CN106531752A - 具有串扰改进的cmos图像传感器结构 - Google Patents

具有串扰改进的cmos图像传感器结构 Download PDF

Info

Publication number
CN106531752A
CN106531752A CN201610669565.8A CN201610669565A CN106531752A CN 106531752 A CN106531752 A CN 106531752A CN 201610669565 A CN201610669565 A CN 201610669565A CN 106531752 A CN106531752 A CN 106531752A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
lattice structure
color filter
semiconductor device
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201610669565.8A
Other languages
English (en)
Inventor
郑允玮
周俊豪
蔡宗翰
李国政
简荣亮
许永隆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Original Assignee
Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd filed Critical Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Publication of CN106531752A publication Critical patent/CN106531752A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
    • H01L27/14627—Microlenses
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated imager structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14689—MOS based technologies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

一种半导体器件包括衬底、器件层、复合栅格结构、钝化层和滤色器。器件层位于衬底上面。复合栅格结构位于器件层上面。复合栅格结构包括：穿过复合栅格结构的腔，并且复合栅格结构包括金属栅格层和堆叠在金属栅格层上的介电栅格层。钝化层共形地覆盖复合栅格结构。滤色器分别地填充腔。本发明实施例涉及具有串扰改进的CMOS图像传感器结构。

Description

具有串扰改进的CMOS图像传感器结构
技术领域
本发明实施例涉及具有串扰改进的CMOS图像传感器结构。
背景技术
操作半导体图像传感器以感测光。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，它们广泛用于各种应用中，诸如数字静物摄影机(DSC)、手机摄像头、数字视频(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以吸收光并且将感测的光转换成数字数据或电信号，每个图像传感器元件均包括光电二极管和其他元件。
前照式(FSI)CMOS图像传感器和背照式(BSI)CMOS图像传感器是两种类型的CMOS图像传感器。FSI CMOS图像传感器可用于检测从其前侧投射的光，而BSI CMOS图像传感器可用于检测从其背侧投射的光。BSI CMOS图像传感器可以缩短光学路径并且增大填充因子以提高单位面积的光敏性以及量子效率，并且可以降低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图像传感器具有较高的主射线角度，这允许实施更短的透镜高度，从而实现更薄的相机模块。因此，BSI CMOS图像传感器技术正在变为主流技术。
然而，传统的BSI CMOS图像传感器和制造BSI CMOS图像传感器的方法并不是在每一方面都使完全满意的。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体器件，包括：衬底；器件层，位于所述衬底上面；复合栅格结构，位于所述器件层上面，其中，所述复合栅格结构包括穿过所述复合栅格结构的多个腔，并且所述复合栅格结构包括金属栅格层和堆叠在所述金属栅格层上的介电栅格层；钝化层，共形地覆盖所述复合栅格结构；以及多个滤色器，分别填充所述腔。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种半导体器件，包括：衬底；器件层，设置在所述衬底上；抗反射涂层，设置在所述器件层上；缓冲层，设置在所述抗反射涂层上；复合栅格结构，设置在所述缓冲层上，其中，所述复合栅格结构包括暴露所述缓冲层的部分的多个腔，并且所述复合栅格结构包括顺序地堆叠在所述缓冲层上的金属栅格层和介电栅格层；钝化层，共形地覆盖所述复合栅格结构；多个滤色器，分别填充所述腔；以及多个微透镜，分别覆盖所述滤色器的顶面。
根据本发明的又另一个实施例，还提供了一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成器件层；在所述器件层上方形成复合结构，其中，实施形成所述复合结构的操作以顺序地形成堆叠在所述器件层上的金属层和介电层；在所述复合结构中并且穿过所述复合结构形成多个腔，从而形成复合栅格结构；形成共形地覆盖所述复合栅格结构的钝化层；以及形成分别填充所述腔的多个滤色器。在上述方法中，形成所述金属层的操作包括由钨或由铝铜合金形成所述金属层。
附图说明
当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以更好地理解本发明的实施例。应该强调的是，根据工业中的标准实践，对各种部件没有按比例绘制并且仅仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或缩小。
图1是根据各个实施例的半导体器件的示意性截面图。
图2是根据各个实施例的半导体器件的示意性截面图。
图3A至图3E是根据各个实施例示出的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5E是根据各个实施例示出的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形成为直接接触的实施例，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。
此处所使用的术语只用于描述具体的实施例，不用于限制附加权利要求。例如，除非另有限制，单一形式的术语“一”或“这”也可以表示复数形式。诸如“第一”和“第二”的术语用于描述各种器件、区域和层等，但是这种术语仅用于区分一种器件、一个区域或一个层与另一器件、另一区域或另一层。因此，在不背离要求保护的主题的精神的情况下，第一区域可以称为第二区域，并且其余由此类推。而且，本发明在各个实例中可以重复参考数字和/或字母。该重复是出于简明和清楚的目的，而其本身并未指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个所列的相关联项目的任何以及所有的组合。
在传统的BSI CMOS图像传感器中，金属栅格设置在器件层上，并且蚀刻停止层和介电栅格顺序地设置在金属栅格上方，其中，为了将金属栅格与填充腔的滤色器分隔开，钝化层需要设置在蚀刻停止层和金属栅格之间以防止滤色器侵蚀金属栅格，其中，腔形成在介电栅格和蚀刻停止层中。但是，钝化层的存在增加了BSI CMOS图像传感器的厚度。此外，钝化层不具有光约束能力并且形成光学串扰路径，因此加剧了BSI CMOS图像传感器的光学串扰。
本发明的实施例涉及提供半导体器件和用于制造半导体器件的方法，其中，介电栅格层直接设置在金属栅格层上以形成复合栅格结构，并且钝化层共形地覆盖复合栅格结构，从而减小半导体器件的厚度，以及复合栅格结构有效地阻挡光扩散至邻近的光电器件。因此，由于光的路径较短，增加了半导体器件的量子效率，同时极大地改进了半导体器件的串扰效应和图像质量。
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图像传感器件，可以操作CMOS图像传感器件以用于感测入射光102。半导体器件100具有前侧104和背侧106。在一些实例中，半导体器件100是BSI CMOS图像传感器件，操作BSI CMOS图像传感器件以感测从其背侧106投射的入射光102。
如图1所示，半导体器件100包括衬底108、器件层110、复合栅格结构112、钝化层114以及诸如滤色器116a、116b和116c的各个滤色器。衬底108是半导体衬底并且可以由单晶半导体材料或化合物半导体材料组成。例如，衬底108是硅衬底。在一些实施例中，锗或玻璃也可以用作衬底108的材料。
器件层110设置在衬底108上方。在一些实例中，器件层110的材料包括硅。例如，器件层110的材料可以包括外延硅。器件层110包括各个光电器件118a、118b和118c。在一些实例中，光电器件118a、118b和118c是光电二极管。
复合栅格结构112设置在器件层110上方。复合栅格结构112包括形成在复合栅格结构112中并且穿过复合栅格结构112的各个腔120，从而使得腔120暴露出器件层110的部分。在一些实例中，如图1所示，每个腔120都具有梯形形状的截面。在某些实例中，每个腔120都具有矩形形状的截面。可以周期性地布置腔120。可以根据半导体器件100的要求来修改腔120之间的间距、每个腔120的深度、长度和宽度。
在一些实例中，复合栅格结构112包括金属栅格层122和介电栅格层124。金属栅格层122设置在器件层110上方，并且介电栅格层124堆叠在金属栅格层122上。腔120顺序地穿过介电栅格层124和金属栅格层122。在一些实例中，金属栅格层122由金属或金属合金形成，诸如钨或铝铜合金。例如，金属栅格层122可以具有在从大约至大约的范围内的厚度126。在一些实例中，介电栅格层124由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
再次参考图1，钝化层114共形地覆盖复合栅格结构112，从而使得钝化层114覆盖器件层110的暴露部分。钝化层114可适用于保护复合栅格结构112免于被滤色器116a、116b和116c侵蚀。在一些实例中，钝化层114由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
滤色器116a、116b和116c设置在钝化层114上并且相应地填充复合栅格结构112的腔120。可以顺序地布置滤色器116a、116b和116c。在一些示例性实例中，滤色器116a、116b和116c包括红滤色器、蓝滤色器和绿滤色器。在一些实例中，如图1所示，滤色器116a、116b和116c的顶面128a、128b和128c升至与钝化层114的顶部130相同的水平面处。
