧‧微透鏡
540‧‧‧側壁
541‧‧‧另一側壁
542‧‧‧下壁
600‧‧‧像素
601‧‧‧微透鏡
601a‧‧‧微透鏡
602‧‧‧金屬互連結
602a‧‧‧金屬互連結
603‧‧‧金屬互連結
603a‧‧‧金屬互連結
610‧‧‧介電絕緣材料
611‧‧‧閘極電極
615‧‧‧微透鏡的一側
616‧‧‧微透鏡的一相對側
620‧‧‧外延層
621‧‧‧STI結構
622‧‧‧整合式淺溝槽隔離結構
625‧‧‧非外延性基板
630‧‧‧像素
631‧‧‧基板承載晶圓
D1-D3‧‧‧深度
750‧‧‧圖表
751‧‧‧圖表
在圖式中，具有類似編號的元件對應於彼此。
第1A圖繪製範例深度攝影機，此深度攝影機使用諸如本文所說明的影像感測器。
第1B圖繪製第1A圖深度攝影機中的示例性理想化週期性光能量訊號的高頻成分。
第1C圖繪製第1A圖深度攝影機中的所發射波形的傳回版本。
第1D圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，圖示光敏半導體層111、光電二極體113、光電閘114、介電絕緣材料110以及基板112。
第1E圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，圖示光敏半導體層111，其中一個光電二極體與STI結構整合。
第1F圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，圖示光敏半導體層111，其中不同的光電二極體與STI結構整合。
第1G圖繪製CMOS影像感測器的截面圖，圖示光敏半導體層111，其中不同的光電閘與摻雜區域與STI結構整合。
第2A圖繪製影像感測器中的像素俯視圖，其中像素包含四個延長型閘極電極以及閘極電極之間的淺溝槽隔離（STI）結構，以及用於1-D繞射光柵的STI結構。
第2B圖繪製第2A圖像素沿著線210的截面圖。
第2C圖繪製影像感測器中像素的俯視圖，其中閘極電極之間的STI結構具有變化的寬度，以形成2-D繞射光柵，且STI結構的不同列為一致的。
第2D圖繪製第2C圖溝槽T2a的一部分的擴展圖。
第2E圖繪製像素的另一範例，其中STI結構被於x方向與y方向中彼此間隔放置，以形成2-D繞射光柵。
第2F圖繪製像素的另一範例，其中STI結構被在x方向中彼此間隔放置，以形成1-D繞射光柵，且兩個STI結構被提供於鄰接的閘極電極之間。
第2G圖繪製像素的另一範例，其中STI結構被在x方向與y方向中彼此間隔放置，以形成2-D繞射光柵，且兩列STI結構被提供於鄰接的閘極電極之間。
第2H圖繪製像素的另一範例，其中STI結構被在x方向中彼此間隔放置，且在y方向中具有變化寬度，以形成2-D繞射光柵，且不同列的STI結構為非一致。
第2I圖繪製像素的另一範例，其中STI結構被在x方向與y方向中彼此間隔放置以形成2-D繞射光柵，且不同列的STI結構為非一致。
第3A圖繪製對於第2A圖與第2B圖像素的調變對比相對於溝槽寬度的圖表。
第3B圖繪製對於第2A圖與第2B圖像素以及不具有STI結構的對照像素的光學產生相對於基板深度的圖表。
第3C圖繪製對於不具有STI結構的對照像素的基板中光學產生，其中垂直軸為基板深度而沿著水平軸的是水平（x軸）維度。
第3D圖繪製第2A圖與第2B圖像素的基板中的光學產生，其中垂直軸為基板深度而沿著水平軸的是水平（x軸）維度。
第4圖繪製用於生產影像感測器（包含第2A圖的像素）的程序。
第5A圖繪製根據第4圖步驟401的像素的截面圖。
第5B圖繪製根據第4圖步驟402的像素的截面圖。
第5C圖繪製根據第4圖步驟403的像素的截面圖。
第5D圖繪製根據第4圖步驟404的像素的截面圖。
第5E圖繪製根據第4圖步驟405與406的像素的截面圖。
第5F圖繪製根據第4圖步驟407的像素的截面圖。
第5G圖繪製根據第4圖步驟408的像素的截面圖。
第5H圖繪製根據第4圖步驟409與410的像素的截面圖。
第5I圖繪製第5H圖像素的一部分的擴展圖。
第6A圖繪製在正面照明設計中的範例像素，其中STI結構在外延層面向微透鏡的一側上。
第6B圖繪製在背面照明設計中的範例像素，其中STI結構在外延層背對微透鏡的一側上。
第6C圖繪製在另一範例背面照明設計中的範例像素，其中STI結構在外延層背向微透鏡的一側上並在外延層面向微透鏡的一相對側上。
第7A圖繪製在範例正面照明設計中藉由加入STI結構的外延層中的光學產生或吸收重分佈的圖表。
第7B圖繪製與第7A圖一致的由於STI結構所改良的量子效率的圖表。
第7C圖繪製在另一範例正面照明設計中藉由增加STI結構的外延層中的光學產生（吸收）的重分佈的圖表。
第7D圖繪製與第7C圖一致的由於STI結構所改良的量子效率的圖表。
第7E圖繪製吸收相對於波長的圖表，圖示由於STI結構的吸收提升。
國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無
國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無
(請換頁單獨記載) 無
201‧‧‧氧化物層
202‧‧‧延長型閘極電極
202d‧‧‧低p型摻雜區域
203‧‧‧延長型閘極電極
203d‧‧‧低p型摻雜區域
204‧‧‧延長型閘極電極
204d‧‧‧低p型摻雜區域
205‧‧‧延長型閘極電極
205d‧‧‧低p型摻雜區域
220‧‧‧基板
220a‧‧‧外延層
220b‧‧‧下層非外延部分

Claims (20)

  1. 一種CMOS影像感測器，包含： 一光敏半導體層，該光敏半導體層包含一外延層，該外延層包含一或更多個光電二極體或光閘以將入射光轉換成電荷；一或更多個像素電荷收集節點，該一或更多個像素電荷收集節點經配置以收集電荷；以及一整合式淺溝槽隔離結構，該整合式淺溝槽隔離結構經配置以在該光敏半導體層的一介面處，藉由下列之至少一者修改該入射光：繞射、折射或反射，以在該光敏半導體層內重分佈該入射光，以改良一像素的一光敏度。
  2. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該整合式淺溝槽隔離結構包含一介電材料，該介電材料具有一第一介電常數；圍繞該整合式淺溝槽隔離結構的該光敏半導體層具有一第二介電常數，該第二介電常數不同於該第一介電常數；以及該整合式淺溝槽隔離結構與該光敏半導體層提供一光柵。
  3. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該整合式淺溝槽隔離結構與該光敏半導體層提供一光柵；以及該光柵經配置以在該光柵的介面層對該入射光進行下列之至少一者：繞射、折射或反射。
  4. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，該CMOS影像感測器進一步包含： 在該光敏半導體層內的一摻雜物，該摻雜物經配置以鈍化該整合式淺溝槽隔離結構的側壁，而產生一低暗電流像素。
