[发明专利]用于红外辐射的具有提高的量子效率的图像传感器

说明书

一种具有背面照度的集成图像传感器，该集成图像传感器包括至少一个像素(PIX)，该至少一个像素包括有源半导体区域(1)和聚光透镜(L)，该有源半导体区域具有第一面(10)和第二面(11)并且包含光电二极管(3)，该聚光透镜位于该有源区域(1)的该第一面(10)的前方并且被配置成用于将到达该透镜(L)上的光线(r1)引导朝向该有源区域(1)的中央区(12)。该有源区域(1)包括至少一个衍射元件(5)，该至少一个衍射元件具有与该有源区域(1)的折射率不同的折射率并且至少部分地位于该中央区(12)中在该有源区域的这些面(10，11)之一上。

技术领域

本发明的实施例涉及光学图像传感器(具体为具有背面照度的图像传感器)，并且具体地涉及提高这种类型的传感器的量子效率。

背景技术

图像传感器的量子效率是所收集的电荷数量与入射到图像传感器(例如光电二极管)的有源区域上的光子数量之比。这个量可以表征图像传感器对光的感光度。

针对近红外光学信号(即，波长处于700纳米至1000纳米之间的光线)的量子效率较低，具体是因为传感器的光敏区域的硅对这些波长的吸收较低。

存在可以提高具有背面照度的图像传感器针对近红外波长的量子效率的手段。

一种解决方案在于通过反射现象增长光线在硅中行经的光学路径，例如，在位于有源区域后方的互连部分(通常被本领域技术人员称为首字母缩略词BEOL：“后段制程”)中的金属化层上、或者在界定有源区域的绝缘沟槽上。

然而，这些方法仍然不够，尤其是因为在最紧凑的图像传感器中使用的硅厚度较小。

发明内容

因此，一个实施例提供了一种图像传感器，该图像传感器针对红外光线具有提高的量子效率。

一方面，提供了一种具有背面照度的集成图像传感器，该集成图像传感器包括至少一个像素，该至少一个像素包括有源半导体区域和聚光透镜，该有源半导体区域具有第一面或后面以及第二面并且包含光电二极管，该聚光透镜位于该有源区域的第一面的前方并且被配置成用于将到达该透镜的光线引导朝向该有源区域的中央区。

根据此方面的一个一般特性，该有源区域包括至少一个衍射元件，该至少一个衍射元件具有与该有源区域(例如氧化物)的折射率不同的折射率并且至少部分地位于该中央区中、在该有源区域的这些面之一上。

因此，通过将特定的衍射元件至少部分地形成在该中央区中，由于这个衍射元件的定位所导致的许多衍射，光线在硅中行经的光学路径更进一步地增长了。

该传感器还可以包括至少一个金属化层，该至少一个金属化层位于该有源区域的第二面的前方、被包封在绝缘区域中并且光学地耦合至该衍射元件。

因此，由于存在至少一个金属化层(其对由衍射元件衍射的光线进行反射)，更进一步地增强了衍射元件的效果。

根据一个实施例，该至少一个衍射元件可以包含绝缘材料沟槽，该沟槽位于该有源区域中在该有源区域的该第一面上。

根据与前述实施例兼容的另一个实施例，该至少一个衍射元件可以包含绝缘材料沟槽，该沟槽位于该有源区域中在该有源区域的该第二面上。

该至少一个衍射元件还可以包括形成在该有源区域的第二面上的一行多晶硅。因为有源区域的前面通常包含薄保护氧化层，所以在衍射元件与其直接环境之间总是存在折射率差异。

根据一个实施例，该至少一个衍射元件沿平行于该第一面和该第二面的单个方向延伸并且至少部分地位于该有源区域的中央区中。

该传感器可以包括多个衍射元件，该多个衍射元件中的至少一者至少部分地位于该有源区域的中央区中。

这些衍射元件中的至少一些衍射元件可以结合在一起，从而形成沿多个方向延伸的单个衍射图案。