CN106057838A - 半导体结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种半导体结构，包括：衬底，衬底包括第一侧和第二侧，第二侧与第一侧相对设置的并且配置为接收电磁辐射；阻挡层，设置在衬底的第二侧上方；滤色镜，设置在阻挡层上方；以及栅格，围绕滤色镜并且设置在阻挡层上方，其中，阻挡层配置为吸收或反射电磁辐射中的非可见光，并且阻挡层设置在栅格和衬底之间。本发明涉及半导体结构及其制造方法。

Description

半导体结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体结构及其制造方法。
背景技术
使用半导体器件的电子设备对于许多现代应用是必要的。半导体图像传感器通常包括在用于感测光的电子设备中。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)广泛用于各种应用(诸如数码相机和手机摄像头)中。CMOS图像传感器通常包括像元(像素)的阵列。每个像素包括光电二极管、晶体管或电容器。当暴露于光时，在光电二极管中诱导电能。每个像素生成的电子与落在像素上的光的量成正比。电子在像素中转化为电压信号并且进一步转换成数字信号。
取决于光路的不同，CMOS图像传感器分类为前侧照明(FSI)图像传感器和背侧照明(BSI)图像传感器。BSI图像传感器正在变得日益流行。响应于入射光，BSI图像传感器中的像素生成电信号。电信号的振幅取决于由相应的像素接收的入射光的强度。光入射在BSI图像传感器的衬底的背侧上并且直接撞击光电二极管而没有受到形成在衬底的前侧上的介电层和互连层的阻碍。这种直接入射使得BSI图像传感器对光更加敏感。
然而，随着技术演化，图像传感器的尺寸正在变得越来越小，同时具有更强大的功能和更多数量的集成电路。BSI图像传感器的制造涉及许多复杂步骤和操作。由于涉及具有不同材料的更加不同的组件，所以增加了BSI图像传感器的制造和集成操作的复杂性。BSI图像传感器的制造的复杂性的增加可以引起缺陷，诸如较差的量子效率(QE)、暗电流、较低的满阱容量(FWC)、较高的产量损失等。BSI图像传感器产生为不期望的配置，不期望的配置将进一步加剧材料损耗并且增加制造成本。
因此，对修改BSI图像传感器器件的结构和制造方法存在持续的需求，以改进BSI图像传感器器件的性能以及减少处理BSI图像传感器的成本和时间。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体结构，包括：衬底，包括第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对设置并且配置为接收电磁辐射；阻挡层，设置在所述衬底的所述第二侧上方；滤色镜，设置在所述阻挡层上方；以及栅格，围绕所述滤色镜并且设置在所述阻挡层上方，其中，所述阻挡层配置为吸收或反射所述电磁辐射中的非可见光，并且所述阻挡层设置在所述栅格和所述衬底之间。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种半导体结构，包括：衬底，包括第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对设置并且配置为接收电磁辐射；第一介电层，设置在所述衬底的所述第二侧上方；第二介电层，设置在所述第一介电层和所述衬底的所述第二侧上方；第一滤色镜，设置在所述衬底的所述第二侧上方并且配置为允许所述电磁辐射中的可见光穿过；以及第二滤色镜，设置在所述衬底的所述第二侧上方并且配置为允许所述电磁辐射中的红外(IR)穿过；栅格，将所述第一滤色镜与所述第二滤色镜分隔开并且设置在所述第一介电层和所述第二介电层上方，其中，所述第一介电层和所述第二介电层围绕所述第二滤色镜。
根据本发明的又另一实施例，还提供了一种制造半导体结构的方法，包括：接收衬底，所述衬底包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；在所述衬底的所述第二侧上方设置阻挡层；在所述阻挡层上方设置栅格；去除所述栅格的第一部分以形成第一凹槽；以及在所述第一凹槽内设置第一滤色镜，并且所述第一滤色镜与所述阻挡层交界，其中，所述阻挡层设置在所述栅格和所述衬底之间。在上述的方法中，设置所述阻挡层包括设置第一介电层和第二介电层。在上述的方法中，其中，设置所述阻挡层包括交替地设置多个第一介电层和多个第二介电层。在上述的方法中，还包括：去除所述栅格的第二部分和所述阻挡层的部分以形成第二凹槽；以及在所述第二凹槽内设置第二滤色镜。
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。应该强调，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是根据本发明的一些实施例的半导体结构的立体图。
图2是根据本发明的一些实施例的沿着图1中的AA’的半导体结构的截面图。
图3是根据本发明的一些实施例的半导体结构的立体图。
图4是根据本发明的一些实施例的沿着图3中的BB’的半导体结构的截面图。
图5是根据本发明的一些实施例的半导体结构的立体图。
图6是根据本发明的一些实施例的沿着图5中的CC’的半导体结构的截面图。
图7是根据本发明的一些实施例的半导体结构的立体图。
图8是根据本发明的一些实施例的沿着图7中的DD’的半导体结构的截面图。
图9是根据本发明的一些实施例的半导体结构的立体图。
图10是根据本发明的一些实施例的沿着图9中的EE’的半导体结构的截面图。
图11是根据本发明的一些实施例的半导体结构的立体图。
图12是根据本发明的一些实施例的沿着图11中的FF’的半导体结构的截面图。
图13是根据本发明的一些实施例的沿着图11中的GG’的半导体结构的截面图。
图14是根据本发明的一些实施例的图像感测器件的立体图。
图15是根据本发明的一些实施例的沿着图14中的HH’的图像感测器件的截面图。
图16是根据本发明的一些实施例的制造半导体结构的方法的流程图。
图16A是根据本发明的一些实施例的具有衬底的半导体结构的截面图。
图16B是根据本发明的一些实施例的具有衬底和阻挡层的半导体结构的截面图。
图16C是根据本发明的一些实施例的具有衬底、第一介电层和第二介电层的半导体结构的截面图。
图16D是根据本发明的一些实施例的具有衬底、若干第一介电层和若干第二介电层的半导体结构的截面图。
图16E是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层和栅格的半导体结构的截面图。
图16F是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层和带有第一凹槽的栅格的半导体结构的截面图。
图16G是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层、栅格和第一滤色镜的半导体结构的截面图。
图16H是根据本发明的一些实施例的具有衬底、第一介电层、第二介电层、栅格和第一滤色镜的半导体结构的截面图。
图16I是根据本发明的一些实施例的具有衬底、若干第一介电层、若干第二介电层、栅格和第一滤色镜的半导体结构的截面图。
图17是根据本发明的一些实施例的制造半导体结构的方法的流程图。
图17A是根据本发明的一些实施例的具有衬底的半导体结构的截面图。
图17B是根据本发明的一些实施例的具有衬底和阻挡层的半导体结构的截面图。
图17C是根据本发明的一些实施例的具有衬底、第一介电层和第二介电层的半导体结构的截面图。
图17D是根据本发明的一些实施例的具有衬底、若干第一介电层和若干第二介电层的半导体结构的截面图。
图17E是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层和栅格的半导体结构的截面图。
图17F是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层和带有第一凹槽的栅格的半导体结构的截面图。
图17G是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层以及带有第一凹槽与第二凹槽的栅格的半导体结构的截面图。
图17H是根据本发明的一些实施例的具有衬底、若干第一介电层、若干第二介电层以及带有第一凹槽与第二凹槽的栅格的半导体结构的截面图。
图17I是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层、栅格和第一滤色镜的半导体结构的截面图。
图17J是根据本发明的一些实施例的具有衬底、阻挡层、栅格、第一滤色镜和第二滤色镜的半导体结构的截面图。
图17K是根据本发明的一些实施例的具有衬底、第一介电层、第二介电层、栅格、第一滤色镜和第二滤色镜的半导体结构的截面图。
图17L是根据本发明的一些实施例的具有衬底、若干第一介电层、若干第二介电层、栅格、第一滤色镜和第二滤色镜的半导体结构的截面图。
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。
背侧照明(BSI)图像感测器件用于感测图像的电磁辐射和重新分析图像。BSI图像感测器件包括制造的衬底以用于感测投射至器件内的图像的电磁辐射以及根据电磁辐射生成信号以重新分析图像。衬底的背侧配置为接收入射电磁辐射。图像的电磁辐射直接撞击衬底中的光敏二极管，并且因此检测电磁辐射的强度。
除了强度之外，也检测图像的电磁辐射所包含的颜色或波长。电磁辐射通常由可见光(诸如具有颜色的光)和非可见光(诸如红外IR、紫外UV等)组成。BSI图像感测器件通常检测图像的电磁辐射中的可见光的颜色。通过滤色镜识别和获得电磁辐射中的可见光的颜色。设置在衬底的背侧上方的滤色镜允许电磁辐射中的可见光穿过并且撞击在衬底中的光敏二极管上。每个滤色镜允许可见光的一种原色(红、绿和蓝)穿过，而其他颜色将被滤色镜阻挡。因此，电磁辐射中的可见光的仅一种原色将撞击在设置在相应的滤色镜下方的相应的光敏二极管上。
另一方面，电磁辐射中的非可见光将由设置在滤色镜上方的光学透镜截断。非可见光将由光学透镜阻挡并且因此不能撞击在滤色镜和衬底上。然而，基于BSI图像感测器件的这样配置，仅获得入射电磁辐射中的可见光。BSI图像感测器件不能感测非可见光。除了图像的颜色之外，诸如距离的其他因素对于重新分析图像是必要的。例如，图像的距离不能通过图像的电磁辐射的颜色或强度精确地导出。因此，仅基于可见光不足以重新分析图像。
在本发明中，公开了具有改进的半导体结构的图像感测器件。半导体结构包括衬底和若干滤色镜。衬底包括用于感测图像的电磁辐射的若干光敏二极管。用于感测电磁辐射中的非可见光的非可见光像素限定在半导体结构中。滤色镜允许非可见光穿过并且撞击在相应的光敏二极管上，从而使得可以获得非可见光以用于随后的图像处理。
此外，半导体结构限定有邻近非可见光像素的可见光像素。阻挡层包括在可见光像素中并且设置在衬底和滤色镜之间。阻挡层配置为吸收或反射诸如IR的非可见光。阻挡层包括诸如氮化物、氧化物或碳化物的若干介电层。阻挡层阻挡非可见光入射在可见光像素内的光敏二极管上。因此，仅可见光撞击在可见光像素中的衬底上。
图1是根据本发明的一些实施例的半导体结构100的立体图。图2是沿着图1的AA’的半导体结构100的截面图。在一些实施例中，半导体结构100配置为感测入射在半导体结构100上的图像的电磁辐射。在一些实施例中，半导体结构100包括衬底101、阻挡层102、滤色镜103和栅格104。
在一些实施例中，衬底101是硅衬底。在一些实施例中，衬底101包括硅、锗、砷化镓或其他合适的半导体材料。在一些实施例中，衬底101是以绝缘体上硅(SOI)、蓝宝石上硅(SOS)、掺杂和未掺杂的半导体、由基底半导体底座支撑的硅的外延层或其他半导体结构的形式。在一些实施例中，衬底101是互补金属氧化物半导体(CMOS)传感器衬底。
在一些实施例中，衬底101的厚度T1基本上大于约3μm。在一些实施例中，厚度T1基本上大于约1μm。在一些实施例中，衬底101由载体衬底支撑。在一些实施例中，载体衬底临时地附接至衬底101。在若干操作之后将去除载体衬底。
在一些实施例中，衬底101包括第一侧101a和与第一侧101a相对的第二侧101b。在一些实施例中，第一侧101a称为衬底101的前侧，并且第二侧101b称为衬底101的背侧。在一些实施例中，衬底101的第一侧101a配置为与金属间介电(IMD)层中的电路系统或互连结构电连接。在一些实施例中，衬底101的第二侧101b配置为接收诸如可见光、非可见光等的电磁辐射。在一些实施例中，衬底101的第一侧101a附接有载体衬底。在一些实施例中，载体衬底临时地附接至第一侧101a，并且然后在若干操作之后从第一侧101a去除载体衬底。
在一些实施例中，衬底101包括光敏二极管。光敏二极管设置在衬底101中。在一些实施例中，光敏二极管配置为检测入射在衬底101的第二侧101b上的电磁辐射。入射在衬底101的第二侧101b上的电磁辐射诱导光敏二极管在光敏二极管的耗尽区中生成电子空穴对。光敏二极管配置为根据撞击在光敏二极管上的电磁辐射的强度或亮度而生成电信号。在一些实施例中，光敏二极管作为固定层光电二极管实现，固定层光电二极管包括形成在衬底101中的n型掺杂区和形成在n型掺杂区的表面上的重掺杂的p型区以形成p-n-p结。
在一些实施例中，阻挡层102设置在衬底101的第二侧101b上方。在一些实施例中，衬底101设置在阻挡层102下方。在一些实施例中，阻挡层102配置为吸收或反射电磁辐射中的非可见光。阻挡层102阻挡非可见光进入衬底101。在一些实施例中，非可见光包括红外(IR)，并且IR由阻挡层102吸收或反射。因此，电磁辐射中的IR不能进入设置在阻挡层102下方的衬底101。
在一些实施例中，阻挡层102包括介电材料。在一些实施例中，阻挡层102包括诸如氮化硅的氮化物。在一些实施例中，阻挡层102包括诸如氧化硅和碳化硅的氧化物或碳化物。在一些实施例中，阻挡层102的厚度T2基本上大于0.1μm。
在一些实施例中，阻挡层102包括第一介电层和第二介电层。在一些实施例中，第一介电层包括与第二介电层不同的材料。在一些实施例中，第一介电层和第二介电层在彼此上方堆叠。在一些实施例中，第一介电层和第二介电层沿着衬底101的第二侧101b延伸。在一些实施例中，第一介电层包括氧化物或碳化物，而第二介电层包括氮化物。
在一些实施例中，滤色镜103设置在阻挡层102上方。在一些实施例中，滤色镜103设置在衬底101的第二侧101b上方。在一些实施例中，滤色镜103与阻挡层102接触。在一些实施例中，滤色镜103配置为过滤特定颜色或波长的电磁辐射，诸如包括红光、绿光、蓝光等的可见光。在一些实施例中，滤色镜103配置为过滤可见光。在一些实施例中，滤色镜103与衬底101中的光敏二极管对准。因此，光敏二极管仅接收特定颜色中的电磁辐射。
在一些实施例中，滤色镜103配置为允许电磁辐射中的可见光穿过。在一些实施例中，滤色镜103允许一种原色(红、绿和蓝)穿过。例如，滤色镜103是仅允许电磁辐射中的红光穿过的红色滤色镜，从而使得相应的光敏二极管仅接收电磁辐射中的红光。在一些实施例中，滤色镜103将不过滤诸如红外(IR)的非可见光，并且因此电磁辐射中的非可见光可以穿过滤色镜103。
在一些实施例中，滤色镜103包括基于染料或基于颜料的聚合物。在一些实施例中，滤色镜103包括具有彩色颜料的树脂或其他有机基材料。在一些实施例中，通过光学邻近修正(OPC)可选择地优化滤色镜103。
在一些实施例中，栅格104设置在阻挡层102和衬底101的第二侧101b上方。阻挡层102设置在栅格104和衬底101之间。在一些实施例中，栅格104与阻挡层102接触。在一些实施例中，栅格104围绕滤色镜103。在一些实施例中，栅格104配置为吸收电磁辐射的散射光或反射电磁辐射以聚焦在衬底101的相应的光敏二极管上。由此，电磁辐射将不从半导体结构100逃离，并且可以减小或消除光学串扰。
在一些实施例中，栅格104是包括诸如铝、铜等的金属材料的金属栅格。在一些实施例中，栅格104是包括氧化物材料的氧化物栅格。在一些实施例中，栅格104具有基本上大于滤色镜103的高度的高度。
在一些实施例中，在滤色镜103上方设置微透镜。在一些实施例中，微透镜配置为将电磁辐射导向并且聚焦为朝着衬底101中的光敏二极管入射。在一些实施例中，取决于用于微透镜的材料的折射率以及微透镜与光敏二极管的距离，微透镜设置成各种布置和各种形状。
图3是根据本发明的一些实施例的半导体结构200的立体图。图4是沿着图3的BB’的半导体结构200的截面图。在一些实施例中，半导体结构200配置为感测入射在半导体结构200上的图像的电磁辐射。在一些实施例中，半导体结构200包括衬底101、阻挡层102、滤色镜103和栅格104，半导体结构200的配置与图1和图2的半导体结构100中的类似。
在一些实施例中，阻挡层102包括若干第一介电层102a和若干第二介电层102b。为了易于说明，图3和图4仅示出，阻挡层102包括两个第一介电层102a和三个第二介电层102b。然而，它不旨在限制第一介电层102a和第二介电层102b的层的数量。
在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b设置在衬底101的第二侧101b上方。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b堆叠在衬底101的第二侧101b上方。在一些实施例中，栅格104设置在第一介电层102a和第二介电层102b上方。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b设置在栅格104和衬底101之间。
在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b交替地设置。第一介电层102a的一个插入在第二介电层102b的两个之间，或者第二介电层102b的一个插入在第一介电层102a的两个之间。在一些实施例中，第一介电层102a与第二介电层102b共形。
在一些实施例中，第一介电层102a包括氧化物或碳化物，而第二介电层102b包括氮化物。在一些实施例中，第一介电层102a是氧化硅或碳化硅，并且第二介电层102b是氮化硅。在一些实施例中，阻挡层102具有包括氮化物的至少一个第二介电层102b，从而使得阻挡层102可以吸收或反射入射在衬底101的第二侧101b上的电磁辐射中的非可见光(诸如IR)。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b协作以吸收或反射电磁辐射中的非可见光。
在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b的厚度T2基本上大于0.21μm。在一些实施例中，第一介电层102a的总厚度T3基本上大于0.06μm。在一些实施例中，第二介电层102b的总厚度T4基本上大于0.15μm。在一些实施例中，每个第一介电层102a的厚度(T3-1、T3-2等)基本上大于0.03μm。在一些实施例中，每个第二介电层102b的厚度(T4-1或T4-2或T4-3)基本上大于0.05μm。
图5是根据本发明的一些实施例的半导体结构300的立体图。图6是沿着图5的CC’的半导体结构300的截面图。在一些实施例中，半导体结构300配置为感测入射在半导体结构300上的图像的电磁辐射。在一些实施例中，半导体结构300包括衬底101、阻挡层102和栅格104，半导体结构300的配置与图1和图2的半导体结构100中的类似。
在一些实施例中，半导体结构300包括第一滤色镜103和第二滤色镜105。在一些实施例中，第一滤色镜103具有与图1和图2的半导体结构100中的滤色镜103类似的配置。第一滤色镜103和第二滤色镜105设置在衬底101的第二侧101b上方。
第一滤色镜103配置为允许电磁辐射中的可见光穿过。在一些实施例中，第一滤色镜103允许一种原色(红、绿和蓝)穿过。例如，第一滤色镜103是仅允许电磁辐射中的红光穿过的红色滤色镜，从而使得相应的光敏二极管仅接收电磁辐射中的红光。在一些实施例中，第一滤色镜103将不过滤诸如红外(IR)的非可见光，并且因此电磁辐射中的非可见光可以穿过第一滤色镜103。
在一些实施例中，邻近第一滤色镜103设置第二滤色镜105。在一些实施例中，第二滤色镜105设置在衬底101的第二侧101b上方。在一些实施例中，第二滤色镜105由栅格104和阻挡层102围绕。阻挡层102不存在于衬底101和第二滤色镜105之间。
在一些实施例中，第二滤色镜105配置为过滤诸如非可见光、红外(IR)等的特定波长中的电磁辐射。在一些实施例中，第二滤色镜105与衬底101中的光敏二极管对准。因此，光敏二极管仅接收特定波长中的电磁辐射。
在一些实施例中，第二滤色镜105配置为允许电磁辐射中的非可见光穿过。在一些实施例中，第二滤色镜105仅允许IR穿过。第二滤色镜105是仅允许电磁辐射中的IR穿过的IR滤色镜，从而使得相应的光敏二极管仅接收电磁辐射中的IR。由于用于阻挡非可见光或IR的阻挡层102不存在于第二滤色镜105下方，所以电磁辐射中的非可见光或IR可以撞击在衬底101中的光敏二极管上。
在一些实施例中，第二滤色镜105包括基于染料或基于颜料的聚合物。在一些实施例中，第二滤色镜105包括具有彩色颜料的树脂或其他有机基材料。在一些实施例中，通过光学邻近修正(OPC)可选择地优化第二滤色镜105。在一些实施例中，微透镜设置在第二滤色镜105上方以将电磁辐射导向和聚焦为朝着衬底101中的光敏二极管入射。
在一些实施例中，在衬底101的第二侧101b上方设置高介电常数(高k)介电层106。在一些实施例中，高k介电层106的部分设置在衬底101和阻挡层102之间。在一些实施例中，高k介电层106的部分设置在第二滤色镜105和衬底101之间。在一些实施例中，高k介电层106包括氧化铪(IV)(HfO2)、五氧化二钽(Ta2O5)等。
图7是根据本发明的一些实施例的半导体结构400的立体图。图8是沿着图7的DD’的半导体结构400的截面图。在一些实施例中，半导体结构400配置为感测入射在半导体结构400上的图像的电磁辐射。在一些实施例中，半导体结构400包括衬底101、阻挡层102、第一滤色镜103、第二滤色镜105和栅格104，半导体结构400的配置与图5和图6的半导体结构300中的类似。
在一些实施例中，衬底101包括第一侧101a和与第一侧101a相对设置的第二侧101b。第二侧101b配置为接收电磁辐射。在一些实施例中，阻挡层102包括第一介电层102a和第二介电层102b。第一介电层102a和第二介电层102b设置在衬底101的第二侧101b上方。在一些实施例中，第二介电层102b设置在第一介电层102a上方。在一些实施例中，第一介电层102a设置在第二介电层102b上方。
在一些实施例中，第一介电层102a包括氧化物或碳化物，并且第二介电层102b包括氮化物。在一些实施例中，第一介电层102a的厚度T3基本上大于约0.06μm。在一些实施例中，第二介电层102b的厚度T4基本上大于约0.15μm。
在一些实施例中，第一滤色镜103设置在衬底101的第二侧101b上方并且配置为允许电磁辐射中的可见光穿过。在一些实施例中，第一滤色镜103将不过滤诸如红外(IR)的非可见光，并且因此电磁辐射中的非可见光可以穿过第一滤色镜103。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b设置在第一滤色镜103和衬底101之间。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b配置为吸收或反射穿过第一滤色镜103的电磁辐射中的非可见光或IR。
在一些实施例中，第二滤色镜105设置在衬底101的第二侧101b上方并且配置为允许电磁辐射中的非可见光或红外(IR)穿过。在一些实施例中，电磁辐射中的非可见光或IR穿过第二滤色镜105并且撞击在衬底101上。在一些实施例中，第二滤色镜105由第一介电层102a和第二介电层102b围绕。由于第一介电层102a和第二介电层102b不存在于第二滤色镜105下方，所以非可见光或IR可以穿过第二滤色镜105并且撞击衬底101。
在一些实施例中，栅格104设置在第一介电层102a和第二介电层102b上方。在一些实施例中，栅格104将第一滤色镜103与第二滤色镜105分隔开。栅格104围绕第一滤色镜103和第二滤色镜105。
在一些实施例中，在衬底101的第二侧101b上方设置高介电常数(高k)介电层106。在一些实施例中，高k介电层106的部分设置在衬底101和第一介电层102a或第二介电层102b之间。在一些实施例中，高k介电层106的部分设置在第二滤色镜105和衬底101之间。
图9是根据本发明的一些实施例的半导体结构500的立体图。图10是沿着图9的EE’的半导体结构500的截面图。在一些实施例中，半导体结构500配置为感测入射在半导体结构500上的图像的电磁辐射。在一些实施例中，半导体结构500包括衬底101、第一滤色镜103、第二滤色镜105和栅格104，半导体结构500的配置与图7和图8的半导体结构400中的类似。
在一些实施例中，半导体结构500包括若干第一介电层102a和若干第二介电层102b。在一些实施例中，第一介电层102a包括诸如氧化硅、碳化硅等的氧化物或碳化物。在一些实施例中，第二介电层102b包括诸如氮化硅等的氮化物。
在一些实施例中，一个或多个第一介电层102a设置在衬底101、第一滤色镜103和第二滤色镜105之间。在一些实施例中，一个或多个第二介电层102b设置在衬底101、第一滤色镜103和第二滤色镜105之间。在一些实施例中，第一滤色镜103与第一介电层102a的一个或第二介电层102b的一个接触。在一些实施例中，第二滤色镜105与第一介电层102a的一个或第二介电层102b的一个接触。
在一些实施例中，设置在第二滤色镜105和衬底101之间的多个第一介电层102a和多个第二介电层102b不足以吸收或反射电磁辐射中的非可见光或IR。因此，非可见光或IR可以穿过该多个第一介电层102a和该多个第二介电层102b并且可以撞击在衬底101上。
在一些实施例中，一个或多个第一介电层102a和一个或多个第二介电层102b配置为阻挡层102并且围绕第二滤色镜105。在一些实施例中，阻挡层102包括足以吸收或反射电磁辐射中的非可见光或IR的多个第一介电层102a和多个第二介电层102b。由此，非可见光或IR可以由阻挡层102阻挡并且不能进入衬底101。在一些实施例中，多个第一介电层102a和多个第二介电层102b(阻挡层102)设置在第一滤色镜103和衬底101之间。因此，电磁辐射中的非可见光或IR受到阻挡并且不能进入衬底101。
在一些实施例中，阻挡层102包括设置在第一滤色镜103和衬底101之间的若干第一介电层102a和若干第二介电层102b。第一介电层102a和第二介电层102b配置为吸收或反射电磁辐射中的非可见光或IR。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b交替地设置在衬底101的第二侧101b上方。第一介电层102a和第二介电层102b在彼此上方堆叠。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b围绕第二滤色镜105。
图11是根据本发明的一些实施例的半导体结构600的立体图。图12是沿着图11的FF’的半导体结构600的截面图。图13是沿着图11的GG’的半导体结构600的截面图。在一些实施例中，半导体结构600配置为感测入射在半导体结构600上的图像的电磁辐射。在一些实施例中，半导体结构600包括衬底101、阻挡层102和栅格104，半导体结构600具有与图9和图10的半导体结构500类似的配置。
在一些实施例中，半导体结构600包括设置在阻挡层102上方的若干第一滤色镜103。每个第一滤色镜103均具有与图1和图2的半导体结构100中的第一滤色镜103类似的配置。在一些实施例中，第一滤色镜103配置为过滤可见光。例如，第一滤色镜103的一个是仅允许白色可见光穿过的白光滤光镜。在一些实施例中，第一滤色镜103配置为过滤一种原色(红、绿和蓝)。例如，第一滤色镜103的一个是仅允许红光穿过的红色滤色镜，或者第一滤色镜103的一个是仅允许绿光穿过的绿色滤色镜，或者第一滤色镜103的一个是仅允许蓝光穿过的蓝色滤色镜。
在一些实施例中，第一滤色镜103将不过滤诸如红外(IR)的非可见光，并且因此电磁辐射中的非可见光可以穿过第一滤色镜103。由于阻挡层102设置在第一滤色镜103和衬底101之间，穿过第一滤色镜103的电磁辐射中的非可见光或IR被阻挡层102吸收或反射，并且因此不能撞击在衬底101上。
在一些实施例中，半导体结构600包括一个或多个第二滤色镜105。第二滤色镜105具有与图5和图6的半导体结构300中的第二滤色镜105类似的配置。在一些实施例中，第二滤色镜105邻近第一滤色镜103的一个设置。在一些实施例中，第一滤色镜103和第二滤色镜105以阵列的方式设置。在一些实施例中，第一滤色镜103和第二滤色镜105通过栅格104彼此隔离。
在一些实施例中，第二滤色镜105配置为过滤非可见光或IR。在一些实施例中，第二滤色镜105仅允许IR穿过并且撞击在衬底101上。由于阻挡层102不存在于第二滤色镜105和衬底101之间，所以穿过第二滤色镜105的IR可以撞击在衬底101上。
图14是根据本发明的一些实施例的图像感测器件700的立体图。图15是沿着图14的HH’的图像感测器件700的截面图。图像感测器件700包括若干半导体结构，该若干半导体结构具有与如图1至图13中的任何一个图中的任何一个半导体结构(100、200、300、400、500或600)类似的配置。图像感测器件700配置为感测入射在图像感测器件700的背侧700a上的图像的电磁辐射。在一些实施例中，图像感测器件700包括衬底101、阻挡层102、若干第一滤色镜103、若干第二滤色镜105和栅格104，图像感测器件700具有与如图1至图13中的任何一幅中的任何一个半导体结构(100、200、300、400、500或600)类似的配置。
在一些实施例中，第一滤色镜103和第二滤色镜105以阵列方式布置。第一滤色镜103配置为过滤电磁辐射中的可见光，并且第二滤色镜105配置为过滤电磁辐射中的非可见光。在一些实施例中，每个第一滤色镜103允许电磁辐射中的一种原色(红、绿和蓝)穿过并且撞击在衬底101中的相应的光敏二极管上，并且每个第二滤色镜允许电磁辐射中的红外(IR)穿过并且撞击在衬底101中的相应的光敏二极管上。因此，电磁辐射中的可见光和非可见光均可以由图像感测器件700的衬底101中的相应的光敏二极管接收。在一些实施例中，通过图像感测器件700接收红光、绿光、蓝光和IR。由于接收电磁辐射中的可见光和非可见光，所以可以改进图像的重建的精确度。
在本发明中，也公开了制造半导体结构的方法。在一些实施例中，通过方法800形成半导体结构。方法800包括多个操作，并且描述和说明不被视为是操作的顺序的限制。
图16是制造半导体结构的方法800的实施例。方法800包括多个操作(801、802、803、804和805)。
在操作801中，如图16A所示，接收或提供衬底101。在一些实施例中，衬底101是硅衬底。在一些实施例中，衬底101具有与图1和图2的半导体结构100中的衬底101类似的配置。在一些实施例中，衬底101包括第一侧101a和与第一侧101a相对的第二侧101b。在一些实施例中，在衬底101中形成若干光敏二极管。
在一些实施例中，在衬底101的第一侧101a上方设置金属间电介质(IMD)。在一些实施例中，在IMD内设置互连结构。在一些实施例中，在衬底101的第一侧101a上方设置载体衬底。在一些实施例中，载体衬底附接至IMD或第一侧101a。衬底101的第二侧101b面向上以用于随后的操作。在一些实施例中，载体衬底临时地附接至衬底101并且将在之后的操作中被去除。在一些实施例中，载体衬底是硅衬底、玻璃衬底等。
在操作802中，如图16B所示，在衬底101的第二侧101b上方设置阻挡层102。在一些实施例中，阻挡层102具有与图1和图2的半导体结构100中的阻挡层102类似的配置。如图16C所示，在一些实施例中，阻挡层102包括第一介电层102a和第二介电层102b，并且第一介电层102a和第二介电层102b设置在衬底101的第二侧101b上方以形成阻挡层102。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b具有与图3和图4中类似的配置。在一些实施例中，第一介电层102a设置在衬底101上方并且然后在第一介电层102a上方设置第二介电层102b。在一些实施例中，第二介电层102b设置在衬底101上方并且然后在第二介电层102b上方设置第一介电层102a。
如图16D所示，在一些实施例中，阻挡层102包括若干第一介电层102a和若干第二介电层102b。在一些实施例中，第一介电层102a和第二介电层102b交替地设置在衬底101的第二侧101b上方。在一些实施例中，第一介电层102a设置在衬底101上方并且然后在第一介电层102a上方设置第二介电层102b。在一些实施例中，第二介电层102b设置在衬底101上方并且然后在第二介电层102b上方设置第一介电层102a。
在一些实施例中，第一介电层102a包括氧化物或碳化物，并且第二介电层102b包括氮化物。在一些实施例中，通过氧化、化学汽相沉积(CVD)或任何其他合适的操作形成第一介电层102a或第二介电层102b。
在操作803中，如图16E所示，在阻挡层102上方设置栅格104。在一些实施例中，通过诸如CVD、溅射等的任何合适的操作在阻挡层102上方设置金属层或氧化物层以形成栅格104。在一些实施例中，阻挡层102设置在栅格104和衬底101之间。
在操作804中，如图16F所示，去除栅格104的第一部分以形成第一凹槽107。在一些实施例中，第一凹槽107延伸穿过栅格104。在一些实施例中，阻挡层102设置在第一凹槽107和衬底101之间。
在一些实施例中，通过光刻和蚀刻操作去除栅格104的第一部分。通过设置光刻胶并且通过合适的显影液显影光刻胶来图案化光掩模。然后根据将形成的滤色镜的位置显影图案。光掩模仅允许去除栅格104的将形成的滤色镜的位置处的第一部分。结果，蚀刻掉栅格104的第一部分，并且形成第一凹槽107。
在操作805中，如图16G、图16H或图16I所示，第一滤色镜103设置在第一凹槽107内并且与阻挡层102交界。在一些实施例中，第一滤色镜103由栅格104围绕。在一些实施例中，通过旋涂或任何其他合适的操作设置第一滤色镜103。在一些实施例中，第一滤色镜103配置为过滤可见光。第一滤色镜103仅允许一种原色穿过。在一些实施例中，第一滤色镜103是红色滤色镜、绿色滤色镜或蓝色滤色镜。在一些实施例中，在第一滤色镜103上方设置微透镜以用于使电磁辐射朝着衬底101中的光敏二极管聚焦和导向。在一些实施例中，如图16G、图16H或图16I所示，形成半导体结构。图16G的半导体结构对应于图1和图2的半导体结构100。图16I的半导体结构对应于图3和图4的半导体结构300。
图17是制造半导体结构的方法900的实施例。方法900包括多个操作(901、902、903、904、905、906和907)。
在操作901中，如图17A所示，接收或提供衬底101。在一些实施例中，操作901类似于操作801。在一些实施例中，在衬底101的第二侧101b上方设置高介电常数(高k)介电层106。
在操作902中，如图17B、图17C或图17D所示，在衬底101的第二侧101b上方设置阻挡层102。在一些实施例中，操作902类似于操作802。如图17C所示，在一些实施例中，阻挡层102包括第一介电层102a和第二介电层102b。如图17D所示，在一些实施例中，阻挡层102包括若干第一介电层102a和若干第二介电层102b。
在操作903中，如图17E所示，在阻挡层102上方设置栅格104。在一些实施例中，操作903类似于操作803。在一些实施例中，阻挡层102设置在栅格104和衬底101之间。
在操作904中，如图17F所示，去除栅格104的第一部分以形成第一凹槽107。在一些实施例中，操作904类似于操作804。在一些实施例中，通过光刻和蚀刻操作形成第一凹槽107。
在操作905中，如图17G或图17H所示，去除栅格104的第二部分和阻挡层102的部分以形成第二凹槽108。在一些实施例中，通过与第一凹槽107的形成类似的光刻和蚀刻操作形成第二凹槽108。在一些实施例中，第二凹槽108延伸穿过栅格104和阻挡层102。在一些实施例中，第二凹槽108延伸穿过栅格104、第一介电层102a的一个或多个和第二介电层102b的一个或多个。因此，如图17H所示，在第一介电层102a的一个或多个上方或者第二介电层102b的一个或多个上方设置第二凹槽108。在一些实施例中，在衬底101上方设置第二凹槽108。
在操作906中，如图17I所示，在第一凹槽107内设置第一滤色镜103。在一些实施例中，操作906类似于操作805。在一些实施例中，阻挡层102设置在第一滤色镜103和衬底101之间。
在操作907中，如图17J所示，在第二凹槽108内设置第二滤色镜105。在一些实施例中，通过旋涂或任何其他合适的操作设置第二滤色镜105。在一些实施例中，在衬底101上方设置第二滤色镜105。在一些实施例中，在第二滤色镜105上方设置微透镜。在一些实施例中，同时形成第二滤色镜105和第一滤色镜103。在一些实施例中，在形成第一滤色镜103之前形成第二滤色镜105。
在一些实施例中，第二滤色镜105配置为过滤非可见光。在一些实施例中，第二滤色镜105是仅允许IR穿过并且撞击在衬底101上的IR滤色镜。，在一些实施例中，如图17J、图17K或图17L所示，形成半导体结构。图17J的半导体结构对应于图5和图6的半导体结构300。图17K的半导体结构对应于图7和图8的半导体结构400。图17L的半导体结构对应于图9和图10的半导体结构500。
在本发明中，公开了一种具有改进的半导体结构的图像感测器件。半导体结构包括衬底和若干滤色镜。限定了用于感测入射在衬底上的电磁辐射中的非可见光的非可见光像素。滤色镜允许诸如红外(IR)的非可见光穿过并且撞击在衬底中的相应的光敏二极管上，从而可以获得电磁辐射中的非可见光的信息以用于随后的图像处理。此外，半导体结构限定为具有邻近非可见光像素的可见光像素。阻挡层包括在可见光像素中并且设置在衬底和滤色镜之间。阻挡层包括诸如氮化物、氧化物或碳化物的若干介电层。阻挡层防止诸如IR的非可见光入射在可见光像素内的光敏二极管上。
在一些实施例中，一种半导体结构包括：衬底，包括第一侧和与第一侧相对设置的并且配置为接收电磁辐射的第二侧；阻挡层，设置在衬底的第二侧上方；滤色镜，设置在阻挡层上方；以及栅格，围绕滤色镜并且设置在阻挡层上方，其中，阻挡层配置为吸收或反射电磁辐射中的非可见光，并且阻挡层设置在栅格和衬底之间。
在一些实施例中，非可见光包括红外(IR)。在一些实施例中，阻挡层包括氮化物。在一些实施例中，阻挡层的厚度基本上大于0.31μm。在一些实施例中，阻挡层包括第一介电层和第二介电层。在一些实施例中，阻挡层包括多个第一介电层和多个第二介电层，并且多个第一介电层和多个第二介电层交替地设置。在一些实施例中，滤色镜配置为允许电磁辐射中的可见光穿过。在一些实施例中，衬底的厚度基本上大于约3μm。在一些实施例中，衬底包括配置为根据撞击在光敏二极管上的电磁辐射的强度或亮度而生成信号的光敏二极管。
在一些实施例中，一种半导体结构包括：衬底，包括第一侧和与第一侧相对设置的并且配置为接收电磁辐射的第二侧；第一介电层，设置在衬底的第二侧上方；第二介电层，设置在第一介电层上方和衬底的第二侧上方；第一滤色镜，设置在衬底的第二侧上方并且配置为允许电磁辐射中的可见光穿过；以及第二滤色镜，设置在衬底的第二侧上方并且配置为允许电磁辐射中的红外(IR)穿过；栅格，将第一滤色镜与第二滤色镜分隔开并且设置在第一介电层和第二介电层上方，其中，第一介电层和第二介电层围绕第二滤色镜。
在一些实施例中，第一介电层和第二介电层配置为吸收或反射穿过第一滤色镜的电磁辐射中的红外(IR)。在一些实施例中，电磁辐射中的红外(IR)穿过第二滤色镜并且撞击在衬底上。在一些实施例中，第一介电层包括氧化物或碳化物，并且第二介电层包括氮化物。在一些实施例中，第一介电层的厚度基本上大于0.06μm。在一些实施例中，第二介电层的厚度基本上大于0.15μm。在一些实施例中，半导体结构还包括设置在衬底的第二侧上的高介电常数(高k)介电层。
在一些实施例中，一种制造半导体结构的方法包括：接收衬底，衬底包括第一侧和与第一侧相对的第二侧，在衬底的第二侧上方设置阻挡层，在阻挡层上方设置栅格，去除栅格的第一部分以形成第一凹槽，以及将第一滤色镜设置在第一凹槽内并且第一滤色镜与阻挡层交界，其中，阻挡层设置在栅格和衬底之间。
在一些实施例中，设置阻挡层包括设置第一介电层和第二介电层。在一些实施例中，设置阻挡层包括交替地设置多个第一介电层和多个第二介电层。在一些实施例中，该方法还包括去除栅格的第二部分和阻挡层的部分以形成第二凹槽，以及在第二凹槽内设置第二滤色镜。
根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体结构，包括：衬底，包括第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对设置并且配置为接收电磁辐射；阻挡层，设置在所述衬底的所述第二侧上方；滤色镜，设置在所述阻挡层上方；以及栅格，围绕所述滤色镜并且设置在所述阻挡层上方，其中，所述阻挡层配置为吸收或反射所述电磁辐射中的非可见光，并且所述阻挡层设置在所述栅格和所述衬底之间。
在上述的半导体结构中，所述非可见光包括红外(IR)。
在上述的半导体结构中，所述阻挡层包括氮化物。
在上述的半导体结构中，所述阻挡层的厚度基本上大于0.21μm。
在上述的半导体结构中，所述阻挡层包括第一介电层和第二介电层。
在上述的半导体结构中，所述阻挡层包括多个第一介电层和多个第二介电层，并且所述多个第一介电层和所述多个第二介电层交替地设置。
在上述的半导体结构中，所述滤色镜配置为允许所述电磁辐射中的可见光穿过。
在上述的半导体结构中，所述衬底的厚度基本上大于约3μm。
在上述的半导体结构中，所述衬底包括光敏二极管，所述光敏二极管配置为根据撞击在所述光敏二极管上的所述电磁辐射的强度或亮度而生成信号。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种半导体结构，包括：衬底，包括第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对设置并且配置为接收电磁辐射；第一介电层，设置在所述衬底的所述第二侧上方；第二介电层，设置在所述第一介电层和所述衬底的所述第二侧上方；第一滤色镜，设置在所述衬底的所述第二侧上方并且配置为允许所述电磁辐射中的可见光穿过；以及第二滤色镜，设置在所述衬底的所述第二侧上方并且配置为允许所述电磁辐射中的红外(IR)穿过；栅格，将所述第一滤色镜与所述第二滤色镜分隔开并且设置在所述第一介电层和所述第二介电层上方，其中，所述第一介电层和所述第二介电层围绕所述第二滤色镜。
在上述的半导体结构中，所述第一介电层和所述第二介电层配置为吸收或反射所述电磁辐射中的穿过所述第一滤色镜的的所述红外(IR)。
在上述的半导体结构中，所述电磁辐射中的所述红外(IR)穿过所述第二滤色镜并且撞击在所述衬底上。
在上述的半导体结构中，所述第一介电层包括氧化物或碳化物，并且所述第二介电层包括氮化物。
在上述的半导体结构中，所述第一介电层的厚度基本上大于0.06μm。
在上述的半导体结构中，所述第二介电层的厚度基本上大于0.15μm。
在上述的半导体结构中，还包括：高介电常数(高K)介电层，设置在所述衬底的所述第二侧上。
根据本发明的又另一实施例，还提供了一种制造半导体结构的方法，包括：接收衬底，所述衬底包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；在所述衬底的所述第二侧上方设置阻挡层；在所述阻挡层上方设置栅格；去除所述栅格的第一部分以形成第一凹槽；以及在所述第一凹槽内设置第一滤色镜，并且所述第一滤色镜与所述阻挡层交界，其中，所述阻挡层设置在所述栅格和所述衬底之间。在上述的方法中，设置所述阻挡层包括设置第一介电层和第二介电层。在上述的方法中，其中，设置所述阻挡层包括交替地设置多个第一介电层和多个第二介电层。在上述的方法中，还包括：去除所述栅格的第二部分和所述阻挡层的部分以形成第二凹槽；以及在所述第二凹槽内设置第二滤色镜。
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 (10)

1.一种半导体结构，包括：
衬底，包括第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对设置并且配置为接收电磁辐射；
阻挡层，设置在所述衬底的所述第二侧上方；
滤色镜，设置在所述阻挡层上方；以及
栅格，围绕所述滤色镜并且设置在所述阻挡层上方，
其中，所述阻挡层配置为吸收或反射所述电磁辐射中的非可见光，并且所述阻挡层设置在所述栅格和所述衬底之间。
2.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述非可见光包括红外(IR)。
3.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述阻挡层包括氮化物。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述阻挡层的厚度基本上大于0.21μm。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述阻挡层包括第一介电层和第二介电层。
6.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述阻挡层包括多个第一介电层和多个第二介电层，并且所述多个第一介电层和所述多个第二介电层交替地设置。
7.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述滤色镜配置为允许所述电磁辐射中的可见光穿过。
8.根据权利要求1所述的半导体结构，其中，所述衬底的厚度基本上大于约3μm。
9.一种半导体结构，包括：
衬底，包括第一侧和第二侧，所述第二侧与所述第一侧相对设置并且配置为接收电磁辐射；
第一介电层，设置在所述衬底的所述第二侧上方；
第二介电层，设置在所述第一介电层和所述衬底的所述第二侧上方；
第一滤色镜，设置在所述衬底的所述第二侧上方并且配置为允许所述电磁辐射中的可见光穿过；以及
第二滤色镜，设置在所述衬底的所述第二侧上方并且配置为允许所述电磁辐射中的红外(IR)穿过；
栅格，将所述第一滤色镜与所述第二滤色镜分隔开并且设置在所述第一介电层和所述第二介电层上方，
其中，所述第一介电层和所述第二介电层围绕所述第二滤色镜。
10.一种制造半导体结构的方法，包括：
接收衬底，所述衬底包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；
在所述衬底的所述第二侧上方设置阻挡层；
在所述阻挡层上方设置栅格；
去除所述栅格的第一部分以形成第一凹槽；以及
在所述第一凹槽内设置第一滤色镜，并且所述第一滤色镜与所述阻挡层交界，
其中，所述阻挡层设置在所述栅格和所述衬底之间。
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