  5. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該整合式淺溝槽隔離結構在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，該複數個整合式淺溝槽隔離結構係由一CMOS製程製造並經配置為一一維或二維光柵，以在該光敏半導體層內重分佈該入射光。
  6. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該整合式淺溝槽隔離結構在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，該複數個整合式淺溝槽隔離結構被設置成一致或非一致的複數列。
  7. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該像素經配置為一正面照明條件或一背面照明條件、具有或不具有一整合式微透鏡。
  8. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該像素經配置為一背面照明條件、具有一整合式微透鏡；該整合式淺溝槽隔離結構在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，該複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在該外延層背對該整合式微透鏡的一側上；以及一額外整合式淺溝槽隔離結構，該額外整合式淺溝槽隔離結構在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，該複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在該外延層面向該整合式微透鏡的一相對側上。
  9. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該像素經配置為一背面照明條件、具有一整合式微透鏡；以及該整合式淺溝槽隔離結構在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，該複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在該外延層背對該整合式微透鏡的一側上。
  10. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該像素經配置為一背面照明條件、具有一整合式微透鏡；以及該整合式淺溝槽隔離結構在複數個整合式淺溝槽隔離結構之中，該複數個整合式淺溝槽隔離結構被提供在該外延層面向該整合式微透鏡的一側上。
  11. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該外延層經配置為具有一摻雜梯度，在該外延層中越深摻雜度就越高，而在該外延層的一表面處摻雜度較低，以提供較快的電荷收集。
  12. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該像素經配置為使用於一飛行時間感測器中；以及該整合式淺溝槽隔離結構經配置為對於該像素中的不同光閘或光電二極體之間的電荷移動的一實體屏障，而產生一較高的調變對比。
  13. 如請求項1所述之CMOS影像感測器，其中： 該像素經配置為使用於一飛行時間感測器中；以及該像素的一調變對比隨著該整合式淺溝槽隔離結構的一尺寸而變化，且該尺寸係對於一最高的調變對比來最佳化。
  14. 一種製造具有改良光敏度的一CMOS影像感測器的方法，包含以下步驟： 在一基板的一外延部分的一上表面上提供一氧化層；提供一淺溝槽隔離結構，該淺溝槽隔離結構作為在該氧化層與該基板之間的一介面層處的一光柵；提供單一或多個光電二極體結構或光閘結構；以及在該多個光電二極體結構或光閘結構與該氧化層上提供一介電材料。
  15. 如請求項14所述之方法，其中： 該淺溝槽隔離結構被放置於一單一光電二極體結構內或在複數個淺溝槽隔離結構之中，該複數個淺溝槽隔離結構被放置為在該基板中與該等光電二極體結構或光閘結構交替。
  16. 如請求項14所述之方法，其中： 該淺溝槽隔離結構作為該光柵以在該介面層處對入射光進行下列之至少一者：繞射、折射或反射，並使該入射光在該感測器的該基板的該外延部分內重分佈。
  17. 如請求項14所述之方法，該方法進一步包含以下步驟： 在該基板的該外延部分中植入摻雜物以形成摻雜區域；以及加熱該基板，以使該等摻雜區域的該等摻雜物橫向擴散於該淺溝槽隔離結構的該基板的該外延部分中。
  18. 一種製造具有改良調變對比的CMOS飛行時間影像感測器的方法，包含以下步驟： 在一基板的一外延部分的一上表面上提供一氧化層；提供多個光電二極體結構或光閘結構；提供一淺溝槽隔離結構，該淺溝槽隔離結構作為對於該等光電二極體結構或光閘結構之間的電荷動作的一實體屏障；以及在該等光電二極體結構或光閘結構與該氧化層上提供一介電材料。
  19. 如請求項18所述之方法，其中： 該淺溝槽隔離結構在複數個淺溝槽隔離結構之中，該複數個淺溝槽隔離結構被放置為在該基板中與該等光電二極體結構或光閘結構交替。
  20. 如請求項18所述之方法，其中： 該淺溝槽隔離結構在複數個淺溝槽隔離結構之中，該複數個淺溝槽隔離結構被放置為在該基板中在鄰接的光電二極體結構或光閘結構之間。
TW105103527A 2015-02-03 2016-02-03 具有整合式淺溝槽隔離結構的cmos深度影像感測器 TW201637185A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562111515P 2015-02-03 2015-02-03
US14/788,235 US20160225812A1 (en) 2015-02-03 2015-06-30 Cmos depth image sensor with integrated shallow trench isolation structures

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW201637185A true TW201637185A (zh) 2016-10-16

Family

ID=56553367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105103527A TW201637185A (zh) 2015-02-03 2016-02-03 具有整合式淺溝槽隔離結構的cmos深度影像感測器

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10134926B2 (zh)
