CN104051480B - 具有排气孔的光感测器件 - Google Patents

Abstract

本发明的光感测器件包括衬底、位于衬底上的光感测区、以及位于所述衬底上方的光屏蔽层。光屏蔽层不覆盖光感测区。至少一个排气孔形成穿过光屏蔽层。

Description

具有排气孔的光感测器件

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年3月14日提交的标题为“Light Sensing Device withOutgassing Hole”的美国临时专利申请第61/783,314号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明总体涉及集成电路，更具体地，涉及光感测器件。

背景技术

在高温热工艺之后，诸如互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器的一些光感测器件会遭受底部抗反射涂层（BARC）膜与衬底（例如，硅）表面的分层。在制造工艺期间的多余的水分和吸收的气体导致这种分层。人们期望避免这种分层的方法和结构。

发明内容

为解决上述问题，本申请提供了一种光感测器件，包括：衬底；光感测区，位于衬底上；光屏蔽层，位于衬底上方，光屏蔽层不覆盖光感测区；以及至少一个排气孔，形成为穿过光屏蔽层。

该光感测器件进一步包括位于衬底上方的抗反射涂层膜，其中，至少一个排气孔形成为至少部分穿过抗反射涂层膜。

其中，抗反射涂层膜包括高k介电材料。

其中，抗反射涂层膜包括多层。

其中，光屏蔽层包括铜、铝或钨。

其中，至少一个排气孔的宽度或直径至少为1μm。

其中，至少一个排气孔距离光屏蔽层的边缘至少1μm。

其中，光屏蔽层的宽度至少为10μm。

其中，至少一个排气孔具有线形、矩形、正方形、圆形或椭圆形。

其中，具有线形形状的四个排气孔围绕具有矩形形状的光感测区的四侧。

其中，多个圆形排气孔以线形图案沿光屏蔽层分布，且多个圆形排气孔彼此之间具有均匀的间隔。

此外，还提供了一种制造光感测器件的方法，包括：在具有光感测区的衬底上方形成光屏蔽层，其中，光屏蔽层不覆盖光感测区；以及形成穿过光屏蔽层的至少一个排气孔。

该方法进一步包括：在光屏蔽层和衬底之间形成抗反射涂层膜。

其中，形成的至少一个排气孔至少部分穿过抗反射涂层膜。

其中，抗反射涂层膜包括高k介电材料。

其中，抗反射涂层膜包括多层。

该方法进一步包括减薄衬底。

其中，光屏蔽层包括铜、铝或钨。

其中，形成的至少一个排气孔距离光屏蔽层的边缘至少1μm，至少一个排气孔的宽度或直径至少为1μm，且光屏蔽层的宽度至少为10μm。

此外，还提供了一种光感测器件，包括：衬底；光感测区，位于衬底上；抗反射涂层膜，位于衬底上方；光屏蔽层，位于抗反射涂层膜上方，光屏蔽层不覆盖光感测区；以及至少一个排气孔，形成为穿过光屏蔽层且至少部分穿过抗反射涂层膜，其中，至少一个排气孔距离光屏蔽层的边缘至少1μm。

附图说明

现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：

图1A是根据一些实施例的示例性光感测器件的示意图；

图1B是根据一些实施例的图1A中的示例性光感测器件的截面图；

图1C是根据一些实施例的图1A中的示例性光感测器件的一部分的示意图；

图2是根据一些实施例的另一示例性光感测器件的示意图；以及

图3是根据一些实施例制造图1A中的示例性光感测器件的方法的流程图。

具体实施方式

下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本发明提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。

另外，本发明可以在各个实例中重复参考数字和/或字符。这种重复用于简化和清楚的目的，并且其本身不表示所述各个实施例和/或配置之间的关系。此外，在本发明中，一个部件形成在、连接至和/或偶接至另一个部件上可以包括两个部件以直接接触的方式形成的实施例，也可以包括额外的部件可以形成在两个部件之间使得两个部件不直接接触的实施例。另外，在此可以使用例如“下面的”、“上面的”、“水平的”、“垂直的”、“在....之上”、“在…上面”、“在…之下”、“在…下面”、“在…上方”、“在…下方”、“在…顶部”、“在…底部”等以及其衍生词（如“水平地”、“向下地”、“向上地”等）这样的空间关系术语，以容易地描述如本发明中所示的一个部件与另一个部件之间的关系。空间关系术语旨在覆盖包括部件的器件的不同方位。

图1A是根据一些实施例的示例性光感测器件100的示意图。光感测器件100包括位于衬底110（在图1B中示出）上的光感测区102，以及位于衬底110上方的光屏蔽层104。光屏蔽层104不覆盖光感测区102。至少一个排气孔106形成为穿过光屏蔽层104。在图1A中，具有线形形状的四个排气孔106形成在具有矩形形状的光感测区102的四侧上。

图1B是根据一些实施例的沿线108截取的图1A中示例性光感测器件100的截面图。示出衬底110，其背侧位于顶部。衬底110可以包括硅或任何其他合适的材料。衬底110可以具有形成在其前侧的不同的器件120（诸如晶体管或光电二极管等）以及组件（诸如电阻器、电容器、电感器等）。示出了可以在衬底110的前侧上实施的作为示例性的层的介电层116和金属层118，并且在其他实施例中可以有其它层、器件和组件。

两个底部抗反射涂层（BARC）膜112和114形成在衬底110的背侧上方。在一些实施例中，在形成BARC膜112和114之前，通过化学机械抛光（CMP）或湿蚀刻工艺减薄衬底110的背侧。在一些实施例中，BARC膜112和114具有组合的厚度，介于至或以上的范围内。

BARC膜112和114可以包括本领域已知的不同的材料，这些材料包括有机材料和无机材料。无机BARC膜可以是基于相消干涉原理的化学汽相沉积（CVD）膜以消除反射，且需要BARC层中的良好的厚度控制。有机BARC膜通常旋涂聚合物材料，聚合物材料通过吸收辐射照射减小衬底反射率，且在厚度控制中具有较小的限制。在光刻胶沉积之前，有机旋涂BARC也提供一定程度的平面化效果以改进光刻步骤中焦点的深度和工艺窗口。

在一些实施例中，BARC膜112和114包括高k介电材料。高k介电材料包括氧化铪、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆、氧化锆硅、氧化钽、氧化钛、钛酸锶钡、钛酸钡、钛酸锶、氧化铱、氧化铝、钽钪酸铅、锌铌酸铅或任何其他合适的材料。

在相对低温的条件下，可以通过原子层沉积（ALD）在衬底110上方沉积第一BARC膜112以减小对衬底110及暗电流的损害。可以通过CVD或物理汽相沉积（PVD）沉积第二BARC膜114。在一些其他实施例中，可以具有一个抗反射涂层膜或两个以上抗反射涂层膜。

光屏蔽层104形成在BARC膜112和114上方。光屏蔽层104可以包括诸如铜、铝、钨或任何其他合适的材料的金属，其可以防止光传输穿过光屏蔽层104。在一些实施例中，光屏蔽层104的厚度介于至 的范围内。可以通过例如CVD或PVD沉积光屏蔽层104。

在光感测区102的外侧形成穿过光屏蔽层104和BARC膜112及114的排气孔106。可以通过使用光刻的蚀刻工艺形成排气孔106。在制造工艺过程中，排气孔106帮助释放诸如氟或氯等的不需要的气体以及在BARC膜112和114或其它层中吸收的水分。这防止在诸如热工艺的随后的制造工艺中的层进行分层。在一些实施例中，形成至少部分地穿过诸如112和114的BARC膜的排气孔106。

图1C是根据一些实施例的图1A中的示例性光感测器件100的一部分122的示意图。在一些实施例中，排气孔106的宽度W至少为1μm。在一些实施例中，介于排气孔106和光屏蔽层104边缘之间的距离a、b和c至少为1μm。在一些实施例中，光屏蔽层104的宽度d至少为10μm。在图1C中，排气孔106具有线形形状，但在其他实施例中，排气孔106也可以具有矩形、正方形、圆形、椭圆形或任何其他形状。

图2是根据一些实施例的另一示例性光感测器件200的示意图。多个圆形排气孔202沿光屏蔽层104以线形图案分布，且多个圆形排气孔202的彼此之间通常具有均匀的间隔。在一些实施例中，排气孔202的直径D至少为1μm。在其他实施例中，排气孔202可以具有诸如矩形、正方形、圆形、椭圆形或任何其他形状的不同的形状，并且排气孔202的彼此之间可以具有不均匀的间隔。

图3是根据一些实施例的制造图1A中的示例性光感测器件100的方法的流程图。在步骤302中，在具有光感测区102的衬底110上方形成光屏蔽层104。光屏蔽层104不覆盖光感测区102。

光屏蔽层104可以包括诸如铜、铝、钨或任何其他合适的材料的金属，其可以防止光传输穿过光感测区102外侧的光屏蔽层104。在一些实施例中，光屏蔽层104的厚度介于至的范围内。可以通过例如CVD或PVD沉积光屏蔽层104。

在步骤304中，至少一个排气孔106形成为穿过光感测区102的外侧的光屏蔽层104。可以通过使用光刻的蚀刻工艺形成排气孔106。在制造工艺过程中，排气孔106帮助释放诸如氟或氯等的不需要的气体以及光感测器件100的结构中的水分。这防止在诸如热工艺的制造工艺中的层进行分层。

在一些实施例中，形成距离光屏蔽层104的任何边缘至少1μm的排气孔106，排气孔106的宽度或直径至少为1μm，且光屏蔽层104的宽度至少为10μm。

在一些实施例中，诸如BARC膜112和/或114的抗反射涂层膜形成于光屏蔽层104和衬底110之间，且形成至少部分穿过诸如BARC膜112和/或114的抗反射涂层膜的排气孔106。在一些实施例中，BARC膜的组合厚度介于至或以上的范围内。BARC膜112和114可以包括各种本领域已知的材料，这些材料包括有机材料和无机材料。

在一些实施例中，BARC膜112和114包括高k介电材料。高k介电材料包括氧化铪、氧化铪硅、氧化镧、氧化锆、氧化锆硅、氧化钽、氧化钛、钛酸锶钡、钛酸钡、钛酸锶、氧化铱、氧化铝、钽钪酸铅、锌铌酸铅或任何其他合适的材料。

在相对低温的条件下，可以通过原子层沉积（ALD）在衬底110上方沉积第一BARC膜112以减小对衬底110的损害，这样就减小了暗电流。可以通过CVD或PVD沉积第二BARC膜114。在一些其他实施例中，可以具有一个抗反射涂层膜或多于两个抗反射涂层膜。在一些实施例中，在形成BARC膜112和114之前，通过化学机械抛光（CMP）或湿蚀刻工艺减薄衬底110的背侧。

根据一些实施例中，一种光感测器件包括衬底，位于衬底上的光感测区，以及位于衬底上方的光屏蔽层。光屏蔽层不覆盖光感测区。至少一个排气孔形成穿过光屏蔽层。

根据一些实施例，一种制造光感测器件的方法包括在具有光感测区的衬底上方形成光屏蔽层。光屏蔽层不覆盖光感测区。至少一个排气孔形成穿过光屏蔽层。

本领域普通技术人员应该理解本公开可以具有许多实施例变体。尽管已经详细地描述了实施例及其特征，但应该理解，可以在不背离本发明精神和范围的情况下，做各种改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不旨在限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，根据本发明，现有的或今后开发的用于执行与在此描述的相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造、材料组分、工具、方法或步骤可以被使用。

上述方法实施例示出了示例性的步骤，但是没有必要按照所示顺序执行这些步骤。根据本发明的实施例的精神和范围，可以适当地对这些步骤进行添加、替换、改变顺序和/或删除。结合了不同权利要求和/或不同实施例的实施例都处在本发明的范围内并且其对阅读完本发明之后的本领域的技术人员是显而易见的。

Claims (20)

1.一种光感测器件，包括：

衬底；

光感测区，位于所述衬底上；

光屏蔽层，位于所述衬底上方，所述光屏蔽层不覆盖所述光感测区，所述光屏蔽层包括金属材料；以及

至少一个排气孔，形成为穿过所述光屏蔽层，所述衬底的被所述至少一个排气孔围绕的区域不具有所述金属材料。

2.根据权利要求1所述的光感测器件，进一步包括位于所述衬底上方的抗反射涂层膜，其中，所述至少一个排气孔形成为至少部分穿过所述抗反射涂层膜。

3.根据权利要求2所述的光感测器件，其中，所述抗反射涂层膜包括高k介电材料。

4.根据权利要求2所述的光感测器件，其中，所述抗反射涂层膜包括多层。

5.根据权利要求1所述的光感测器件，其中，所述光屏蔽层包括铜、铝或钨。

6.根据权利要求1所述的光感测器件，其中，所述至少一个排气孔的宽度或直径至少为1μm。

7.根据权利要求1所述的光感测器件，其中，所述至少一个排气孔距离所述光屏蔽层的边缘至少1μm。

8.根据权利要求1所述的光感测器件，其中，所述光屏蔽层的宽度至少为10μm。

9.根据权利要求1所述的光感测器件，其中，所述至少一个排气孔具有线形、长方形、正方形、圆形或椭圆形。

10.根据权利要求1所述的光感测器件，其中，具有线形形状的四个排气孔围绕具有矩形形状的所述光感测区的四侧。

11.根据权利要求1所述的光感测器件，其中，多个圆形排气孔以线形图案沿所述光屏蔽层分布，且所述多个圆形排气孔彼此之间具有均匀的间隔。

12.一种制造光感测器件的方法，包括：

在具有光感测区的衬底上方形成光屏蔽层，其中，所述光屏蔽层不覆盖所述光感测区，所述光屏蔽层包括金属材料；以及

形成穿过所述光屏蔽层的至少一个排气孔，所述衬底的被所述至少一个排气孔围绕的区域不具有所述金属材料。

13.根据权利要求12所述的方法，进一步包括：在所述光屏蔽层和所述衬底之间形成抗反射涂层膜。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，形成的所述至少一个排气孔至少部分穿过所述抗反射涂层膜。

15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述抗反射涂层膜包括高k介电材料。

16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述抗反射涂层膜包括多层。

17.根据权利要求12所述的方法，进一步包括减薄所述衬底。

18.根据权利要求12所述的方法，其中，所述光屏蔽层包括铜、铝或钨。

19.根据权利要求12所述的方法，其中，形成的所述至少一个排气孔距离所述光屏蔽层的边缘至少1μm，所述至少一个排气孔的宽度或直径至少为1μm，且所述光屏蔽层的宽度至少为10μm。

20.一种光感测器件，包括：

衬底；

光感测区，位于所述衬底上；

抗反射涂层膜，位于所述衬底上方；

光屏蔽层，位于所述抗反射涂层膜上方，所述光屏蔽层不覆盖所述光感测区，所述光屏蔽层包括金属材料；以及

至少一个排气孔，形成为穿过所述光屏蔽层且至少部分穿过所述抗反射涂层膜，所述衬底的被所述至少一个排气孔围绕的区域不具有所述金属材料，

其中，所述至少一个排气孔距离所述光屏蔽层的边缘至少1μm。