減少背照式圖像傳感器中的串擾的復(fù)合柵格結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用于背照式(BSI)像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。光電二極管布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。金屬柵格位于半導(dǎo)體襯底上面并且由金屬柵格部分組成，金屬柵格部分分別圍繞光電二極管的外圍，從而使得金屬柵格內(nèi)的第一開口分別位于光電二極管上面。低-n柵格由低-n柵格部分組成，低-n柵格部分分別圍繞光電二極管的相應(yīng)的外圍，從而使得低-n柵格內(nèi)的第二開口分別位于光電二極管上面。濾色鏡布置在光電二極管的第一開口和第二開口中，并且濾色鏡的折射率大于低-n柵格的折射率。襯底隔離柵格延伸至半導(dǎo)體襯底中并且由隔離柵格部分組成，隔離柵格部分分別圍繞光電二極管的外圍。本發(fā)明還提供了一種用于制造BSI像素傳感器的方法。
【專利說明】
減少背照式圖像傳感器中的串擾的復(fù)合柵格結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及減少背照式圖像傳感器中的串擾的復(fù)合柵格結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]數(shù)碼相機和其他光學成像器件采用圖像傳感器。圖像傳感器將光學圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字數(shù)據(jù)可以表示為數(shù)字圖像。圖像傳感器包括像素傳感器的陣列和邏輯支撐件。該陣列的像素傳感器是用于測量入射光的單元器件，并且邏輯支撐件有助于測量結(jié)果的讀出。常用于光學成像器件的一種類型的圖像傳感器是背照式(BSI)圖像傳感器。為了低成本、小尺寸和高集成的目的，可以將BSI圖像傳感器制造集成到傳統(tǒng)的半導(dǎo)體工藝中。此夕卜，BSI圖像傳感器具有低工作電壓、低功耗、高量子效率、低讀出噪音并且允許隨機存取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供一種用于背照式(BSI)像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:多個光電二極管，布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)；金屬柵格，位于所述半導(dǎo)體襯底上面并且由多個金屬柵格部分組成，所述多個金屬柵格部分分別圍繞所述多個光電二極管的外圍，從而使得所述金屬柵格內(nèi)的多個第一開口分別位于所述多個光電二極管上面；低折射率(低-η)柵格，由多個低-η柵格部分組成，所述多個低-η柵格部分分別圍繞所述多個光電二極管的相應(yīng)的外圍，從而使得所述低-η柵格內(nèi)的多個第二開口分別位于所述多個光電二極管上面；濾色鏡，布置在對應(yīng)的光電二極管的第一開口和第二開口中，并且所述濾色鏡的折射率大于所述低-η柵格的折射率；以及襯底隔離柵格，延伸至所述半導(dǎo)體襯底中并且由多個隔離柵格部分組成，所述多個隔離柵格部分分別圍繞所述多個光電二極管的外圍，其中，所述襯底隔離柵格是金屬或折射率小于所述濾色鏡的折射率的低_η材料。
[0004]優(yōu)選地，所述襯底隔離柵格與所述金屬柵格是連續(xù)的，從而使得所述金屬柵格延伸至位于所述光電二極管之間和周圍的半導(dǎo)體襯底中。
[0005]優(yōu)選地，所述襯底隔離柵格與所述金屬柵格是不同的，并且所述襯底隔離柵格的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面大約齊平。
[0006]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:抗反射涂層，位于所述半導(dǎo)體襯底上面；以及介電層，位于所述抗反射涂層上面；其中，所述金屬柵格的上表面與所述介電層的上表面大約齊平。
[0007]優(yōu)選地，所述第一開口和所述第二開口與所述光電二極管橫向偏離，從而使得所述金屬柵格和所述低_η柵格部分地覆蓋所述光電二極管。
[0008]優(yōu)選地，所述第一開口、所述第二開口和所述光電二極管共用占用面積，并且其中，所述第一開口和所述第二開口居中位于對應(yīng)的光電二極管的中心上。
[0009]優(yōu)選地，所述金屬柵格和所述低-η柵格具有彼此對準的邊緣。
[0010]優(yōu)選地，所述低-η柵格與所述金屬柵格橫向偏離，因此所述金屬柵格的側(cè)壁鄰接所述低_n柵格的側(cè)壁。
[0011]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:集成電路，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底上并且設(shè)置在位于所述半導(dǎo)體襯底下方的后段制程(BEOL)金屬化堆疊件上。
[0012]優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括:微透鏡，布置在所述濾色鏡上方。
[0013]本發(fā)明還提供一種用于制造用于背照式(BSI)像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括:在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成光電二極管；對所述半導(dǎo)體襯底實施第一蝕刻，以穿過所述半導(dǎo)體襯底的位于所述光電二極管周圍和之間的區(qū)域，從而形成溝槽；在所述半導(dǎo)體襯底上方形成隔離層并且填充所述溝槽；實施所述隔離層的平坦化，以去除橫向伸展件并且形成襯底隔離柵格；在所述襯底隔離柵格上方形成低_n層；在所述低-η層上方形成硬掩模層；實施第二蝕刻以穿過所述低_η層和所述硬掩模層的位于所述光電二極管上面的區(qū)域，以形成共同限定開口的低-η柵格和硬掩模柵格，所述開口位于對應(yīng)的光電二極管上面；以及在對應(yīng)的光電二極管上方的開口中形成濾色鏡，其中，所述濾色鏡形成為具有比所述低_η層的折射率大的折射率。
[0014]優(yōu)選地，所述方法還包括:在所述半導(dǎo)體襯底上方形成抗反射涂層；在所述抗反射涂層上方形成介電層；以及實施所述第一蝕刻，以穿過所述抗反射涂層和所述介電層的掩蔽所述溝槽的區(qū)域。
[0015]優(yōu)選地，所述方法還包括:在所述介電層上方形成金屬制隔離層；以及實施所述平坦化至與所述介電層的上表面大約齊平。
[0016]優(yōu)選地，所述方法還包括:在所述襯底隔離柵格上方形成金屬層；在所述金屬層上方形成所述低-η層；在所述低-η層上方形成所述硬掩模層；以及實施所述第二蝕刻以穿過所述金屬層的位于所述光電二極管上面的區(qū)域，以形成位于所述低-η柵格下方的金屬柵格。
[0017]優(yōu)選地，所述方法還包括:實施所述平坦化至與所述半導(dǎo)體襯底的上表面大約齊平；在所述半導(dǎo)體襯底上方形成抗反射涂層；在所述抗反射涂層上方形成介電層；以及實施所述第二蝕刻至所述介電層。
[0018]優(yōu)選地，所述方法還包括:在所述半導(dǎo)體襯底上方形成金屬層；實施第三蝕刻以穿過所述金屬層的位于所述光電二極管上面的區(qū)域，以形成具有第二開口的金屬柵格，所述第二開口位于對應(yīng)的光電二極管上面；以及實施所述第二蝕刻，因此所述開口與所述第二開口橫向偏離，并且從而所述金屬柵格的側(cè)壁鄰接所述低_η柵格的側(cè)壁。
[0019]優(yōu)選地，所述方法還包括:形成與所述光電二極管橫向偏離的開口，因此所述低_η柵格和所述硬掩模柵格部分地覆蓋所述光電二極管。
[0020]優(yōu)選地，所述方法還包括:形成與所述光電二極管共用占用面積的開口，并且所述開口居中位于對應(yīng)的光電二極管的中心上。
[0021]優(yōu)選地，所述方法還包括:提供集成電路，所述集成電路包括所述半導(dǎo)體襯底和位于所述半導(dǎo)體襯底下方的后段制程(BEOL)金屬化堆疊件。
[0022]本發(fā)明還提供一種用于背照式(BSI)圖像傳感器封裝件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:集成電路，包括半導(dǎo)體襯底和后段制程(BEOL)金屬化堆疊件，其中，光電二極管布置在所述半導(dǎo)體襯底中，并且所述BEOL金屬化堆疊件位于所述半導(dǎo)體襯底下方；低折射率(低-η)柵格和硬掩模柵格，共同地限定開口，所述開口位于所述半導(dǎo)體襯底上面并且對應(yīng)于所述光電二極管，其中，所述硬掩模柵格掩蔽所述低-η柵格；濾色鏡，布置在對應(yīng)的光電二極管的開口中，并且所述濾色鏡的折射率大于所述低_n柵格的折射率；以及襯底隔離柵格，位于所述低-η柵格下方并且延伸至位于所述光電二極管之間和周圍的半導(dǎo)體襯底中。