EP (1) EP3254311B1 (zh)
CN (1) CN107210313A (zh)
TW (1) TW201637185A (zh)
WO (2) WO2016126563A1 (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI831452B (zh) * 2022-11-01 2024-02-01 大陸商北京集創北方科技股份有限公司 吸收波長可調之感光元件、圖像採集裝置以及資訊處理裝置

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3030884B1 (fr) * 2014-12-19 2016-12-30 Stmicroelectronics (Grenoble 2) Sas Structure de pixel a multiples photosites
EP3363050B1 (en) 2015-07-23 2020-07-08 Artilux Inc. High efficiency wide spectrum sensor
US10707260B2 (en) 2015-08-04 2020-07-07 Artilux, Inc. Circuit for operating a multi-gate VIS/IR photodiode
WO2017024121A1 (en) 2015-08-04 2017-02-09 Artilux Corporation Germanium-silicon light sensing apparatus
US10761599B2 (en) 2015-08-04 2020-09-01 Artilux, Inc. Eye gesture tracking
US10861888B2 (en) 2015-08-04 2020-12-08 Artilux, Inc. Silicon germanium imager with photodiode in trench
EP3783656B1 (en) 2015-08-27 2023-08-23 Artilux Inc. Wide spectrum optical sensor
EP3347699A4 (en) * 2015-09-09 2019-02-13 Dalian Tiandao Marine Technology Co., Ltd METHOD FOR CALCULATING THE WAVE REFLECTION INDEX ON AN INTERFACE
US9847363B2 (en) 2015-10-20 2017-12-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor device with a radiation sensing region and method for forming the same
US10886309B2 (en) 2015-11-06 2021-01-05 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus II
US10741598B2 (en) 2015-11-06 2020-08-11 Atrilux, Inc. High-speed light sensing apparatus II
US10739443B2 (en) 2015-11-06 2020-08-11 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus II
US10254389B2 (en) 2015-11-06 2019-04-09 Artilux Corporation High-speed light sensing apparatus
US10418407B2 (en) 2015-11-06 2019-09-17 Artilux, Inc. High-speed light sensing apparatus III
EP3193369B1 (en) * 2016-01-15 2021-11-17 Sony Depthsensing Solutions N.V. A detector device with majority current and isolation means
EP3506355B1 (en) * 2016-08-29 2023-06-14 Hamamatsu Photonics K.K. Distance sensor and distance image sensor
US10514483B2 (en) 2016-10-13 2019-12-24 Massachusetts Institute Of Technology Time-of-flight camera for imaging through optical cavity
US10389957B2 (en) 2016-12-20 2019-08-20 Microsoft Technology Licensing, Llc Readout voltage uncertainty compensation in time-of-flight imaging pixels
US10616519B2 (en) 2016-12-20 2020-04-07 Microsoft Technology Licensing, Llc Global shutter pixel structures with shared transfer gates
EP3573104B1 (en) * 2017-01-19 2022-04-13 Sony Semiconductor Solutions Corporation Light-receiving element
TWI741157B (zh) 2017-02-28 2021-10-01 美商光程研創股份有限公司 高速光偵測裝置
JP2019015697A (ja) * 2017-07-11 2019-01-31 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 距離測定装置及び移動体装置
US10319768B2 (en) 2017-08-28 2019-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor scheme for optical and electrical improvement
CN107742631B (zh) * 2017-10-26 2020-02-14 京东方科技集团股份有限公司 深度摄像器件及制造方法、显示面板及制造方法、装置
