TW201635502A - 半導體結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種用於背面照明(back side illumination，BSI)像素感測器的半導體結構。光電二極體安置在半導體基板內。複合式柵格包括金屬柵格及低折射率(低n)柵格。金屬柵格包括上覆於此半導體基板且對應於光電二極體中之各者的第一開口。低n柵格包括上覆於半導體基板且對應於光電二極體中的相應各者的第二開口。濾色器安置在對應於光電二極體的第一和第二開口中且其具有的折射率大於低n柵格的折射率。濾色器的上表面相對於複合式柵格的上表面偏移。本發明亦提供了一種用於製造BSI像素感測器的方法。

Description

用於減少背面照明圖像感測器中串 擾的複合式柵格結構
本發明係關於一種半導體結構及其製造方法，特別是有關於一種用於背面照明(back side illumination，BSI)像素感測器的半導體結構及其製造方法。
數位攝影機和另一種光學成像裝置採用圖像感測器。圖像感測器將光學圖像轉化為可表示為數位圖像的數字資料。圖像感測器包括像素感測器和支持邏輯的陣列。此陣列的像素感測器是用於測量入射光的單位元件，以及支持邏輯促進測量值的讀出。在光學成像裝置中常用的一種類型的圖像感測器是背面照明(back side illumination，BSI)圖像感測器。為了實現低成本、小型和高整合度，可將BSI圖像感測器製造整合到傳統的半導體製程中。此外，BSI圖像感測器具有低操作電壓、低功耗、高量子效率、低讀出雜訊，並且允許隨機存取。
本發明提供了一種用於BSI像素感測器的半導體結構。光電二極體安置在半導體基板內。複合式柵格包括金屬柵格與低折射率(低n)柵格。金屬柵格包括上覆(overlying)於半導體基板且對應於光電二極體中之各者的第一開口。低n柵格包括上覆於半導體基板且對應於光電二極體中之各者的第二開口。濾色器安置在對應於光電二極體的第一與第二開口中，且其具有的折射率大於低n柵格的折射率。濾色器的上表面相對於複合式柵格的上表面偏移。
在其他實施方式中，本發明提供了一種用於製造用於BSI像素感測器之半導體結構的方法。形成光電二極體在半導體基板中。形成金屬層、低n層，以及硬遮罩層，依序堆疊於半導體基板之上方。執行蝕刻穿過上覆於光電二極體的金屬層、低n層以及硬遮罩層的區域，以形成複合式柵格，所述複合式柵格具有上覆於光電二極體中之相應光電二極體的開口。複合式柵格包括依序堆疊之金屬柵格、低n柵格，以及硬遮罩柵格。在相應光電二極體上方的開口中形成濾色器。所述濾色器被形成為具有相對於複合式柵格之上表面偏移的上表面，並且其所具有的折射率大於低n層的折射率。
在另外的其他實施方式中，本發明提供了一種用於製造用於BSI像素感測器的半導體結構的方法。提供半導體基板，所述半導體基板具有安置在半導體基板中的光電 二極體。在半導體基板上方形成金屬層。執行第一蝕刻穿過上覆於光電二極體之金屬層的區域，以形成金屬柵格，所述金屬柵格具有第一開口上覆於光電二極體中之相應光電二極體。形成低n層及硬遮罩層依序堆疊於金屬柵格之上方按彼敘述次序堆疊並且填充第一開口。執行第二蝕刻穿過上覆於光電二極體的低n層與硬遮罩層的區域，以分別形成低n柵格與硬遮罩柵格，此低n柵格與此硬遮罩柵格共同定義上覆於光電二極體中的相應光電二極體的第二開口。形成濾色器在相應光電二極體上方的第一與第二開口中。濾色器被形成為具有相對於硬遮罩柵格的上表面偏移的上表面，並且其具有的折射率大於低n層的折射率。
100A‧‧‧剖視圖
100B‧‧‧剖視圖
102‧‧‧像素感測器
104‧‧‧半導體基板、基板
106‧‧‧光電二極體、第一光電二極體、第二光電二極體
108‧‧‧抗反射塗層(ARC)
110‧‧‧第一介電層
112‧‧‧複合式柵格
114‧‧‧開口
116‧‧‧濾色器
118‧‧‧濾色器
120‧‧‧濾色器
122‧‧‧金屬柵格
122’‧‧‧金屬層
124‧‧‧低n柵格
124’‧‧‧低n層
126‧‧‧硬遮罩柵格
126’‧‧‧硬遮罩層
128‧‧‧微透鏡
130‧‧‧第二介電層
132‧‧‧上表面
134‧‧‧上表面
136‧‧‧BSI圖像感測器封裝
138‧‧‧像素感測器陣列
140‧‧‧積體電路
142‧‧‧BEOL金屬化堆疊
144‧‧‧金屬化層
146‧‧‧金屬化層
148‧‧‧層間介電層
150‧‧‧觸點
152‧‧‧通孔
154‧‧‧承載基板
156‧‧‧球狀柵格陣列(BGA)
158‧‧‧重分佈層
160‧‧‧第二貫穿矽通孔、第二通孔
162‧‧‧BGA介電層
164‧‧‧凸塊下金屬化(UBM)層
166‧‧‧焊球
200‧‧‧剖視圖
202‧‧‧像素感測器
204‧‧‧濾色器
206‧‧‧上表面
208‧‧‧微透鏡
300‧‧‧剖視圖
302‧‧‧像素感測器
304‧‧‧濾色器
306‧‧‧上表面
400‧‧‧剖視圖
404‧‧‧複合式柵格
406‧‧‧低n柵格
406'‧‧‧低n層
408‧‧‧第一開口
410‧‧‧第二開口
412‧‧‧濾色器
414‧‧‧第二介電層
416‧‧‧上表面
418‧‧‧上表面
500‧‧‧剖視圖
504‧‧‧濾色器
506‧‧‧上表面
508‧‧‧微透鏡
600‧‧‧剖視圖
700‧‧‧剖視圖
800‧‧‧流程圖
802‧‧‧動作
804‧‧‧動作
806‧‧‧動作
808‧‧‧動作
810‧‧‧動作
900‧‧‧流程圖
902‧‧‧動作
904‧‧‧動作
906‧‧‧動作
908‧‧‧動作
910‧‧‧動作
912‧‧‧動作
1000‧‧‧剖視圖
1002‧‧‧第一前側
1100‧‧‧剖視圖
1200‧‧‧剖視圖
1202‧‧‧額外的蝕刻劑
1300‧‧‧剖視圖
1400A‧‧‧剖視圖
1400B‧‧‧剖視圖
1500A‧‧‧剖視圖
1500B‧‧‧剖視圖
1600‧‧‧流程圖
1602‧‧‧動作
1604‧‧‧動作
1606‧‧‧動作
1608‧‧‧動作
1610‧‧‧動作
1612‧‧‧動作
1614‧‧‧動作
1616‧‧‧動作
1700‧‧‧剖視圖
1800‧‧‧剖視圖
1900‧‧‧剖視圖
1902‧‧‧光阻層
1904‧‧‧蝕刻劑
2000‧‧‧剖視圖
2100‧‧‧剖視圖
2200‧‧‧剖視圖
2300A‧‧‧剖視圖
2300B‧‧‧剖視圖
2400A‧‧‧剖視圖
2400B‧‧‧剖視圖
當結合附圖閱讀以下詳細描述時，本發明的各態樣將最易於理解。應注意的是，根據行業標準操作規程，各種特徵結構並非按比例繪製。事實上，為了論述之清晰性，可以任意地增大或減小各種特徵結構之尺寸。
第1A圖繪示用於對準的背面照明(BSI)像素感測器的半導體結構的一些實施方式的剖視圖。
第1B圖繪示用於包括第1A圖像素感測器的BSI圖像感測器封裝的半導體結構之一些實施方式的剖視圖；第2圖繪示用於對準的BSI像素感測器的半導體結構的其他實施方式的剖視圖。
第3圖繪示用於移位的BSI像素感測器的半導體結構的第一實施方式的剖視圖。
圖4繪示用於移位的BSI像素感測器的半導體結構的第二實施方式的剖視圖。
第5圖繪示用於移位的BSI像素感測器的半導體結構的其他第二實施方式的剖視圖。
第6圖繪示用於移位的BSI像素感測器的半導體結構的第三實施方式的剖視圖。
第7圖繪示用於移位的BSI像素感測器的半導體結構的其他第三實施方式的剖視圖。
第8圖繪示一種用於製造用於BSI像素感測器的半導體結構的方法的一些實施方式的流程圖。
第9圖繪示第8圖之方法的更詳細實施方式的流程圖，其中製造用於對準的BSI像素感測器的半導體結構。
第10圖到第13圖，第14A圖和第14B圖，以及第15A圖和第15B圖繪示第9圖的半導體結構在各個製造階段的一些實施方式的一系列剖視圖。
第16圖繪示第8圖的方法的其他更詳細實施方式的流程圖，其中製造用於移位的BSI像素感測器的半導體結構。
第17圖到第22圖，第23A圖和第23B圖，以及第24A圖和第24B圖繪示第16圖的半導體結構在各個製造階段的一些實施方式的一系列剖視圖。
本發明內容提供用於實施本發明之不同特徵結構的許多不同的實施方式或實例。部件及配置之特定實例描述如下，以簡化本發明。此等當然僅為實例並且並不意欲作為限制。例如，以下描述中在第二特徵結構上方或上面形成第一特徵結構可包括其中此等第一和第二特徵結構是以直接接觸形成的實施方式，以及還可包括其中可在此等第一和第二特徵結構之間形成額外的特徵結構以使得此等第一和第二特徵結構可不直接接觸的實施方式。此外，本發明可在各個實例中重複參考數字及/或字母。此重複是出於簡潔明瞭的目的並且其本身並非指示所論述的各個實施方式及/或配置之間的關係。
此外，空間相對術語，諸如「在……下方」、「在……下面」、「在……下部」、「在……上方」、「在……上部」等等可在本文中用於簡化描述，以描述如附圖中所繪示的一個元件或特徵結構與另一元件或特徵結構的關係。應理解的是此等空間相對術語意欲涵蓋使用或操作中的元件除了在附圖中描述的取向以外的不同取向。此設備可以其他方式取向(旋轉90度或者為其他取向)，並且本文使用的空間相對描述詞可據此類似地解釋。
此外，在本文中可使用「第一」、「第二」、「第三」等等，以便於描述從而區分一個附圖或一系列附圖中的不同元件。「第一」、「第二」、「第三」等等並非意 欲說明對應元件。因此，結合第1圖描述的「第一介電層」未必可對應於結合另一附圖描述的「第一介電層」。
隨著BSI圖像感測器的尺寸縮小，BSI圖像感測器面臨著大量挑戰。BSI圖像感測器的一個挑戰是相鄰像素感測器之間的串擾(cross talk)。隨著BSI圖像感測器變得越來越小，相鄰像素感測器之間的距離亦變得越來越小，從而增大了串擾的可能性。串擾降低了量子效率、角響應，以及實現好的訊噪比(signal-to-noise ratio，SNR)所需的最小亮度。BSI圖像感測器的另一個挑戰是光收集。隨著BSI圖像感測器變得越來越小，用於光收集的表面積亦變得越來越小，從而降低了像素感測器的靈敏度。此對於弱光環境是成問題的。
鑒於上述，本申請關於BSI圖像感測器的一種半導體結構，此半導體結構具有像素感測器之間的改良光隔離，或者改良的光收集。半導體結構包括半導體基板及安置在此基板中的光電二極體。此外，半導體結構包括對應於光電二極體，安置在半導體基板背面上的濾色器。進一步圍繞濾色器以及在濾色器之間安置複合式柵格，並且複合式柵格包括金屬柵格及上覆(overlying)於金屬柵格的低折射率(低n)柵格。低n柵格具有小於濾色器的折射率，從而分隔相鄰濾色器以及充當光導向裝置以增加濾色器的有效尺寸(例如，藉由將濾色器側面上的入射光導引到濾色器的中心)。金屬柵格阻斷光，從而分隔相鄰濾色器並且降低串擾。 濾色器進一步具有相對於複合式柵格的上表面偏移的上表面。
相對於複合式柵格的上表面，偏移濾色器的上表面，使其能夠緩解BSI圖像感測器所面臨的一些挑戰。例如，在一些實施方式中，濾色器的上表面是相對於複合式柵格的上表面凹陷的。使濾色器的上表面凹陷有利地改良了量子效率，此是因為低n柵格是透明的並且用低n柵格將收集更多的光。此改良了角響應，以及在傾斜入射光條件下實現為10的良好SNR所需的最小亮度。在其他實施方式中，濾色器的上表面高於複合式柵格的上表面，並且突出於複合式柵格的上表面。使複合式柵格的上表面相對於濾色器的上表面凹陷減少了串擾，此是因為低n柵格充當光導向裝置。
參照第1A圖，提供了用於對準的BSI像素感測器102的半導體結構的一些實施方式的剖視圖100A。像素感測器102一般安置在BSI圖像感測器的像素感測器陣列中，並且一般安置在此像素感測器陣列的中心處。半導體結構包括半導體基板104，在此半導體基板104中安置有對應於像素感測器102的光電二極體106。光電二極體106在半導體基板104中成列及/或成行安置，並且被配置用於從入射到光電二極體106上的光子積聚電荷(例如，電子)。半導體基板104可為例如塊狀半導體基板(諸如，塊狀矽基板)，或者絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板。
在半導體基板104上方沿著半導體基板104的上表面安置抗反射塗層(antireflective coating，ARC) 108及/或第一介電層110。在其中存在ARC 108與第一介電層110兩者的實施方式中，此第一介電層110一般安置在ARC 108上方。ARC 108及/或第一介電層110將半導體基板104與上覆於此基板104的複合式柵格112隔開。第一介電層110可為例如氧化物，諸如二氧化矽。
橫向地安置複合式柵格112，使其圍繞光電二極體106且介於光電二極體106之間，以定義在其中安置濾色器116、118、120的開口114。開口114對應於像素感測器102並且集中於光電二極體106的中心上。複合式柵格112可包括按敘述次序在半導體基板104上方堆疊的金屬柵格122、低n柵格124及/或硬遮罩柵格126。金屬柵格122阻斷光使其無法在相鄰像素感測器102之間傳遞，從而幫助減少串擾(cross talk)。金屬柵格122可為例如鎢、銅，或者鋁銅合金。低n柵格124是透明材料，其具有的折射率小於濾色器116、118、120的折射率。由於低折射率，低n柵格124充當光導向裝置來將光導引到濾色器116、118、120。通過沿著濾色器116、118、120的側面導引光(除了在濾色器116、118、120的頂端上入射的光之外)，此光導向裝置有效地增大了濾色器116、118、120的尺寸。此外，由於低折射率，低n柵格124用於提供相鄰像素感測器102之間的光隔離。在一些實施方式中，低n柵格124是介電質，諸如氧化物(例如，SiO2)或者氧化鉿(例如，HfO2)；或者是折射率小於濾色器的材料。硬遮罩柵格126可為例如氮化矽或者氧氮化矽。
濾色器116、118、120安置在ARC 108及/或第一介電層110上方，並且被微透鏡128覆蓋。微透鏡128集中於光電二極體106的中心。此外，濾色器116、118、120安置在相應像素感測器102的光電二極體106上方，在複合式柵格112的開口114內，並且藉由第二介電層130與複合式柵格112間隔，此第二介電層130內襯(lining)於複合式柵格112。第二介電層130可為例如氧化物。濾色器116、118、120具有上表面132，表面132高於複合式柵格112的上表面134並且突出於圍繞開口114之複合式柵格112。因為低n柵格124將收集更少的光，所以此有利地減少了相鄰像素感測器102之間的串擾。此外，向濾色器116、118、120指派相應的光色或光波長，並且濾色器116、118、120被配置用於過濾除了所指派的光色或者光波長以外的所有光色或者光波長。通常，濾色器指派在紅光、綠光與藍光之間交替，以使得濾色器116、118、120包括紅色濾色器116、綠色濾色器118，以及藍色濾色器120。在一些實施方式中，濾色器指派根據Bayer濾色器馬賽克(Bayer filter mosaic)在紅光、綠光與藍光之間交替。
參照第1B圖，提供了用於BSI圖像感測器封裝136的半導體結構的一些實施方式的剖視圖100B。BSI圖像感測器封裝136包括在積體電路140的第一背側上成列及成行安置的像素感測器102的陣列138。在一些實施方式中，像素感測器陣列138包括第1A圖的像素感測器102，此像素感測器102通常安置在像素感測器陣列138的中心處。此 外，在一些實施方式中，像素感測器陣列138包括數百萬的像素感測器，及/或沒有上千也有上百的列與行。例如，像素感測器陣列138可包括安置在1536列與2048行中的3百萬個像素感測器。
積體電路140包括光電二極體106的陣列，光電二極體106在半導體基板104中成列及成行安置並且被配置用於從入射到光電二極體106上的光子積聚電荷。邏輯元件(未繪示)如電晶體是沿著半導體基板104的下表面安置的並且被配置用於使得能夠讀出光電二極體106。
BEOL金屬化堆疊142下伏(underlying)於半導體基板104並且包括堆疊在層間介電(interlayer dielectric，ILD)層148中的複數個金屬化層144、146。BEOL金屬化堆疊142的一或多個觸點150從金屬化層146延伸到邏輯元件。此外，BEOL金屬化堆疊142的一或多個第一通孔152在金屬化層144、146之間延伸，以使金屬化層144、146互連。ILD層148可為例如低κ介電質(亦即，介電常數小於約3.9的介電質)或者氧化物。金屬化層144、146，觸點150，以及第一通孔152可為例如金屬，諸如銅、鎢或者鋁。
承載基板154位於積體電路140與球狀柵格陣列(ball grid array，BGA)156之間。BGA 156包括重分佈層(redistribution layer，RDL)158，此RDL 158沿著承載基板154的下表面安置並且經由延伸穿過承載基板154的一或多個第二貫穿矽通孔160而電耦接到BEOL金屬化堆 疊142的金屬化層144、146。RDL 158被BGA介電層162覆蓋，並且凸塊下金屬化(under bump metallization，UBM)層164延伸穿過BGA介電層162以將UBM層164下面的焊球166電耦接到RDL 158。BGA介電層162可為例如環氧化物。RDL 158、UBM層164，第二通孔160，以及焊球166可為例如金屬，諸如銅、鋁，以及鎢。
參照第2圖，提供了用於對準的BSI像素感測器202的半導體結構的其他實施方式的剖視圖200。對應於像素感測器202的濾色器204安置在光電二極體106上方，在複合式柵格112的開口114內。開口114在光電二極體106上方的中心處。濾色器204部分地填充開口114並且具有相對於複合式柵格112的上表面134凹陷的上表面206。此與第1A圖的實施方式不同。凹陷的上表面206有利地改良了光收集，此是因為複合式柵格112的低n柵格124充當光導向裝置而有效地增大了濾色器204的尺寸。微透鏡208安置在濾色器204及光電二極體106上方，並且與濾色器204及光電二極體106中心對準。微透鏡208填充開口114的剩餘部分並且突出於圍繞開口114之複合式柵格112。
參照圖3，提供了用於移位的BSI像素感測器302的半導體結構的第一實施方式剖視圖300。像素感測器302通常安置在BSI圖像感測器的像素感測器陣列的邊緣處，或者以其他方式從像素感測器陣列的中心偏移。例如，像素感測器302可安置在第1B圖的像素感測器陣列138的邊緣處。像素感測器302包括對應的濾色器304及對應的微 透鏡128。濾色器304安置在光電二極體106上方，在複合式柵格112的開口114內。複合式柵格112圍繞光電二極體106以及在光電二極體106之間橫向地安置，以定義開口114。濾色器304具有上表面306，此上表面306在複合式柵格112的上表面134上方並且沿著至少一個方向突出於複合式柵格112的上表面134。微透鏡128安置在濾色器304及光電二極體106上方。此外，微透鏡128沿著至少一個方向突出於複合式柵格112的上表面134。
濾色器304沿著至少一個方向從光電二極體106橫向移位或偏移量S 1，並且微透鏡128沿著至少一個方向從光電二極體302橫向移位或者偏移量S 2。通常，移位量S 2大於移位量S 1。移位量S 1,S 2可為例如在光電二極體106、微透鏡128以及濾色器304的中心之間。此外，移位量S 1及S 2可為例如與距像素感測器陣列的中心的距離成比例，以在入射光的主光角不是正交或者垂直的情況下改良像素效率。在一些實施方式中，取決於移位量S 1，濾色器304可部分地填充上覆於第一光電二極體106的複合式柵格112中的第一開口，以及可部分地填充上覆於相鄰的第二光電二極體106的複合式柵格112中的第二開口。此外，在一些實施方式中，取決於移位量S 2，微透鏡128可部分地上覆於第一光電二極體並且可部分地上覆於相鄰的第二光電二極體。
參照第4圖，提供了用於移位的BSI像素感測器402的半導體結構的第二實施方式的剖視圖400。BSI像素感測器402通常安置在BSI圖像感測器的像素感測器陣列的 邊緣處，或者以其他方式從像素感測器陣列的中心偏移。複合式柵格404包括金屬柵格122、低n柵格406，以及硬遮罩柵格126。金屬柵格122圍繞對應於像素感測器402的光電二極體106以及在此等光電二極體106之間橫向地安置，以定義對應於像素感測器402的第一開口408。第一開口408在光電二極體106上方與此等光電二極體106中心地對準。低n柵格406與金屬柵格122共享佈局，但是沿著至少一個方向橫向地移位，以使得低n柵格406與金屬柵格122相鄰，其中低n柵格406的側壁鄰接金屬柵格122的側壁。硬遮罩柵格126上覆於低n柵格406，並且低n柵格406與硬遮罩柵格126定義第二開口410。第二開口410與第一開口408重疊，並且部分地上覆於光電二極體106。
濾色器412安置在光電二極體106上方，在第一和第二開口408、410內。濾色器412藉由第二介電層414間隔，此第二介電層414內襯於複合式柵格404。此外，濾色器412包括上表面416，上表面416在複合式柵格404的上表面418上方並且突出於圍繞第二開口410之複合式柵格404。由於低n柵格406中的移位，濾色器412沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 1，並且具有梯級輪廓。微透鏡128安置在濾色器412上方，並且沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 2。
參照第5圖，提供了用於對準的BSI像素感測器502的半導體結構的其他第二實施方式的剖視圖500。濾色器504安置在光電二極體106上方，在複合式柵格404的第 一開口408和第二開口410內。濾色器504包括相對於複合式柵格404的上表面418凹陷的上表面506。此與第4圖的實施方式不同。此外，濾色器504沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 1。對應於像素感測器的微透鏡508安置在濾色器412上方，並且沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 2。
參照第6圖，提供了用於移位的BSI像素感測器602的半導體結構的第三實施方式的剖視圖600。像素感測器602通常安置在BSI圖像感測器的像素感測器陣列的邊緣處，或者以其他方式從像素感測器陣列的中心偏移。複合式柵格112圍繞與對應像素感測器602的光電二極體106對應的開口114以及在此等開口114之間安置。此外，複合式柵格112，以及安置在開口114中的濾色器116、118、120沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 1，以使得開口114與對應像素感測器602的光電二極體106部分地重疊。濾色器116、118、120包括上表面132，上表面132在複合式柵格112的上表面134上方並且突出於圍繞開口114之複合式柵格112。微透鏡128安置在濾色器116、118、120上方，並且沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 2。
參照第7圖，提供了用於移位的BSI像素感測器702的半導體結構的其他第三實施方式的剖視圖700。對應於像素感測器702的濾色器204安置在光電二極體106上方，在複合式柵格112的開口114內。濾色器204包括相對 於複合式柵格112的上表面134凹陷的上表面206。此與第6圖的實施方式不同。此外，濾色器204沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 1。微透鏡208安置在濾色器204上方，並且沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移量S 2。
參照第8圖，提供了一種用於製造用於BSI像素感測器的半導體結構的方法的一些實施方式的流程圖800。
在802處，提供了半導體基板與BEOL金屬化堆疊。BEOL金屬化堆疊沿著基板的第一前側下伏於此基板，以及此等光電二極體安置在此基板內的柵格中。
在804處，形成上覆於半導體基板的第二背側的金屬柵格，其中第二背側與此基板的第一側相對。金屬柵格圍繞對應於光電二極體的第一開口以及在此等第一開口之間安置，其中此等第一開口與相應光電二極體至少部分地重疊。
在806處，形成按彼敘述次序堆疊的低n柵格與硬遮罩柵格，此低n柵格與此硬遮罩柵格上覆於金屬柵格及/或與金屬柵格相鄰。此外，圍繞對應於光電二極體的第二開口以及在此等第二開口之間安置低n柵格與硬遮罩柵格。第二開口至少部分地與相應光電二極體以及相應光電二極體的第一開口重疊。低n柵格具有小於此後形成的濾色器的折射率，並且因此充當光導向裝置來增強光收集。此外，低n柵格提供光隔離並且減少相鄰像素感測器之間的串擾。
在808處，形成至少部分地填充光電二極體中的相應各者的第一和第二開口的濾色器。濾色器被形成為具有從硬遮罩柵格的上表面垂直偏移的上表面。在一些實施方式中，濾色器突出於低n柵格。在此類實施方式中，藉由低n柵格的光收集被有利地減少，從而減少了相鄰像素感測器之間的串擾。在其他實施方式中，濾色器的上表面是相對於硬遮罩柵格的上表面凹陷的。在此類實施方式中，藉由低n柵格的光收集被有利地增強，從而增大濾色器的有效尺寸。
在810處，形成上覆於濾色器的微透鏡。
雖然藉由流程圖800描述的方法在本文中被繪示和描述為一系列動作或事件，但是應當理解的是所繪示的此類動作或事件的次序不應被以限制性意義解釋。例如，一些動作可以不同次序發生及/或與除本文繪示及/或描述的彼等之外的其他動作或事件同時發生。此外，實施本文描述的一或多個態樣或實施方式可不需要所有繪示的動作，並且本文描述的動作中的一或多個動作可以一或多個分開的動作及/或階段進行。
參照第9圖，提供了第8圖的方法的更詳細實施方式的流程圖900。如從下文可看出的，更詳細實施方式係關於對準的BSI像素感測器。
在902處，提供具有半導體基板與BEOL金屬化堆疊的積體電路。BEOL金屬化堆疊沿著半導體基板的第一前側下伏於此基板，以及光電二極體安置在此基板內的柵格中。
在904處，形成按照彼敘述次序在積體電路上方堆疊的抗反射塗層、第一介電層、金屬層、低n層，以及硬遮罩層。此堆疊是沿著半導體基板的第二背側形成的，此第二背側與基板的第一側相對，以及低n柵格具有小於此後形成的濾色器的折射率。
在906處，穿過上覆於光電二極體的硬遮罩層、低n層以及金屬層的區域對第一介電層執行蝕刻，以圍繞至少部分地上覆於光電二極體的開口以及在此等開口之間形成複合式柵格。複合式柵格包括按彼敘述次序堆疊的金屬柵格、低n柵格，以及硬遮罩柵格。
在908處，形成覆蓋硬遮罩柵格並且內襯於開口的第二介電層。
在910處，形成至少部分地填充此等開口中的相應各者的濾色器。濾色器具有從複合式柵格的上表面垂直偏移的上表面。例如，突出於複合式柵格的濾色器或者此等濾色器的上表面是相對於複合式柵格的上表面凹陷的。
在912處，形成上覆於此等濾色器的微透鏡。
參照第10圖到第13圖，第14A圖與第14B圖，以及第15A圖與第15B圖，提供了用於BSI像素感測器的半導體結構的一些實施方式在各個製造階段的剖視圖，以說明第9圖的方法。雖然第10圖到第13圖，第14A圖與第14B圖，以及第15A圖與第15B圖是關於此方法描述的，但是應當理解的是在第10圖到第13圖，第14A圖與第14B圖，以及第15A圖與第15B圖中揭示的結構不限於此方法，而是替 代地可獨立作為與此方法無關的結構。類似地，雖然關於第10圖到第13圖，第14A圖與第14B圖，以及第15A圖與第15B圖描述了此方法，但是應當理解的是此方法不限於第10圖到第13圖，第14A圖與第14B圖，以及第15A圖與第15B圖中揭示的結構，而是替代地可獨立存在而與第10圖到第13圖，第14A圖與第14B圖，以及第15A圖與第15B圖中揭示的結構無關。
第10圖繪示與動作902相對應的一些實施方式的剖視圖1000。如圖所示，提供具有光電二極體106安置在其中的半導體基板104。光電二極體106對應於像素感測器，並且通常在半導體基板104內成行及/或成列安置。在一些實施方式中，半導體基板205是積體電路的組成部分。在此類實施方式中，積體電路的BEOL金屬化堆疊(未繪示)沿著基板104的第一前側1002下伏於半導體基板104。此外，光電二極體106部分地定義積體電路中電氣連接到BEOL金屬化堆疊的元件區域。半導體基板104可以是例如塊狀半導體基板。
第11圖繪示對應於動作904的一些實施方式的剖視圖1100。如圖所示，沿著基板104的第二背側，形成按彼敘述次序在半導體基板104上方堆疊的ARC 108、第一介電層110、金屬層112’、低n層124’，以及硬遮罩層126’。第一介電層110可為例如由氧化物如二氧化矽形成的。金屬層122’可為例如由鎢、銅，或者鋁銅合金形成的。低n層124’可為例如由折射率小於此後形成的濾色器的折射率的 材料形成的。在一些實施方式中，低n層124’是由氧化物、氧化鉿，或者具有小於矽的折射率的材料形成的。硬遮罩層126’可為例如由氮化矽或者氧氮化矽形成的。
第12圖繪示對應於動作906的一些實施方式的剖視圖1200。如圖所示，穿過上覆於光電二極體106的硬遮罩層126’、低n層124’以及金屬層122’的區域對第一介電層110執行蝕刻。此蝕刻產生圍繞上覆於光電二極體106的開口114安置的複合式柵格112。複合式柵格112可包括按彼敘述次序圍繞開口114堆疊的金屬柵格122、低n柵格124以及硬遮罩柵格126。通常，開口114與光電二極體106共享大致相同的佔地面積。此外，開口114通常與光電二極體106中心地對準，以使得複合式柵格112圍繞光電二極體106以及在光電二極體106之間安置。然而，在其他實施方式中，開口114可沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移，以使得複合式柵格112至少部分地上覆於光電二極體106。
用於執行蝕刻的製程可包括形成光阻層以遮蔽硬遮罩層126’的與複合式柵格112相對應的區域。隨後可根據光阻層的圖案將蝕刻劑施加到硬遮罩層126’，從而定義硬遮罩柵格126。蝕刻劑可為較之於低n層124’對硬遮罩層126’更具選擇性的。隨著硬遮罩柵格126被定義，可移除光阻層，以及可根據硬遮罩柵格126的圖案施加一或多種額外的蝕刻劑1202到低n層124’與金屬層122’。
第13圖繪示對應於動作908的一些實施方式的剖視圖1300。如圖所示，第二介電層130被形成為內襯於複合式柵格112的上表面134，以及內襯於開口114。通常，第二介電層130是使用共形沉積技術形成的，如例如化學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)或者物理氣相沈積(physical vapor deposition，PVD)。第二介電層130可為例如由氧化物如二氧化矽形成的。
第14A圖與第14B圖繪示對應於動作910與912的一些實施方式的剖視圖1400A、1400B。
如第14A圖所示，在對應像素感測器的開口114中形成對應於像素感測器的濾色器116、118、120。此外，濾色器116、118、120被形成為具有所指派的顏色。通常，濾色器116、118、120被交替地形成為具有所指派的紅色、綠色以及藍色。因此，濾色器116、118、120通常包括紅色濾色器116、綠色濾色器118，以及藍色濾色器120。濾色器116、118、120亦被形成為所具有的上表面132高於複合式柵格112的上表面134，並且上表面132突出於複合式柵格112的上表面134。如上所論述，此減少了藉由低n柵格124的光收集，從而減少了相鄰像素感測器之間的串擾。
在一些實施方式中，如圖所示，濾色器116、118、120填充對應像素感測器的開口114，並且與對應像素感測器的光電二極體中心對準的垂直軸是對稱的。在此類實施方式中，濾色器116、118、120通常突出於圍繞在對應像素感測器之開口114的複合式柵格上表面134，並且突 出部分的相鄰側壁通常鄰接。在其他實施方式中，濾色器116、118、120沿著至少一個方向從對應像素感測器的光電二極體106橫向地移位或者偏移。在此類實施方式中，濾色器116、118、120圍繞與對應像素感測器的光電二極體中心對準的垂直軸是不對稱的。此外，濾色器116、118、120至少部分地圍繞對應像素感測器的開口114而突出於複合式柵格的上表面134。取決於移位或者偏移程度，濾色器116、118、120可部分地填充對應像素感測器的開口並且可部分地填充與對應像素感測器相鄰的像素感測器的開口。
用於形成濾色器116、118、120的製程可包括：針對顏色指派中的每一不同顏色，形成濾色器層並且圖案化此濾色器層。濾色器層被形成以便用於填充開口114的暴露區域以及覆蓋複合式柵格的上表面134的暴露區域。濾色器層是由允許相應顏色的光穿過，同時阻斷其他顏色的光的材料形成的。此外，在一些實施方式中，濾色器層在形成之後被平坦化。圖案化可以藉由以下步驟執行：在濾色器層上方形成具有圖案的光阻層，根據光阻層的圖案施加蝕刻劑到濾色器層；以及移除圖案化的光阻層。
如第14B圖所示，在對應像素感測器的濾色器116、118、120上方形成對應於像素感測器的微透鏡128。在一些實施方式中，微透鏡128可沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移。
第15A圖與第15B圖繪示對應於動作910與912的其他實施方式的剖視圖1500A、1500B。
如第15A圖所示，對應於像素感測器的濾色器204被形成於對應像素感測器的開口114中。此外，濾色器204被形成為具有相對於複合式柵格112的上表面134凹陷的上表面206。此有利地增強了藉由低n柵格124的光收集。更甚至，濾色器204被形成為具有所指派的顏色。通常，濾色器被交替地形成為具有所指派的紅色、綠色以及藍色。
用於形成濾色器204的製程可包括：針對顏色指派中的每一不同顏色，形成濾色器層並且圖案化此濾色器層。濾色器層可被形成以便用於填充開口的暴露區域以及覆蓋複合式柵格的上表面的暴露區域。隨後可在圖案化之前平坦化及/或回蝕濾色器層到大致與複合式柵格的上表面134齊平。圖案化可以藉由以下步驟執行：在濾色器層上方形成具有圖案的光阻層，根據光阻層的圖案施加蝕刻劑到濾色器層；以及移除圖案化的光阻層。藉由施加蝕刻劑，濾色器層的上表面是相對於複合式柵格的上表面134凹陷的。
如第15B圖所示，對應於像素感測器的微透鏡208被形成於對應像素感測器的濾色器204上方。此外，微透鏡208被形成於開口114的剩餘區域中，並且突出於複合式柵格112的上表面134。在一些實施方式中，如圖所示，微透鏡208填充開口114的剩餘區域，並且圍繞與對應像素感測器的光電二極體中心對準的垂直軸是對稱的。在此類實施方式中，微透鏡208通常突出於圍繞在對應像素感測器之開口114的複合式柵格上表面134，並且突出部分的相鄰邊緣通常鄰接。在其他實施方式中，微透鏡208沿著至少一個 方向從對應像素感測器的光電二極體106橫向地移位或者偏移。在此類實施方式中，微透鏡208圍繞與對應像素感測器的光電二極體中心對準的垂直軸是不對稱的。此外，微透鏡208至少部分地圍繞對應像素感測器的開口114突出於複合式柵格的上表面134。取決於移位或者偏移程度，微透鏡208可部分地填充對應像素感測器的開口並且可部分地填充與對應像素感測器相鄰的像素感測器的開口。可根據常規方法形成微透鏡208。
參照第16圖，提供了第8圖的方法的其他更詳細實施方式的流程圖1600。如從下文可看出的，更詳細實施方式係關於移位的BSI像素感測器。
在1602處，提供具有半導體基板與BEOL金屬化堆疊的積體電路。BEOL金屬化堆疊沿著半導體基板的第一前側下伏於此基板，以及光電二極體安置在此基板內的柵格中。
在1604處，在積體電路上方形成於所述層中堆疊的抗反射塗層、第一介電層，以及金屬層。此堆疊是沿著半導體基板的第二背側形成的，其中第二背側與基板的第一側相對。
在1606處，穿過上覆於光電二極體的金屬層的區域來對第一介電層執行第一蝕刻。第一蝕刻形成了圍繞至少部分地上覆於光電二極體的第一開口以及在此等第一開口之間的金屬柵格。
在1608處，形成在金屬柵格上方按彼敘述次序堆疊並且填充第一開口的低n層與硬遮罩層。低n柵格具有小於此後形成的濾色器的折射率。
在1610處，穿過上覆於光電二極體的硬遮罩層與低n層的區域來對金屬柵格執行第二蝕刻。第二蝕刻形成了圍繞至少部分地上覆於光電二極體及第一開口的第二開口以及在此等第二開口之間的低n柵格與硬遮罩柵格。
在1612處，形成覆蓋硬遮罩柵格並且內襯於第一與第二開口的第二介電層。
在1614處，形成至少部分地填充第一和第二開口的濾色器。濾色器具有從複合式柵格的上表面垂直偏移的上表面。例如，突出於複合式柵格的濾色器或者此等濾色器的上表面是相對於複合式柵格的上表面凹陷的。
在1616處，形成上覆於此等濾色器的微透鏡。
參照第17圖到第22圖，第23A圖與第23B圖，以及第24A圖與第24B圖，提供了用於BSI像素感測器的半導體結構的一些實施方式在各個製造階段的剖視圖，以說明第16圖的方法。雖然第17圖到第22圖，第23A圖與第23B圖，以及第24A圖與第24B圖是關於此方法描述的，但是應當理解的是在第17圖到第22圖，第23A圖與第23B圖，以及第24A圖與第24B圖中揭示的結構不限於此方法，而是替代地可獨立作為與此方法無關的結構。類似地，雖然關於第17圖到第22圖，第23A圖與第23B圖，以及第24A圖與第24B圖描述了此方法，但是應當理解的是此方法不限於第17 圖到第22圖，第23A圖與第23B圖，以及第24A圖與第24B圖中揭示的結構，而是替代地可獨立存在而與第17圖到第22圖，第23A圖與第23B圖，以及第24A圖與第24B圖中揭示的結構無關。
第17圖繪示對應於動作1602的一些實施方式的剖視圖1700。如圖所示，提供具有光電二極體106安置在其中的半導體基板104。光電二極體106對應於像素感測器。在一些實施方式中，半導體基板104是積體電路的組成部分。在此類實施方式中，積體電路的BEOL金屬化堆疊(未繪示)沿著基板104的第一前側下伏於半導體基板104。半導體基板104可為例如塊狀半導體基板或者SOI基板。
第18圖繪示對應於動作1604的一些實施方式的剖視圖1800。如圖所示，沿著基板104的第二背側形成以彼敘述次序在半導體基板104上方堆疊的ARC 108、第一介電層110，以及金屬層122’。第一介電層110可為例如由氧化物形成的。金屬層122’可為例如由鎢、銅，或者鋁銅合金形成的。
第19圖繪示對應於動作1606的一些實施方式的剖視圖1900。如圖所示，穿過上覆於光電二極體106的金屬層122’的區域來對第一介電層110執行第一蝕刻。第一蝕刻產生圍繞上覆於光電二極體106的第一開口408安置的金屬柵格122。通常，第一開口408與光電二極體106共享大致相同的佔地面積。此外，第一開口408通常與光電二極體106中心地對準，以使得金屬柵格122圍繞光電二極體106 以及在光電二極體106之間安置。然而，在其他實施方式中，第一開口408可沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移，以使得金屬柵格122至少部分地上覆於光電二極體106。
用於執行第一蝕刻的製程可包括形成光阻層1902以遮蔽金屬層122’的與金屬柵格122相對應的區域。隨後可根據光阻層1902的圖案將蝕刻劑1904施加到金屬層122’，從而定義金屬柵格122。蝕刻劑1904可為較之於第一介電層110對金屬層122’更具選擇性的。隨著金屬柵格122被定義，可移除光阻層1902。
第20圖繪示對應於動作1608的一些實施方式的剖視圖2000。如圖所示，形成按彼敘述次序在第一介電層110與金屬柵格122上方堆疊的低n層406’與硬遮罩層126’。此外，低n層406’被形成為填充第一開口408。在一些實施方式中，用於形成低n層406’的製程包括：沉積中間層，以及使用化學機械研磨(chemical mechanical polish,CMP)平坦化此中間層。低n層406’是由所具有的折射率小於此後形成的濾色器的折射率的材料形成的。在一些實施方式中，低n層406’是由氧化物、氧化鉿，或者具有小於矽的折射率的材料形成的。硬遮罩層126’可為例如由氮化矽或者氧氮化矽形成的。
第21圖繪示對應於動作1610的一些實施方式的剖視圖2100。如圖所示，穿過上覆於光電二極體106的硬遮罩層126’與低n層406’的區域來對第一介電層110執行 第二蝕刻。第二蝕刻產生按彼敘述次序堆疊並且圍繞上覆於光電二極體106的第二開口410安置的低n柵格406與硬遮罩柵格126。第二開口410沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移，因此低n柵格406的側壁鄰接金屬柵格122的側壁。通常，第二開口410與光電二極體106共享大致相同的佔地面積。硬遮罩柵格126、低n柵格406與金屬柵格122共同地定義複合式柵格404。
用於執行第二蝕刻的製程可包括形成光阻層以遮蔽硬遮罩層126’的與硬遮罩柵格126相對應的區域。隨後可根據光阻層的圖案將蝕刻劑1202施加到硬遮罩層126’，從而定義硬遮罩柵格126。蝕刻劑可為較之於低n層406’對硬遮罩層126’更具選擇性的。隨著硬遮罩柵格126被定義，可移除光阻層，以及可根據硬遮罩柵格126的圖案施加額外的蝕刻劑1202到低n層406’。
第22圖繪示對應於動作1612的一些實施方式的剖視圖2200。如圖所示，第二介電層414被形成為內襯於複合式柵格404的上表面418，並且內襯於第一開口408與第二開口410。通常，第二介電層414是使用共形沉積技術形成的。第二介電層414可為例如由氧化物如二氧化矽形成的。
第23A圖與第23B圖繪示對應於動作1614與1616的一些實施方式的剖視圖2300A、2300B。
如第23A圖所示，在對應像素感測器的第一開口408與第二開口410中形成對應於像素感測器的濾色器 412。此外，濾色器412被形成為具有所指派的顏色。通常，濾色器412被交替地形成為具有所指派的紅色、綠色以及藍色。濾色器412還被形成為具有上表面416，此上表面416高於複合式柵格404的上表面418並且突出於複合式柵格404的上表面418。如上所論述，此減少了藉由低n柵格406的光收集，從而減少了相鄰像素感測器之間的串擾。
在一些實施方式中，如圖所示，濾色器412填充對應像素感測器的第一開口408與第二開口410，並且具有梯級輪廓。在此類實施方式中，濾色器412通常突出於圍繞在對應像素感測器之第二開口410的複合式柵格上表面418。此外，突出部分的相鄰側壁通常鄰接。在其他實施方式中，濾色器412沿著至少一個方向從對應像素感測器的光電二極體106橫向地移位或者偏移。在此類實施方式中，濾色器412突出於至少部分地圍繞在對應像素感測器之第二開口410的複合式柵格上表面418。此外，取決於移位或者偏移程度，濾色器412可部分地填充對應像素感測器的第一與第二開口並且可部分地填充與對應像素感測器相鄰的像素感測器的第一與第二開口。
用於形成濾色器412的製程可包括：針對顏色指派中的每一不同顏色，形成濾色器層並且圖案化此濾色器層。濾色器層可被形成以用於填充第一開口408與第二開口410的暴露區域以及用於覆蓋複合式柵格的上表面418的暴露區域。在一些實施方式中，濾色器層在形成之後被平坦化。
如第23B圖所示，對應於像素感測器的微透鏡128被形成於對應像素感測器的濾色器412上方。可根據常規方法形成微透鏡128。此外，在一些實施方式中，微透鏡128可沿著至少一個方向從光電二極體106橫向地移位或者偏移。
第24A圖與第24B圖繪示對應於動作1614與1616的其他實施方式的剖面圖2400A、2400B。
如第24A圖所示，對應於像素感測器的濾色器504被形成於對應像素感測器的第一開口408與第二開口410中。此外，濾色器504被形成為具有相對於複合式柵格404的上表面418凹陷的上表面506。更甚至，濾色器504被形成為具有所指派的顏色。通常，濾色器被交替地形成為具有所指派的紅色、綠色以及藍色。
用於形成濾色器504的製程可包括：針對顏色指派中的每一不同顏色，形成濾色器層並且圖案化此濾色器層。濾色器層可被形成以用於填充第一開口408與第二開口410的暴露區域以及用於覆蓋複合式柵格的上表面418的暴露區域。隨後可在圖案化濾色器層之前平坦化及/或回蝕此濾色器層到大致與複合式柵格的上表面418齊平。
如第24B圖所示，對應於像素感測器的微透鏡508被形成於對應像素感測器的濾色器504上方。此外，微透鏡508被形成於第一開口408與第二開口410的剩餘區域中，並且突出於複合式柵格404的上表面418。在一些實施方式中，如圖所示，微透鏡508填充對應像素感測器的第一 開口408與第二開口410的剩餘區域。在此類實施方式中，微透鏡508通常突出於圍繞在對應像素感測器之第二開口410的複合式柵格上表面418。此外，突出部分的相鄰邊緣通常鄰接。在其他實施方式中，微透鏡508沿著至少一個方向從對應像素感測器的光電二極體106橫向地移位或者偏移。在此類實施方式中，微透鏡508突出於至少部分地圍繞在對應像素感測器之第二開口410的複合式柵格上表面418。取決於移位或者偏移程度，微透鏡508可部分地填充對應像素感測器的第二開口的剩餘區域並且可部分地填充與對應像素感測器相鄰的像素感測器的第二開口的剩餘區域。可根據常規方法形成微透鏡508。
因此，如根據上文可理解的，本發明提供了一種用於BSI像素感測器的半導體結構。光電二極體安置在半導體基板內。複合式柵格包括金屬柵格與低折射率(低n)柵格。金屬柵格包括上覆於半導體基板且對應於光電二極體中之各者的第一開口。低n柵格包括上覆於半導體基板且對應於光電二極體中之各者的第二開口。濾色器安置在對應於光電二極體的第一與第二開口中，且其具有的折射率大於低n柵格的折射率。濾色器的上表面相對於複合式柵格的上表面偏移。
在其他實施方式中，本發明提供了一種用於製造用於BSI像素感測器之半導體結構的方法。形成光電二極體在半導體基板中。形成金屬層、低n層，以及硬遮罩層，依序堆疊於半導體基板之上方。執行蝕刻穿過上覆於光電二 極體的金屬層、低n層以及硬遮罩層的區域，以形成複合式柵格，所述複合式柵格具有上覆於光電二極體中之相應光電二極體的開口。複合式柵格包括依序堆疊之金屬柵格、低n柵格，以及硬遮罩柵格。在相應光電二極體上方的開口中形成濾色器。所述濾色器被形成為具有相對於複合式柵格之上表面偏移的上表面，並且其所具有的折射率大於低n層的折射率。
在另外的其他實施方式中，本發明提供了一種用於製造用於BSI像素感測器的半導體結構的方法。提供半導體基板，所述半導體基板具有安置在半導體基板中的光電二極體。在半導體基板上方形成金屬層。執行第一蝕刻穿過上覆於光電二極體之金屬層的區域，以形成金屬柵格，所述金屬柵格具有第一開口上覆於光電二極體中之相應光電二極體。形成低n層及硬遮罩層依序堆疊於金屬柵格之上方按彼敘述次序堆疊並且填充第一開口。執行第二蝕刻穿過上覆於光電二極體的低n層與硬遮罩層的區域，以分別形成低n柵格與硬遮罩柵格，此低n柵格與此硬遮罩柵格共同定義上覆於光電二極體中的相應光電二極體的第二開口。形成濾色器在相應光電二極體上方的第一與第二開口中。濾色器被形成為具有相對於硬遮罩柵格的上表面偏移的上表面，並且其具有的折射率大於低n層的折射率。
先前概述了若干實施方式的特徵，以便本領域熟習此項技藝者可更好地理解本發明的各態樣。本領域熟習此項技藝者應當瞭解到他們可容易地使用本發明作為基礎 來設計或者修改用於實行相同目的及/或實現本文引入的實施方式的相同優勢的其他製程及結構。本領域熟習此項技藝者亦應當瞭解到，此類等效構造不脫離本發明的精神及範疇，以及在不脫離本發明的精神及範疇的情況下，其可對本文進行各種改變、取代及變更。
100A‧‧‧剖視圖
102‧‧‧像素感測器
104‧‧‧半導體基板
106‧‧‧光電二極體
108‧‧‧抗反射塗層(ARC)
110‧‧‧第一介電層
112‧‧‧複合式柵格
114‧‧‧開口
116‧‧‧濾色器
118‧‧‧濾色器
120‧‧‧濾色器
122‧‧‧金屬柵格
124‧‧‧低n柵格
126‧‧‧硬遮罩柵格
128‧‧‧微透鏡
130‧‧‧第二介電層
132‧‧‧上表面
134‧‧‧上表面

Claims (20)

  1. 一種用於背面照明(back side illumination，BSI)像素感測器的半導體結構，該半導體結構包括：複數個光電二極體，安置在一半導體基板內；一複合式柵格，包括：一金屬柵格，包括上覆於該半導體基板且對應於該些光電二極體中之各者的複數個第一開口；一低折射率(低n)柵格，包括上覆於該半導體基板且對應於該些光電二極體中之各者的複數個第二開口；以及複數個濾色器，安置在對應於該些光電二極體的該些第一開口及該些第二開口中，且具有一折射率大於該低n柵格之一折射率，其中該些濾色器的複數個上表面相對於該複合式柵格的一上表面偏移。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，其中該些濾色器的該些上表面突出於該複合式柵格的該上表面。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，其中該些濾色器的該些上表面係相對於該複合式柵格的該上表面凹陷。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，更包括：一積體電路，包括該半導體基板及一後端製程(back-end-of-line,BEOL)金屬化堆疊下伏於該半導體基板。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，其中該金屬柵格與該低n柵格共享一佈局，以及其中該低n柵格上覆於該金屬柵格。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，其中該些第一開口、該些第二開口，以及該些光電二極體共享一底面積，以及其中該些第一開口及該些第二開口集中於所對應的該些光電二極體之複數個中心上。
  7. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，其中該些第一開口與該些第二開口自該些光電二極體橫向地偏移，以使得該金屬柵格與該低n柵格部分地遮蔽該些光電二極體。
  8. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，其中該金屬柵格與該低n柵格共享一佈局，以及其中該低n柵格自該金屬柵格橫向地偏移，以使得該金屬柵格與該低n柵格的側壁鄰接。
  9. 如申請專利範圍第1項之半導體結構，其中該些濾色器部分地填充對應於該些光電二極體的該些第一開口和該些第二開口，並且部分地填充與所對應之該些光電二極體相鄰的複數個光電二極體的複數個第一開口和複數個第二開口。
  10. 一種製造用於背面照明(back side illumination，BSI)像素感測器之一半導體結構的方法，該方法包括：形成複數個光電二極體在一半導體基板中；形成一金屬層、一低n層，以及一硬遮罩層，依序堆疊於該半導體基板之上方；執行一蝕刻穿過上覆於該些光電二極體之該金屬層、該低n層以及該硬遮罩層的複數個區域，以形成一複合式柵格，該複合式柵格具有複數個開口上覆於該些光電二極體中之複數個相應光電二極體，其中該複合式柵格包括依序堆疊之一金屬柵格、一低n柵格，及一硬遮罩柵格；以及形成複數個濾色器於該些相應光電二極體上方的該些開口中，其中該些濾色器被形成為具有相對於該複合式柵格之一上表面偏移的複數個上表面，並且具有一折射率大於該低n層的一折射率。
  11. 如申請專利範圍第10項之方法，更包括： 形成該些濾色器，該些濾色器具有相對於該複合式柵格的該上表面提高的該些上表面。
  12. 申請專利範圍第11項之方法，更包括：形成該些濾色器，該些濾色器部分地填充該些相應光電二極體的該些開口，並且部分地填充與該些相應光電二極體相鄰之複數個光電二極體的複數個相鄰開口。
  13. 如申請專利範圍第10項之方法，更包括：形成該些濾色器，該些濾色器具有相對於該複合式柵格的該上表面凹陷的該些上表面。
  14. 如申請專利範圍第10項之方法，更包括：提供一積體電路，該積體電路包括該半導體基板及一後端製程(back-end-of-line，BEOL)金屬化堆疊下伏於該半導體基板。
  15. 如申請專利範圍第10項之方法，更包括：形成自該些光電二極體橫向偏移的該些開口，以使得該複合式柵格部分地遮蔽該些光電二極體。
  16. 一種製造用於背面照明(back side illumination，BSI)像素感測器的一半導體結構的方法，該方法包括： 提供一半導體基板，該半導體基板具有安置在該半導體基板中的複數個光電二極體；形成一金屬層於該半導體基板之上方；執行一第一蝕刻穿過上覆於該些光電二極體之該金屬層的複數個區域，以形成一金屬柵格，該金屬柵格具有複數個第一開口上覆於該些光電二極體中之複數個相應光電二極體；形成一低n層及一硬遮罩層依序堆疊於該金屬柵格之上方，並且填充該些第一開口；執行一第二蝕刻穿過上覆於該些光電二極體之該低n層與該硬遮罩層的複數個區域，以分別形成一低n柵格與一硬遮罩柵格，該低n柵格與該硬遮罩柵格共同定義上覆於該些光電二極體中的複數個相應光電二極體的複數個第二開口；以及形成濾色器在該些相應光電二極體上方的該些第一開口及第二開口中，其中該些濾色器被形成為具有相對於該硬遮罩柵格之一上表面偏移的複數個上表面，並且具有的一折射率大於該低n層的一折射率。
  17. 如申請專利範圍第16項之方法，更包括：形成該些濾色器，該些濾色器具有相對於該硬遮罩柵格之該上表面提高的該些上表面。
  18. 如申請專利範圍第16項之方法，更包括： 形成該些濾色器，該些濾色器具有相對於該硬遮罩柵格之該上表面凹陷的該些上表面。
  19. 如申請專利範圍第16項之方法，更包括：形成該些第二開口，該些第二開口與該些第一開口具有相同底面積，且自該些第一開口橫向偏移，以使得該金屬柵格與該低n柵格之側壁鄰接。
  20. 如申請專利範圍第16項之方法，更包括：提供一積體電路，該積體電路包括該半導體基板及一後端製程(back-end-of-line,BEOL)金屬化堆疊下伏於該半導體基板。
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