延长用于成像系统的近红外光谱响应的系统和方法与流程

本发明大体上涉及提供对摄影和/或其它图像俘获装置中的近红外光或信号的改进的或延长的光谱响应。更具体地说，本发明涉及改进或扩展光检测器或光电二极管检测或接收图像传感器中的近红外光或信号的能力。

背景技术：

出于各种目的成像设备的各种配置可以使用近红外(nir)或更长波长光或信号。举例来说，人机接口(hmi)可以利用nir或ir光或信号以传送移动或其它命令，例如，手势控制。机器“视觉”系统可以使用nir或更长波长光，允许机器或计算机“看见”或者光学地观看场景或事件。在许多情况下，一或多个nir传感器可以感测nir信号，例如，能够检测nir信号的背侧照亮(bsi)传感器。由于技术的进步引起计算机和其它机器的尺寸的减小，用于这些装置中的nir传感器也可以变得更小。然而，一些图像传感器可能物理上无法完全实现nir信号，例如，由于nir信号的较长的波长。因此，允许这些图像传感器在成像系统中更完全地实现nir信号的系统和方法将是有益的。

技术实现要素：

本发明的系统、方法及装置各自具有若干方面，所述方面中的任何单一者均不独自负责其所期望的属性。在不限制如由所附权利要求书表达的本发明的范围的情况下，现在将简要地论述一些特征。在考虑此讨论之后，并且尤其在阅读标题为“具体实施方式”的章节之后，将了解本发明的各种实施例的特征是如何提供优点的。

本发明中所描述的标的物的一个创新方面可以在用于俘获图像的红外(ir)传感器中实施，所述传感器包括经配置以将光转换成电流的传感器像素的阵列。传感器像素的阵列的每个传感器像素包括：光检测器区域，其经配置以将光转换成电流；以及透镜，其经配置以将入射在透镜上的光聚焦到光检测器区域中，所述透镜被放置成邻近于光检测器区域使得入射光传播穿过透镜并且进入到光检测器区域中。每个传感器像素进一步包括衬底，所述衬底经安置使得光检测器区域在衬底与透镜之间，所述衬底具有形成于其中的一或多个晶体管以及放置在衬底的至少一部分与光检测器区域的至少一部分之间的一或多个反射结构并且使得光检测器区域的至少一部分在一或多个反射结构与透镜之间，所述一或多个反射结构经配置以反射已经穿过光检测器区域的至少一部分进入到光检测器区域中的光。

本发明中所描述的标的物的其它创新方面也可以在用于经由具有传感器像素的阵列的ir传感器俘获图像的方法中实施。所述方法包括经由透镜将光聚焦到传感器像素的阵列的像素的光检测器区域上并且经由光检测器区域将光转换成电流。所述方法进一步包括经由一或多个反射结构将穿过光检测器区域的至少一部分传播的光反射到光检测器区域中，其中将光反射到光检测器区域中增大光在光检测器区域内行进的距离。

本发明中所描述的标的物的其它创新方面也可以在用于制造用于俘获图像的ir传感器的方法中实施，所述ir传感器包含传感器像素的阵列。所述方法包括形成经配置以将光转换成电流的光检测器区域。所述方法进一步包括形成经配置以将入射在透镜上的光聚焦到光检测器区域上的透镜，所述透镜被放置成邻近于光检测器区域，使得入射光传播穿过透镜并且进入到光检测器区域中。所述方法还包括形成衬底，所述衬底经安置使得光检测器区域在衬底与透镜之间，所述衬底具有形成于其中的一或多个晶体管。所述方法还进一步包括形成放置在衬底的至少一部分与光检测器区域的至少一部分之间的一或多个反射结构并且使得光检测器区域的至少一部分在一或多个反射结构与透镜之间，所述一或多个反射结构经配置以反射已经穿过光检测器区域的至少一部分进入到光检测器区域中的光。

附图说明

现在将参考附图，结合各种实施例描述上文所提到的方面以及本发明技术的其它特征、方面和优点。然而，所说明的实施例仅为实例，且并不意图是限制性的。在整个图式中，相似符号通常识别相似组件，除非上下文另外规定。应注意，以下各图的相对尺寸可能未按比例绘制。

图1是说明根据示例性实施方案的场景、图像俘获装置和在场景中以及在图像俘获装置的视野内的各种目标对象的图式。

图2是说明使用nir传感器的图像俘获装置的一个实施例的实例的框图。

图3a和3b各自包含指示前侧照射(fsi)装置(图3a)和背侧照射(bsi)图像传感器(图3b)的光谱响应的图形，突出显示了nir波长区域和相应的装置的获得具有在nir区域内的波长的信号的相关联的能力。

图4示出了并入金属反射器以使得光穿过光检测器区域反射回来并且改进bsi图像传感器的光谱响应的3d堆叠bsi传感器(包含四个像素)的截面的实施例。

图5a是进一步并入反射光栅以使得光穿过光检测器区域反射回来并且改进bsi图像传感器的光谱响应的图4的3d堆叠bsi传感器的实施例的说明。

图5b是包含单周期反射光栅的图5a的3d堆叠bsi传感器的实施例的说明。

图5c是包含具有不同形状的双周期性反射光栅的图5a的3d堆叠bsi传感器的实施例的说明。

图5d是包含具有不同双周期性布局的双周期性反射光栅的图5a的3d堆叠bsi传感器的另一实施例的说明。

图6a-6d包含图4和5的共享像素bsi传感器的四个自上而下的视图。

图7是说明根据一些实施例制造bsi图像传感器的方法的实例的流程图。

图8是说明根据一些实施例经由ir传感器俘获图像的方法的实例的流程图。

具体实施方式

下文参考附图更充分地描述新颖系统、设备和方法的各个方面。然而，本发明可以许多不同形式来实施，且不应被解释为限于贯穿本发明所呈现的任何特定结构或功能。实际上，提供这些方面以使得本发明可以透彻且完整，并且可向所属领域的技术人员充分传达本发明的范围。本发明的范围意图涵盖本文中所公开的系统、设备和方法的方面，无论是独立于本发明的任何其它方面还是与本发明的任何其它方面组合实施。举例来说，可以使用本文中所阐述的任何数目的方面来实施设备或实践方法。此外，包含本文中所描述的那些的本发明的实施例的范围意图涵盖使用其它结构、功能或除本文中所阐述的实施例的各个方面之外的结构和功能实践的此类设备或方法。应理解，可通过权利要求的一或多个要素来实施本文中所公开的任何方面。

虽然本文中描述了特定方面，但这些方面的许多变化和排列落在本发明的范围内。虽然提及了优选方面的一些益处和优点，但本发明的范围并不意图限于特定益处、用途或目标。实际上，本发明的方面意图广泛地适用于各种成像和摄影技术、系统配置、计算系统、闪光系统和曝光确定系统。具体实施方式和图式意图是本发明的实施例的公开内容的说明而非限制。

在一些实施例中，所描述的成像系统可检测在可见范围内或近红外(“nir”)的光或更长波长光(例如，红外(“ir”)等)。为了描述的清晰起见，“nir光”将指具有在nir范围内的波长或具有长于nir光的波长的任何光。

图1是说明根据示例性实施方案的场景、图像俘获装置和在场景中以及在图像俘获装置的视野内的各种目标对象的图式。如图1所示，图像俘获装置(“相机”)102可以包含近红外(“nir”)传感器104和“人造nir”光源(“nir源”)105，例如，在相机102上或耦合到相机102的闪光灯源或其它人造光源。nir源105可被称为第一nir源。相机102的视野(“fov”)可以包含目标对象108a-c，其包含灌木108a、人员108b和树108c。场景100可以进一步包含独立于相机102的外部nir源110，例如，并不在相机102上的自然光源(太阳)或人造光源。反射光106a-c表示相应地从目标对象108a-c反射回来的nir光的路径。发射光112a表示从外部nir源110所发射的nir光的路径。发射光112b表示从nir源105所发射的nir光的一些路径。

nir传感器104可以(例如)经由此图中未示出的相机102的光学元件感测nir光(或nir信号)，并且因此基于感测到的nir光俘获相机102的fov的图像。通过nir传感器104所感测到的nir光可以包含从nir源105发射且从目标对象108a-c反射的反射光106a-c、来自外部nir源110的发射光112a和/或来自nir源105的发射光112b或反射光106a-c与发射光112a及112b两者的组合。换句话说，nir传感器104可以吸收从外部nir源110和nir源105直接地或在它从相机102的fov内的目标对象108a-c反射之后所发射的发射光112a和112b。在一些实施例中，发射光112nir源105可以是闪光灯，所述闪光灯在相机102用于使用nir传感器104俘获图像时发射发射光112a。在其它实施例中，nir源105可以在nir传感器104感测周期的持续时间内提供持续照射。在一些实施例中，nir传感器104和nir源105可为经配置以一起操作或可集成到单个组件中的两个组件。nir传感器104可经配置以基于所吸收的光生成fov的图像。如下文将进一步详细描述，nir传感器104可以包含一或多个nir感测元件(其在本文中可被称为像素)。

如同nir源105，外部nir源110可以独立于相机102起作用(例如，作为持续照射源，例如，太阳)或可以取决于相机102而起作用(例如，作为外部闪光灯)。举例来说，外部nir源110可以包括在相机102的fov内或在相机102的fov的一部分中持续发射发射光112的外部光。

在一些实施例中，相机102可以包含能够俘获静止或移动图像的装置(在不考虑格式(数字、胶片等)或类型(摄影机、静物相机、网络相机等)的情况下)。相机102可以基于从nir传感器104接收到的一或多个信号确定到目标场景或目标对象(即，目标场景中的对象)的距离或目标场景或目标对象(即，目标场景中的对象)的深度。为了描述清晰起见，“目标对象”将是指代在其为相机所聚焦的主题的情形下的目标场景和目标对象两者。

发射光112表示来自nir源105和外部nir源110的光可从nir源105和外部nir源110传播到目标对象108a-c的路径。图1的实施例示出了从在相机102的fov内的目标对象108a-c接收反射光106a-c的nir传感器104。如图所示，目标对象108a-c可以在相机102中的各种深度处。然而，在一些实施例中，目标对象108a-c可以在相机102中的单个深度处。目标对象108a-c各自反射表示从目标对象108a-c反射回来的nir光的反射光106a-c。

图2是说明使用nir传感器的图像俘获装置的一个实施例的实例的框图。图2说明具有一组组件(包含链接到光学元件215、闪光灯(或其它光源)216且链接到用于操作相机102的模块的图像处理器220)的相机102的一些实施例的实例的高层级框图。图像处理器220也可以与工作存储器205、存储器230和装置处理器250通信，其继而可以与电子存储模块(“存储装置”)210和显示器225(例如，电子或触摸屏显示器)通信。在一些实施例中，单个处理器可以包括图像处理器220与装置处理器250两者，而不是如图2中所说明的两个单独的处理器。一些实施例可以包含三个或大于三个处理器。在一些实施例中，上文所述的组件中的一些可能并不包含于相机102中，或者上文没有描述的额外组件可以包含相机102中。在一些实施例中，上文所述或描述为包含于相机102中的组件中的一或多个可以组合或集成到相机102的任何其它组件中。

相机102可以是手机、数码相机、平板计算机、个人数字助理、膝上型计算机、个人相机、运动相机、固定式相机、已连接的相机、可穿戴装置、汽车、无人机或类似物或者可以是手机、数码相机、平板计算机、个人数字助理、膝上型计算机、个人相机、运动相机、固定式相机、已连接的相机、可穿戴装置、汽车、无人机或类似物的一部分。相机102也可以是静止计算装置或其中深度感测将有利的任何装置。在相机102上有多个应用程序可供用户使用。这些应用程序可包含传统摄影和视频应用程序、高动态范围成像、全景照片和视频，或例如3d图像或3d视频等立体成像。

仍参考图2，相机102包含用于俘获目标对象和/或场景的图像的光学元件/透镜(“光学元件”)215。光学元件215可以包含至少一个传感器和将从相机102的fov(例如，光学元件215的fov)接收到的光聚焦到至少一个传感器上的至少一个光学成像组件。举例来说，至少一个传感器可以包括cmos或ccd传感器，例如，相对于图1所描述的nir传感器104。在一些实施例中，相机102可以包含一个以上光学元件215或在光学元件215内的一个以上传感器。光学元件215可以耦合到图像处理器220以将所俘获的图像传输到图像处理器220。在此实施例中，到光学元件215的信号和来自光学元件215的信号通过图像处理器220传送。

相机102可以包含闪光灯216。在一些实施例中，相机102可以包含至少一个闪光灯216。闪光灯216可包含(例如)闪光灯泡、反射器、几何光图案产生器、led闪光灯或nir光源(例如，在图1中所提及的nir源105)。图像处理器220可经配置以从闪光灯216中接收信号且将信号发射到闪光灯216以控制闪光灯。

如图2中所说明，图像处理器220连接到存储器230和工作存储器205。在所说明的实施例中，存储器230可经配置以存储俘获控制模块235、深度确定模块240和操作系统245。在一些实施例中可以包含额外模块，或在一些实施例中可以包含更少模块。这些模块可包含配置图像处理器220以执行各种图像处理和装置管理任务的指令。工作存储器205可以由图像处理器220使用以存储包含于存储器230的模块中的一或多个中的处理器指令或功能的工作集。工作存储器205可以由图像处理器220使用以存储在相机102的操作期间所创建的动态数据(例如，一或多个目标对象深度测量值等)。虽然额外模块或与外部装置或硬件的连接件可能并没有在此图中示出，但是它们可能存在以提供其它曝光和聚焦调整以及估计选项或动作。

如上文所提到，图像处理器220可以由存储于存储器230中的若干模块配置或可以结合存储于存储器230中的若干模块操作。俘获控制模块235可以包含控制相机102的总体图像俘获功能的指令。举例来说，俘获控制模块235可以包含配置图像处理器220使用光学元件215来俘获目标对象的原始图像数据的指令。俘获控制模块235还可经配置以在俘获原始图像数据时激活闪光灯216。在一些实施例中，俘获控制模块235可经配置以在电子存储模块210中存储所俘获的原始图像数据或在显示器225上显示所俘获的原始图像数据。在一些实施例中，俘获控制模块235可以将所俘获的原始图像数据引导为存储在工作存储器205中。在一些实施例中，俘获控制模块235可以调用存储器230中的其它模块中的一或多个(例如，深度确定模块240)以对由光学元件215所俘获的图像执行深度确定技术并且将深度图或深度信息输出到图像处理器220。

深度确定模块240可包括配置图像处理器220以对所俘获的图像数据执行深度确定、深度匹配或深度映射技术的指令。举例来说，光学元件215可以俘获目标对象的视图(图2)。深度确定模块240可以配置图像处理器220以对光学元件215的fov的目标对象108执行深度确定操作。深度确定可以包含视差匹配或任何其它深度确定操作。

仍参考图2，操作系统245可以配置图像处理器220以管理相机102的工作存储器205和处理资源。举例来说，操作系统245可以包含装置驱动器以管理硬件资源，例如，光学元件215和闪光灯216。因此，在一些实施例中，上文以及下文所论述的包含于处理模块中的指令可能并不直接地与这些硬件资源交互，而是替代地通过位于操作系统245中的标准子例程或api与此硬件交互。在操作系统245内的指令可随后与这些硬件组件直接地交互。操作系统245可以进一步配置图像处理器220以与装置处理器250共享信息。操作系统245还可包含允许在相机102的各种处理模块之间共享信息和资源的指令。

装置处理器250可经配置以控制显示器225以将所俘获的图像或所俘获图像的预览显示给用户。显示器225可以在相机102外部或可以是相机102的一部分。显示器225还可经配置以提供用于在俘获图像之前使用的显示预览图像的视图查找器，或可经配置以显示存储在存储器中的或近来由用户俘获的所俘获的图像。显示器225可以包含面板显示器(例如，lcd屏幕、led屏幕或其它显示器技术)，并且可以实施触敏式技术。装置处理器250还可经配置以接收来自用户的输入。举例来说，显示器225还可被配置成触摸屏，并且因此可经配置以接收来自用户的输入。用户可以使用显示器225来输入装置处理器250可提供到深度确定模块240的信息。举例来说，用户可以使用显示器225以从在显示器225上或在显示器225中所示的fov中选择目标对象。装置处理器250可以接收该输入并且将其提供到深度确定模块240，所述深度确定模块可以使用输入来选择深度确定操作的特定对象。

在一些实施例中，装置处理器250可经配置以控制存储器230中的处理模块中的一或多个或从存储器230中的处理模块中的一或多个中接收输入。装置处理器250可以将数据写入到电子存储模块210，例如，表示所俘获的图像的数据。虽然电子存储模块210以图形方式表示为传统的磁盘装置，但是在一些实施例中，电子存储模块210可配置为任何储存媒体装置。举例来说，电子存储模块210可包含磁盘驱动器(例如，软盘驱动器、硬盘驱动器、光盘驱动器或磁光盘驱动器)，或固态存储器(例如，快闪存储器、ram、rom和/或eeprom)。电子存储模块210还可包含多个存储器单元，并且所述存储器单元中的任一者可经配置以在相机102内或可以在相机102外部。举例来说，电子存储模块210可以包含含有存储于相机102内的系统程序指令的rom存储器。电子存储模块210还可包含经配置以存储所俘获图像的存储卡或高速存储器，所述存储器卡或高速存储器可从相机中移除。

虽然图2描绘了具有单独组件以包含装置处理器250、图像处理器220和电子存储模块210(以及其它组件)的相机102，但是在一些实施例中，这些单独组件可以通过多种方式组合以实现特定的设计目标。举例来说，在替代实施例中，存储器组件(例如，电子存储模块210或工作存储器205或存储器230)可以与处理器组件(例如，图像处理器220和/或装置处理器250)组合以节省成本且提高性能。

另外，虽然图2说明多种存储器组件(包含存储器230(包括若干处理模块)和单独存储器(包括工作存储器205))，但是在一些实施例中，可以利用不同存储器架构。举例来说，设计可以利用rom或静态ram存储器来存储实施包含于存储器230中的模块的处理器指令。处理器指令可以加载到ram中以促进由图像处理器220执行。举例来说，工作存储器205可包括ram存储器，所述ram存储器具有在由图像处理器220执行之前被加载到工作存储器205中的指令。在一些实施例中，一或多个处理模块可以是存储于存储器230中的软件或可以包括与软件组件组合的硬件系统。此外，虽然上文并没有如此描述，但是上文与图像处理器220和装置处理器250中的一个相关联的功能可通过图像处理器220和装置处理器250中的另一个或图像处理器220和装置处理器250两者执行。

图3a和3b各自包含指示前侧照射(fsi)装置(图3a)和背侧照射(bsi)图像传感器(图3b)的光谱响应的图形，突出显示了nir波长区域和相应的装置的获得具有在nir区域内的波长的信号的相关联的能力。图3a和3b相应地突出显示了nir波长区域和相应的装置获得具有在nir区域305和355内的波长的信号的相关联的能力。光谱响应可以通过由光电二极管响应于其暴露于光而生成的电流的比率来表征。光谱响应也可以表示为量子效率，如图3a和3b中所说明的沿着y轴的图形所示。

具体地说，图3a是说明针对红光310、绿光315和蓝光320中的每一个相对于接收到的波长的fsi装置的量子效率的实例的图形300。在各种实施例中，fsi装置的厚度可以改变。沿着图形300的x轴是接收到的信号的波长，其从400纳米(nm)到1100nm。沿着y轴是在接收到的光获得处fsi装置的传感器的量子效率。相对于接收到的光的术语“获得”可以对应于传感器将接收到的光转换为对应于接收到的光的波长的电流的能力。举例来说，如果传感器在将光转换为电流时不能够利用接收到的光的整个波长，那么传感器不能够完全地获得接收到的光。图形300还示出了从近似地760nm到近似地960nm的窗口，指示近红外(“nir”)光区域305。

如图形300所示，在小于600nm处光以大于50％的效率被接收到，但是随着接收到的光的波长增大(沿着图形300的x轴向右移动)，fsi装置的量子效率降低。如下文将进一步论述的，这可以归因于fsi装置的光检测器区域相对于nir光的波长的厚度。

图3b是说明红光370、绿光365和蓝光360中的每一个相对于接收到的波长的背侧照射(“bsi”)装置(或传感器)的量子效率的实例的图形350。在各种实施例中，bsi装置的厚度可以改变。沿着图形350的x轴是接收到的信号的波长，从400nm到1100nm。沿着y轴是在接收到的光转换成电流处bsi传感器的传感器的量子效率。图形350还示出从近似地760nm到近似地960nm的窗口，指示nir光区域355。

如图形350中所说明，在小于600nm处光以大于50％的效率被接收到，但是随着接收到的光的波长增大(沿着图形350的x轴向右移动)，bsi传感器的量子效率降低。如下文将进一步论述的，这可以归因于bsi传感器的光检测器区域相对于nir光的波长的厚度。

如通过比较图3a和3b可见，在由nir区域305和355表示的nir区域内，fsi装置一般更有效地将接收到的光转换为电流。在nir区域305内，fsi装置具有近似30％的最大效率，而在nir区域355中，bsi传感器近似地最大为20％。然而，虽然与bsi图像传感器相比fsi装置可以提供更高的nir(和更大的波长)量子效率，但是fsi可能并不与3d堆叠传感器(以及类似)技术和规范兼容，并且因此可能并不是一些应用程序中的合适的替代bsi图像传感器(例如，由于尺寸限制等)。fsi和bsi装置的关于在将接收光转换为电流处它们的效率缺少行为与像素尺寸无关。

图4示出了并入金属反射器以使得光穿过光检测器区域反射回来并且改进bsi图像传感器的光谱响应的3d堆叠bsi传感器(包含四个像素)的截面的实施例。bsi传感器可以形成在移动应用程序中有效地起作用的紧凑型深度感测相机模块。bsi传感器400的截面示出了四个传感器像素401a、401b、401c和401d。为了清晰起见，仅描述了像素401a的结构，传感器像素401a-d中的每一个具有类似结构。像素401a包含微透镜402和n型光检测器区域(光检测器区域)404、金属反射器408、传递栅极410、p型光检测器区域412、三行金属互连件/层414、经配置以抑制像素信号串扰的光检测器隔离区域416，以及传递栅极410和金属互连件/层414以及金属反射器408安置于其中的衬底部分421。bsi传感器包含在光检测器区域404与衬底部分421之间的高折射率膜。高折射率膜可经配置以阻止光的至少一部分从光检测器区域404传播到衬底部分421。bsi传感器还可以包含抗反射层403，其经配置以允许光从微透镜402穿过抗反射层403传递并且进入光检测器区域404并且阻止至少一些光从光检测器区域404传播到微透镜402。光检测器隔离区域416抑制像素信号串扰。在一些实施例中，bsi传感器400的相邻像素可以共享衬底部分以及复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管(在此图中未示出)中的一或多个。在一些实施例中，金属互连件/层414和金属反射器408可以包括复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管中的一或多个部分。在图4中，光406(例如，nir光)从图的顶部进入光检测器区域404。

如像素401b和401c的bsi传感器400的实例中所说明，光406可以穿过微透镜402，所述微透镜聚焦光406且引导其穿过光检测器区域404传播。光检测器区域404可以将光406的至少一部分转换成电流。对于示出的bsi传感器400的实例来说，每个像素的光检测器区域404可以由硅形成并且可以小于3微米厚。具有在nir或更长范围内的波长的光406可具有超过光检测器区域404的厚度的穿透深度。举例来说，光406到硅中的穿透深度可能超过5微米。因此，当光检测器区域404由硅形成且具有小于3微米的厚度时，光检测器区域404可能并不能有效地转换光406。举例来说，来自光406的全部能量可能并不能转换成电流。因此，光检测器区域404可能太薄而不能将所有光406转换成电流，这是因为在没有转换成电流的情况下，光406的一部分(当在nir或更大波长范围内时)可以穿过光检测器区域404。因此，可能丢失并没有转换成电流的光406中的能量的一部分，这是因为在没有被转换成电力的情况下它可以继续穿透bsi传感器的衬底。

如图4中所说明，衬底421bsi传感器可以包含多个金属互连件或金属层。举例来说，金属反射器(“m1”)408和金属互连件/层(“m2-m4”)414可以包含在bsi传感器400内部的布线或晶体管。金属反射器408和金属互连件/层414可以位于bsi传感器400的衬底内的各种深度。金属互连件或金属层可以用作电源、接地、时钟和视频信号线等。

如图4中所示，金属反射器408可以是最顶部的金属层(最接近光检测器区域404)。在一些实施例中，金属反射器408比m2-m4金属互连件/层414更宽。这是因为金属反射器m1408可经配置以反射光406，所述光406在没有转换成电流的情况下传递穿过光检测器区域404、穿过光检测器区域404返回。金属反射器408可以位于邻近于光检测器区域404处并且可以与图4中说明的其它金属互连件/层414相比最接近光检测器区域404。在一些实施例中，金属反射器408包含一或多个金属层。与其它金属互连件/层414相比，在金属反射器408与光检测器区域40之间还可存在更少的组件。在一些实施例中，金属反射器408配置成比其它金属互连件/层414更宽以增加由金属反射器408所反射的光的量。这可以最小化由于bsi传感器的衬底421内的其它组件所反射或吸收而丢失的光406的量。

在一些实施例中(如图4中所示)，金属反射器408可以与bsi图像传感器中的每个像素的光检测器区域404具有相同或基本上相同的宽度。举例来说，金属反射器408可具有像素的光检测器区域404的宽度的95％或更大。在一些实施例中，金属反射器408可具有像素的光检测器区域404的宽度的90％或更大。在一些实施例中，金属反射器408可具有像素的光检测器区域404的宽度的85％或更大。另外，金属反射器408可以位于尽可能的接近光检测器区域404处，以进一步最小化在bsi传感器400的衬底内丢失的光406。在一些实施例中，当bsi传感器400的衬底由具有较低折射率的材料(例如，玻璃，其具有近似1.4的折射率)形成时，光检测器区域404与金属反射器408之间的距离可以随最小损失而增大。然而，在一些实施例中，金属反射器408可能并不形成于光检测器区域404内，这是因为与光检测器区域404的硅材料相比，金属反射器408具有较低熔点。如果金属反射器408嵌入光检测器区域404，那么金属反射器408可能因此染污光检测器区域404。

在不考虑光406的波长的情况下，穿过光检测器区域404将光406反射回来可以允许光检测器区域404增加转换成电力的光406的量(例如，其中光406具有小于光检测器区域404的厚度的两倍的穿透深度使得第二次传递穿过光检测器区域的光被吸收)。因此，其中光406可以包含具有到硅光电检测器中的5微米的穿透深度的nir光，当硅光检测器具有3微米的厚度时，金属反射器408可以穿过光检测器区域404反射回来nir光。在此实例中，光406穿过光检测器区域404返回的此反射可以使得光检测器区域404能够将剩余量的光406转换成电流，所述剩余量的光406为当它穿过光检测器区域404行进2微米的距离时在第一次穿过光检测器区域404时并不能转换成电流的光。因此，金属反射器408有效地加倍了光检测器区域404的厚度。光检测器区域404将光406转换成电流的能力提高了bsi传感器400的量子效率。

图5a是进一步并入反射光栅以使得光反射返回穿过光检测器区域并且改进bsi图像传感器的光谱响应的图4的3d堆叠bsi传感器的实施例的说明。图5a中所示的bsi传感器500包含如关于图4所示且所论述的许多相同组件，并且无需在此处再次论述这些组件。在图5a中所说明的实例中，反射结构是放置在邻近于bsi传感器500的衬底521且在bsi传感器500的衬底521附近的光检测器区域504内的反射“光栅”518。在一些实施例中，光栅518可以是周期性地布置的一组结构，其一些实例在图5b、5c和5d中说明。在一些实施例中，结构随机地布置，并且此类结构与周期性地布置的结构相比可具有不同的反射特征。在一些实施例中，光栅518由二氧化硅材料形成。在不使得反射光影响或干扰bsi传感器500的相邻像素的情况下，光栅518可以在bsi传感器500的光检测器区域504内反射光506。举例来说，当在光506穿过且离开光检测器区域504之后反射结构(金属反射器508)放置在衬底521内时，反射离开金属反射器508的光可以反射到邻近光检测器区域504中，这是因为在邻近共享像素的衬底区域之间缺少物理屏障或分隔器。使用光检测器隔离区域516来分隔或间隔光检测器区域504降低了反射离开位于第一光检测器区域504a内的反射结构(例如，光栅518)的光将传播到邻近于第一光检测器区域504a的第二光检测器区域504b的可能性。

在一些实施例中，光检测器隔离区域516可以包括与反射光栅518相同的材料，并且光栅518可以由与金属反射器508和514类似的材料形成或涂覆有与金属反射器508和514类似的材料。举例来说，光栅518可以包括(例如，由其形成或涂覆有)银、铜、金、铝、铂、铑和铬中的一或多种。这些材料中的每一种可以反射在nir波长范围内或超过nir波长范围的60％以上的光。另外，bsi传感器500制造过程可能已经使用这些材料，因此对于以光栅518形式添加这些材料的过程来说可能仅存在名义成本。因此，bsi传感器的制造过程可以将光栅518的构造并入到每个光检测器区域504中。替代地或另外，bsi传感器的制造过程可以经修改以将金属反射器508的构造并入到每个光检测器区域504中或并入到光检测器区域504下面的每个衬底521中。在一些实施例中，bsi传感器的构造可以经修改以将光栅518的构造并入到每个光检测器区域504中以及将金属反射器508的构造并入在衬底521内的光检测器区域504下面的的任一者或这两者。现有构造过程和现有像素物理设计及制造的此类利用可以允许修改所论述的不具有额外层(例如，没有额外的掩模层)的bsi传感器或步骤，这是因为金属反射器408或光栅518的构造可以集成到现有的构造过程步骤中。

在一些实施例中，bsi传感器500包含在微透镜502与光检测器区域504之间所示的抗反射层503。抗反射层503可以形成为使得光可以穿过微透镜502且穿过抗反射层503传播但是光并不能从光检测器区域504穿过(或仅最小量的光穿过)抗反射层503传播到微透镜502。此类修改提供了bsi传感器像素的量子效率的分辨率的提高以及深度图译码准确性、距离范围和这些像素的非线性的提高。

类似于金属反射器508，光栅518可以使得光506在光检测器区域504内反射。光栅518可以在光栅腔室(形成于邻近光栅之间的腔室)内部更好的限制入射光(尤其是更长波长(例如，波长大于700nm)的光)以便增强电荷聚集效率。因此，邻近光栅可以使得光506在光栅腔室内反射离开彼此，这延长了光506在光检测器区域504内的路径。

光栅的间距(例如，邻近光栅之间的距离)一般遵循布拉格衍射定律，nλ＝2dsinθ。举例来说，对于具有800nm波长的ir信号来说，连续光栅之间的距离d可近似为0.4微米。在一些实施例中，光栅间隔在0.2与0.4微米之间。另外或替代地，可以至少部分地基于被光检测器区域所吸收的信号或光的波长来调整光栅的尺寸。在一些实施例中，贯穿光检测器区域，光栅的间距、尺寸和/或形状并不是一致的。在一些实施例中，如图5a中所示，光栅518可与反射金属反射器508组合使用。在图5b-5d中所说明的实施例示出了包含沉积于光栅518顶部上的高折射率膜524的实例。高折射率膜524可以用于在针对邻近光栅518所形成的光栅腔室内改进光的捕获。在一些实施例中，高折射率膜524可以包括具有比玻璃更高的较高折射率(例如，大于1.4)的材料。举例来说，高折射率膜524可以包括si3n4、hfo2或ta2o5等等中的一个。

图5b是包含单周期反射光栅的图5a的3d堆叠bsi传感器的实施例的说明。单周期性光栅518b可以包含具有高度和宽度且沿着光检测器区域504的长度延伸的一或多个结构。“单周期”在此实例中指示光栅518周期性沿着光检测器区域504的单个轴、沿着图5b中的光检测器区域504(si检测器)的宽度。通过单周期性光栅518b，邻近光栅之间的间隙或空间520a可以仅存在于单周期性光栅518b的平面的一个轴中，例如，相对于图5a和5b的定向延伸到页面中。距离522a对应于沿着周期性轴跨越光检测器区域504的宽度的单周期性光栅518b的宽度。距离522b对应于沿着光检测器区域504的高度的单周期性光栅518b的高度。

图5c是包含具有不同形状的双周期性反射光栅的图5a的3d堆叠bsi传感器的实施例的说明。在图5c中所说明的双周期性光栅518c可以包含具有在光检测器区域504内以阵列布置的高度、宽度和长度的多个结构。“双周期性”是指周期性沿着光检测器区域504的两个轴的光栅(例如，在图5c中沿着光检测器区域504(si检测器)的宽度和深度)。如图5c中所示，通过双周期性光栅518c，间隙520a和520b可以存在于光栅518的平面的两个轴中。举例来说，间隙520a可以包含如图5c中所示沿着光检测器区域504的宽度的间隙或空间，而间隙520b可以包含随着它们延伸到页面中而分隔单个光栅518的间隙或空间。间隙520a和520b可具有相同距离或可具有不同距离。图5c描绘了具有圆柱形形状而不是图5a、5b和5d中的矩形或立方体形状的双周期性光栅518c，然而，在一些实例中，双周期性光栅518c可以包含矩形结构、正方形结构或不同形状的结构。距离522a对应于沿着周期性轴跨越光检测器区域504的宽度的双周期性光栅518c的宽度。距离522b对应于沿着光检测器区域504的高度的双周期性光栅518c的高度。在一些实施例中，双周期性光栅518c中的每个光栅结构可以位于在光检测器区域504内的相同平面中，而在其它实施例中，光栅518可以位于在光检测器区域504内的不同平面中(未示出)。在各种实施例中，双周期性光栅518c可具有不同尺寸或由不同反射材料制成。

图5d是包含具有不同双周期性布局的双周期性反射光栅的图5a的3d堆叠bsi传感器的另一实施例的说明。双周期性光栅518d可以包含具有在光检测器区域504内以阵列布置的高度、宽度和长度的多个结构，其中光栅的交替的行偏移以形成“棋盘格”型结构。双周期可以表明光栅周期性沿着光检测器区域504的两个轴(沿着图5d中的光检测器区域504(si检测器)的宽度和深度)。如图5d中所示，通过双周期性光栅518d，间隙520a和520b可以存在于反射光栅结构518的平面的两个轴中。举例来说，间隙520a可以包含如图5d中所示沿着光检测器区域504的宽度的间隙或空间，而间隙520b可以包含随着它们延伸到页面中而间隔单个光栅的间隙或空间。间隙520a和520b可具有相同距离或可具有不同距离。距离522a对应于沿着周期性轴跨越光检测器区域504的宽度的每个双周期性光栅518d的宽度。距离522b对应于沿着光检测器区域504的高度的双周期性光栅518d的高度。图5d还描绘了如图5a和5b中具有立方体或矩形形状的光栅518。在一些实施例中，双周期性光栅518d中的每个光栅可以放置在光检测器区域504内的相同平面中，而在其它实施例中，双周期性光栅518d的光栅可以放置在光检测器区域504内的各种平面中(未示出)。在各种实施例中，双周期性光栅518d可具有不同尺寸或由不同反射材料形成。

在上文所描述的制造过程中，具有图4-5d中所示的结构的bsi装置可以经由前端线(feol)过程形成。举例来说，feol过程可以包含多至(但不包含)后端线(beol)过程的bsi装置的所有制造过程。feol过程可以包含形成单个装置，所述单个装置形成于半导体材料上或由半导体材料形成。举例来说，光检测器区域404和504、光检测器隔离区域416和516以及光栅518可以在feol过程期间形成。将光栅518的形成与feol过程集成可以简化光栅518的形成并且降低在光电检测器中并入此类结构的总体成本。在一些实施例中，浅沟槽隔离(sti)或类似过程可用于隔离形成于半导体材料上或由半导体材料形成的装置，例如，光检测器区域504。在一些实施例中，光电检测器可以使用植入隔离来隔离，例如，使用p+隔离。

beol过程可以涉及将在feol过程期间形成的结构和装置与布线和/或金属层连接。举例来说，如图4和5中所示，beol过程可以涉及形成金属层m1、m2、m3和m4以及它们位于其中的围绕衬底。在一些实施例中，在feol和beol过程完成之后施加抗反射层和微透镜层。高折射率膜524可以在feol或beol过程期间形成，这是因为高折射率膜524可以放置于光检测器404/504材料与金属层区域的衬底之间。如上文提到，光栅518使用相同形成步骤以形成单周期或双周期。

图6a-6d包含图4和5的共享像素bsi传感器的四个自上而下的视图。所示的图6a-6d并不包含微透镜402(图4)。图6a-6d中的每一个示出了2×2像素阵列和相关联的共享晶体管区域。穿透硅光检测器区域(光检测器区域)604的nir光可能最终丢失或可能随着它继续穿透光检测器区域604而耗散。

图6a示出了在没有金属反射器408(图4)或光栅518(图5)的情况下的2×2像素阵列。图6b示出了仅有金属反射器408的2×2像素阵列。图6c示出了仅有光栅518的2×2像素阵列。图6d示出了具有金属反射器408和光栅518两者的2×2像素阵列。图6a-6d中的每一个还示出了共享复位和源/随动件放大器。在这些图中，进入bsi传感器的光可能来自页面内部。

图6a仅示出了包含传递栅极610(对应于图4的传递栅极410)、光检测器(或有源或像素晶体管)区域604(对应于图4的光检测器区域404)和接触件620(对抗接地弹跳(例如，提供稳固的接地)的p+衬底结(金刚石)，而正方形是n+接触件)的2×2像素架构。接触件620可以包括bsi图像传感器的不同层之间的接触点。每个2×2像素架构下面的水平区域包括晶体管和由上面的2×2结构共享的相关联的组件。图6b示出了对于光检测器区域604中的每一个来说具有添加的金属反射器608(对应于金属反射器508)的图6a的2×2像素架构。如上所述，金属反射器608可形成为与光检测器区域604基本上相同的尺寸。换句话说，金属反射器608可具有与传感器像素相同或基本上相同的截面面积。因此，如图6b中所见，金属反射器608的面积可小于光检测器区域604的面积。如图6b中所示，金属反射器608还与每个像素的传递栅极(或多栅极区域)610重叠。然而，在一些实施例中，金属反射器608可能并不与每个像素的传递栅极610重叠。

图6c包含对于光检测器区域604中的每一个来说具有光栅618的添加的阵列(对应于光栅518)的图6a的2×2像素架构。如图所示，光栅618的阵列可经配置以覆盖光检测器区域604的基本上所有部分。虽然此处未示出，但是光栅618的阵列可经配置以具有经覆盖的光检测器区域604的或多或少的面积。在一些实施例中，光栅618的阵列可以包括任何其它形状或可以包括多个形状。另外，虽然此图中未示出，但是反射光栅结构的阵列可经配置以与像素的传递栅极610重叠。图6d包含具有图6b的添加的金属反射器608和图6c的光栅618的阵列的图6a的2×2像素架构。如图所示，金属反射器608和光栅618的阵列可经配置以基本上覆盖如图所示的整个光检测器区域604。虽然在图6c和6d中未示出，但是高折射率膜可以重叠光栅618和由光检测器区域604示出的sti区域。

图7是说明根据一些实施例制造bsi图像传感器的方法的实例的流程图。方法700在框702处开始且前进到框704。在框704处，制造bsi图像传感器的方法700形成具有作用区域的一或多个光检测器区域。举例来说，一或多个光检测器区域可以对应于图4的光检测器区域404。方法700随后前进到框706，其中形成经配置以在反射器腔室内限制光的一或多个反射器结构。反射器结构可以包括一或多个光栅结构518(图5)，并且反射器腔室可以是光栅结构518之间的空间，例如，间隙520。方法700随后前进到框708，其中形成经配置以互连光检测器区域的组件的一或多个金属结构。这些一或多个金属结构可以包括形成于衬底部分421内的金属组件中的任一者(图4)，例如，传递栅极、金属层414、金属反射器408等。一旦形成这些一或多个结构，则方法700前进到框710，其中一或多个金属结构通过介电材料区域彼此隔离，其可对应于衬底部分421。方法700随后前进到框712，其中抗反射层形成于与金属结构相对的光检测器区域的边缘上。抗反射层可以对应于图4的抗反射层403。随后方法700前进到框714，其中一或多个微透镜形成且经配置以聚集更多的光到一或多个光检测器区域中。微透镜可以对应于图4的微透镜402。在形成一或多个微透镜之后，方法700在框716处结束。上文所示的方法700的框可按任何次序执行。替代地，方法700可以包含本文未示出的额外的框或可以不包含本文示出的框。

图8是说明根据一些实施例经由ir传感器俘获图像的方法的实例的流程图。方法800在框802处开始且前进到框804。在框804处，方法800将接收到的光聚焦到像素的光检测器区域上。光检测器区域可以对应于上文图4的光检测器区域404，并且像素可以对应于包括光检测器区域404和任何相关联衬底以及金属互连件、与邻近光检测器区域404和金属互连件隔离的结构。在一些实施例中，光经由图4的微透镜402聚焦。方法800随后前进到框806，其中方法800经由光检测器区域将接收到的光转换成电流。方法800随后前进到框808，其中接收到的光的路径长度经由一或多个反射器结构的阵列通过光检测器区域的至少一部分增大。在一些实施例中，反射器结构可以对应于光栅518(图5)。增大路径长度可以允许光检测器区域将更大量的接收到的光转换成电流。在一些实施例中，反射器结构可以与金属反射器508组合。方法800随后在框810处结束。

如本文中所使用，术语“确定”涵盖多种多样的动作。举例来说，“确定”可包含推算、计算、处理、导出、研究、查找(例如，在表、数据库或另一数据结构中查找)、断定等等。并且，“确定”可以包含接收(例如，接收信息)、存取(例如，存取存储器中数据)等等。并且，“确定”可包含解析、选择、挑选、建立和类似者。另外，如本文中所使用，在某些方面，“信道宽度”可涵盖或也可被称作带宽。

如本文中所使用，涉及项目列表中的“至少一个”的短语是指那些项目的任何组合，包含单个部件。作为实例，“a、b或c中的至少一个”意图涵盖：a、b、c、a-b、a-c、b-c和a-b-c。

可以通过能够执行操作的任何合适的装置执行上文所述的方法的各种操作，例如，各种硬件和/或软件组件、电路和/或模块。一般而言，各图中所说明的任何操作可由能够执行所述操作的对应的功能装置执行。

如本文中所使用，术语接口可指经配置以将两个或大于两个装置连接在一起的硬件或软件。举例来说，接口可为处理器或总线的部分且可经配置以允许信息或数据在装置之间的传送。可将接口集成到芯片或其它装置中。举例来说，在一些实施例中，接口可包括经配置以在一个装置处从另一装置接收信息或通信。接口(例如，处理器或总线的接口)可接收由前端或另一装置处理的信息或数据，或可处理所接收到的信息。在一些实施例中，接口可包括经配置以将信息或数据传输或传送到另一装置的发射器。因此，接口可传输信息或数据或可准备用于输出的信息或数据以用于传输(例如，经由总线)。

可使用通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列信号(fpga)或其它可编程逻辑装置(pld)、离散门或晶体管逻辑、离散硬件组件或其经设计以执行本文中所描述的功能的任何组合来实施或执行结合本发明而描述的各种说明性逻辑块、模块和电路。通用处理器可为微处理器，但在替代方案中，处理器可为任何市售处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可实施为计算装置的组合，例如dsp和微处理器的组合、多个微处理器、与dsp核心结合的一或多个微处理器，或任何其它此类配置。

在一或多个方面中，所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果在软件中实施，那么可将功能作为一或多个指令或代码存储在计算机可读媒体上或经由计算机可读媒体传输。计算机可读媒体包含计算机存储媒体与通信媒体两者，通信媒体包含有助于将计算机程序从一处传送到另一处的任何媒体。存储媒体可以是可以由计算机存取的任何可供使用的媒体。借助于实例而非限制，此类计算机可读媒体可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于携带或存储呈指令或数据结构的形式的所需程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。并且，适当地将任何连接称作计算机可读媒体。如本文中所使用的磁盘和光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘和蓝光光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘使用激光以光学方式再现数据。因此，在一些方面中，计算机可读媒体可包括非暂时性计算机可读媒体(例如，有形媒体)。

本文中所公开的方法包括用于实现所描述方法的一或多个步骤或动作。在不脱离权利要求书的范围的情况下，方法步骤和/或动作可以彼此互换。换句话说，除非指定了步骤或动作的特定次序，否则在不脱离权利要求书的范围的情况下，可修改特定步骤和/或动作的次序和/或用途。

所描述的功能可在硬件、软件、固件或其任何组合中实施。如果在软件中实施，那么可将所述功能作为一或多个指令存储在计算机可读媒体上。存储媒体可以是可以由计算机存取的任何可供使用的媒体。借助于实例而非限制，此类计算机可读媒体可包括ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储装置、磁盘存储装置或其它磁性存储装置，或可用于携带或存储呈指令或数据结构的形式的所需程序代码且可由计算机存取的任何其它媒体。如本文中所使用，磁盘及光盘包含压缩光盘(cd)、激光光盘、光学光盘、数字多功能光盘(dvd)、软盘和blu-光盘，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光盘使用激光以光学方式再现数据。

因此，某些方面可包括用于执行本文中所呈现的操作的计算机程序产品。举例来说，此计算机程序产品可包括上面存储有(和/或编码有)指令的计算机可读媒体，所述指令可由一或多个处理器执行以执行本文中所描述的操作。对于某些方面，计算机程序产品可以包含封装材料。

另外，应了解，用于执行本文中所描述的方法和技术的模块和/或其它合适装置可在适用时由用户终端和/或基站下载和/或以其它方式获取。举例来说，可将此类装置耦合到服务器以促进传送用于执行本文中所描述的方法的装置。替代地，本文中所描述的各种方法可以经由存储装置(例如，ram、rom、例如压缩光盘(cd)或软盘的物理存储媒体等)提供，使得用户终端和/或基站可以在将存储装置耦接或提供到装置之后获取各种方法。此外，可以利用用于将本文中所描述的方法和技术提供到装置的任何其它合适的技术。

应理解，权利要求书并不限于上文所说明的精确配置和组件。在不脱离权利要求书的范围的情况下，可在上文所描述的方法和设备的布置、操作和细节方面作出各种修改、改变和变化。

虽然上述内容涉及本发明的各方面，但是在不脱离本发明的基本范围的情况下，可设想出本发明的其它及另外方面，且由所附权利要求书确定本发明的范围。