在一些实例中，如图1所示，半导体器件100可以可选地包括各个微透镜132a、132b和132c。微透镜132a、132b和132c分别覆盖滤色器116a、116b和116c的顶面128a、128b和128c。
介电栅格层124直接设置在金属栅格层122上以形成复合栅格结构112，从而减小半导体器件100的厚度，并且因为金属栅格层122和介电栅格层124之间没有额外的层，复合栅格结构112有效地阻挡光扩散至邻近的光电器件。相应地，由于光的路径较短，增加了半导体器件100的量子效率，同时极大地改进了半导体器件100的串扰效应和图像质量。
图2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200是CMOS图像传感器件，可以操作CMOS图像传感器件以用于感测入射光202。半导体器件200具有前侧204和背侧206。在一些实例中，半导体器件200是BSI CMOS图像传感器件，操作BSI CMOS图像传感器件以感测从BSI CMOS图像传感器件的背侧206投射的入射光202。
如图2所示，半导体器件200包括衬底208、器件层210、抗反射涂层212、缓冲层214、复合栅格结构216、钝化层218、各个滤色器和各个微透镜。在一些实例中，半导体器件200包括滤色器220a、220b和220c以及微透镜222a、222b和222c。衬底208是半导体衬底并且可以包括单晶半导体材料或化合物半导体材料。例如，硅、锗或玻璃可以用作衬底208的材料。
器件层210设置在衬底208上方。在一些实例中，器件层210的材料包括硅，诸如外延硅。器件层210包括各个光电器件224a、224b和224c。在一些实例中，光电器件224a、224b和224c是光电二极管。
再次参照图2，抗反射涂层212设置在器件层210上并且覆盖光电器件224a、224b和224c。抗反射涂层212适用于增加光的入射量。缓冲层214设置在抗反射涂层212上。缓冲层214可适用于增强复合栅格结构216以及滤色器220a、220b和220c至器件层210的粘合。
复合栅格结构216设置在缓冲层214上。复合栅格结构216包括形成在复合栅格结构216中并且穿过复合栅格结构216的各个腔226，从而使得腔226暴露出缓冲层214的部分。在一些实例中，如图2所示，每个腔226都具有梯形形状的截面。在某些实例中，每个腔226都具有矩形形状的截面。可以周期性地布置腔226。可以根据半导体器件200的要求来修改腔226之间的间距、每个腔226的深度、长度和宽度。
在一些实例中，复合栅格结构216包括金属栅格层228和介电栅格层230。如图2所示，金属栅格层228设置在缓冲层214上，并且介电栅格层230堆叠在金属栅格层228上。腔226顺序地穿过介电栅格层230和金属栅格层228。在一些实例中，金属栅格层228由金属或金属合金形成，诸如钨或铝铜合金。例如，金属栅格层228可以具有在从大约至大约的范围内的厚度232。在一些实例中，介电栅格层230由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
再次参考图2，钝化层218共形地覆盖复合栅格结构216和缓冲层214的暴露部分。钝化层218可适用于保护复合栅格结构216免于被滤色器220a、220b和220c侵蚀。在一些实例中，钝化层216由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
滤色器220a、220b和220c设置在钝化层218上并且相应地填充复合栅格结构216的腔226。可以顺序地布置滤色器220a、220b和220c。在一些示例性实例中，滤色器220a、220b和220c包括红滤色器、蓝滤色器和绿滤色器。在一些实例中，如图2所示，滤色器220a、220b和220c的顶面234a、234b和234c升至与钝化层218的顶部236相同的水平面处。微透镜222a、222b和222c分别覆盖滤色器220a、220b和220c的顶面234a、234b和234c。
通过将介电栅格层230直接设置在金属栅格层228上以形成复合栅格结构216，从而能够减小半导体器件200的厚度，并且因为金属栅格层228和介电栅格层230之间没有额外的层，复合栅格结构216有效地阻挡光扩散至邻近的光电器件。相应地，由于光的路径较短，增加了半导体器件200的量子效率，同时极大地改进了半导体器件200的串扰效应和图像质量。
图3A至图3E是根据各个实施例示出的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3A所示，提供了衬底300。衬底300是半导体衬底并且可以由单晶半导体材料或化合物半导体材料组成。例如，硅、锗或玻璃可以用作衬底300的材料。
再次参考图3A，例如，通过使用沉积技术、外延技术或接合技术使器件层302形成在衬底300上。在一些实例中，形成器件层302的操作包括由硅形成器件层302。例如，器件层302可以由外延硅形成。形成器件层302以包括各个光电器件304a、304b和304c。在一些实例中，光电器件304a、304b和304c是光电二极管。
如图3B所示，复合结构306形成在器件层302上并且覆盖光电器件304a、304b和304c。在一些实例中，实施形成复合结构306的操作以形成包括顺序地堆叠在器件层302上的金属层308和介电层310的复合结构306。金属层308由金属或金属合金形成，诸如钨或铝铜合金。例如，可以通过使用化学汽相沉积(CVD)技术或物理汽相沉积(PVD)技术形成金属层308。在一些示例性实例中，金属层308形成为具有在从大约至大约的范围内的厚度312。例如，介电层310可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术形成介电层310。
