TWI698991B - 用於影像感測器之溝渠隔離 - Google Patents

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Abstract

一種影像感測器包含經安置於一半導體材料中以將影像光轉換成影像電荷之複數個光電二極體。一浮動擴散部係接近於該複數個光電二極體而安置，以自該複數個光電二極體接收影像電荷。複數個轉移電晶體經耦合，以回應於經施加至該複數個轉移電晶體之閘極端子之一電壓而將影像電荷自該複數個光電二極體轉移至該浮動擴散部中。一第一溝渠隔離結構自該半導體材料之一前側延伸至該半導體材料中且環繞該複數個光電二極體。一第二溝渠隔離結構自該半導體材料之一後側延伸至該半導體材料中。該第二溝渠隔離結構係安置於該複數個光電二極體中之個別光電二極體之間。

Description

用於影像感測器之溝渠隔離
本發明大體而言係關於半導體製作，且特定而言但非排他地，係關於CMOS影像感測器。
影像感測器已變得無所不在。其廣泛地用於數位靜態相機、蜂巢式電話、安全攝影機以及醫學、汽車及其他應用中。用於製造影像感測器之技術一直繼續快速地進展。舉例而言，對較高解析度及較低電力消耗之需求已促進了此等裝置之進一步小型化及整合。
典型影像感測器如下操作。來自一外部場景之影像光入射於影像感測器上。影像感測器包含複數個光敏元件，使得每一光敏元件吸收入射影像光之一部分。包含於影像感測器中之光敏元件(諸如光電二極體)各自在吸收影像光後旋即產生影像電荷。所產生之影像電荷之量與影像光之強度成比例。所產生影像電荷可用於產生表示外部場景之一影像。
大體而言，具有有限滿井容量(full-well capacity)之像素在高光條件中可不較好地擷取影像。不具有足以儲存電荷之一大容量之像素可在曝光週期期間被電子/電洞完全飽和。此並非期望的，乃因飽和之像素可導致影像中之暗淡或白色像素。
在一實施例中，一種影像感測器包括：複數個光電二極體，其安置於一半導體材料中以將影像光轉換成影像電荷；一浮動擴散部，其接近於該複數個光電二極體而安置以自該複數個光電二極體接收該影像電荷；複數個轉移電晶體，其經耦合以回應於施加至該複數個轉移電晶體之閘極端子之一電壓而將該影像電荷自該複數個光電二極體轉移至該浮動擴散部中；一第一溝渠隔離結構，其自該半導體材料之一前側延伸至該半導體材料中，且環繞該複數個光電二極體；及一第二溝渠隔離結構，其自該半導體材料之與該前側相對之一後側延伸至該半導體材料中，其中該第二溝渠隔離結構安置於該複數個光電二極體中之個別光電二極體之間。
在另一實施例中，本發明提供一種用於影像感測器製作之方法。該方法包括：提供一半導體材料；在該半導體材料中形成一第二溝渠隔離結構，該第二溝渠隔離結構自該半導體材料之與前側相對之一後側延伸至該半導體材料中；在該半導體材料中形成複數個光電二極體，其中該第二溝渠隔離結構至少部分地安置於該複數個光電二極體中之個別光電二極體之間；在該半導體材料中形成一第一溝渠隔離結構，該第一溝渠隔離結構自該半導體材料之該前側延伸至該半導體材料中，其中該第一溝渠隔離結構環繞該複數個光電二極體；及在該半導體材料中植入一浮動擴散部，其中該浮動擴散部定位於該半導體材料中以自該複數個光電二極體接收影像電荷。
100:影像感測器
101:半導體材料
103:光電二極體
105:浮動擴散部
107:轉移電晶體/轉移閘極/閘極端子
131:第一溝渠隔離結構
133:第一芯/第一芯結構
135:第二溝渠隔離結構
137:第二芯/第二芯結構
141:互連件
151:前側
153:後側
200:影像感測器
201:半導體材料
203:光電二極體
205:浮動擴散部
207:轉移電晶體/閘極端子
231:第一溝渠隔離結構
235:第二溝渠隔離結構
237:氧化物芯材料
251:前側
253:後側
261:介電層
263:互連件/控制電路/讀出電路
265:接合晶圓
301:半導體材料
303:光電二極體
305:浮動擴散部
307:轉移電晶體
331:第一溝渠隔離結構
335:第二溝渠隔離結構/第二溝渠
351:前側
353:後側
361:介電層
363:互連件
365:接合晶圓
371:磊晶半導體層
400:成像系統
405:像素陣列
411:讀出電路
415:功能邏輯
421:控制電路
500:影像擷取方法/方法
501:方塊
503:方塊
505:方塊
507:方塊
509:方塊
A-A':線
B-B':線
C1-Cx:行
P1-Pn:像素
參考以下各圖闡述本發明之非限制性及非窮盡性實例，其中除非另有規定，否則遍及各個視圖相似元件符號指代相似部件。
圖1A至圖1B圖解說明根據本發明之教示之一實例性影像感測器。
圖2A至圖2C圖解說明根據本發明之教示之一實例性影像感測器。
圖3A至圖3F圖解說明根據本發明之教示之一影像感測器製作方法。
圖4圖解說明根據本發明之教示之可包含圖1A至圖2C之態樣之一成像系統之一項實例的一方塊圖。
圖5圖解說明根據本發明之教示之一影像擷取方法。
遍及圖式之數個視圖，對應參考字符指示對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係為簡單及清晰起見而圖解說明的，且未必按比例繪製。舉例而言，為幫助改良對本發明之各種實施例之理解，各圖中之元件中之某些元件之尺寸可能相對於其他元件而被放大。而且，通常不繪示一商業上可行之實施例中有用或必需之常見而眾所周知之元件以便促進對本發明之此等各種實施例之一較不受阻礙之觀看。
本文中闡述一種與用於影像感測器之溝渠隔離相關之設備及方法之實例。在以下說明中，陳述眾多特定細節以便提供對實例之一透徹理解。然而，熟習此項技術者將認識到，本文中所闡述之技術可在不具有該等特定細節中之一或多者之情況下實踐或者可利用其他方法、組件、材料等來實踐。在其他例項中，未詳細展示或闡述眾所周知之結構、材料或操作以避免使某些態樣模糊。
在本說明書通篇中對「一項實例」或「一項實施例」之提 及意指結合該實例所闡述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一項實例中。因此，在本說明書通篇之各個位置中片語「在一項實例中」或「在一項實施例中」之出現未必全部指代同一實例。此外，在一或多項實例中可以任何適合方式組合該等特定特徵、結構或特性。
圖1A至圖1B圖解說明根據本發明之教示之一實例性影像感測器100。影像感測器100包含半導體材料101、複數個光電二極體103、浮動擴散部105、第一溝渠隔離結構131(具有第一芯133)、第二溝渠隔離結構135(具有第二芯137)、互連件141、一前側151及一後側153。
圖1A繪示影像感測器100之一俯視圖(自前側151)。如所圖解說明，複數個光電二極體103安置於半導體材料101中以將影像光轉換成影像電荷。浮動擴散部105接近於複數個光電二極體103而安置以自複數個光電二極體103接收影像電荷。複數個轉移電晶體107經耦合以回應於施加至複數個轉移電晶體107之閘極端子(所繪示實例中之三角形)之一電壓而將影像電荷自複數個光電二極體103轉移至浮動擴散部105中。電壓可藉由互連件141而被賦予閘極端子。應瞭解，複數個轉移電晶體107可具有一垂直轉移閘極，如圖2C中所繪示之彼等垂直轉移閘極。
如所圖解說明，第一溝渠隔離結構131自半導體材料101之前側151延伸至半導體材料101中，且環繞複數個光電二極體(例如，四個光電二極體103之群組)。可自後側153延伸至半導體材料101(結合圖1B而更詳細地論述)中之第二溝渠隔離結構135被展示為一虛線一此乃因在所繪示實例中，該第二溝渠隔離結構位於後側153上。
如所展示，複數個光電二極體103包含至少四個個別光電二極體103及至少四個個別轉移閘極107。第二溝渠隔離結構135實質上係 十字形的，且在個別光電二極體103(例如，參見圖1B)之間延伸。為避免光電二極體103的飽和，在某些實例中，影像感測器100經耦合至控制電路(例如，參見圖4之控制電路421)以控制複數個光電二極體103之操作，且經耦合至讀出電路(例如，參見圖4之讀出電路411)以自複數個光電二極體103讀出影像電荷。在所繪示實例中，控制電路包含邏輯，該邏輯在由控制電路執行時致使控制電路執行若干個操作。舉例而言，控制電路可調整經施加至閘極端子107之電壓，以允許在個別光電二極體103中累積之影像電荷於個別光電二極體103之間行進。另一選擇係，控制電路可調整經施加至閘極端子107之電壓，以便將影像電荷實質上侷限於個別光電二極體103內。在高光曝光條件中，影像電荷之共用可防止某些光電二極體103飽和，且產生一不飽和但較低解析度之影像。在低光條件中，所有光電二極體皆可擷取電荷；此產生一較高解析度之影像。在某些實例中，光電二極體103之整個陣列可共用電荷。另一選擇係，光電二極體103之僅某些群組可共用影像電荷。在此實例中，影像感測器可判定哪些光電二極體103接近於飽和，且動態地調整鄰近轉移電晶體107上之電壓，以在附近光電二極體103當中共用電荷。
在某些實例中，可擷取一第一影像，其中影像感測器100中之所有四個光電二極體103的群組共用影像電荷，且接著可擷取一第二影像，其中所有光電二極體103擷取其自身之影像光。然後，控制電路、一影像感測器處理器(ISP)或一控制器可組合影像。在一項實例中，控制電路/ISP可主動判定高解析度影像的哪些部分係過飽和的，且以此等部分替代較低解析度影像的相同不飽和部分。此替代可自動發生，或一使用者可自影像過濾特徵之一清單中選擇該替代。在某些實例中，一使用者可選 擇擷取一低光條件影像，或可選擇擷取具有一較低解析度之一高光條件影像。
圖1B展示如沿著線A-A'切割之影像感測器100之一剖面圖解說明。如所展示，第一溝渠隔離結構131環繞四個光電二極體103之群組，且第二溝渠隔離結構135將四個光電二極體103之群組中之個別光電二極體103分離。在所繪示實例中，第一芯結構133(其可包含一種氧化物)接近於第一溝渠隔離結構131之一中心而安置，且半導體材料101中之摻雜劑(例如，第一溝渠隔離結構131之陰影部分)至少部分地環繞第一芯結構133。然而，在其他實例中，第一芯結構133包含一導電材料(例如，金屬或半導體)，及環繞該導電材料之一種氧化物材料(陰影部分)。在此實例中，氧化物材料安置於半導體材料101與第一芯結構133之間。第二芯結構137可包含與上文所論述且用於形成第一芯結構133之彼等架構相同或不同之架構。如所展示，第二芯結構137並非與第一芯結構133一樣遠地延伸至半導體材料101中。在一項實例中，第一芯結構133與第一溝渠隔離結構131垂直地共同延伸，而第二芯結構並非與第二溝渠隔離結構135垂直地共同延伸。
圖2A至圖2C圖解說明根據本發明之教示之一實例性影像感測器200。應瞭解，影像感測器200在許多態樣類似於影像感測器100。舉例而言，圖2A繪示影像感測器200之一俯視圖(但其中如圖2C中所展示之介電層261、互連件263及接合晶圓265自圖2A被移除以避免使圖2A之某些特徵模糊)且具有許多與圖1之影像感測器100相同之組件。
圖2B繪示影像感測器200之一仰視圖(自後側253之一視圖)。不同於圖1A，第二溝渠隔離結構235既環繞四個光電二極體203，且 又藉由形成一實質上十字形結構而將該四個光電二極體分離。此防止電荷在光電二極體203之間洩漏(當並非期望洩漏之影像電荷時)。
圖2C繪示如沿著線B-B'切割之影像感測器200之一剖面圖。在所繪示實例中，轉移電晶體207之閘極端子自前側251垂直地延伸至半導體材料201中。如所展示，閘極端子207至少部分地環繞浮動擴散部205。轉移電晶體207(更具體而言，閘極端子)向半導體材料201中延伸一第一深度，且浮動擴散部205向半導體材料201中延伸一第二深度，並且第一深度大於第二深度。
如所展示，第一溝渠隔離結構231亦向半導體材料201中延伸一第一深度，且第二溝渠隔離結構235向半導體材料201中延伸一第二深度。如所圖解說明，第二深度大於第一深度，但第一溝渠隔離結構231在橫向上比第二溝渠隔離結構235寬。在所繪示實例中，第一溝渠隔離結構231填充有一種氧化物。第二溝渠隔離結構235包含一種氧化物芯材料237以及半導體材料201之一經摻雜(陰影)部分。在一項實例中，第一溝渠隔離結構231及第二溝渠隔離結構235中之氧化物(例如，氧化矽、氧化鉿或類似物)可係相同或不同的。在一項實例中，可使用一種氮化物(例如，氮化矽)或其他介電材料。如所展示，介電層261(例如，一種氧化物或類似物)可至少部分地包含控制電路263及讀出電路263。介電層261可安置於半導體材料201與接合晶圓265之間。
圖3A至圖3F圖解說明根據本發明之教示之一影像感測器製作方法。受益於本發明之熟習此項技術者將瞭解，方法中所繪示之圖可以任何次序且甚至平行地發生。根據本發明，額外特徵可被添加至方法或自該方法被移除。
圖3A展示提供半導體材料301且形成第二溝渠隔離結構335，該第二溝渠隔離結構自半導體材料301之後側353延伸至半導體材料301中。如在其他實例中所展示，第二溝渠335包含一實質上十字形部分以將複數個光電二極體303中之個別光電二極體303分離。在形成第二溝渠隔離結構335之前，可在半導體材料301上透過化學汽相沈積(CVD)或類似技術而生長磊晶半導體層371(P型或N型)。
可藉由以下操作而形成第二溝渠隔離結構335：在半導體材料301中蝕刻一溝渠、在溝渠之壁中沈積摻雜劑(陰影部分)及用一種氧化物芯337來回填溝渠。另一選擇係，可蝕刻溝渠，可用一種氧化物(例如，氧化矽、氧化鉿或類似物)來給該等壁加襯，且可在氧化物之中心中沈積一導電芯材料(例如，金屬或半導體)。
圖3B繪示在半導體材料301中形成複數個光電二極體303。此可藉由在半導體材料301中植入磷或砷而達成。如所展示，第二溝渠隔離結構335至少部分地安置於複數個光電二極體303中之個別光電二極體303之間。
圖3C繪示將接合晶圓365附接至半導體材料301之後側353(例如，被照射側)。此允許晶圓被翻轉且用於在裝置之前側351中/上構造特徵。
圖3D圖解說明在半導體材料301中形成第一溝渠隔離結構331，該第一溝渠隔離結構自半導體材料301之前側351延伸至半導體材料301中。在某些實例中，此包含在半導體材料301中蝕刻一溝渠，且如所展示，此溝渠可並非與用於形成第二溝渠隔離結構335之溝渠一樣遠地延伸至半導體材料301中。第一溝渠隔離結構331環繞複數個光電二極體303 (例如，所繪示之四個光電二極體303)。第一溝渠隔離結構331可以與第二溝渠隔離結構335(上文所闡述)相同之方式形成，或可被蝕刻並被填充有氧化物、氮化物或類似物。
在所繪示實例中，第二溝渠隔離結構335之部分亦環繞複數個光電二極體303。在此實例中，環繞四個光電二極體303的第二溝渠隔離結構335之部分與第一溝渠隔離結構331光學對準(例如，相對於頁面定向垂直)。如所展示，第一溝渠隔離結構331與第二溝渠隔離結構335可彼此接觸。
另外，圖3D展示以下操作之部分：形成複數個轉移電晶體(在半導體材料301中蝕刻溝渠)。在蝕刻溝渠之後，可在溝渠中沈積或生長一介電材料(例如，氧化矽或氧化鉿)以形成轉移電晶體之閘極氧化物。
圖3D亦圖解說明在半導體材料301中植入浮動擴散部305(利用對硼、砷、磷或類似物之離子植入)。浮動擴散部305定位於半導體材料301中以自複數個光電二極體303接收影像電荷。
在某些實例中，可對半導體材料301進行化學機械拋光以移除因在裝置之前側351上形成電路所遺留之殘餘材料。而且，可在前側上沈積P型磊晶生長之矽以獲得轉移電晶體之較好晶體品質。
圖3E繪示藉由在溝渠中沈積一導電材料(例如，經摻雜矽或金屬)以形成一閘極端子而形成延伸至半導體材料中之複數個轉移電晶體307。如所展示，轉移電晶體之一剖面可係實質上「T」形的。因此，導電材料之一部分接近於半導體材料301之前側而安置，且半導體材料301之前側表面至少部分地安置於導電材料與半導體材料301之間。在形成閘極端子之後，形成介電層361及互連件363。可藉由物理汽相沈積或 類似技術而達成對包含互連件363之介電層361之沈積。
圖3F圖解說明自半導體材料301之後側353移除接合晶圓365。可將一不同接合晶圓365或一邏輯晶圓附接至裝置之前側351(具有電路之側)。
在某些實例中，可在半導體材料301之後側353上形成一金屬柵格以將影像光引導至各別光電二極體303中。類似地，可形成一彩色濾光器層及微透鏡層，使得彩色濾光器層安置於微透鏡層與半導體材料301之間。可藉由以下操作而形成微透鏡層：在彩色濾光器之表面上沈積聚合物區塊，且對該等區塊進行回銲以形成實質上圓頂狀特徵。
圖4圖解說明可包含圖1A至圖2C之態樣之一成像系統400之一項實例之一方塊圖。成像系統400包含像素陣列405、控制電路421、讀出電路411及功能邏輯415。在一項實例中，像素陣列405係光電二極體或影像感測器像素(例如，像素P1、P2...、Pn)之一個二維(2D)陣列。如所圖解說明，光電二極體被配置成若干列(例如，列R1至Ry)及若干行(例如，行C1至Cx)以獲取一人、地點、物體等之影像資料，該影像資料可然後用於再現該人、地點、物體等之一2D影像。然而，光電二極體未必被配置成若干列及若干行，而是可採用其他組態。
在一項實例中，於像素陣列405中之每一影像感測器光電二極體/像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，影像資料由讀出電路411讀出且接著被傳送至功能邏輯415。在各種實例中，讀出電路411可包含放大電路、類比轉數位(ADC)轉換電路，或其他。功能邏輯415可簡單地儲存影像資料或甚至藉由應用後影像效果(例如，自動對焦、剪裁、旋轉、移除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他)來操縱該影像資料。在一 項實例中，讀出電路411可沿著讀出行線一次讀出一列影像資料(所圖解說明)，或可使用多種其他技術(未圖解說明)讀出該影像資料，諸如一串列讀出或同時對所有像素之一全平行讀出。
在一項實例中，控制電路421經耦合至像素陣列405以控制像素陣列405中之複數個光電二極體的操作。舉例而言，控制電路421可產生用於控制影像獲取之一快門信號。在所繪示實例中，該快門信號係用於同時啟用像素陣列405內的所有像素，以在一單個獲取窗期間同時擷取其各別影像資料之一全域快門信號。在另一實例中，影像獲取係與諸如一閃光燈等照明效果同步。
在一項實例中，成像系統400可係包含於一數位相機、行動電話、膝上型電腦、汽車或類似物中。另外，成像系統400可經耦合至其他件硬體，諸如一處理器(一般用途或其他)、記憶體元件、輸出(USB埠、無線傳輸器、HDMI埠等)、照明/閃光燈、電輸入(鍵盤、觸控顯示器、追蹤墊、滑鼠、麥克風等)及/或顯示器。其他件硬體可將指令遞送至成像系統400、自成像系統400提取影像資料，或操縱由成像系統400供應之影像資料。
圖5圖解說明根據本發明之教示之一影像擷取方法500。受益於本發明之熟習此項技術者將理解，方法500中之方塊可以任何次序且甚至平行地發生。此外，根據本發明之教示，方塊可被添加至方法500或自該方法被移除。
方塊501展示利用一影像感測器接收光。在所繪示實例中，影像感測器中之光電二極體將影像光轉換成影像電荷。利用轉移電晶體將影像電荷自光電二極體轉移至一浮動擴散部。
方塊503圖解說明將一電壓施加至轉移電晶體之閘極端子以將影像電荷實質上侷限於個別光電二極體內。因此，每一光電二極體產生其自身之影像電荷。
方塊505繪示自影像感測器輸出一高解析度影像。輸出此高解析度影像係因為使用所有影像感測器光電二極體來形成影像。
方塊507展示將一電壓施加至轉移電晶體之閘極端子以允許在個別光電二極體中累積之影像電荷在個別光電二極體之間行進。因此，光電二極體之群組產生共用之影像電荷，且個別光電二極體不會容易地被電荷飽和。
方塊509圖解說明自影像感測器輸出一低解析度影像。此乃因使用像素區塊來形成影像，因此影像感測器中之光電二極體之有效數目減少。如上所述，根據本發明之教示，此等低解析度影像及高解析度影像可被單獨地使用，或可以若干種方式被組合。
包含發明摘要中所闡述內容之本發明之所圖解說明實例之以上說明並非意欲係窮盡性的或將本發明限制於所揭示之精確形式。雖然出於說明性目的而在本文中闡述了本發明之特定實例，但如熟習此項技術者將認識到，可在本發明之範疇內做出各種修改。
可鑒於以上詳細說明對本發明做出此等修改。以下申請專利範圍中所使用之術語不應理解為將本發明限制於本說明書中所揭示之特定實例。而是，本發明之範疇將完全由以下申請專利範圍判定，該申請專利範圍將根據所建立之請求項解釋原則來加以理解。
100‧‧‧影像感測器
101‧‧‧半導體材料
103‧‧‧光電二極體
105‧‧‧浮動擴散部
107‧‧‧轉移電晶體/轉移閘極/閘極端子
131‧‧‧第一溝渠隔離結構
135‧‧‧第二溝渠隔離結構
141‧‧‧互連件
151‧‧‧前側
A-A'‧‧‧線

Claims (20)

  1. 一種影像感測器，其包括：複數個光電二極體，其經安置於一半導體材料中以將影像光轉換成影像電荷；一浮動擴散部，其係接近於該複數個光電二極體而安置以自該複數個光電二極體接收該影像電荷；複數個轉移電晶體，其經耦合以將該影像電荷自該複數個光電二極體轉移至該浮動擴散部中，以回應於經施加至該複數個轉移電晶體之閘極端子之一電壓；一第一溝渠隔離結構，其自該半導體材料之一前側(frontside)延伸至該半導體材料中，且環繞(surrounding)該複數個光電二極體；及一第二溝渠隔離結構，其自該半導體材料之與該前側相對之一後側延伸至該半導體材料中，其中該第二溝渠隔離結構係安置於該複數個光電二極體中之個別光電二極體之間，其中該第一溝渠隔離結構延伸一第一隔離深度進入該半導體材料，且該第二溝渠隔離結構延伸與該第一隔離深度不同之一第二隔離深度進入該半導體材料。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個光電二極體包含至少四個個別光電二極體以及該複數個轉移電晶體中之至少四個個別轉移電晶體，而其中該第二溝渠隔離結構係實質上十字形的且在該等個別光電二極體之間延伸。
  3. 如請求項2之影像感測器，其中該影像感測器經耦合至控制電路以控制該複數個光電二極體之操作，且經耦合至讀出電路以自該複數個光電二極體讀出影像電荷，並且其中該控制電路包含邏輯，該邏輯在由該控制電路執行時致使該控制電路執行包含以下各項的操作：調整施加至該等閘極端子之該電壓，以允許在該等個別光電二極體中累積之該影像電荷在該等個別光電二極體之間行進；或調整施加至該等閘極端子之該電壓，以將該影像電荷實質上侷限於該等個別光電二極體內。
  4. 如請求項3之影像感測器，其中該控制電路進一步包含邏輯，該邏輯在由該控制電路執行時致使該控制電路執行包含以下各項的操作：當施加至該等閘極端子之該電壓允許在該等個別光電二極體中累積之該影像電荷於該等個別光電二極體之間行進時，擷取具有一第一解析度之一影像；或當施加至該等閘極端子之該電壓將該影像電荷實質上侷限於該等個別光電二極體內時，擷取具有一第二解析度之一影像，其中該第二解析度大於該第一解析度。
  5. 如請求項4之影像感測器，其中該控制電路及該讀出電路係至少部分地安置在接近於該半導體材料之一個氧化物層中。
  6. 如請求項1之影像感測器，其中該等閘極端子自該半導體材料之該前側垂直地延伸至該半導體材料中。
  7. 如請求項6之影像感測器，其中該等閘極端子至少部分地環繞該浮動擴散部，並且其中該等閘極端子向該半導體材料中延伸一第一深度，且該浮動擴散部向該半導體材料中延伸一第二深度，其中該第一深度大於該第二深度。
  8. 如請求項1之影像感測器，其中該第一溝渠隔離結構包含由該半導體材料中之摻雜劑環繞之一種氧化物材料。
  9. 如請求項8之影像感測器，其中該第二溝渠隔離結構包含由該半導體材料中之該摻雜劑環繞之該氧化物材料。
  10. 如請求項9之影像感測器，其中該第一溝渠隔離結構向該半導體材料中延伸一第一深度，且其中該第二溝渠隔離結構向該半導體材料中延伸一第二深度，其中該第二深度大於該第一深度。
  11. 一種影像感測器製作方法，其包括：提供一半導體材料；在該半導體材料中形成一第二溝渠隔離結構，該第二溝渠隔離結構自該半導體材料之與一前側相對之一後側延伸至該半導體材料中；在該半導體材料中形成複數個光電二極體，其中該第二溝渠隔離結構係至少部分地安置於該複數個光電二極體中之個別光電二極體之間；在該半導體材料中形成一第一溝渠隔離結構，該第一溝渠隔離結構 自該半導體材料之該前側延伸至該半導體材料中，其中該第一溝渠隔離結構環繞該複數個光電二極體，其中該第一溝渠隔離結構延伸一第一隔離深度進入該半導體材料，且該第二溝渠隔離結構延伸與該第一隔離深度不同之一第二隔離深度進入該半導體材料；及在該半導體材料中植入一浮動擴散部，其中該浮動擴散部係定位於該半導體材料中，以自該複數個光電二極體接收影像電荷。
  12. 如請求項11之方法，進一步包括形成複數個轉移電晶體，該複數個轉移電晶體延伸至該半導體材料中，且經耦合以將電荷自該複數個光電二極體轉移至該浮動擴散部，包含：在該半導體材料中蝕刻一溝渠；在該溝渠中形成一介電材料；及在該溝渠中沈積一導電材料以形成一閘極端子，其中該介電材料係安置於該半導體材料與該閘極端子之間。
  13. 如請求項12之方法，其中該導電材料的至少一部分係接近於該半導體材料之該前側安置，且該半導體材料之前側表面係至少部分地安置於該導電材料與該半導體材料之間。
  14. 如請求項11之方法，其中形成該第一溝渠隔離結構包含：在該半導體材料中蝕刻一第一溝渠；對環繞該第一溝渠之該半導體材料進行摻雜；及在該溝渠中沈積包含一種氧化物材料之一第一芯結構。
  15. 如請求項14之方法，其中形成該第二溝渠隔離結構包含：在該半導體材料中蝕刻一第二溝渠；對環繞該第二溝渠之該半導體材料進行摻雜；及在該溝渠中沈積包含該氧化物材料之一第二芯結構。
  16. 如請求項15之方法，其中將該第一溝渠向該半導體材料中蝕刻一第一深度，且其中將該第二溝渠向該半導體材料中蝕刻一第二深度，其中該第二深度大於該第一深度。
  17. 如請求項16之方法，其中該第二溝渠包含一實質上十字形部分，以將該等個別光電二極體分離。
  18. 如請求項11之方法，其中形成該浮動擴散部及該等光電二極體包含使用離子植入來植入摻雜劑原子。
  19. 如請求項18之方法，進一步包括在植入該等摻雜劑原子並形成該第二溝渠隔離結構之後，將一接合晶圓附接至該半導體材料之該後側。
  20. 如請求項19之方法，進一步包括接近於該半導體材料之該前側而形成包含電互連件之一互連層。
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6789653B2 (ja) * 2016-03-31 2020-11-25 キヤノン株式会社 光電変換装置およびカメラ
KR102549400B1 (ko) * 2018-03-21 2023-06-30 에스케이하이닉스 주식회사 Pd 바이어스 패턴들을 갖는 이미지 센서
US10861892B2 (en) * 2018-11-21 2020-12-08 Bae Systems Information And Electronic Systems Integration Inc. Low-light-level CMOS image sensor pixel
KR102679205B1 (ko) * 2019-07-02 2024-06-28 에스케이하이닉스 주식회사 이미지 센싱 장치
US11355537B2 (en) * 2019-10-16 2022-06-07 Omnivision Technologies, Inc. Vertical gate structure and layout in a CMOS image sensor
KR20210076286A (ko) 2019-12-13 2021-06-24 삼성전자주식회사 이미지 센서
US11502120B2 (en) * 2019-12-19 2022-11-15 Omnivision Technologies, Inc. Negatively biased isolation structures for pixel devices
US11335716B2 (en) * 2019-12-24 2022-05-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Photosensing pixel, image sensor and method of fabricating the same
US11437420B2 (en) * 2020-01-03 2022-09-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor with overlap of backside trench isolation structure and vertical transfer gate
US20230215901A1 (en) * 2020-04-20 2023-07-06 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging element
US11189655B1 (en) * 2020-07-08 2021-11-30 Omnivision Technologies, Inc. Isolation structure for suppressing floating diffusion junction leakage in CMOS image sensor
US11658198B2 (en) * 2020-08-20 2023-05-23 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with through silicon fin transfer gate
US11658199B2 (en) * 2020-08-20 2023-05-23 Omnivision Technologies, Inc. Image sensor with through silicon fin transfer gate
US20220310678A1 (en) * 2021-03-26 2022-09-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. High reflectance isolation structure to increase image sensor performance
US20220026542A1 (en) * 2021-07-14 2022-01-27 Canon Kabushiki Kaisha Optical detection apparatus and optical detection system

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200713574A (en) * 2005-08-22 2007-04-01 Micron Technology Inc HDR/AB on multi-way shared pixels
JP2008099158A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
US9609250B2 (en) * 2014-08-19 2017-03-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Unit pixels for image sensors and pixel arrays comprising the same
US9621834B2 (en) * 2008-07-18 2017-04-11 Sony Corporation Solid-state imaging element and camera system

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4845919B2 (ja) 2008-04-07 2011-12-28 キヤノン株式会社 画像形成装置
US9825073B2 (en) * 2014-05-23 2017-11-21 Omnivision Technologies, Inc. Enhanced back side illuminated near infrared image sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW200713574A (en) * 2005-08-22 2007-04-01 Micron Technology Inc HDR/AB on multi-way shared pixels
JP2008099158A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Sony Corp 固体撮像装置、固体撮像装置の駆動方法および撮像装置
US9621834B2 (en) * 2008-07-18 2017-04-11 Sony Corporation Solid-state imaging element and camera system
US9609250B2 (en) * 2014-08-19 2017-03-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Unit pixels for image sensors and pixel arrays comprising the same

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