CN109728011A - 背照式bsi图像传感器 - Google Patents

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江伟杰
王铨中
曾建贤
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Abstract

本发明实施例涉及一种背照式BSI图像传感器，其包含：衬底，其包含正面及与所述正面对置的背面；多个像素传感器，其布置成阵列；隔离栅格，其安置于所述衬底中且使所述多个像素传感器彼此分离；及反射栅格，其在所述衬底的所述背面上安置于所述隔离栅格上方。所述反射栅格的深度小于所述隔离栅格的深度。

Description

背照式BSI图像传感器
技术领域
本发明实施例涉及半导体图像传感器，更具体的，涉及一种背照式BSI图像传感器。
背景技术
数字相机及其它成像装置采用图像传感器。图像传感器将光学图像转换成可表示为数字图像的数字数据。图像传感器包含像素传感器阵列及支持逻辑电路。阵列的像素传感器用于测量入射光的单位装置，且支持逻辑电路促进测量的读出。常用于光学成像装置中的图像传感器类型为背照式(BSI)图像传感器。BSI图像传感器制造可集成到常规半导体过程中以降低成本、减小尺寸及提高集成度。此外，BSI图像传感器具有低操作电压、低功率消耗、高量子效率、低读出噪声且允许随机存取。
发明内容
根据本发明的实施例，一种背照式(BSI)图像传感器包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；多个像素传感器，其布置成阵列；隔离栅格，其安置于所述衬底中且使所述多个像素传感器彼此分离；及反射栅格，其在所述衬底的所述背面上安置于所述隔离栅格上方，且所述反射栅格的深度小于所述隔离栅格的深度。
根据本发明的实施例，一种背照式(BSI)图像传感器包括：衬底；像素传感器；及混合隔离，其在所述衬底中包围所述像素传感器，且所述混合隔离包括导电结构及至少覆盖所述导电结构的侧壁的介电层。
根据本发明的实施例，一种背照式(BSI)图像传感器包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；像素传感器；彩色滤光器，其对应于所述像素传感器且在所述背面上安置于所述衬底上方；第一混合隔离，其在所述衬底中包围所述像素传感器；及第二混合隔离，其在所述衬底的所述背面上包围所述彩色滤光器。
附图说明
从结合附图阅读的以下详细描述最佳理解本揭露的方面。应注意，根据业界常规做法，各种构件未按比例绘制。实际上，为使讨论清楚，可任意增大或减小各种构件的尺寸。
图1为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的半导体图像传感器的一部分的俯视图。
图2为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的沿图1的线A-A'取得的半导体图像传感器的一部分的横截面图。
图3为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的半导体图像传感器的一部分的横截面图。
图4为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的半导体图像传感器的一部分的横截面图。
图5为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的半导体图像传感器的一部分的横截面图。
图6为表示用于制造根据本揭露的方面的半导体图像传感器的方法的流程图。
图7A到7H绘示根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的半导体图像传感器的一部分的一系列横截面图。
具体实施方式
以下揭露提供用于实施所提供标的的不同特征的诸多不同实施例或实例。下文将描述元件及布置的具体实例以简化本揭露。当然，此些仅为实例且不意在限制。例如，在以下描述中，“使第一构件形成于第二构件上方或第二构件上”可包含其中形成直接接触的所述第一构件及所述第二构件的实施例，且也可包含其中额外构件可形成于所述第一构件与所述第二构件之间使得所述第一构件及所述第二构件可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复旨在简化及清楚且其本身不指示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关系。
此外，为了方便描述，可在本文中使用空间相对术语(例如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”、“上面”及其类似者)来描述元件或构件与另一(些)元件或构件的关系，如图中所绘示。除图中所描绘的定向之外，空间相对术语也打算涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可依其它方式定向(旋转90度或依其它定向)，且也可据此解译本文中所使用的空间相对描述词。
如本文中所使用，例如“第一”、“第二”及“第三”的术语描述各种元件、组件、区域、层及/或区段，此些元件、组件、区域、层及/或区段不应受限于此些术语。此些术语可仅用于使元件、组件、区域、层或区段彼此区分。除非内文清楚指示，否则本文中所使用的例如“第一”、“第二”及“第三”的术语不隐含一序列或顺序。
如本文中所使用，术语“大致”、“大体上”、“实质”及“约”用于描述及解释小变动。当结合事件或状况使用时，术语可涉及其中精确发生所述事件或状况的例项以及其中非常近似发生所述事件或状况的例项。例如，当结合数值使用时，术语可涉及小于或等于所述数值的±10％的变动范围，例如小于或等于±5％，小于或等于±4％，小于或等于±3％，小于或等于±2％，小于或等于±1％，小于或等于±0.5％，小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％。例如，如果两个数值之间的差小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％，小于或等于±4％，小于或等于±3％，小于或等于±2％，小于或等于±1％，小于或等于±0.5％，小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％)，那么所述值可被视为“大体上”相同或相等。例如，“大体上”平行可涉及小于或等于±10°的相对于0°的角变动范围，例如小于或等于±5°，小于或等于±4°，小于或等于±3°，小于或等于±2°，小于或等于±1°，小于或等于±0.5°，小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°。例如，“大体上”垂直可涉及小于或等于±10°的相对于90°的角变动范围，例如小于或等于±5°，小于或等于±4°，小于或等于±3°，小于或等于±2°，小于或等于±1°，小于或等于±0.5°，小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°。
BSI图像传感器包含像素传感器阵列。通常，BSI图像传感器包含：集成电路，其具有半导体衬底及对应于布置于衬底内的像素传感器的感光装置(例如光电二极管)；集成电路的后段工艺(BEOL)金属化层，其安置于衬底的正面上方；及光学堆叠，其包含对应于安置于衬底的背面上方的像素传感器的彩色滤光器及微透镜。随着BSI图像传感器的大小减小，BSI图像传感器面临诸多挑战。BSI图像传感器的挑战为相邻像素传感器之间的串扰。随着BSI图像传感器变得越来越小，相邻图像传感器之间的距离变得越来越小，借此增大串扰的可能性。BSI图像传感器的另一挑战为光收集。此外，随着图像传感器变得越来越小，用于光收集的表面积变得越来越小，借此降低像素传感器的敏感度。此在弱光环境下很成问题。因此，需要减少串扰且提高像素传感器的吸收效率以提高BSI图像传感器的性能及敏感度。
因此，本揭露提供BSI图像传感器的像素传感器，其包含埋藏于用于提供相邻感光装置之间的隔离的隔离结构中的反射栅格。在一些实施例中，本揭露提供安置于衬底中的混合隔离，且所述混合隔离包含反射栅格。反射结构用作将光反射回感光装置的光导或反射镜。换句话说，光被导引及反射到像素传感器而非进入到相邻像素传感器。据此，减少串扰且因此提高像素传感器的性能及敏感度两者。
图1为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的半导体图像传感器100的一部分的俯视图，且图2为根据一些实施例中的本揭露的方面的沿图1的线A-A'取得的半导体图像传感器100的一部分的横截面图。在一些实施例中，半导体图像传感器100为BSI图像传感器100。如图1及2中所展示，BSI图像传感器100包含衬底102，且衬底102包含(例如(但不限于))块状半导体衬底，例如块状硅(Si)衬底或绝缘体上硅(SOI)衬底。衬底102具有正面102F及与正面102F对置的背面102B。BSI图像传感器100包含通常布置成阵列的多个像素传感器110，且像素传感器110的各者包含安置于衬底102中的感光装置，例如光电二极管112。换句话说，BSI图像传感器100包含对应于像素传感器110的多个光电二极管112。光电二极管112在衬底102中布置成列及行，且经配置以累积来自入射于其上的光子的电荷(例如电子)。此外，例如晶体管114的逻辑装置可在正面102F上安置于衬底102上方，且经配置以能够读出光电二极管112。像素传感器110经安置以接收具有预定波长的光。据此，在一些实施例中，光电二极管112可经操作以感测入射光的可见光。
在一些实施例中，多个隔离结构120安置于衬底102中，如图2中所展示。在一些实施例中，隔离结构120包含深沟槽隔离(DTI)且DTI结构可通过以下操作形成。例如，从衬底102的背面102B执行第一蚀刻。第一蚀刻导致包围且介于像素传感器110的光电二极管112之间的多个深沟槽(图中未展示)。接着，使用任何适合沉积技术(例如化学气相沉积(CVD))形成例如氧化硅(SiO)的绝缘材料以填充深沟槽。在一些实施例中，将介电层122(例如涂层122)内衬于深沟槽的侧壁及底部上且接着由绝缘结构124填满深沟槽。涂层122可包含低n材料，其具有小于此后将形成的彩色滤光器的折射率(n)。低n材料可包含SiO或氧化铪(HfO)，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，填充深沟槽的绝缘结构124可包含低n绝缘材料。接着，在一些实施例中，执行平坦化以去除多余绝缘材料，因此暴露背面102B上的衬底102的表面，且获得包围且介于像素传感器110的光电二极管112之间的DTI结构120，如图2中所展示。
更重要的是，接着去除绝缘结构124的一部分且因此可在各DTI结构120中形成多个凹槽(图中未展示)。接着，形成例如钨(W)、铜(Cu)或铝铜(AlCu)的导电材料或其它适合材料来填充凹槽。据此，在绝缘结构124上方形成导电结构126，如图2中所展示。导电结构126、绝缘结构124及介电层122构成包围像素传感器110的各光电二极管112的混合隔离128。换句话说，根据一些实施例，包含介电层122、绝缘结构124及导电结构126的混合隔离128设置及安置于衬底102中。在一些实施例中，混合隔离128的厚度T2小于衬底102的厚度T1。在一些实施例中，介电层122至少覆盖导电结构126的侧壁。此外，介电层122覆盖绝缘结构124的侧壁及底面。
在一些实施例中，抗反射涂层(ARC)116在背面102B上安置于衬底102上方且钝化层118安置于ARC 116上方。在一些实施例中，ARC 116及介电层122包含相同材料且可同时形成。因此，在衬底102的背面102B上获得大体上平坦且均匀的表面，如图2中所展示。
后段工艺(BEOL)金属化堆叠130安置于衬底102的正面102F上方。BEOL金属化堆叠130包含堆叠于层间介电(ILD)层134中的多个金属化层132。BEOL金属化堆叠130的一或多个接点电连接到逻辑装置114。在一些实施例中，ILD层134可包含低介电常量材料(即，具有小于3.9的介电常量的介电材料)或氧化物，但本揭露不受限于此。多个金属化层132可包含例如铜(Cu)、钨(W)或铝(Al)的金属，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构130与例如球栅阵列(BGA)的外部连接器(图中未展示)之间。此外，BSI图像传感器100透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。
参考图1及2，在一些实施例中，对应于像素传感器110的多个彩色滤光器150在背面102B上安置于衬底102上方。此外，另一绝缘结构140安置于彩色滤光器150之间。在一些实施例中，绝缘结构140包含栅格结构且彩色滤光器150定位于栅格内。因此，绝缘结构140包围各彩色滤光器150且使彩色滤光器150彼此分离，如图1及2中所展示。绝缘结构140可包含具有小于彩色滤光器150的折射率或小于Si的折射率的折射率的材料，但本揭露不受限于此。此外，导电结构126安置于绝缘结构124与绝缘结构140之间，如图1及2中所展示。
彩色滤光器150的各者安置于对应光电二极管112的各者上方。彩色滤光器150被指派给光的对应色彩或波长，且经配置以滤除除光的指派色彩或波长之外的所有色彩或波长。通常，彩色滤光器150的指派交替于红光、绿光及蓝光之间，使得彩色滤光器150包含红色滤光器150/R、绿色滤光器150/G及蓝色滤光器150/B，如图1中所展示。在一些实施例中，红色滤光器150/R、绿色滤光器150/G及蓝色滤光器150/B布置成拜耳(Bayer)或其它镶嵌图案，但本揭露不受限于此。
在一些实施例中，对应于各像素传感器110的微透镜160安置于彩色滤光器150上方。应易于了解，各微透镜160的位置及面积对应于彩色滤光器150的位置及面积或像素传感器110的位置及面积，如图2中所展示。
在一些实施例中，混合隔离128的绝缘结构124及介电层122形成衬底102中的隔离栅格120，且隔离栅格120提供相邻像素传感器110之间的电隔离。换句话说，隔离栅格120使包含光电二极管112的多个像素传感器110彼此分离。在一些实施例中，隔离栅格120的深度DI小于衬底102的厚度T1，如图2中所展示。在一些实施例中，混合隔离128的导电结构126形成在衬底102的背面102B上安置于隔离栅格120上方的反射栅格126。在一些实施例中，隔离栅格120的深度DI小于衬底102的厚度T1且反射栅格126的深度DR小于隔离栅格120的深度DI。应注意，反射栅格126的深度DR与像素传感器110的节距P有关。例如(但不限于)，当像素传感器110的节距P为约0.9微米(μm)时，反射栅格126的深度DR可大于0.1μm且小于隔离栅格120的深度DI。在一些实施例中，当像素传感器110的节距P为约0.7μm时，反射栅格126的深度DR可大于0.2μm且小于隔离栅格120的深度DI。在一些实施例中，彩色滤光器150之间的绝缘结构140在背面102B上形成衬底102上方的低n栅格140。因此，低n栅格140使彩色滤光器150彼此分离。如图2中所展示，反射栅格126安置于低n栅格140与隔离栅格120之间。此外，在一些实施例中，从平面图看，低n栅格140与反射栅格126及隔离栅格120重叠。
归因于低折射率，低n栅格140用作将光导引或反射到彩色滤光器150的光导。因此，低n结构140有效增加入射到彩色滤光器150中的光量。此外，归因于低折射率，低n栅格140提供相邻彩色滤光器150之间的光学隔离。反射栅格126用作光导或反射镜且将光反射到光电二极管112。因此，反射栅格126有效增加由光电二极管112吸收的光量且因此提供相邻像素传感器110之间的光学隔离。另一方面，包含介电层122及绝缘结构124的隔离栅格120提供相邻像素传感器110之间的电隔离。换句话说，隔离栅格120使包含光电二极管112的多个像素传感器110彼此分离以借此用作衬底隔离栅格且减少串扰。
图3为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的半导体图像传感器200的一部分的横截面图。应易于了解，BSI图像传感器100及BSI图像传感器200中的相同元件可包含相同材料及/或通过相同操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，半导体图像传感器200为BSI图像传感器200。在一些实施例中，BSI图像传感器200的俯视图可类似于图1中所展示，但本揭露不受限于此。如图3中所展示，BSI图像传感器200包含衬底202且衬底202具有正面202F及与正面202F对置的背面202B。BSI图像传感器200包含通常布置成阵列的多个像素传感器210。对应于像素传感器210的多个感光装置(例如光电二极管212)安置于衬底202中。光电二极管212在衬底202中布置成行及列。换句话说，像素传感器210的各者包含例如光电二极管212的感光装置。此外，例如晶体管214的逻辑装置安置于衬底202的正面202F上方且经配置以能够读出光电二极管212。
多个隔离结构220安置于衬底202中，如图3中所展示。在一些实施例中，隔离结构220包含DTI结构且DTI结构可通过上文所提及的操作形成。因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，将介电层222(例如涂层222)内衬于深沟槽的侧壁及底部上且接着由绝缘结构224填满深沟槽。如上文所提及，涂层222可包含低n材料，其具有小于此后将形成的彩色滤光器的折射率(n)。低n材料可包含SiO或氧化铪(HfO)，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，填充深沟槽的绝缘结构224可包含低n绝缘材料。接着，执行平坦化以去除多余绝缘材料，因此暴露背面202B上的衬底202的表面，且获得包围且介于像素传感器210的光电二极管212之间的DTI结构220，如图3中所展示。
更重要的是，接着去除绝缘结构224的一部分且因此可在各DTI结构220中形成凹槽(图中未展示)。接着，形成例如W、Cu或AlCu的导电材料或其它适合材料来填充凹槽。据此，在绝缘结构224上方形成导电结构226。导电结构226、绝缘结构224及介电层222构成包围像素传感器210的各光电二极管212的混合隔离228。换句话说，根据一些实施例，包含介电层222、绝缘结构224及导电结构226的混合隔离228设置及安置于衬底202中。在一些实施例中，混合隔离228的厚度T2大体上等于衬底202的厚度T1。在一些实施例中，介电层222至少覆盖导电结构226的侧壁。此外，介电层222覆盖绝缘结构224的侧壁及底面。
在一些实施例中，ARC 216在背面202B上安置于衬底202上方且钝化层218安置于ARC 216上方。在一些实施例中，ARC 216及介电层222包含相同材料且可同时形成。因此，在衬底202的背面202B上获得大体上平坦且均匀的表面，如图3中所展示。
BEOL金属化堆叠230安置于衬底202的正面202F上方。如上文所提及，BEOL金属化堆叠230包含堆叠于ILD层234中的多个金属化层232。BEOL金属化堆叠230的一或多个接点电连接到逻辑装置214。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构230与例如球栅阵列(BGA)的外部连接器(图中未展示)之间。此外，BSI图像传感器200透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。
参考图3，在一些实施例中，对应于像素传感器210的多个彩色滤光器250在衬底202的背面202B上安置于像素传感器210上方。此外，另一绝缘结构240安置于彩色滤光器250之间。在一些实施例中，绝缘结构240包含栅格结构且彩色滤光器250定位于栅格内。因此，绝缘结构240包围各彩色滤光器250且使彩色滤光器250彼此分离，如图3中所展示。绝缘结构240可包含具有小于彩色滤光器250的折射率的折射率的材料或具有小于Si的折射率的折射率的材料，但本揭露不受限于此。此外，导电结构226安置于绝缘结构224与绝缘结构240之间，如图3中所展示。
如上文所提及，彩色滤光器250的各者安置于对应光电二极管212的各者上方。彩色滤光器250被指派给光的对应色彩或波长且经配置以滤除除光的指派色彩或波长之外的所有色彩或波长。通常，彩色滤光器250的指派交替于红光、绿光及蓝光之间，使得彩色滤光器250包含红色滤光器、绿色滤光器及蓝色滤光器。在一些实施例中，红色滤光器、绿色滤光器及蓝色滤光器布置成拜耳或其它镶嵌图案，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，对应于各像素传感器210的微透镜260安置于彩色滤光器250上方。应易于了解，各微透镜260的位置及面积对应于彩色滤光器250的位置及面积或像素传感器210的位置及面积，如图3中所展示。
在一些实施例中，混合隔离228的绝缘结构224及介电层222形成衬底202中的隔离栅格220且隔离栅格220提供相邻像素传感器210之间的电隔离。换句话说，隔离栅格220使包含光电二极管212的多个像素传感器210彼此分离。在一些实施例中，隔离栅格220的深度DI小于衬底202的厚度T1，如图3中所展示。在一些实施例中，混合隔离228的导电结构226形成在衬底202的背面202B上安置于隔离栅格220上方的反射栅格226。在一些实施例中，隔离栅格220的深度DI大体上等于衬底202的厚度T1且反射栅格226的深度DR小于隔离栅格220的深度DI。如上文所提及，反射栅格226的深度DR与像素传感器210的节距P有关。在一些实施例中，彩色滤光器250之间的绝缘结构240在背面202B上形成衬底202上方的低n栅格240。因此，低n栅格240使彩色滤光器250彼此分离。如图3中所展示，反射栅格226安置于低n栅格240与隔离栅格220之间。此外，在一些实施例中，从平面图看，低n栅格240与反射栅格226及隔离栅格220重叠。
归因于低折射率，低n栅格240用作将光导引或反射到彩色滤光器250的光导。因此，低n结构240有效增加入射到彩色滤光器250中的光量。此外，归因于低折射率，低n栅格240提供相邻彩色滤光器250之间的光学隔离。反射栅格226用作光导或反射镜且将光反射到光电二极管212。因此，反射栅格226有效增加由光电二极管212吸收的光量且因此提供相邻像素传感器210之间的光学隔离。另一方面，包含介电层222及绝缘结构224的隔离栅格220提供相邻像素传感器210之间的电隔离。换句话说，隔离栅格220使包含光电二极管212的多个像素传感器210彼此分离以借此用作衬底隔离栅格且减少串扰。
图4为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的BSI图像传感器300的一部分的横截面图。应易于了解，BSI图像传感器100/200及BSI图像传感器300中的相同元件可包含相同材料及/或通过相同操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，半导体图像传感器300为BSI图像传感器300。在一些实施例中，BSI图像传感器300的俯视图可类似于图1中所展示，但本揭露不受限于此。如图4中所展示，BSI图像传感器300包含衬底302，且衬底302具有正面302F及与正面302F对置的背面302B。BSI图像传感器300包含通常布置成阵列的多个像素传感器310。对应于像素传感器310的多个感光装置(例如光电二极管312)安置于衬底302中。光电二极管312在衬底302中布置成行及列。换句话说，像素传感器310的各者包含例如光电二极管312的感光装置。此外，例如晶体管314的逻辑装置安置于衬底302的正面302F上方且经配置以能够读出光电二极管312。
混合隔离328安置于衬底302中，如图4中所展示。在一些实施例中，混合隔离328可通过用于形成DTI结构的操作形成，但本揭露不受限于此。例如，从衬底302的背面302B执行第一蚀刻。第一蚀刻导致包围且介于光电二极管312之间的多个深沟槽(图中未展示)。在一些实施例中，将介电层322(例如涂层322)内衬于深沟槽的侧壁及底部上。涂层322可包含低n材料，其具有小于此后将形成的彩色滤光器的折射率。接着，形成例如W、Cu、AlCu的导电材料或其它适合材料以填充沟槽。据此，将导电结构326安置于各深沟槽中。导电结构326及介电层322构成混合隔离328。换句话说，根据一些实施例，包含介电层322及导电结构326的混合隔离328设置及安置于衬底302中。在一些实施例中，混合隔离328的厚度T2大体上等于衬底302的厚度T1。此外，介电层322覆盖导电结构326的侧壁及底面，如图4中所展示。
在一些实施例中，ARC 316在背面302B上安置于衬底302上方且钝化层318安置于ARC 316上方。在一些实施例中，ARC 316及介电层322包含相同材料且可同时形成。因此，在衬底302的背面302B上获得大体上平坦且均匀的表面，如图4中所展示。
BEOL金属化堆叠330安置于衬底302的正面302F上方。如上文所提及，BEOL金属化堆叠330包含堆叠于ILD层334中的多个金属化层332。BEOL金属化堆叠330的一或多个接点电连接到逻辑装置314。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构330与例如球栅阵列(BGA)的外部连接器(图中未展示)之间。此外，BSI图像传感器300透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。
参考图4，在一些实施例中，对应于像素传感器310的多个彩色滤光器350在衬底302的背面302B上安置于像素传感器310上方。此外，绝缘结构340安置于彩色滤光器350之间。在一些实施例中，绝缘结构340包含栅格结构且彩色滤光器350定位于栅格内。因此，绝缘结构340包围各彩色滤光器350且使彩色滤光器350彼此分离，如图4中所展示。绝缘结构340可包含具有小于彩色滤光器350的折射率的折射率的材料或具有小于Si的折射率的折射率的材料，但本揭露不受限于此。
如上文所提及，彩色滤光器350的各者安置于对应光电二极管312的各者上方。彩色滤光器350被指派给光的对应色彩或波长且经配置以滤除除光的指派色彩或波长之外的所有色彩或波长。通常，彩色滤光器350的指派交替于红光、绿光及蓝光之间，使得彩色滤光器350包含红色滤光器、绿色滤光器及蓝色滤光器。在一些实施例中，红色滤光器、绿色滤光器及蓝色滤光器布置成拜耳或其它镶嵌图案，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，对应于各像素传感器310的微透镜360安置于彩色滤光器350上方。应易于了解，各微透镜360的位置及面积对应于彩色滤光器350的位置及面积或像素传感器310的位置及面积，如图4中所展示。
在一些实施例中，混合隔离328的介电层322形成衬底302中的隔离栅格320，且隔离栅格320提供相邻像素传感器310之间的电隔离。在一些实施例中，隔离栅格320的深度DI大体上等于衬底302的厚度T1，如图4中所展示。在一些实施例中，混合隔离328的导电结构326形成安置于衬底302中的反射栅格326。在一些实施例中，隔离栅格320的深度DI大体上等于衬底302的厚度T1，且反射栅格326的深度DR小于隔离栅格320的深度DI。如上文所提及，反射栅格326的深度DR与像素传感器310的节距P有关。在一些实施例中，彩色滤光器350之间的绝缘结构340在背面302B上形成衬底302上方的低n栅格340。如图4中所展示，反射栅格326安置于低n栅格340与隔离栅格320之间。此外，在一些实施例中，从平面图看，低n栅格340与反射栅格326重叠。
归因于低折射率，低n栅格340用作将光导引或反射到彩色滤光器350的光导。因此，低n结构340有效增加入射到彩色滤光器350中的光量。此外，归因于低折射率，低n栅格340提供相邻彩色滤光器350之间的光学隔离。反射栅格326用作光导或反射镜且将光反射到光电二极管312。因此，反射栅格326有效增加由光电二极管312吸收的光量且因此提供相邻像素传感器310之间的光学隔离。另一方面，包含介电层322的隔离栅格320提供相邻像素传感器310之间的电隔离。换句话说，隔离栅格320使包含光电二极管312的多个像素传感器310彼此分离以借此用作衬底隔离栅格且减少串扰。
图5为根据一或多个实施例中的本揭露的方面的BSI图像传感器400的一部分的横截面图。应注意，BSI图像传感器400及BSI图像传感器100/200/300中的相同元件可包含相同材料及/或通过相同操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，半导体图像传感器400为BSI图像传感器400。在一些实施例中，BSI图像传感器400的俯视图可类似于图1中所展示，但本揭露不受限于此。如图5中所展示，BSI图像传感器400包含衬底402。衬底402具有正面402F及与正面402F对置的背面402B。BSI图像传感器400包含通常布置成阵列的多个像素传感器410，且像素传感器410的各者包含安置于衬底402中的感光装置，例如光电二极管412。换句话说，BSI图像传感器400包含对应于像素传感器410的多个光电二极管412。光电二极管412在衬底402中布置成列及行且经配置以累积来从入射于其上的光子的电荷(例如电子)。此外，例如晶体管414的逻辑装置可在正面402F上安置于衬底402上方且经配置以能够读出光电二极管412。像素传感器410经安置以接收具有预定波长的光。据此，在一些实施例中，光电二极管412可经操作以感测入射光的可见光。
多个隔离结构420安置于衬底402中，如图5中所展示。在一些实施例中，隔离结构420包含DTI结构且DTI结构可通过上文所提及的操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，将介电层422(例如涂层422)内衬于深沟槽的侧壁及底部上且接着由绝缘结构424填满深沟槽。涂层422可包含低n材料，其具有小于此后将形成的彩色滤光器的折射率(n)。在一些实施例中，填充深沟槽的绝缘结构424可包含低n绝缘材料。接着，执行平坦化以去除多余绝缘材料，因此暴露背面402B上的衬底402的表面，且获得包围且介于光电二极管212之间的DTI结构420。
接着，在一些实施例中，去除绝缘结构424的一部分且因此可在各DTI结构420中形成凹槽(图中未展示)。接着，形成导电材料来填充凹槽。据此，使导电结构426形成于绝缘结构424上方，如图5中所展示。导电结构426、绝缘结构424及介电层422构成混合隔离428。换句话说，根据一些实施例，包含介电层422、绝缘结构424及导电结构426的混合隔离428设置及安置于衬底402中。在一些实施例中，混合隔离428的深度或厚度T2小于衬底402的厚度T1。然而，在一些实施例中，混合隔离428的深度或厚度T2可大体上等于衬底402的厚度T1。此混合隔离428可类似于图3中所展示的混合隔离228，因此，为简洁起见，省略所述细节。在所述实施例中，介电层422至少覆盖导电结构426的侧壁。此外，介电层422覆盖绝缘结构424的侧壁及绝缘结构424的底面。
然而，在一些实施例中，可在形成介电层422之后直接形成导电结构426来填充深沟槽。因此，可获得包含介电层422及导电结构426的混合隔离428，如图5中所展示。在所述实施例中，介电层422不仅覆盖导电结构426的侧壁，且还覆盖导电结构426的底面。此混合隔离428可类似于图4中所展示的混合隔离328，因此，为简洁起见，省略所述细节。
在一些实施例中，ARC 416在背面402B上安置于衬底402上方且钝化层418安置于ARC 416上方。在一些实施例中，ARC 416及介电层422包含相同材料且可同时形成。因此，在衬底402的背面402B上获得大体上平坦且均匀的表面，如图5中所展示。
如上文所提及，BEOL金属化堆叠430安置于衬底402的正面402F上方。BEOL金属化堆叠430包含堆叠于ILD层434中的多个金属化层432。BEOL金属化堆叠430的一或多个接点电连接到逻辑装置414。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构430与例如球栅阵列(BGA)的外部连接器(图中未展示)之间。此外，BSI图像传感器400透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。
参考图5，在一些实施例中，对应于像素传感器410的多个彩色滤光器450在衬底402的背面402B上安置于像素传感器410上方。此外，在一些实施例中，混合隔离440安置于彩色滤光器450之间。在一些实施例中，混合隔离440包含栅格结构且彩色滤光器450定位于栅格内。因此，混合隔离440包围彩色滤光器450且使彩色滤光器450彼此分离，如图5中所展示。混合隔离440可包含具有小于彩色滤光器450的折射率的折射率的层。在一些实施例中，复合结构440可包含复合堆叠，其至少包含导电结构442及安置于导电结构442上方的绝缘结构444。在一些实施例中，导电结构442可包含W、Cu或AlCu，且绝缘结构444包含具有小于彩色滤光器450的折射率的折射率的材料或具有小于Si的折射率的折射率的材料，但本揭露不受限于此。
彩色滤光器450的各者安置于对应光电二极管412的各者上方。彩色滤光器450被指派给光的对应色彩或波长且经配置以滤除除光的指派色彩或波长之外的所有色彩或波长。通常，彩色滤光器450的指派交替于红光、绿光及蓝光之间，使得彩色滤光器450包含红色滤光器、绿色滤光器及蓝色滤光器。在一些实施例中，红色滤光器、绿色滤光器及蓝色滤光器布置成拜耳镶嵌图案，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，对应于各像素传感器410的微透镜460安置于彩色滤光器450上方。应易于了解，各微透镜460的位置及面积对应于彩色滤光器450的位置及面积或像素传感器410的位置及面积，如图5中所展示。
在一些实施例中，包含绝缘结构424、介电层422及导电结构426的混合隔离428安置于衬底402中。混合隔离428的绝缘结构424及/或介电层422提供相邻像素传感器410之间的电隔离。换句话说，混合隔离428的绝缘结构424及/或介电层422用作衬底隔离栅格，其使包含光电二极管412的多个像素传感器410彼此分离且因此减少串扰。混合隔离428的深度T2可等于或小于衬底402的厚度T1，如图5中所展示。在一些实施例中，混合隔离428的导电结构426形成反射栅格。在一些实施例中，反射栅格426的深度DR可等于或小于混合隔离428的深度T2。如上文所提及，反射栅格426的深度DR与像素传感器410的节距P有关。另外，介电层422及/或绝缘结构424形成隔离栅格420，且反射栅格426安置于隔离栅格420与包含导电结构442及绝缘结构444的混合隔离440之间，如图5中所展示。此外，从平面图看，混合隔离440与混合隔离428重叠。
归因于低折射率，混合隔离440用作将光导引或反射到彩色滤光器450的光导。因此，混合隔离440有效增加入射到彩色滤光器450中的光量。此外，归因于低折射率，混合隔离440提供相邻彩色滤光器450之间的光学隔离。混合隔离428的导电结构426用作光导或反射镜且将光反射到光电二极管412。因此，导电结构/反射栅格426有效增加由光电二极管412吸收的光量且因此提供相邻像素传感器410之间的光学隔离。另一方面，隔离栅格420(其包含混合隔离428的导电结构424及介电层422)提供相邻像素传感器410之间的电隔离。
请参考图6及7A到7H。图6展示表示用于形成根据本揭露的方面的半导体图像传感器的方法的流程图，且图7A到7H为根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的半导体图像传感器的一系列横截面图。在本揭露中，也揭露制造半导体图像传感器的方法50。在一些实施例中，可通过方法50形成半导体图像传感器结构600。方法50包含若干操作且其描述及绘示不被视为受限于操作序列。方法50包含若干操作(502、504、506、508及510)。此外，应注意，图2及7A到7H中的相同元件由相同元件符号标示且可包含相同材料，因此，为简洁起见，省略所述细节。
在操作502中，提供或接收衬底602。如上文所提及，衬底602具有正面602F及与正面602F对置的背面602B。半导体图像传感器600包含通常布置成阵列的多个像素传感器610，且像素传感器610的各者包含安置于衬底602中的感光装置，例如光电二极管612。此外，例如晶体管614的逻辑装置可在正面602F上安置于衬底602上方且经配置以能够读出光电二极管612。像素传感器610经安置以接收具有预定波长的光。如上文所提及，在一些实施例中，光电二极管612可经操作以感测入射光的可见光。
在一些实施例中，BEOL金属化堆叠630安置于衬底602的正面602F上方。BEOL金属化堆叠630包含堆叠于ILD层634中的多个金属化层632。BEOL金属化堆叠630的一或多个接点电连接到逻辑装置614。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构630与例如球栅阵列(BGA)的外部连接器(图中未展示)之间。此外，BSI图像传感器600透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。
在操作504中，从衬底602的背面602B执行第一蚀刻。第一蚀刻导致包围且介于像素传感器610的光电二极管612之间的多个深沟槽613，如图7A中所展示。
在操作506中，使多个混合隔离结构620形成于深沟槽613中。在一些实施例中，形成混合隔离结构620进一步包含以下操作。参考图7B，将介电层622(例如涂层622)内衬于深沟槽613的侧壁及底部。在一些实施例中，涂层622可包含低n材料，其具有小于此后将形成的彩色滤光器的折射率(n)。低n材料可包含SiO或HfO，但本揭露不受限于此。
接着，参考图7C，使用例如CVD的任何适合沉积技术形成例如SiO的绝缘材料624来填充深沟槽613。在一些实施例中，填充深沟槽的绝缘结构624可包含低n绝缘材料。
接着，参考图7D，在一些实施例中，使绝缘材料624从衬底602的背面602B凹入。因此，获得包围且介于像素传感器610的光电二极管612之间的多个DTI结构620，如图7D中所展示。此外，使多个凹槽615形成于各DTI结构620中。
接着，参考图7E，形成例如W、Cu或AlCu的导电材料626或其它适合材料来填充凹槽613。据此，使导电结构626形成于绝缘结构624上方，如图7E中所展示。接着，参考图7F，可执行平坦化以去除多余导电材料626，使得绝缘材料624的顶面从衬底602的背面602B暴露。据此，导电结构626、绝缘结构624及介电层622构成包围像素传感器610的各光电二极管612的混合隔离628。在一些实施例中，ARC及钝化层(图中未展示)可安置于绝缘材料624上方。因此，在衬底602的背面602B上获得大体上平坦且均匀的表面。
在操作508中，使包含栅格结构的绝缘结构640形成于衬底602的背面602B上方，如图7G中所展示。在一些实施例中，绝缘结构640可包含具有小于待形成的彩色滤光器的折射率或小于Si的折射率的折射率的材料，但本揭露不受限于此。
在操作510中，使多个彩色滤光器650安置于绝缘结构640的栅格内。因此，绝缘结构640包围各彩色滤光器650且使彩色滤光器650彼此分离，如图7H中所展示。此外，将导电结构626安置于绝缘结构624与绝缘结构640之间，如图7H中所展示。在一些实施例中，将对应于各像素传感器610的多个微透镜660安置于彩色滤光器650上方。应易于了解，各微透镜660的位置及面积对应于彩色滤光器650的位置及面积或像素传感器610的位置及面积，如图7H中所展示。
据此，本揭露因此提供至少包含安置于衬底中的混合隔离的BSI图像传感器。混合隔离至少包含导电结构及介电层。在一些实施例中，混合隔离包含导电结构下方的绝缘结构。此外，绝缘结构及/或介电层形成提供相邻像素传感器之间的电隔离的隔离栅格，而导电结构形成提供相邻光电二极管之间的光学隔离的反射栅格。此外，提供相邻彩色滤光器之间的光学隔离的低n结构或另一混合隔离可在背面上形成于衬底上方。据此，减少相邻像素传感器之间的串扰且降低信噪比(SNR)。此外，提高量子效率及角响应。因此，提高BSI图像传感器的敏感度。
在一些实施例中，提供一种BSI图像传感器。所述BSI图像传感器包含：衬底，其包含正面及与所述正面对置的背面；多个像素传感器，其布置成阵列；隔离栅格，其安置于所述衬底中且使所述多个像素传感器彼此分离；及反射栅格，其在所述衬底的所述背面上安置于所述隔离栅格上方。所述反射栅格的深度小于所述隔离栅格的深度。
在一些实施例中，提供一种BSI图像传感器。所述BSI图像传感器包含衬底、像素传感器及所述衬底中包围所述像素传感器的混合隔离。所述混合隔离包含导电结构及至少覆盖所述导电结构的侧壁的介电层。
在一些实施例中，提供一种BSI图像传感器。所述BSI图像传感器包含：衬底，其包含正面及与所述正面对置的背面；像素传感器；彩色滤光器，其对应于所述像素传感器且在所述背面上安置于所述衬底上方；第一混合隔离，其在所述衬底中包围所述像素传感器；及第二混合隔离，其在所述衬底的所述背面上包围所述彩色滤光器。
上文已概述若干实施例的特征，使得所属领域的技术人员可较佳理解本揭露的方面。所属领域的技术人员应了解，其可易于将本揭露用作用于设计或修改其它过程及结构的基础以实施相同目的及/或达成本文中所引入的实施例的相同优点。所属领域的技术人员也应意识到，此些等效构造不应背离本揭露的精神及范围，且其可对本文作出各种改变、置换及变更。
符号说明
50 方法
100 半导体图像传感器/背照式(BSI)图像传感器
102 衬底
102B 背面
102F 正面
110 像素传感器
112 光电二极管
114 晶体管/逻辑装置
116 抗反射涂层(ARC)
118 钝化层
120 隔离结构/隔离栅格
122 介电层/涂层
124 绝缘结构
126 导电结构/反射栅格
128 混合隔离
130 后段工艺(BEOL)金属化堆叠/金属化结构
132 金属化层
134 层间介电(ILD)层
140 绝缘结构/低n栅格/低n结构
150 彩色滤光器
150/B 蓝色滤光器
150/G 绿色滤光器
150/R 红色滤光器
160 微透镜
200 半导体图像传感器/背照式(BSI)图像传感器
202 衬底
202B 背面
202F 正面
210 像素传感器
212 光电二极管
214 晶体管/逻辑装置
216 抗反射涂层(ARC)
218 钝化层
220 隔离结构/隔离栅格
222 介电层/涂层
224 绝缘结构
226 导电结构/反射栅格
228 混合隔离
230 后段工艺(BEOL)金属化堆叠/金属化结构
232 金属化层
234 层间介电(ILD)层
240 绝缘结构/低n栅格/低n结构
250 彩色滤光器
260 微透镜
300 背照式(BSI)图像传感器/半导体图像传感器
302 衬底
302B 背面
302F 正面
310 像素传感器
312 光电二极管
314 晶体管/逻辑装置
316 抗反射涂层(ARC)
318 钝化层
320 隔离栅格
322 介电层/涂层
326 导电结构/反射栅格
328 混合隔离
330 后段工艺(BEOL)金属化堆叠/金属化结构
332 金属化层
334 层间介电(ILD)层
340 绝缘结构/低n栅格/低n结构
350 彩色滤光器
360 微透镜
400 背照式(BSI)图像传感器/半导体图像传感器
402 衬底
402B 背面
402F 正面
410 像素传感器
412 光电二极管
414 晶体管/逻辑装置
416 抗反射涂层(ARC)
418 钝化层
420 隔离结构/隔离栅格
422 介电层/涂层
424 绝缘结构
426 导电结构/反射栅格
428 混合隔离
430 后段工艺(BEOL)金属化堆叠/金属化结构
432 金属化层
434 层间介电(ILD)层
440 混合隔离
442 导电结构
444 绝缘结构
450 彩色滤光器
460 微透镜
502 操作
504 操作
506 操作
508 操作
510 操作
600 半导体图像传感器结构/半导体图像传感器/背照式(BSI)图像传感器
602 衬底
602B 背面
602F 正面
610 像素传感器
612 光电二极管
613 深沟槽
614 晶体管/逻辑装置
615 凹槽
620 混合隔离结构
622 介电层/涂层
624 绝缘结构/绝缘材料
626 导电材料/导电结构
628 混合隔离
630 后段工艺(BEOL)金属化堆叠/金属化结构
632 金属化层
634 层间介电(ILD)层
640 绝缘结构
650 彩色滤光器
660 微透镜
DI 深度
DR 深度
P 节距
T1 厚度
T2 厚度

Claims (10)

1.一种背照式BSI图像传感器，其包括：
衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；
多个像素传感器，其布置成阵列；
隔离栅格，其安置于所述衬底中且使所述多个像素传感器彼此分离；及
反射栅格，其在所述衬底的所述背面上安置于所述隔离栅格上方，且所述反射栅格的深度小于所述隔离栅格的深度。
2.根据权利要求1所述的BSI图像传感器，其进一步包括在所述背面上安置于所述衬底上方的多个彩色滤光器。
3.根据权利要求2所述的BSI图像传感器，其进一步包括安置于所述彩色滤光器之间且使所述彩色滤光器彼此分离的低n栅格。
4.一种背照式BSI图像传感器，其包括：
衬底；
像素传感器；及
混合隔离，其在所述衬底中包围所述像素传感器，且所述混合隔离包括：
导电结构；及
介电层，其至少覆盖所述导电结构的侧壁。
5.根据权利要求4所述的BSI图像传感器，其中所述混合隔离的厚度大体上等于或小于所述衬底的厚度。
6.根据权利要求4所述的BSI图像传感器，其中所述混合隔离进一步包括安置于所述衬底中的第一绝缘结构。
7.根据权利要求6所述的BSI图像传感器，其进一步包括在所述背面上安置于所述衬底上方的第二绝缘结构。
8.一种背照式BSI图像传感器，其包括：
衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；
像素传感器；
彩色滤光器，其对应于所述像素传感器且在所述背面上安置于所述衬底上方；
第一混合隔离，其在所述衬底中包围所述像素传感器；及
第二混合隔离，其在所述衬底的所述背面上包围所述彩色滤光器。
9.根据权利要求8所述的BSI图像传感器，其中从平面图看，所述第二混合隔离与所述第一混合隔离重叠。
10.根据权利要求8所述的BSI图像传感器，其中所述第一混合隔离包括第一导电结构及第一绝缘结构，且所述第二混合隔离包括第二导电结构及第二绝缘结构。
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