US10714594B2 (en) * 2017-11-15 2020-07-14 Texas Instruments Incorporated Transistors with oxide liner in drift region
US11075242B2 (en) 2017-11-27 2021-07-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Semiconductor devices for image sensing
US10361237B2 (en) 2017-12-27 2019-07-23 International Business Machines Corporation Low dark current backside illumination sensor
WO2019165220A1 (en) 2018-02-23 2019-08-29 Artilux, Inc. Photo-detecting apparatus and photo-detecting method thereof
US11482553B2 (en) 2018-02-23 2022-10-25 Artilux, Inc. Photo-detecting apparatus with subpixels
US11105928B2 (en) 2018-02-23 2021-08-31 Artilux, Inc. Light-sensing apparatus and light-sensing method thereof
JP7054639B2 (ja) * 2018-03-16 2022-04-14 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子および電子機器
CN112236686B (zh) 2018-04-08 2022-01-07 奥特逻科公司 光探测装置
TWI795562B (zh) 2018-05-07 2023-03-11 美商光程研創股份有限公司 雪崩式之光電晶體
US10969877B2 (en) 2018-05-08 2021-04-06 Artilux, Inc. Display apparatus
FR3083646B1 (fr) 2018-07-09 2021-09-17 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d'images
FR3083644B1 (fr) 2018-07-09 2021-05-14 St Microelectronics Crolles 2 Sas Capteur d'images
US10790326B2 (en) 2018-09-26 2020-09-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Pixel device on deep trench isolation (DTI) structure for image sensor
US11574942B2 (en) 2018-12-12 2023-02-07 Artilux, Inc. Semiconductor device with low dark noise
EP3671837B1 (en) * 2018-12-21 2023-11-29 ams Sensors Belgium BVBA Pixel of a semiconductor image sensor and method of manufacturing a pixel
US20220155417A1 (en) * 2019-03-05 2022-05-19 Hamamatsu PhotonicsK.K. Light-receiving device and method for manufacturing light-receiving device
US11652184B2 (en) 2019-08-28 2023-05-16 Artilux, Inc. Photo-detecting apparatus with low dark current
EP3798680A1 (en) * 2019-09-26 2021-03-31 Artilux Inc. Calibrated photo-detecting apparatus and calibration method thereof
US11688754B2 (en) * 2020-05-06 2023-06-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photonic device and method having increased quantum effect length
US11742370B2 (en) 2020-05-27 2023-08-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Time-of-flight pixel with vertical photogates
US11335718B2 (en) * 2020-07-16 2022-05-17 Omnivision Technologies, Inc. Cell deep trench isolation structure for near infrared improvement
US11538836B2 (en) * 2020-08-13 2022-12-27 Omnivision Technologies, Inc. Cell deep trench isolation pyramid structures for CMOS image sensors
FR3114189A1 (fr) * 2020-09-11 2022-03-18 Stmicroelectronics (Crolles 2) Sas Dispositif électronique comprenant une région semiconductrice photosensible et procédé de fabrication correspondant

Family Cites Families (63)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3889284A (en) 1974-01-15 1975-06-10 Us Army Avalanche photodiode with varying bandgap
JP2748914B2 (ja) 1996-01-25 1998-05-13 日本電気株式会社 光検出用半導体装置
US6055262A (en) * 1997-06-11 2000-04-25 Honeywell Inc. Resonant reflector for improved optoelectronic device performance and enhanced applicability
