CN106057834B - 被堆叠栅格结构深埋的滤色器阵列 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有设置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器和形成方法。在一些实施例中，BSI图像传感器具有位于半导体衬底内的像素传感器，和位于像素传感器上面的介电材料层。金属栅格通过介电材料层与半导体衬底分隔开，以及堆叠栅格布置在金属栅格上方。堆叠栅格邻接开口，开口从堆叠栅格的上表面垂直延伸至横向布置在金属栅格的侧壁之间的位置。滤色器可以布置在开口内。通过使滤色器在金属栅格的侧壁之间垂直地延伸，滤色器和像素传感器之间的距离可以较小，从而提高BSI图像传感器的性能。本发明的实施例还涉及被堆叠栅极结构深埋的滤色器阵列。
Description
技术领域
本发明的实施例涉及集成电路器件，更具体地，涉及被堆叠栅极结构深埋的滤色器阵列。
背景技术
许多现代的电子器件包括使用图像传感器的光学成像器件(例如，数码照相机)。图像传感器将光学图像转化为可以表现图像的数字数据。图像传感器可以包括像素传感器和支持逻辑的阵列。像素传感器测量入射辐射(例如，光)，并且支持逻辑有利于测量的输出。常用于光学成像器件的一种类型的图像传感器是背照式(BSI)图像传感器。为降低成本，减小尺寸和提高吞吐量，可以将BSI图像传感器制造集成到常规的半导体工艺中。而且，BSI图像传感器具有低操作电压、低功耗、高量子效率、低读出噪声并且允许随机存取。
发明内容
本发明的实施例提供了一种背照式(BSI)图像传感器，包括：像素传感器，位于半导体衬底内；介电材料层，位于所述像素传感器上面；金属栅格，包括通过所述介电材料层与所述半导体衬底分隔开的金属框架；以及堆叠栅格，布置在所述金属栅格上方并且邻接开口，所述开口从所述堆叠栅格的上表面垂直地延伸至横向地布置在所述金属栅格的侧壁之间的位置。
本发明的另一实施例提供了一种BSI图像传感器，包括：多个像素传感器，位于半导体衬底的第一侧内；金属栅格，包括设置在所述半导体衬底上方的金属结构的框架；介电材料层，设置在所述半导体衬底和所述金属栅格之间并且包括多个突出件，所述突出件邻接所述金属栅格的侧壁和上表面；以及其中，所述多个突出件限定开口，所述开口从所述介电材料层的上表面垂直地延伸至横向布置在所述金属栅格的侧壁之间的位置。
本发明的又一实施例提供了一种形成BSI图像传感器的方法，包括：在半导体衬底内形成像素传感器；形成金属栅格，所述金属栅格包括由位于所述像素传感器上面的介电材料层横向围绕的金属结构的框架；在所述金属栅格和所述介电材料层上方形成一个或多个堆叠栅格层；以及选择性蚀刻所述一个或多个堆叠栅格层以形成限定开口的堆叠栅格，所述开口在所述金属栅格的侧壁之间垂直地延伸。
附图说明
当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。
图1示出了具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的背照式(BSI)图像传感器的一些实施例的截面图。
图2示出了具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器的一些附加的实施例的截面图。
图3示出了具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器的一些附加的实施例的三维图。
图4示出了具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器的一些附加的实施例的截面图。
图5示出了一种形成具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器的方法的一些实施例的流程图。
图6至图11示出了显示形成BSI图像传感器的方法的截面图的一些实施例，BSI图像传感器具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器。
具体实施方式
以下公开内容提供了许多用于实现所提供主题的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本发明可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等的空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作相应的解释。
由于背照式(BSI)图像传感器在捕捉光子中具有更高的效率，在许多现代的光学成像器件中，用背照式(BSI)图像传感器取代前照式图像传感器。BSI图像传感器通常包括布置在半导体衬底中的多个像素传感器和逻辑电路。多个像素传感器设置在半导体衬底的背侧与逻辑电路之间。微透镜和滤色器布置在多个像素传感器上方的集成芯片的背侧上。微透镜配置成将入射辐射(例如，光子)聚焦至滤色器上，该滤色器将选择性地将特定波长的辐射传输至下面的像素传感器，像素传感器响应于传输的辐射产生电信号。
BSI图像传感器通常具有围绕滤色器的栅格结构。栅格结构包括横向围绕滤色器的堆叠栅格，以及位于堆叠栅格下面的金属栅格。在典型的BSI图像传感器制造工艺期间，制造金属栅格并且之后以介电层覆盖金属栅格。堆叠栅格和滤色器随后形成在介电层上方，使得堆叠栅格和滤色器的下表面垂直地位于金属栅格的上表面上面。滤色器与下面的像素传感器之间产生的距离取决于金属栅格的高度。应该理解，通过减小滤色器与下面的像素传感器之间的距离，可以减少相邻的滤色器之间的串扰，同时提高相关的像素传感器的光学性能。
因此，本发明涉及具有垂直设置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的背照式(BSI)像素传感器以及形成的方法。在一些实施例中，BSI图像传感器包括位于半导体衬底内的像素传感器，以及设置在像素传感器上方的介电材料层。包括金属框架的金属栅格通过介电材料层与半导体衬底分隔开。堆叠栅格布置在金属栅格上方。堆叠栅格邻接一开口，该开口从堆叠栅格的上表面垂直地延伸至横向布置在金属栅格的侧壁之间的位置。滤色器可以布置在开口内。通过使滤色器在金属栅格的侧壁之间垂直地延伸，滤色器和像素传感器之间的距离可以相对较小，从而减少所产生的BSI图像传感器的串扰并且提高BSI图像传感器的光学性能。
图1示出了具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的背照式(BSI)图像传感器100的一些实施例的截面图。
BSI图像传感器100包括具有多个像素传感器104的半导体衬底102，多个像素传感器104配置为将辐射(例如，光子)转化为电信号。在一些实施例中，多个像素传感器104可以包括光电二极管。在这些实施例中，光电二极管可以包括位于半导体衬底102内的具有第一掺杂类型(例如，n-型掺杂)的第一区和位于半导体衬底102内的具有第二掺杂类型(例如，p-型掺杂)的上面的第二区，第二掺杂类型不同于第一掺杂类型。在一些实施例中，多个像素传感器104可以以阵列的方式(包括以行和/或列)布置在半导体衬底102内。
钝化层106可以布置在半导体衬底102上方。例如，在一些实施例中，钝化层106可以包括诸如底部光刻胶抗反射涂层(BARC)的抗反射涂层(ARC)。在一些实施例中，钝化层106可以包括有机聚合物或金属氧化物。
介电材料层108布置在钝化层106上方。介电材料层108将半导体衬底102与上面的包括金属框架的金属栅格110垂直地分隔开。在一些实施例中，介电材料层108可以邻接金属栅格110的下表面。在一些实施例中，介电材料层108还可以邻接金属栅格110的一个或多个侧壁和/或金属栅格110的上表面。金属栅格110在半导体衬底102的上表面之上延伸第一距离d1。
堆叠栅格112设置在金属栅格110上方。堆叠栅格112可以邻接金属栅格110的上表面。在一些实施例中，堆叠栅格112还可以邻接金属栅格110的一个或多个侧壁。在这些实施例中，堆叠栅格112垂直地位于金属栅格110上面，从而堆叠栅格112的下表面位于金属栅格110的上表面下面。在一些实施例中，堆叠栅格112可以包括与介电材料层108相同的材料。例如，堆叠栅格112和介电材料层108均可以包括二氧化硅(SiO2)。在这些实施例中，堆叠栅格112包括从介电材料层108向外延伸并且邻接金属栅格110的侧壁的突出件。在其他实施例中，堆叠栅格112可以包括不同于介电材料层108的一种或多种材料。
堆叠栅格112和金属栅格110共同提供栅格结构109，栅格结构109包括限定多个开口107的框架。多个开口107位于下面的像素传感器104上方并且从堆叠栅格112的上表面延伸至横向布置在金属栅格110的侧壁之间的位置。金属栅格110从多个开口107下面的位置垂直地延伸至邻近多个开口107的位置。在一些实施例中，金属栅格110的下表面垂直地位于多个开口107的下表面107u的下面。多个开口107的下表面107u在半导体衬底102的上表面之上延伸第二距离d2，其中，第二距离d2与第一距离d1的比在约0.1和约5之间(即，0.1<d2/d1<5)的范围内。
多个滤色器114设置在多个开口107内，使得栅格结构109在多个滤色器114的周围和之间延伸。滤色器114分别配置为传输特定波长的辐射。例如，第一滤色器114a(例如，红色滤色器)可以传输具有在第一范围内的波长的光，而第二滤色器114b可以传输具有与第一范围不同的第二范围内的波长的光。
多个微透镜116布置在多个滤色器114上方。相应的微透镜116与滤色器114横向对准并且位于像素传感器104上面。微透镜116配置为将入射辐射(例如，光)向着像素传感器104聚焦。在一些实施例中，多个微透镜116具有邻接滤色器114的基本平坦的底面。而且，多个微透镜116可以分别包括弯曲的上表面。在各个实施例中，微透镜116可以具有曲面，曲面配置为将辐射聚焦至下面的像素传感器104的中心上。
通过将滤色器114横向地设置在金属栅格110的侧壁之间，减小了滤色器114的下表面和下面的像素传感器104的上表面104u之间的距离d，从而使BSI图像传感器100的串扰减小，并且光学性能提高。
图2示出了具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器200的一些附加的实施例的截面图。
BSI图像传感器200包括设置在介电材料层108内的金属栅格202，介电材料层108布置在具有多个像素传感器104的半导体衬底102上方。金属栅格202从位于滤色器114下面的第一位置垂直地延伸至位于相邻的滤色器114之间的第二位置。在各个实施例中，例如，金属栅格202可以是诸如钨、铜或铝铜的金属。在一些实施例中，金属栅格202可以具有锥形侧壁202s，锥形侧壁202s具有大于90度的角度θ。锥形侧壁202s使得金属栅格202的宽度根据高度而减小。
堆叠栅格204布置在金属栅格202上方。在一些实施例中，堆叠栅格204可以包括介电材料层108的多个突出件205，突出件205从介电材料层108向外延伸。在这些实施例中，多个突出件205邻接金属栅格202的侧壁202s并延伸至位于金属栅格202上面的位置。多个突出件205限定开口206，开口206从介电材料层108的上表面垂直地延伸至横向布置在金属栅格202的侧壁之间的位置。
滤色器114布置在像素传感器104上方并且位于在金属栅格202和堆叠栅格204的侧壁之间垂直地延伸的开口内。在一些实施例中，滤色器114可以具有锥形侧壁114s,锥形侧壁114s具有小于90度的角度Ф(即，使得锥形侧壁202s的斜率与锥形侧壁114s的斜率的正负号相反)。锥形侧壁114s使得滤色器114的宽度根据高度而增加。
图3示出了含有多个BSI图像传感器的集成芯片300的一些实施例的三维图。
集成芯片300包括以阵列设置的多个微透镜116。在阵列内，多个微透镜116在第一方向302和第二方向304上对准，第二方向304垂直于第一方向302。多个微透镜116位于滤色器114的阵列上面，滤色器114的阵列设置在包括金属栅格110和堆叠栅格204的栅格结构内。栅格结构包括以第一方向302在相邻的滤色器114之间延伸的多条第一线和与多条第一线相交且以第二方向304在相邻的滤色器114之间延伸的多条第二线。
图4示出了包括具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器的集成芯片400的一些附加的实施例的截面图。
集成芯片400包括布置在半导体衬底102上的介电层108和布置在半导体衬底102下方的后段制程(BEOL)金属堆叠件402。BEOL金属堆叠件402包括被一个或多个层间介电(ILD)层404围绕的多个金属互连层406和408。在一些实施例中，一个或多个金属互连层可以包括金属通孔层406和金属引线层408。在各个实施例中，例如，ILD层404可以是低k介电层(即，介电常数小于约3.9的电介质)、超低k介电层或氧化物(例如，氧化硅)。多个金属互连层可以包括诸如铜、钨或铝的金属。
载体衬底410布置在BEOL金属堆叠件402下方。多个衬底通孔(TSV)412垂直地延伸穿过载体衬底410。多个TSV 412从多个金属互连层延伸至位于保护层416内的重分布层414。重分布层414提供多个TSV412和多个焊球420之间的电连接。在一些实施例中，例如，重分布层414可以包括诸如铝的导电金属。
在一些实施例中，凸块下金属化(UBM)层418可以设置在重分布层414和多个焊球420之间。UBM层418可以包括诸如粘附层、扩散阻挡层、可焊性层和氧化阻挡层的多个不同的金属层。在各个实施例中，UBM层418可以包括铬(Cr)、铜(Cu)、钛(Ti)、镍(Ni)等的一种或多种。
图5示出了一种形成具有布置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的BSI图像传感器的方法500的一些实施例的流程图。
虽然下文示出和描述的发明方法500为一系列的步骤和事件，但是应该注意，这些步骤和事件示出的顺序不可理解为是一种限制。例如，一些步骤可以以不同的顺序发生和/或与除本文示出和/或描述的那些之外的其他步骤或事件同时发生。另外，不是所有示出的步骤都需要实施说明书中的一个或多个方面或实施例。并且，本文中描述的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的步骤和/或阶段中进行。
在步骤502中，在半导体衬底内形成像素传感器。
在步骤504中，在像素传感器和半导体衬底上方形成钝化层。
在步骤506中，在钝化层上方形成第一介电材料层(例如，SiO2)。
在步骤508中，在第一介电材料层上方形成包括金属结构的框架的金属栅格。在一些实施例中，金属栅格通过钝化层和/或介电材料层与半导体衬底分隔开。形成金属栅格以具有位于像素传感器上面的开口。在一些实施例中，根据步骤510至512形成金属栅格。
在步骤510中，在第一介电材料层上方形成金属层。
在步骤512中，选择性地蚀刻金属层以形成金属栅格。金属栅格包括设置在限定开口的第一介电材料层上的金属的框架。
在步骤514中，在金属栅格和第一介电材料层上形成一个或多个堆叠栅格层。在一些实施例中，一个或多个堆叠栅格层可以包括第二介电材料层(例如，SiO2)。
在步骤516中，选择性地蚀刻一个或多个堆叠栅格层以形成限定开口的堆叠栅格，开口从位于金属栅格上面的第一位置延伸至位于金属栅格的侧壁之间的第二位置。
在步骤518中，在开口内形成滤色器。滤色器填充开口，从而从位于金属栅格上面的第一位置垂直地延伸至位于金属栅格的侧壁之间的第二位置。
在步骤520中，在滤色器的上方形成微透镜。
图6至图11示出了显示形成BSI图像传感器的方法500的截面图的一些实施例。尽管结合方法500描述图6至图11，但是应该注意，图6至图11中公开的结构不限制于这种方法，而可以是代表独立于这个方法之外的结构。
图6示出了对应于步骤502的集成芯片的截面图600的一些实施例。
如截面图600所示，在半导体衬底102内形成多个像素传感器104。半导体衬底102可以包括任何类型的半导体主体(例如，硅/CMOS块、SiGe、SOI等)，诸如半导体晶圆或晶圆上的一个或多个管芯，以及其他任何类型的半导体和/或形成在半导体上的外延层和/或以其他方式与半导体相关的外延层。在一些实施例中，多个像素传感器104可以包括光电二极管。在这些实施例中，光电二极管可以通过以下步骤形成：通过第一注入工艺对半导体衬底102选择性地注入以形成具有第一掺杂类型的第一区，和通过随后的第二注入工艺以形成具有不同于第一掺杂类型的第二掺杂类型的邻接的第二区。在一些实施例中，根据包括光刻胶的图案化掩模层(未示出)，可以对半导体衬底102进行选择性地注入。
在一些实施例中，多个像素传感器104可以形成在半导体衬底102的背侧102b内。在这些实施例中，半导体衬底102的背侧102b与含有多个晶体管器件(未示出)的半导体衬底102的前侧102f相对。在一些实施例中，BEOL金属堆叠件(未示出)布置在半导体衬底102的前侧102f上。BEOL金属堆叠件包括设置在一个或多个层间介电(ILD)层内并且电连接至多个晶体管器件的多个金属互连层。
图7示出了对应于步骤504的集成芯片的截面图700的一些实施例。
如截面图700所示，钝化层106以位于多个像素传感器104上面的位置形成在半导体衬底102的背侧102b上。在一些实施例中，钝化层106可以包括抗反射涂(ARC)层。在一些实施例中，可以使用旋涂工艺沉积钝化层106。在另一些实施例中，可以使用汽相沉积工艺(例如，化学汽相沉积(CVD)、物理汽相沉积(PVD)、等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)等)沉积钝化层106。在一些实施例中，沉积钝化层106之后，可以实施高温烘烤。
图8A至图8B示出了对应于步骤506至508的集成芯片的截面图800a和800b的一些实施例。
如截面图800a所示，在钝化层106上方形成第一介电材料层802(对应于步骤508)，并且随后在第一介电材料层802上方形成金属层804(对应于步骤510)。使用沉积工艺可以形成第一介电材料层802。使用沉积工艺和/或镀工艺(例如，电镀、化学镀等)可以形成金属层804。在各个实施例中，例如，金属层804可以包括钨，铜或铝铜。
如截面图800b所示，实施第一蚀刻工艺以图案化金属层804以限定具有金属结构的金属栅格202(对应于步骤512)，金属栅格202围绕位于像素传感器104上面的开口810。根据第一掩模层808，通过选择性地将金属层804暴露于第一蚀刻剂806可以实施第一蚀刻工艺。在一些实施例中，第一蚀刻剂806可以包括干蚀刻剂。在一些实施例中，干蚀刻剂可以具有包括氧(O2)、氮(N2)、氢(H2)、氩(Ar)和/或氟类(例如，CF4、CHF3、C4F8等)的一种或多种的蚀刻化学物。在其他的实施例中，第一蚀刻剂806可以包括具有缓冲的氟氢酸(BHF)的湿蚀刻剂。
图9A至图9B示出了对应于步骤514至516的集成芯片的截面图900a和900b的一些实施例。
如截面图900a所示，在金属栅格202上方形成一个或多个堆叠栅格层902(对应于步骤516)。在一些实施例中，一个或多个堆叠栅格层902可以包括形成在第一介电材料层802的上表面上(金属栅格的侧壁之间)的第二介电材料(例如，二氧化硅(SiO2))层。在这些实施例中，第二介电材料层可以形成至使一个或多个堆叠栅格层902在金属栅格202上方延伸的厚度。
如截面图900b所示，实施第二蚀刻工艺以在一个或多个堆叠栅格层902中形成限定堆叠栅格204的开口206(对应于步骤518)。开口206位于多个像素传感器104上面并且垂直地延伸至位于金属栅格202的侧壁之间的位置，从而使得堆叠栅格204垂直地位于金属栅格202上面。在一些实施例中(未示出)，开口206可以具有大于90度的角度α的锥形侧壁206s。
根据第二掩模层906，可以通过将一个或多个堆叠栅格层902选择性地暴露于第二蚀刻剂904来实施第二蚀刻工艺。在一些实施例中，第二蚀刻剂904可以包括干蚀刻剂。在一些实施例中，干蚀刻剂可以包括具有氧(O2)、氮(N2)、氢(H2)、氩(Ar)和/或氟类(例如，CF4、CHF3、C4F8等)的一种或多种的蚀刻化学物。在其他实施例中，第二蚀刻剂904可以包括具有缓冲的氟氢酸(BHF)的湿蚀刻剂。
图10示出了对应于步骤518的集成芯片的截面图1000的一些实施例。
如截面图1000所示，形成多个滤色器114以填充开口206。在一些实施例中，通过形成滤色器层和图案化滤色器层可以形成多个滤色器114。形成滤色器层以填充开口206的暴露区域。滤色器层由允许传输具有特定波长范围的辐射(例如，光)而阻挡特定范围外的波长的光的材料形成。而且，在一些实施例中，在形成滤色器层之后，平坦化滤色器层。可以通过在滤色器层上方形成具有图案的光刻胶层、根据光刻胶层的图案对滤色器层施用蚀刻剂并且去除图案化光刻胶层来实施图案化。
图11示出了对应于步骤520的集成芯片的截面图1100的一些实施例。
如截面图1100所示，多个微透镜116形成在多个滤色器114上方。在一些实施例中，通过在多个滤色器114之上沉积微透镜材料(例如，通过旋涂法或沉积工艺)可以形成微透镜116。在微透镜材料之上图案化具有弯曲的上表面的微透镜模板(未示出)。在一些实施例中，微透镜模板可以包括使用分配曝光剂量(例如，对于负性光刻胶，在曲面的底部处暴露较多的光并在曲面的顶部处暴露较少的光)曝光、显影和烘烤的光刻胶材料，以形成圆形。然后，根据微透镜模板，通过选择性蚀刻微透镜材料来形成微透镜116。
因此，本发明涉及具有垂直地设置在金属栅格的侧壁之间的滤色器的背照式(BSI)传感器和形成方法，使得滤色器与下面的像素传感器之间的距离相对较小。
在一些实施例中，本发明涉及一种背照式(BSI)图像传感器。BSI图像传感器包括位于半导体衬底内的像素传感器以及位于像素传感器上面的介电材料层。BSI图像传感器还包括金属栅格和堆叠栅格，金属栅格具有通过介电材料层与半导体衬底分隔开的金属框架，堆叠栅格布置在金属栅格上方并且邻接开口，开口从堆叠栅格的上表面垂直地延伸至横向布置在金属栅格的侧壁之间的位置。
在上述BSI图像传感器中，还包括：滤色器，布置在所述开口内并且具有与所述金属栅格的下表面垂直地偏移的下表面。
在上述BSI图像传感器中，还包括：滤色器，布置在所述开口内并且具有与所述金属栅格的下表面垂直地偏移的下表面；微透镜，具有邻接所述滤色器的基本上平坦的下表面和弯曲的上表面。
在上述BSI图像传感器中，还包括：多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在所述半导体衬底的与所述介电材料层相对的侧上。
在上述BSI图像传感器中，其中，所述堆叠栅格和所述介电材料层包括二氧化硅(SiO2)。
在上述BSI图像传感器中，其中，所述堆叠栅格和所述介电材料层包括二氧化硅(SiO2)，所述堆叠栅格邻接所述金属栅格的侧壁。
在上述BSI图像传感器中，其中，所述金属栅格具有锥形侧壁，所述锥形侧壁使得所述金属栅格的宽度随着所述金属栅格的高度的增加而减小。
在上述BSI图像传感器中，其中，所述金属栅格通过所述堆叠栅格与所述开口横向分隔开。
在上述BSI图像传感器中，其中，所述金属栅格的上表面与半导体衬底分隔开第一距离，并且所述开口的下表面与所述半导体衬底分隔开第二距离；以及其中，所述第二距离和所述第一距离的比在约0.1和约5之间的范围内。在另一些实施例中，本发明涉及一种BSI图像传感器。BSI图像传感器包括位于半导体衬底的第一侧内的多个像素传感器。BSI图像传感器包括金属栅格，包括设置在半导体衬底上方的金属结构的框架；和介电材料层，设置在半导体衬底与金属栅格之间并且含有邻接金属栅格的侧壁和上表面的多个突出件。多个突出件限定开口，开口从介电材料层的上表面垂直地延伸至横向布置在金属栅格的侧壁之间的位置。
在上述BSI图像传感器中，还包括：多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在与所述半导体衬底的第一侧相对的所述半导体衬底的第二侧上。
在上述BSI图像传感器中，还包括：多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在与所述半导体衬底的第一侧相对的所述半导体衬底的第二侧上；多个滤色器，位于所述介电材料层上面并且布置在所述金属栅格的侧壁之间，其中，所述多个滤色器具有与所述金属栅格的下表面垂直偏移的下表面；以及多个微透镜，布置在所述多个滤色器上方。
在上述BSI图像传感器中，还包括：多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在与所述半导体衬底的第一侧相对的所述半导体衬底的第二侧上；其中，所述金属栅格具有锥形侧壁，所述锥形侧壁使得所述金属栅格的宽度随着所述金属栅格的高度的增加而减小。
在上述BSI图像传感器中，还包括：多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在与所述半导体衬底的第一侧相对的所述半导体衬底的第二侧上；其中，所述介电材料层包括二氧化硅(SiO2)。
在上述BSI图像传感器中，还包括：多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在与所述半导体衬底的第一侧相对的所述半导体衬底的第二侧上；钝化层，邻接所述半导体衬底的第一侧和所述介电材料层。在又一些其他实施例中，本发明涉及一种形成BSI图像传感器的方法。该方法包括在半导体衬底内形成像素传感器。该方法还包括形成包括由位于像素传感器上面的介电材料层横向围绕的金属结构的框架的金属栅格，以及在金属栅格和介电材料层上方形成一个或多个堆叠栅格层。该方法还包括选择性地蚀刻一个或多个堆叠栅格层以形成限定在金属栅格的侧壁之间垂直地延伸的开口的堆叠栅格。
在上述方法中，还包括：在所述开口内形成滤色器，其中，所述滤色器布置在所述金属栅格的侧壁之间并且所述滤色器具有与所述金属栅格的下表面垂直地偏移的下表面。
在上述方法中，其中，所述堆叠栅格邻接所述金属栅格的侧壁。
在上述方法中，其中，所述一个或多个堆叠栅格层和所述介电材料层包括相同的介电材料。
在上述方法中，其中，所述一个或多个堆叠栅格层和所述介电材料层包括相同的介电材料，其中，所述金属栅格的上表面与所述半导体衬底分隔开第一距离，并且所述开口的下表面与所述半导体衬底分隔开第二距离；以及其中，所述第二距离和所述第一距离的比在约0.1和约5之间的范围内。上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的方面。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来设计或修改用于实施与本文所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，本文中他们可以做出多种变化、替换以及改变。
Claims (17)
1.一种背照式(BSI)图像传感器，包括：
像素传感器，位于半导体衬底内；
介电材料层，位于所述像素传感器上面；
金属栅格，包括通过所述介电材料层与所述半导体衬底分隔开的金属框架，所述介电材料层包围所述金属格栅的至少部分侧壁；以及
堆叠栅格，布置在所述金属栅格上方并且邻接开口，所述开口从所述堆叠栅格的上表面垂直地延伸至横向地布置在所述金属栅格的侧壁之间的位置；
滤色器，布置在所述开口内，并且具有与所述介电材料层直接接触的、高于所述金属栅格的下表面并低于所述金属栅格的上表面的下表面，
其中，所述堆叠栅格邻接所述金属栅格的侧壁。
2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，还包括：
微透镜，具有邻接所述滤色器的基本上平坦的下表面和弯曲的上表面。
3.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，还包括：
多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在所述半导体衬底的与所述介电材料层相对的侧上。
4.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述堆叠栅格和所述介电材料层包括二氧化硅(SiO2)。
5.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述金属栅格具有锥形侧壁，所述锥形侧壁使得所述金属栅格的宽度随着所述金属栅格的高度的增加而减小。
6.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其中，所述金属栅格通过所述堆叠栅格与所述开口横向分隔开。
7.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，
其中，所述金属栅格的上表面与半导体衬底分隔开第一距离，并且所述开口的下表面与所述半导体衬底分隔开第二距离；以及
其中，所述第二距离小于所述第一距离。
8.一种BSI图像传感器，包括：
多个像素传感器，位于半导体衬底的第一侧内；
金属栅格，包括设置在所述半导体衬底上方的金属结构的框架；
介电材料层，设置在所述半导体衬底和所述金属栅格之间并且包括多个突出件，所述突出件邻接所述金属栅格的侧壁和上表面，所述介电材料层包围所述金属格栅的至少部分侧壁；以及
其中，所述多个突出件限定开口，所述开口从所述介电材料层的上表面垂直地延伸至横向布置在所述金属栅格的侧壁之间的位置，
多个滤色器，位于所述介电材料层上面并且布置在所述金属栅格的侧壁之间，其中，所述多个滤色器具有与所述介电材料层直接接触的、高于所述金属栅格的下表面并低于所述金属栅格的上表面的下表面。
9.根据权利要求8所述的BSI图像传感器，还包括：
多个金属互连层，设置在一个或多个层间介电(ILD)层内，所述层间介电(ILD)层布置在与所述半导体衬底的第一侧相对的所述半导体衬底的第二侧上。
10.根据权利要求9所述的BSI图像传感器，还包括：
多个微透镜，布置在所述多个滤色器上方。
11.根据权利要求9所述的BSI图像传感器，其中，所述金属栅格具有锥形侧壁，所述锥形侧壁使得所述金属栅格的宽度随着所述金属栅格的高度的增加而减小。
12.根据权利要求9所述的BSI图像传感器，其中，所述介电材料层包括二氧化硅(SiO2)。
13.根据权利要求9所述的BSI图像传感器，还包括：
钝化层，邻接所述半导体衬底的第一侧和所述介电材料层。
14.一种形成BSI图像传感器的方法，包括：
在半导体衬底内形成像素传感器；
形成金属栅格，所述金属栅格包括由位于所述像素传感器上面的介电材料层横向围绕的金属结构的框架，所述介电材料层包围所述金属格栅的至少部分侧壁；
在所述金属栅格和所述介电材料层上方形成一个或多个堆叠栅格层；以及
选择性蚀刻所述一个或多个堆叠栅格层以形成限定开口的堆叠栅格，所述开口在所述金属栅格的侧壁之间垂直地延伸；
在所述开口内形成滤色器，其中，所述滤色器布置在所述金属栅格的侧壁之间，并且所述滤色器具有与所述介电材料层直接接触的、高于所述金属栅格的下表面并低于所述金属栅格的上表面的下表面。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述堆叠栅格邻接所述金属栅格的侧壁。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述一个或多个堆叠栅格层和所述介电材料层包括相同的介电材料。
17.根据权利要求16所述的方法，
其中，所述金属栅格的上表面与所述半导体衬底分隔开第一距离，并且所述开口的下表面与所述半导体衬底分隔开第二距离；以及
其中，所述第二距离小于所述第一距离。
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