CN105280652A - 在具有类ono结构的背照式图像传感器中形成隐埋式滤色器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了在具有类ONO结构的背照式图像传感器中形成隐埋式滤色器。一种半导体图像传感器件包括衬底，衬底具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。互连结构设置在衬底的第一侧上方。多个辐射感测区域位于衬底中。辐射感测区域被配置为感测从第二侧进入衬底的辐射。多个阻光结构设置在衬底的第二侧上方。钝化层涂覆在每一个阻光结构的顶面和侧壁上。多个间隔件设置在钝化层的涂覆在阻光结构侧壁上的部分上。

Description

在具有类ONO结构的背照式图像传感器中形成隐埋式滤色器
优先权数据
本申请是2014年6月18日提交的标题为“FormingofBuriedColorFiltersinaBackSideIlluminatedImageSensorUsinganEtching-StopLayer”的美国专利申请第14/307,781号的连续申请(代理人案号为TSMC2014-0257/24061.2843)，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及半导体图像传感器件及其形成方法。
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)传感器被广泛用于各种应用，诸如数码相机或手机摄像头的应用。这些设备利用衬底中的像素(可包括光电二极管和晶体管)阵列来吸收投向衬底的辐射并且将所感测到的辐射转换为电信号。
背照式(BSI)图像传感器件是图像传感器件的一种类型。这些BSI图像传感器件可用于检测来自背侧的光。与前照式(FSI)图像传感器件相比，BSI图像传感器件具有更好的性能，尤其在低光照条件下。然而，制造BSI图像传感器件的传统方法仍然会导致BSI图像传感器件的特定缺陷。例如，传统BSI图像传感器的制造通常在遮光金属栅格上方的平面上形成滤色器阵列。然而，在金属栅格上方设置滤色器阵列使得光在可被所期望的像素检测到之前经过较长的光学路径。在金属栅格上方设置滤色器阵列还要求滤色器阵列和金属栅格之间的精确对准，因为任何非对准都会引起相邻像素之间不期望的串扰。
因此，虽然现有的BSI图像传感器件总的来说足以满足它们预期的目的，但它们并不是在每个方面都完全令人满意。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种半导体图像传感器件，包括：衬底，具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；互连结构，设置在所述衬底的第一侧上方；多个辐射感测区域，位于所述衬底中，所述辐射感测区域被配置为感测从所述第二侧进入所述衬底的辐射；多个阻光结构，设置在所述衬底的第二侧上方；钝化层，涂覆在每一个阻光结构的顶面和侧壁上；以及多个间隔件，设置在所述钝化层的涂覆在所述阻光结构的侧壁上的部分上。
在该半导体图像传感器件中，所述阻光结构部分地限定多个开口，每一个开口均与对应的一个辐射感测区域垂直对准。
该半导体图像传感器件还包括：设置在所述开口中的多个滤色器，所述滤色器通过所述钝化层和所述间隔件与所述阻光结构隔开。
在该半导体图像传感器件中，每一个间隔件的最大横向尺寸在约100埃至约1500埃的范围内。
在该半导体图像传感器件中，所述钝化层比所述间隔件更透明；以及所述间隔件不具有设置在所述阻光结构的顶面上方的部分。
在该半导体图像传感器件中，所述钝化层和所述间隔件的材料组成被配置为在所述钝化层和所述间隔件之间存在蚀刻选择性
在该半导体图像传感器件中，所述钝化层包括第一介电材料；以及所述间隔件均包括金属材料或不同于所述第一介电材料的第二介电材料。
在该半导体图像传感器件中，所述第一介电材料包括氧化硅；所述第二介电材料包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或氮化钛；以及所述金属材料包括钨、铝铜或铜。
该半导体图像传感器件还包括：抗反射涂覆(ARC)层，设置在所述衬底的第二侧上方；以及缓冲层，设置在所述ARC层上方，所述阻光结构设置在所述缓冲层上方。
在该半导体图像传感器件中，所述阻光结构均包括铝。
根据本发明的另一方面，提供了一种半导体图像传感器件，包括：衬底，具有前侧和与所述前侧相对的背侧；互连结构，设置在所述衬底的前侧上方；多个像素，设置在所述衬底中，所述像素被配置为感测通过所述背侧进入所述衬底的光；多个光反射结构，设置在所述衬底的背侧上方；钝化层，涂覆在每一个光反射结构的顶面和侧壁上；多个间隔件，设置在所述钝化层的涂覆在所述光反射结构的侧壁上的部分上而没有设置在所述光反射结构的顶面上方，其中，所述间隔件和所述钝化层的材料组成被配置为使得所述间隔件和所述钝化层具有充分不同的蚀刻速率；以及多个滤色器，设置在所述光反射结构之间，每一个所述滤色器均与对应的一个像素对准，并且所述滤色器通过所述钝化层和所述间隔件与所述光反射结构隔离。
在该半导体图像传感器件中，每一个所述间隔件的最大横向尺寸在约100埃至约1500埃的范围内。
在该半导体图像传感器件中，所述钝化层比所述间隔件更透明。
在该半导体图像传感器件中，所述钝化层包括氧化硅；所述间隔件均包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化钛、钨、铝铜或铜；以及所述光反射结构均包括铝。
该半导体图像传感器件还包括：抗反射涂覆(ARC)层，设置在所述衬底的背侧上方；以及缓冲层，设置在所述ARC层上方，所述光反射结构设置在所述缓冲层上方。
根据本发明的又一方面，提供了一种制造半导体图像传感器件的方法，包括：提供包括像素区域、外围区域和接合焊盘区域的衬底，所述像素区域包括多个感光像素，所述衬底具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；将所述衬底的第一侧接合至载体衬底；在接合之后从所述第二侧处减薄所述衬底；在减薄之后，在所述衬底的第二侧上方形成多个光反射结构，所述光反射结构部分地限定多个开口，每一个开口均与对应的一个像素对准；在所述光反射结构的每一个上涂覆第一层；在所述第一层上涂覆第二层，所述第二层和所述第一层具有不同的材料组成；用第三层填充所述开口，所述第三层和所述第二层具有不同的材料组成；去除所述接合焊盘区域中的所述衬底的一部分；此后在所述接合焊盘区域中形成接合焊盘；此后蚀刻所述第三层，所述第二层在蚀刻所述第三层期间用作第一蚀刻停止层；以及此后蚀刻所述第二层，所述第一层在蚀刻所述第二层期间用作第二蚀刻停止层。
该方法还包括：在蚀刻所述第二层之后，在所述开口中形成多个滤色器。
在该方法中，使用干蚀刻工艺来执行所述第二层的蚀刻，从而形成设置在所述光反射结构的侧壁上方的多个间隔件，所述间隔件是所述第二层在蚀刻所述第二层之后遗留的部分。
在该方法中，以下列方式执行所述第一层的形成、所述第二层的形成和所述第三层的形成：所述第一层包括氧化硅；所述第二层包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化钛、钨、铝铜或铜；以及所述第三层包括氧化硅。
该方法还包括：在所述衬底和所述光反射结构之间形成抗反射涂覆(ARC)层和缓冲层。
附图说明
当阅读附图时，可以根据以下详细的描述来更好地理解本发明的各个方面。注意，根据工业的标准实践，各种附图没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，各种部件的尺寸可以任意地增加或减小。
图1至图26是根据一些实施例的处于各个制造阶段的图像传感器件的一部分的简化截面图。
图27和图28是均示出根据一些实施例的制造图像传感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本发明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没有直接接触的实施例。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。
此外，为了易于描述，可以使用空间相对术语(诸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述图中所示一个元件或部件与另一个元件或部件的关系。除图中所示的定向之外，空间相对术语还包括设备在使用或操作过程中的不同定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，本文所使用的空间相对描述可因此进行类似的解释。
图1至图26是根据本发明各个方面的处于各个制造阶段的BSI图像传感器件30的简化示意性截面侧视图。图像传感器件30包括像素的阵列或栅格，用于感测和记录朝着图像传感器件30的背侧导向的辐射(诸如光)的强度。图像传感器件30可包括电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、有源像素传感器(APS)或无源像素传感器。图像传感器件30还包括设置为与像素栅格相邻的附加电路和输入/输出，用于为像素提供操作环境并支持与像素的外部通信。应该理解，为了更好地理解本发明的发明概念而简化了图2至图6，并且可以不按比例绘制。
参照图1，图像传感器件30包括器件衬底32。在所示实施例中，器件衬底32包括掺有p型掺杂物(诸如硼)的硅材料(例如，p型衬底)。可选地，器件衬底32可包括另一种适当的半导体材料。例如，器件衬底32可包括掺有n型掺杂物(诸如磷或砷)的硅(n型衬底)。器件衬底32还可以包括诸如锗和金刚石的其他元素半导体。器件衬底32可任选地包括化合物半导体和/或合金半导体。此外，器件衬底32可包括取向附生层(外延层)，可以发生应变以增强性能，以及可以包括绝缘体上硅(SOI)衬底。
器件衬底32具有前侧(也称为前面)34和背侧(也称为背面)36。器件衬底32还具有初始厚度38，其在约100微米(um)至约3000um的范围内。在本实施例中，初始厚度38在约500um至约1000um的范围内。
在器件衬底32中形成辐射感测区域，例如，像素40、41和42。像素40至42被配置为感测从背侧36朝向器件衬底32投射的辐射(或辐射波)，诸如，入射光43。光43可以穿过背侧36(或背面)进入器件衬底32，并且可以被像素40至42中的一个或多个检测到。在本实施例中，像素40至42均包括光电二极管。在其他实施例中，像素40至42可包括固定层光电二极管、光栅、复位晶体管、源极跟随器晶体管和传输晶体管。像素40至42还可以被称为辐射检测器件或光传感器。
像素40至42可以相互不同以具有不同的结深度、厚度、宽度等。为了简化，在图1中仅示出了三个像素40至42，但应该理解，可以在器件衬底32中实现任何数量的像素。在所示实施例中，通过在器件衬底32上从前侧34实施注入工艺46来形成像素40至42。注入工艺46包括用诸如硼的p型掺杂物来掺杂器件衬底32。在可选实施例中，注入工艺46可包括用诸如磷或砷的n型掺杂物来掺杂器件衬底32。在其他实施例中，还可以通过扩散工艺来形成像素40至42。
像素40至42通过器件衬底32中的多个间隙而相互分隔。例如，间隙45将像素40与其左侧相邻的像素(未示出)分隔，间隙46分隔像素40和41，以及间隙47分隔像素41和42。当然，应该理解，间隙45至47不是器件衬底32中的空腔或开放空间，它们可以是器件衬底32(半导体材料或介电隔离元件)中位于相邻像素40至42之间的区域。
仍然参照图1，像素40至42形成在图像传感器件30的被称为像素区域52(或像素阵列区域)的区域中。除像素区域52之外，图像传感器30还可以包括外围区域54和接合焊盘区域56。图1中的虚线表示区域52、54和56之间大概的边界，但应该理解，这些区域52、54和56没有按比例绘制，并且它们可以在器件衬底32上方或下方垂直延伸。
外围区域54包括需要保持光学黑暗的器件60和61。例如，器件60在本实施例中可以是数字器件，诸如，专用集成电路(ASIC)器件或芯片上系统(SOC)器件。器件61可以是用于为图像传感器件30建立光强度的基线的参考像素。
接合焊盘区域56包括将在后续处理阶段形成图像传感器件30的一个或多个接合焊盘(这里未示出)的区域，使得可以建立图像传感器件30和外部器件之间的电连接。此外，接合焊盘区域56可包括隔离结构，诸如浅沟槽隔离件(STI)58。STI58部分地延伸到外围区域54中。STI58的一个功能在于帮助器件衬底32的硅与要形成在接合焊盘区域56中的导电焊盘的绝缘，将在下文对其进行详细描述。
尽管为了简化而在本文未示出，但应该理解，图像传感器30还可以包括划线区域。划线区域包括将一个半导体管芯(例如，包括接合焊盘区域56、外围区域54和像素区域52的半导体管芯)与相邻的半导体管芯(未示出)分隔的区域。划线区域在稍后的制造工艺中被切穿，从而在管芯被封装并作为集成电路芯片出售之前，将相邻管芯进行分隔。以每个管芯中的半导体器件不被损坏的方式来切割划线区域。
现在，参照图2，在器件衬底32的前侧34上方形成互连结构65。互连结构65包括多个图案化的介电层和导电层，该导电层在图像传感器件30的各个掺杂部件、电路和输入/输出之间提供互连(例如，布线)。互连结构65包括层间介电(ILD)和多层互连(MLI)结构。MLI结构包括接触件、通孔和金属线。为了示出的目的，在图2中示出多条导线66和通孔/接触件68，但应该理解，仅仅是示意性地示出导线66和通孔/接触件68，并且导线66和通孔/接触件68的实际定位和配置可以根据设计需求而变化。
MLI结构可以包括导电材料，诸如，铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、多晶硅、金属硅化物或它们的组合，以上导电材料被称为铝互连件。可通过包括物理汽相沉积(PVD)(或溅射)、化学汽相沉积(CVD)、原子层沉积(ALD)或它们的组合的工艺来形成铝互连件。其他用于形成铝互连件的制造技术可包括光刻工艺和蚀刻以图案化用于垂直互连件(例如，通孔/接触件68)和水平互连件(例如，导线66)的导电材料。可选地，铜多层互连件可用于形成金属图案。铜互连结构可包括铜、铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、多晶硅、金属硅化物或它们的组合。可通过包括CVD、溅射、镀或其他适当工艺的技术来形成铜互连结构。
仍然参照图2，缓冲层70形成在互连结构80的前侧34上方。在本实施例中，缓冲层70包括诸如氧化硅(SiO2)的介电材料。可选地，缓冲层70可任选地包括氮化硅(SiN)。可通过CVD、PVD或其他适当的技术来形成缓冲层70。缓冲层70通过CMP工艺被平坦化以形成平滑的表面。
此后，载体衬底80通过缓冲层70和互连结构65与器件衬底32接合，使得可以执行器件衬底32的背侧36的处理。在本实施例中，载体衬底80类似于器件衬底32，并且包括硅材料。可选地，载体衬底80可包括玻璃衬底或另一种适当的材料。载体衬底80可通过分子力(已知为直接接合或光纤熔接的技术)或通过本领域已知的其他接合技术(诸如，金属扩散或阳极接合)接合至器件衬底32。
此外，缓冲层70在器件衬底32和载体衬底80之间提供电隔离。载体衬底80为形成在器件衬底32的前侧34上的各种部件(诸如，形成在器件衬底32中的像素40至42)提供保护。载体衬底80还为稍后讨论的对器件衬底32的背侧36的处理提供机械强度和支撑。在接合之后，器件衬底32和载体衬底80可任选地被退火以增强接合强度。
现在，参照图3，在载体衬底80接合至器件衬底32之后，执行减薄工艺100以从背侧36处减薄器件衬底32。减薄工艺100可包括机械研磨工艺和化学减薄工艺。在机械研磨工艺期间，可以首先从器件衬底32去除充分数量的衬底材料。此后，化学减薄工艺可对器件衬底32的背侧36应用蚀刻化学物，以进一步将器件衬底32减薄至厚度110，其中厚度110处于几微米的数量级。在一些实施例中，厚度110大于约1um但小于约3um。还应该理解，本文所公开的具体厚度仅仅是实例，可以根据图像传感器件30的应用类型和设计要求来实现其他厚度。
现在，参照图4，抗反射涂覆(ARC)层130形成在器件衬底32的背侧36上。在一些实施例中，ARC层130包括高k材料。在其他实施例中，ARC层130可包括其他适当的抗反射材料，例如，SiCN、SiN、HfO、Al2O3、Ta2O5或ZrO。缓冲层140形成在ARC层130上方。在一些实施例中，缓冲层140包括氧化硅。在其他实施例中，缓冲层140可包括其他适当的材料，例如，SiCN、SiN、HfO、Al2O3、TaO或ZrO。可分别通过本领域已知的一次或多次沉积工艺来形成ARC层130和缓冲层140。
现在，参照图5，在背侧36上，层150形成在缓冲层140上方。层150的材料组成不同于缓冲层140的材料组成。在一些实施例中，在层150和缓冲层140之间存在足够大的蚀刻选择性。换句话说，缓冲层140和层150具有显著不同的蚀刻速率，使得可以执行蚀刻工艺来去除层140和150中的一个而不影响另一个。在缓冲层140包括氧化硅的一些实施例中，层150可包括氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮氧化硅(SiON)、氮化钛(TiN)，甚至是适当的金属或金属化合物材料，诸如，钨(W)、铝铜(AlCu)、铜(Cu)等。层150被形成为具有厚度155。在一些实施例中，厚度155在约100埃至约1500埃的范围内。该厚度范围被配置为使得层150在后续工艺中足以执行其作为蚀刻停止层的功能，这将在下面进行讨论。
现在，参照图6，在背侧36上，阻光层170(也被称为光反射层或辐射阻挡层)形成在层150上方。可通过本领域已知的适当沉积工艺来形成阻光层170。在各个实施例中，阻光层170可包括诸如铝的金属材料。在其他实施例中，不同类型的阻光或光反射材料可用于形成阻光层170。阻光层170被形成为具有厚度175。在一些实施例中，为了确保阻光层170可以充分地阻挡光，厚度175被形成在约500埃至约5000埃的范围内。
现在，参照图7，阻光层170被图案化为多个阻光结构180至183。阻光层170的图案化可以包括本领域已知的一种或多种光刻工艺。结果，阻光结构180至182形成在像素区域52中，而阻光结构183形成在外围区域54中。阻光结构180至183可以统称为“金属栅格”。
阻光结构180至182分别与分隔像素40至42的间隙45至47中的对应间隙垂直对准。例如，阻光结构180与分隔像素40和位于其左侧的像素(未示出)的间隙45垂直对准，阻光结构181与分隔像素40和41的间隙46垂直对准，而阻光结构182与分隔像素41和42的间隙47垂直对准。
以这种方式，阻挡结构180至182减少了串扰。更详细地，当目标为一个像素(例如像素41)的光扩散至一个或多个相邻像素(例如像素40或42)时会发生串扰。串扰将对图像传感器性能产生负面影响，诸如，空间分辨率的劣化、总体光学灵敏度的降低以及较差的分色。因此，在相邻像素之间实施阻光结构180至182，使得可能被不正确传播至相邻像素的光被阻光结构180至182阻挡和/或反射，从而减少了串扰。如上所述，阻光结构180至182被形成为具有500埃至约5000埃的厚度范围(即，阻光层170的厚度)，使得阻光结构180至182可以有效地阻挡光。
阻光结构183形成在外围区域54中。阻光结构183可以充分地阻挡光到达数字器件60或参考像素61(应该使它们保持光学黑暗)。在接合焊盘区域56中不形成阻光结构，因为接合焊盘区域56随后将被开放以形成接合焊盘。
可以看出，阻光结构180至183以及其下方的层150共同限定多个开口(或沟槽)190至192。这些开口190至192被预留用于形成滤色器阵列。换句话说，将多个滤色器形成为分别填充开口190至192(下文将参照图15进行详细讨论)。由于阻光结构180至182与间隙45至47垂直对准，所以开口190至192分别与像素40至42垂直对准。如此，将形成在开口190至192中的滤色器分别与像素40至42对准。
现在，参照图8，在背侧36上，覆盖层200形成在层150上方以及阻光结构180至183上方。可通过本领域已知的一种或多种适当的沉积工艺来形成覆盖层200。也可以执行一次或多次抛光工艺以确保覆盖层200具有平坦或平面化的表面。选择覆盖层200的材料组成，使得在覆盖层和层150之间存在高蚀刻选择性。换句话说，覆盖层200和层150具有显著不同的蚀刻速率，使得可以执行蚀刻工艺来去除层200和150中的一个而不影响另一个。在一些实施例中，覆盖层200包括与缓冲层140相同(或基本类似)的介电材料。例如，覆盖层200和缓冲层140均可包括氧化硅。
现在，参照图9，接合焊盘区域56被“打开”。更具体地，可执行一次或多次蚀刻工艺以去除覆盖层200、层150、缓冲层140、ARC层130和衬底32在接合焊盘区域56中的部分，直至露出STI58。同时，像素区域52和外围区域54基本保持不被蚀刻。
现在，参照图10，例如通过一次或多次蚀刻工艺去除接合焊盘区域56中STI58。然而，因为外围区域54没有被蚀刻，所以STI58的一部分仍然保留在外围区域54中。例如，通过一次或多次蚀刻工艺，还去除了层间介电材料在接合焊盘区域56中的部分。接合焊盘区域56中的STI58的去除和部分层间介电材料的去除使得在接合焊盘区域56中露出导线66中的一条。
现在，参照图11，在接合焊盘区域56中，在露出的导线66的表面上形成导电焊盘220。可通过一次或多次沉积和图案化工艺形成导电焊盘220。在一些实施例中，导电焊盘220包含铝。在其他实施例中，导电焊盘220可包括另一种适当的金属，诸如，铜。接合线(或另一种电互连元件)在稍后的工艺中可附接至导电焊盘220，因此导电焊盘220还可以被称为接合焊盘。此外，由于导电焊盘220形成在导线66上，所以导电焊盘220电连接至导线66并且通过导线66电连接至互连结构65的其余部分。换句话说，至少部分地通过导电焊盘220，可以在外部器件和图像传感器件30之间建立电连接。
应该理解，导电焊盘220可以形成为比STI58厚或薄。此外，导电焊盘220不是必须覆盖整个接合焊盘区域56，因此，导电焊盘220可形成为与STI58分隔(即，远离外围区域54)。
现在，参照图12，例如通过一次或多次适当的蚀刻工艺去除覆盖层200。在覆盖层200的去除过程中，层150用作蚀刻停止层。去除覆盖层200所涉及到的蚀刻工艺被配置为使得在覆盖层200和层150之间存在高蚀刻选择性。例如，覆盖层200的蚀刻速率远远大于层150的蚀刻速率(例如，10倍)，使得可以去除覆盖层200而对层150的影响可忽略。因此，蚀刻工艺在层150处“停止”，并且在去除覆盖层200之后露出(通过开口190至192)层150的一部分。
假设不形成层150，则去除覆盖层200会使得缓冲层140的大部分也被去除，因为缓冲层140和覆盖层200具有基本相同的材料组成(例如，氧化硅)。而这是不期望的，因为缓冲层140位于入射光的光学路径中，并且去除缓冲层140会使图像传感器件30的光学性能劣化。本发明通过将层150用作蚀刻停止层而防止了缓冲层140被不期望地蚀刻。
现在，参照图13，例如通过本领域已知的一次或多次蚀刻工艺去除层150中通过开口190至192所露出的部分。再次，蚀刻层150所涉及的蚀刻工艺被配置为使得在层150和其下方的缓冲层140之间存在高蚀刻选择性。例如，层150的蚀刻速率远大于(例如，10倍)缓冲层140的蚀刻速率，使得层150可被去除而对缓冲层140的影响可以忽略。换句话说，在层150被蚀刻的同时，层140可用作蚀刻停止层。同时，层150设置在阻光结构180至183下方的部分保持不变，因为它们在蚀刻层150的过程中被阻光结构180至183所保护。应该理解，层150中设置在阻光结构180至183下方的部分是根据本发明的特定实施例的图像传感器件30的一个独特物理特性。
去除沟槽190至192内的层150的一个原因在于将在沟槽190至192中形成滤色器，这意味着光将穿过这些沟槽190至192。层150的材料(例如，SiN)可以是不透明的，或者至少不与其下方的缓冲层140一样透明。因此，如果不去除沟槽190至192内的层150，则其将与光的接收发生干扰并且使图像传感器件30的光学性能劣化。另一方面，因为光不会经过层150的这些部分(即，穿过层150的光会导致相邻像素之间不期望的串扰)所以层150位于阻光结构180至183下方的部分的基本不会对图像传感器件30的光学性能产生影响。
现在，参照图14，钝化层240形成在图像传感器件30的背侧36上方。可通过本领域已知的适当沉积工艺来形成钝化层240。在接合焊盘区域56中，钝化层240形成在导电焊盘220上方，在外围区域54中，钝化层240形成在器件衬底32和层130至150的侧壁上，以及钝化层240形成为环绕每个阻光结构180至183且在像素区域52中，位于层140至150的露出面上。钝化层240保护其下方的各个层不受诸如灰尘、湿气等要素的影响。在一些实施例中，钝化层240包括诸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等的介电材料。在一些实施例中，以共形方式形成钝化层240。
现在，参照图15，例如通过一次或多次蚀刻工艺去除接合焊盘区域56中的部分钝化层240。去除接合焊盘区域56中的部分钝化层240露出了接合焊盘区域56中的部分导电焊盘220。注意，即使在去除了部分钝化层240之后，使部分钝化层240(诸如，部分240A和240B)仍然保留在接合焊盘区域56的导电焊盘220上的方式来执行钝化层240的去除。这是因为没有理由来完全去除接合焊盘区域56中的钝化层240。例如，钝化层240的去除(即，钝化层240的“打开”)仅需要确保导电焊盘220的露出面足够宽以能够容纳接合线即可。如此，没有必要完全去除接合焊盘区域56中的钝化层240而对制造工艺施加较大的负担。此外，接合焊盘区域56中钝化层240的完全去除还会导致对期望的钝化层240的侵蚀或不经意的去除，诸如，器件衬底32、层130至150的侧壁上以及阻光结构183上的钝化层240。
由于上述原因，钝化层的部分240A和240B仍然会保留在导电焊盘220上，并且接合焊盘区域56中存在部分240A和240B还是本发明的独特特性。换句话说，接合焊盘区域56中设置的钝化层的剩余部分240A和240B不是必须有意为之，因为钝化层的这些剩余部分240A和240B可以不用作任何特定功能或结构的目的。此外，钝化层的剩余部分240A和240B的存在是本发明的独特制造工艺流程的副产品。
多个滤色器250至252分别形成在开口190至192中。在一些实施例中，滤色器250至252可包括有机材料或者可以通过一次或多次涂覆和光刻工艺来形成。滤色器250至252还可以与不同的颜色相关联。例如，滤色器250可允许红光通过但过滤掉所有其他颜色的光，滤色器251可允许绿光通过但过滤掉所有其他颜色的光，以及滤色器252可允许蓝光通过但过滤掉所有其他颜色的光。
滤色器250至252可被称为隐埋式滤色器(或隐埋式滤色器阵列)，因为它们可以埋入或嵌入通过阻光结构180至183所限定的开口190至192中，而不是形成在阻光结构180至183上方。以这种方式，滤色器250至252还分别与像素40至42垂直对准。换句话说，滤色器250至252与像素40至42之间的对准至少部分地归因于阻光结构180至183与使相邻像素分隔的间隙45至37垂直对准的事实。如此，还可以说滤色器250至252与像素40至42“自对准”。再次，本发明的自对准的滤色器250至252改善了图像传感器件30的串扰性能。此外，滤色器250至252现在被“埋入”或“嵌入”开口190至192的事实还使得滤色器250至252与像素40至42之间的光学路径变短，从而改善了像素40至42中光的接收。
接合线265还附接至接合焊盘区域56中的导电焊盘220。接合线265使用本领域已知的线接合工艺而进行附接。线接合工艺可包括球接合工艺，其中，接合线265的一部分被融化以形成接合球270。在一个实施例中，接合线265和接合球270均包括金。在其他实施例中，接合线265和接合球270可包括铜或其它适当的金属。接合球270的横向尺寸小于导电焊盘220的露出面的横向尺寸。
应该理解，接合焊盘区域56中钝化层240的打开、附接接合线265和形成滤色器250至252的顺序不是严格的。例如，在一些实施例中，钝化层240首先在接合焊盘区域56中被“打开”以露出导电焊盘220，然后形成滤色器250至252。在其他实施例中，可以首先形成滤色器250至252，然后可以在接合焊盘区域56中“打开”钝化层240以露出导电焊盘220来用于接合线265的附接。
图1至图15示出了根据本发明一些实施例的用于形成背照式图像传感器的隐埋式或嵌入式滤色器的工艺流程。图16至图26示出了根据本发明一些可选实施例的用于形成背照式图像传感器的隐埋式或嵌入式滤色器的工艺流程，下面将进行讨论。为了统一和清楚，图16至图26中出现的类似部件标以相同的标号。
参照图16，以与上面陈述图1至图6描述的工艺流程相同的方式执行可选的制造工艺流程，直至形成层150之前的工艺点。换句话说，图传感器件30经历了像素40至42的形成、互连结构65的形成、与载体衬底80的接合、背侧36的减薄以及ARC层130和缓冲层140的形成。然而，可选的工艺流程跳过形成层150的步骤，并且在背侧36上的缓冲层140上方形成阻光层170。
现在参照图17，阻光层170被图案化为多个阻光结构180至183。阻光结构180至183和缓冲层140共同限定多个开口190至192。再次，阻光结构180至182分别与分隔像素40至42的间隙45至47垂直对准，并且开口190至192分别与像素40至42垂直对准。
现在，参照图18，在背侧36上，介电层300形成在阻光结构180至183上方和缓冲层140上方。介电层300保护其下方的各个层(以及阻光结构180至182)免受灰尘、湿气等要素的影响。因此，介电层300还可以被称为钝化层。在一些实施例中，介电层300包括氧化硅。在一些实施例中，以共形方式形成介电层300。即，介电层300各个部分的厚度305基本均匀。在一些实施例中，厚度305在约50埃至约500埃的范围内。
仍然参照图18，在背侧36上，层310形成在层300上方。层310的材料组成不同于介电层300的材料组成。在一些实施例中，层310包括氮化硅。在可选实施例中，层310可包括碳化硅、氮氧化硅、氮化钛，或者甚至可以包括诸如钨、铝铜、铜等的适当金属或金属化合物材料。层310的材料组成被配置为使其(或其下方的介电层300)可在稍后讨论的蚀刻工艺中用作蚀刻停止层。例如，选择层310的材料组成，使得可以在层300和310之间(以及在层310和将形成在其上的层之间)存在充分大的蚀刻选择性。换句话说，层300和310具有显著不同的蚀刻速率，使得可以执行蚀刻工艺来去除层300和310中的一个而不影响另一个。
在一些实施例中，以共形方式形成层310。即，层310在各个部分的厚度315都是基本均匀的。在一些实施例中，厚度315在约100埃至约1500埃的范围内。该厚度范围被配置为使得层310可以在后续工艺中充分地执行其作为蚀刻停止层的功能，这将在下文进行详细描述。
现在，参照图19，在背侧36上，在层310的上方形成覆盖层340。可通过本领域已知的沉积工艺来形成覆盖层340。覆盖层340填充开口190至192。应该理解，可在沉积覆盖层340之后执行平坦化工艺(例如，CMP工艺)来使覆盖层340的表面平坦化。
覆盖层340的材料组成被配置为在覆盖层340和层310之间存在充分大的蚀刻选择性。换句话说，层340和310具有充分不同的蚀刻速率，使得可以执行蚀刻工艺以去除层340和310中的一个而不影响另一个。以这种方式，层310在稍后的工艺中蚀刻覆盖层340时可用作蚀刻停止层。在一些实施例中，覆盖层包括氧化硅。因此，在层300和340均包括氧化硅而层310包括氮化硅的实施例中，可以说在衬底32的背侧36上方以及阻光结构180至182上方形成ONO结构(氧化物/氮化物/氧化物)。
现在，参照图20，接合焊盘区域56被“打开”。更具体地，可以执行一次或多次蚀刻工艺以去除覆盖层340、缓冲层140、ARC层130和衬底32在接合焊盘区域56中的部分，直到露出STI58的部分为止。同时，像素区域52和外围区域54基本未被蚀刻。此外，层300和层310中设置在阻光结构183侧壁上的部分也保持基本未被蚀刻。
现在，参照图21，例如通过一次或多次蚀刻工艺去除接合焊盘区域56中的STI58的露出部分。然而，因为外围区域54未被蚀刻，所以STI58的一部分仍然保持在外围区域54中。STI58中在接合焊盘区域56中设置在层300和310的未被蚀刻部分下方的部分也没有被蚀刻。例如通过一次或多次蚀刻工艺，还去除了在接合焊盘区域56中的部分层间介电材料。接合焊盘区域56中STI58的去除以及层间介电材料的去除使得在接合焊盘区域56至少部分地露出导线66中的一条。
现在，参照图22，在接合焊盘区域56中露出的导线66的露出面上形成导电焊盘350。可通过一次或多次沉积和图案化工艺来形成导电焊盘350。在一些实施例中，导电焊盘350包括铝。在其他实施例中，导电焊盘350可包括其他适当的金属，诸如，铜。在稍后的工艺中，接合线(或另一种电互连元件)可附接至导电焊盘350，因此导电焊盘350也被称为接合焊盘。此外，由于导电焊盘350形成在导线66上，所以导电焊盘350电连接至导线66并且通过导线66电连接至互连结构65的其他部分。换句话说，可以至少部分地通过导电焊盘350在外部器件和图像传感器件30之间建立电连接。
应该理解，导电焊盘350可以形成得比STI58厚或薄。此外，导电焊盘350不是必须完全覆盖整个接合焊盘区域56，因此导电焊盘350可形成为与STI58隔开(即，远离外围区域54)。
现在，参照图23，例如通过一次或多次适当的蚀刻工艺去除覆盖层340。在去除覆盖层340的过程中，层310用作蚀刻停止层。在去除覆盖层340过程中所涉及到的蚀刻工艺(以及层340和310的材料组成)被配置为，使得在覆盖层340和层310之间存在充分大的蚀刻选择性。例如，覆盖层340的蚀刻速率远大于(例如，10倍)层310的蚀刻速率，使得可以去除覆盖层340同时对层310的影响可忽略。因此，在层310处“停止”蚀刻工艺，并且去除覆盖层340而露出了层310。
现在，参照图24，执行蚀刻工艺以去除部分层310。在图24所示的实施例中，蚀刻工艺是干蚀刻工艺。作为干蚀刻工艺的结果，形成间隔件310A。间隔件310A是层310中没有被蚀刻工艺去除的部分(或者换句话说，是层310在执行蚀刻工艺之后剩余的部分)。间隔件310A设置在介电层300形成在阻光结构180至183的侧面上的部分上。因此也可以说，间隔件310A也设置在阻光结构180至183的侧壁上方。然而，间隔件310A没有设置在阻光结构180至183顶面上方，因为层310中设置在阻光结构180至183的顶面上方的部分已经通过干蚀刻工艺被去除。在一些实施例中(例如，当间隔件310A包括氮化硅或金属时)，间隔件310A不如层300那么透明(或更加不透明)。这是有利的，因为不透明的间隔件310A可帮助阻光结构180至183阻挡或反射光以减少串扰。
间隔件310A的形状和轮廓与通常在半导体制造中的晶体管栅极侧壁上形成的间隔件类似。例如，间隔件310A具有一定程度弯曲(远离阻光结构180至183)的外表面，并且在顶部较窄而在底部较宽。然而，这些间隔件310A的材料组成可以与形成在晶体管栅极的侧壁上的传统间隔件相同或不同。间隔件310A形成为具有最大横向尺寸370。在一些实施例中，最大横向尺寸370大约与层310的厚度315(图18)相同，其中，最大横向尺寸370介于约100埃至约1500埃的范围内。应该理解，间隔件310A的存在是根据本发明的特定实施例的图像传感器件30的独特物理特性。
如上所述，在层300和层310之间存在高蚀刻选择性。因此，在层310的蚀刻期间，层300用作蚀刻停止层。换句话说，层310的蚀刻不会显著影响层300。因此，层300和310之间以及层310和340之间的高蚀刻选择性确保可以有效地去除覆盖层340而不会损伤其下方的缓冲层140(其位于光学路径中)。更具体地，由层300、310和340共同形成的类ONO结构允许层310在去除覆盖层340时用作蚀刻停止层，并且还允许层300在去除层310时用作蚀刻停止层。在这些蚀刻工艺结束时，缓冲层140没有损伤，并且在被预留用于形成滤色器的开口190至192中形成钝化层300。
现在，参照图25，分别在开口190至192中形成多个滤色器250至252。在一些实施例中，滤色器250至252可包括有机材料并且可通过一次或多次涂覆和光刻工艺形成。滤色器250至252还可以与不同的颜色相关联。例如，滤色器250可允许红光通过但过滤掉所有其他颜色的光，滤色器251可允许绿光通过但过滤掉所以其他颜色的光，以及滤色器252可允许蓝光通过但过滤掉所以其他颜色的光。
滤色器250至252可被称为隐埋式滤色器(或隐埋式滤色器阵列)，因为它们可以埋入或嵌入通过阻光结构180至183所限定的开口190至192中，而不是形成在阻光结构180至183上方。以这种方式，滤色器250至252还分别与像素40至42垂直对准。换句话说，滤色器250至252与像素40至42之间的对准至少部分地归因于阻光结构180至183与使相邻像素分隔的间隙45至37垂直对准的事实。如此，还可以说滤色器250至252与像素40至42“自对准”。再次，本发明的自对准的滤色器250至252改善了图像传感器件30的串扰性能。此外，滤色器250至252现在被“埋入”或“嵌入”开口190至192的事实还使得滤色器250至252与像素40至42之间的光学路径变短，这改善了像素40至42中光的接收。
接合线265还附接至接合焊盘区域56中的导电焊盘350。由于已经去除了接合焊盘区域56中的钝化层(即，层300)，所以露出导电焊盘350并且其已经准备用于接合至接合线265。接合线265使用本领域已知的线接合工艺而进行附接。线接合工艺可包括球接合工艺，其中，接合线265的一部分被融化以形成接合球270。在一个实施例中，接合线265和接合球270均包括金。在其他实施例中，接合线265和接合球270可包括铜或其它适当的金属。接合球270的横向尺寸小于导电焊盘350的露出面的横向尺寸。
应该理解，形成滤色器250至252和附接接合线265的顺序不是严格的。例如，在一些实施例中，可以在附接接合线265之前形成滤色器250至252。在其他实施例中，可以在形成滤色器250至252之前附接接合线265。
上述实施例使用干蚀刻工艺来去除层310，从而使间隔件310A保留在阻光结构180至183的侧壁上。还应该理解，在一些可选实施例中，可以使用湿蚀刻工艺代替干蚀刻工艺来去除层310。在这种情况下，可以完全去除层310。换句话说，如果使用湿蚀刻工艺来去除层310，则不会形成间隔件310A。在图26中示出了与这种湿蚀刻工艺相关联的所得到的图像传感器件30。
尽管没有具体示出，但应该理解，可以执行附加工艺来完成图像传感器件30的制造。例如，可以在滤色器250至252上方形成多个微透镜。微透镜帮助朝向衬底32中的像素40至42引导和聚集光。微透镜可位于各种配置中，并且根据微透镜所使用的材料的折射率和与传感器表面的距离而具有各种形状。此外，还可以执行多次测试、切割和封装工艺。为了简化，本文没有示出或讨论这些附加结构和/或工艺。
图27是示出根据本发明实施例的制造图像传感器器件的方法500的简化流程图。方法500包括步骤510，其中，提供包括形成于其中的多个辐射感测区域的衬底。衬底具有第一侧和第二侧。互连结构可形成在衬底的第一侧上方。衬底(或半导体图像传感器件)具有像素区域、外围区域和接合焊盘区域。辐射感测区域形成在像素区域中。
方法500包括步骤515，其中，将衬底的第一侧接合至载体衬底。执行步骤515，使得互连结构接合在衬底和载体衬底之间。
方法500包括步骤520，其中，在接合之后从第二侧减薄衬底。在一些实施例中，减薄步骤520包括一次或多次化学和/或机械研磨和抛光工艺。
方法500包括步骤525，其中，在减薄之后在衬底的第二侧上方形成缓冲层。在一些实施例中，缓冲层包括氧化硅。
方法500包括步骤530，其中，在缓冲层上方形成第一层，第一层和缓冲层具有不同的材料组成。在一些实施例中，第一层包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化钛、钨、铝铜或铜。在一些实施例中，执行形成第一层的步骤530，使得第一层的厚度在约100埃至约1500埃的范围内。
方法500包括步骤535，其中，在第一层上方形成多个光反射结构。光反射结构和第一层限定分别与对应的像素对准的多个开口。
方法500包括步骤540，其中，在光反射结构上方形成第二层。第二层填充开口。第二层和第一层具有不同的材料组成。在一些实施例中，第二层包括氧化硅。
方法500包括步骤545，其中，去除接合焊盘区域中的部分衬底。该步骤可被称为“打开”接合焊盘区域。
方法500包括步骤550，其中，在打开接合焊盘区域之后在接合焊盘区域中形成接合焊盘。
方法500包括步骤555，其中，利用第一蚀刻工艺来去除第二层。第一层在第一蚀刻工艺中用作第一蚀刻停止层。
方法500包括步骤560，利用第二蚀刻工艺来去除第一层设置在开口下方的部分。缓冲层在第二蚀刻工艺中用作蚀刻停止层。
在一些实施例中，第一蚀刻工艺以及第一和第二层的材料组成被配置为使得第一和第二层在第一蚀刻工艺中具有充分不同的蚀刻速率。在一些实施例中，第二蚀刻工艺以及第一层和缓冲层的材料组成被配置为使得第一层和缓冲层在第二蚀刻工艺中具有充分不同的蚀刻速率。
应该理解，可以在上述步骤510至560之前、期间或之后执行附加步骤以完成半导体器件的制造。例如，可以在衬底和缓冲层之间形成抗反射涂覆(ARC)层。作为另一实例，在蚀刻第一层之后，在光反射结构上方和缓冲层上方形成钝化层。钝化层部分地填充开口。此后，可以在开口中形成多个滤色器。可以执行附加步骤以完成图像传感器制造，但是为了简化而在本文没有进行具体描述。
图28是示出根据本发明的实施例的制造图像传感器器件的方法600的简化流程图。方法600包括步骤610，其中，提供包括形成于其中的多个辐射感测区域的衬底。衬底具有第一侧和第二侧。互连结构可形成在衬底的第一侧上方。衬底(或半导体图像传感器件)具有像素区域、外围区域和接合焊盘区域。辐射感测区域形成在像素区域中。
方法600包括步骤615，其中，将衬底的第一侧接合至载体衬底。执行步骤615，使得互连结构接合在衬底和载体衬底之间。
方法600包括步骤620，其中，在接合之后从第二侧处减薄衬底。在一些实施例中，减薄步骤620包括一次或多次化学和/或机械研磨和抛光工艺。
方法600包括步骤625，其中，在减薄之后在衬底的第二侧上方形成多个光反射结构。光反射结构部分地限定多个开口，每个开口均与对应的像素对准。
方法600包括步骤630，其中，在每个光反射结构上方涂覆第一层。在一些实施例中，第一层包括氧化硅。
方法600包括步骤635，其中，在第一层上涂覆第二层，第二层和第一层具有不同的材料组成。在一些实施例中，第二层包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化钛、钨、铝铜或铜。
方法600包括步骤640，其中，用第三层填充开口。第三层和第二层具有不同的材料组成。在一些实施例中，第三层包括氧化硅。
方法600包括步骤645，其中，去除接合焊盘区域中的部分衬底。
方法600包括步骤650，其中，此后在接合焊盘区域中形成接合焊盘。
方法600包括步骤655，其中，此后蚀刻第三层。第二层在蚀刻第三层的过程中用作第一蚀刻停止层。
方法600包括步骤660，其中，此后蚀刻第二层。第一层在蚀刻第二层的过程中用作第二蚀刻停止层。在一些实施例中，使用干蚀刻工艺来执行第二层的蚀刻。这在光反射结构的侧壁上方形成多个间隔件。间隔件是第二层中在蚀刻第二层之后遗留的部分。
应该理解，可以在上述步骤610至660之前、期间或之后执行附加步骤以完成半导体器件的制造。例如，可以在衬底和光反射结构之间形成抗反射涂覆(ARC)层和缓冲层。作为另一实例，在蚀刻第二层之后，可以在开口中形成多个滤色器。可以执行附加步骤以完成图像传感器制造，但是为了简化而在本文没有进行具体描述。
上述本发明的实施例相对于现有技术提供了多个优点，但是应该理解，不同的实施例可以提供其他的优点，不是所有的优点都必须在本文进行讨论，并且不是对于所有实施例都要求特定的优点。更具体地，传统的BSI图像传感器制造工艺流程通常在形成导电接合焊盘之前在背侧形成金属栅格(即，阻光或光反射结构)。金属栅格需要被诸如氧化物层的覆盖层所覆盖。覆盖层必须在后续工艺中被平坦化，而在形成接合焊盘之前难以去除金属栅格上方的覆盖层。结果，滤色器不得不涂覆在覆盖层的平坦表面上方。换句话说，BSI图像传感器的传统制造工艺流程导致滤色器形成在金属栅格上方而不是嵌入到由金属栅格部分限定的沟槽或开口中。如此，传统的BSI图像传感器在滤色器和像素之间具有较长的光学路径，并且光可以从滤色器和金属栅格之间的间隙中漏出。此外，金属栅格上方的滤色器的设置要求金属栅格与滤色器(更准确说是，将相邻滤色器分隔的间隙)精确对准。由于上述原因，传统的图像传感器会经受串扰问题和/或在光学损失或量子效果方面具有劣化的性能。
相反，本发明的实施例有利于形成隐埋式或嵌入式滤色器。更具体地，上面参照图1至15以及图27讨论的实施例实施蚀刻停止层来允许去除氧化物覆盖层而不损伤下方的缓冲层(或者是图像传感器的光学路径中的其他层)。上面参照图16至26以及图28讨论的实施例利用类ONO结构也使得去除氧化物覆盖层而不损伤下方的缓冲层(或者是图像传感器的光学路径中的其他层)。
在上述两个实施例的每一个中，均形成金属栅格，其限定预留用于形成隐埋式滤色器的开口。换句话说，根据本发明的实施例，滤色器可以被形成为埋入或嵌入由金属栅格所限定的开口中而不是形成在金属栅格的平坦表面上。因此，金属栅格可以有效地防止光错误地进入相邻像素(由于金属栅格与滤色器等高)，从而减少了串扰。滤色器形成在由金属栅格所限定的开口中的事实还意味着滤色器被“自对准”，从而避免了金属栅格和滤色器之间的任何对准约束。此外，滤色器和像素之间较短的光学路径增加了光接收并且增强了量子效率。
本发明的一个实施例提供了一种半导体图像传感器件。该图像传感器件包括衬底，其具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。互连结构设置在衬底的第一侧上方。多个辐射感测区域位于衬底中。辐射感测区域被配置为感测从第二侧进入衬底的辐射。缓冲层设置在衬底的第二侧上方。多个元件设置在缓冲层上方。元件和缓冲层具有不同的材料组成。多个阻光结构分别设置在多个元件上方。辐射感测区域分别与由阻光结构、元件和缓冲层所限定的多个开口对准。
本发明的另一实施例提供了一种半导体图像传感器器件。该图像传感器件包括衬底，衬底具有前侧和与前侧相对的背侧。互连结构设置在衬底的第一侧上方。多个像素位于衬底中。各像素分别被配置为感测从背侧进入衬底的光。介电层设置在衬底的背侧上方。多个光反射结构设置在衬底的背侧上方。多个部分的每一个均被设置在介电层和对应的一个光反射结构之间。每个部分均包括金属材料或不同于上述介电材料的介电材料。多个滤色器设置在光反射结构之间。每个滤色器均与对应的一个像素对准。
本发明的又一实施例提供了一种制造半导体图像传感器件的方法。提供衬底。衬底包括像素区域、外围区域和接合焊盘区域。像素区域包括多个辐射感测区域。衬底的第一侧接合至载体衬底。此后，从与第一侧相对的第二侧处减薄衬底。在减薄之后，缓冲层形成在衬底的第二侧上方。第一层形成在缓冲层上方。第一层和缓冲层具有不同的材料组成。多个光反射结构形成在第一层上方。光反射结构和第一层形成多个开口，每个开口均与对应的一个像素对准。第二层形成在光反射结构上方。第二层填充开口。第二层和第一层具有不同的材料组成。去除接合焊盘区域中的部分衬底。此后在接合焊盘区域中形成接合焊盘。此后，利用第一蚀刻来去除第二层。第一层在第一蚀刻工艺中用作第一蚀刻停止层。此后，利用第二蚀刻工艺来去除第一层设置在开口下方的部分。缓冲层在第二蚀刻工艺中用作第二蚀刻停止层。
本发明的又一实施例提供了一种半导体图像传感器件。该图像传感器件包括衬底，衬底具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。互连结构设置在衬底的第一侧上方。多个辐射感测区域位于衬底中。辐射感测区域被配置为感测从第二侧进入衬底的辐射。多个阻光结构设置在衬底的第二侧上方。钝化层涂覆在每个阻光结构的顶面和侧壁上。多个间隔件被设置在钝化层的涂覆在阻光结构侧壁上的部分上。
本发明的又一实施例提供了一种半导体图像传感器件。该图像传感器件包括衬底，衬底具有前侧和与前侧相对的背侧。互连结构设置在衬底的第一侧上方。多个像素位于衬底中。每一个像素均被配置为感测从背侧进入衬底的光。多个光反射结构设置在衬底的背侧上方。钝化层涂覆在每一个光反射结构的顶面和侧壁上。多个间隔件设置在钝化层的涂覆在光反射结构侧壁上的部分上而不是位于光反射结构的顶面上方。间隔件和钝化层的材料组成被配置为使得间隔件和钝化层具有充分不同的蚀刻速率。多个滤色器设置在光反射结构之间。每一个滤色器均与对应的一个像素对准。滤色器通过钝化层和间隔件与光反射结构隔离。
本发明的又一实施例提供了一种制造半导体图像传感器件的方法。提供衬底。衬底包括像素区域、外围区域和接合焊盘区域。像素区域包括多个辐射感测区域。衬底的第一侧接合至载体衬底。此后，从与第一侧相对的第二侧处减薄衬底。在减薄之后，在衬底的第二侧上方形成多个光反射结构。光反射结构部分地形成多个开口，每个开口均与对应的一个像素对准。第一层涂覆在每个光反射结构上。第二层涂覆在第一层上。第二层和第一层具有不同的材料组成。开口被第三层填充。第三层和第二层具有不同的材料组成。去除接合焊盘区域中的部分衬底。此后，在接合焊盘区域中形成接合焊盘。此后，蚀刻第三层。第二层在蚀刻第三层期间用作蚀刻停止层。此后，蚀刻第二层。第一层在蚀刻第二层期间用作蚀刻停止层。
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，他们可以容易地使用本发明作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，这些等效结构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 (10)

1.一种半导体图像传感器件，包括：
衬底，具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；
互连结构，设置在所述衬底的第一侧上方；
多个辐射感测区域，位于所述衬底中，所述辐射感测区域被配置为感测从所述第二侧进入所述衬底的辐射；
多个阻光结构，设置在所述衬底的第二侧上方；
钝化层，涂覆在每一个阻光结构的顶面和侧壁上；以及
多个间隔件，设置在所述钝化层的涂覆在所述阻光结构的侧壁上的部分上。
2.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中，所述阻光结构部分地限定多个开口，每一个开口均与对应的一个辐射感测区域垂直对准。
3.根据权利要求2所述的半导体图像传感器件，还包括：设置在所述开口中的多个滤色器，所述滤色器通过所述钝化层和所述间隔件与所述阻光结构隔开。
4.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中，每一个间隔件的最大横向尺寸在约100埃至约1500埃的范围内。
5.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中，
所述钝化层比所述间隔件更透明；以及
所述间隔件不具有设置在所述阻光结构的顶面上方的部分。
6.根据权利要求1所述的半导体图像传感器件，其中，所述钝化层和所述间隔件的材料组成被配置为在所述钝化层和所述间隔件之间存在蚀刻选择性
7.根据权利要求6所述的半导体图像传感器件，其中，
所述钝化层包括第一介电材料；以及
所述间隔件均包括金属材料或不同于所述第一介电材料的第二介电材料。
8.根据权利要求7所述的半导体图像传感器件，其中，
所述第一介电材料包括氧化硅；
所述第二介电材料包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或氮化钛；以及
所述金属材料包括钨、铝铜或铜。
9.一种半导体图像传感器件，包括：
衬底，具有前侧和与所述前侧相对的背侧；
互连结构，设置在所述衬底的前侧上方；
多个像素，设置在所述衬底中，所述像素被配置为感测通过所述背侧进入所述衬底的光；
多个光反射结构，设置在所述衬底的背侧上方；
钝化层，涂覆在每一个光反射结构的顶面和侧壁上；
多个间隔件，设置在所述钝化层的涂覆在所述光反射结构的侧壁上的部分上而没有设置在所述光反射结构的顶面上方，其中，所述间隔件和所述钝化层的材料组成被配置为使得所述间隔件和所述钝化层具有充分不同的蚀刻速率；以及
多个滤色器，设置在所述光反射结构之间，每一个所述滤色器均与对应的一个像素对准，并且所述滤色器通过所述钝化层和所述间隔件与所述光反射结构隔离。
10.一种制造半导体图像传感器件的方法，包括：
提供包括像素区域、外围区域和接合焊盘区域的衬底，所述像素区域包括多个感光像素，所述衬底具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；
将所述衬底的第一侧接合至载体衬底；
在接合之后从所述第二侧处减薄所述衬底；
在减薄之后，在所述衬底的第二侧上方形成多个光反射结构，所述光反射结构部分地限定多个开口，每一个开口均与对应的一个像素对准；
在所述光反射结构的每一个上涂覆第一层；
在所述第一层上涂覆第二层，所述第二层和所述第一层具有不同的材料组成；
用第三层填充所述开口，所述第三层和所述第二层具有不同的材料组成；
去除所述接合焊盘区域中的所述衬底的一部分；
此后在所述接合焊盘区域中形成接合焊盘；
此后蚀刻所述第三层，所述第二层在蚀刻所述第三层期间用作第一蚀刻停止层；以及
此后蚀刻所述第二层，所述第一层在蚀刻所述第二层期间用作第二蚀刻停止层。
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