TW201338187A - 半導體裝置及其形成方法 - Google Patents
半導體裝置及其形成方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TW201338187A TW201338187A TW101146011A TW101146011A TW201338187A TW 201338187 A TW201338187 A TW 201338187A TW 101146011 A TW101146011 A TW 101146011A TW 101146011 A TW101146011 A TW 101146011A TW 201338187 A TW201338187 A TW 201338187A
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- layer
- semiconductor substrate
- forming
- grid
- top surface
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 68
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 52
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 182
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 45
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 45
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 claims description 31
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 10
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 7
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N Titanium nitride Chemical compound [Ti]#N NRTOMJZYCJJWKI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 18
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 3
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 3
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 3
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 3
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000013742 energy transducer activity Effects 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000009832 plasma treatment Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N yttrium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Y+3].[Y+3] RUDFQVOCFDJEEF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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
-
- 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
- H01L27/14601—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
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
-
- 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
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14629—Reflectors
-
- 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
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
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
本發明一實施例提供一種半導體裝置及其形成方法。半導體裝置包括一半導體基板，具有一前側及一後側；一第一感光裝置，設置於該半導體基板的該前側上；一網格，具有側壁及一頂表面設置在該半導體基板的該背側上並覆蓋該半導體基板；一高光反射層；以及一高折射係數層，在該高光反射層上，其中該高光反射層及該高折射係數層延伸至該網格的頂表面及側壁上。
Description
本發明係有關於半導體裝置及其形成方法，且特別是有關於一種影像處理晶片中的網格結構及其形成方法。
由於背照式(backside illumination；BSI)影像感測晶片具有高光子捕捉效率，其正逐漸取代前照式影像感測晶片。在形成背照式影像感測晶片時，在晶圓的矽基板上形成影像感測器(如光二極體)及邏輯電路，而後在矽晶片的前側上形成內連線結構。
背照式影像感測晶片中的影像感測器受到光子的刺激而產生對應的電子訊號。此電子訊號(例如電流)的大小與各影像感測器所接收到的入射光強度有關。為了降低不同的影像感測器所接收的光的光學串音(optical cross-talk)，形成金屬網格(metal grid)以隔離光。為了使影像感測器的量子效率最大化，期待能使光的損失及串音最小化。
在本發明一實施例中提供一種半導體裝置，包括：一半導體基板，具有一前側及一後側；一第一感光裝置，設置於該半導體基板的該前側上；一網格，具有側壁及一頂表面設置在該半導體基板的該背側上並覆蓋該半導體基板；一高光反射層；以及一高折射係數層，在該高光反射層上，其中該高光反射層及該高折射係數層延伸至該網格
的頂表面及側壁上。
在本發明另一實施例中提供一種半導體裝置，包括：一半導體基板，具有一前側及一後側；多個網格線，在該半導體基板的該後側，且形成多個網格；多個感光裝置，在該些網格線間的網格開口下並與其對齊，其中該些感光裝置在該半導體基板的該前側，且係用以由該半導體基板的該背側接收光並將光轉換為一電子訊號；一鉻層，包括在該些網格線的頂表面上的頂表面部分，以及在該些網格線的側壁上的側壁部分；以及一氧化鉻層，包括分別在該鉻層的該頂表面部分及該側壁部分上的頂表面部分及側壁部分。
在本發明又一實施例中提供一種半導體裝置的形成方法，包括：在一半導體基板的一前側上形成多個感光裝置；在該半導體基板的一後側上形成一網格層；圖案化該網格層以形成多個網格線，其中該些網格線間的網格開口與該些感光裝置對齊；在該些網格線的頂表面及側壁上形成一堆疊層，其中形成該堆疊層的步驟包括：形成一黏著層；在該黏著層上形成一金屬氧化物層；以及在該金屬氧化物層上形成一高折射係數層；以及圖案化該堆疊層以移除該堆疊層與該些感光裝置對齊的部分。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下文特舉出較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
以下依本發明之不同特徵舉出數個不同的實施例。本發明中特定的元件及安排係為了簡化，但本發明並不以這些實施例為限。舉例而言，於第二元件上形成第一元件的描述可包括第一元件與第二元件直接接觸的實施例，亦包括具有額外的元件形成在第一元件與第二元件之間、使得第一元件與第二元件並未直接接觸的實施例。
在許多實施例中，提供背照式(BSI)影像感測晶片中的網格(grid)結構及其形成方法。並且說明在形成網格結構的中間階段。以下討論各種實施例。在不同的實施例中，以類似的符號表示。
第1至6圖顯示在一些實施例中形成網格結構的中間階段的剖面圖及上視圖。第1圖顯示影像感測晶片20，其可為未切割的晶圓22的一部分。影像感測晶片20包括半導體基板26。半導體基板26可為結晶矽基板或以其他半導體材料所形成的半導體基板。在下述說明中，表面26A係指半導體基板26的前側表面，表面26B係指半導體基板26的背側表面。影像感測器24(包括24A及24B)形成於半導體基板26的表面26A上。影像感測器24係用以將光訊號(光子)轉換為電子訊號，且可為感光金氧半(photo-sensitive Metal-Oxide-Semiconductor)電晶體或感光二極體。因此，各晶圓22可為影像感測晶圓。在一些實施例中，影像感測器24由表面26A延伸進入半導體基板26。影像感測器24A及24B的結構可彼此相同。
前側內連線結構28包括介電層30以及在介電層30中的金屬線32及穿孔34。在下述說明中，將在相同的介電
層30中的金屬線32統稱為金屬層。前側內連線結構28可包括多個金屬層。在一些實施例中，介電層30包括低介電常數介電層及保護層。低介電常數介電層具有低介電常數，例如，低於約30。保護層可由具有介電常數高於3.9的非低介電常數介電材料所形成。在一些實施例中，保護層包括氧化矽層及在氧化矽層上的氮化矽層。
影像感測晶片20包括主動影像感測畫素區100及黑參考畫素(black reference pixel)區200。主動影像感測畫素區100包括形成於其中的主動影像感測器24A，其係藉由感測光以產生電子訊號。影像感測器24A可形成主動影像感測畫素陣列，包括以列(row)及行(column)設置的多個影像感測器。黑參考畫素區200包括形成於其中的黑參考影像感測器24B，其係用以產生參考黑色位準(black level)信號。雖然圖中僅顯示一個影像感測器24B，也可具有多個影像感測器24B。
進行背側研磨以薄化半導體基板26，且晶圓22的厚度縮減至小於30μm，或例如小於5μm。由於半導體基板26的厚度小，光可穿過背側表面26B而進入半導體基板26，並達到影像感測器24A。
在薄化步驟後，在半導體基板26的表面上形成緩衝層40。在一些實施例中，緩衝層40包括底部抗反射層(bottom anti-reflective coating；BARC)36，及在底部抗反射層36上的氧化矽層38。在一些實施例中，利用電漿加強化學氣相沉積(PECVD)形成氧化矽層38，因此稱為電漿強化(plasma enhanced；PE)氧化物層38。應了解緩衝層40可具
有不同的結構、以不同的材料形成、及/或與顯示的數量不同。
在緩衝層40上形成金屬層42。在一些實施例中，金屬層42包括金屬或金屬合金，其中在金屬層42中的金屬可包括鎢、鋁、銅等。金屬層42的厚度T1例如可大於約500埃。應了解的是，以下所述的尺寸僅為舉例說明，故可改變其數值。在金屬層42上形成光阻44，而後進行圖案化。金屬層42可為其中具有單一層的單層結構，或可為包含多個堆疊層的組合結構。在一些實施例中，金屬層42包括層狀物42A，以及在層狀物42A上的層狀物42B。層狀物42A可為金屬氮化物層，如氮化鈦層、氮化鉭層等，層狀物42B可包括鎢、鋁、銅等。
以圖案化光阻44作為蝕刻罩幕以蝕刻過金屬層42。參照第2圖，金屬層42的剩餘部分包括金屬網格，其包括金屬網格線46，其縱長方向平行於基板26的表面26A。網格線46包括彼此平行的多個第一網格線以及彼此平行的多個第二網格線46。該些第一網格線垂直於該些第二網格線以形成網格。網格開口48形成於網格線之間。各個網格開口48可位於一個主動影像感測器24A上並與其對齊。圖案化金屬層42更包括與黑參考影像感測器24B重疊的部分47。部分47在此後稱為金屬遮蔽47。在金屬層42為組合(composite)結構的實施例中，各個網格46包括層狀物46A及在層狀物46A上的層狀物46B，其分別為層狀物42A及42B的剩餘部分。金屬遮蔽47也包括層狀物47A及在層狀物47A上的層狀物47B，其也分別為層狀物42A
及42B的剩餘部分。
第3、4A、4B圖顯示網格線46上的塗佈的形成，其中該塗佈包括堆疊層。參照第3圖，此塗佈包括黏著層50、氧化物層52、高折射係數(high refractive index)層54。在以下敘述中，將黏著層50及氧化物層52統稱為高光反射層。各個層狀物50、52、54可大抵為順應層，且各層的垂直部分的厚度與其水平部分的厚度大抵相同。在一些實施例中，黏著層50為鉻層，但也可使用對網格線46黏著性佳的其他金屬。在一些實施例中，在黏著層50中的鉻的重量百分比可大於約95%，且可高於約99%，但也可為具有較低的含量。在一些實施例中，黏著層50的厚度T2可介於約50埃至約200埃。
在一些實施例中，氧化物層52包括用於黏著層50中的金屬的氧化物。或著，氧化物層52可包括並非用於黏著層50中的金屬的氧化物。在黏著層50包括鉻的實施例中，氧化物層52可包括氧化鉻。在一些實施例中，氧化物層52的厚度T3可大於約100埃，且可介於約50埃至約500埃。
在一些實施例中，黏著層50及氧化物層52的形成包括利用如物理氣相沉積(PVD)沉積黏著層50。在後續的處理步驟中，將沉積的黏著層50於含氧環境中處理，以在黏著層50的上層氧化形成氧化物層52。各自的製程氣體包括含氧氣體如氧(O2)、臭氧(O3)等。沉積的黏著層50的底部沒有被氧化。處理步驟可包括電漿處理，其中將含氧氣體導入製程腔體中，其中自含氧氣體產生電漿。此處理也
可包括熱處理，其中電漿可為開啟或關閉。在熱處理中，黏著層50的溫度可介於約25℃至約400℃。
在另一實施例中，黏著層50及氧化物層52的形成係在同一製程腔體(圖中未顯示)中進行，且黏著層50及氧化物層52皆以沉積形成。例如，黏著層50先以物理氣相沉積形成。在沉積黏著層50時，製程腔體中並未導入含氧氣體。而後，在沒有真空暫停(vacuum break)下，將含氧氣體導入製程腔體中，繼續進行沉積，其中在沉積黏著層50及氧化物層52時皆使用相同的物理氣相沉積目標。因此，形成氧化物層52，其包括與黏著層50相同的金屬的氧化物。
高折射係數層54可具有折射係數(n值)大於約1.5，或大於約2.0。在一些實施例中，高折射係數層54係以富含矽的氧化物(silicon-rich oxide)形成，其折射係數大於約1.5。可藉由增加高折射係數層54中的矽的比例，以調整折射係數至欲達範圍。在另一實施例中，高折射係數層54包括高介電常數介電材料，其折射係數大於約2.0。高介電常數介電材料的例子包括氧化給、氧化鑭、氧化鉭、或前述之組合。高折射係數層54的厚度T4例如可介於100埃至1000埃。
參照第4A及4B圖(分別為剖面圖及上視圖)，圖案化黏著層50、氧化物層52及高折射係數層54。層狀物50、52、54的剩餘部分包括在網格線46的頂表面及側壁的第一部分，以及在黑參考畫素區200中的第二部分。第二部分可更包括金屬遮蔽47上的頂部分及金屬遮蔽47側壁上的側壁部分。移除層狀物50、52、54與主動影像感測器
24A對齊的水平部分。第4B圖更進一步顯示在第4A圖中的結構的上視圖，其中在第4A圖中所示的剖面圖係由第4B圖中的平面線4A-4A而得。在一些實施例中，金屬遮蔽47形成圍繞主動影像感測畫素區100的環。藉由網格線46及分別於其下的剩餘部分的層狀物50、52、54所定義的開口觀察主動影像感測器24A。
第5圖顯示氧化物層56的形成，其為介電層。在一些實施例中，氧化物層56為以PECVD所形成的氧化矽層。在一些實施例中，進行平坦化步驟(如化學機械研磨)以使氧化物層56的頂表面齊平。氧化物層56填入網格開口48，且可更包括在網格線46上的部分。
在後續製程步驟中，如第6圖所示，可形成額外的元件如彩色濾光器58及微透鏡60。在一些實施例中，氧化物層56的折射係數小於高折射係數層54的折射係數。高折射係數層54及氧化物層56的折射係數差例如可大於0.5。氧化物層56的折射係數可也小於1.5。
第7圖顯示網格線46及其下層狀物50、52、54下的放大圖。以箭頭62為例來表示光線。氧化物層52的表面52A反射光62。部分穿透進入氧化物層52的光更進一步反射在黏著層50的表面50A上。在一些實施例中，整體反射於表面50A及52A的光大於約95%，且可大於98%。因此，結合黏著層50及氧化物層52作為高光反射層。據此，大量的光藉由各主動影像感測器24A反射及接收。因此提升了量子效率。此外，大部分的光62由氧化物層52及黏著層50的表面反射，小部分的光可穿過網格線46而
達到相鄰的網格。因此可減少光串音，且增加訊雜比(signal-to-noise ratio)。
再次參照第6圖，層狀物50、52、54也形成於黑參考畫素區200中。因此，層狀物50、52、54及其下的金屬遮蔽47之避免光穿透的能力也得以提升。
在一實施例中，一種裝置包括：半導體基板，具有前側及後側。第一感光裝置，設置於該半導體基板的該前側上。網格，具有側壁及一頂表面設置在該半導體基板的該背側上並覆蓋該半導體基板。此裝置更包括高光反射層；以及高折射係數層，在該高光反射層上，其中該高光反射層及該高折射係數層延伸至該網格的頂表面及側壁上。
在另一實施例中，一種裝置包括：半導體基板具有一前側及一後側。多個網格線在該半導體基板的該後側，且形成多個網格。多個感光裝置，在該些網格線間的網格開口下並與其對齊。該些感光裝置在該半導體基板的該前側，且係用以由該半導體基板的該背側接收光並將光轉換為一電子訊號。鉻層包括在該些網格線的頂表面上的頂表面部分，以及在該些網格線的側壁上的側壁部分。氧化鉻層包括分別在該鉻層的該頂表面部分及該側壁部分上的頂表面部分及側壁部分。此裝置更包括高折射係數層包括分別在該氧化鉻層的該頂表面部分及該側壁部分上的頂表面部分及側壁部分。
在又一實施例中，一種方法包括：在半導體基板的前側上形成多個感光裝置；在該半導體基板的一後側上形成一網格層；以及圖案化該網格層以形成多個網格線，其中
該些網格線間的網格開口與該些感光裝置對齊。在該些網格線的頂表面及側壁上形成一堆疊層，其中形成該堆疊層的步驟包括：形成一黏著層；在該黏著層上形成一金屬氧化物層；以及在該金屬氧化物層上形成一高折射係數層。圖案化該堆疊層以移除該堆疊層與該些感光裝置對齊的部分。
雖然本發明已以數個較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作任意之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧影像感測晶片
22‧‧‧晶圓
26‧‧‧半導體基板
26A、26B‧‧‧表面
24、24A、24B‧‧‧影像感測器
28‧‧‧前側內連線結構
30‧‧‧介電層
32‧‧‧金屬線
34‧‧‧穿孔
100‧‧‧主動影像感測畫素區
200‧‧‧黑參考畫素區
40‧‧‧緩衝層
36‧‧‧底部抗反射層
38‧‧‧氧化矽層
42‧‧‧金屬層
44‧‧‧光阻
42A、42B、46A、46B‧‧‧層狀物
46‧‧‧金屬網格線
48‧‧‧開口
47‧‧‧金屬遮蔽
50‧‧‧黏著層
52‧‧‧氧化物層
54‧‧‧高折射係數層
T1、T2、T3、T4‧‧‧厚度
56‧‧‧氧化物層
58‧‧‧彩色濾光器
60‧‧‧微透鏡
62‧‧‧光
50A、52A‧‧‧表面
第1~4A、4B、5及第6圖為在一些實施例中，在背照式影像感測晶片中之網格結構的形成中間階段的剖面圖及上視圖。
第7圖顯示網格結構上的光的路徑。
20‧‧‧影像感測晶片
22‧‧‧晶圓
24A、24B‧‧‧影像感測器
26‧‧‧半導體基板
26A、26B‧‧‧表面
24‧‧‧影像感測器
28‧‧‧前側內連線結構
100‧‧‧主動影像感測畫素區
200‧‧‧黑參考畫素區
36‧‧‧底部抗反射層
38‧‧‧氧化矽層
46‧‧‧金屬網格線
47‧‧‧金屬遮蔽
50‧‧‧黏著層
52‧‧‧氧化物層
54‧‧‧高折射係數層
56‧‧‧氧化物層
58‧‧‧彩色濾光器
60‧‧‧微透鏡
Claims (10)
- 一種半導體裝置，包括：一半導體基板，具有一前側及一後側；一第一感光裝置，設置於該半導體基板的該前側上；一網格，具有側壁及一頂表面，設置在該半導體基板的該背側上並覆蓋該半導體基板；一高光反射層；以及一高折射係數層，在該高光反射層上，其中該高光反射層及該高折射係數層延伸至該網格的該頂表面及該側壁上。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該第一感光裝置在該網格下且與該網格間的一空間對齊，且該高折射係數層不含在該第一感光裝置上且與其對準的部分。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該高光反射層包括：一黏著層；以及一金屬氧化物層，在該黏著層上，其中該金屬氧化物層包括在該黏著層中的一金屬的一氧化物。
- 如申請專利範圍第3項所述之半導體裝置，其中該黏著層包括鉻，且該金屬氧化物層包括氧化鉻。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，其中該網格包括一氮化鈦層，及在該氮化鈦層上的一鎢層。
- 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置，更包括：一第二感光裝置，設置於該半導體基板的該前側上； 以及一金屬遮蔽，在該第二感光裝置上且對準該第二感光裝置，其中利用與該網格相同的材料形成該金屬遮蔽，且該網格與該金屬遮蔽大抵齊平，且該高折射係數層在該金屬遮蔽的一頂表面上延伸。
- 一種半導體裝置，包括：一半導體基板，具有一前側及一後側；多個網格線，在該半導體基板的該後側，且形成多個網格；多個感光裝置，在該些網格線間的網格開口下並與其對齊，其中該些感光裝置在該半導體基板的該前側，且係用以由該半導體基板的該背側接收光並將光轉換為一電子訊號；一鉻層，包括在該些網格線的頂表面上的頂表面部分，以及在該些網格線的側壁上的側壁部分；以及一氧化鉻層，包括分別在該鉻層的該頂表面部分及該側壁部分上的頂表面部分及側壁部分。
- 如申請專利範圍第7項所述之半導體裝置，更包括：一影像感測器，設置於該半導體基板的該前側上；以及一金屬遮蔽，在該影像感測器上並於其對齊，其中利用與該些網格線相同的材料形成該金屬遮蔽，且該金屬遮蔽大抵與該些網格線齊平，且其中該鉻層及該氧化鉻層在該金屬遮蔽的一頂表面及側壁上延伸。
- 一種半導體裝置的形成方法，包括： 在一半導體基板的一前側上形成多個感光裝置；在該半導體基板的一後側上形成一網格層；圖案化該網格層以形成多個網格線，其中該些網格線間的網格開口與該些感光裝置對齊；在該些網格線的頂表面及側壁上形成一堆疊層，其中形成該堆疊層的步驟包括：形成一黏著層；在該黏著層上形成一金屬氧化物層；在該金屬氧化物層上形成一高折射係數層；以及圖案化該堆疊層以移除該堆疊層與該些感光裝置對齊的部分。
- 如申請專利範圍第9項所述之半導體裝置的形成方法，更包括在該半導體基板的該前側上形成一額外的影像感測器，其中在進行該網格層的圖案化步驟之後，留下一部分的該網格層在該額外的影像感測器上並與其對齊，且其中在進行圖案化該堆疊層的步驟之後，留下一部分的該堆疊層在該額外的影像感測器上並與其對齊。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US13/420,847 US9041140B2 (en) | 2012-03-15 | 2012-03-15 | Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201338187A true TW201338187A (zh) | 2013-09-16 |
| TWI504008B TWI504008B (zh) | 2015-10-11 |
Family
ID=49156882
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW101146011A TWI504008B (zh) | 2012-03-15 | 2012-12-07 | 半導體裝置及其形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (3) | US9041140B2 (zh) |
| KR (1) | KR101438268B1 (zh) |
| TW (1) | TWI504008B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI701821B (zh) * | 2015-09-09 | 2020-08-11 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 半導體元件及其製造方法 |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9219092B2 (en) | 2012-02-14 | 2015-12-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same |
| 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 |
| US20140078356A1 (en) * | 2012-09-20 | 2014-03-20 | Aptina Imaging Corporation | Imaging systems with high dielectric constant barrier layer |
| US9123839B2 (en) * | 2013-03-13 | 2015-09-01 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Image sensor with stacked grid structure |
| US9490288B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-11-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Image sensor with trenched filler grid within a dielectric grid including a reflective portion, a buffer and a high-K dielectric |
| US9281338B2 (en) | 2014-04-25 | 2016-03-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Semiconductor image sensor device having back side illuminated image sensors with embedded color filters |
| US9437645B1 (en) * | 2015-03-20 | 2016-09-06 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Composite grid structure to reduce cross talk in back side illumination image sensors |
| KR102501643B1 (ko) | 2015-09-24 | 2023-02-20 | 삼성전자주식회사 | 고굴절률 광학 기능층을 포함하는 광학 장치 및 상기 광학 장치의 제조 방법 |
| US10134801B2 (en) * | 2015-11-30 | 2018-11-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Method of forming deep trench isolation in radiation sensing substrate and image sensor device |
| US9917121B2 (en) * | 2016-03-24 | 2018-03-13 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | BSI image sensor and method of forming same |
| CN110770555A (zh) * | 2017-04-20 | 2020-02-07 | 特里纳米克斯股份有限公司 | 光学检测器 |
| CN107731860A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-02-23 | 德淮半导体有限公司 | 一种背照式cmos图像传感器及其形成方法 |
| CN108682678A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-19 | 德淮半导体有限公司 | 图像传感器及其形成方法 |
| US11069740B2 (en) * | 2019-02-28 | 2021-07-20 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Image sensor grid and method of manufacturing same |
| US11189653B2 (en) * | 2019-09-17 | 2021-11-30 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Semiconductor device with buffer layer and method of forming |
| US11329086B2 (en) * | 2019-12-27 | 2022-05-10 | Omnivision Technologies, Inc. | Method and structure to improve image sensor crosstalk |
| CN113709428A (zh) * | 2020-05-20 | 2021-11-26 | 中强光电股份有限公司 | 投影系统以及投影方法 |
| US11728364B2 (en) * | 2020-08-11 | 2023-08-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Low-refractivity grid structure and method forming same |
| US20220302186A1 (en) * | 2021-03-19 | 2022-09-22 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Image sensor with high quantam efficiency |
| US11336246B1 (en) | 2021-03-25 | 2022-05-17 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Amplifier circuit |
Family Cites Families (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20030038838A (ko) | 2001-11-06 | 2003-05-17 | 주식회사 하이닉스반도체 | 이미지 센서 및 그 제조방법 |
| US6939015B2 (en) * | 2002-09-20 | 2005-09-06 | Eastman Kodak Company | Chromium black light shield |
| US7453109B2 (en) * | 2004-09-03 | 2008-11-18 | Canon Kabushiki Kaisha | Solid-state image sensor and imaging system |
| US7180044B2 (en) * | 2004-12-03 | 2007-02-20 | United Microelectronics Corp. | Image sensor device with color filters and manufacturing method thereof |
| US7189957B2 (en) * | 2005-02-25 | 2007-03-13 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Methods to improve photonic performances of photo-sensitive integrated circuits |
| CA2618685C (en) * | 2005-08-12 | 2015-02-03 | Fiso Technologies Inc. | Single piece fabry-perot optical sensor and method of manufacturing the same |
| US7755122B2 (en) * | 2005-08-29 | 2010-07-13 | United Microelectronics Corp. | Complementary metal oxide semiconductor image sensor |
| US20080054386A1 (en) * | 2006-08-31 | 2008-03-06 | Micron Technology, Inc. | Recessed color filter array and method of forming the same |
| US8054371B2 (en) * | 2007-02-19 | 2011-11-08 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Color filter for image sensor |
| TWI479887B (zh) * | 2007-05-24 | 2015-04-01 | Sony Corp | 背向照明固態成像裝置及照相機 |
| EP2208239A1 (en) * | 2007-10-11 | 2010-07-21 | Jie Yao | Photo-detector array and semiconductor image intensifier |
| US8058549B2 (en) * | 2007-10-19 | 2011-11-15 | Qualcomm Mems Technologies, Inc. | Photovoltaic devices with integrated color interferometric film stacks |
| US7822300B2 (en) * | 2007-11-20 | 2010-10-26 | Aptina Imaging Corporation | Anti-resonant reflecting optical waveguide for imager light pipe |
| JP2009206356A (ja) * | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Toshiba Corp | 固体撮像装置およびその製造方法 |
| JP2010098219A (ja) * | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Toshiba Corp | 裏面照射型固体撮像装置 |
| JP5521312B2 (ja) | 2008-10-31 | 2014-06-11 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置及びその製造方法、並びに電子機器 |
| KR20100079399A (ko) * | 2008-12-31 | 2010-07-08 | 주식회사 동부하이텍 | 이미지 센서 및 그 제조 방법 |
| US8076746B2 (en) * | 2009-06-26 | 2011-12-13 | Omnivision Technologies, Inc. | Back-illuminated image sensors having both frontside and backside photodetectors |
| US20100327390A1 (en) * | 2009-06-26 | 2010-12-30 | Mccarten John P | Back-illuminated image sensor with electrically biased conductive material and backside well |
| US20100327391A1 (en) * | 2009-06-26 | 2010-12-30 | Mccarten John P | Back-illuminated image sensor with electrically biased frontside and backside |
| KR101799031B1 (ko) * | 2010-08-09 | 2017-12-21 | 삼성디스플레이 주식회사 | 터치 감지층을 포함하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 |
| US20120267658A1 (en) * | 2011-04-20 | 2012-10-25 | Invenlux Limited | Large-area light-emitting device and method for fabricating the same |
| 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 |
| US8530266B1 (en) * | 2012-07-18 | 2013-09-10 | Omnivision Technologies, Inc. | Image sensor having metal grid with a triangular cross-section |
-
2012
- 2012-03-15 US US13/420,847 patent/US9041140B2/en active Active
- 2012-06-11 KR KR1020120062148A patent/KR101438268B1/ko active IP Right Grant
- 2012-12-07 TW TW101146011A patent/TWI504008B/zh active
-
2015
- 2015-05-04 US US14/703,472 patent/US9257476B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2016
- 2016-02-08 US US15/018,603 patent/US9478581B2/en active Active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI701821B (zh) * | 2015-09-09 | 2020-08-11 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 半導體元件及其製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TWI504008B (zh) | 2015-10-11 |
| KR101438268B1 (ko) | 2014-09-04 |
| US9478581B2 (en) | 2016-10-25 |
| KR20130105223A (ko) | 2013-09-25 |
| US20150236067A1 (en) | 2015-08-20 |
| US9041140B2 (en) | 2015-05-26 |
| US20160155771A1 (en) | 2016-06-02 |
| US9257476B2 (en) | 2016-02-09 |
| US20130241018A1 (en) | 2013-09-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI504008B (zh) | 半導體裝置及其形成方法 | |
| TWI481016B (zh) | 影像感測晶片及其形成方法 | |
| JP6325620B2 (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
| KR101489038B1 (ko) | 개선된 반사성의 이미지 센서용 광학 그리드를 위한 방법 및 장치 | |
| TWI528536B (zh) | 在背照式影像感測器晶片內形成多層金屬膜堆疊的方法及背照式影像感測器裝置 | |
| JP6218776B2 (ja) | Ｂｓｉイメージセンサー用半導体装置とその形成方法 | |
| JP5976504B2 (ja) | イメージセンサチップおよびその製造方法 | |
| TWI532159B (zh) | 影像感測器裝置與其形成方法與影像感測器陣列元件 | |
| US11532658B2 (en) | Image sensor grid and method of fabrication of same | |
| US20130249039A1 (en) | Metal Shield Structures in Backside Illumination Image Sensor Chips and Methods for Forming the Same | |
| CN101308821B (zh) | 制造图像传感器的方法 | |
| US7695992B2 (en) | Vertical type CMOS image sensor and fabricating method thereof | |
| US11335817B2 (en) | Composite etch stop layers for sensor devices | |
| TW202127543A (zh) | 影像感測件、光學結構及其形成方法 | |
| TW201603258A (zh) | 固體攝像裝置及其製造方法 | |
| TW202235924A (zh) | 像素感測器 |