JP2000174282A (ja) 1998-12-03 2000-06-23 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置
US6532061B2 (en) 2000-08-25 2003-03-11 Amnis Corporation Measuring the velocity of small moving objects such as cells
US7352454B2 (en) 2000-11-09 2008-04-01 Canesta, Inc. Methods and devices for improved charge management for three-dimensional and color sensing
US6515740B2 (en) 2000-11-09 2003-02-04 Canesta, Inc. Methods for CMOS-compatible three-dimensional image sensing using quantum efficiency modulation
US6580496B2 (en) 2000-11-09 2003-06-17 Canesta, Inc. Systems for CMOS-compatible three-dimensional image sensing using quantum efficiency modulation
US6906793B2 (en) 2000-12-11 2005-06-14 Canesta, Inc. Methods and devices for charge management for three-dimensional sensing
JP4533582B2 (ja) 2000-12-11 2010-09-01 カネスタ インコーポレイテッド 量子効率変調を用いたｃｍｏｓコンパチブルの三次元イメージセンシングのためのシステム
US6909162B2 (en) 2001-11-02 2005-06-21 Omnivision Technologies, Inc. Surface passivation to reduce dark current in a CMOS image sensor
US7276749B2 (en) 2002-02-05 2007-10-02 E-Phocus, Inc. Image sensor with microcrystalline germanium photodiode layer
US6723622B2 (en) 2002-02-21 2004-04-20 Intel Corporation Method of forming a germanium film on a semiconductor substrate that includes the formation of a graded silicon-germanium buffer layer prior to the formation of a germanium layer
US6888214B2 (en) 2002-11-12 2005-05-03 Micron Technology, Inc. Isolation techniques for reducing dark current in CMOS image sensors
WO2004054001A2 (en) 2002-12-09 2004-06-24 Quantum Semiconductor Llc Cmos image sensor
US7453129B2 (en) 2002-12-18 2008-11-18 Noble Peak Vision Corp. Image sensor comprising isolated germanium photodetectors integrated with a silicon substrate and silicon circuitry
JP4158621B2 (ja) 2003-06-26 2008-10-01 沖電気工業株式会社 半導体装置の製造方法
EP2023399B1 (en) 2003-09-02 2020-01-08 Sony Depthsensing Solutions SA/NV Photonic Mixer
JP4578792B2 (ja) 2003-09-26 2010-11-10 富士通セミコンダクター株式会社 固体撮像装置
FR2863774B1 (fr) * 2003-12-16 2006-03-03 Thales Sa Photodetecteur a concentration de champ proche
KR100698069B1 (ko) 2004-07-01 2007-03-23 동부일렉트로닉스 주식회사 씨모스 이미지 센서의 제조방법
EP1622200A1 (en) 2004-07-26 2006-02-01 CSEM Centre Suisse d'Electronique et de Microtechnique SA Solid-state photodetector pixel and photodetecting method
US7688944B2 (en) 2005-07-01 2010-03-30 Mayo Foundation For Medical Education And Research System and method for time-of-flight imaging
US7994465B1 (en) 2006-02-06 2011-08-09 Microsoft Corporation Methods and devices for improved charge management for three-dimensional and color sensing
US7465954B2 (en) * 2006-04-28 2008-12-16 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanowire devices and systems, light-emitting nanowires, and methods of precisely positioning nanoparticles
US7498650B2 (en) 2007-03-08 2009-03-03 Teledyne Licensing, Llc Backside illuminated CMOS image sensor with pinned photodiode
