[发明专利]一种低噪声高灵敏度近红外图像传感器

说明书

本发明公开了一种低噪声高灵敏度近红外图像传感器，图像传感器像素基于硅材料106制备，像素背面最顶层为像素的微透镜100，其下方为光学平坦层101，平坦层下方为红光滤光片102，红光滤光片102两侧为像素间的金属网格103，红光滤光片102下方为氧化层104；像素两侧沟槽为深沟槽隔离结构105，像素感光区域的N型区域109位于像素正面中心，感光区域的耗尽区110向像素背面方向延伸，像素背面设置多道不同深度的BST结构107。BST结构107的深度根据耗尽区110边界设计，并在BST沟槽刻蚀完成后，增加一道浅p型重离子注入。适用于大尺寸像素的高灵敏度低噪声BST像素结构，在周期性BST结构增强像素灵敏度的基础上，通过变化的BST深度和BST沟槽的p型离子注入，减小像素暗电流噪声。

技术领域

本发明涉及一种图像传感器结构，尤其涉及一种低噪声高灵敏度近红外图像传感器。

背景技术

人眼对400nm～700nm的可见光波段较为敏感，700nm～2500nm为近红外波段。在较为黑暗的环境中，近红外光子多余可见光子，因此，近红外图像传感器在航空航天、夜视安防等领域有着极为广泛的应用。近红外灵敏度作为图像传感器的重要指标，决定了传感器对夜间图像的捕获能力。

由于硅材料对近红外波长吸收率较低，为了提升像素近红外灵敏度，一方面可以增大传感器尺寸，增加外延厚度；另一方面可以引入对入射进行反射、折射或衍射的红外增强结构。目前最为有效的方式是采用背面散射技术(backside scattering technology,BST)，通过增加BST结构，使光信号在像素中进行多次反射，从而提升光程，增加硅材料的光吸收，提升近红外灵敏度。

目前，常见的BST结构如图1a、图1b所示，以“十字型”BST结构为例，其中心位置位于像素透镜的聚光处。如图2a所示，经该结构折射或反射的光线具有更大的入射角度，因此在底面更容易发生反射。

但是，简单BST结构的设计更适用于小尺寸、透镜聚光能力较强的像素，对于如图3所示的大尺寸像素而言，需要考虑光学损失或工艺规则，透镜高度和平坦层高度往往被限制。单一的结构无法对入射光进行充分的折射和反射(如图3所示)，灵敏度提升有限。因此，大尺寸像素的需要复杂图形或周期性排列的BST结构以增强对入射光的折射与反射作用。

然而，BST结构引入了更多的界面态，如图2b所示，若大尺寸像素采用周期性排列的BST结构，会导致像素暗电流的增大。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种低噪声高灵敏度近红外图像传感器，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的低噪声高灵敏度近红外图像传感器，图像传感器像素基于硅材料106制备，像素背面最顶层为像素的微透镜100，其下方为光学平坦层101，平坦层下方为红光滤光片102，红光滤光片102两侧为像素间的金属网格103，红光滤光片102下方为氧化层104；

像素两侧沟槽为深沟槽隔离结构105，像素感光区域的N型区域109位于像素正面中心，感光区域的耗尽区110向像素背面方向延伸，像素背面设置多道不同深度的BST结构107。

与现有技术相比，本发明所提供的低噪声高灵敏度近红外图像传感器，通过像素结构与像素工艺的设计，可以在保证像素近红外灵敏度提升的同时，减小像素暗电流噪声。

附图说明

图1a、图1b分别为两种常见的BST形状示意图；

图2a为小尺寸像素“十字型”BST结构光学机理示意图；

图2b为像素工艺结构示意图；

图3为大尺寸像素“十字型”BST结构光学机理示意图；