【附圖說明】
[0023]當結(jié)合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0024]圖1A示出了用于對準的背照式(BSI)像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的截面圖。
[0025]圖1B示出了用于包括圖1A的像素傳感器的BSI圖像傳感器封裝件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的截面圖。
[0026]圖2示出了用于對準的BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其他實施例的截面圖。
[0027]圖3示出了用于偏移的BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一實施例的截面圖。
[0028]圖4示出了用于偏移的BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二實施例的截面圖。
[0029]圖5示出了用于偏移的BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一第二實施例的截面圖。
[0030]圖6示出了用于制造用于BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的一些實施例的流程圖。
[0031]圖7Α示出了圖6的方法的更詳細的實施例的流程圖，用該方法制造用于對準的BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0032]圖7Β示出了圖6的方法的更詳細的實施例的流程圖，用該方法制造用于偏移的BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0033]圖8至圖11、圖12Α至圖12Ε和圖13Α至圖13G示出了處于各個制造階段中的圖7Α和圖7Β的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的一系列截面圖。
[0034]圖14示出了圖6的方法的其他更詳細的實施例的流程圖，用該方法制造用于BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。
[0035]圖15至圖24示出了處于各個制造階段中的圖14的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的一系列截面圖。
【具體實施方式】
[0036]以下公開內(nèi)容提供了許多不同實施例或?qū)嵗?，以用于實現(xiàn)本發(fā)明的不同特征。下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成附加的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。另外，本發(fā)明可以在各個實例中重復(fù)參考標號和/或字符。該重復(fù)是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0037]此外，為便于描述，本文可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間關(guān)系術(shù)語，以描述如圖所示的一個元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間關(guān)系術(shù)語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且本文使用的空間關(guān)系描述符可以同樣地作相應(yīng)的解釋。
[0038]此外，為了便于描述，本文中可以使用“第一”、“第二”、“第三”等，以區(qū)分附圖或一系列附圖的不同元件?！暗谝弧?、“第二”、“第三”等不旨在描述對應(yīng)的元件。因此，結(jié)合第一附圖描述的“第一介電層”可以不必對應(yīng)于結(jié)合另一附圖描述的“第一介電層”。
[0039]背照式(BSI)圖像傳感器包括像素傳感器的陣列。用于BSI圖像傳感器的一些半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括集成電路，集成電路具有半導(dǎo)體襯底和布置在襯底內(nèi)的與像素傳感器對應(yīng)的光電二極管。集成電路的后段制程(BEOL)金屬化堆疊件沿著半導(dǎo)體襯底的第一(前)側(cè)位于半導(dǎo)體襯底下方。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的濾色鏡和微透鏡對應(yīng)于像素傳感器，并且順序堆疊在半導(dǎo)體襯底的第二(背)側(cè)上的對應(yīng)的像素傳感器的光電二極管上方。此外，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的柵格布置在濾色鏡之間的半導(dǎo)體襯底的第二(背)側(cè)上。
[0040]BSI圖像傳感器的一個挑戰(zhàn)是相鄰的像素傳感器之間的串擾。隨著BSI圖像傳感器變得越來越小，相鄰的像素傳感器之間的距離變得越來越小，從而增大了串擾的可能性。串擾降低量子效率、角度響應(yīng)和斜入射光下的SNR10。此外，BSI圖像傳感器沿著半導(dǎo)體襯底的背側(cè)在半導(dǎo)體襯底的上表面附近通常不具有光學隔離。半導(dǎo)體襯底的上表面附近的串擾趨于比上表面之上或之下的串擾更大。BSI圖像傳感器的另一個挑戰(zhàn)是光收集。隨著BSI圖像傳感器變得越來越小，用于光收集的表面面積變得越來越小，從而降低了像素傳感器的靈敏度。這對于低光環(huán)境是個問題。
[0041]鑒于以上所述，本申請涉及具有改進的光學隔離和光收集的BSI圖像傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底和布置在襯底中的光電二極管。此外，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括復(fù)合柵格和對應(yīng)于光電二極管的濾色鏡。濾色鏡布置在對應(yīng)的光電二極管上方，并且復(fù)合柵格布置在濾色鏡周圍和之間。復(fù)合柵格包括金屬柵格和位于金屬柵格上面的低折射率(低-η)柵格。低-η柵格的折射率小于濾色鏡的折射率。由于低折射率，低-η柵格隔離相鄰的濾色鏡并且將光引導(dǎo)至濾色鏡，以增大濾色鏡的有效尺寸。金屬柵格阻擋光，從而隔離相鄰的濾色鏡。甚至，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底隔離柵格。在一些實施例中，襯底隔離柵格是或以其他方式包括金屬柵格。在這種實施例中，金屬柵格延伸至光電二極管之間的半導(dǎo)體襯底中。在其他的實施例中，襯底隔離柵格包括深溝槽隔離(DTI)區(qū)。DTI區(qū)布置在光電二極管周圍和之間的半導(dǎo)體襯底中。
[0042]有利地，DTI區(qū)和延伸的金屬柵格改進了相鄰的像素傳感器之間的光學隔離，并且從而減小了半導(dǎo)體襯底中的串擾。這改進了量子效率、角度響應(yīng)和斜入射光下的SNR10。此夕卜，延伸的金屬柵格改進了半導(dǎo)體襯底的上表面附近以及半導(dǎo)體襯底之上和之下的光學隔離。已知，半導(dǎo)體襯底的上表面附近的光學隔離比上表面之上和之下的光學隔離更加重要。
[0043]參照圖1Α，提供了用于對準的BSI像素傳感器102的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的截面圖100Α。像素傳感器102通常布置在BSI圖像傳感器的像素傳感器陣列內(nèi)，并且通常布置在像素傳感器陣列的中心處。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底104，對應(yīng)于像素傳感器102的光電二極管106布置在該半導(dǎo)體襯底內(nèi)。在半導(dǎo)體襯底104內(nèi)將光電二極管106布置為行和/或列，并且將該光電二極管配置為累積來自入射在光電二極管106上的光子的電荷(例如，電子)。例如，半導(dǎo)體襯底104可以是諸如塊狀硅襯底的塊狀半導(dǎo)體襯底或絕緣體上硅(SOI)襯底。
[0044]DTI區(qū)108限定由柵格部分組成的襯底隔離柵格，諸如彼此鄰接的單獨的矩形或正方形柵格部分。此外，DTI區(qū)108從大約與襯底104的上表面齊平處延伸至半導(dǎo)體襯底104中。DTI區(qū)108橫向布置在光電二極管106周圍和之間，以有利地提供相鄰的光電二極管106之間的光學隔離。例如，DTI區(qū)108可以是諸如鎢、銅或鋁銅的金屬?？蛇x地，例如，DTI區(qū)108可以是低-η材料。低-η材料的折射率小于位于對應(yīng)的像素傳感器102上面的濾色鏡110、112、114的折射率。在一些實施例中，DTI區(qū)108具有約小于1.6的折射率。此夕卜，在一些實施例中，DTI區(qū)108是諸如氧化物(例如，S12)或氧化鉿(例如，HfO2)的電介質(zhì)，或者具有小于硅的折射率的材料。
[0045]半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的抗反射涂層(ARC) 116和/或第一介電層118沿著半導(dǎo)體襯底104的上表面布置在半導(dǎo)體襯底104上方。在ARC 116和第一介電層118均存在的實施例中，第一介電層118通常布置在ARC 116上方。ARCl 16和/或第一介電層118將半導(dǎo)體襯底104與位于襯底104上面的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的復(fù)合柵格120間隔開。例如，第一介電層118可以是諸如二氧化硅的氧化物。
[0046]復(fù)合柵格120橫向布置在光電二極管106周圍和之間，以限定開口 122，濾色鏡110、112、114布置在該開口內(nèi)。開口 122對應(yīng)于像素傳感器102并且與對應(yīng)的像素傳感器102的光電二極管106中心對準。復(fù)合柵格120包括順序堆疊在半導(dǎo)體襯底104上方的金屬柵格124、低-η柵格126和硬掩模柵格128中的一個或多個。每個柵格124、126、128均由柵格部分組成，諸如彼此鄰接以共同地組成柵格124、126、128并且圍繞相應(yīng)的光電二極管106的單獨的矩形或正方形柵格部分。每個柵格124、126、128也均包括介于柵格部分之間的開口 122，并且該開口位于光電二極管106上面。金屬柵格124阻擋光在相鄰的像素傳感器102之間傳播，以幫助減少串擾。例如，金屬柵格124可以是鎢、銅或鋁銅。低-η柵格126是折射率小于濾色鏡110、112、114的折射率的透明材料。由于低折射率，所以低_η柵格126用作光導(dǎo)管，以將光129引導(dǎo)至濾色鏡110、112、114并且有效地增大濾色鏡110、112、114的尺寸。此外，由于低折射率，低-η柵格126用于提供相鄰的像素傳感器102之間的光學隔離。由于折射率，所以濾色鏡110、112、114內(nèi)的撞擊低-η柵格126的邊界的光通常經(jīng)受全內(nèi)反射。在一些實施例中，低-η柵格126是諸如氧化物(例如，S12)或氧化鉿(例如，HfO2)的電介質(zhì)，或者具有小于硅的折射率的材料。例如，硬掩模柵格128可以是氮化硅或氮氧化硅。
[0047]濾色鏡110、112、114布置在ARC 116和/或第一介電層118上方。此外，在復(fù)合柵格120的開口 122內(nèi)將濾色鏡110、112、114布置在對應(yīng)的像素傳感器102的光電二極管106上方。濾色鏡110、112、114具有與復(fù)合柵格120的上表面近似齊平的上表面。此外，濾色鏡110、112、114分配對應(yīng)的顏色和波長的光，并且配置為過濾掉除了分配的顏色或波長的光之外的所有光。通常地，濾色鏡分配在紅光、綠光和藍光之間交替，從而使得濾色鏡110、112、114包括紅色濾色鏡110、綠色濾色鏡112和藍色濾色鏡114。在一些實施例中，根據(jù)拜耳過濾器馬賽克，濾色鏡分配在紅色光、綠色光和藍色光之間交替。
[0048]加襯于復(fù)合柵格120的第二介電層130將濾色鏡110、112、114與復(fù)合柵格120間隔開，并且對應(yīng)于像素傳感器102的微透鏡132覆蓋濾色鏡110、112、114。例如，第二介電層130可以是諸如二氧化硅的氧化物，并且可以是與低-η柵格126相同的材料或不同的材料。微透鏡132與對應(yīng)的像素傳感器102的光電二極管106中心對齊，并且通常關(guān)于光電二極管106的中心上的垂直軸對稱。此外，微透鏡132通常懸于開口 122周圍的復(fù)合柵格120之上，因此微透鏡132的相鄰邊緣鄰接。
[0049]參照圖1Β，提供了用于BSI圖像傳感器封裝件134的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的截面圖100Β。BSI圖像傳感器封裝件134包括在集成電路138的第一(背)側(cè)上布置為行和列的像素傳感器102的陣列136。在一些實施例中，像素傳感器陣列136包括圖1A的像素傳感器102，該像素傳感器通常布置在像素傳感器陣列136的中心處。此外，在一些實施例中，像素傳感器陣列136包括數(shù)百萬個像素傳感器和/或數(shù)百個(如果不是數(shù)千個)行和列。例如，像素傳感器陣列136可以包括布置為1536行和2048列的約3百萬個像素傳感器。
[0050]集成電路138包括半導(dǎo)體襯底104和器件區(qū)(部分地示出)。器件區(qū)沿著半導(dǎo)體襯底104的下表面布置，并且延伸至半導(dǎo)體襯底104中。器件區(qū)包括對應(yīng)于像素傳感器102的光電二極管106和用于讀出光電二極管106的諸如晶體管的邏輯器件。在半導(dǎo)體襯底104內(nèi)將光電二極管106布置為行和列，并且將該光電二極管配置為累積來自入射在光電二極管106上的光子的電荷。此外，光電二極管106通過半導(dǎo)體襯底104中的DTI區(qū)108彼此光學隔離，從而減少串擾。
[0051]集成電路138的BEOL金屬化堆疊件140位于半導(dǎo)體襯底104下方并且包括堆疊在層間介電(ILD)層146內(nèi)的多個金屬化層142、144。BEOL金屬化堆疊件140的一個或多個接觸件148從金屬化層144延伸至器件區(qū)。此外，BEOL金屬化堆疊件140的一個或多個第一通孔150在金屬化層142、144之間延伸，以互連金屬化層142、144。例如，ILD層146可以是低k電介質(zhì)(即，具有約小于3.9的介電常數(shù)的電介質(zhì))或氧化物。例如，金屬化層142、144、接觸件148和第一通孔150可以是諸如銅或鋁的金屬。
[0052]載體襯底152位于集成電路138下方并且位于集成電路138與球柵陣列(BGA) 154之間。BGA 154包括再分布層(RDL) 156，該再分布層沿著載體襯底152的下表面布置并且通過延伸穿過載體襯底152的一個或多個第二硅貫通孔158電耦接至BEOL金屬化堆疊件140的金屬化層142、144。RDL 156被BGA介電層160覆蓋，并且凸塊下金屬化(UBM)層162延伸穿過BGA介電層160，以將位于UBM層162下方的焊料球164電耦接至RDL 156。例如，BGA介電層160可以是環(huán)氧化物。例如，RDL 156、UBM層162、第二通孔158和焊料球164可以是諸如銅、鋁和鎢的金屬。
[0053]參照圖2，提供了用于對準的BSI像素傳感器202的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的其他實施例的截面圖200。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體襯底204，對應(yīng)于像素傳感器202的光電二極管106布置在該半導(dǎo)體襯底內(nèi)。此外，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的ARC206和/或第一介電層208布置在半導(dǎo)體襯底204上方。例如，第一介電層208可以是諸如二氧化硅的氧化物。ARC 206和/或第一介電層208將半導(dǎo)體襯底204與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的復(fù)合柵格210間隔開。
[0054]復(fù)合柵格210橫向布置在光電二極管106周圍和之間，以限定開口 122，濾色鏡110、112、114布置在該開口內(nèi)。開口 122對應(yīng)于像素傳感器202并且與對應(yīng)的像素傳感器202的光電二極管106中心對準。此外，在一些實施例中，開口 122延伸至第一介電層208中。復(fù)合柵格210包括順序堆疊的金屬柵格212、低-η柵格214和硬掩模柵格128，該復(fù)合柵格的上表面與濾色鏡110、112、114的上表面近似齊平。金屬柵格212從與ARC 206和/或第一介電層208的上表面大約齊平處延伸穿過ARC 206和/或第一介電層208至位于光電二極管106之間和周圍的半導(dǎo)體襯底204中。金屬柵格212有利地阻擋光在位于半導(dǎo)體襯底204的上表面附近以及上表面之上和之下的相鄰的像素傳感器202之間傳播，以幫助減少串擾。因此，金屬柵格212限定襯底隔離柵格或以其他方式形成襯底隔離柵格的一部分。例如，金屬柵格212可以是鎢、銅或鋁銅。低-η柵格214是透明的、折射率小于濾色鏡110、112、114的折射率的低-η材料。