同时参照图3B和图3C，在复合结构306中形成各个腔314，以完成如图3C所示的复合栅格结构316。例如，可以通过使用光刻技术和蚀刻技术实施形成腔314的操作。形成腔314的操作包括：去除的介电层310的部分和复合结构306的金属层308的部分，以分别形成介电栅格层320和金属栅格层318并且以暴露出器件层302的部分。在一些示例性实例中，通过使用一个单个的蚀刻工艺来实施去除介电层310的部分和金属层308的部分的操作。腔314相应地暴露出光电器件304a、304b和304c。介电栅格层320形成为堆叠在金属栅格层318上以形成复合栅格结构316。在一些实例中，如图3C所示，每个腔314形成为具有梯形形状的截面。在某些实例中，每个腔314形成为具有矩形形状的截面。可以周期性地布置腔314。
如图3D所示，形成钝化层322以共形地覆盖复合栅格结构316，从而形成钝化层322以覆盖器件层302的暴露部分。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术或物理汽相沉积技术来实施形成钝化层322的操作。在一些实例中，钝化层322由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
如图3E所示，各个滤色器324a、324b和324c形成在钝化层322上并且分别填充腔314。可以顺序地布置滤色器324a、324b和324c。在一些示例性实例中，形成滤色器324a、324b和324c以包括红滤色器、蓝滤色器和绿滤色器。在一些实例中，实施形成滤色器324a、324b和324c的操作以形成分别具有顶面326a、326b和326c的滤色器324a、324b和324c，其中顶面326a、326b和326c升至与钝化层322的顶部328相同的水平面处。
如图3E所示，可以可选地形成各个微透镜330a、330b和330c以分别覆盖滤色器324a、324b和324c的顶面326a、326b和326c，从而完成半导体器件332。
同时参照图4以及图3A至图3E，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。方法开始于操作400，其中，提供衬底300。在操作402中，如图3A所示，在衬底300上形成器件层302。例如，可以使用沉积技术、外延技术或接合技术来实施形成器件层302的操作。在一些实例中，形成器件层302以包括各个光电器件304a、304b和304c，诸如光电二极管。
在操作404中，如图3B所示，复合结构306形成在器件层302上并且覆盖光电器件304a、304b和304c。在一些实例中，形成复合结构306以包括顺序地堆叠在器件层302上的金属层308和介电层310。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术或物理汽相沉积技术形成金属层308。在一些示例性实例中，形成金属层308以具有在从大约至大约的范围内的厚度312。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术形成介电层310。
在操作406中，参照图3B和图3C，去除复合结构308的介电层310的部分和金属层308的部分以在复合结构306中形成各个腔314，从而完成复合栅格结构316，诸如图3C所示。可以通过使用光刻技术和蚀刻技术实施形成腔314的操作。可以通过使用一个单个蚀刻工艺去除介电层310的部分和金属层308的部分，以分别地形成介电栅格层320和金属栅格层318。形成腔314以相应地暴露出光电器件304a、304b和304c。介电栅格层320形成为堆叠在金属栅格层318上以形成复合栅格结构316。
在操作408中，如图3D中所示，例如，使用化学汽相沉积技术或物理汽相沉积技术，形成钝化层322以共形地覆盖复合栅格结构316。形成钝化层322以覆盖器件层302的暴露部分。
在操作410中，如图3E中所示，各个滤色器324a、324b和324c形成在钝化层322上并且分别地填充腔314。例如，可以形成滤色器324a、324b和324c以包括红滤色器、蓝滤色器和绿滤色器。在一些实例中，实施形成滤色器324a、324b和324c的操作以形成分别具有顶面326a、326b和326c的滤色器324a、324b和324c，其中顶面326a、326b和326c升至与钝化层322的顶部328相同的水平面处。如图3E所示，可以可选地形成各个微透镜330a、330b和330c以分别覆盖滤色器324a、324b和324c的顶面326a、326b和326c，从而完成半导体器件332。
图5A至图5E是根据各个实施例示出的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，提供了衬底500。衬底500是半导体衬底并且可以由单晶半导体材料或化合物半导体材料组成。例如，硅、锗或玻璃可以用作衬底500的材料。
如图5A所示，例如，通过使用沉积技术、外延技术或接合技术使器件层502形成在衬底500上。在一些实例中，形成器件层502的操作包括由硅形成器件层502。例如，器件层502可以由外延硅形成。器件层502形成为包括各个光电器件504a、504b和504c。在一些实例中，光电器件504a、504b和504c是光电二极管。
再次参照图5A，例如，使用沉积技术使抗反射涂层506形成在器件层502上并且覆盖光电器件504a、504b和504c。抗反射涂层506适用于增加光的入射量。例如，通过使用沉积技术使在抗反射涂层506上形成缓冲层508。缓冲层508可适用于增强复合栅格结构520以及滤色器528a、528b和528c(参照图5E)至器件层502的粘合。
如图5B所示，复合结构510形成在缓冲层508上。在一些实例中，实施形成复合结构510的操作以形成包括顺序地堆叠在缓冲层508上的金属层512和介电层514的复合结构510。金属层512由金属或金属合金形成，诸如钨或铝铜合金。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术或物理汽相沉积技术形成金属层512。在一些示例性实例中，金属层512形成为具有在从大约至大约的范围内的厚度516。例如，介电层514可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术形成介电层514。
同时参照图5B和图5C，通过去除介电层514的部分和金属层512的部分在复合结构510中形成各个腔518，如图5C所示。例如，可以通过使用光刻技术和蚀刻技术实施形成腔518的操作。实施去除介电层514的部分和金属层512的部分的操作以分别地形成介电栅格层524和金属栅格层522并且暴露出缓冲层508的部分。在一些示例性实例中，通过使用一个单蚀刻工艺来实施去除介电层514的部分和金属层512的部分的操作。介电栅格层524形成为堆叠在金属栅格层522上以形成复合栅格结构520。在一些实例中，如图5C所示，每个腔518形成为具有梯形形状的截面。在某些实例中，形成每个腔518以具有矩形形状的截面。可以周期性地布置腔518。
如图5D所示，形成钝化层526以共形地覆盖复合栅格结构520，从而形成钝化层526以覆盖缓冲层508的暴露部分。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术或物理汽相沉积技术来实施形成钝化层526的操作。在一些实例中，钝化层526由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
如图5E所示，各个滤色器528a、528b和528c形成在钝化层526上并且分别地填充腔518。可以顺序地布置滤色器528a、528b和528c。在一些示例性实例中，形成滤色器528a、528b和528c以包括红滤色器、蓝滤色器和绿滤色器。在一些实例中，实施形成滤色器528a、528b和528c的操作以形成分别具有顶面530a、530b和530c的滤色器528a、528b和528c，其中顶面530a、530b和530c升至与钝化层526的顶部532相同的水平面处。
再次参照图5E，形成各个微透镜534a、534b和534c以分别覆盖滤色器528a、528b和528c的顶面530a、530b和530c，从而完成半导体器件536。
同时参照图6以及图5A至图5E，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。方法开始于操作600，其中，提供衬底500。在操作602中，如图5A所示，在衬底500上形成器件层502。例如，可以使用沉积技术、外延技术或接合技术来实施形成器件层502的操作。在一些实例中，形成器件层502以包括各个光电器件504a、504b和504c，诸如光电二极管。
在操作604中，再次参照图5A，例如，使用沉积技术使抗反射涂层506形成在器件层502上并且覆盖光电器件504a、504b和504c。抗反射涂层506适用于增加光的入射量。在操作606中，例如，通过使用沉积技术在抗反射涂层506上形成缓冲层508。缓冲层508可适用于增强复合栅格结构520以及滤色器528a、528b和528c(参照图5E)至器件层502的粘合。
在操作608中，如图5B中所示，复合结构510形成在缓冲层508上。在一些实例中，实施形成复合结构510的操作以形成包括顺序地堆叠在缓冲层508上的金属层512和介电层514的复合结构510。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术或物理汽相沉积技术形成金属层512。在一些示例性实例中，金属层512形成为具有在从大约至大约的范围内的厚度516。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术形成介电层514。
在操作610中，同时参照图5B和图5C，通过去除介电层514的部分和金属层512的部分在复合结构510中形成各个腔518，如图5C所示。例如，可以通过使用光刻技术和蚀刻技术实施形成腔518的操作。实施去除介电层514的部分和金属层512的部分的操作以分别地形成介电栅格层524和金属栅格层522并且以暴露出缓冲层508的部分。在一些示例性实例中，通过使用一个单个的蚀刻工艺来实施去除介电层514的部分和金属层512的部分的操作。介电栅格层524形成为堆叠在金属栅格层522上以形成复合栅格结构520。
在操作612中，如图5D中所示，形成钝化层526以共形地覆盖复合栅格结构520。钝化层526进一步覆盖缓冲层508的暴露部分。例如，可以通过使用化学汽相沉积技术或物理汽相沉积技术来实施形成钝化层526的操作。
在操作614中，如图5E中所示，各个滤色器528a、528b和528c形成在钝化层526上并且分别地填充腔518。可以顺序地布置滤色器528a、528b和528c。在一些示例性实例中，形成滤色器528a、528b和528c以包括红滤色器、蓝滤色器和绿滤色器。在一些实例中，实施形成滤色器528a、528b和528c的操作以形成分别具有顶面530a、530b和530c的滤色器528a、528b和528c，其中顶面530a、530b和530c升至与钝化层526的顶部532相同的水平面处。
再次参照图5E，形成各个微透镜534a、534b和534c以分别覆盖滤色器528a、528b和528c的顶面530a、530b和530c，从而完成半导体器件536。
根据实施例，本发明公开了一种半导体器件。半导体器件包括衬底、器件层、复合栅格结构、钝化层和滤色器。器件层位于衬底上面。复合栅格结构位于器件层上面。复合栅格结构包括：穿过复合栅格结构的腔，并且复合栅格结构包括金属栅格层和堆叠在金属栅格层上的介电栅格层。钝化层共形覆盖复合栅格结构。滤色器分别填充腔。
根据另一实施例，本发明公开了一种半导体器件。半导体器件包括：衬底、器件层、抗反射涂层、缓冲层、复合栅格结构、钝化层、滤色器和微透镜。器件层设置在衬底上。抗反射涂层设置在器件层上。缓冲层设置在抗反射涂层上。复合栅格结构设置在缓冲层上。复合栅格结构包括暴露出缓冲层的部分的腔，并且复合栅格结构包括顺序地堆叠在缓冲层上的金属栅格层和介电栅格层。钝化层共形地覆盖复合栅格结构。滤色器分别地填充腔。微透镜分别地覆盖滤色器的顶面。
根据又另一个实施例，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，提供衬底。在衬底上形成器件层。在器件层上方形成复合结构。实施形成复合结构的操作以顺序地形成堆叠在器件层上的金属层和介电层。腔形成在复合结构中并且穿过复合结构，从而形成复合栅格结构。形成钝化层以共形地覆盖复合栅格结构。形成滤色器以分别地填充腔。
根据本发明的一个实施例，提供了一种半导体器件，包括：衬底；器件层，位于所述衬底上面；复合栅格结构，位于所述器件层上面，其中，所述复合栅格结构包括穿过所述复合栅格结构的多个腔，并且所述复合栅格结构包括金属栅格层和堆叠在所述金属栅格层上的介电栅格层；钝化层，共形地覆盖所述复合栅格结构；以及多个滤色器，分别填充所述腔。
在上述半导体器件中，所述金属栅格层由钨形成或由铝铜合金形成。
在上述半导体器件中，所述金属栅格层具有在从500埃至5000埃的范围内的厚度。
在上述半导体器件中，所述介电栅格层由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
在上述半导体器件中，还包括设置在所述器件层和所述金属栅格层之间的抗反射涂层。
在上述半导体器件中，还包括设置在所述器件层和所述金属栅格层之间的缓冲层。
在上述半导体器件中，还包括分别覆盖所述滤色器的顶面的多个微透镜，滤色器。
在上述半导体器件中，所述滤色器的顶面升至与所述钝化层的顶部相同的水平面处。
根据本发明的另一个实施例，还提供了一种半导体器件，包括：衬底；器件层，设置在所述衬底上；抗反射涂层，设置在所述器件层上；缓冲层，设置在所述抗反射涂层上；复合栅格结构，设置在所述缓冲层上，其中，所述复合栅格结构包括暴露所述缓冲层的部分的多个腔，并且所述复合栅格结构包括顺序地堆叠在所述缓冲层上的金属栅格层和介电栅格层；钝化层，共形地覆盖所述复合栅格结构；多个滤色器，分别填充所述腔；以及多个微透镜，分别覆盖所述滤色器的顶面。
在上述半导体器件中，所述金属栅格层具有在从500埃至5000埃的范围内的厚度。
在上述半导体器件中，所述金属栅格层由钨形成或由铝铜合金形成。
在上述半导体器件中，所述介电栅格层由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
在上述半导体器件中，所述滤色器的所述顶面升至与所述钝化层的顶部相同的水平面处。
根据本发明的又另一个实施例，还提供了一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成器件层；在所述器件层上方形成复合结构，其中，实施形成所述复合结构的操作以顺序地形成堆叠在所述器件层上的金属层和介电层；在所述复合结构中并且穿过所述复合结构形成多个腔，从而形成复合栅格结构；形成共形地覆盖所述复合栅格结构的钝化层；以及形成分别填充所述腔的多个滤色器。在上述方法中，形成所述金属层的操作包括由钨或由铝铜合金形成所述金属层。
在上述方法中，形成所述金属层的操作包括形成具有在从500埃至5000埃的范围内的厚度的所述金属层。
在上述方法中，形成所述介电层的操作包括由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成所述介电层。
在上述方法中，形成所述腔的操作包括通过使用一个单个的蚀刻工艺去除所述介电层的部分和所述金属层的部分。
在上述方法中，实施形成所述滤色器的操作以形成所述滤色器，所述滤色器具有升至与所述钝化层的顶部相同的水平面处的顶面。
在上述方法中，还包括：在形成所述器件层的操作和形成所述复合结构的操作之间，在所述器件层上形成抗反射涂层；在形成所述抗反射涂层的操作和形成所述复合结构的操作之间，在所述抗反射涂层上形成缓冲层；以及在形成所述滤色器的操作之后，形成分别地覆盖所述滤色器的顶面的多个微透镜。
上面概述了若干实施例的部件、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现与在此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，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。

Claims (10)

1.一种半导体器件，包括：
衬底；
器件层，位于所述衬底上面；
复合栅格结构，位于所述器件层上面，其中，所述复合栅格结构包括穿过所述复合栅格结构的多个腔，并且所述复合栅格结构包括金属栅格层和堆叠在所述金属栅格层上的介电栅格层；
钝化层，共形地覆盖所述复合栅格结构；以及
多个滤色器，分别填充所述腔。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属栅格层由钨形成或由铝铜合金形成。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属栅格层具有在从500埃至5000埃的范围内的厚度。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述介电栅格层由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括设置在所述器件层和所述金属栅格层之间的抗反射涂层。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括设置在所述器件层和所述金属栅格层之间的缓冲层。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括分别覆盖所述滤色器的顶面的多个微透镜，滤色器。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述滤色器的顶面升至与所述钝化层的顶部相同的水平面处。
9.一种半导体器件，包括：
衬底；
器件层，设置在所述衬底上；
抗反射涂层，设置在所述器件层上；
缓冲层，设置在所述抗反射涂层上；
复合栅格结构，设置在所述缓冲层上，其中，所述复合栅格结构包括暴露所述缓冲层的部分的多个腔，并且所述复合栅格结构包括顺序地堆叠在所述缓冲层上的金属栅格层和介电栅格层；
钝化层，共形地覆盖所述复合栅格结构；
多个滤色器，分别填充所述腔；以及
多个微透镜，分别覆盖所述滤色器的顶面。
10.一种用于制造半导体器件的方法，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成器件层；
在所述器件层上方形成复合结构，其中，实施形成所述复合结构的操作以顺序地形成堆叠在所述器件层上的金属层和介电层；
在所述复合结构中并且穿过所述复合结构形成多个腔，从而形成复合栅格结构；
形成共形地覆盖所述复合栅格结构的钝化层；以及
形成分别填充所述腔的多个滤色器。
CN201610669565.8A 2015-09-09 2016-08-15 具有串扰改进的cmos图像传感器结构 Pending CN106531752A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/849,311 US9761622B2 (en) 2015-09-09 2015-09-09 CMOS image sensor structure with crosstalk improvement
US14/849,311 2015-09-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN106531752A true CN106531752A (zh) 2017-03-22

