CN103378112A - 图像传感器器件和方法 - Google Patents

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Abstract

提供了减少光敏二极管之间的串扰的系统和方法。在实施例中，第一滤色器在第一光敏二极管上方形成而第二滤色器在第二光敏二极管上方形成，间隙在第一滤色器和第二滤色器之间形成。间隙将起到反射光的作用，否则光将从第一滤色器跨越到第二滤色器，从而减少第一光敏二极管和第二光敏二极管之间的串扰。也可以在第一光敏二极管和第二光敏二极管之间形成反射栅格以协助反射并进一步减少串扰量。本发明还提供了图像传感器器件和方法。

Description

图像传感器器件和方法
技术领域
本发明涉及图像传感器器件和方法。
背景技术
互补金属氧化物半导体图像传感器通常利用在半导体衬底的像素区阵列内形成的一系列光电二极管来检测光何时照射光电二极管。可以邻近每个像素区内的每个光电二极管形成转移晶体管，以便在期望时间内传输光电二极管内的由检测光生成的信号。通过在期望时间内操作转移晶体管，这种光电二极管和转移晶体管实现在期望时间内捕获图像。
通常可以在正面照明配置或背面照明配置中形成互补金属氧化物半导体图像传感器。在正面照明配置中，光从图像传感器已经形成转移晶体管的正面传到光电二极管。但是，在这种配置中，光被迫穿过金属层、介电层，并且其在到达光电二极管之前越过转移晶体管。这可能会产生加工和/或操作问题，因为金属层、介电层和转移晶体管不一定是透明的并且当光试图到达光电二极管时，它们可能阻挡光线。
在背面照明配置中，在衬底的正面上形成转移晶体管、金属层和介电层，并且允许光从衬底的背面传到光电二极管使得光在其到达转移晶体管、介电层或金属层之前照射光电二极管。这样的配置可以减少图像传感器的制造和其操作的复杂度。
但是，相互邻近的像素区可能干扰彼此的操作，即所谓的串扰。串扰可以降低图像传感器的精度和效率。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体器件，包括：图像传感器，包括位于衬底中的第一像素区和第二像素区，所述第一像素区毗邻所述第二像素区；第一滤色器，位于所述第一像素区上方；第二滤色器，位于所述第二像素区上方；以及间隙，位于所述第一滤色器和所述第二滤色器之间。
在上述半导体器件中，其中，所述间隙不含有固体材料。
在上述半导体器件中，还包括位于所述间隙和所述第一滤色器之间的透明固体材料。
在上述半导体器件中，还包括位于所述间隙和所述衬底之间的反射栅格。
在上述半导体器件中，还包括位于所述间隙和所述衬底之间的反射栅格，其中，所述反射栅格是金属栅格。
在上述半导体器件中，还包括位于所述间隙和所述衬底之间的反射栅格，其中，通过保持层密封所述反射栅格。
在上述半导体器件中，还包括位于所述第一滤色器上方的微透镜。
根据本发明的另一方面，还提供了一种半导体器件，包括：衬底，具有第一面和第二面，所述衬底包括位于所述第一面中的第一光敏二极管和第二光敏二极管；反射栅格，位于所述第一光敏二极管和所述第二光敏二极管之间的所述衬底的第二面上方；第一滤色器和第二滤色器，设置在所述衬底的第二面上方；以及间隙，位于所述反射栅格上方以及位于所述第一滤色器和所述第二滤色器之间。
在上述半导体器件中，其中，所述反射栅格是金属栅格。
在上述半导体器件中，其中，所述间隙不含有固体材料。
在上述半导体器件中，其中，通过第一材料密封所述间隙。
在上述半导体器件中，其中，通过第一材料密封所述间隙，其中，所述第一材料是氧化物。
在上述半导体器件中，其中，通过保持层密封所述反射栅格。
根据本发明的又一方面，还提供了一种制造图像传感器器件的方法，所述方法包括：在衬底中形成第一光敏二极管和第二光敏二极管，所述第一光敏二极管和所述第二光敏二极管位于毗邻的像素区中；在所述衬底上方形成第一滤色器覆盖层；去除所述第一滤色器均厚层的第一部分以在所述第一光敏二极管上方形成第一滤色器；在所述衬底上方形成第二滤色器均厚层；以及去除所述第二滤色器均厚层的第二部分以在所述第二光敏二极管上方形成第二滤色器，所述第一部分的去除和所述第二部分的去除形成与所述第一滤色器和所述第二滤色器都毗邻的开口。
在上述方法中，还包括在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方沉积氧化物。
在上述方法中，还包括在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方沉积氧化物，其中，沉积所述氧化物来密封所述开口内的空隙。
在上述方法中，还包括在形成所述第一滤色器均厚层之前，在所述衬底上方形成反射栅格。
在上述方法中，还包括在形成所述第一滤色器均厚层之前，在所述衬底上方形成反射栅格，其中，形成所述反射栅格还包括：在所述衬底上方沉积透明材料；图案化所述透明材料以在所述透明材料内形成开口；以及用反射材料填充所述开口。
在上述方法中，还包括在形成所述第一滤色器均厚层之前，在所述衬底上方形成反射栅格，其中，形成所述反射栅格还包括：在所述衬底上方沉积透明材料；图案化所述透明材料以在所述透明材料内形成开口；以及用反射材料填充所述开口，其中，用反射材料填充所述开口包括用金属填充所述开口。
在上述方法中，其中，去除所述第一滤色器覆盖层的一部分还包括：在所述第一滤色器覆盖层上方设置第一光刻胶；图案化所述第一光刻胶以暴露所述第一滤色器覆盖层的第一部分；以及去除所述第一滤色器覆盖层的第一部分。
附图说明
为了更全面地理解本发明及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：
图1示出根据实施例的具有像素区阵列的图像传感器；
图2示出根据实施例的位于衬底中的第一光敏二极管和第二光敏二极管；
图3示出根据实施例的位于衬底上方的反射栅格(reflective grid)的形成；
图4示出根据实施例在它们之间具有间隙的第一滤色器和第二滤色器的形成；
图5示出根据实施例在第一滤色器和第二滤色器上方沉积材料；
图6示出根据实施例的位于第一滤色器和第二滤色器上方的微透镜的形成。
除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常是指相应部件。绘制附图用于清楚地示出实施例的相关方面而不必按比例绘制。
具体实施方式
在下面详细论述实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的构思。所论述的具体实施例仅是制造和使用实施例的具体方式，而不用于限制实施例的范围。
将结合具体环境描述实施例，即互补金属氧化物半导体(CMOS)背面照明图像传感器。但是，其他实施例也可以适用于其他图像传感器和其他半导体器件。
现参考图1，示出图像传感器100，图像传感器100包括背面照明像素区101的网格或阵列。图像传感器100还可以包括邻近像素区101的阵列的逻辑区103。逻辑区103可以具有向像素区101的阵列输入连接和从像素区101的阵列输出连接的其他电路和接触件。逻辑区103用于为像素区101提供操作环境并且调节像素区101的阵列与其他外部器件(未示出)之间的通信。
图2示出通过图1中的线A-A’截取的相邻像素区101的简化截面图，并且示出具有由隔离区205分开的两个像素区101的衬底201。衬底201可以包括正面202和背面204，并且可以是具有晶体取向(110)的诸如硅、锗、金刚石等的半导体材料。可选地，还可以使用具有其他晶体取向的诸如硅锗、碳化硅、镓砷、砷化铟、磷化铟、碳化硅锗、磷化镓砷、磷化镓铟、它们的组合等的化合物材料。此外，衬底201可以包括绝缘体上硅(SOI)衬底。通常，SOI衬底包括诸如外延硅、锗、硅锗、SOI、绝缘体上硅锗(SGOI)或它们的组合的半导体材料的层。衬底201可以掺杂有诸如硼、镓的p型掺杂物，然而衬底可以可选地掺杂有本领域公知的n型掺杂物。
隔离区205可以位于各个像素区101之间的衬底201中以分开和隔离像素区101。隔离区205可以是通常通过蚀刻衬底201以形成沟槽然后用本领域公知的介电材料填充沟槽所形成的浅沟槽隔离。隔离区205可以填充有通过本领域公知的常规方法形成的诸如氧化物材料、高密度等离子体(HDP)氧化物等的介电材料。可选地，可以沿着隔离区205的侧壁形成氧化物衬垫。
可以在各自的像素区101中形成光敏二极管207。光敏二极管207可以用于产生与照射到光敏二极管207上的光的密度和亮度相关的信号。在实施例中，光敏二极管207可以包括衬底201(其在该实施例中可以是p型衬底)中形成的n型掺杂区209，还可以包括在n型掺杂区209的表面上形成的用于形成p-n-p结的重掺杂的p型掺杂区211。
可以采用例如光刻掩模和注入工艺形成n型掺杂区209。例如，可以在衬底201上设置第一光刻胶(在图2中未示出)。第一光刻胶可以包含诸如深紫外线(DUV)光刻胶的常规光刻胶材料，并且可以通过例如采用旋涂工艺在衬底201的表面上沉积第一光刻胶从而设置第一光刻胶。但是，可以可选地使用任何其他合适的形成或设置第一光刻胶的材料或方法。一旦在衬底201上已经设置了第一光刻胶，第一光刻胶可以通过经图案化的中间掩模(reticle)暴露于诸如光的能量从而使第一光刻胶暴露于能量的这些部分引起反应。然后使第一光刻胶显影，并且可以去除部分第一光刻胶，暴露出衬底201的期望设置光敏二极管207的部分。
一旦已经设置第一光刻胶并使其显影，可以通过向第一光刻胶注入n型掺杂物(例如，磷、砷、锑等)以形成重掺杂的n型掺杂区209。在实施例中，可以注入n型掺杂区209使得它们的浓度介于约1e15原子/cm3和约1e20原子/cm3之间，例如约8e15原子/cm3。但是，重掺杂的n型掺杂区209可以可选地使用任何合适可选的浓度。
在n型掺杂区209(例如，通过注入工艺)已经形成之后，可以使用例如离子注入工艺采用第一光刻胶作为掩模来形成p型掺杂区211。可以形成延伸到衬底201内约1μm和约4μm之间的p型掺杂区211。此外，可以形成浓度介于约1e15原子/cm3和约5e19原子/cm3之间的p型掺杂区211，例如约1e16原子/cm3。
一旦光敏二极管207已经形成，可以去除第一光刻胶。在实施例中，可以采用诸如灰化的工艺去除第一光刻胶。
此外，作为本领域普通技术人员将了解到，上面描述的光敏二极管207仅是可以在实施例中使用的一种类型的光敏二极管207。实施例可以使用任何合适的光电二极管，并且所有这些光电二极管都包含在实施例的范围内。此外，可以修改上面描述的精确方法或步骤的次序，例如在n型掺杂区209形成之前形成p型掺杂区211，而仍然在实施例的范围内。
可以在相应的像素区101中邻近它们各自的光敏二极管207形成第一晶体管213和第二晶体管215。第一晶体管213和第二晶体管215可以是转移晶体管。但是，第一晶体管213和第二晶体管215仅是可以用于像素区101的许多类型的功能晶体管的代表。例如，当第一晶体管213和第二晶体管215在图2中被示为转移晶体管时，实施例还可以额外地包括位于像素区101内的诸如复位晶体管、源极跟随晶体管或选择晶体管的其他晶体管。举例来说，可以排列这些晶体管以形成四个晶体管CMOS图像传感器(CIS)。可以用于图像传感器的所有合适的晶体管和配置全都意图包括在实施例的范围内。
第一晶体管213和第二晶体管215可以包括可以在衬底201上方形成的栅极堆叠件。每个栅极堆叠件可以包括栅极电介质217和栅电极219。可以通过本领域中公知的任何合适的工艺在衬底201上形成栅极电介质217和栅电极219并且使其图案化。栅极电介质217可以是诸如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、氧化物、含氮氧化物、氧化铝、氧化镧、氧化铪、氧化锆、氮氧化铪、它们的组合等的高k介电材料。栅极电介质217可以具有大于约4的相对介电常数值。
在其中栅极电介质217包括氧化物层的实施例中，可以通过任何氧化工艺，例如在包含氧化物、H2O、NO或它们的组合的周围环境中的湿法或干法热氧化，或通过采用原硅酸四乙酯(TEOS)和氧气作为前体的化学汽相沉积(CVD)技术形成栅极电介质217。在一个实施例中，栅极电介质217的厚度可以介于约
Figure BDA00002573752000071
至约
Figure BDA00002573752000072
之间，例如厚度为
Figure BDA00002573752000073
栅电极219可以包含诸如金属(例如钽、钛、钼、钨、铂、铝、铪、钌)；金属硅化物(例如，硅化钛、硅化钴、硅化镍、硅化钽)；金属氮化物(例如，氮化钛、氮化钽)；掺杂的多晶硅；其他导电材料或它们的组合的导电材料。在一个实例中，沉积非晶硅并且使其重结晶以形成多晶硅(poly硅)。在其中栅电极219是多晶硅的实施例中，可以通过低压化学汽相沉积(LPCVD)沉积掺杂的或未掺杂的多晶硅以形成厚度范围在约
Figure BDA00002573752000074
至约(例如
Figure BDA00002573752000076
)的栅电极219。
可以在栅极电介质217和栅电极219的侧壁上形成间隔件221。可以通过在先前形成的结构上覆盖(blanket)沉积间隔层(未示出)来形成间隔件221。间隔层可以包含SiN、氮氧化物、SiC、SiON、氧化物等，并且可以通过诸如化学汽相沉积(CVD)、等离子体增强CVD、溅射和本领域中公知的其他方法的常用方法形成间隔层。然后使间隔层图案化以形成间隔件221，例如通过各向异性蚀刻以从结构的水平面去除间隔层。
可以在栅极电介质217的与光敏二极管207相对的一侧的衬底201中形成源极/漏极区223。在其中衬底201是p型衬底的实施例中，可以通过注入诸如磷、砷或锑的合适的n型掺杂物形成源极/漏极区223。可以采用栅电极219和间隔件221作为掩模注入源极/漏极区223以形成轻掺杂的源极/漏极(LDD)区225和重掺杂的源极/漏极区227。
应当注意，本领域普通技术人员将了解到可以使用许多其他工艺、步骤等来形成源极/漏极区223和光敏二极管207。例如，本领域普通技术人员将了解到可以采用间隔件和衬垫的多种组合实施若干注入以形成适用于具体用途的具有特定形状或特征的源极/漏极区223和光敏二极管207。任何这些工艺可以用于形成源极/漏极区223和光敏二极管207，并且上面的描述不意味着将实施例限制于上述步骤。
一旦第一晶体管213和第二晶体管215已经形成，可以在像素区101上方形成第一层间介电(ILD)层228，可以穿过第一ILD层228形成接触件229。第一ILD层228可以包含诸如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)的材料，然而任何合适的电介质可以用于任一层。可以采用诸如PECVD的工艺形成第一ILD层228，然而可以可选地采用诸如LPCVD的其他工艺。可以形成厚度在约
Figure BDA00002573752000081
和约之间的第一ILD层228。
可以采用合适的光刻和蚀刻技术穿过第一ILD层228形成接触件229。在实施例中，第一光刻胶材料用于制造经图案化的掩模以限定接触件229。还可以使用诸如硬掩模的其他掩模。实施诸如各向异性或各向同性蚀刻工艺的蚀刻工艺以蚀刻第一ILD层228。
然后可以形成接触件229从而接触衬底201和栅电极219。接触件229可以包括阻挡层/粘着层(在图2中未单独示出)以阻止扩散并且为接触件229提供更好的粘着性。在实施例中，阻挡层由钛、氮化钛、钽、氮化钽等的一个或多个层形成。可以通过化学汽相沉积形成阻挡层，然而可以可选地使用其他技术。可以形成组合厚度(combined thickness)为约至约
Figure BDA00002573752000084
的阻挡层。
接触件229可以由诸如高导电性、低电阻金属、元素金属、过渡金属等的任何合适的导电材料形成。在示例性实施例中，接触件229由钨形成，然而可以可选地使用诸如铜的其他材料。在其中接触件229由钨形成的实施例中，可以通过本领域中公知的CVD技术沉积接触件229，然而可以可选地使用任何形成方法。
在接触件229形成之后，可以对衬底201的正面202实施进一步处理。该处理可以包括形成各种导电和介电层(共同被称为图2中的参考标号231)，以便在单独形成的器件彼此之间形成互连。可以通过任何合适的形成工艺(例如，带有蚀刻的光刻、镶嵌、双镶嵌等)制造这些互连，并且可以采用诸如铝合金、铜合金等的合适的导电材料形成这些互连。
此外，一旦在第一ILD层228上方已经形成互连，可以形成钝化层233以保护下面的层免受物理和化学损伤。钝化层233可以由一种或多种诸如氧化硅、氮化硅、低k电介质(例如，碳掺杂的氧化物)、极低k电介质(例如，多孔碳掺杂的二氧化硅)、它们的组合等的介电材料制成。可以通过诸如化学汽相沉积(CVD)的工艺形成钝化层233，然而可以使用其他合适的工艺。
图3示出衬底201设置在载具晶圆307上并且在处理衬底201的正面202之后可以对衬底201的背面204实施进一步处理。当进一步对背面204进行处理的时候，载具晶圆307可以用于为衬底201的正面202上的结构提供支撑和保护，并且载具晶圆307可以包含诸如玻璃、硅、玻璃陶瓷、它们的组合等的材料。衬底201可以采用例如粘着剂(在图3中未单独示出)接合至载具晶圆307，然而可以可选地使用将衬底201接合至载具晶圆307的任何合适的方法。
可选地，衬底201可以是接合至另一不是载具晶圆307的晶圆(未示出)的晶圆。在该实施例中，衬底201可以通过导电和介电层231和钝化层233物理和电连接至另一晶圆，以便在衬底201和其他晶圆之间提供信号和/或电源。可以可选地使用保护衬底201的正面202的这种和任何其他的方法，并且所有这些方法都意图包括在实施例的范围内。
一旦衬底201已经设置在载具晶圆307上，可以进一步处理衬底201的背面204。在实施例中，可以减少或减薄衬底201的背面204的厚度。减薄减少光在其到达光敏二极管207之前穿过衬底201的背面204的距离。可以采用诸如化学机械抛光(CMP)的去除工艺实施衬底201的背面204的减薄。在CMP工艺中，蚀刻材料和磨蚀材料的组合与衬底201的背面204接触，并且研磨盘(未示出)用于研磨衬底201的背面204直到达到预期的厚度。但是，可以可选地使用用于减薄衬底201的背面204的任何合适的工艺，例如蚀刻或CMP和蚀刻的组合。可以减薄衬底201的背面204使得衬底201的厚度在约2μm和约2.3μm之间。
图3还示出位于衬底201的背面204(现经减薄的)上方的反射栅格301的形成。在实施例中，反射栅格301可以用于确保已经从一个像素区101上方进入图像传感器100的光在照射到光敏二极管207之前不横跨进入另一像素区101。因此，可以在图像传感器100中的隔离区205上方的各个像素区101之间形成反射栅格301。
在实施例中，可以通过首先形成用于保持反射栅格301的保持层(holding layer)303来形成反射栅格301。在实施例中，保持层303可以包含允许光穿过保持层303的诸如氧化物的透明材料。例如，保持层303可以是诸如氧化硅的材料，然而可以可选地使用任何其他合适的材料。可以通过诸如CVD、PECVD、热氧化或它们的组合的工艺形成保持层303。可以形成厚度大于反射栅格301的预期厚度的保持层303(下面参考图3进一步讨论)。
一旦保持层303就位，可以通过首先在保持层303内形成开口来形成反射栅格301。可以采用例如合适的光刻掩模和蚀刻工艺形成开口。在该工艺中，可以在保持层303上设置第二光刻胶(在图3中未示出)。第二光刻胶可以包含诸如深紫外线(DUV)光刻胶的常规光刻胶材料，并且可以例如通过采用旋涂工艺在保持层303的表面上沉积第二光刻胶以设置第二光刻胶。但是，可以可选地使用任何其他合适的形成或设置第二光刻胶的材料或方法。一旦在保持层303上已经设置了第二光刻胶，第二光刻胶可以通过经图案化的中间掩模暴露于诸如光的能量，以使第二光刻胶暴露于能量的这些部分引起反应。然后可以使第二光刻胶显影，并且可以去除部分第二光刻胶，暴露出保持层303的表面的期望设置反射栅格301的位置。
一旦第二光刻胶就位，可以去除部分保持层303以形成开口以及为反射栅格301留出空间。在其中保持层303是氧化硅的实施例中，可以采用合适的蚀刻工艺，例如采用诸如氟化铵/氟化氢或氟化铵/乙酸的蚀刻物的各向异性蚀刻来实施去除，然而可以可选地使用任何其他合适的去除工艺。可以形成具有大于随后形成的间隙407(在图3中未示出，但在下文参考图4示出和讨论)的第一宽度w1的开口。在其中间隙407的第二宽度w2是约0.1μm的实施例中，可以形成第一宽度w1大于约0.1μm，例如0.15μm的开口。
一旦已经形成开口，可以用反射材料填充开口以形成反射栅格301。在实施例中，反射材料可以是诸如铝(Al)、铜(Cu)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)或它们的组合的金属材料，然而可以可选地使用任何其他合适的反射材料。在实施例中，可以通过首先采用诸如CVD、PECVD、ALD、电镀、无电镀、它们的组合等的合适的沉积工艺，用反射材料填充和过填充开口以在开口内设置反射材料。一旦反射材料已经填充和过填充开口，可以去除开口外面多余的反射材料，并且反射材料可以与保持层303齐平。在实施例中，可以采用诸如化学机械抛光(CMP)的合适的平坦化技术实施去除和平坦化。可以形成第一高度h1介于约
Figure BDA00002573752000111
和约(例如约
Figure BDA00002573752000113
)之间的反射栅格301。
在保持层303的开口内已经形成反射栅格301之后，可以在反射栅格301上方形成盖层(covering layer)305以密封保持层303内的反射栅格301。在实施例中，盖层305可以是与保持层303类似的材料(例如，诸如氧化硅的透明材料)，并且可以通过诸如CVD、PECVD、它们的组合等的沉积工艺形成。盖层305的厚度可以在约
Figure BDA00002573752000114
和约
Figure BDA00002573752000115
之间，例如约
图4示出在衬底201的背面204上位于反射栅格301上方形成第一滤色器401和第二滤色器403。第一滤色器401和第二滤色器403可以包括用于原色(例如，红、绿、蓝)之一的滤色器并且可以设置用于过滤将照射到光敏二极管207的光。第一滤色器401和第二滤光片403可以是滤色器的阵列图案的一部分，每个滤色器位于相应的一个像素区101的上方。例如，第一滤色器401和第二滤色器403可以是Bayer RGB图案、YotsubaCRGB图案或任何其他适合图像传感器100上方的滤色器的位置的图案的一部分。
第一滤色器401和第二滤色器403可以包含诸如高分子聚合物(polymeric polymer)的聚合材料或树脂，其包含有色颜料。在其中高分子聚合物用于形成第一滤色器401的实施例中，可以采用诸如形成第一高分子聚合物的第一覆盖层的旋转涂布工艺在一个光敏二极管207上方形成第一滤色器401，然而可以可选地使用任何其他合适的方法。
一旦已经形成高分子聚合物的第一覆盖层，可以使第一覆盖层图案化使得第一滤色器401在期望的像素区101上方形成。在实施例中，可以采用合适的光刻掩模和蚀刻工艺使第一覆盖层图案化，其中第三光刻胶(在图4中未示出)被设置、曝光和显影以覆盖第一覆盖层的期望部分。第三光刻胶可以与上面描述的第二光刻胶类似。一旦期望的部分被保护，可以采用例如各向异性蚀刻去除第一覆盖层的暴露部分。
除了第一滤色器401，可以形成过滤来自其他像素区101的光的第二滤色器403(例如图4所示的相邻像素区101)。在实施例中，可以通过首先旋转涂布或另外设置用于第二滤色器403的材料的第二覆盖层(在图4中未示出)来形成第二滤色器403。一旦已经形成第二覆盖层403，可以使第二覆盖层图案化使得第二滤色器403在期望的像素区101上方形成。在实施例中，可以采用合适的光刻掩模和蚀刻工艺使第二覆盖层图案化，其中第四光刻胶(在图4中未示出)被设置、曝光和显影以覆盖第二覆盖层的期望部分。第四光刻胶可以与上面描述的第二光刻胶类似。一旦期望的部分被保护，可以采用例如各向异性蚀刻去除第二覆盖层的暴露部分。
图4还示出可以在第一滤色器401和第二滤色器403之间形成的间隙407的形成。可以在第一滤色器401和第二滤色器403图案化期间通过调整第二光刻胶和第三光刻胶从而去除第一覆盖层和第二覆盖层的期望设置间隙407的部分以留下位于第一滤色器401和第二滤色器403之间的间隙407(其可以用诸如空气的周围气体填充)来形成间隙407。例如，在其中间隙407的第二宽度w2可以在约0.01μm和约1μm之间，例如约0.1μm的实施例中，第一滤色器401和第二滤色器403的宽度每一边可以减少0.05μm，使得两者之间一起减少0.1μm，从而一旦第一滤色器401和第二滤色器403被图案化就形成了间隙407。
通过在第一滤色器401和第二滤色器403之间设置间隙407，间隙407可以用作光导以反射穿过第一滤色器401或第二滤色器403的光。虽然各个滤色器可能具有相似的折射率时(使得大的入射角可能使光在滤色器之间相交)，但是间隙407的加入妨碍了这种折射率方面的相似形并且有利于反射入射光。通过反射穿过间隙407的入射光，可以减少相邻像素区101之间的串扰。因此，可以提高图像传感器100的总效率。
图5示出位于第一滤色器401和第二滤色器403上方以及部分地位于间隙407内的间隙盖层501的形成。在实施例中，间隙盖层501可以是允许光穿过的透明材料，并且可以是例如氧化硅，然而可以可选地使用任何合适的透明材料。可以采用诸如CVD或PECVD等的沉积工艺形成间隙盖层501，并且可以形成在第一滤色器401和第二滤色器403上方厚约
Figure BDA00002573752000131
和约
Figure BDA00002573752000132
之间的间隙盖层501，例如约
Figure BDA00002573752000133
通过控制用于形成位于第一滤色器401和第二滤色器403上方的间隙盖层501的沉积工艺，间隙盖层501的材料(例如，氧化硅)将在间隙407内非共形沉积，并且其在间隙407的拐角处堆积比沿着间隙407的侧壁和底部更快。该工艺导致悬垂(overhang)的形成，并且随着沉积工艺的继续，悬垂将合并，从而以环境气体仍然位于一部分间隙407内的状态密封间隙407。例如，在其中间隙盖层501是通过CVD沉积的氧化硅的实施例中，可以在约50℃和约500℃之间的温度下，例如约200℃，以及在约0.1托尔和约100托尔之间的压力下，例如约10托尔，采用诸如硅烷和氧气的前体实施CVD工艺。
图6示出位于间隙盖层501上方的微透镜601的形成。可以在间隙盖层501的与衬底201相对的一侧形成微透镜601，并且微透镜601可用于更直接地将照射光聚焦至光敏二极管207上。可以通过首先在间隙盖层501上方涂覆和图案化正性光刻胶(未示出)来形成微透镜601。一旦形成，然后可以烘烤经图案化的光刻胶以圆化光刻胶成为弯曲的微透镜601。
通过在图像传感器100中的像素区101之间形成间隙407，入射到间隙407的光可以被反射至合适的光敏二极管207，使图像传感器100在捕获光以及减少或消除不同像素区101之间的串扰更加有效。通过增加反射栅格301，反射栅格301和间隙407相互结合在一起工作以反射更多的光至合适的光敏二极管207。通过确保光照射至合适的光敏二极管207上，整个图像传感器100将更有效率。
根据实施例，提供了一种半导体器件，半导体器件包括图像传感器，图像传感器包括位于衬底中的第一像素区和第二像素区，第一像素区毗邻第二像素区。第一滤色器位于第一像素区上方，而第二滤色器位于第二像素区上方。间隙位于第一滤色器和第二滤色器之间。
根据另一实施例，提供了一种半导体器件，半导体器件包括具有第一面和第二面的衬底，衬底包括第一光敏二极管和第二光敏二极管。反射栅格位于第一光敏二极管和第二光敏二极管之间的衬底的上方，第一滤色器和第二滤色器与衬底位于反射栅格的相对侧。间隙位于反射栅格的上方并且位于第一滤色器和第二滤色器之间。
根据又一实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，包括在衬底中形成第一光敏二极管和第二光敏二极管，第一光敏二极管和第二光敏二极管位于毗邻的像素区中。在衬底上方形成第一滤色器覆盖层，去除第一滤色器覆盖层的第一部分以在第一光敏二极管上方形成第一滤色器。在衬底上方形成第二滤色器覆盖层，去除第二滤色器覆盖层的第二部分以在第二光敏二极管上方形成第二滤色器，第一部分的去除和第二部分的去除在与第一滤色器和第二滤色器都毗邻的区域中形成开口。
尽管已经详细地描述了本发明的实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变、替换和更改。例如，可以在图像传感器内使用电荷耦合器件(CCD)代替CMOS器件，图像传感器可以是正面图像传感器而不是背面图像传感器。这些器件、步骤和材料可以发生改变而保留在实施例的范围内。
此外，本申请的范围并不仅限于说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员根据本发明的发明内容将很容易理解，根据本发明可以利用现有的或今后开发的用于执行与根据本文所述相应实施例基本上相同的功能或获得基本上相同结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。因此，所附权利要求应该在其范围内包括这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。

Claims (10)

1.一种半导体器件，包括：
图像传感器，包括位于衬底中的第一像素区和第二像素区，所述第一像素区毗邻所述第二像素区；
第一滤色器，位于所述第一像素区上方；
第二滤色器，位于所述第二像素区上方；以及
间隙，位于所述第一滤色器和所述第二滤色器之间。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述间隙不含有固体材料。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括位于所述间隙和所述第一滤色器之间的透明固体材料。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括位于所述间隙和所述衬底之间的反射栅格。
5.一种半导体器件，包括：
衬底，具有第一面和第二面，所述衬底包括位于所述第一面中的第一光敏二极管和第二光敏二极管；
反射栅格，位于所述第一光敏二极管和所述第二光敏二极管之间的所述衬底的第二面上方；
第一滤色器和第二滤色器，设置在所述衬底的第二面上方；以及
间隙，位于所述反射栅格上方以及位于所述第一滤色器和所述第二滤色器之间。
6.根据权利要求5所述的半导体器件，其中，所述反射栅格是金属栅格。
7.根据权利要求5所述的半导体器件，其中，所述间隙不含有固体材料。
8.一种制造图像传感器器件的方法，所述方法包括：
在衬底中形成第一光敏二极管和第二光敏二极管，所述第一光敏二极管和所述第二光敏二极管位于毗邻的像素区中；
在所述衬底上方形成第一滤色器覆盖层；
去除所述第一滤色器均厚层的第一部分以在所述第一光敏二极管上方形成第一滤色器；
在所述衬底上方形成第二滤色器均厚层；以及
去除所述第二滤色器均厚层的第二部分以在所述第二光敏二极管上方形成第二滤色器，所述第一部分的去除和所述第二部分的去除形成与所述第一滤色器和所述第二滤色器都毗邻的开口。
9.根据权利要求8所述的方法，还包括在所述第一滤色器和所述第二滤色器上方沉积氧化物。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，沉积所述氧化物来密封所述开口内的空隙。
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