[发明专利]图像传感器及其形成方法

说明书

用于子像素的多个光伏结可以形成在半导体衬底中。在减薄半导体衬底的背面之后，可以在减薄的半导体衬底的背侧表面上形成至少一个透明折射结构。每个透明折射结构具有可变厚度，该可变厚度随着距离穿过子像素的第二导电型柱结构的几何中心的垂直轴线的横向距离的减小而减小。包括光学透镜的子像素光学组件可以在至少一个透明折射结构上方形成。每个透明折射结构可以减小向下传播到光电探测器中的光的倾斜角，增加光的全内反射并提高光电探测器的效率。本申请的实施例还涉及图像传感器及其形成方法。

技术领域

本申请的实施例涉及图像传感器及其形成方法。

背景技术

半导体图像传感器用于感测电磁辐射，诸如可见光、红外辐射和/或紫外线。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器用于各种应用中，诸如数码相机或移动设备中的嵌入式相机。这些设备利用图像像素阵列(可能包括光电二极管和晶体管)来利用电子-空穴对的光生来检测辐射。

发明内容

本申请的一些实施例提供了一种图像传感器，包括位于半导体衬底上的图像像素阵列，其中：所述图像像素阵列内的每个图像像素包括至少一个子像素；每个子像素包括多个光伏结、感测电路、被配置为将入射光引导到所述多个光伏结上并包括光学透镜的子像素光学组件，以及至少一个透明折射结构；所述多个光伏结中的每个包括相应的第一导电型固定层和相应的第二导电型柱结构；并且所述至少一个透明折射结构在锥形界面处与所述第二导电型柱结构接触。

本申请的另一些实施例提供了一种图像传感器，包括：位于半导体衬底上的图像像素阵列，其中：所述图像像素阵列中的每个图像像素包括至少一个子像素；每个子像素包括：位于所述半导体衬底的正面与背侧表面之间的多个光伏结、感测电路、位于所述背侧表面上面并被配置为将入射光引导到所述多个光伏结上并包括光学透镜的子像素光学组件，以及位于所述光学透镜与所述背侧表面之间并且具有可变厚度的透明折射结构，所述可变厚度随着距离穿过所述光学透镜的焦点的垂直轴线的横向距离的减小而减小；以及所述多个光伏结中的每个包括相应的第一导电型固定层和相应的第二导电型柱结构。

本申请的又一些实施例提供了一种形成图像传感器的方法，包括：通过掺杂所述半导体衬底的部分来形成用于半导体衬底中的子像素的多个光伏结，其中，所述多个光伏结中的每个包括相应的第一导电型固定层和相应的第二导电型柱结构；在所述半导体衬底的正面上形成感测电路；通过减薄所述半导体衬底的背面来物理地暴露所述第二导电型柱结构，其中，减薄的半导体衬底的背侧表面被物理地暴露；在所述减薄的半导体衬底的所述背侧表面上形成至少一个透明折射结构，其中，所述至少一个透明折射结构中的每个具有可变厚度，所述可变厚度随着距离穿过所述第二导电型柱结构的几何中心的垂直轴线的横向距离的减小而减小；以及在所述至少一个透明折射结构上方形成包括光学透镜的子像素光学组件，其中，所述子像素光学组件被配置为将入射光引导到所述多个光伏结上。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1A是根据本发明的实施例的图像传感器的图像像素阵列的第一配置的平面图。

图1B是根据本发明的另一实施例的用于图像传感器的图像像素阵列的第二配置的平面图。

图2A是根据本发明的实施例的在示例性结构中的子像素的区域内的前侧传感器组件的平面图。

图2B是沿着图2A的铰接垂直平面B–B’–B”–B’”–B””的示例性结构的垂直截面图。

图3A至图3D是根据本发明的实施例的在第二导电类型的柱结构的水平处的图像像素的各种配置的水平截面图。

图4是根据本发明的实施例的在互连级介电层内形成的金属互连结构的在形成以及载体衬底的附接之后的示例性结构的垂直截面图。