Family

ID=58190245

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610669565.8A Pending CN106531752A (zh) 2015-09-09 2016-08-15 具有串扰改进的cmos图像传感器结构

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9761622B2 (zh)
CN (1) CN106531752A (zh)
TW (1) TWI701821B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110010634A (zh) * 2019-02-27 2019-07-12 德淮半导体有限公司 隔离结构及其形成方法，图像传感器及其制造方法
CN112071870A (zh) * 2019-06-11 2020-12-11 爱思开海力士有限公司 图像感测装置及其形成方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021076154A1 (en) * 2019-10-18 2021-04-22 California Institute Of Technology Cmos color image sensors with metamaterial color splitting

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9041140B2 (en) * 2012-03-15 2015-05-26 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same
US9299740B2 (en) * 2012-05-31 2016-03-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor with low step height between back-side metal and pixel array
US9349767B2 (en) * 2014-04-16 2016-05-24 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensors with through-oxide via structures
US9553118B2 (en) * 2014-06-18 2017-01-24 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Formation of buried color filters in a back side illuminated image sensor using an etching-stop layer

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110010634A (zh) * 2019-02-27 2019-07-12 德淮半导体有限公司 隔离结构及其形成方法，图像传感器及其制造方法
CN110010634B (zh) * 2019-02-27 2021-07-06 德淮半导体有限公司 隔离结构及其形成方法，图像传感器及其制造方法
CN112071870A (zh) * 2019-06-11 2020-12-11 爱思开海力士有限公司 图像感测装置及其形成方法
CN112071870B (zh) * 2019-06-11 2024-03-08 爱思开海力士有限公司 图像感测装置及其形成方法
US11973100B2 (en) 2019-06-11 2024-04-30 SK Hynix Inc. Image sensing device and method for forming the same

Also Published As

Publication number Publication date
TW201711177A (zh) 2017-03-16
US9761622B2 (en) 2017-09-12
US20170069678A1 (en) 2017-03-09
TWI701821B (zh) 2020-08-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106531750B (zh) 具有串扰改善的cmos图像传感器结构
US10490587B2 (en) CIS structure with complementary metal grid and deep trench isolation and method for manufacturing the same
US10157946B2 (en) Method for forming CMOS image sensor structure
TWI566389B (zh) 固態成像裝置及其製造方法
CN105810698B (zh) 固态成像装置
US20230246047A1 (en) Image sensor
TWI641123B (zh) 影像感測裝置結構
KR20150027044A (ko) 촬상 장치
US9608021B2 (en) Image sensor and method for manufacturing thereof
CN106531752A (zh) 具有串扰改进的cmos图像传感器结构
US10957728B2 (en) CMOS image sensor structure with crosstalk improvement
TW201537739A (zh) 半導體元件及其製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20170322

WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication