CN102222674A - 用于提高图像传感器的量子效率的嵌入反射屏 - Google Patents
用于提高图像传感器的量子效率的嵌入反射屏 Download PDFInfo
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Abstract
描述了反射屏的结构以及制造这种结构的方法，其能够反射没有被图像传感器器件中的光电二极管吸收的光并增加光电二极管的量子效率。这种结构可以应用或使用于任何图像传感器以提高图像质量。这种结构对于具有更小像素尺寸的图像传感器以及对于其吸收长度或深度可以不充分的长波长光或光线来说特别有用，尤其是对于背面照度BSI器件。反射屏可以使穿过图像传感器并反射回到光电二极管的光的吸收深度加倍或者比两倍还多。凹形反射屏具有引导反射光朝向图像传感器的附加优点。
Description
技术领域
本发明总的来说涉及半导体器件，更具体地，涉及图像传感器器件。
背景技术
半导体图像传感器被用于感测诸如光的辐射。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器被广泛用在各种应用中，诸如数码相机和移动电话相机设备。这件器件利用基板中的像素阵列，包括可以吸收朝向基板投射的辐射并将所感测到的辐射转换为电信号的光电二极管和晶体管。更高分辨率和更低功耗的要求进一步鼓励对这些图像传感器的小型化和集成。这在以下公开所引起的文本内。
发明内容
为了解决以上一个或多个问题，本发明提供了使用背面照度的图像传感器器件和创建用于图像传感器器件的反射屏的方法。
根据本发明的实施例，该使用背面照度的图像传感器器件，嵌入有反射屏以增加量子效率，其包括：光电二极管，设置在基板的前表面附近；以及反射屏，设置在光电二极管上方，其中，反射屏被嵌入直接沉积在光电二极管上方的介电层内，光电二极管适于接收来自基板的后表面的光，后表面和反射屏在光电二极管的相对侧，并且反射屏适于反射来自基板的后表面并穿过光电二极管的光子，以使其重新进入光电二极管。
反射屏具有在大约
与大约
之间的厚度。反射屏具有在大约0.5μm与大约2μm之间的宽度。反射屏的表面积大于、等于或小于光电二极管的表面积。
反射屏面向光电二极管的表面是平坦或凹形中的至少一种。反射屏的表面是凹形的并且适于引导光朝向光电二极管。反射屏由两个或多个片制成，在两个或多个片之间具有间隔，其中，间隔保持尽量小以防止光从两个或多个片之间通过。反射屏的顶面具有从以下组中选出的形状，该组由矩形、方形、圆形、以及多个矩形组成，其中多个矩形之间具有间隔。
反射屏由选自由钨(W)、铝(Al)、以及铜(Cu)、锌(Zn)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)及其合金所组成的组中的金属制成。
图像传感器器件包括一个或多个晶体管，并且反射屏位于光电二极管上方大于一个或多个晶体管的高度的距离。
根据本发明的实施例，该使用背面照度的图像传感器器件，嵌入有反射屏以增加量子效率，其包括：光电二极管，设置在基板的前表面附近；以及反射屏，直接设置在光电二极管上方，其中反射屏被嵌入直接沉积在光电二极管上方的介电层内，反射屏具有面向光电二极管的凹面，光电二极管适于接收来自基板的后表面的光，后表面和反射屏在光电二极管的相对侧，并且反射屏适于反射来自基板的后表面并穿过光电二极管的光子，以使其重新进入光电二极管。
根据本发明的实施例，该创建用于图像传感器器件的反射屏的方法，包括：提供基板，在基板上具有光电二极管；在基板上沉积第一介电层，其中，第一介电层与光电二极管接触；通过对第一介电层执行化学机械抛光(CMP)来去除基板的表面形貌；对基板进行图案化，以在CMP之后的第一介电层的表面上限定用于反射屏的区域，其中，为反射屏限定的区域直接在光电二极管上方；在对基板进行图案化之后，在基板上沉积一层具有高反射率的材料，其中，具有高反射率的材料填充第一介电层的表面上的区域；在沉积该层具有高反射率的材料之后，去除具有高反射率的多余材料，其中，反射屏形成并嵌入第一介电层；以及在基板上沉积第二介电材料，其中，第二介电材料覆盖反射屏。
该方法还包括：在光电二极管的附近形成到晶体管的接触插塞。
对基板进行图案化以在第一介电层的表面上限定一区域包括：对第一光刻胶进行图案化，蚀刻没有被图案化的第一光刻胶覆盖的第一介电层，以及在蚀刻第一介电层之后去除第一光刻胶的剩余部分。
具有高反射率的材料选自由钨(W)、铝(Al)、以及铜(Cu)、锌(Zn)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)及其合金所组成的组。
所沉积的该层具有高反射率的材料具有在大约
与大约
之间的厚度。
在第一介电层和该层具有高反射率的材料之间沉积粘着层，并且粘着层的厚度在大约
与大约之间。第一介电层具有在大约
与大约
之间的厚度。
该方法还包括：在对第一光刻胶进行图案化之后，处理第一光刻胶，以使第一光刻胶变为圆拱形；在处理第一光刻胶之后，对第二光刻胶进行图案化，其中，对第二光刻胶进行图案化以覆盖没有被图案化的第一光刻胶覆盖的区域；以及在对第二光刻胶进行图案化之后，蚀刻基板，其中，在第一介电层中创建面向光电二极管的具有凹面的开口。
为反射屏限定的区域具有在大约0.5μm与大约2μm之间的宽度。在光电二极管上方存在为反射屏限定的多于一个的区域。反射屏适于反射来自基板的后表面并穿过光电二极管的光子，以使其重新进入光电二极管，并且反射屏增加光的吸收长度和光电二极管的量子效率。
附图说明
本公开通过以下结合附图的详细描述将变得容易理解，并且类似的参考标号表示类似的元件。
图1示出了根据一些实施例的使用四个晶体管的有源像素单元的简化截面图。
图2示出了根据一些实施例的图1的更加详细的截面图。
图3A示出了根据一些实施例的光电二极管上方的嵌入反射层。
图3B示出了根据一些实施例的光电二极管上方的凹形嵌入反射层。
图3C(a)和(b)示出了根据一些实施例的用于反射穿过光电二极管的光的反射层。
图4A至图4F示出了根据一些实施例的用于创建光电二极管上方的反射屏(reflective shield)的处理流程中的结构和中间阶段。
图4G示出了根据一些实施例的在PMD(金属沉积前介电)层的顶面处具有反射层300的有源像素单元的截面图。
图5A至图5J示出了根据一些实施例的用于在光电二极管上方创建凹形反射屏的处理流程中的结构和中间阶段。
图6A至图6H示出了根据一些实施例的光电二极管上方的反射屏的俯视图。
具体实施方式
应该理解，以下公开提供了许多不同的实施例或实例，用于实现本公开的不同部件。下面描述部件和配置的具体实例，以简化本公开。当然，这些仅仅是实例，并不用于限制本发明。此外，本公开可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，并本质上不用于表明各个实施例和/或所讨论配置之间的关系。
图1示出了根据一些实施例的使用四个晶体管的有源像素单元100的简化截面图。这样的有源像素单元还可以被称为4T像素单元。4T像素单元100包括光电二极管PD、转移晶体管T1、复位晶体管T2、源极跟随器(“SF”)或放大器(“AMP”)晶体管T3和行选择(“RS”)晶体管T4。
在操作期间，转移晶体管T1接收转移信号TX，其将在光电二极管PD中累积的电荷转移到浮动漏极/扩散节点FD。复位晶体管T2耦合在功率轨VDD和节点FD之间，以在复位信号RST的控制下对像素进行复位(例如，对FD和PD进行放电或充电到预定电压)。节点FD被耦合以控制AMP晶体管T3的栅极。AMP晶体管T3耦合在功率轨VDD和RS晶体管T4之间。AMP晶体管T3作为源极跟随器进行操作，提供到浮动扩散FD的高阻抗连接。最后，RS晶体管T4在信号RS的控制下选择性地将像素电路的输出耦合至读出列线。在一些实施例中，像素单元的光电二极管PD利用浅钉扎层(shallow pinning layer)(未示出)钝化以减少表面缺陷。在该实例中，N型PD被植入P外延层，通过浅P型植入形成钉扎层。还可以使用其他类型的光电二极管。
对于更高图像质量(诸如用于移动应用的数码相机类(或DSC类)质量)的需求要求减小像素尺寸，同时保持满阱容量、量子效率和灵敏度。满足这种需求是非常有挑战性的。随着像素尺寸的减小，总的吸收深度对于一些光(尤其对于长波长的光)以及对于使用背面照度(BSI)技术的图像传感器来说是不足的。在一些实施例中，使用BSI的CIS的宽度在大约0.1μm与大约2μm之间。
图2示出了根据一些实施例的图1的更加详细的截面图。图2示出了转移晶体管T1的栅极201、复位晶体管T2的栅极202以及与转移晶体管T1的栅极201相邻的光电二极管205。转移晶体管T1和复位晶体管T2共享浮动扩散区域(FD)204，并且图像传感器200通过浅沟槽隔离235和236与其他图像传感器隔离。在一些实施例中，每个晶体管(诸如晶体管T1和T2)都具有栅极介电层215和隔离物214。图2示出了将N型掺杂层216植入P-外延层220。然而，在本公开中描述的用于改善量子效率的结构和方法不限于这里所描述的光电二极管的类型。还可以使用其他类型的光电二极管，诸如P-型光电二极管。在基板(substrate，也称衬底)230上构建像素200。
在转移晶体管T1的栅极201、复位晶体管T2的栅极202、扩散区域204和扩散区域207上方分别具有接触插塞208、210、209和211以提供互连。接触插塞208、210、209和211被层间电介质(inter-level dielectric，ILD)层213所环绕。如图2所示，图像传感器200从基板230的背面接收光子250(背面照度)。由于像素尺寸(或图像传感器200的尺寸，其为像素)的缩小，光电二极管205的面积减小。结果，可用于撞击光电二极管205的光子250的数量也减少。因此，要求对将到来的光子250具有更高的吸收率。对于背面照度(BSI)技术，总的吸收深度240对于长波长光纤(诸如红色光)来说可能是不够的。图3A示出了根据一些实施例的在光电二极管205上方嵌入ILD层213中的反射层310(或反射屏)以反射已经通过光电二极管205而没有被吸收的光。图3A示出了光子350已经被反射层310的表面反射并重新被引导朝向光电二极管205。光子350是从基板230背面撞击光电二极管205的光子250中的一个。被反射的光子350在其通过光电二极管205的吸收深度240时可以被光电二极管205吸收。由于反射层310，导致光子350的吸收长度至少可以加倍。因此，由于嵌入了反射层(或屏)310，增加了吸收效率(或量子效率)。
图3A中的反射层310具有平坦的表面311，其与光电二极管205的表面312平行。可选地，反射层310的表面可以是凹形的，以将光子350引导朝向光电二极管205。图3B示出了根据一些实施例的在光电二极管205上方嵌入ILD层213中的凹形反射层310′，以反射已经通过光电二极管205而没有被吸收的光。图3B示出了光子350′被反射层310′的凹形表面311′反射并重新引导朝向光电二极管205的中心。由于表面311′是凹形的，所以表面311′能够以范围在0和基本非零之间的角度θ将将来到反射层310′(更具体地，表面311′)的光引导朝向光电二极管205。
图3C(a)和(b)分别示出了根据一些实施例的图3A和图3B的两个的反射层310和310′。图3C(a)示出了具有面向光电二极管205的表面312并与其平行的平坦表面311的反射层310。当将到来的光子351以角度α到达反射层310时，光子也以角度α被表面311反射。角度α的范围在0至基本非零之间(相对于表面312的法线)。在图3C(a)所示的实例中，由于光子351撞击的位置320和角度α，被反射的光子351落在光电二极管205的表面312外侧，并且不能被光电二极管205吸收。然而，当光子351′以与表面312的法线成角度α撞击图3C(b)的凹形表面311′时，被反射的光子351′以与表面312的法线成角度β离开凹形表面311′。由于凹形表面311′导致角度β小于角度α，光子351′落在光电二极管205的表面312内侧，并且可以被光电二极管205吸收。凹形表面311′能够将基本不垂直于光电二极管的表面到达(或者以非零角度到达)反射层的更多光子引导朝向光电二极管的表面以使其被吸收。
图4A至图4F示出了根据一些实施例的用于制备嵌入有反射层的图像传感器的处理流程中的结构和中间阶段。图4A示出了根据一些实施例的在基板400上制备栅极201和栅极202。如图1、图2、图3A和图3B所示，栅极201是转移栅极T1，而栅极202是复位栅极T2。在制备晶体管T1和T2之后，沉积第一层间电介质(ILD)层401。第一ILD层401可以由任何介电材料制成，诸如二氧化硅(或未掺杂的硅玻璃USG)、氮化硅或两种膜的结合。第一ILD层401还可以是掺杂的电介质膜(诸如BPSG(掺杂硼和磷的硅玻璃)或PSG(掺杂磷的硅玻璃))、低介电常数(低-K)材料(诸如，掺杂氟的硅玻璃(FSG)或在半导体器件制造中使用的其他低K材料)。第一ILD层401的材料的一个实例是使用TEOS(Tetraethyl orthosilicate，正硅酸乙酯)作为硅源，通过等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)沉积的硅氧化物。还可以使用PECVD硅烷氧化物膜。在一些实施例中，TEOS氧化物具有大约在
与大约
之间的厚度。第一ILD层401不需要通过PECVD来沉积。介电层101可以为旋涂电介质(SOD)或旋涂玻璃(SOG)。第一ILD层401还可以通过高密度等离子体化学汽相沉积(HDPCVD)或次大气压化学汽相沉积(SACVD)来沉积。还可以使用其他类型的电介质沉积工艺。
所沉积的ILD 401具有由基板上的结构得到的表面形貌。在一些实施例中，通过化学机械抛光(CMP)来去除表面形貌，其具有对基板表面进行全局平面化的能力。所沉积的ILD 401具有栅极结构(诸如T1和T2)的高度“H”的最小厚度。此外，需要在栅极上方保留特定量的ILD“Tmin”以确保CMP的抛光垫不接触基板上的任何栅极结构，从而不会损害栅极。在一些实施例中，Tmin在大约
与大约之间。在一些实施例中，H和Tmin的总厚度保持尽量小，以防止光在ILD膜中对光的吸收和/或衍射，并且保持被嵌入的反射层(诸如图2和图3A至图3C的层310和310′)反射的光的强度。
此后，根据一些实施例，如图4B所示，基板被图案化和蚀刻，以创建开口区域(或开口)402，从而沉积上述反射层310。在创建开口区域402之后，反射材料(或具有高反射率的材料)被沉积在基板表面上并填充开口区域402。反射率被定义为将要到来的光被反射的分数。反射材料可以反射一定分数(或百分比)的将要到来的光，诸如5％、10％、50％或80％。材料的反射率越高，将要带来的光被反射的百分比就越大。大多数金属都具有相对高的反射率。在一些实施例中，用于上述应用的反射材料是金属。可用于这种应用的反射材料的实例包括但不限于钨(W)、铝(Al)、铜(Cu)、锌(Zn)、金(Au)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、锡(Sn)、钴(Co)和镍(Ni)。反射材料还可以是含金属的膜或者由两种以上金属制成的合金。
还可以使用反射的非金属(或非金属化)材料。例如，聚四氟乙烯(polytetrafluorethylene，PTFE)是具有高反射率的聚合物。在一些实施例中，粘着层(或粘合促进层)(这里未示出)沉积在反射层下方，以促进反射层和ILD之间的粘合。例如，如果反射层310由W制成，则可以使用由Ti、TiN、Ta、TaN或上述粘合促进材料的结合制成的粘着层。图4C示出了根据一些实施例的沉积在基板上的金属膜403(诸如W)和可选粘合层(未示出)。可通过CVD、物理汽相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)、电镀、旋涂或其他可应用方法来沉积反射材料。例如，可通过CVD来沉积W。在一些实施例中，可通过PVD来沉积W的粘合促进层(诸如Ti和TiN)。在一些实施例中，选择性地在开口区域402中沉积反射材料。在一些实施例中，沉积的金属膜403具有大约在
与大约
之间的厚度。在一些实施例中，沉积的粘着层具有在大约与大约
之间的厚度。
在沉寂反射材料之后，诸如通过CMP去除基板表面上多余的反射材料，而只留下开口区域402中的反射材料。CMP不是可用于去除多余材料的唯一方法。在一些实施例中，可通过蚀刻工艺(可以为干蚀刻或湿蚀刻)来去除多余的反射材料。如果粘着层已经沉积在反射材料下方，还需要去除不在开口区域402中的粘着层。图4D示出了从基板表面去除反射材料并在基板表面上留下反射层310(或反射屏)的基板400。在一些实施例中，反射层310的厚度大于约
在一些其他实施例中，反射层310的厚度大于约
在还有的其他实施例中，反射层310的厚度在大约
与大约
之间。
此后，沉积第二ILD层404。第二ILD层404可以由与ILD层401的材料相同或不同的材料制成。上述用于ILD层401的材料和沉积方法可以用于ILD层404。在一个实施例中，第二ILD层404是由硅烷或TEOS沉积的氧化物，并具有在大约
与大约
之间的厚度。在另一实施例中，第二ILD层404具有在大约
和大约
之间的厚度。图4E示出了根据本公开的一个实施例的沉积第二ILD层404之后的基板400。反射层310被夹在第一ILD层401和第二ILD层404之间。第一ILD层401和第二ILD层404构成金属沉积前介电层(或PMD层)。
在沉积第二ILD层404之后，基板被图案化以创建用于接触插塞(诸如插塞208、209、210、211)的开口，并利用粘着层和接触金属填充这种接触开口。在一些实施例中，接触金属为W，并且粘着层由Ti、TiN、Ta、TaN或上述防护材料的结合制成。需要附加处理操作(诸如需要建立附加互连等级的操作)来完成基板上图像传感器的制造。在一些实施例中，不存在第二ILD层404，并且反射层310位于PMD层的顶面(或界面)处。在这种情况下，根据一些实施例，可以在创建开口402(用于反射层的开口)之前或之后来图案化接触插塞。根据一些实施例中，粘着层和接触间隙填充层还可以用于填充开口402(以创建反射层)。图4G示出了根据一些实施例的在PMD层的顶面处具有反射层300的有源像素单元的截面图。在图4G中，用于填充接触插塞的材料(诸如粘着层和接触金属)还可以用于创建反射层。
以上在图4A至图4F中描述的处理流程的实施例还可以用于创建反射层(或屏)以将没有被光电二极管吸收的光反射回光电二极管用于附加吸收。所创建的反射层(或屏)具有面向光电二极管的平坦表面(或者与光电二极管的表面平行的表面)。如图3B和图3C中所提到的，面向光电二极管的反射层的表面可以是凹形的，以帮助将反射光引导朝向光电二极管的表面。图5A至图5J示出了根据一些实施例的用于制备嵌入反射层的图像传感器的处理流程中的结构和中间阶段。
图5A示出了根据一个或多个实施例的在基板500上制备栅极201和栅极202。图5A的栅极结构T1和T2与以上在图4A至图4F中描述的栅极结构T1和T2类似。如以上在图4A中描述的，在制备晶体管T1和T2之后，沉积了第一层间电介质(ILD)层501。用于第一ILD层501的可能材料和制造方法类似于第一ILD层401的材料和制造方法。
沉积的ILD层501具有由基板上的结构得到的表面形貌。根据一些实施例，通过化学机械抛光(CMP)去除表面形貌。与图4A类似，沉积的ILD层501具有栅极结构(诸如T1和T2)的高度“H”的最小厚度。此外，需要在栅极上方保留特定量的ILD“Tmin”以确保CMP的抛光垫不接触基板上的任何栅极结构，从而不会损害栅极。在一些实施例中，Tmin在大约
与大约之间。在一些实施例中，H和Tmin的总厚度保持尽量小，以防止光在ILD膜中的吸收和/或衍射，并且保持反射的光的强度。
此后，根据一些实施例，如图5B所示，利用光刻胶层511图案化基板。光刻胶层511被沉积在用于创建开口区域(或者在下面描述的图5E中的开口502)的区域上方。如图5C所示，对光刻胶层511进行处理，以创建凹形形状。在一些实施例中，创建凹形形状的光刻胶511′的处理可以是低温回流(或烘焙、或固化)，以大约100℃至大约300℃之间的温度持续0.1分钟与大约10分钟之间的时间。在一些其他实施例中，该处理可以将分子注入光刻胶以硬化图5B的光刻胶511。
在形成圆拱形光刻胶511′之后，根据一些实施例，如图5D所示，另一个光刻胶层512被施加在基板上并被图案化以覆盖没有被圆拱形光刻胶511′覆盖的区域。此后，根据一些实施例，如图5E所示，已经被硬化的圆拱形光刻胶511′被蚀刻，以在第一ILD层501中留下圆拱形开口502。图5D和图5E示出了在蚀刻圆拱形光刻胶511′和圆拱形光刻胶511′下方的第一ILD层510期间去除光刻胶层512的一部分“P”。此后，根据一些实施例，如图5F所示，去除剩余的光刻胶层512。
在去除光刻胶层512之后，在基板表面上沉积反射材料并填充开口区域502。可用于该应用的可能反射材料和沉积方法与以上图4C和图4D的用于平坦反射层310的应用所描述的类似。图5G示出了根据一些实施例的沉积在基板上的诸如W膜的金属层530和可选粘着层(未示出)。
在沉积反射材料之后，去除基板表面上多余的反射材料，仅留下开口区域502中的反射材料310′。例如，如果反射材料为W，则CMP可用于去除多余的材料。如上所述，CMP不是可用于去除多余材料的唯一方法。在一些实施例中，可通过蚀刻工艺(可以为干蚀刻或湿蚀刻)去除多余的反射材料。如果在反射材料下方沉积了粘着层，则还需去除不在开口区域502中的粘着层。图5H示出了从基板表面去除反射材料而在基板表面上留下圆拱形反射材料310′(或圆拱形反射屏)之后的基板500。在一些实施例中，反射层310′的最小厚度大于约
在一些其他实施例中，反射层310′的最小厚度大于约
在还有的其他实施例中，反射层310′的厚度在大约
与大约之间。
此后，根据一些实施例，沉积第二ILD层504。第二ILD层504可以由与ILD层501相同或不同的材料制成。上面提到的用于第一ILD层501材料和沉积方法可用于第二ILD层504。在一些实施例中，第二ILD层504是由硅烷或TEOS沉积的氧化物，并具有大约
与大约
之间的厚度。在另一实施例中，第二ILD层504具有在大约与大约
之间的厚度。图5I示出了根据一些实施例的沉积第二ILD层504之后的基板500。
在沉积第二ILD层504之后，基板被图案化，以创建用于接触插塞(诸如插塞208、209、210、211)的开口，并利用粘着层和接触金属填充这种接触开口。在一些实施例中，接触金属为W，并且粘着层由Ti、TiN、Ta、TaN或上述保护材料的结合制成。需要附加处理操作(诸如需要建立附加互连等级的操作)来完成基板上图像传感器的制造。
上述方法的各个实施例用于创建诸如层310或310′的反射层(或屏)，用于将没有被光电二极管吸收的光朝向光电二极管反射用于附加吸收，从而增加光电二极管的量子效率。理想地，反射屏的大小应该覆盖光电二极管的表面区域，并且光电二极管的周围区域尽量大，以尽量收集更多未被吸收的光，将其反射回光电二极管的表面。然而，由于存在相邻的接触插塞，所以反射屏(诸如以上在图2、图3A至图3C、图4D至图4F、和图5H至图5J中描述的屏310和310′)和诸如插塞208的相邻接触插塞之间的最小距离需要防止两个相邻结构之间的短路。
图6A示出了根据一些实施例的覆盖光电二极管605的反射屏(或层)610的俯视图。在一些实施例中，光电二极管605和反射屏610可以是矩形的或正方形的。光电二极管605不必须为矩形的，而是可以是其他形状的。在图6A中，反射屏610大于光电二极管605并覆盖整个光电二极管605。在一些实施例中，如图6B所示，反射屏610′小于光电二极管605。图6C示出了根据一些实施例的覆盖光电二极管605′的至少一部分的反射屏611的俯视图。反射屏611′和611很可能不覆盖整个光电二极管605，这是因为与光电二极管605的边缘606和607相邻的结构(未示出)。
图6D示出了根据一些实施例的覆盖光电二极管605的圆形反射屏612的俯视图。除圆形和矩形形状之外，其他形状的反射屏也是可以的。图6E示出了根据一些实施例的覆盖光电二极管605″的反射屏613的俯视图。如上所述，反射屏和光电二极管可以是任何形状。如图6E所示的反射屏613和光电二极管605″不是矩形形状或环形形状。在每个结构的一个边角处具有开口。
上述反射屏是一整片。在一些实施例中，反射屏可以被分为较小的片，在片之间具有小开口。这可以是涉及制造的问题(诸如由CMP引起的凹陷)或者涉及电的问题，会要求将反射屏分为较小的片。图6F、图6G和图6H示出了光电二极管605上方的反射屏614、615和616的各个实施例。在一些实施例中，片之间的间隔保持得尽量小，以防止光通过间隔而不被反射。在一些实施例中，片之间的间隔在大约0.01μm至大约0.1μm之间。
在一些实施例中，反射层310、310′的宽度在大约0.1μm至大约5μm之间。在一些其他实施例中，反射层310、310′的宽度在大约0.5μm与大约2.0μm之间。在一些实施例中，反射层310、310′的长度在大约0.1μm与大约10μm之间。在一些其他实施例中，反射层310、310′的宽度在大约0.5μm与大约4.0μm之间。
所描述的反射屏的结构以及制造这种结构的方法能够反射没有被图像传感器器件中的光电二极管吸收的光并增加光电二极管的量子效率。这种结构可以应用(或使用)于任何图像传感器以提高图像质量。这种结构对于具有更小像素尺寸的图像传感器以及对于其吸收长度(或深度)不足够的长波长光(或光线)来说特别有用，尤其是对于BSI器件。反射屏可以使穿过图像传感器并反射回到光电二极管的光的吸收深度加倍或者比两倍还多。凹形反射屏具有将反射的光引导朝向图像传感器的附加优点。
在一个实施例中，提供了嵌入反射屏以增加量子效率的使用背面照度的图像传感器器件。该图像传感器器件包括设置在基板前表面附近的光电二极管以及设置在光电二极管上方的反射屏。反射屏被嵌入直接沉积在光电二极管上方的介电层内，并且光电二极管接收来自基板后表面的光。后表面和反射屏在光电二极管的相对侧。来自基板后表面并穿过光电二极管的光子被反射屏反射并重新进入光电二极管。
在另一实施例中，提供了嵌入反射屏以增加量子效率的使用背面照度的图像传感器器件。图像传感器器件包括设置在基板前表面附近的光电二极管以及直接设置在光电二极管上方的反射屏。反射屏被嵌入直接沉积在光电二极管上方的介电层内，并且其中，反射屏具有面向光电二极管的凹面。光电二极管接收来自基板后表面的光，其中，后表面和反射屏在光电二极管的相对侧。来自基板后表面并穿过光电二极管的光子被反射屏反射并重新进入光电二极管。
在又一实施例中，提供了创建用于图像传感器器件的反射屏的方法。该方法包括：提供基板，在基板上具有光电二极管；以及在基板上沉积第一介电层。第一介电层与光电二极管接触。该方法还包括：通过对第一介电层执行化学机械抛光(CMP)来去除基板的表面形貌。该方法还包括：对基板进行图案化，以在CMP之后的第一介电层的表面上限定用于反射屏的区域。为反射屏限定的区域直接在光电二极管上方。此外，该方法包括：在图案化基板之后，在基板上沉积一层具有高反射率的材料。具有高反射率的材料填充第一介电层表面上的区域。此外，该方法包括：在沉积具有高反射率的材料之后，去除具有高反射率的多余材料。反射屏形成并嵌入第一介电层中。该方法还包括：在基板上沉积第二介电材料。第二介电材料覆盖反射屏。
本领域的技术人员可以在所公开的方法和系统的配置、操作和详情中进行各种修改、变化和改变。尽管为了理解清楚的目的在一些详情中描述了前面的公开内容，但应该明白，可以进行特定的改变和修改。因此，本发明的实施例仅仅是示意性的而不是限制性的，并且本发明不限于这里给出的详情，而是可以在所公开内容的范围和等价物内进行修改。
Claims (10)
1.一种使用背面照度的图像传感器器件，嵌入有反射屏以增加量子效率，其包括：
光电二极管，设置在基板的前表面附近；以及
反射屏，设置在所述光电二极管上方，其中
所述反射屏被嵌入直接沉积在所述光电二极管上方的介电层内，
所述光电二极管适于接收来自所述基板的后表面的光，
所述后表面和所述反射屏在所述光电二极管的相对侧，并且
所述反射屏适于反射来自所述基板的后表面并穿过所述光电二极管的光子，以使其重新进入所述光电二极管。
2.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述反射屏具有在大约
与大约
之间的厚度；
所述反射屏具有在大约0.5μm与大约2μm之间的宽度；
所述反射屏的表面积大于、等于或小于所述光电二极管的表面积；
所述反射屏面向所述光电二极管的表面是平坦或凹形中的至少一种；
所述反射屏由两个或多个片制成，在所述两个或多个片之间具有间隔，其中，所述间隔保持尽量小以防止光从所述两个或多个片之间通过；
所述反射屏的顶面具有从以下组中选出的形状，该组由矩形、方形、圆形、以及多个矩形组成，其中所述多个矩形之间具有间隔；
所述反射屏由选自由钨(W)、铝(Al)、以及铜(Cu)、锌(Zn)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)及其合金所组成的组中的金属制成。
3.根据权利要求2所述的图像传感器器件，其中，所述反射屏的表面是凹形的并且适于引导光朝向所述光电二极管。
4.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述图像传感器器件包括一个或多个晶体管，并且所述反射屏位于所述光电二极管上方大于所述一个或多个晶体管的高度的距离。
5.一种使用背面照度的图像传感器器件，嵌入有反射屏以增加量子效率，其包括：
光电二极管，设置在基板的前表面附近；以及
反射屏，直接设置在所述光电二极管上方，其中
所述反射屏被嵌入直接沉积在所述光电二极管上方的介电层内，
所述反射屏具有面向所述光电二极管的凹面，
所述光电二极管适于接收来自所述基板的后表面的光，
所述后表面和所述反射屏在所述光电二极管的相对侧，并且
所述反射屏适于反射来自所述基板的后表面并穿过所述光电二极管的光子，以使其重新进入所述光电二极管。
6.一种创建用于图像传感器器件的反射屏的方法，包括：
提供基板，在所述基板上具有光电二极管；
在所述基板上沉积第一介电层，其中，所述第一介电层与所述光电二极管接触；
通过对所述第一介电层执行化学机械抛光(CMP)来去除所述基板的表面形貌；
对所述基板进行图案化，以在CMP之后的所述第一介电层的表面上限定用于所述反射屏的区域，其中，为所述反射屏限定的区域直接在所述光电二极管上方；
在对所述基板进行图案化之后，在所述基板上沉积一层具有高反射率的材料，其中，具有高反射率的所述材料填充所述第一介电层的表面上的区域；
在沉积该层具有高反射率的材料之后，去除具有高反射率的多余材料，其中，所述反射屏形成并嵌入所述第一介电层；以及
在所述基板上沉积第二介电材料，其中，所述第二介电材料覆盖所述反射屏。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述方法还包括：在所述光电二极管的附近形成到晶体管的接触插塞；
对所述基板进行图案化以在所述第一介电层的表面上限定一区域包括：对第一光刻胶进行图案化，蚀刻没有被图案化的第一光刻胶覆盖的所述第一介电层，以及在蚀刻所述第一介电层之后去除所述第一光刻胶的剩余部分。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，具有高反射率的材料选自由钨(W)、铝(Al)、以及铜(Cu)、锌(Zn)、金(Au)、银(Ag)、钛(Ti)、钽(Ta)、铬(Cr)、锡(Sn)、钴(Co)、镍(Ni)及其合金所组成的组；
所沉积的该层具有高反射率的材料具有在大约
与大约
之间的厚度；
在所述第一介电层和该层具有高反射率的材料之间沉积粘着层，并且所述粘着层的厚度在大约
与大约
之间；
所述第一介电层具有在大约
与大约之间的厚度。
9.根据权利要求7所述的方法，还包括：
在对所述第一光刻胶进行图案化之后，处理所述第一光刻胶，以使所述第一光刻胶变为圆拱形；
在处理所述第一光刻胶之后，对第二光刻胶进行图案化，其中，对所述第二光刻胶进行图案化以覆盖没有被图案化的第一光刻胶覆盖的区域；以及
在对所述第二光刻胶进行图案化之后，蚀刻所述基板，其中，在所述第一介电层中创建面向所述光电二极管的具有凹面的开口。
10.根据权利要求6所述的方法，其中，为所述反射屏限定的区域具有在大约0.5μm与大约2μm之间的宽度；
在所述光电二极管上方存在为所述反射屏限定的多于一个的区域；
所述反射屏适于反射来自所述基板的后表面并穿过所述光电二极管的光子，以使其重新进入所述光电二极管，并且所述反射屏增加光的吸收长度和所述光电二极管的量子效率。
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