CN107026182A - 图像传感器及其制造方法 - Google Patents

图像传感器及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107026182A
CN107026182A CN201611217129.3A CN201611217129A CN107026182A CN 107026182 A CN107026182 A CN 107026182A CN 201611217129 A CN201611217129 A CN 201611217129A CN 107026182 A CN107026182 A CN 107026182A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
detection unit
phase detection
layer
sensing unit
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.)
Granted
Application number
CN201611217129.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107026182B (zh
Inventor
魏嘉余
萧晋勋
邱柏钧
郑宇轩
许永隆
陈信吉
郑静玲
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 CN107026182A publication Critical patent/CN107026182A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107026182B publication Critical patent/CN107026182B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/60—Noise processing, e.g. detecting, correcting, reducing or removing noise
    • H04N25/62—Detection or reduction of noise due to excess charges produced by the exposure, e.g. smear, blooming, ghost image, crosstalk or leakage between pixels
    • 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
    • H01L27/1463—Pixel isolation 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
    • 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
    • H01L27/14643—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
    • H01L27/14683—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
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/703—SSIS architectures incorporating pixels for producing signals other than image signals
    • H04N25/704—Pixels specially adapted for focusing, e.g. phase difference pixel sets
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N25/00—Circuitry of solid-state image sensors [SSIS]; Control thereof
    • H04N25/70—SSIS architectures; Circuits associated therewith
    • H04N25/76—Addressed sensors, e.g. MOS or CMOS sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00—Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60—Control of cameras or camera modules
    • H04N23/67—Focus control based on electronic image sensor signals
    • H04N23/672—Focus control based on electronic image sensor signals based on the phase difference signals

Landscapes

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

Abstract

本发明实施例提供了一种图像传感器，包括衬底、沟槽隔离件、多个图像感测单元、至少一个相位检测单元，以及互连层。沟槽隔离件在衬底中，以及衬底的多个有源区通过沟槽隔离件彼此分隔。图像感测单元和至少一个相位检测单元在布置为阵列的有源区中，以及至少一个相位检测单元的感测面积比图像感测单元的每个的感测面积小。互连层设置在图像感测单元和至少一个相位检测单元上。此外，还提提供了图像传感器的制造方法。本发明实施例涉及图像传感器及其制造方法。

Description

图像传感器及其制造方法
技术领域
本发明实施例涉及图像传感器及其制造方法。
背景技术
与电荷耦合器件(CCD)传感器相比，CMOS图像传感器具有很多优势，诸如低电压操作、低功耗、与逻辑电路的兼容性、随机存取和低成本。在CMOS图像传感器中，广泛使用相位检测自动对焦(PDAF)CMOS图像传感器。PDAF CMOS图像传感器使光电二极管与金属栅格(设置在光电二极管上)相适应以补偿相位检测，由此实现对焦功能。
用于相邻的光电二极管的电流隔离方法主要是注入隔离。然而，注入隔离不足以消除相邻的光电二极管之间的串扰，从而降低PDAF CMOS图像传感器的敏感度。
发明内容
根据本发明的一个实施例，提供了一种一种图像传感器，包括：衬底；沟槽隔离件，位于所述衬底中，其中，所述衬底的多个有源区通过所述沟槽隔离件彼此分隔；多个图像感测单元；至少一个相位检测单元，其中，所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元位于布置为阵列的所述有源区中，以及所述至少一个相位检测单元的感测面积小于所述图像感测单元的每个的感测面积；以及互连层，设置在所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元上。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种图像传感器，包括：衬底；沟槽隔离件，位于所述衬底中，其中，所述衬底的多个有源区通过所述沟槽隔离件彼此分隔；多个图像感测单元；至少一个相位检测单元，其中，所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元位于布置为阵列的所述有源区中；屏蔽栅格层，所述屏蔽栅格层包括多个屏蔽栅格图案，所述屏蔽栅格图案设置在所述沟槽隔离件上从而使得所述屏蔽栅格图案完全屏蔽围绕所述图像感测单元的所述沟槽隔离件以及部分地屏蔽围绕所述至少一个相位检测单元的所述沟槽隔离件；以及互连层，设置在所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元上。
根据本发明的又一实施例，还提供了一种制造图像传感器的方法，包括：提供具有多个彼此分隔的有源区的衬底；在所述有源区中形成多个图像感测单元和至少一个相位检测单元，其中，所述图像感测单元的每个的尺寸大于所述至少一个相位检测单元的尺寸；在所述衬底上形成互连层；在两个相邻的所述有源区之间形成沟槽隔离件；图案化屏蔽材料层以在与所述互连层相对的所述衬底上方形成屏蔽栅格层。
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个方面。应当注意，根据工业中的标准实践，各个部件并非按比例绘制。事实上，为了清楚讨论，各个部件的尺寸可以任意增大或减小。
图1是根据一些实施例的制造图像传感器的方法的流程图。
图2A至图2J是根据一些实施例示出了图像传感器的制造工艺的截面图。
图3是图2E的图像传感器区的透视顶视图。
具体实施方式
下列公开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。下面将描述元件和布置的特定实例以简化本发明。当然这些仅仅是实例并不旨在限定本发明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触的实施例，也可以包括在第一部件和第二部件之间形成额外的部件使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。而且，本发明在各个实例中可重复参考数字和/或字母。这种重复仅是为了简明和清楚，其自身并不表示所论述的各个实施例和/或配置之间的关系。
此外，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。空间相对术语旨在包括除了附图中所示的方位之外，在使用中或操作中的器件的不同方位。装置可以以其它方式定位(旋转90度或在其他方位)，并且通过在本文中使用的空间关系描述符可同样地作相应地解释。
图1是根据一些实施例的示出了制造图像传感器的方法的流程图。图2A至图2J是根据一些实施例的示出了图像传感器的制造工艺的截面图。
参照图1和图2A，在步骤S001中提供了具有多个彼此分隔的有源区106的衬底102。具体地，第一衬底102包括第一表面102a和与第一表面102a相对的第二表面102b。多个绝缘体104形成在衬底102中并且从衬底102的第一表面102a朝着衬底102的内部延伸。换言之，形成绝缘体104以嵌入衬底102中。绝缘体104具有不同的尺寸，并且开口OP1形成在相邻的绝缘体104之间。换言之，多个具有不同尺寸的开口形成在绝缘体104中以构成布置在阵列中的有源区106。具体地，由于绝缘体104的开口OP1的尺寸不同，有源区106也将具有至少两种不同的尺寸。在一些实施例中，绝缘体104是浅沟槽隔离(STI)结构。然而，本发明不局限于此。在一些可选实施例中，其他绝缘材料可以适合作为绝缘体以将有源区106分隔。绝缘体104(即，STI结构)的形成工艺可以通过以下步骤实现。首先，通过诸如光刻/蚀刻工艺或其他合适的图案化工艺在衬底102中形成具有预定深度的多个浅沟槽。接下来，在沟槽中沉积介电层。随后，去除介电层的部分(例如，抛光、蚀刻或它们的组合)以形成绝缘体104(即，STI结构)。衬底102的材料包括硅，以及绝缘体104(即，STI结构)的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他合适的材料或它们的组合。在一些可选实施例中，该衬底102可以由一些其他合适的元素半导体，诸如金刚石或锗；合适的化合物半导体，诸如砷化镓、碳化硅、砷化铟、或磷化铟；或合适的合金半导体材料，诸如碳化硅锗，磷砷化镓或磷铟化镓制成。另外，在一些实施例中，衬底102的厚度为约1.5μm至约3μm。
参照图1和图2B,在步骤S002中，多个图像感测单元204和相位检测单元202形成在有源区106中。在一些实施例中，通过在衬底102的第一表面102a上的离子注入形成图像感测单元204和相位检测单元202。例如，图像感测单元204和相位检测单元202是光电二极管，其中光电二极管的每个均可以包括至少一个p型掺杂区、至少一个n型掺杂区和形成在p型掺杂区和n型掺杂区之间的p-n结。具体地，当衬底102是p型衬底，可以将诸如磷或砷的n型掺杂剂掺杂入有源区106以形成n型阱，从而在有源区106中的得到的p-n结能够执行图像感测功能和相位检测功能。类似地，当衬底102是n型衬底，可以将诸如硼或BF2的p型掺杂剂掺杂入有源区106以形成p型阱，从而在有源区106中的得到的p-n结能够执行图像感测功能和相位检测功能。这里省略了用于形成n型掺杂区(阱)或p型掺杂区(阱)的离子注入工艺的详细描述。在一些可选地实施例中，图像感测单元204和相位检测单元202可以是其他具有执行图像感测功能和相位检测功能的光电元件。当图像感测单元204和相位检测单元202的p-n结反向偏置时,p-n结对入射光敏感。被图像感测单元204和相位检测单元202接收或检测的光线转变为光电流，从而产生代表光电流强度的模拟信号。
如上所述，由于衬底102的有源区106具有不同的尺寸，形成在有源区106中的光电二极管也具有不同的尺寸。例如，图像感测单元204的每个的尺寸均大于相位检测单元202的每个的尺寸。具体地，如图2B所示，图像感测单元204的宽度为W1，相位检测单元202的宽度为W2，宽度W1大于宽度W2。在一些实施例中，图像感测单元204的长度和相位检测单元202的长度相同，下面所述的情况，图像感测单元204的每个的感测面积A1大于相位检测单元202的每个的感测面积A2。应该注意，只要感测面积A2小于图像感测单元204的感测面积A1，在一些可选地实施例中，图像感测单元204的长度和相位检测单元202的长度可以不同。此外，在一些实施例中，衬底102例证为包括多个相位检测单元202，但是这不解释为限制本发明。在一些可选实施例中，一个单个的相位检测单元202就足够。
在形成图像感测单元204和相位检测单元202之后，可以在衬底102上形成逻辑电路。逻辑电路指定用于接收和处理源于图像感测单元204和相位检测单元202的信号。例如，逻辑电路包括导线和NAND/NOR栅极。逻辑电路的材料包括但不限于金属和多晶硅。应该理解，逻辑电路的位置不限制在衬底102上。在一些可选地实施例中，逻辑电路可以在随后形成的其他元件上制造，后文将论述说明。
参照图1和图2C，在步骤S003中，互连层300形成在衬底102的第一表面102a上。互连层300与图像感测单元204和相位检测单元202接触，从而，由图像感测单元204和相位检测单元202产生的信号可以传输至其他部件以进行处理。例如，由图像感测单元204和相位检测单元202产生的模拟信号通过互连层300传输至诸如模数转换器(ADC)的其他部件以进行处理。在一些实施例中，互连层300包括迹线层302、304和接合衬底306，但是这不解释为限制本发明。在一些可选地实施例中，只要图像感测单元204和相位检测单元202的信号可以传输至其他部件以进行处理，前述的互连层300内的某个层可以省略。
在一些实施例中，迹线层302接触和/或电连接至图像感测单元204和相位检测单元202。另一迹线层304形成在迹线层302上，并且电连接至迹线层302。用于迹线层302、304的合适的材料包括诸如金属的导体。应该注意，迹线层302和迹线层304可以由相同或不同的材料制成，并且可以包括单层金属迹线或多层金属迹线。在迹线层302、304包括多层金属迹线的方案中，在每个金属迹线层之间插入层间介电层(ILD)。ILD层的材料包括：氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅酸盐玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、旋涂玻璃(SOG)、掺氟硅玻璃(FSG)、掺碳氧化硅(例如，SiCOH)、聚酰亚胺和/或它们的组合。接合衬底306设置在迹线层304上方。在一些实施例中，当接合衬底306用作保护层时，接合衬底306可以是用于增强器件的机械强度的空白衬底。在一些可选地实施例中，接合衬底306可以包括金属迹线(位于接合衬底306上)以用于信号传输。例如，如上所示，在一些实施例中，逻辑电路可以形成在接合衬底306上而不是形成在衬底102上。
随后，如图1的步骤S004和图2D所示，实施了减薄衬底102的步骤。在一些实施例中，实施衬底102的回抛光(back polishing)工艺以降低衬底102的厚度。换句话说，对衬底102的与互连层300相对的第二表面102b进行抛光。用于回抛光的方法包括机械抛光或化学抛光。例如，在一些实施例中，通过化学机械抛光(CMP)实现回抛光，在一些可选地实施例中，通过化学蚀刻实现回抛光。只要对衬底102抛光以得到期望的厚度，本发明不解释抛光方法。
然后，将衬底102翻转过来，从而使衬底102的第二表面102b朝上。如图1的步骤S005和图2E所示，包括多个第一沟槽隔离图案402和多个第二沟槽隔离图案404的沟槽隔离件400形成在衬底102中以及有源区106之间。在步骤S005中，对应于绝缘体104形成沟槽隔离件400(例如，图2D所示的STI结构)以分隔图像感测单元204的每个和分隔相位检测单元202的每个。与绝缘体104不同，沟槽隔离件400从衬底102的第二表面102b延伸至衬底102第一表面102a。换句话说，在一些实施例中，沟槽隔离件400穿过衬底102并且沟槽隔离件400是深沟槽隔离(DTI)件。用于形成沟槽隔离件400(例如，DTI)的工艺与绝缘体104的形成工艺相似，因此简要描述槽隔离件400的形成工艺。具体地，首先通过诸如光刻/蚀刻工艺或其他合适的图案化工艺在衬底102中形成具有预定深度的多个深沟槽。例如，沟槽可以从衬底102(原文是200，应该是102)的第二表面102b延伸至绝缘体104。接下来，介电层沉积在沟槽中。然后，去除介电层的部分以形成沟槽隔离件400。在一些实施例中，蚀刻掉介电层以形成DTI。与绝缘件104的材料相似，沟槽隔离件400的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、其他合适的材料或它们的组合。
图3是图2E的图像传感器区R1的透视顶视图。参照图2E和图3，如上所述，沟槽隔离件400包括第一沟槽隔离图案402和第二沟槽隔离图案404。图像感测单元204的每个被第一沟槽隔离图案402围绕以及相位检测单元202的每个被第一沟槽隔离图案402和第二沟槽隔离图案404围绕。具体地，在一些实施例中，图像感测单元204的每个邻近第一沟槽隔离图案402或(换个说法)被第一沟槽隔离图案402夹住，以及相位检测单元202的每个邻近至少一个第二沟槽隔离图案404。也就是说，图像感测单元204的每个不邻近任何第二沟槽隔离图案404。如上所述，绝缘体104结构具有不同的尺寸，从而对应于绝缘体104设置的第一沟槽隔离图案402和第二沟槽隔离图案404也将在尺寸方面有所不同。具体地，如图2E和图3所示，第二沟槽隔离图案404占据的面积A3大于第一沟槽隔离图案402占据的面积A4。
再次参照图1和图2F,在步骤S006中，抗反射涂(ARC)层500可以使用在衬底102的第二表面102b上以减少反射光。具体地，例如，ARC层的材料是碳化硅(SiC)、氮化硅(SiN)或高k介电膜。然而，本发明不局限于此。也可以使其他传统的合适的材料适用于作为ARC层的材料。
随后，如图1的步骤S007和图2G所示，介电层600形成在ARC层500上方。介电层600用作隔离导电材料。在一些实施例中，介电层600包括低k介电材料。应该注意，低k介电材料是具有低于3.9的介电常数的通常的介电材料。低k介电材料的实例包括：Black(加利福尼亚州的圣克拉拉的应用材料公司)、干凝胶、气凝胶、非晶氟化碳、聚对二甲苯、BCB(双苯并环丁烯)、Flare、(密歇根米特兰的陶氏化学公司)、氢倍半硅氧烷(HSQ)、氟化氧化硅(SiOF)和/或它们的组合。可以理解为，介电层600可以包括一种或多种材料和/或一个或多个介电层。在一些实施例中，通过可流动CVD(FCVD)、CVD、HDPCVD、旋涂、溅射或其他合适的方法形成具有合适厚度的介电层600。
参照图1和图2H,在步骤S008中，屏蔽材料层700a形成在介电层600上方从而为屏蔽材料层700a下方的部件屏蔽入射光。在一些实施例中，屏蔽材料层700a包括诸如钨、铝或其他合适的反射材料。然而，屏蔽材料层700a的材料不限制于此。其他不透明的材料(只要其相对于入射光具有透射率)可以适用于作为屏蔽材料层700a的材料。
参照图2H到图2I,如图1的步骤S009中所示，图案化屏蔽材料层700a以形成屏蔽栅格层700。在一些实施例中，使用诸如旋涂的工艺在蔽材料层700a上方形成掩模材料层800。掩模材料层800对诸如KrF、ArF、EUV或电子束光的特定曝光束敏感。例如，掩模材料层可以是由光敏树脂或其他合适的材料制成的光刻胶。在一些实施例中，掩模材料层包括聚合物、猝灭剂、发色团、溶剂和/或化学放大器(CA)。由于光掩模800a的帮助，在掩模材料层800上实施光刻工艺，随后可以实施蚀刻工艺以图案化屏蔽材料层700a。具体地，光刻工艺包括曝光、烘焙和显影，以及蚀刻工艺可以包括湿蚀刻或干蚀刻。
再次参照图2,屏蔽栅格层700形成在介电层600上方。屏蔽栅格层700包括多个屏蔽栅格图案702。为了让入射光到达图像感测单元204的感测面积A1和相位检测单元202的感测面积A2，屏蔽栅格图案702不与图像感测单元204和相位检测单元202重叠。如图2I所示，屏蔽栅格图案702完全屏蔽围绕图像感测单元204的沟槽隔离件400，而部分地屏蔽相位检测单元202的沟槽隔离件400。如上所述，换个说法，图像感测单元204的每个邻近第一沟槽隔离图案402，以及相位检测单元202的每个邻近至少一个第二沟槽隔离图案404。因此，屏蔽栅格图案702完全屏蔽第一沟槽隔离图案402，而部分地屏蔽第二沟槽隔离图案404。此外，开口OP2形成在两个相邻的屏蔽栅格图案702之间。由于相邻的屏蔽栅格图案702以基本相同的距离分隔，在屏蔽栅格图案702之中形成多个具有基本相同面积A5的开口OP2。屏蔽栅格图案702的开口OP2的面积A5与图像感测单元204的感测面积A1基本相等。另一方面，屏蔽栅格图案702的开口OP2的面积A5明显大于相位检测单元202的感测面积A2。由于屏蔽栅格图案702的开口OP2的面积A5大于相位检测单元202的感测面积A2，因此第二沟槽隔离图案404至少部分与屏蔽栅格图案702的开口OP2重叠。例如，在一些实施例中，被第二沟槽隔离图案404的每个占据的面积A3与屏蔽栅格图案702的开口OP2的面积A5的重叠百分比可以大于屏蔽栅格图案702的开口OP2的总面积A5的50％。
其后，参照图1和图2J,在步骤S100中，多个用于聚焦入射光束的微透镜900形成在屏蔽栅格层700上以完成图像传感器10的制造工艺。微透镜900的每个包括凸起形状的上表面，这样有助于汇聚入射光，从而增强被图像感测单元204的感测面积A1和相位检测单元202的感测面积A2接收的光。可以使用诸如二氧化硅或树脂材料在中间的透明膜上形成微透镜900。
在一些实施例中，由于图像感测单元204和相位检测单元202是CMOS(互补金属氧化物半导体)光电二极管，因此图像传感器10可以看作是相位检测自动对焦(PDAF)CMOS图像传感器。然而，本发明不限制于此。在可选实施例中，图像传感器10可以是其它形式的传感器。此外，由于相位检测单元202的感测面积A2不与屏蔽栅格图案702的开口OP2的整个面积A5重叠，因此相位检测单元202能够检测和计算入射光的方向，从而在聚焦功能方面实现高灵敏度。因此，可以实现具有高像素分辨率的CMOS图像传感器。此外，由于在图像感测单元204和相位检测单元202之间使用了沟槽隔离件400，有效地降低了图像感测单元204和相位检测单元202之间的串扰效应，从而增强了图像传感器整体的灵敏度。
根据本发明的一些实施例，一种图像传感器包括衬底、沟槽隔离件、多个图像感测单元、至少一个相位检测单元，以及互连层。沟槽隔离件在衬底中，以及衬底的多个有源区通过沟槽隔离件彼此分隔。图像感测单元和至少一个相位检测单元在布置为阵列的有源区中，以及至少一个相位检测单元的感测面积比图像感测单元的每个的感测面积小。互连层设置在图像感测单元和至少一个相位检测单元上。
根据一些可选地实施例，一种图像传感器包括衬底、沟槽隔离件、多个图像感测单元、至少一个相位检测单元，屏蔽栅格层以及互连层。沟槽隔离件在衬底中，以及衬底的多个有源区通过沟槽隔离件彼此分隔。图像感测单元和至少一个相位检测单元在布置为阵列的有源区中。屏蔽栅格层包括多个屏蔽栅格图案、屏蔽栅格图案设置在沟槽隔离件上，从而屏蔽栅格图案完全屏蔽围绕图像感测单元的沟槽隔离件以及部分地屏蔽围绕至少一个相位检测单元的沟槽隔离件。互连层设置在图像感测单元和至少一个相位检测单元上。
根据本发明的又一可选地实施例，一种用于制造图像传感器的方法包括至少以下步骤。提供了具有多个彼此分隔的有源区的衬底。多个图像感测单元和至少一个相位检测单元形成在有源区中，以及图像感测单元的每个的尺寸比至少一个相位检测单元的尺寸大。在衬底上形成互连层。在两个相邻的有源区之间形成沟槽隔离件。图案化屏蔽材料层以在与互连层相对的衬底上方形成屏蔽栅格层。
根据本发明的一个实施例，提供了一种一种图像传感器，包括：衬底；沟槽隔离件，位于所述衬底中，其中，所述衬底的多个有源区通过所述沟槽隔离件彼此分隔；多个图像感测单元；至少一个相位检测单元，其中，所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元位于布置为阵列的所述有源区中，以及所述至少一个相位检测单元的感测面积小于所述图像感测单元的每个的感测面积；以及互连层，设置在所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元上。
在上述图像传感器中，还包括位于所述沟槽隔离件上方的屏蔽栅格层，其中，所述屏蔽栅格层包括多个具有相同面积的开口，所述图像感测单元的每个的所述感测面积等于所述开口的面积，以及所述至少一个相位检测单元的所述感测面积小于所述开口的所述面积。
在上述图像传感器中，所述沟槽隔离件包括临近所述图像感测单元的每个的多个第一沟槽隔离图案以及包括临近所述至少一个相位检测单元的至少一个沟槽隔离图案，以及被所述第二沟槽隔离图案占据的面积大于被所述第一隔离沟槽图案占据的面积。
在上述图像传感器中，还包括设置在所述屏蔽栅格层和所述沟槽隔离件之间的介电层。
在上述图像传感器中，所述屏蔽栅格层的材料包括钨或铝。
在上述图像传感器中，所述衬底具有1.5μm至3μm的厚度。
在上述图像传感器中，还包括设置在所述屏蔽栅格层上方的多个微透镜。
在上述图像传感器中，所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元是光电二极管。
根据本发明的另一实施例，还提供了一种图像传感器，包括：衬底；沟槽隔离件，位于所述衬底中，其中，所述衬底的多个有源区通过所述沟槽隔离件彼此分隔；多个图像感测单元；至少一个相位检测单元，其中，所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元位于布置为阵列的所述有源区中；屏蔽栅格层，所述屏蔽栅格层包括多个屏蔽栅格图案，所述屏蔽栅格图案设置在所述沟槽隔离件上从而使得所述屏蔽栅格图案完全屏蔽围绕所述图像感测单元的所述沟槽隔离件以及部分地屏蔽围绕所述至少一个相位检测单元的所述沟槽隔离件；以及互连层，设置在所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元上。
在上述图像传感器中，所述屏蔽栅格图案不与所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元重叠。
在上述图像传感器中，所述沟槽隔离件包括临近所述图像感测单元的每个的多个第一沟槽隔离图案和临近所述至少一个相位检测单元的至少一个第二沟槽隔离图案，以及所述屏蔽栅格图案完全地屏蔽所述第一沟槽隔离图案以及部分地屏蔽所述至少一个第二沟槽隔离图案。
在上述图像传感器中，还包括设置在所述屏蔽栅格层和所述沟槽隔离件之间的介电层。
在上述图像传感器中，所述屏蔽栅格层的材料包括钨或铝。
在上述图像传感器中，所述衬底具有1.5μm至3μm的厚度。
在上述图像传感器中，还包括设置在所述屏蔽栅格层上方的多个微透镜。
在上述图像传感器中，所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元是光电二极管。
根据本发明的又一实施例，还提供了一种制造图像传感器的方法，包括：提供具有多个彼此分隔的有源区的衬底；在所述有源区中形成多个图像感测单元和至少一个相位检测单元，其中，所述图像感测单元的每个的尺寸大于所述至少一个相位检测单元的尺寸；在所述衬底上形成互连层；在两个相邻的所述有源区之间形成沟槽隔离件；图案化屏蔽材料层以在与所述互连层相对的所述衬底上方形成屏蔽栅格层。
在上述方法中，还包括：在所述衬底中形成浅沟槽隔离件，其中，所述浅沟槽隔离件具有多个开口；以及在所述浅沟槽隔离件的所述开口中形成图像感测单元和至少一个相位检测单元。
在上述方法中，还包括：在所述衬底和所述屏蔽栅格层之间形成介电层；以及在所述屏蔽栅格层上方形成多个微透镜。
在上述方法中，所述互连层包括至少一个迹线层和/或接合衬底。
上述内容概括了几个实施例的特征使得本领域技术人员可更好地理解本公开的各个方面。本领域技术人员应该理解，可以很容易地使用本发明作为基础来设计或更改其他的处理和结构以用于达到与本发明所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优点。本领域技术人员也应该意识到，这些等效结构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，可以进行多种变化、替换以及改变。

Claims (1)

1.一种图像传感器，包括：
衬底；
沟槽隔离件，位于所述衬底中，其中，所述衬底的多个有源区通过所述沟槽隔离件彼此分隔；
多个图像感测单元；
至少一个相位检测单元，其中，所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元位于布置为阵列的所述有源区中，以及所述至少一个相位检测单元的感测面积小于所述图像感测单元的每个的感测面积；以及
互连层，设置在所述图像感测单元和所述至少一个相位检测单元上。
CN201611217129.3A 2016-01-29 2016-12-26 图像传感器及其制造方法 Active CN107026182B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/009,836 US9832399B2 (en) 2016-01-29 2016-01-29 Image sensor and method for manufacturing the same
US15/009,836 2016-01-29

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107026182A true CN107026182A (zh) 2017-08-08
CN107026182B CN107026182B (zh) 2022-05-03

Family

ID=59387710

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611217129.3A Active CN107026182B (zh) 2016-01-29 2016-12-26 图像传感器及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9832399B2 (zh)
CN (1) CN107026182B (zh)
TW (1) TWI728027B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108666331A (zh) * 2018-04-11 2018-10-16 德淮半导体有限公司 金属栅格的形成方法、图像传感器及其形成方法
CN109302565A (zh) * 2018-11-12 2019-02-01 德淮半导体有限公司 图像传感器及其制造方法
CN110310970A (zh) * 2019-07-09 2019-10-08 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110335879A (zh) * 2019-07-09 2019-10-15 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170309577A1 (en) * 2016-04-25 2017-10-26 Infineon Technologies Ag Method of manufacturing semiconductor devices
US20170367574A1 (en) * 2016-06-24 2017-12-28 Verily Life Sciences Llc Eye cytometer for continuous health monitoring
US10121811B1 (en) 2017-08-25 2018-11-06 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method of high-aspect ratio pattern formation with submicron pixel pitch
KR102653348B1 (ko) 2018-10-12 2024-04-03 삼성전자주식회사 이미지 센서

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120248560A1 (en) * 2011-03-29 2012-10-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Image Sensors
CN102738185A (zh) * 2011-04-14 2012-10-17 台湾积体电路制造股份有限公司 用于背照式图像传感器金属栅格的侧壁及其制造方法
WO2013031537A1 (ja) * 2011-08-30 2013-03-07 富士フイルム株式会社 固体撮像装置及びデジタルカメラ
CN103208499A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 索尼公司 固态成像器件和电子装置
CN104347646A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 株式会社东芝 固体摄像装置以及固体摄像装置的制造方法
WO2015029425A1 (en) * 2013-09-02 2015-03-05 Sony Corporation Solid-state imaging element, production method thereof, and electronic device
CN104969540A (zh) * 2013-12-12 2015-10-07 索尼公司 固态成像器件、固态成像器件的制造方法和电子设备
US20150311245A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device
US20150325721A1 (en) * 2012-12-25 2015-11-12 Sony Corporation Solid-state image pickup device and electronic apparatus
CN105190891A (zh) * 2013-07-03 2015-12-23 索尼公司 固态摄像装置及其制造方法与电子设备

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015026675A (ja) * 2013-07-25 2015-02-05 ソニー株式会社 固体撮像素子およびその製造方法、並びに電子機器

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120248560A1 (en) * 2011-03-29 2012-10-04 Samsung Electronics Co., Ltd. Image Sensors
CN102738185A (zh) * 2011-04-14 2012-10-17 台湾积体电路制造股份有限公司 用于背照式图像传感器金属栅格的侧壁及其制造方法
US8610229B2 (en) * 2011-04-14 2013-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Sidewall for backside illuminated image sensor metal grid and method of manufacturing same
WO2013031537A1 (ja) * 2011-08-30 2013-03-07 富士フイルム株式会社 固体撮像装置及びデジタルカメラ
CN103208499A (zh) * 2012-01-13 2013-07-17 索尼公司 固态成像器件和电子装置
US20150325721A1 (en) * 2012-12-25 2015-11-12 Sony Corporation Solid-state image pickup device and electronic apparatus
CN105190891A (zh) * 2013-07-03 2015-12-23 索尼公司 固态摄像装置及其制造方法与电子设备
CN104347646A (zh) * 2013-07-31 2015-02-11 株式会社东芝 固体摄像装置以及固体摄像装置的制造方法
WO2015029425A1 (en) * 2013-09-02 2015-03-05 Sony Corporation Solid-state imaging element, production method thereof, and electronic device
CN104969540A (zh) * 2013-12-12 2015-10-07 索尼公司 固态成像器件、固态成像器件的制造方法和电子设备
US20150311245A1 (en) * 2014-04-23 2015-10-29 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Imaging device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108666331A (zh) * 2018-04-11 2018-10-16 德淮半导体有限公司 金属栅格的形成方法、图像传感器及其形成方法
CN109302565A (zh) * 2018-11-12 2019-02-01 德淮半导体有限公司 图像传感器及其制造方法
CN110310970A (zh) * 2019-07-09 2019-10-08 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法
CN110335879A (zh) * 2019-07-09 2019-10-15 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20170223285A1 (en) 2017-08-03
TW201727885A (zh) 2017-08-01
US9832399B2 (en) 2017-11-28
TWI728027B (zh) 2021-05-21
CN107026182B (zh) 2022-05-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107026182A (zh) 图像传感器及其制造方法
CN109728007B (zh) 图像传感器
TWI407553B (zh) 具有深光反射溝渠之背照式影像感測器
CN109585468A (zh) 单光子雪崩二极管spad图像传感器以及相关制造方法
JP5340950B2 (ja) 陥凹した誘電体を有するｃｍｏｓイメージャ・アレイ、およびその製造するための方法
US20090160983A1 (en) Method and apparatus providing light traps for optical crosstalk reduction
US10868065B2 (en) Front side illuminated image sensor device structure and method for forming the same
TWI525804B (zh) 影像感測器裝置及其製造方法
KR102308481B1 (ko) Cmos 센서 및 그 형성 방법
TWI669812B (zh) 影像感測器和影像感測器製造方法
TWI674669B (zh) 影像感測器裝置結構及其形成方法
KR20190089904A (ko) 고체 촬상 소자
KR20140079253A (ko) Bsi 이미지 센서를 위한 금속 실드 구조 및 방법
KR20190055766A (ko) 이미지 센서 디바이스용 차광층
KR20190070485A (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20130026467A1 (en) Dual metal for a backside package of backside illuminated image sensor
US20090090989A1 (en) Image Sensor and Method of Manufacturing the Same
CN111627943B (zh) 半导体装置及其形成方法
CN110828490B (zh) 背照式影像传感器
CN115995474A (zh) 图像传感器及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant