被堆疊柵格結構深埋的濾色器陣列的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及具有設置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器和形成方法。在一些實施例中，BSI圖像傳感器具有位于半導體襯底內的像素傳感器，和位于像素傳感器上面的介電材料層。金屬柵格通過介電材料層與半導體襯底分隔開，以及堆疊柵格布置在金屬柵格上方。堆疊柵格鄰接開口，開口從堆疊柵格的上表面垂直延伸至橫向布置在金屬柵格的側壁之間的位置。濾色器可以布置在開口內。通過使濾色器在金屬柵格的側壁之間垂直地延伸，濾色器和像素傳感器之間的距離可以較小，從而提高BSI圖像傳感器的性能。本發(fā)明的實施例還涉及被堆疊柵極結構深埋的濾色器陣列。
【專利說明】
被堆疊柵格結構深埋的濾色器陣列
技術領域
[0001]本發(fā)明的實施例涉及集成電路器件，更具體地，涉及被堆疊柵極結構深埋的濾色器陣列。
【背景技術】
[0002]許多現(xiàn)代的電子器件包括使用圖像傳感器的光學成像器件(例如，數(shù)碼照相機)。圖像傳感器將光學圖像轉化為可以表現(xiàn)圖像的數(shù)字數(shù)據(jù)。圖像傳感器可以包括像素傳感器和支持邏輯的陣列。像素傳感器測量入射輻射(例如，光)，并且支持邏輯有利于測量的輸出。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。為降低成本，減小尺寸和提高吞吐量，可以將BSI圖像傳感器制造集成到常規(guī)的半導體工藝中。而且，BSI圖像傳感器具有低操作電壓、低功耗、高量子效率、低讀出噪聲并且允許隨機存取。
【發(fā)明內容】
[0003]本發(fā)明的實施例提供了一種背照式(BSI)圖像傳感器，包括:像素傳感器，位于半導體襯底內；介電材料層，位于所述像素傳感器上面；金屬柵格，包括通過所述介電材料層與所述半導體襯底分隔開的金屬框架；以及堆疊柵格，布置在所述金屬柵格上方并且鄰接開口，所述開口從所述堆疊柵格的上表面垂直地延伸至橫向地布置在所述金屬柵格的側壁之間的位置。
[0004]本發(fā)明的另一實施例提供了一種BSI圖像傳感器，包括:多個像素傳感器，位于半導體襯底的第一側內；金屬柵格，包括設置在所述半導體襯底上方的金屬結構的框架；介電材料層，設置在所述半導體襯底和所述金屬柵格之間并且包括多個突出件，所述突出件鄰接所述金屬柵格的側壁和上表面；以及其中，所述多個突出件限定開口，所述開口從所述介電材料層的上表面垂直地延伸至橫向布置在所述金屬柵格的側壁之間的位置。
[0005]本發(fā)明的又一實施例提供了一種形成BSI圖像傳感器的方法，包括:在半導體襯底內形成像素傳感器；形成金屬柵格，所述金屬柵格包括由位于所述像素傳感器上面的介電材料層橫向圍繞的金屬結構的框架；在所述金屬柵格和所述介電材料層上方形成一個或多個堆疊柵格層；以及選擇性蝕刻所述一個或多個堆疊柵格層以形成限定開口的堆疊柵格，所述開口在所述金屬柵格的側壁之間垂直地延伸。
【附圖說明】
[0006]當結合附圖進行閱讀時，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。
[0007]圖1示出了具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的背照式(BSI)圖像傳感器的一些實施例的截面圖。
[0008]圖2示出了具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器的一些附加的實施例的截面圖。
[0009]圖3示出了具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器的一些附加的實施例的三維圖。
[0010]圖4示出了具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器的一些附加的實施例的截面圖。
[0011]圖5示出了一種形成具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器的方法的一些實施例的流程圖。
[0012]圖6至圖11示出了顯示形成BSI圖像傳感器的方法的截面圖的一些實施例，BSI圖像傳感器具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器。
【具體實施方式】
[0013]以下公開內容提供了許多用于實現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實施例或實例。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，在第二部件上方或者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額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，本發(fā)明可在各個實例中重復參考標號和/或字符。該重復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/或配置之間的關系。
[0014]而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空間相對術語，以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關系。除了圖中所示的方位外，空間相對術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90度或在其他方位上)，而本文使用的空間相對描述符可以同樣地作相應的解釋。
[0015]由于背照式(BSI)圖像傳感器在捕捉光子中具有更高的效率，在許多現(xiàn)代的光學成像器件中，用背照式(BSI)圖像傳感器取代前照式圖像傳感器。BSI圖像傳感器通常包括布置在半導體襯底中的多個像素傳感器和邏輯電路。多個像素傳感器設置在半導體襯底的背側與邏輯電路之間。微透鏡和濾色器布置在多個像素傳感器上方的集成芯片的背側上。微透鏡配置成將入射輻射(例如，光子)聚焦至濾色器上，該濾色器將選擇性地將特定波長的輻射傳輸至下面的像素傳感器，像素傳感器響應于傳輸?shù)妮椛洚a生電信號。
[0016]BSI圖像傳感器通常具有圍繞濾色器的柵格結構。柵格結構包括橫向圍繞濾色器的堆疊柵格，以及位于堆疊柵格下面的金屬柵格。在典型的BSI圖像傳感器制造工藝期間，制造金屬柵格并且之后以介電層覆蓋金屬柵格。堆疊柵格和濾色器隨后形成在介電層上方，使得堆疊柵格和濾色器的下表面垂直地位于金屬柵格的上表面上面。濾色器與下面的像素傳感器之間產生的距離取決于金屬柵格的高度。應該理解，通過減小濾色器與下面的像素傳感器之間的距離，可以減少相鄰的濾色器之間的串擾，同時提高相關的像素傳感器的光學性能。
[0017]因此，本發(fā)明涉及具有垂直設置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的背照式(BSI)像素傳感器以及形成的方法。在一些實施例中，BSI圖像傳感器包括位于半導體襯底內的像素傳感器，以及設置在像素傳感器上方的介電材料層。包括金屬框架的金屬柵格通過介電材料層與半導體襯底分隔開。堆疊柵格布置在金屬柵格上方。堆疊柵格鄰接一開口，該開口從堆疊柵格的上表面垂直地延伸至橫向布置在金屬柵格的側壁之間的位置。濾色器可以布置在開口內。通過使濾色器在金屬柵格的側壁之間垂直地延伸，濾色器和像素傳感器之間的距離可以相對較小，從而減少所產生的BSI圖像傳感器的串擾并且提高BSI圖像傳感器的光學性能。
[0018]圖1示出了具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的背照式(BSI)圖像傳感器100的一些實施例的截面圖。
[0019]BSI圖像傳感器100包括具有多個像素傳感器104的半導體襯底102，多個像素傳感器104配置為將福射(例如，光子)轉化為電信號。在一些實施例中，多個像素傳感器104可以包括光電二極管。在這些實施例中，光電二極管可以包括位于半導體襯底102內的具有第一摻雜類型(例如，η-型摻雜)的第一區(qū)和位于半導體襯底102內的具有第二摻雜類型(例如，P-型摻雜)的上面的第二區(qū)，第二摻雜類型不同于第一摻雜類型。在一些實施例中，多個像素傳感器104可以以陣列的方式(包括以行和/或列)布置在半導體襯底102 內。
[0020]鈍化層106可以布置在半導體襯底102上方。例如，在一些實施例中，鈍化層106可以包括諸如底部光刻膠抗反射涂層(BARC)的抗反射涂層(ARC)。在一些實施例中，鈍化層106可以包括有機聚合物或金屬氧化物。
[0021]介電材料層108布置在鈍化層106上方。介電材料層108將半導體襯底102與上面的包括金屬框架的金屬柵格110垂直地分隔開。在一些實施例中，介電材料層108可以鄰接金屬柵格110的下表面。在一些實施例中，介電材料層108還可以鄰接金屬柵格110的一個或多個側壁和/或金屬柵格110的上表面。金屬柵格110在半導體襯底102的上表面之上延伸第一距離Cl1。
[0022]堆疊柵格112設置在金屬柵格110上方。堆疊柵格112可以鄰接金屬柵格110的上表面。在一些實施例中，堆疊柵格112還可以鄰接金屬柵格110的一個或多個側壁。在這些實施例中，堆疊柵格112垂直地位于金屬柵格110上面，從而堆疊柵格112的下表面位于金屬柵格110的上表面下面。在一些實施例中，堆疊柵格112可以包括與介電材料層108相同的材料。例如，堆疊柵格112和介電材料層108均可以包括二氧化硅(S12)。在這些實施例中，堆疊柵格112包括從介電材料層108向外延伸并且鄰接金屬柵格110的側壁的突出件。在其他實施例中，堆疊柵格112可以包括不同于介電材料層108的一種或多種材料。
[0023]堆疊柵格112和金屬柵格110共同提供柵格結構109，柵格結構109包括限定多個開口 107的框架。多個開口 107位于下面的像素傳感器104上方并且從堆疊柵格112的上表面延伸至橫向布置在金屬柵格110的側壁之間的位置。金屬柵格110從多個開口 107下面的位置垂直地延伸至鄰近多個開口 107的位置。在一些實施例中，金屬柵格110的下表面垂直地位于多個開口 107的下表面107u的下面。多個開口 107的下表面107u在半導體襯底102的上表面之上延伸第二距離d2，其中，第二距離d2與第一距離d 比在約0.1和約5之間(SP，0.Kd2M1G)的范圍內。
[0024]多個濾色器114設置在多個開口 107內，使得柵格結構109在多個濾色器114的周圍和之間延伸。濾色器114分別配置為傳輸特定波長的輻射。例如，第一濾色器114a(例如，紅色濾色器)可以傳輸具有在第一范圍內的波長的光，而第二濾色器114b可以傳輸具有與第一范圍不同的第二范圍內的波長的光。
[0025]多個微透鏡116布置在多個濾色器114上方。相應的微透鏡116與濾色器114橫向對準并且位于像素傳感器104上面。微透鏡116配置為將入射輻射(例如，光)向著像素傳感器104聚焦。在一些實施例中，多個微透鏡116具有鄰接濾色器114的基本平坦的底面。而且，多個微透鏡116可以分別包括彎曲的上表面。在各個實施例中，微透鏡116可以具有曲面，曲面配置為將輻射聚焦至下面的像素傳感器104的中心上。
[0026]通過將濾色器114橫向地設置在金屬柵格110的側壁之間，減小了濾色器114的下表面和下面的像素傳感器104的上表面104u之間的距離d，從而使BSI圖像傳感器100的串擾減小，并且光學性能提高。
[0027]圖2示出了具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器200的一些附加的實施例的截面圖。
[0028]BSI圖像傳感器200包括設置在介電材料層108內的金屬柵格202，介電材料層108布置在具有多個像素傳感器104的半導體襯底102上方。金屬柵格202從位于濾色器114下面的第一位置垂直地延伸至位于相鄰的濾色器114之間的第二位置。在各個實施例中，例如，金屬柵格202可以是諸如鎢、銅或鋁銅的金屬。在一些實施例中，金屬柵格202可以具有錐形側壁202s，錐形側壁202s具有大于90度的角度Θ。錐形側壁202s使得金屬柵格202的寬度根據(jù)高度而減小。
[0029]堆疊柵格204布置在金屬柵格202上方。在一些實施例中，堆疊柵格204可以包括介電材料層108的多個突出件205，突出件205從介電材料層108向外延伸。在這些實施例中，多個突出件205鄰接金屬柵格202的側壁202s并延伸至位于金屬柵格202上面的位置。多個突出件205限定開口 206，開口 206從介電材料層108的上表面垂直地延伸至橫向布置在金屬柵格202的側壁之間的位置。
[0030]濾色器114布置在像素傳感器104上方并且位于在金屬柵格202和堆疊柵格204的側壁之間垂直地延伸的開口內。在一些實施例中，濾色器114可以具有錐形側壁114s,錐形側壁114s具有小于90度的角度Φ (即，使得錐形側壁202s的斜率與錐形側壁114s的斜率的正負號相反)。錐形側壁114s使得濾色器114的寬度根據(jù)高度而增加。
[0031]圖3示出了含有多個BSI圖像傳感器的集成芯片300的一些實施例的三維圖。
[0032]集成芯片300包括以陣列設置的多個微透鏡116。在陣列內，多個微透鏡116在第一方向302和第二方向304上對準，第二方向304垂直于第一方向302。多個微透鏡116位于濾色器114的陣列上面，濾色器114的陣列設置在包括金屬柵格110和堆疊柵格204的柵格結構內。柵格結構包括以第一方向302在相鄰的濾色器114之間延伸的多條第一線和與多條第一線相交且以第二方向304在相鄰的濾色器114之間延伸的多條第二線。
[0033]圖4示出了包括具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器的集成芯片400的一些附加的實施例的截面圖。
[0034]集成芯片400包括布置在半導體襯底102上的介電層108和布置在半導體襯底102下方的后段制程(BEOL)金屬堆疊件402。BEOL金屬堆疊件402包括被一個或多個層間介電(ILD)層404圍繞的多個金屬互連層406和408。在一些實施例中，一個或多個金屬互連層可以包括金屬通孔層406和金屬引線層408。在各個實施例中，例如，ILD層404可以是低k介電層(即，介電常數(shù)小于約3.9的電介質)、超低k介電層或氧化物(例如，氧化硅)。多個金屬互連層可以包括諸如銅、鎢或鋁的金屬。
[0035]載體襯底410布置在BEOL金屬堆疊件402下方。多個襯底通孔(TSV) 412垂直地延伸穿過載體襯底410。多個TSV 412從多個金屬互連層延伸至位于保護層416內的重分布層414。重分布層414提供多個TSV412和多個焊球420之間的電連接。在一些實施例中，例如，重分布層414可以包括諸如鋁的導電金屬。
[0036]在一些實施例中，凸塊下金屬化(UBM)層418可以設置在重分布層414和多個焊球420之間。UBM層418可以包括諸如粘附層、擴散阻擋層、可焊性層和氧化阻擋層的多個不同的金屬層。在各個實施例中，UBM層418可以包括鉻(Cr)、銅(Cu)、鈦(Ti)、鎳(Ni)等的一種或多種。
[0037]圖5示出了一種形成具有布置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的BSI圖像傳感器的方法500的一些實施例的流程圖。
[0038]雖然下文示出和描述的發(fā)明方法500為一系列的步驟和事件，但是應該注意，這些步驟和事件示出的順序不可理解為是一種限制。例如，一些步驟可以以不同的順序發(fā)生和/或與除本文示出和/或描述的那些之外的其他步驟或事件同時發(fā)生。另外，不是所有示出的步驟都需要實施說明書中的一個或多個方面或實施例。并且，本文中描述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。
[0039]在步驟502中，在半導體襯底內形成像素傳感器。
[0040]在步驟504中，在像素傳感器和半導體襯底上方形成鈍化層。
[0041]在步驟506中，在鈍化層上方形成第一介電材料層(例如，S12)。
[0042]在步驟508中，在第一介電材料層上方形成包括金屬結構的框架的金屬柵格。在一些實施例中，金屬柵格通過鈍化層和/或介電材料層與半導體襯底分隔開。形成金屬柵格以具有位于像素傳感器上面的開口。在一些實施例中，根據(jù)步驟510至512形成金屬柵格。
[0043]在步驟510中，在第一介電材料層上方形成金屬層。
[0044]在步驟512中，選擇性地蝕刻金屬層以形成金屬柵格。金屬柵格包括設置在限定開口的第一介電材料層上的金屬的框架。
[0045]在步驟514中，在金屬柵格和第一介電材料層上形成一個或多個堆疊柵格層。在一些實施例中，一個或多個堆疊柵格層可以包括第二介電材料層(例如，S12)。
[0046]在步驟516中，選擇性地蝕刻一個或多個堆疊柵格層以形成限定開口的堆疊柵格，開口從位于金屬柵格上面的第一位置延伸至位于金屬柵格的側壁之間的第二位置。
[0047]在步驟518中，在開口內形成濾色器。濾色器填充開口，從而從位于金屬柵格上面的第一位置垂直地延伸至位于金屬柵格的側壁之間的第二位置。
[0048]在步驟520中，在濾色器的上方形成微透鏡。
[0049]圖6至圖11示出了顯示形成BSI圖像傳感器的方法500的截面圖的一些實施例。盡管結合方法500描述圖6至圖11，但是應該注意，圖6至圖11中公開的結構不限制于這種方法，而可以是代表獨立于這個方法之外的結構。
[0050]圖6示出了對應于步驟502的集成芯片的截面圖600的一些實施例。
[0051]如截面圖600所示，在半導體襯底102內形成多個像素傳感器104。半導體襯底102可以包括任何類型的半導體主體(例如，硅/CMOS塊、SiGe, SOI等)，諸如半導體晶圓或晶圓上的一個或多個管芯，以及其他任何類型的半導體和/或形成在半導體上的外延層和/或以其他方式與半導體相關的外延層。在一些實施例中，多個像素傳感器104可以包括光電二極管。在這些實施例中，光電二極管可以通過以下步驟形成:通過第一注入工藝對半導體襯底102選擇性地注入以形成具有第一摻雜類型的第一區(qū)，和通過隨后的第二注入工藝以形成具有不同于第一摻雜類型的第二摻雜類型的鄰接的第二區(qū)。在一些實施例中，根據(jù)包括光刻膠的圖案化掩模層(未示出)，可以對半導體襯底102進行選擇性地注入。
[0052]在一些實施例中，多個像素傳感器104可以形成在半導體襯底102的背側102b內。在這些實施例中，半導體襯底102的背側102b與含有多個晶體管器件(未示出)的半導體襯底102的前側102f相對。在一些實施例中，BEOL金屬堆疊件(未示出)布置在半導體襯底102的前側102f上。BEOL金屬堆疊件包括設置在一個或多個層間介電(ILD)層內并且電連接至多個晶體管器件的多個金屬互連層。
[0053]圖7示出了對應于步驟504的集成芯片的截面圖700的一些實施例。
[0054]如截面圖700所示，鈍化層106以位于多個像素傳感器104上面的位置形成在半導體襯底102的背側102b上。在一些實施例中，鈍化層106可以包括抗反射涂(ARC)層。在一些實施例中，可以使用旋涂工藝沉積鈍化層106。在另一些實施例中，可以使用汽相沉積工藝(例如，化學汽相沉積(CVD)、物理汽相沉積(PVD)、等離子體增強化學汽相沉積(PECVD)等)沉積鈍化層106。在一些實施例中，沉積鈍化層106之后，可以實施高溫烘烤。
[0055]圖8A至圖8B示出了對應于步驟506至508的集成芯片的截面圖800a和800b的一些實施例。
[0056]如截面圖800a所示，在鈍化層106上方形成第一介電材料層802 (對應于步驟508)，并且隨后在第一介電材料層802上方形成金屬層804 (對應于步驟510)。使用沉積工藝可以形成第一介電材料層802。使用沉積工藝和/或鍍工藝(例如，電鍍、化學鍍等)可以形成金屬層804。在各個實施例中，例如，金屬層804可以包括鎢，銅或鋁銅。
[0057]如截面圖800b所示，實施第一蝕刻工藝以圖案化金屬層804以限定具有金屬結構的金屬柵格202 (對應于步驟512)，金屬柵格202圍繞位于像素傳感器104上面的開口 810。根據(jù)第一掩模層808，通過選擇性地將金屬層804暴露于第一蝕刻劑806可以實施第一蝕刻工藝。在一些實施例中，第一蝕刻劑806可以包括干蝕刻劑。在一些實施例中，干蝕刻劑可以具有包括氧(O2)、氮(N2)、氫(E2)M (Ar)和/或氟類(例如，CF4、CHF3、C4FS等)的一種或多種的蝕刻化學物。在其他的實施例中，第一蝕刻劑806可以包括具有緩沖的氟氫酸(BHF)的濕蝕刻劑。
[0058]圖9A至圖9B示出了對應于步驟514至516的集成芯片的截面圖900a和900b的一些實施例。
[0059]如截面圖900a所示，在金屬柵格202上方形成一個或多個堆疊柵格層902 (對應于步驟516)。在一些實施例中，一個或多個堆疊柵格層902可以包括形成在第一介電材料層802的上表面上(金屬柵格的側壁之間)的第二介電材料(例如，二氧化硅(S12))層。在這些實施例中，第二介電材料層可以形成至使一個或多個堆疊柵格層902在金屬柵格202上方延伸的厚度。
[0060]如截面圖900b所示，實施第二蝕刻工藝以在一個或多個堆疊柵格層902中形成限定堆疊柵格204的開口 206 (對應于步驟518)。開口 206位于多個像素傳感器104上面并且垂直地延伸至位于金屬柵格202的側壁之間的位置，從而使得堆疊柵格204垂直地位于金屬柵格202上面。在一些實施例中(未示出)，開口 206可以具有大于90度的角度α的錐形側壁206s。
[0061]根據(jù)第二掩模層906，可以通過將一個或多個堆疊柵格層902選擇性地暴露于第二蝕刻劑904來實施第二蝕刻工藝。在一些實施例中，第二蝕刻劑904可以包括干蝕刻劑。在一些實施例中，干蝕刻劑可以包括具有氧(O2)、氮(N2)、氫(H2)、氬(Ar)和/或氟類(例如，CF4、CHF3、C4F8等)的一種或多種的蝕刻化學物。在其他實施例中，第二蝕刻劑904可以包括具有緩沖的氟氫酸(BHF)的濕蝕刻劑。
[0062]圖10示出了對應于步驟518的集成芯片的截面圖1000的一些實施例。
[0063]如截面圖1000所示，形成多個濾色器114以填充開口 206。在一些實施例中，通過形成濾色器層和圖案化濾色器層可以形成多個濾色器114。形成濾色器層以填充開口 206的暴露區(qū)域。濾色器層由允許傳輸具有特定波長范圍的輻射(例如，光)而阻擋特定范圍外的波長的光的材料形成。而且，在一些實施例中，在形成濾色器層之后，平坦化濾色器層。可以通過在濾色器層上方形成具有圖案的光刻膠層、根據(jù)光刻膠層的圖案對濾色器層施用蝕刻劑并且去除圖案化光刻膠層來實施圖案化。
[0064]圖11示出了對應于步驟520的集成芯片的截面圖1100的一些實施例。
[0065]如截面圖1100所示，多個微透鏡116形成在多個濾色器114上方。在一些實施例中，通過在多個濾色器114之上沉積微透鏡材料(例如，通過旋涂法或沉積工藝)可以形成微透鏡116。在微透鏡材料之上圖案化具有彎曲的上表面的微透鏡模板(未示出)。在一些實施例中，微透鏡模板可以包括使用分配曝光劑量(例如，對于負性光刻膠，在曲面的底部處暴露較多的光并在曲面的頂部處暴露較少的光)曝光、顯影和烘烤的光刻膠材料，以形成圓形。然后，根據(jù)微透鏡模板，通過選擇性蝕刻微透鏡材料來形成微透鏡116。
[0066]因此，本發(fā)明涉及具有垂直地設置在金屬柵格的側壁之間的濾色器的背照式(BSI)傳感器和形成方法，使得濾色器與下面的像素傳感器之間的距離相對較小。
[0067]在一些實施例中，本發(fā)明涉及一種背照式(BSI)圖像傳感器。BSI圖像傳感器包括位于半導體襯底內的像素傳感器以及位于像素傳感器上面的介電材料層。BSI圖像傳感器還包括金屬柵格和堆疊柵格，金屬柵格具有通過介電材料層與半導體襯底分隔開的金屬框架，堆疊柵格布置在金屬柵格上方并且鄰接開口，開口從堆疊柵格的上表面垂直地延伸至橫向布置在金屬柵格的側壁之間的位置。
[0068]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:濾色器，布置在所述開口內并且具有與所述金屬柵格的下表面垂直地偏移的下表面。
[0069]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:濾色器，布置在所述開口內并且具有與所述金屬柵格的下表面垂直地偏移的下表面；微透鏡，具有鄰接所述濾色器的基本上平坦的下表面和彎曲的上表面。
[0070]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:多個金屬互連層，設置在一個或多個層間介電(ILD)層內，所述層間介電(ILD)層布置在所述半導體襯底的與所述介電材料層相對的側上。
[0071 ] 在上述BSI圖像傳感器中，其中，所述堆疊柵格和所述介電材料層包括二氧化硅(S12) ο
[0072]在上述BSI圖像傳感器中，其中，所述堆疊柵格和所述介電材料層包括二氧化硅(S12)，所述堆疊柵格鄰接所述金屬柵格的側壁。
[0073]在上述BSI圖像傳感器中，其中，所述金屬柵格具有錐形側壁，所述錐形側壁使得所述金屬柵格的寬度隨著所述金屬柵格的高度的增加而減小。
[0074]在上述BSI圖像傳感器中，其中，所述金屬柵格通過所述堆疊柵格與所述開口橫向分隔開。
[0075]在上述BSI圖像傳感器中，其中，所述金屬柵格的上表面與半導體襯底分隔開第一距離，并且所述開口的下表面與所述半導體襯底分隔開第二距離；以及其中，所述第二距離和所述第一距離的比在約0.1和約5之間的范圍內。在另一些實施例中，本發(fā)明涉及一種BSI圖像傳感器。BSI圖像傳感器包括位于半導體襯底的第一側內的多個像素傳感器。BSI圖像傳感器包括金屬柵格，包括設置在半導體襯底上方的金屬結構的框架；和介電材料層，設置在半導體襯底與金屬柵格之間并且含有鄰接金屬柵格的側壁和上表面的多個突出件。多個突出件限定開口，開口從介電材料層的上表面垂直地延伸至橫向布置在金屬柵格的側壁之間的位置。
[0076]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:多個金屬互連層，設置在一個或多個層間介電(ILD)層內，所述層間介電(ILD)層布置在與所述半導體襯底的第一側相對的所述半導體襯底的第二側上。
[0077]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:多個金屬互連層，設置在一個或多個層間介電(ILD)層內，所述層間介電(ILD)層布置在與所述半導體襯底的第一側相對的所述半導體襯底的第二側上；多個濾色器，位于所述介電材料層上面并且布置在所述金屬柵格的側壁之間，其中，所述多個濾色器具有與所述金屬柵格的下表面垂直偏移的下表面；以及多個微透鏡，布置在所述多個濾色器上方。
[0078]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:多個金屬互連層，設置在一個或多個層間介電(ILD)層內，所述層間介電(ILD)層布置在與所述半導體襯底的第一側相對的所述半導體襯底的第二側上；其中，所述金屬柵格具有錐形側壁，所述錐形側壁使得所述金屬柵格的寬度隨著所述金屬柵格的高度的增加而減小。
[0079]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:多個金屬互連層，設置在一個或多個層間介電(ILD)層內，所述層間介電(ILD)層布置在與所述半導體襯底的第一側相對的所述半導體襯底的第二側上；其中，所述介電材料層包括二氧化硅(S12)。
[0080]在上述BSI圖像傳感器中，還包括:多個金屬互連層，設置在一個或多個層間介電(ILD)層內，所述層間介電(ILD)層布置在與所述半導體襯底的第一側相對的所述半導體襯底的第二側上；鈍化層，鄰接所述半導體襯底的第一側和所述介電材料層。在又一些其他實施例中，本發(fā)明涉及一種形成BSI圖像傳感器的方法。該方法包括在半導體襯底內形成像素傳感器。該方法還包括形成包括由位于像素傳感器上面的介電材料層橫向圍繞的金屬結構的框架的金屬柵格，以及在金屬柵格和介電材料層上方形成一個或多個堆疊柵格層。該方法還包括選擇性地蝕刻一個或多個堆疊柵格層以形成限定在金屬柵格的側壁之間垂直地延伸的開口的堆疊柵格。
[0081 ] 在上述方法中，還包括:在所述開口內形成濾色器，其中，所述濾色器布置在所述金屬柵格的側壁之間并且所述濾色器具有與所述金屬柵格的下表面垂直地偏移的下表面。
[0082]在上述方法中，其中，所述堆疊柵格鄰接所述金屬柵格的側壁。
[0083]在上述方法中，其中，所述一個或多個堆疊柵格層和所述介電材料層包括相同的介電材料。
[0084]在上述方法中，其中，所述一個或多個堆疊柵格層和所述介電材料層包括相同的介電材料，其中，所述金屬柵格的上表面與所述半導體襯底分隔開第一距離，并且所述開口的下表面與所述半導體襯底分隔開第二距離；以及其中，所述第二距離和所述第一距離的比在約0.1和約5之間的范圍內。上面概述了若干實施例的特征，使得本領域技術人員可以更好地理解本發(fā)明的方面。本領域技術人員應該理解，他們可以容易地使用本發(fā)明作為基礎來設計或修改用于實施與本文所介紹實施例相同的目的和/或實現(xiàn)相同優(yōu)勢的其他工藝和結構。本領域技術人員也應該意識到，這種等同構造并不背離本發(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，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。
【主權項】
1.一種背照式(BSI)圖像傳感器，包括: 像素傳感器，位于半導體襯底內； 介電材料層，位于所述像素傳感器上面； 金屬柵格，包括通過所述介電材料層與所述半導體襯底分隔開的金屬框架；以及堆疊柵格，布置在所述金屬柵格上方并且鄰接開口，所述開口從所述堆疊柵格的上表面垂直地延伸至橫向地布置在所述金屬柵格的側壁之間的位置。2.根據(jù)權利要求1所述的BSI圖像傳感器，還包括: 濾色器，布置在所述開口內并且具有與所述金屬柵格的下表面垂直地偏移的下表面。3.根據(jù)權利要求2所述的BSI圖像傳感器，還包括: 微透鏡，具有鄰接所述濾色器的基本上平坦的下表面和彎曲的上表面。4.根據(jù)權利要求1所述的BSI圖像傳感器，還包括: 多個金屬互連層，設置在一個或多個層間介電(ILD)層內，所述層間介電(ILD)層布置在所述半導體襯底的與所述介電材料層相對的側上。5.根據(jù)權利要求1所述的BSI圖像傳感器，其中，所述堆疊柵格和所述介電材料層包括二氧化硅(S12)。6.根據(jù)權利要求5所述的BSI圖像傳感器，其中，所述堆疊柵格鄰接所述金屬柵格的側壁。7.根據(jù)權利要求1所述的BSI圖像傳感器，其中，所述金屬柵格具有錐形側壁，所述錐形側壁使得所述金屬柵格的寬度隨著所述金屬柵格的高度的增加而減小。8.根據(jù)權利要求1所述的BSI圖像傳感器，其中，所述金屬柵格通過所述堆疊柵格與所述開口橫向分隔開。9.一種BSI圖像傳感器，包括: 多個像素傳感器，位于半導體襯底的第一側內； 金屬柵格，包括設置在所述半導體襯底上方的金屬結構的框架； 介電材料層，設置在所述半導體襯底和所述金屬柵格之間并且包括多個突出件，所述突出件鄰接所述金屬柵格的側壁和上表面；以及 其中，所述多個突出件限定開口，所述開口從所述介電材料層的上表面垂直地延伸至橫向布置在所述金屬柵格的側壁之間的位置。10.一種形成BSI圖像傳感器的方法，包括: 在半導體襯底內形成像素傳感器； 形成金屬柵格，所述金屬柵格包括由位于所述像素傳感器上面的介電材料層橫向圍繞的金屬結構的框架； 在所述金屬柵格和所述介電材料層上方形成一個或多個堆疊柵格層；以及選擇性蝕刻所述一個或多個堆疊柵格層以形成限定開口的堆疊柵格，所述開口在所述金屬柵格的側壁之間垂直地延伸。
【文檔編號】H01L27/146GK106057834SQ201510674161
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年10月16日
【發(fā)明人】鄭允瑋, 曾鴻輝, 王昭雄, 周俊豪, 蔡宗翰, 李國政, 許永隆
【申請人】臺灣積體電路制造股份有限公司