US7879639B2 (en) 2007-04-13 2011-02-01 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Method and device to reduce dark current in image sensors
CN102017147B (zh) 2007-04-18 2014-01-29 因维萨热技术公司 用于光电装置的材料、系统和方法
JP5055026B2 (ja) 2007-05-31 2012-10-24 富士フイルム株式会社 撮像素子、撮像素子の製造方法、及び、撮像素子用の半導体基板
JP5300344B2 (ja) 2007-07-06 2013-09-25 キヤノン株式会社 光検出素子及び撮像素子、光検出方法及び撮像方法
US7858921B2 (en) * 2008-05-05 2010-12-28 Aptina Imaging Corporation Guided-mode-resonance transmission color filters for color generation in CMOS image sensors
US20100006908A1 (en) 2008-07-09 2010-01-14 Brady Frederick T Backside illuminated image sensor with shallow backside trench for photodiode isolation
US8581174B2 (en) 2008-08-26 2013-11-12 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with prismatic de-multiplexing
US9082673B2 (en) 2009-10-05 2015-07-14 Zena Technologies, Inc. Passivated upstanding nanostructures and methods of making the same
KR101776955B1 (ko) 2009-02-10 2017-09-08 소니 주식회사 고체 촬상 장치와 그 제조 방법, 및 전자 기기
US8314924B2 (en) 2009-02-17 2012-11-20 Microsoft Corporation CMOS three-dimensional image sensor detectors with assured non collection of late arriving charge, more rapid collection of other charge, and with improved modulation contrast
EP2411838B1 (en) 2009-03-25 2013-10-02 Koninklijke Philips N.V. Method to optimize the light extraction from scintillator crystals in a solid-state detector
US8988661B2 (en) 2009-05-29 2015-03-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Method and system to maximize space-time resolution in a time-of-flight (TOF) system
US8476681B2 (en) * 2009-09-17 2013-07-02 Sionyx, Inc. Photosensitive imaging devices and associated methods
GB2475086B (en) 2009-11-05 2014-02-05 Cmosis Nv Backside illuminated image sensor
CN102792456B (zh) * 2010-01-07 2015-09-09 夏普株式会社 太阳能电池、太阳能电池板和具备太阳能电池的装置
KR101638973B1 (ko) 2010-01-22 2016-07-12 삼성전자주식회사 광변조기 및 그 제조 방법
KR20110093212A (ko) 2010-02-12 2011-08-18 삼성전자주식회사 이미지 센서의 픽셀 및 픽셀 동작 방법
JP5302244B2 (ja) * 2010-02-26 2013-10-02 浜松ホトニクス株式会社 距離画像センサ
US9024344B2 (en) 2010-06-15 2015-05-05 California Institute Of Technology Surface passivation by quantum exclusion using multiple layers
WO2011160130A2 (en) * 2010-06-18 2011-12-22 Sionyx, Inc High speed photosensitive devices and associated methods
JP5892476B2 (ja) 2010-10-06 2016-03-23 住友電気工業株式会社 エピタキシャルウエハ、受光素子、光学センサ装置、並びにエピタキシャルウエハおよび受光素子の製造方法
KR20120075182A (ko) 2010-12-28 2012-07-06 삼성전자주식회사 다중 패브리-페로 공진 모드를 이용한 광변조기 및 상기 광변조기를 포함하는 3차원 영상 획득 장치
US8513587B2 (en) 2011-01-24 2013-08-20 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor with anti-reflection layer and method of manufacturing the same
CN110896085B (zh) 2011-03-10 2023-09-26 西奥尼克斯公司 三维传感器、系统和相关的方法
US9202832B2 (en) 2011-04-19 2015-12-01 Infineon Technologies Ag Integrated circuit arrangements
DE102011079990B4 (de) 2011-04-29 2013-07-18 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Photodetektor, Bildsensor und Verfahren zur Herstellung
US9496308B2 (en) * 2011-06-09 2016-11-15 Sionyx, Llc Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods
US8716823B2 (en) 2011-11-08 2014-05-06 Aptina Imaging Corporation Backside image sensor pixel with silicon microlenses and metal reflector
KR20130052986A (ko) 2011-11-14 2013-05-23 삼성전자주식회사 3차원 이미지 센서의 단위 화소 및 이를 포함하는 3차원 이미지 센서
KR101941170B1 (ko) 2011-12-12 2019-01-23 삼성전자주식회사 다중 패브리-페로 공진 모드와 다중 흡수 모드를 이용한 투과형 이미지 변조기
US9082905B2 (en) 2012-02-15 2015-07-14 Texas Instruments Incorporated Photodiode employing surface grating to enhance sensitivity
US9064764B2 (en) * 2012-03-22 2015-06-23 Sionyx, Inc. Pixel isolation elements, devices, and associated methods
KR20130142000A (ko) 2012-06-18 2013-12-27 삼성전자주식회사 이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이의 제조 방법
TWI495086B (zh) 2013-03-04 2015-08-01 Himax Imaging Inc 抑制熱簇集之半導體結構、製作抑制熱簇集半導體元件之方法與抑制熱簇集之方法
US9110240B2 (en) 2013-03-05 2015-08-18 Rambus Inc. Phase gratings with odd symmetry for high-resolution lensed and lensless optical sensing
US8957490B2 (en) * 2013-06-28 2015-02-17 Infineon Technologies Dresden Gmbh Silicon light trap devices
US9557166B2 (en) 2014-10-21 2017-01-31 Hand Held Products, Inc. Dimensioning system with multipath interference mitigation

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI831452B (zh) * 2022-11-01 2024-02-01 大陸商北京集創北方科技股份有限公司 吸收波長可調之感光元件、圖像採集裝置以及資訊處理裝置

Also Published As

Publication number Publication date
US10134926B2 (en) 2018-11-20
EP3254311B1 (en) 2019-10-30
EP3254311A1 (en) 2017-12-13
WO2016126562A1 (en) 2016-08-11
US20160225922A1 (en) 2016-08-04
WO2016126563A1 (en) 2016-08-11
US20160225812A1 (en) 2016-08-04
CN107210313A (zh) 2017-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TW201637185A (zh) 具有整合式淺溝槽隔離結構的cmos深度影像感測器
US10886312B2 (en) High-speed light sensing apparatus II
US10739443B2 (en) High-speed light sensing apparatus II
US10741598B2 (en) High-speed light sensing apparatus II
CN103299437B (zh) 用于cmos电路的单光子雪崩二极管
US11709238B2 (en) Demodulator with a carrier generating pinned photodiode and a method for operating it
CN115037895A (zh) 高速光检测装置
CN110431441B (zh) 用于调制的图像捕获的系统和方法
KR20110091375A (ko) 3ｄ 씨모스 이미지 센서(ｃｉｓ), 및 그 센서를 포함한 센서 시스템
CN109814083A (zh) 电流辅助光子解调型像素单元、背照式图像传感器芯片、成像系统、形成方法和测算方法
CN116682875A (zh) 倾斜光电探测器单元
Itzler et al. Inp-based geiger-mode avalanche photodiode arrays for three-dimensional imaging at 1.06 um
CN112825339A (zh) 光电探测单元、光电探测结构和光电探测器及其制备方法
CN109804267B (zh) 一种具有生成钉扎光电二极管的载波的解调器
CN209961904U (zh) 电流辅助光子解调型像素单元、背照式图像传感器芯片以及成像系统
KR101762431B1 (ko) 크로스톡 방지 구조를 가지는 실리콘 광전자 증배센서
US20230065710A1 (en) Image sensor for time-of-flight system and methods of making the same
CN110870070B (zh) 高速光感测设备ii
KR20220072257A (ko) 이미지 센싱 장치
US20140264711A1 (en) Light sensor with vertical diode junctions
KR101762430B1 (ko) 이면 조사형 실리콘 광전자 증배센서 및 그 제조방법
Hossain Design and Characterization of a Current Assisted Photo Mixing Demodulator for Tof Based 3d Cmos Image Sensor