CN104952892B - 制造半导体器件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体器件，用于感测入射光，并且该半导体器件包括衬底、器件层、半导体层和滤色镜层。器件层设置在衬底上并且包括感光区域。半导体层覆盖器件层并且具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。第一表面邻近器件层。半导体层包括位于第二表面上的微结构。滤色镜层设置在半导体层的第二表面上。本发明还提出了一种制造该半导体器件的方法。
Description
相关申请
本申请要求2014年3月27日提交的美国临时申请第61/971,445号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明总体涉及半导体领域，更具体地，涉及背照式图像传感器及其形成方法。
背景技术
半导体图像传感器用于感测光。通常，半导体图像传感器包括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，它们被广泛用于各种应用，诸如，数码相机(DSC)、手机摄像头、数码摄像机(DV)和数字视频录像机(DVR)应用。这些半导体图像传感器利用图像传感器元件的阵列，每个图像传感器元件均包括光电二极管和其他元件以吸收光并且将感测的光转换为数字数据或电信号。
背照式(BSI)CMOS图像传感器是CMOS图像传感器的一种类型。BSI CMOS图像传感器可用于检测从它们背侧投射的光。BSI CMOS图像传感器可缩短光学路径并且增加填充因子，以改进每单位面积的光灵敏度和量子效率并且可以减少串扰和光响应不均匀性。因此，可以显著提高CMOS图像传感器的图像质量。此外，BSI CMOS图像传感器具有大的主光线角度，这可形成较低的透镜高度，从而可以实现较薄的相机模块。因此，BSI CMOS图像传感器技术变成主流的技术。
然而，虽然现有的BSI CMOS图像传感器通常足以满足其预定目的，但不是在所有方面都完全令人满意。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于感测入射光的半导体器件，半导体器件包括：衬底；器件层，位于衬底上并且包括多个感光区域；半导体层，覆盖器件层并且具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面邻近器件层，并且半导体层包括位于第二表面上的多个微结构；以及滤色镜层，位于半导体层的第二表面上。
优选地，每个微结构都具有三角形、梯形或弧形的截面形状。
优选地，任何两个邻近的微结构都相互邻接。
优选地，任何两个邻近的微结构都相互分离。
优选地，每个微结构都具有大于λ/2.5的高度，并且任何两个邻近的微结构之间的间距都大于λ/2，λ表示入射光的波长。
根据本发明的另一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，该方法包括：提供衬底，在衬底的表面上顺序形成器件层和半导体层，半导体层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面邻近器件层；在半导体层的第二表面上形成多个微结构；以及在半导体层的第二表面上形成滤色镜层。
优选地，提供衬底的操作包括：由硅或锗形成半导体层。
优选地，使用光刻工艺和蚀刻工艺来执行形成微结构的操作。
优选地，执行形成微结构的操作以使每个微结构都具有三角形、梯形或弧形的截面形状。
优选地，执行形成微结构的操作，以使任何两个邻近的微结构相互邻接。
优选地，执行形成微结构的操作，以使任何两个邻近的微结构相互分离。
优选地，在形成微结构的操作和形成滤色镜层的操作之间，还包括：形成介电层以覆盖半导体层的第二表面，其中，介电层具有平坦表面，然后执行形成滤色镜层的操作以在平坦表面上形成滤色镜层。
优选地，该方法还包括：在滤色镜层上形成多个微透镜。
根据一种制造半导体器件的方法，该方法包括：提供第一衬底，所述第一衬底具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；在第一衬底的第二表面上形成多个微结构；形成介电层以覆盖第一衬底的第二表面；将第二衬底接合至介电层；在第一衬底的第一表面上形成器件层；将第三衬底接合至器件层；去除第二衬底和介电层以露出第一衬底的第二表面；以及在第一衬底的第二表面上形成滤色镜层。
优选地，提供第一衬底的操作包括提供第一层和堆叠在第一层上的第二层，以及执行形成微结构的操作以在第二层上形成微结构。
优选地，该方法在接合第二衬底的操作和形成器件层的操作之间，还包括去除第一层。
优选地，提供第一衬底的操作包括由不同的材料形成第一层和第二层。
优选地，在形成器件层的操作和接合第三衬底的操作之间，还包括：形成钝化层以覆盖器件层；以及平坦化钝化层。
优选地，执行形成微结构的操作以使任何两个邻近的微结构都相互邻接。
优选地，执行形成微结构的操作以使任何两个邻近的微结构都相互分离。
附图说明
当阅读附图时，根据以下详细的描述最佳地理解本发明的各个方面。注意，根据行业的标准实践，各个部件没有按比例绘制。事实上，为了讨论的清楚，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1是根据各个实施例的半导体器件的示意性截面图。
图2A是根据各个实施例的半导体器件的半导体层的放大示意性截面图。
图2B是根据各个实施例的半导体器件的半导体层的放大示意性截面图。
图3A至图3D是根据各个实施例的示出用于制造半导体器件的方法的中间阶段的示意性截面图。
图4是根据各个实施例的用于制造半导体器件的方法的流程图。
图5A至图5F是根据各个实施例的示出用于制造半导体器件的方法的中间阶段的示意性截面图。
图6是根据各个实施例的用于制造半导体器件的方法的流程图。
具体实施方式
以下公开提供了许多不同的用于实施所提供主题的不同特征的实施例或实例。以下描述部件或配置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件形成附件部件使得第一部件和第二部分可以不直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。这些重复是为了简化和清楚，其本身并不表示所讨论的各个实施例和/或结构之间的关系。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个列出项的任何组合和所有组合。
在典型的BSI CMOS图像传感器中，在从图像传感器背侧投射并且穿过滤色镜层的光进入滤色镜层和下面的器件层之间的半导体层之前，光碰撞半导体层的平坦表面，并且大部分光被半导体层的平坦表面反射。因此，BSI CMOS图像传感器的量子效率由于半导体层较大的光反射和器件层中的低光吸收而降低。
本发明的实施例旨在提供一种半导体器件以及用于制造该半导体器件的方法，其中，滤色镜层和器件层之间的半导体层具有其上形成有微结构的表面，使得大多数光被微结构折射，进入半导体层并且被器件层吸收。因此，由于低反射和高吸收而显著增强了半导体器件的量子效率。
图1是根据各个实施例的半导体器件的示意性截面图。在一些实施例中，半导体器件100是CMOS图像传感器器件，其可以用于感测入射光128。半导体器件100具有前侧130和背侧132。在特定实施例中，半导体器件100是BSI CMOS图像传感器器件，其用于感测从其背侧132投射的入射光128。如图1所示，半导体器件100包括衬底102、器件层106、半导体层110a以及滤色镜层122。衬底102是半导体衬底。衬底102由单晶半导体材料或化合物半导体材料组成。在一些实例中，衬底102是硅衬底。在一些实施例中，锗或玻璃也可以被用作衬底102的材料。
在一些实施例中，器件层106设置在衬底102的表面104上。在可选实施例中，钝化层(未示出)被附加形成在器件层106和衬底102之间。器件层106包括感光区域108。在一些实例中，每个感光区域108都包括包含图像传感器元件的像素，其中，图像传感器元件包括光电二极管和其他元件。感光区域108用于感测入射光128。
半导体层110a覆盖器件层106。在一些实施例中，半导体层110a由硅、锗、外延硅和/或外延锗形成。半导体层110a具有第一表面112和与第一表面112相对的第二表面114a，并且第一表面112邻近器件层106。半导体层110a包括形成在第二表面114a上的微结构116a。参照图2A和图2B，图2A是根据各个实施例的半导体器件的半导体层的放大示意性截面图，而图2B是根据各个实施例的半导体器件的半导体层的放大示意性截面图。在一些实施例中，每个微结构116a都具有三角形、梯形或弧形(诸如，半圆或半椭圆)的截面形状。例如，每个微结构116a都具有如图2A所示的三角形的截面形状，并且形成在半导体层110b的第二表面114b上的每个微结构116b都具有如图2B所示的梯形的截面形状。在该实例中，半导体层110b类似于半导体层110a且覆盖器件层106，并且半导体层110b的第一表面112与第二表面114b相对且邻近器件层106。类似地，半导体层110b可由硅、锗、外延硅和/或外延锗形成。
在一些实例中，微结构116a或116b有规律地进行布置。在一些实例中，微结构116a或116b无规律地进行布置。此外，如图2A所示，任何两个邻近的微结构116a都可以相互邻接。在一些实例中，如图2B所示，任何两个邻近的微结构116b都可以相互分离。在图2A所示的半导体层110a中，每个微结构116a都具有高度h1，并且在任何两个邻近的微结构116a之间形成间距w1。在一些实例中，高度h1在100λ和λ/100之间，且间距w1在100λ和λ/100之间，λ表示入射光128的波长。在特定实例中，高度h1大于λ/2.5，且间距w1大于λ/2。在图2B所示的半导体层110b中，每个微结构116b都具有高度h2，并且在任何两个邻近的微结构116b之间形成间距w2。在一些实例中，高度h2在100λ和λ/100之间，且间距w2在100λ和λ/100之间。在特定实例中，高度h2大于λ/2.5，且间距w2大于λ/2。
由于微结构116a或116b，增加了第二表面114a或114b的面积，并且投射向第二表面114a或114b的入射光128的入射角小于投射向平坦表面的入射光128的入射角，使得大多数入射光128可以在微结构116a中被多次折射，然后穿过半导体层110a或110b到达器件层106，并且被器件层106所吸收。因此，显著提升了入射光128的吸收率。
在一些实施例中，滤色镜层122形成在半导体层110a的第二表面114a上。滤色镜层122包括各种滤色镜，诸如，红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜，它们以阵列形式进行布置。在一些实施例中，如图1所示，半导体器件100可选择地包括被形成为覆盖半导体层110a的第二表面114a的介电层118。在一些实例中，介电层118由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。介电层118的表面120是平坦的，并且滤色镜层122形成在介电层118的平坦表面120上。
再次参照图1，在一些实施例中，半导体器件100可选择地包括微透镜层124。微透镜层124形成在滤色镜层122上。微透镜层124包括微透镜126。微透镜126可将入射光128引导并且聚焦于器件层106中的感光区域108。根据微透镜126的折射率以及感光区域108与微透镜126之间的距离，微透镜126可以以具有各种形状的各种形式来布置。
参照图3A至图3D，图3A至图3D是示出根据各个实施例的制造半导体器件的方法的中间阶段的示意性截面图。如图3A所示，提供了衬底102。衬底102由单晶半导体材料或化合物半导体材料组成。在一些实施例中，硅、锗或玻璃被用作形成衬底102的材料。器件层106和半导体层110a顺序形成在衬底102的表面104上。半导体层110a具有第一表面112和与第一表面112相对的第二表面114a。在一些实施例中，器件层106首先形成在半导体层110a的第一表面112上，然后器件层106通过使用例如接合技术粘合至衬底102的表面104。在一些实例中，对半导体层110a的第二表面114a可选择地执行减薄工艺以减小半导体层110a的厚度。在特定实例中，半导体层110a形成在临时衬底(未示出)上，并且器件层106形成在半导体层110a的第一表面112上，器件层106接合至衬底102的表面104，然后执行减薄工艺以去除临时衬底，其中可以减薄半导体层110a。可使用化学机械抛光(CMP)技术来执行减薄工艺。
在一些实施例中，器件层106包括感光区域108。每个感光区域108都可以包括具有图像传感器元件的像素，并且图像传感器元件包括光电二极管和其他元件。在一些实例中，半导体层110a由硅、锗、外延硅和/或外延锗形成。
如图3C所示，微结构116a形成在半导体层110a的第二表面114a上。在一些实施例中，如图3B和图3C所示，使用光刻工艺和蚀刻工艺来执行形成微结构116a的操作，其中，通过使光202投射穿过光掩模200朝向第二表面114a来执行光刻工艺以限定形成微结构116a的区域，并且对第二表面114a执行蚀刻工艺以去除半导体层110a的一部分，从而根据光刻工艺的限定在第二表面114a上形成微结构116a。在一些实例中，使用干蚀刻技术或化学蚀刻技术来执行蚀刻工艺。在特定实例中，使用激光去除技术来形成微结构116a。
每个微结构116a都可以形成有三角形、梯形或弧形(诸如，半圆或半椭圆形)的截面形状。规律地形成微结构116a。在一些实例中，不规律地形成微结构116a。在一些实施例中，同时参照图2A和图3C，执行形成微结构116a的操作以使任何两个邻近的微结构116a彼此邻接。参照图2B，在形成微结构116b的操作中，任何两个邻近的微结构116b可以相互分离。每个微结构116a都具有高度h1，并且在任何两个邻近的微结构116a之间形成间距w1。在一些实例中，高度h1在100λ和λ/100之间，且间距w1在100λ和λ/100之间，λ表示入射光128的波长。在特定实例中，高度h1大于λ/2.5，且间距w1大于λ/2。
在一些实施例中，在形成微结构116a之后，在半导体层110a的第二表面114a上形成滤色镜层122。滤色镜层122包括各种滤色镜，诸如，红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜，它们以阵列形式进行布置。在一些实施例中，如图3D所示，在形成微结构116a之后，形成介电层118以覆盖半导体层110a的第二表面114a并且填充任何两个邻近的微结构116a之间的间隙，然后滤色镜层122形成在介电层118上。介电层118可由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。介电层118具有平坦表面120，并且滤色镜层122形成在平坦表面120上。在一些实例中，使用热氧化技术或沉积技术(诸如，化学汽相沉积(CVD)技术)来执行形成介电层118的操作。在特定实例中，在形成介电层118之后，对介电层118执行平坦化工艺以形成具有平坦表面120的介电层118。可以使用化学机械抛光技术来执行平坦化工艺。
在一些实施例中，在形成滤色镜层122之后，在滤色镜层122上可选择地形成包括微透镜126的微透镜层124以完成半导体器件100。根据微透镜126的折射率以及感光区域108与微透镜126之间的距离，可以执行形成微透镜126的操作，从而以各种配置和各种形状来形成微透镜126。
参照图4以及图3A至图3D，图4是根据各个实施例的用于制造半导体器件的方法的流程图。该方法开始于操作300，其中，如图3A所示，提供衬底102，并且在衬底102的表面104上顺序形成器件层106和半导体层110a。半导体层110a具有第一表面112和与第一表面112相对的第二表面114a。在一些实施例中，器件层106形成在半导体层110a的第一表面112上，并且器件层106通过使用例如接合技术而粘合至衬底102的表面104。可选择地，对半导体层110a的第二表面114a执行减薄工艺以减小半导体层110a的厚度。
在操作302中，如图3B和图3C所示，通过使用例如光刻工艺和蚀刻工艺在半导体层110a的第二表面114a上形成微结构116a。在一些实例中，使用干蚀刻技术或化学蚀刻技术来执行蚀刻工艺。在特定实例中，使用激光去除技术来形成微结构116a。可以执行形成微结构116a的操作以形成具有三角形、梯形或弧形(诸如半圆或半椭圆形)的截面形状的每个微结构116a。可以规律地形成微结构116a。在一些实例中，不规律地形成微结构116a。
在一些实施例中，如图2A所示，执行形成微结构116a的操作以使任何两个邻近的微结构116a相互邻接。可选地，如图2B所示，任何两个邻近的微结构116a可以被形成为相互分离。在一些实例中，每个微结构116a的高度在100λ和λ/100之间，并且任何两个邻近的微结构116a之间的间距在100λ和λ/100之间，λ表示入射光的波长。在特定实例中，每个微结构116a的高度大于λ/2.5，且任何两个邻近的微结构116a之间的间距大于λ/2。
在操作304中，滤色镜层122形成在半导体层110a的第二表面114a上。滤色镜层122包括各种滤色镜，诸如，红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜，它们以阵列形式进行布置。在一些实施例中，如图3D所示，首先使用热技术或沉积技术形成介电层118以覆盖半导体层110a的第二表面114a并且填充任何两个邻近的微结构116a之间的间隙，然后在介电层118上形成滤色镜层122。介电层118具有通过平坦化工艺形成的平坦表面120，并且滤色镜层122形成在平坦表面120上。在一些实施例中，可选择地在滤色镜层122上形成包括微透镜126的微透镜层124以完成半导体器件100。
图5A至图5F是根据各个实施例的示出用于制造半导体器件的方法的中间阶段的示意性截面图。如图5A所示，提供第一衬底400。第一衬底400具有第一表面406和第二表面408，这两个表面是第一衬底400的两个相对侧。第一衬底400可由单层结构组成。在一些实施例中，如图5A所示，第一衬底400包括第一层402和堆叠在第一层402上的第二层404。第一层402和第二层404由单晶半导体材料或化合物半导体材料组成。在一些实例中，硅、锗、外延硅、外延锗或玻璃用作形成第一层402和第二层404的材料。第一层402和第二层404可由不同的材料形成，例如，第一层402由硅形成，而第二层404由外延硅形成。在特定实例中，第一层402和第二层404可由相同的材料形成。
如图5C所示，微结构410形成在第一衬底400的第二表面408上，其中微结构410形成在第二层404上。在一些实施例中，如图5B和图5C所示，使用光刻工艺和蚀刻工艺来执行形成微结构410的操作，其中，通过使光502投射穿过光掩模500朝向第二表面408来执行光刻工艺，并且对第二表面408执行蚀刻工艺以去除第一衬底400的第二层404的一部分，从而根据光刻工艺的限定在第二表面408上形成微结构410。在一些实例中，使用干蚀刻技术或化学蚀刻技术来执行蚀刻工艺。在特定实例中，使用激光去除技术来形成微结构410。
在一些实例中，每个微结构410都可以形成有三角形、梯形或弧形(诸如，半圆形或半椭圆形)的截面形状。可以规律地布置微结构410。在一些实例中，不规律地布置微结构410。在一些实施例中，再次参照图5C，执行形成微结构410的操作以使任何两个邻近的微结构410相互邻接。同时参照图2B和图5C，微结构410的布置可以类似于微结构116b的布置，其中，任何两个邻近的微结构410可以形成为相互分离。类似于图2A中的微结构116a或图2B中的微结构116b，每个微结构410的高度可以在100λ和λ/100之间，并且任何两个邻近的微结构410之间的间距可以在100λ和λ/100之间，λ表示入射光的波长。在特定实例中，每个微结构410的高度大于λ/2.5，且任何两个邻近的微结构410之间的间距大于λ/2。微结构410的布置和形状可以类似于图2A中的微结构116a或图2B中的微结构116b的布置和形状。
如图5C所示，在第一衬底400的第二表面408上形成微结构410之后，形成介电层414以覆盖第一衬底400的第二表面408并且填充任何两个邻近的微结构410之间的间隙。在一些实例中，使用热氧化技术或化学汽相沉积技术来执行形成介电层414的操作。例如，介电层414由氧化物(诸如，氧化硅)形成。可选择地，对介电层414执行平坦化操作，使得介电层414的表面416是平坦的。可以使用化学机械抛光技术来执行平坦化操作。
在形成介电层414的操作之后，提供第二衬底418，并且第二衬底418接合至介电层414的表面416。介电层414的表面416被平坦化为平坦的，使得第二衬底418可以成功且牢固地接合至介电层414的表面416。在一些实例中，第二衬底418由玻璃或半导体材料(诸如，硅和锗)形成。可选择地，在接合操作之后，对第一衬底400的第一表面406执行减薄操作以使用例如化学机械抛光技术或蚀刻技术来去除第一衬底400的一部分。在特定实例中，如图5C所示，去除第一衬底400的第一层402以露出第二层404的表面412。
然后，如图5D所示，在第一衬底400的第二层404的表面412上形成器件层420。器件层420包括感光区域422。在一些实例中，每个感光区域422都包括像素，并且像素包括具有光电二极管和其他元件的图像传感器元件。
在一些实施例中，在形成器件层420之后，提供第三衬底428，然后第三衬底428接合至器件层420。例如，第三衬底428由玻璃或半导体材料(诸如硅或锗)形成。在一些实施例中，如图5E所示，在第三衬底428的接合操作之前，形成钝化层424以覆盖器件层420。例如，钝化层424可由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。在一些实例中，对钝化层424执行平坦化操作，使得钝化层424的表面426可以是平坦的。可以使用化学机械抛光技术来执行平坦化操作。由于钝化层424的表面426被平坦化为平坦的，所以第三衬底428可以成功且牢固地接合至钝化层424的表面426。
在第三衬底428的接合操作之后，通过使用例如化学机械抛光技术和/或蚀刻技术，对第二衬底418执行减薄操作以随后去除第二衬底418和介电层414。在减薄操作之后，如图5E所示，露出第一衬底400的第二表面408上的微结构410。
在一些实施例中，在露出微结构410之后，在第一衬底400的第二表面408上形成滤色镜层434。滤色镜层434包括各种滤色镜，诸如，红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜，它们以阵列形式进行布置。在一些实施例中，如图5F所示，在露出微结构410之后，形成介电层430以覆盖第一衬底400的第二表面408并且填充任何两个邻近的微结构410之间的间隙，然后滤色镜层434形成在介电层430上。介电层430可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。介电层430具有平坦表面432，并且滤色镜层434形成在平坦表面432上。介电层430可以通过使用热氧化技术或沉积技术(诸如，化学汽相沉积技术)来形成。可选择地，在形成介电层430之后，对介电层430执行平坦化工艺，使得介电层430的表面432是平坦的。可以使用化学机械抛光技术来执行平坦化工艺。
在一些实施例中，再次如图5F所示，在形成滤色镜层434之后，在滤色镜层434上形成包括微透镜438的微透镜层436，以完成半导体器件440。根据微透镜438的折射率以及感光区域422与微透镜438之间的距离，可以执行形成微透镜438的操作，从而以各种布置和各种形状来形成微透镜438。
参照图6以及图5A至图5F，图6是根据各个实施例的用于制造半导体器件的方法的流程图。该方法开始于操作600，其中提供具有第一表面406和与第一表面406相对的第二表面408的第一衬底400。第一衬底400可以由单层结构组成。在一些实施例中，如图5A所示，第一衬底400包括第一层402和堆叠在第一层402上的第二层404。第一层402和第二层404可由不同的材料形成。在特定实例中，第一层402和第二层404可由相同的材料形成。
在操作602中，如图5B和图5C所示，通过使用例如用光刻工艺和蚀刻工艺在第一衬底400的第二表面408上形成微结构410。在一些实例中，使用干蚀刻技术或化学蚀刻技术来执行蚀刻工艺。可使用激光去除技术来形成微结构410。可执行形成微结构410的操作来形成具有三角形、梯形或弧形(诸如半圆形或半椭圆形)的截面形状的每个微结构410。可以规律地形成微结构410。在一些实例中，不规律地形成微结构410。
在一些实施例中，执行形成微结构410的操作以使任何两个邻近的微结构410相互邻接，诸如图2A所示的微结构116a。诸如图2B所示的微结构116b，任何两个邻近的微结构410可以形成为相互分离。在一些实例中，每个微结构410的高度在100λ和λ/100之间，并且任何两个邻近的微结构410之间的间距在100λ和λ/100之间，λ表示入射光的波长。在特定实例中，每个微结构410的高度大于λ/2.5，且任何两个邻近的微结构410之间的间距大于λ/2。
在操作604中，如图5C所示，形成介电层414以覆盖第一衬底400的第二表面408。在一些实例中，使用热氧化技术或化学汽相沉积技术来执行形成介电层414的操作。可选择地，可以通过使用例如化学机械抛光技术来对介电层414执行平坦化操作，以形成具有平坦表面416的介电层414。
在操作606中，再次如图5C所示，提供第二衬底418并且将其接合至介电层414的表面416。在一些实例中，第二衬底418由玻璃或半导体材料形成。可选择地，通过使用例如化学机械抛光技术或蚀刻技术对第一衬底400的第一表面406执行减薄操作以去除第一衬底400的一部分。在特定实例中，去除第一衬底400的第一层402以露出第二层404的表面412。在操作608中，如图5D所示，在第一衬底400的第二层404的表面412上形成介电层420。介电层420包括感光区域422。每个感光区域422都可以包括像素。
在操作610中，提供第三衬底428并且将其接合至器件层420。第三衬底428可以由玻璃或半导体材料(诸如，硅或锗)形成。在一些实施例中，如图5E所示，形成钝化层424以覆盖器件层420。在一些实例中，使用例如化学机械抛光技术来平坦化钝化层424，使得钝化层424的表面426是平坦的。在操作612中，通过使用例如化学机械抛光技术和/或蚀刻技术对第二衬底418执行减薄操作以随后去除第二衬底418和介电层414，从而露出第一衬底400的第二表面408和微结构410。
在操作614中，在第一衬底400的第二表面408上形成滤色镜层434。滤色镜层434包括各种滤色镜，诸如，红色滤色镜、绿色滤色镜和蓝色滤色镜，它们以阵列形式进行布置。在一些实施例中，如图5F所示，形成介电层430以覆盖第一衬底400的第二表面408，然后在介电层430上形成滤色镜层434。在特定实例中，介电层430具有平坦表面432，并且滤色镜层434形成在平坦表面432上。可选择地，使用例如化学机械抛光技术对介电层430执行平坦化工艺。在一些实施例中，在滤色镜层434上形成包括微透镜438的微透镜层436以完成半导体器件440。
根据一个实施例，本发明公开了用于感测入射光的半导体器件。该半导体器件包括衬底、器件层、半导体层和滤色镜层。器件层设置在衬底上并且包括感光区域。半导体层覆盖器件层并且具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。第一表面邻近器件层。半导体层包括位于第二表面上的微结构。滤色镜层设置在半导体层的第二表面上。
根据另一个实施例，本发明公开了用于制造半导体器件的方法，在该方法中，提供衬底，并且在衬底的表面上顺序形成器件层和半导体层。半导体层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，第一表面邻近器件层。在半导体层的第二表面上形成多个微结构。在半导体层的第二表面上形成滤色镜层。
根据又一实施例，本发明公开了一种用于制造半导体器件的方法。在该方法中，提供第一衬底，第一衬底具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。在第一衬底的第二表面上形成微结构。形成介电层以覆盖第一衬底的第二表面。将第二衬底接合至介电层。在第一衬底的第一表面上形成器件层。将第三衬底接合至器件层。去除第二衬底和介电层以露出第一衬底的第二表面。在第一衬底的第二表面上形成滤色镜层。
上面论述了多个实施例的特征使得本领域技术人员能够更好地理解本发明的各个方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地以本公开为基础设计或修改用于执行与本文所述实施例相同的目的和/或实现相同优点的其他工艺和结构。本领域技术人员还应该意识到，这些等同构造不背离本发明的精神和范围，并且可以在不背离本发明的精神和范围的情况下做出各种变化、替换和改变。
Claims (7)
1.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括：
提供第一衬底，所述第一衬底具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
在所述第一衬底的第二表面上形成多个微结构；
形成介电层以覆盖所述第一衬底的第二表面；
将第二衬底接合至所述介电层；
在所述第一衬底的第一表面上形成器件层；
将第三衬底接合至所述器件层；
去除所述第二衬底和所述介电层以露出所述第一衬底的第二表面；
形成第二介电层，所述第二介电层覆盖所述第一衬底的第二表面、并且填充任何两个邻近的微结构之间的间隙；以及
在所述第二介电层上形成滤色镜层；
其中，每个微结构都具有大于λ/2.5的高度，并且任何两个邻近的微结构之间的间距都大于λ/2，λ表示入射光的波长。
2.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，提供所述第一衬底的操作包括提供第一层和堆叠在所述第一层上的第二层，以及执行形成所述微结构的操作以在所述第二层上形成所述微结构。
3.根据权利要求2所述的制造半导体器件的方法，在接合所述第二衬底的操作和形成所述器件层的操作之间，还包括去除所述第一层。
4.根据权利要求2所述的制造半导体器件的方法，其中，提供所述第一衬底的操作包括由不同的材料形成所述第一层和所述第二层。
5.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，在形成所述器件层的操作和接合所述第三衬底的操作之间，还包括：
形成钝化层以覆盖所述器件层；以及
平坦化所述钝化层。
6.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，执行形成所述微结构的操作以使任何两个邻近的微结构都相互邻接。
7.根据权利要求1所述的制造半导体器件的方法，其中，执行形成所述微结构的操作以使任何两个邻近的微结构都相互分离。
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