[0055]參照圖3，提供了用于偏移的BSI像素傳感器302的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第一實施例的截面圖300。像素傳感器302通常布置在BSI圖像傳感器的像素傳感器陣列內(nèi)。此外，像素傳感器通常布置在像素傳感器陣列的邊緣處或以其他方式偏離于像素傳感器陣列的中心。例如，像素傳感器302可以布置在圖1B的像素傳感器陣列136的邊緣處。像素傳感器302包括對應(yīng)的濾色鏡110、112、114和對應(yīng)的微透鏡132。在復(fù)合柵格120的開口 122中將濾色鏡110、112、114布置在對應(yīng)的像素傳感器302的光電二極管106上方。微透鏡132布置在對應(yīng)的像素傳感器302的濾色鏡110、112、114和光電二極管106上方。此外，微透鏡132在至少一個方向上懸于復(fù)合柵格120之上。
[0056]濾色鏡110、112、114和復(fù)合柵格120與對應(yīng)的像素傳感器302的光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離一定量S1，并且微透鏡132與對應(yīng)的像素傳感器302的光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離一定量S2。通常，偏移量S2大于偏移量S1O例如，偏移量SpS2可以介于光電二極管106、微透鏡132和濾色鏡110、112、114的中軸線304、308、306之間。此外，例如，偏移量SjP S 2可以與距像素傳感器陣列的中心的距離成正比，以改進像素效率，其中，入射光的主光角不是正交或垂直的。因此，偏移量SJP S2在整個像素傳感器陣列上可以改變，其中像素傳感器陣列的中心具有為零(或接近零)的偏移量SjP S 2，并且像素傳感器陣列的邊緣具有最大的偏移量SjP S 2。
[0057]參照圖4，提供了用于偏移的BSI像素傳感器402的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的第二實施例的截面圖400。BSI像素傳感器402通常布置在BSI圖像傳感器的像素傳感器陣列內(nèi)，并且通常布置在像素傳感器陣列的邊緣處或以其他方式偏離于像素傳感器陣列的中心。復(fù)合柵格404包括金屬柵格124、低-η柵格406和硬掩模柵格128。金屬柵格124橫向布置在對應(yīng)于像素傳感器402的光電二極管106周圍和之間，以限定對應(yīng)于像素傳感器402的第一開口 408。第一開口 408與對應(yīng)的像素傳感器402的光電二極管106中心對齊并且位于光電二極管106上方。低-η柵格406與金屬柵格124共用布局，并且在至少一個方向上與金屬柵格124橫向偏移或偏離，因此低-η柵格406與金屬柵格124相鄰，其中低_η柵格406的側(cè)壁與金屬柵格124的側(cè)壁鄰接。硬掩模柵格128位于低-η柵格406上面，并且低-η柵格406和硬掩模柵格128限定對應(yīng)于像素傳感器402的第二開口 410。第二開口 410與對應(yīng)的像素傳感器402的第一開口 408重疊，并且部分地位于對應(yīng)的像素傳感器402的光電二極管106上面。
[0058]在對應(yīng)的像素傳感器402的第一開口 408和第二開口 410內(nèi)將對應(yīng)于像素傳感器402的濾色鏡412布置在對應(yīng)的像素傳感器402的光電二極管106上方。通過加襯于復(fù)合柵格404的第二介電層414將濾色鏡412與復(fù)合柵格404間隔開，并且該濾色鏡具有與復(fù)合柵格404的上表面近似齊平的上表面。由于低-η柵格406的偏移或偏離，濾色鏡412與對應(yīng)的像素傳感器402的光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離一定量S1并且具有階梯輪廓。對應(yīng)于像素傳感器402的微透鏡132布置在濾色鏡412上方，并且與對應(yīng)的像素傳感器402的光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離一定量S2。例如，偏移量SpS2可以介于光電二極管106、微透鏡132和濾色鏡412的中軸線304、418、416之間。
[0059]參照圖5，提供了用于偏移的BSI像素傳感器502的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的另一第二實施例的截面圖500。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的ARC 504和/或第一介電層506布置在半導(dǎo)體襯底204上方，對應(yīng)于像素傳感器502的光電二極管106布置在該半導(dǎo)體襯底內(nèi)。例如，第一介電層506可以是諸如二氧化硅的氧化物。ARC 504和/或第一介電層506將半導(dǎo)體襯底204與半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的復(fù)合柵格508間隔開。
[0060]復(fù)合柵格508橫向布置在光電二極管106周圍和之間，并且包括金屬柵格212、低-η柵格214和硬掩模柵格128。金屬柵格212橫向布置在對應(yīng)于像素傳感器502的光電二極管106周圍和之間，并且延伸至半導(dǎo)體襯底204中。低-η柵格214與金屬柵格212共用布局，并且布置在金屬柵格212之上。此外，低-η柵格214與金屬柵格212在至少一個方向上橫向偏移或偏離。在一些實施例中，低-η柵格214偏移或偏離，因此低-η柵格214和金屬柵格212的邊緣鄰接或以其他方式對準。硬掩模柵格128位于低-η柵格214上面，并且低-η柵格214和硬掩模柵格128限定對應(yīng)于像素傳感器502的開口 510。在一些實施例中，開口 510部分地位于對應(yīng)的像素傳感器502的光電二極管106上面，并且延伸至第一介電層506中ο
[0061]在對應(yīng)的像素傳感器502的開口 510內(nèi)將對應(yīng)于像素傳感器502的濾色鏡512布置在對應(yīng)的像素傳感器502的光電二極管106上方。通過加襯于復(fù)合柵格508的第二介電層514將濾色鏡512與復(fù)合柵格508間隔開，并且該濾色鏡具有與復(fù)合柵格508的上表面近似齊平的上表面。由于低_n柵格214的偏移或偏離，所以濾色鏡512與對應(yīng)的像素傳感器502的光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離一定量Sid對應(yīng)于像素傳感器502的微透鏡132布置在濾色鏡512上方，并且與對應(yīng)的像素傳感器502的光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離一定量S2。例如，偏移量SpS2可以介于光電二極管106、微透鏡132和濾色鏡512的中軸線304、518、516之間。
[0062]參照圖6，用于制造用于BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的一些實施例的流程圖600。
[0063]在步驟602中，提供了具有半導(dǎo)體襯底和BEOL金屬化堆疊件的集成電路。BEOL金屬化堆疊件沿著襯底的第一(前)側(cè)位于半導(dǎo)體襯底下方，并且在襯底內(nèi)將光電二極管布置為行和/或列。
[0064]在步驟604中，在半導(dǎo)體襯底的與襯底的前側(cè)相對的第二(背)側(cè)上形成襯底隔離柵格。在一些實施例中，襯底隔離柵格是DTI區(qū)。可選地，在其他的實施例中，襯底隔離柵格是或以其他方式包括位于襯底的背側(cè)上面并且延伸至襯底的背側(cè)中的金屬柵格。襯底隔離柵格布置在光電二極管周圍和之間。有利地，襯底隔離柵格在相鄰的像素傳感器之間提供光學隔離，這減少了串擾。此外，其中，襯底隔離柵格是或以其他方式包括金屬柵格，襯底隔離柵格沿著襯底的背側(cè)在半導(dǎo)體襯底的表面附近提供光學隔離。已知，表面附近的光學隔離比表面之上或之下的光學隔離對串擾具有更大的影響。
[0065]在步驟606中，形成順序堆疊在DTI或金屬柵格和集成電路上方的低_n層和硬掩模層。低_n層的折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率。
[0066]在步驟608中，實施蝕刻至第一介電層，以穿過硬掩模層和低-η層的位于光電二極管上面的區(qū)域。該蝕刻形成圍繞開口并且位于開口之間的低-η柵格和硬掩模柵格，該開口至少部分地位于光電二極管上面。有利地，低-η柵格的折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率，并且因此低-η柵格用作光導(dǎo)管，以增加光收集。此外，低_η柵格在相鄰的像素傳感器之間提供光學隔離并且減少相鄰的像素傳感器之間的串擾。
[0067]在步驟610中，形成填充開口并且位于光電二極管上面的濾色鏡。
[0068]在步驟612中，形成位于濾色鏡上面的微透鏡。
[0069]雖然通過流程圖600描述的方法在本文中示出和描述為一系列的步驟或事件，但是將理解，這些步驟或事件的示出順序不應(yīng)解釋為限制意義。例如，一些步驟可以以不同的順序發(fā)生和/或與除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步驟或事件同時發(fā)生。此夕卜，可以不要求所有示出的步驟都用來實現(xiàn)本文中描述的一個或多個方面或?qū)嵤├?，并且本文中示出的一個或多個步驟可以在一個或多個單獨的步驟和/或階段中進行。
[0070]參照圖7Α，提供了圖6的方法的更詳細的實施例的流程圖700Α。如此后所示，更詳細的實施例涉及具有DTI區(qū)的對準的BSI像素傳感器。
[0071]在步驟702中，提供了具有半導(dǎo)體襯底和BEOL金屬化堆疊件的集成電路。BEOL金屬化堆疊件沿著襯底的第一(前)側(cè)位于半導(dǎo)體襯底下方，并且在襯底內(nèi)將光電二極管布置為行和/或列。
[0072]在步驟704中，對半導(dǎo)體襯底的與襯底的前側(cè)相對的第二(背)側(cè)實施第一蝕刻，以穿過襯底的圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的區(qū)域。第一蝕刻形成圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的溝槽。
[0073]在步驟706中，在半導(dǎo)體襯底上方形成隔離層，并且隔離層填充溝槽。
[0074]在步驟708中，對隔離層實施平坦化至與半導(dǎo)體襯底的上表面近似齊平，以形成圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的DTI區(qū)。
[0075]在步驟710中，形成順序堆疊在半導(dǎo)體襯底和DTI區(qū)上方的ARC、第一介電層、金屬層、低_n層和硬掩模層。低-η層的折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率。
[0076]在步驟712中，實施第二蝕刻以穿過硬掩模層、低-η層和金屬層的選擇區(qū)域，以形成圍繞開口并且位于開口之間的復(fù)合柵格，該開口至少部分地位于光電二極管上面。復(fù)合柵格包括順序堆疊的金屬柵格、低-η柵格和硬掩模柵格。
[0077]在步驟714中，形成加襯于復(fù)合柵格的上表面和開口的第二介電層。
[0078]在步驟716中，形成填充開口并且位于光電二極管上面的濾色鏡。
[0079]在步驟718中，在濾色鏡上方形成微透鏡。
[0080]雖然通過流程圖700Α描述的方法在本文中示出和描述為一系列的步驟或事件，但是將理解，這些步驟或事件的示出順序不應(yīng)解釋為限制意義。例如，一些步驟可以以不同的順序發(fā)生和/或與除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步驟或事件同時發(fā)生。此外，可以不要求所有示出的步驟都用來實現(xiàn)本文中描述的一個或多個方面或?qū)嵤├⑶冶疚闹惺境龅囊粋€或多個步驟可以在一個或多個單獨的步驟和/或階段中進行。
[0081]參照圖7B，提供了圖6的方法的更詳細的實施例的流程圖700B。如此后所示，更詳細的實施例涉及具有DTI區(qū)的偏移的BSI像素傳感器。
[0082]在步驟702中，提供了具有半導(dǎo)體襯底和BEOL金屬化堆疊件的集成電路。BEOL金屬化堆疊件沿著襯底的第一(前)側(cè)位于半導(dǎo)體襯底下方，并且在襯底內(nèi)將光電二極管布置為行和/或列。
[0083]在步驟704中，對半導(dǎo)體襯底的與襯底的前側(cè)相對的第二(背)側(cè)實施第一蝕刻，以穿過襯底的圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的區(qū)域。第一蝕刻形成圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的溝槽。
[0084]在步驟706中，在半導(dǎo)體襯底上方形成隔離層，并且隔離層填充溝槽。
[0085]在步驟708中，對隔離層實施平坦化至與半導(dǎo)體襯底的上表面近似齊平，以形成圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的DTI區(qū)。DTI區(qū)限定襯底隔離柵格。
[0086]在步驟720中，形成順序堆疊在半導(dǎo)體襯底和DTI區(qū)上方的ARC、第一介電層和金屬層。
[0087]在步驟722中，實施第二蝕刻以穿過位于光電二極管上面的金屬層的選擇區(qū)域，以在第一開口周圍和之間形成金屬柵格，第一開口至少部分地位于光電二極管上面。
[0088]在步驟724中，形成順序堆疊在金屬層上方并且填充第一開口的低-η層和硬掩模層。低_n層的折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率。
[0089]在步驟726中，實施第三蝕刻以穿過硬掩模層和低-η層的選擇區(qū)域，以形成圍繞第二開口并且位于第二開口之間的低-η柵格和硬掩模，第二開口至少部分地位于光電二極管和第一開口上面。
[0090]在步驟728中，形成第二介電層，第二介電層加襯于復(fù)合柵格的上表面以及第一開口和第二開口。復(fù)合柵格包括硬掩模柵格、低-η柵格和金屬柵格。
[0091]在步驟730中，形成填充第一開口和第二開口并且位于光電二極管上面的濾色
Ho
[0092]在步驟732中，在濾色鏡上方形成微透鏡。
[0093]雖然通過流程圖700Β描述的方法在本文中示出和描述為一系列的步驟或事件，但是將理解，這些步驟或事件的示出順序不應(yīng)解釋為限制意義。例如，一些步驟可以以不同的順序發(fā)生和/或與除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步驟或事件同時發(fā)生。此外，可以不要求所有示出的步驟都用來實現(xiàn)本文中描述的一個或多個方面或?qū)嵤├?，并且本文中示出的一個或多個步驟可以在一個或多個單獨的步驟和/或階段中進行。
[0094]參照圖8至圖11、圖12Α至圖12Ε和圖13Α至圖13G，提供了處于各個制造階段中的用于BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的截面圖，以示出圖7Α和圖7Β的方法。圖12Α至圖12Ε涉及圖7Α，并且圖13Α至圖13G涉及圖7Β。雖然關(guān)于方法描述了圖8至圖
11、圖12Α至圖12Ε和圖13Α至圖13G，但是將理解，圖8至圖11、圖12Α至圖12Ε和圖13Α至圖13G中公開的結(jié)構(gòu)不限于該方法，并且可以作為獨立于該方法的結(jié)構(gòu)而單獨存在。類似地，雖然關(guān)于圖8至圖11、圖12Α至圖12Ε和圖13Α至圖13G描述了方法，但是將理解，該方法不限于圖8至圖11、圖12Α至圖12Ε和圖13Α至圖13G中公開的結(jié)構(gòu)，并且可以獨立于圖8至圖11、圖12Α至圖12Ε和圖13Α至圖13G中公開的結(jié)構(gòu)而單獨存在。
[0095]圖8示出了對應(yīng)于步驟702的一些實施例的截面圖800。如圖所示，提供了具有布置在其中的光電二極管106的半導(dǎo)體襯底104’ ο光電二極管106對應(yīng)于像素傳感器并且通常在半導(dǎo)體襯底104’內(nèi)布置為行和/或列。在一些實施例中，半導(dǎo)體襯底104’是集成電路的一部分。在這種實施例中，集成電路的BEOL金屬化堆疊件(未示出)位于半導(dǎo)體襯底104’下方。此外，光電二極管106部分地限定集成電路的器件區(qū)，該器件區(qū)電連接至BEOL金屬化堆疊件。例如，半導(dǎo)體襯底104’可以是塊狀半導(dǎo)體襯底。
[0096]圖9示出了對應(yīng)于步驟704的一些實施例的截面圖900。如圖所示，對半導(dǎo)體襯底104’實施第一蝕刻，以穿過襯底104’的圍繞光電二極管106并且位于該光電二極管之間的區(qū)域。第一蝕刻產(chǎn)生圍繞光電二極管106并且位于該光電二極管之間的溝槽902。用于實施第一蝕刻的工藝可以包括形成光刻膠層904，該光刻膠層位于半導(dǎo)體襯底104’上面并且掩蔽光電二極管106。此后，可以根據(jù)光刻膠層904對半導(dǎo)體襯底104’施加蝕刻劑906。此外，可以去除光刻膠層904。
[0097]圖10示出了對應(yīng)于步驟706的一些實施例的截面圖1000。如圖所示，隔離層108’形成在剩余的半導(dǎo)體襯底104上方并且填充溝槽902。例如，可以使用諸如化學汽相沉積(CVD)的任何合適的沉積技術(shù)形成隔離層108’。此外，例如，隔離層108’可以由諸如鎢、銅或鋁銅的金屬形成或由低-η材料形成。低-η材料的介電常數(shù)低于此后形成的濾色鏡的介電常數(shù)。在一些實施例中，低-η材料是蝕刻之后的氧化物(例如，S12)或氧化鉿(例如，HfO2) ο
[0098]圖11示出了對應(yīng)于步驟708的一些實施例的截面圖1100。如圖所示，對隔離層108’實施平坦化至與剩余的半導(dǎo)體襯底104的上表面大約齊平。該平坦化形成圍繞光電二極管106并且位于該光電二極管之間的DTI區(qū)108。DTI區(qū)108有利地在相鄰的像素傳感器之間以及光電二極管106之間提供光學隔離，從而用作襯底隔離柵格并且減少串擾。例如，用于實施平坦化的工藝可以包括化學機械拋光(CMP)。
[0099]圖12Α示出了對應(yīng)于步驟710的一些實施例的截面圖1200Α。如圖所示，形成順序堆疊在剩余的半導(dǎo)體襯底104上方的ARC 116、第一介電層118、金屬層124’、低-η層126’和硬掩模層128’。例如，第一介電層118可以由諸如二氧化硅的氧化物形成。例如，金屬層124’可以由鎢、銅或鋁銅形成。例如，低-η層126’可以由折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率的材料形成。在一些實施例中，低-η層126’由氧化物、氧化鉿或折射率小于硅的折射率的材料形成。例如，硬掩模層128’可以由氮化硅或氮氧化硅形成。
[0100]圖12Β示出了對應(yīng)于步驟712的一些實施例的截面圖1200Β。如圖所示，實施第二蝕刻至第一介電層118，以穿過硬掩模層128’、低-η層126’和金屬層124’的位于光電二極管106上面的區(qū)域。第二蝕刻產(chǎn)生布置在開口 122周圍的復(fù)合柵格120，該開口位于光電二極管106上面。復(fù)合柵格120包括順序堆疊在開口 122和光電二極管106周圍的金屬柵格124、低-η柵格126和硬掩模柵格128。通常，開口 122和光電二極管106共用近似相同的占用面積并且中心對準。在其他實施例中，開口 122可以與光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離，從而使得復(fù)合柵格120至少部分地位于光電二極管106上面。
[0101]用于實施第二蝕刻的工藝可以包括形成光刻膠層，光刻膠層掩蔽硬掩模層128 ’的對應(yīng)于復(fù)合柵格120的區(qū)域。然后可以根據(jù)光刻膠層的圖案對硬掩模層128’施加蝕刻劑，從而限定硬掩模柵格128。相對于低-η層126’，蝕刻劑對硬掩模層128’可以具有選擇性。限定硬掩模柵格128之后，可以去除光刻膠層，并且可以根據(jù)硬掩模柵格128的圖案對低-η層126’和金屬層124’施加一種或多種附加的蝕刻劑1202。
[0102]圖12C示出了對應(yīng)于步驟714的一些實施例的截面圖1200C。如圖所示，形成第二介電層130，該第二介電層加襯于復(fù)合柵格120的上表面并且加襯于開口 122。通常，例如，使用諸如CVD的共形沉積技術(shù)形成第二介電層130。例如，第二介電層130可以由諸如二氧化硅的氧化物形成。
[0103]圖12D示出了對應(yīng)于步驟716的一些實施例的截面圖1200D。如圖所示，在對應(yīng)的像素傳感器的開口 122中形成對應(yīng)于像素傳感器的濾色鏡110、112、114，該濾色鏡的上表面與復(fù)合柵格120和/或第二介電層130的上表面近似齊平。此外，濾色鏡110、112、114形成為具有分配的顏色。通常，濾色鏡110、112、114交替地形成為具有分配的紅色、綠色和藍色。
[0104]用于形成濾色鏡110、112、114的工藝可以包括:對于顏色分配的每種不同的顏色，形成濾色鏡層以及圖案化濾色鏡層?？梢孕纬蔀V色鏡層，以填充開口 122的暴露區(qū)域并且覆蓋復(fù)合柵格上表面的暴露區(qū)域。在圖案化濾色鏡層之前，然后可以平坦化和/或回蝕刻濾色鏡層至與復(fù)合柵格上表面大約齊平。
[0105]圖12E示出了對應(yīng)于步驟718的一些實施例的截面圖1200E。如圖所示，在對應(yīng)的像素傳感器的濾色鏡110、112、114上方形成對應(yīng)于像素傳感器的微透鏡132。在一些實施例中，微透鏡132可以與光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離。
[0106]圖13A示出了對應(yīng)于步驟720的一些實施例的截面圖1300A。如圖所示，形成順序堆疊在剩余的半導(dǎo)體襯底104上方的ARC 116、第一介電層118和金屬層124’。例如，第一介電層118可以由諸如二氧化硅的氧化物形成。例如，金屬層124’可以由鎢、銅或鋁銅形成。
[0107]圖13B示出了對應(yīng)于步驟722的一些實施例的截面圖1300B。如圖所示，實施第二蝕刻至第一介電層118，以穿過金屬層124’的位于光電二極管106上面的區(qū)域。第二蝕刻產(chǎn)生布置在第一開口 408周圍的金屬柵格124，該第一開口位于對應(yīng)的光電二極管106上面。通常，第一開口 408和光電二極管106共用近似相同的占用面積并且中心對準。在其他的實施例中，第一開口 408可以與光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離，從而使得金屬柵格124至少部分地位于光電二極管106上面。
[0108]用于實施第二蝕刻的工藝可以包括形成光刻膠層1302，該光刻膠層掩蔽金屬層124’的對應(yīng)于金屬柵格124的區(qū)域。然后可以根據(jù)光刻膠層1302的圖案對金屬層124’施加蝕刻劑1304，從而限定金屬柵格124。相對于第一介電層118，蝕刻劑1304對金屬層124’可以具有選擇性。限定金屬柵格124之后，可以去除光刻膠層1302。
[0109]圖13C示出了對應(yīng)于步驟724的一些實施例的截面圖1300C。如圖所示，形成順序堆疊在金屬柵格124上方的低-η層406’和硬掩模層128’。此外，低_η層406’形成為填充第一開口 408。在一些實施例中，用于形成低-η層406’的工藝包括沉積中間層以及使用CMP平坦化中間層。低-η層406’由折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率的材料形成。在一些實施例中，低-η層406’由諸如氧化鉿的氧化物或折射率小于硅的折射率的材料形成。例如，硬掩模層128’可以由氮化硅或氮氧化硅形成。
[0110]圖13D示出了對應(yīng)于步驟726的一些實施例的截面圖1300D。如圖所示，實施第三蝕刻至第一介電層118，以穿過硬掩模層128’和低-η層406’的位于光電二極管106上面的區(qū)域。第三蝕刻產(chǎn)生順序堆疊并且布置在第二開口 410周圍的低-η柵格406和硬掩模柵格128，該第二開口至少部分地位于光電二極管106上面。第二開口 410與光電二極管106在至少一個方向上橫向偏移或偏離，因此，低-η柵格406的側(cè)壁鄰接金屬柵格124的側(cè)壁。通常，第二開口 410和光電二極管106共用近似相同的占用面積。第三蝕刻還產(chǎn)生包括硬掩模柵格128、低-η柵格406和金屬柵格124的復(fù)合柵格404。
[0111]用于實施第三蝕刻的工藝可以包括形成光刻膠層，光刻膠層掩蔽硬掩模層128 ’的對應(yīng)于硬掩模柵格128的區(qū)域。然后可以根據(jù)光刻膠層的圖案對硬掩模層128’施加蝕刻劑，從而限定硬掩模柵格128。相對于低-η層406’，蝕刻劑對硬掩模層128’可以具有選擇性。限定硬掩模柵格128之后，可以去除光刻膠層，并且可以根據(jù)硬掩模柵格128的圖案對低-η層406’施加附加的蝕刻劑1306。
[0112]圖13Ε示出了對應(yīng)于步驟728的一些實施例的截面圖1300Ε。如圖所示，形成第二介電層414，該第二介電層加襯于復(fù)合柵格404的上表面并且加襯于第一開口 408和第二開口 410。通常，使用共形沉積技術(shù)形成第二介電層414。例如，第二介電層414可以由諸如二氧化硅的氧化物形成。
[0113]圖13F示出了對應(yīng)于步驟730的一些實施例的截面圖1300F。如圖所示，在對應(yīng)的像素傳感器的第一開口 408和第二開口 410中形成對應(yīng)于像素傳感器的濾色鏡412。此夕卜，濾色鏡412形成為具有與復(fù)合柵格404和/或第二介電層414的上表面近似齊平的上表面。甚至，濾色鏡412形成為具有分配的顏色。通常，濾色鏡交替地形成為具有分配的紅色、綠色和藍色。
[0114]圖13G示出了對應(yīng)于步驟732的一些實施例的截面圖1300G。如圖所示，在對應(yīng)的像素傳感器的濾色鏡412上方形成對應(yīng)于像素傳感器的微透鏡132。在一些實施例中，微透鏡132可以與光電二極管106橫向偏移或偏尚。
[0115]參照圖14，提供了圖6的方法的其他更詳細的實施例的流程圖1400。如此后所示，更詳細的實施例涉及具有延伸的金屬柵格的BSI像素傳感器。
[0116]在步驟1402中，提供具有半導(dǎo)體襯底和BEOL金屬化堆疊件的集成電路。BEOL金屬化堆疊件沿著襯底的第一(前)側(cè)位于襯底下方，并且在襯底內(nèi)將光電二極管布置為行和/或列。
[0117]在步驟1404中，沿著半導(dǎo)體襯底的與襯底的前側(cè)相對的第二(背)側(cè)形成順序堆疊在集成電路上方的抗反射涂層和第一介電層。
[0118]在步驟1406中，對半導(dǎo)體襯底實施第一蝕刻，以穿過抗反射涂層、第一介電層和襯底的圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的區(qū)域。第一蝕刻形成圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的溝槽。
[0119]在步驟1408中，金屬層形成在半導(dǎo)體襯底上方并且填充溝槽。
[0120]在步驟1410中，對金屬層實施平坦化至與第一介電層的上表面近似齊平，以形成圍繞光電二極管并且位于光電二極管之間的金屬柵格。金屬柵格限定或以其他方式形成襯底隔尚柵格的一部分。
[0121]在步驟1412中，形成順序堆疊在第一介電層上方的低-η層和硬掩模層。低_η層的折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率。
[0122]在步驟1414中，實施第二蝕刻至第一介電層，以穿過硬掩模層和低-η層的位于光電二極管上面的區(qū)域。第二蝕刻形成圍繞開口并且位于開口之間的低-η柵格，該開口至少部分地位于光電二極管上面。
[0123]在步驟1416中，形成第二介電層，第二介電層加襯于復(fù)合柵格的上表面和開口。復(fù)合柵格包括硬掩模柵格、低-η柵格和金屬柵格。
[0124]在步驟1418中，形成濾色鏡，濾色鏡填充開口并且位于光電二極管上面。
[0125]在步驟1420中，在濾色鏡上方形成微透鏡。
[0126]雖然通過流程圖1400描述的方法在本文中示出和描述為一系列的步驟或事件，但是將理解，這些步驟或事件的示出順序不應(yīng)解釋為限制意義。例如，一些步驟可以以不同的順序發(fā)生和/或與除了本文中示出和/或描述的那些之外的其他步驟或事件同時發(fā)生。此外，可以不要求所有示出的步驟都用來實現(xiàn)本文中描述的一個或多個方面或?qū)嵤├⑶冶疚闹惺境龅囊粋€或多個步驟可以在一個或多個單獨的步驟和/或階段中進行。
[0127]參照圖15至圖24，提供處于各個制造階段中的用于BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的一些實施例的截面圖，以示出圖14的方法。雖然關(guān)于方法描述了圖15至圖24，但是將理解，圖15至圖24中公開的結(jié)構(gòu)不限于該方法，并且可以作為獨立于該方法的結(jié)構(gòu)而單獨存在。類似地，雖然關(guān)于圖15至圖24描述了方法，但是將理解，該方法不限于圖15至圖24中公開的結(jié)構(gòu)，并且可以獨立于圖15至圖24中公開的結(jié)構(gòu)而單獨存在。
[0128]圖15示出了對應(yīng)于步驟1402的一些實施例的截面圖1500。如圖所示，提供具有布置在其中的光電二極管106的半導(dǎo)體襯底204’。在一些實施例中，半導(dǎo)體襯底204’是集成電路的一部分。在這種實施例中，集成電路的BEOL金屬化堆疊件(未示出)位于半導(dǎo)體襯底204’下方。例如，半導(dǎo)體襯底204’可以是塊狀半導(dǎo)體襯底。
[0129]圖16示出了對應(yīng)于步驟1404的一些實施例的截面圖1600。如圖所示，形成順序堆疊在半導(dǎo)體襯底204’上方的ARC 206’和第一介電層208’。例如，第一介電層208’可以由諸如二氧化硅的氧化物形成。
[0130]圖17示出了對應(yīng)于步驟1406的一些實施例的截面圖1700。如圖所示，對半導(dǎo)體襯底204’實施第一蝕刻，以穿過ARC 206’、第一介電層208’和襯底204’的圍繞光電二極管106并且位于該光電二極管之間的區(qū)域。第一蝕刻產(chǎn)生圍繞光電二極管106并且位于該光電二極管之間的溝槽1702。用于實施第一蝕刻的工藝可以包括形成光刻膠層1704，該光刻膠層位于第一介電層208’上面并且掩蔽光電二極管106。此后，可以根據(jù)光刻膠層1704對ARC 206’、第一介電層208’和襯底204’施加一種或多種蝕刻劑1706。在施加蝕刻劑1706之后，可以去除光刻膠層1704。
[0131]圖18示出了對應(yīng)于步驟1408的一些實施例的截面圖1800。如圖所示，金屬層212’形成在剩余的第一介電層208”上方并且填充溝槽1702。例如，可以使用諸如CVD的任何合適的沉積技術(shù)形成金屬層212’。此外，例如，金屬層212’可以由鎢、銅或鋁銅形成。如此后所示，金屬層212’用作用于光學隔離的隔離層。
[0132]圖19示出了對應(yīng)于步驟1410的一些實施例的截面圖1900。如圖所示，對金屬層212’實施平坦化至與剩余的第一介電層208”的上表面大約齊平。平坦化形成圍繞光電二極管106并且位于該光電二極管之間的金屬柵格212。金屬柵格212有利地在相鄰的像素傳感器之間和光電二極管106之間提供光學隔離，從而用作襯底隔離柵格并且減少串擾。例如，用于實施平坦化的工藝可以包括CMP和/或回蝕刻。
[0133]圖20示出了對應(yīng)于步驟1412的一些實施例的截面圖2000。如圖所示，形成順序堆疊在金屬柵格212上方的低-η層214’和硬掩模層128’。低-η層214’由折射率小于此后形成的濾色鏡的折射率的材料形成。在一些實施例中，低-η層214’由諸如氧化鉿的氧化物或折射率小于硅的折射率的材料形成。例如，硬掩模層128’可以由氮化硅形成。
[0134]圖21示出了對應(yīng)于步驟1414的一些實施例的截面圖2100。如圖所示，實施第二蝕刻至剩余的第一介電層208”，以穿過硬掩模層128’和低-η層214’的位于光電二極管106上面的區(qū)域。在一些實施例中，也對位于光電二極管106上面的剩余的第一介電層208”的區(qū)域?qū)嵤┑诙g刻，但是不穿過該剩余的第一介電層的區(qū)域。第二蝕刻產(chǎn)生順序堆疊并且布置在開口 122周圍的低-η柵格214和硬掩模柵格128，該開口至少部分地位于光電二極管106上面。第二蝕刻還產(chǎn)生包括硬掩模柵格128、低-η柵格214和金屬柵格212的復(fù)合柵格210。通常，如圖所示，開口 122居中位于光電二極管106上，并且低-η柵格214和硬掩模柵格128堆疊在金屬柵格212上方。然而，在其他的實施例中，開口 122與光電二極管106橫向偏移或偏離，并且低-η柵格214和硬掩模柵格128與金屬柵格212橫向偏移或偏咼。
[0135]用于實施第二蝕刻的工藝可以包括形成光刻膠層，光刻膠層掩蔽硬掩模層128’的對應(yīng)于硬掩模柵格128的區(qū)域。然后可以根據(jù)光刻膠層的圖案對硬掩模層128’施加蝕刻劑，從而限定硬掩模柵格128。相對于低-η層214’，蝕刻劑對硬掩模層128’可以具有選擇性。限定硬掩模柵格128之后，可以去除光刻膠層，并且可以根據(jù)硬掩模柵格128的圖案對低-η層214’施加附加的蝕刻劑2102。
[0136]圖22示出了對應(yīng)于步驟1416的一些實施例的截面圖2200。如圖所示，形成第二介電層130，該第二介電層加襯于復(fù)合柵格210的上表面并且加襯于開口 122。通常，使用共形沉積技術(shù)形成第二介電層130。例如，第二介電層130可以由諸如二氧化硅的氧化物形成。
[0137]圖23示出了對應(yīng)于步驟1418的一些實施例的截面圖2300。如圖所示，在對應(yīng)的像素傳感器的開口 122中形成對應(yīng)于像素傳感器的濾色鏡110、112、114。此外，濾色鏡110、112,114形成為具有與復(fù)合柵格210和/或第二介電層130的上表面近似齊平的上表面。甚至，濾色鏡110、112、114形成為具有分配的顏色。通常，濾色鏡交替地形成為具有分配的紅色、綠色和藍色。
[0138]圖24示出了對應(yīng)于步驟1420的一些實施例的截面圖2400。如圖所示，在對應(yīng)的像素傳感器的濾色鏡110、112、114上方形成對應(yīng)于像素傳感器的微透鏡132。在一些實施例中，微透鏡132可以與光電二極管106橫向偏移或偏離。
[0139]因此，從以上所述可以理解，本發(fā)明提供了一種用于BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。多個光電二極管布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)。金屬柵格位于半導(dǎo)體襯底上面并且由多個金屬柵格部分組成，多個金屬柵格部分分別圍繞多個光電二極管的外圍，從而使得金屬柵格內(nèi)的多個第一開口分別位于多個光電二極管上面。低-η柵格是由多個低-η柵格部分組成的柵格，多個低-η柵格部分分別圍繞多個光電二極管的相應(yīng)的外圍，從而使得低-η柵格內(nèi)的多個第二開口分別位于多個光電二極管上面。濾色鏡布置在對應(yīng)的光電二極管的第一開口和第二開口中，并且濾色鏡的折射率大于低-η柵格的折射率。襯底隔離柵格延伸至半導(dǎo)體襯底中并且由多個隔尚柵格部分組成，多個隔尚柵格部分分別圍繞多個光電二極管的外圍。襯底隔離柵格是金屬或折射率小于濾色鏡的折射率的低_n材料。
[0140]在其他實施例中，本發(fā)明提供了一種用于制造用于BSI像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成光電二極管。對半導(dǎo)體襯底實施第一蝕刻以穿過半導(dǎo)體襯底的位于光電二極管周圍和之間的區(qū)域，以形成溝槽。隔離層形成在半導(dǎo)體襯底上方并且填充溝槽。實施隔離層的平坦化，以去除橫向伸展件并且形成襯底隔離柵格。在襯底隔離柵格上方形成低-η層。在低-η層上方形成硬掩模層。實施第二蝕刻以穿過低-η層和硬掩模層的位于光電二極管上面的區(qū)域，以形成共同地限定開口的低-η柵格和硬掩模柵格，該開口位于對應(yīng)的光電二極管上面。在對應(yīng)的光電二極管上方的開口中形成濾色鏡。形成的濾色鏡的折射率大于低_n層的折射率。
[0141]在又一其他的實施例中，本發(fā)明提供了一種用于BSI圖像傳感器封裝件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。集成電路包括半導(dǎo)體襯底和BEOL金屬化堆疊件。光電二極管布置在半導(dǎo)體襯底中，并且BEOL金屬化堆疊件位于半導(dǎo)體襯底下方。低-η柵格和硬掩模柵格共同限定開口，開口位于半導(dǎo)體襯底上面并且對應(yīng)于光電二極管。硬掩模柵格掩蔽低-η柵格。濾色鏡布置在對應(yīng)的光電二極管的開口中，并且濾色鏡的折射率大于低-η柵格的折射率。襯底隔離柵格位于低-η柵格下方并且延伸至位于光電二極管之間和周圍的半導(dǎo)體襯底中。
[0142]上面概述了若干實施例的特征，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計或修改用于實施與本文所介紹實施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也應(yīng)該意識到，這種等同構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，他們可以在本文中做出多種變化、替換以及改變。
【主權(quán)項】
1.一種用于背照式(BSI)像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括: 多個光電二極管，布置在半導(dǎo)體襯底內(nèi)； 金屬柵格，位于所述半導(dǎo)體襯底上面并且由多個金屬柵格部分組成，所述多個金屬柵格部分分別圍繞所述多個光電二極管的外圍，從而使得所述金屬柵格內(nèi)的多個第一開口分別位于所述多個光電二極管上面； 低折射率(低-n)柵格，由多個低-η柵格部分組成，所述多個低-η柵格部分分別圍繞所述多個光電二極管的相應(yīng)的外圍，從而使得所述低-η柵格內(nèi)的多個第二開口分別位于所述多個光電二極管上面； 濾色鏡，布置在對應(yīng)的光電二極管的第一開口和第二開口中，并且所述濾色鏡的折射率大于所述低_n柵格的折射率；以及 襯底隔離柵格，延伸至所述半導(dǎo)體襯底中并且由多個隔離柵格部分組成，所述多個隔離柵格部分分別圍繞所述多個光電二極管的外圍，其中，所述襯底隔離柵格是金屬或折射率小于所述濾色鏡的折射率的低_η材料。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底隔離柵格與所述金屬柵格是連續(xù)的，從而使得所述金屬柵格延伸至位于所述光電二極管之間和周圍的半導(dǎo)體襯底中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述襯底隔離柵格與所述金屬柵格是不同的，并且所述襯底隔離柵格的上表面與所述半導(dǎo)體襯底的上表面大約齊平。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，還包括: 抗反射涂層，位于所述半導(dǎo)體襯底上面；以及 介電層，位于所述抗反射涂層上面； 其中，所述金屬柵格的上表面與所述介電層的上表面大約齊平。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述第一開口和所述第二開口與所述光電二極管橫向偏離，從而使得所述金屬柵格和所述低_η柵格部分地覆蓋所述光電二極管。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述第一開口、所述第二開口和所述光電二極管共用占用面積，并且其中，所述第一開口和所述第二開口居中位于對應(yīng)的光電二極管的中心上。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬柵格和所述低_n柵格具有彼此對準的邊緣。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中，所述低_n柵格與所述金屬柵格橫向偏離，因此所述金屬柵格的側(cè)壁鄰接所述低-η柵格的側(cè)壁。9.一種用于制造用于背照式(BSI)像素傳感器的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: 在半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成光電二極管； 對所述半導(dǎo)體襯底實施第一蝕刻，以穿過所述半導(dǎo)體襯底的位于所述光電二極管周圍和之間的區(qū)域，從而形成溝槽； 在所述半導(dǎo)體襯底上方形成隔離層并且填充所述溝槽； 實施所述隔離層的平坦化，以去除橫向伸展件并且形成襯底隔離柵格； 在所述襯底隔離柵格上方形成低_η層； 在所述低_η層上方形成硬掩模層； 實施第二蝕刻以穿過所述低-η層和所述硬掩模層的位于所述光電二極管上面的區(qū)域，以形成共同限定開口的低-η柵格和硬掩模柵格，所述開口位于對應(yīng)的光電二極管上面；以及 在對應(yīng)的光電二極管上方的開口中形成濾色鏡，其中，所述濾色鏡形成為具有比所述低-η層的折射率大的折射率。10.—種用于背照式(BSI)圖像傳感器封裝件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:集成電路，包括半導(dǎo)體襯底和后段制程(BEOL)金屬化堆疊件，其中，光電二極管布置在所述半導(dǎo)體襯底中，并且所述BEOL金屬化堆疊件位于所述半導(dǎo)體襯底下方； 低折射率(低-η)柵格和硬掩模柵格，共同地限定開口，所述開口位于所述半導(dǎo)體襯底上面并且對應(yīng)于所述光電二極管，其中，所述硬掩模柵格掩蔽所述低-η柵格； 濾色鏡，布置在對應(yīng)的光電二極管的開口中，并且所述濾色鏡的折射率大于所述低-η柵格的折射率；以及 襯底隔離柵格，位于所述低_n柵格下方并且延伸至位于所述光電二極管之間和周圍的半導(dǎo)體襯底中。
【文檔編號】H01L27/146GK105990384SQ201510759939
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年11月10日
【發(fā)明人】周耕宇, 莊君豪, 曾建賢, 丁世汎, 江偉杰, 山下雄郎, 山下雄一郎
【申請人】臺灣積體電路制造股份有限公司