CN101241923B - 图像传感器半导体器件 - Google Patents
图像传感器半导体器件 Download PDFInfo
- Publication number
- CN101241923B CN101241923B CN2007101270690A CN200710127069A CN101241923B CN 101241923 B CN101241923 B CN 101241923B CN 2007101270690 A CN2007101270690 A CN 2007101270690A CN 200710127069 A CN200710127069 A CN 200710127069A CN 101241923 B CN101241923 B CN 101241923B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- dielectric material
- sensory package
- groove
- semiconductor device
- semiconductor substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 55
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000001953 sensory effect Effects 0.000 claims description 54
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 23
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims description 13
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 11
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 10
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 6
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M Fluoride anion Chemical compound [F-] KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 3
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 description 33
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 28
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 28
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 18
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 16
- 230000008569 process Effects 0.000 description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 11
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 6
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 5
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000035807 sensation Effects 0.000 description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 3
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N Fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N Orthosilicate Chemical compound [O-][Si]([O-])([O-])[O-] BPQQTUXANYXVAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000006870 function Effects 0.000 description 2
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 2
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 2
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 description 2
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 2
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N $l^{3}-silane;platinum Chemical compound [SiH3].[Pt] ZXEYZECDXFPJRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PMPVIKIVABFJJI-UHFFFAOYSA-N Cyclobutane Chemical compound C1CCC1 PMPVIKIVABFJJI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N Indium phosphide Chemical compound [In]#P GPXJNWSHGFTCBW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- -1 SiCOH Chemical compound 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 1
- 238000004380 ashing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N n-(2,4-dichloro-5-propan-2-yloxyphenyl)acetamide Chemical compound CC(C)OC1=CC(NC(C)=O)=C(Cl)C=C1Cl QPJSUIGXIBEQAC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229910021339 platinum silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 230000007480 spreading Effects 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910021341 titanium silicide Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N tungsten disilicide Chemical compound [Si]#[W]#[Si] WQJQOUPTWCFRMM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021342 tungsten silicide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14632—Wafer-level processed structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14687—Wafer level processing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种图像传感器半导体器件。此半导体器件包括传感组件，置于半导体基板内；层间介电材料(ILD)，置于半导体基板上；以及沟槽，置于ILD内，覆盖并包围传感组件，且填充有第一介电材料。
Description
技术领域
本发明涉及一种图像传感器半导体器件，具体地涉及改进高等互补式金属氧化物半导体(CMOS)成像器中多介电层结构的光传播。
背景技术
图像传感器是含若干形成在半导体基板上的传感组件或图象素的集成电路器件。传感组件用来感应投向半导体基板的大量暴露光。由于集成电路类型的多，随着半导体技术的发展而有改进图像传感器的需要。半导体技术的常规发展是在一或多导电层中采用铜。例如，高等半导体技术中互连金属使用铜，它可于金属层间介电层(inter-metal dielectric layers)之间增加各种蚀刻终止层与阻挡层，以防止铜迁移到附近的氧化硅介电材料中。氮化硅已广泛用作阻挡层和终止层。然而，氮化硅与氧化硅之间的折射率差异将引起光干涉，从而导致改变或降低图像传感器的性能。
发明内容
因此，本本发明提供一种图像传感器半导体器件。该器件包含置于半导体基板内的传感组件；置于半导体基板上的层间介电材料(ILD)以及置于ILD内的沟槽，该沟槽覆盖并包围住传感组件并填充有第一介电材料。
在一些实施例中，沟槽进一步与内衬第二介电材料。第一介电材料可包含折射率高于第二介电材料的介电材料。第二介电材料可包含含氮材料。第二材料的厚度范围可在约50～500埃之间。
在一些实施例中，第一介电材料包含可使从成像物体朝传感组件方向的可见光透射的介电材料。可见光的波长范围在约300～800nm之间。第一介电材料可包含折射率高于ILD的介电材料。
在一些实施例中，第一介电材料包含氧化硅。第一介电材料可包含多膜结构。第一介电材料可与传感组件接触。ILD可包含掺杂氟化物的硅酸盐玻璃(FSG)。ILD可包含掺杂碳的氧化硅。
在一些实施例中，传感组件包含互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。传感组件可包含电荷耦合器件传感器。传感组件可包含有源图象素传感器。传感组件可包含无源图象素传感器。通过俯视，传感器组件可在沟槽内，并具有至少约0.1微米的偏距(offset)。该器件可进一步地包含置于ILD内的若干金属特征，每一金属特征的临界尺寸实质地小于约0.25微米。传感组件的尺寸范围可在约0.5微米至5微米之间。
本本发明还提供制造半导体器件的方法。该方法包含在半导体基板内形成传感组件；在半导体基板上形成层间介电材料(ILD)，及多层互连(MLI)置于该ILD；在ILD内形成开口，其中，该开口包围该传感组件；用介电材料填充该开口；以及对该开口内的介电材料实施抛光工艺。
在一些实施例中，本方法进一步包含在开口填充之前，在开口内形成衬垫。填充开口可包括使用折射率高于该衬垫的介电材料。在另一实施例中，填充开口包括使用折射率高于该ILD的介电材料。
在另一实施例中，图像传感器半导体器件包含：置于半导体基板内的传感组件；置于该半导体基板上的层间介电材料(ILD)；以及置于ILD内的沟槽，覆盖并接触传感组件，且用第一介电材料填充。
在一些实施例中，第一介电材料包含一种材料，其可为成像光所透射并作为成像光的波导。第一介电材料可包含具有高折射率的材料，被具有低折射率的材料所包围，用来对成像光全反射。第一介电材料可包含玻璃。
附图说明
本发明所揭示的各种态样可通过以下详细描述并结合附图而获得最佳的理解。值得强调的是，附图的尺寸及比例未必按照此技艺中的标准实务来绘制。事实上，为清楚讨论，不同特征的尺寸可任意地增加或减小。
图1是依照本发明所揭示的态样，例示一实施例的半导体器件的剖面图；
图2是依照本发明所揭示的态样，例示制造图1所示半导体器件的实施例的方法流程图；
图3是依照本发明所揭示的态样，例示图1所示的实施例的半导体器件的俯视图；
图4是依照本发明所揭示的态样，例示所构建的另一实施例的半导体器件剖面图。
具体实施方式
将要理解的是，本揭示提供许多不同的实现方式或实例，它们将获利自本发明。下列将描述各组件及装配的具体实例，以简化本揭示。当然，它们仅为实例性而不意图是限制性。此外，本发明所揭示可在不同实例中重复使用各标号和/或字母。这种重复使用仅是为了简洁或清楚的目的，其本身不代表被讨论的实例和/或构造之间的关系。而且本说明中，第一特征形成于随后的第二特征上或之上，可包含第一与第二特征以直接接触方式而形成的实例，也可包含附加特征介入第一及第二特征而形成的实例，这样一来，第一与第二特征可不直接接触。
参考图1与图2，以下将分别叙述具有图像传感组件的半导体器件100及其制造方法200。图1是半导体器件100的实施例的剖面图，图2是一实施例的方法200的流程图。
方法200开始于步骤210，提供半导体基板110，在其内形成图像传感器120。基板110包含晶体结构的硅。基板110可替代地或额外地包含其它基本的半导体如锗或金刚石。基板110也可包含化合半导体如碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。基板110可包含各种p型掺杂区和/或n型掺杂区，经构建及耦合形成各种器件及功能特征。在各种步骤及工艺中，所有掺杂特征可通过使用如离子注入或扩散的工艺来实现。基板110可包含其它特征如浅沟槽隔离(STI)、外延层、绝缘层上半导体(SOI)结构或其各种组合。
图像传感组件120设置于半导体基板110内。传感组件120包含光感区，光感区可以是具有N型和/或P型掺杂的掺杂区域，其系通过如扩散或离子注入的方法，形成于半导体基板110内。光感区的掺杂浓度范围可在约1014～1021原子/cm3之间。光感区可有一表面面积，其范围为相关联的传感组件的面积的约10％～80％之间，其可加以运作以接收光(或来自待成像物体的其它形式的辐射能)。传感组件120的实例包含光电二极管、互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器、电荷耦合器件(CCD)传感器、有源传感器、无源传感器和/或散布于或形成于基板110内的其它类型器件。同样地，传感组件120可包含传统和/或未来开发的图像传感器件。
在此仅为示范目的提供传感组件120。半导体器件100可包含设置于数组或其它合适结构内的若干传感组件。若干传感组件可设计成不同的传感类型。例如，一组传感组件可以是CMOS图像传感器，而其它组传感组件可以是无源传感器。而且，传感组件120可包含彩色图像传感器和/或单色图像传感器。
接着进行方法200的步骤220，在半导体基板110上形成多层互连(MLI)130和层间介电材料(ILD)140。MLI130耦合于传感组件120及形成于半导体基板110内的其它电单元。图1例示具有三金属层的MLI结构。MLI130包含不同金属特征如金属一130a、金属二130b、及金属三130c。MLI130还包含接触特征130d，接触特征130d构建在金属一130a与半导体基板之间，并与两者耦合。MLI130还包含通孔130e，每个通孔130e构建在相邻金属层间，并相互耦合。例如，通孔130e可设置在金属一130a与金属二130b之间，以及设置在金属二130b与金属三130c之间。金属特征130a、130b、130c、130d及130e中每一金属特征的临界尺寸实质地小于0.25微米。MLI130包含铜。MLI130可替代地或共同地包含其它导电材料如铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、硅化金属或它们的各种组合。硅化金属可包含硅化镍、硅化钴、硅化钨、硅化钽、硅化钛、硅化铂、硅化铒、硅化钯或其各种组合。
多层互连可通过技术如CVD、溅射、电镀、其它合适工艺或其各种组合而形成。例如，PVD可用来形成铜种子层，然而电镀工艺用来沉积更多的铜以作为互连。图1所示的三金属层仅为简要示范起见。在不同的实施例中，MLI130可包含少于或多于三金属层。MLI130设计布置成没有阻挡传感组件120与成像光。
ILD140设置在半导体基板110上，与MLI130电绝缘。ILD140可包含前金属介电层(PMD)和多种金属间介电层140a及多种蚀刻终止/阻挡层140b(或简化起见称为阻挡层)介入于邻接的IMD140a之间。PMD与IMD层140a中每一层的厚度范围在约0.1微米～1微米之间。在一实例中，PMD的厚度范围在约3500～7000埃之间。通孔一与通孔二之间的IMD层的厚度范围在约1000～4000埃之间。金属一与金属二之间的IMD层的厚度范围在约1000～5000埃之间。位在较高金属层的IMD140a可更厚。IMD与PMD140a可包含二氧化硅如：未掺杂的硅玻璃(USG)、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺、旋涂式玻璃(SOG)、掺杂氟化物的硅酸玻璃(FSG)、掺杂碳的氧化硅如SiCOH、黑钻石(Black 
)(美国加州Santa Clara的AppliedMaterials(应用材料)，)、干凝胶(Xerogel)、气凝胶(Aerogel)、无定形氟化碳、聚对二甲苯基(Parylene)、BCB(二苯并环丁烯)、SiLK(陶氏化学，中部，密歇根州)和/或其它合适材料。阻挡层140b在镶嵌工艺中可提供蚀刻终止功能、及阻挡功能以消除湿气扩散至MLI130以及铜迁移至ILD140。阻挡层140b可包含氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其它适当的材料。ILD140(包含140a和140b)可通过如旋涂、CVD、溅射、或其它合适工艺等技术来形成。例如，等离子体增强(PE)CVD可用来将硅烷(SiH4)或四乙氧基硅烷(TEOS)形成氧化硅。在另一实施例中，可使用高密度等离子体(HDP)CVD。
MLI130与ILD140可以称作镶嵌工艺如双镶嵌工艺或单镶嵌制成的集成工艺来形成。在一实例中，每一金属层、通孔及接触孔可通过下列描述的工艺流程而形成。蚀刻终止和/或阻挡层首先形成在半导体器件100上。蚀刻阻挡层可包含氮化硅或氮氧化硅。介电材料沉积在蚀刻终止层上形成介电层，并可进一步利用如化学机械平坦化(CMP)工艺或回蚀刻工艺而平坦化。CMP终止层可形成在介电层上。然后根据预设计电路图案利用光光刻工艺蚀刻介电层形成沟槽(如贯通130a的130e)。利用如溅射方法，在沟槽内沉积用于阻挡和/或粘结的衬垫层。接着在衬垫化后的沟槽内利用溅射工艺填充铜形成铜种子层，及利用电镀工艺形成铜填充。然后可除去介电层上形成的铜，并用CMP或回蚀刻工艺平坦化半导体器件100。可替代的是，可利用现有技术的各种实施例中已知的双镶嵌工艺来形成MLI130与ILD140。在一些实施例中，在步骤220，可与MLI130一起形成虚拟金属特征(dummymetal features)。例如，虚拟金属特征可形成在传感单元120之上的区域内，用于调节图案密度以及提高CMP性能。在下一步骤中，在沟槽形成期间，可除去虚拟金属特征。
方法200进行到步骤230，在ILD140内形成沟槽(开口)150。定义并布置出沟槽150，从而暴露出传感单元120。沟槽150具有延伸至传感组件120表面的深度。在另一实施例中，沟槽150不延伸至传感组件120表面，并且一部分ILD140仍介于沟槽150与传感组件120之间(图未示)。通过俯视，沟槽150的水平尺寸实质地包围传感组件120。例如，另外地如图3所示的传感组件120和沟槽150的俯视图，沟槽150之外围线将传感组件120包围在内。传感组件120与沟槽150的每一尺寸用A和B标出。传感组件120的尺寸范围在约0.5微米～5微米之间。沟槽150的尺寸B可具有相似的范围，但具有一偏距，从而实质地包围传感组件。沟槽150设置成沟槽之外围线与传感组件120的各边具有一间隙，用‘G’表示。间隙G可约0.1微米或更大。可用工艺流包含光刻图案化以及蚀刻来形成沟槽150。例如，在ILD140上施加光刻胶层，并利用光刻工艺将其图案化以形成开口。接着，蚀刻ILD130并贯穿图案化光刻胶的开口，暴露出传感组件120，生成沟槽150。蚀刻工艺可利用干蚀刻技术，并使用碳氟基蚀刻剂以及氧气。在各种实施例中，碳氟基蚀刻剂可包含CF4、CHF3、C2F6、C3F8、C4F8或其各种组合。干蚀刻工艺的工艺温度可在约100～150度之间。可替代的是，蚀刻工艺可利用以氢氟酸(HF)为主的蚀刻剂的湿蚀刻技术。监控蚀刻工艺，以免过度蚀刻至半导体基板110与形成于内的传感组件120。在另一实施例中，在形成MLI130与ILD140之前，在半导体基板110上可形成蚀刻终止层。因此，蚀刻工艺将停止在蚀刻终止层上。沟槽内的蚀刻终止层可用其它的蚀刻工艺除去，以便暴露出下面的传感组件120。在另一实施例中，在ILD140内形成沟槽150中，使用掩模层。例如施加一掩模层至ILD140。在掩模层上施加光刻胶层，并利用光刻工艺将其图案化形成开口。接着，蚀刻掩模层，将开口从光刻胶层转移到掩模层。用湿剥除或其后的等离子体灰化以除去光刻胶层。然后，蚀刻ILD140贯过掩模层开口，从而在半导体基板110上形成沟槽150并暴露出传感组件120。
方法200进行到步骤240，填充沟槽150。沟槽150实质地用可一种从成像物体朝传感组件方向的光可穿透的介电材料来填充。该光可以是可见光，波长范围在约300～800nm之间。
此外，在一实施例中，沟槽150内填充的介电材料的折射率高于周围的材料。填充的介电材料在显微透镜与传感组件之间形成波导，以达到对来自待成像物体的成像光的全反射。其它要求，例如显微透镜的焦距或显微透镜与传感组件间的距离可得到缓和，而不牺牲成像效率和品质。在一实施例中，沟槽150内填充的介电材料的折射率高于ILD140。
沟槽150内的填充材料包含以各种技术沉积的氧化硅，如未掺杂的硅石玻璃(USG)、用等离子体增强CVD从硅烷(SiH4)所形成的氧化硅、用等离子体增强CVD从四乙氧基硅烷(TEOS)形成的氧化硅、高密度等离子体(HDP)CVD、旋涂式玻璃或其各种组合。沟槽150内的填充材料可替代地包含掺杂氧化物如氟化硅玻璃、掺杂碳的硅酸盐(SiCOH)或其它合适的材料如其它透明玻璃。沟槽150内的填充材料可以是一多膜结构。
方法200进行至步骤250，对沟槽150内以及ILD140之上的填充材料实施平坦化工艺，从而平坦化半导体器件100并除去多余的填充材料。平坦化工艺可包含回蚀刻、CMP或其各种组合。
方法200进行到步骤260，在ILD140及MLI130上形成一钝化层，以实质地覆盖半导体器件并密封器件以避免受潮及其它污染。在一实例中，钝化层可包含置于ILD140和填充的沟槽150上的氧化硅层160、及氧化硅层160上的氮化硅层170，用于增强钝化和粘结。
半导体器件100及其制造方法200可具有不同的变化形式。图4显示另一实施例的半导体器件100的剖面图。沟槽150进一步包含衬垫层150a。衬垫层150a实质地形成在沟槽150的侧壁上，并可另外地形成在沟槽150的底部上。衬垫层150a可包含含氮材料，如氮化硅、氮氧化硅或其它合适的材料。在步骤230形成沟槽150之后并在步骤240填充沟槽150之前，衬垫层150a可用CVD工艺或其它适当的方法形成。衬垫层150a的厚度范围在约50～500埃之间，可具有多膜结构。衬垫层150a提供密封效果，以消除来自MLI130的湿气和污染，及/或提供折射功能，以控制朝向传感组件的成像光，从而具有更高的成像效率并降低与其它功能单元如半导体器件中的其它传感组件间的干扰。在另一实施例中，衬垫化后的沟槽内的填充的介电材料的折射率高于衬垫层150a。在另一实施例中，衬垫层150a的折射率高于ILD层140。在另一实施例中，衬垫层150a的折射率高于IMD层140a。利用填充的介电材料和衬垫层可实现全折射。为此目的，填充的介电材料和衬垫层可使用各种材料，该各种材料可包含不同材料、或者具有制造技术、不同工艺参数、不同类型掺杂和/或不同掺杂浓度的同一材料。例如，上面提及的CVD方法可通过动态控制工艺温度以形成衬垫层和填充的介电材料，而达成从衬垫层到填充的介电层的折射率变化。在另一实例中。填充的介电材料可包含用CVD方法形成的硼掺杂的硅酸盐。在另一实施例中，衬垫层或ILD可使用低k材料。
前面已概述了几个实施例的特征，从而本领域技术人员可更好地理解其后的详细描述。本领域技术人员应当理解，他们可容易地利用本揭示作为基础，来设计或修正其它工艺和结构，以实现在此介绍的实施例的目的和/或优点。本领域的技术人员也意识到，这种等同构建并没有脱离本发明的精神和范围，而且他们可作各种变化、替代、改变而不脱离本发明的精神和范围。
Claims (12)
1.一种图像传感器半导体器件，包括：
传感组件，置于半导体基板内；
层间介电材料，置于该半导体基板上；以及
沟槽，置于该层间介电材料内，该沟槽覆盖该传感组件，该沟槽的水平尺寸包围该传感组件，该沟槽设置成该沟槽的外围线与该传感组件的各边具有一间隙，该间隙的一底表面与该传感组件的一上表面共平面，该沟槽填充有第一介电材料，
其特征在于，该沟槽更内衬第二介电材料，该第一介电材料的折射率高于该第二介电材料的折射率。
2.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该第二介电材料包括一含氮材料。
3.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该第二介电材料的厚度范围在50～500埃之间。
4.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该第一介电材料包括介电材料可被从待成像物体朝向该传感组件的可见光所穿透，其中该可见光的波长范围在300～800nm之间。
5.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该第一介电材料包括折射率高于该层间介电材料的介电材料。
6.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该第一介电材料包括氧化硅。
7.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该第一介电材料包括多膜结构。
8.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该层间介电材料包括掺杂氟化物的硅化玻璃或掺杂碳的氧化硅。
9.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该传感组件包括互补式金属氧化物半导体图像传感器、电荷耦合器件传感器或有源图象素传感器。
10.如权利要求1所述的器件，其特征在于，通过俯视，该传感组件位于该沟槽内，并具有至少0.1微米的偏距。
11.如权利要求1所述的器件，其特征在于，还包括置于该层间介电材料内的多个金属特征，每一金属特征的临界尺寸小于0.25微米。
12.如权利要求1所述的器件，其特征在于，该传感组件的尺寸范围在0.5～5微米之间。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US11/672,681 US7803647B2 (en) | 2007-02-08 | 2007-02-08 | Optical transmission improvement on multi-dielectric structure in advance CMOS imager |
| US11/672,681 | 2007-02-08 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101241923A CN101241923A (zh) | 2008-08-13 |
| CN101241923B true CN101241923B (zh) | 2011-08-24 |
Family
ID=39685106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN2007101270690A Active CN101241923B (zh) | 2007-02-08 | 2007-06-28 | 图像传感器半导体器件 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US7803647B2 (zh) |
| JP (1) | JP2008198971A (zh) |
| CN (1) | CN101241923B (zh) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7057256B2 (en) | 2001-05-25 | 2006-06-06 | President & Fellows Of Harvard College | Silicon-based visible and near-infrared optoelectric devices |
| US7442629B2 (en) | 2004-09-24 | 2008-10-28 | President & Fellows Of Harvard College | Femtosecond laser-induced formation of submicrometer spikes on a semiconductor substrate |
| DE10345453B4 (de) * | 2003-09-30 | 2009-08-20 | Infineon Technologies Ag | Verfahren zum Herstellen eines optischen Sensors mit einer integrierten Schichtstapel-Anordnung |
| KR100900682B1 (ko) * | 2007-06-22 | 2009-06-01 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
| JP2009032953A (ja) * | 2007-07-27 | 2009-02-12 | Panasonic Corp | 固体撮像装置 |
| KR20090037004A (ko) * | 2007-10-11 | 2009-04-15 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지센서 및 그 제조방법 |
| KR20090039015A (ko) * | 2007-10-17 | 2009-04-22 | 주식회사 동부하이텍 | 씨모스 이미지 센서 제조 방법 |
| KR100896879B1 (ko) * | 2007-10-31 | 2009-05-12 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US8293634B2 (en) * | 2008-08-07 | 2012-10-23 | International Business Machines Corporation | Structures and methods for improving solder bump connections in semiconductor devices |
| KR101023071B1 (ko) * | 2008-09-05 | 2011-03-24 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| JP5402083B2 (ja) * | 2008-09-29 | 2014-01-29 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 |
| KR101116574B1 (ko) | 2008-11-11 | 2012-02-28 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서의 제조 방법 |
| KR101550866B1 (ko) * | 2009-02-09 | 2015-09-08 | 삼성전자주식회사 | 광학적 크로스토크를 개선하기 위하여, 절연막의 트렌치 상부만을 갭필하여 에어 갭을 형성하는 이미지 센서의 제조방법 |
| US8569807B2 (en) * | 2009-09-01 | 2013-10-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Backside illuminated image sensor having capacitor on pixel region |
| KR20110077451A (ko) * | 2009-12-30 | 2011-07-07 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서, 그 제조 방법, 및 상기 이미지 센서를 포함하는 장치 |
| KR20110095696A (ko) * | 2010-02-19 | 2011-08-25 | 삼성전자주식회사 | 씨모스 이미지 센서 |
| US8692198B2 (en) | 2010-04-21 | 2014-04-08 | Sionyx, Inc. | Photosensitive imaging devices and associated methods |
| CN102270625A (zh) * | 2010-06-04 | 2011-12-07 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种虚拟金属填充结构及带虚拟金属填充物的平面电感器 |
| US20120146172A1 (en) | 2010-06-18 | 2012-06-14 | Sionyx, Inc. | High Speed Photosensitive Devices and Associated Methods |
| US8283754B2 (en) * | 2010-08-13 | 2012-10-09 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Seal ring structure with metal pad |
| US20120202311A1 (en) * | 2011-02-09 | 2012-08-09 | United Microelectronics Corp. | Method of manufacturing image sensor |
| US9496308B2 (en) | 2011-06-09 | 2016-11-15 | Sionyx, Llc | Process module for increasing the response of backside illuminated photosensitive imagers and associated methods |
| EP2732402A2 (en) | 2011-07-13 | 2014-05-21 | Sionyx, Inc. | Biometric imaging devices and associated methods |
| US9064764B2 (en) | 2012-03-22 | 2015-06-23 | Sionyx, Inc. | Pixel isolation elements, devices, and associated methods |
| US9349769B2 (en) | 2012-08-22 | 2016-05-24 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image sensor comprising reflective guide layer and method of forming the same |
| US10203411B2 (en) * | 2012-11-02 | 2019-02-12 | Maxim Integrated Products, Inc. | System and method for reducing ambient light sensitivity of infrared (IR) detectors |
| EP2772939B1 (en) * | 2013-03-01 | 2016-10-19 | Ams Ag | Semiconductor device for detection of radiation and method of producing a semiconductor device for detection of radiation |
| WO2014209421A1 (en) | 2013-06-29 | 2014-12-31 | Sionyx, Inc. | Shallow trench textured regions and associated methods |
| CN114447010A (zh) * | 2015-01-13 | 2022-05-06 | 索尼半导体解决方案公司 | 固态成像装置和电子设备 |
| TWI537837B (zh) * | 2015-06-11 | 2016-06-11 | 南茂科技股份有限公司 | 指紋辨識晶片封裝結構及其製作方法 |
| JP6393293B2 (ja) * | 2016-06-15 | 2018-09-19 | キヤノン株式会社 | 撮像素子及び撮像装置 |
| CN110265439A (zh) | 2019-06-06 | 2019-09-20 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 有机发光二极管显示面板及电子设备 |
Family Cites Families (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08139300A (ja) * | 1994-11-10 | 1996-05-31 | Olympus Optical Co Ltd | 固体撮像装置 |
| JP3204216B2 (ja) * | 1998-06-24 | 2001-09-04 | 日本電気株式会社 | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| JP2003249633A (ja) * | 2002-02-25 | 2003-09-05 | Sony Corp | 固体撮像素子およびその製造方法 |
| US7215361B2 (en) * | 2003-09-17 | 2007-05-08 | Micron Technology, Inc. | Method for automated testing of the modulation transfer function in image sensors |
| GB2403847B (en) * | 2003-07-01 | 2005-11-16 | Micron Technology Inc | Optical channels for multi-level metal optical imagers and method for manufacturing same |
| US7119319B2 (en) * | 2004-04-08 | 2006-10-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensing element and its design support method, and image sensing device |
| JP4564794B2 (ja) * | 2004-07-16 | 2010-10-20 | キヤノン株式会社 | 固体撮像素子 |
| KR100652379B1 (ko) * | 2004-09-11 | 2006-12-01 | 삼성전자주식회사 | Ｃｍｏｓ 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| JP4682568B2 (ja) * | 2004-09-16 | 2011-05-11 | ソニー株式会社 | 固体撮像素子の製造方法 |
| JP2008522708A (ja) * | 2004-12-07 | 2008-07-03 | タイラートン インターナショナル インコーポレイテッド | 訓練、リハビリテーション、および／または支援のための装置および方法 |
| US7342268B2 (en) * | 2004-12-23 | 2008-03-11 | International Business Machines Corporation | CMOS imager with Cu wiring and method of eliminating high reflectivity interfaces therefrom |
| JP2006229206A (ja) * | 2005-02-14 | 2006-08-31 | Samsung Electronics Co Ltd | 向上された感度を有するイメージセンサ及びその製造方法 |
| JP2008192951A (ja) * | 2007-02-07 | 2008-08-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 固体撮像装置およびその製造方法 |
-
2007
- 2007-02-08 US US11/672,681 patent/US7803647B2/en active Active
- 2007-06-28 CN CN2007101270690A patent/CN101241923B/zh active Active
- 2007-06-28 JP JP2007170385A patent/JP2008198971A/ja active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20080191296A1 (en) | 2008-08-14 |
| US7803647B2 (en) | 2010-09-28 |
| JP2008198971A (ja) | 2008-08-28 |
| CN101241923A (zh) | 2008-08-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101241923B (zh) | 图像传感器半导体器件 | |
| CN109560094B (zh) | 半导体结构及其形成方法 | |
| US8816457B2 (en) | Sensor structure for optical performance enhancement | |
| CN100552970C (zh) | 避免高反射率界面的cmos成像器及其制造方法 | |
| CN102119442B (zh) | 背面照明型图像传感器及其制造方法 | |
| TW200810100A (en) | Image sensor and the method for manufacturing the same | |
| TW201913988A (zh) | 影像感測器裝置 | |
| US8120129B2 (en) | Image sensor and method of manufacturing the same | |
| US20060145211A1 (en) | CMOS image sensor and method for manufacturing the same | |
| CN102637705A (zh) | 半导体器件制造方法 | |
| KR100524200B1 (ko) | 이미지 소자 및 그 제조 방법 | |
| JP6039294B2 (ja) | 半導体装置の製造方法 | |
| KR100815952B1 (ko) | 반도체 소자의 층간 절연막 형성 방법 | |
| US20090108390A1 (en) | Image Sensor and Method for Manufacturing Thereof | |
| KR101053768B1 (ko) | 후면 조사 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| KR100791011B1 (ko) | 내부렌즈를 포함하는 이미지 소자 및 그 제조방법 | |
| CN107785383B (zh) | 影像感测器及其制作方法 | |
| KR20090039015A (ko) | 씨모스 이미지 센서 제조 방법 | |
| KR100938951B1 (ko) | 후면 조사 이미지 센서 및 그 제조방법 | |
| US20090127601A1 (en) | Image Sensor and Method for Manufacturing the Same | |
| TW202131507A (zh) | 影像感測裝置以及其製造方法 | |
| CN108538868B (zh) | 图像传感器及其制作方法 | |
| CN102099914A (zh) | Cmos图像传感器的制造方法 | |
| KR20090022329A (ko) | 이미지 센서의 금속배선 형성방법 | |
| KR100938723B1 (ko) | 후면 조사 이미지 센서 및 그 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |