TW201919215A - 半導體影像感測器 - Google Patents

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Abstract

根據本發明的一些實施例，一種背面照光式(BSI)影像感測器包含：一基板，其包含一正面及與該正面對置之一背面；一像素感測器，其安置於該基板中；一隔離結構，其包圍該像素感測器且安置於該基板中；一介電層，其安置於該基板之該正面上之該像素感測器上方；及複數個導電結構，其等安置於該介電層中且經配置以與該隔離結構對準。

Description

半導體影像感測器
本發明實施例係有關半導體影像感測器。
數位攝影機及其他成像裝置採用影像感測器。影像感測器將光學影像轉換成可表示為數位影像之數位資料。一影像感測器包含一像素感測器陣列及支援邏輯電路。陣列之像素感測器係用於量測入射光之單位裝置，且支援邏輯電路促進量測之讀出。常用於光學成像裝置中之一影像感測器類型係一背面照光式(BSI)影像感測器。可為了低成本、小尺寸及高整合度而將BSI影像感測器製造整合至習知半導體程序中。此外，BSI影像感測器具有低操作電壓、低電力消耗、高量子效率、低讀出雜訊且允許隨機存取。
根據本發明的一實施例，一種背面照光式(BSI)影像感測器包括：一基板，其包括一正面及與該正面對置之一背面；一像素感測器，其位於該基板中；一隔離結構，其包圍該基板中之該像素感測器；一介電層，其位於該基板之該正面上之該像素感測器上方；及複數個導電結構，其等安置於該介電層中且經配置以與該隔離結構對準。 根據本發明的一實施例，一種背面照光式(BSI)影像感測器包括：一基板，其包括一正面及與該正面對置之一背面；一像素感測器，其位於該基板中；一隔離結構，其包圍該基板中之該像素感測器；一互連結構，其位於該正面上之該基板上方；及一第一反射結構，其安置於該互連結構中且對準於該隔離結構。 根據本發明的一實施例，一種背面照光式(BSI)影像感測器包括：一基板，其包括一正面及與該正面對置之一背面；複數個像素感測器，其等位於該基板中；及一反射格柵，其自該正面至該背面穿透該基板，其中該等像素感測器安置於該反射格柵內且藉由該反射格柵來彼此分離。
以下揭露提供用於實施本揭露之不同特徵之諸多不同實施例或實例。下文將描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等僅為實例且不意在限制。例如，在以下描述中，使一第一構件形成於一第二構件上方或形成於一第二構件上可包含其中形成直接接觸之該第一構件及該第二構件之實施例，且亦可包含其中額外構件可形成於該第一構件與該第二構件之間使得該第一構件及該第二構件可不直接接觸之實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複元件符號及/或字母。此重複係為了簡化及清楚且其本身不指示所討論之各種實施例及/或組態之間之一關係。 此外，為便於描述，空間相對術語(諸如「底下」、「下方」、「下」、「上方」、「上」、「在…上」及其類似者)可在本文中用於描述一元件或構件與另外(若干)元件或(若干)構件之關係，如圖中所繪示。空間相對術語除涵蓋圖中所描繪之定向之外，亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。可依其他方式定向設備(旋轉90度或依其他定向)，且亦可相應地解譯本文中所使用之空間相對描述詞。 如本文中所使用，諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語描述各種元件、組件、區域、層及/或區段，此等元件、組件、區域、層及/或區段不應受限於此等術語。此等術語可僅用於區分一元件、組件、區域、層或區段與另一元件、組件、區域、層或區段。除非內文清楚指示，否則本文中所使用之諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語不隱含一序列或順序。 如本文中所使用，術語「近似」、「實質上」、「實質」及「約」用於描述及考量小變動。當結合一事件或情形使用時，術語可涉及其中確切發生該事件或情形之例項及其中大致發生該事件或情形之例項。例如，當結合一數值使用時，術語可涉及小於或等於該數值之±10%之一變動範圍，諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%。例如，若兩個數值之間之一差小於或等於該等值之一平均數之±10% (諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%)，則可認為該等值「實質上」相同或相等。例如，「實質上」平行可涉及相對於0°之一角變動範圍，其小於或等於±10°，諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°或小於或等於±0.05°。例如，「實質上」垂直可涉及相對於90°之一角變動範圍，其小於或等於±10°，諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°或小於或等於±0.05°。 BSI影像感測器包含一像素感測器陣列。通常，BSI影像感測器包含：一積體電路，其具有一半導體基板及配置於該基板內之感光裝置(諸如對應於像素感測器之光二極體)；該積體電路之一後段製程(BEOL)金屬化層，其安置於該基板之一正面上方；及一光學堆疊，其包含對應於安置於該基板之一背面上方之像素感測器之色彩濾光器及微透鏡。隨著BSI感測器之大小減小，BSI影像感測器面臨諸多挑戰。BSI影像感測器之一挑戰係相鄰像素感測器之間之串擾。隨著BSI影像感測器變得越來越小，相鄰像素感測器之間之距離變得越來越小，藉此增大串擾之可能性。BSI影像感測器之另一挑戰係光收集。此外，隨著影像感測器變得越來越小，用於光收集之表面積變得越來越小，藉此減小像素感測器之敏感度。此在弱光環境下會有問題。因此，需要減少串擾且提高像素感測器之吸收效率，使得BSI影像感測器之效能及敏感度提高。 因此，本揭露提供一種BSI影像感測器，其包含包圍且分離像素感測器之一反射柵格。因此，光被導引及反射至像素感測器而非進入相鄰像素感測器。換言之，串擾減少且光被攔截於像素感測器中，因此提高像素感測器之效能及敏感度兩者。 圖1至圖3係一些實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器100之一像素感測器110之平面圖，圖4係沿圖1至圖3之線A-A'取得之BSI影像感測器100之像素感測器110之一橫截面圖，及圖5係一些實施例中之根據本揭露之態樣之BSI影像感測器100之一部分之一橫截面圖。應易於瞭解，圖1至圖5中之相同元件由相同元件符號標示。如圖1至圖4中所展示，BSI影像感測器100包含一基板102，且基板102包含(例如(但不限於))一塊狀半導體基板(諸如一塊狀矽(Si)基板)或一絕緣體上矽(SOI)基板。基板102具有一正面102F及與正面102F對置之一背面102B。BSI影像感測器100包含通常配置於一陣列內之複數個像素感測器110，且像素感測器100之各者包含安置於基板102中之諸如一光二極體112之一感光裝置。換言之，BSI影像感測器100包含對應於像素感測器110之複數個光二極體112。光二極體112在基板102中配置成列及行且經組態以累積來自入射於其上之光子之電荷(例如電子)。此外，邏輯裝置(諸如電晶體114)可安置於正面102F上之基板102上方且經組態以能夠讀出光二極體112。像素感測器110經安置以接收具有一預定波長之光。相應地，在一些實施例中，光二極體112可經操作以感測入射光之可見光。或在一些實施例中，光二極體112可經操作以感測入射光之紅外光(IR)及/或近紅外光(NIR)。 諸如一深溝槽隔離(DTI)結構之一隔離結構120安置於基板102中，如圖1A及圖1B中所展示。在一些實施例中，可藉由以下操作來形成DTI結構120。例如，自基板102之背面102B執行一第一蝕刻。第一蝕刻導致包圍感光區域112且介於感光區域112之間之複數個深溝槽(圖中未展示)。接著，使用諸如化學氣相沈積(CVD)之任何適合沈積技術來形成諸如氧化矽(SiO)之一絕緣材料以填充深溝槽。在一些實施例中，將一塗層122 (如圖4中所展示)加襯至深溝槽之至少側壁且由一絕緣材料124 (如圖4中所展示)填充深溝槽。塗層122可包含一金屬(諸如鎢(W)、銅(Cu)或鋁銅(AlCu))或一抗反射材料(其具有小於矽之一折射率(n))，但本揭露不受限於此。在一些實施例中，填充深溝槽之絕緣材料124可包含低n絕緣材料。接著，執行平坦化以移除多餘絕緣材料，因此暴露背面102B上之基板102之表面且獲得包圍光二極體112且介於光二極體112之間之DTI結構120，如圖1至圖5中所展示。DTI結構120提供相鄰像素感測器110及光二極體112之間之光學隔離，藉此充當一基板隔離格柵且減少串擾。 一後段製程(BEOL)金屬化堆疊130安置於正面102F上之基板102上方。BEOL金屬化堆疊130包含複數個金屬化層，其等包含堆疊於一層間介電(ILD)層136中之導電接點/通路132及導體134 (全部如圖4至圖5中所展示)。BEOL金屬化堆疊130之一或多個接點132電連接至邏輯裝置，且一或多個導電通路132電連接至不同層之導體134。在一些實施例中，ILD層136可包含一低k介電材料(即，具有低於3.9之一介電常數之一介電材料)或氧化物，但本揭露不受限於此。複數個金屬化層132/134可包含諸如Cu、W或Al之一金屬，但本揭露不受限於此。在一些實施例中，另一基板(圖中未展示)可安置於金屬化結構130與諸如一球柵陣列(BGA)之外部連接器(圖中未展示)之間。此外，BSI影像感測器100透過外部連接器電連接至其他裝置或電路，但本揭露不受限於此。 參考圖1至圖4，BSI影像感測器100之各像素感測器110包含複數個導電結構142。導電結構142安置於互連結構130之介電層136中。導電結構142經配置以與隔離結構120對準。例如，在圖1至圖3所展示之一平面圖中，導電結構142與隔離結構120重疊。在一些實施例中，導電結構142與隔離結構120完全重疊，如圖1至圖4中所展示。在一些實施例中，導電結構142之至少一部分與隔離結構120重疊。在一些實施例中，導電結構142包含導電接點，且該等導電接點及互連結構130之導電接點132形成於相同層中。在一些實施例中，導電結構142及該等導電接點132可包含相同材料，但本揭露不受限於此。在一些實施例中，該等導電接點132形成於介電層136之最下部分中且電連接至像素感測器110，因此，該等導電接點132指稱互連結構130中之零階(V0)通路。因此，在一些實施例中，導電結構142可指稱V0通路，但本揭露不受限於此。在一些實施例中，導電結構142落於隔離結構120上且與隔離結構120接觸，如圖4中所展示。 參考圖1及圖4，在一些實施例中，導電結構142包含安置於互連結構130中之離散點狀結構142a，如圖1中所展示。在一些實施例中，點狀導電結構142a之各者包含一直徑D，且直徑D小於隔離結構120之一寬度Wd，如圖4中所展示。例如(但不限於)，點狀導電結構142a之直徑D係介於約0.05微米(μm)至約0.2 μm之間。此外，點狀導電結構142a藉由介電層136來彼此隔開，且一間隔距離S界定於相鄰導電結構142a之間。在一些實施例中，點狀導電結構142a之間隔距離S與直徑D之一比率係介於1.5至2.5之間，但本揭露不受限於此。此外，如上文所提及，像素感測器110經安置以接收具有一預定波長之光，且間隔距離S小於預定波長之一半。例如(但不限於)，當像素感測器110經操作以感測入射光之NIR (其包含約0.75 μm至約1.4 μm之一範圍內之一波長)時，間隔距離S可在約0.11 μm至約0.7 μm之一範圍內。在一些實施例中，間隔距離S可為約0.5 μm，但本揭露不受限於此。 參考圖2及圖4，在一些實施例中，導電結構142包含安置於互連結構130中之離散條狀結構142b，如圖2中所展示。在一些實施例中，條狀導電結構142b之各者包含一寬度W1，且寬度W1小於隔離結構120之寬度Wd，如圖4中所展示。在一些實施例中，條狀導電結構142b之寬度W1大於0.05 μm。在一些實施例中，條狀導電結構142b之寬度W1係介於約0.05 μm至約0.2 μm之間，但本揭露不受限於此。此外，條狀導電結構142b藉由介電層136來彼此隔開，且一間隔距離S界定於相鄰導電結構142b之間。如上文所提及，像素感測器110經安置以接收具有一預定波長之光，且間隔距離S小於預定波長之一半。例如(但不限於)，當像素感測器110經操作以感測入射光之NIR時，間隔距離S可在約0.11 μm至約0.7 μm之一範圍內。在一些實施例中，間隔距離S可為約0.5 μm，但本揭露不受限於此。另外，條狀導電結構142b可包含一長度，且在圖2所展示之平面圖中，該長度小於隔離結構120之一長度。 參考圖3及圖4，在一些實施例中，導電結構142包含安置於互連結構130中之條狀結構。此外，導電結構142彼此接觸以形成一框架式結構142c，如圖3中所展示。在一些實施例中，框架式導電結構142c包含一寬度W1，且寬度W1小於隔離結構120之寬度Wd，如圖4中所展示。在一些實施例中，框架式導電結構142c之一寬度W1大於0.05 μm。在一些實施例中，框架式導電結構142c之寬度W1係介於約0.05 μm至約0.2 μm之間，但本揭露不受限於此。 仍參考圖1至圖4，像素感測器110之各者進一步包含安置於互連結構130之介電層136中之一導體144。在一些實施例中，導體144經配置以與隔離結構120對準。如圖1至圖3中所展示，在一平面圖中，導體144可與導電結構142及隔離結構120兩者重疊。在一些實施例中，導體144與導電結構142及隔離結構120完全重疊，如圖1至圖4中所展示。在一些實施例中，導體144之至少一部分與導電結構142及隔離結構120重疊。在一些實施例中，導體144及互連結構130之導體134之若干者形成於相同層中。在一些實施例中，導體144及導體134可包含相同材料，但本揭露不受限於此。在一些實施例中，該等導體134係直接位於V0通路上方且電連接至V0通路之底部構件，因此，該等導體134指稱互連結構130中之第一金屬(M1)構件。因此，在一些實施例中，導體144可指稱M1構件，但本揭露不受限於此。導體144包含一寬度W2，且寬度W2可介於約0.03 μm至約0.1 μm之間，但本揭露不受限於此。 如圖4中所展示，導電結構142全部安置於隔離結構120與導體144之間。更重要的是，導體144及導電結構142形成安置於互連結構130中之一第一反射結構140。第一反射結構140經配置以與隔離結構120對準，如圖1至圖4中所展示。例如(但不限於)，在一些實施例中，在平面圖中，第一反射結構140可與隔離結構120完全重疊。此外，由於導電結構142之直徑D或寬度W1小於導體144之寬度W2，所以第一反射結構140之寬度小於隔離結構120之寬度Wd。在一些實施例中，第一反射結構140與其他元件電隔離，但本揭露不受限於此。 在一些實施例中，像素感測器110之各者包含安置於基板102之背面102B上方之複數個微結構116，如圖4中所展示。在一些實施例中，可藉由以下操作來形成微結構116。將一遮罩層(圖中未展示)安置於背面102B上之基板102之表面上方，且接著使一圖案化光阻劑(圖中未展示)形成於遮罩層上方。接著，自背面102B透過圖案化光阻劑及遮罩層蝕刻基板102，且因此使複數個微結構116形成於像素感測器110之各者內之基板102之背面102B上方。接著，移除圖案化光阻劑及遮罩層。在一些實施例中，可採取諸如一濕式蝕刻之進一步操作。因此，使微結構116之上部分及下部分漸縮或圓化以獲得圖4中所展示之一波形。在一些實施例中，微結構116可為連續結構且包含圖4中所展示之一波形。在一些實施例中，微結構116可包含藉由基板102來彼此隔開之離散結構。 在一些實施例中，一抗反射塗層(ARC) 118a及一介電層118b安置於基板102之背面102B上之微結構116上方。如圖4中所展示，將保形成形之ARC 118a加襯至微結構116之表面。介電層118b填充微結構116之間之空間且提供基板102之背面102B上方之一實質上平坦表面。在一些實施例中，介電層118b可包含(例如)諸如二氧化矽之氧化物，但本揭露不受限於此。 在一些實施例中，對應於像素感測器110之複數個色彩濾光器150 (如圖4中所展示)安置於基板102之背面102B上之像素感測器110上方。此外，在一些實施例中，一低n結構160安置於色彩濾光器150之間。在一些實施例中，低n結構160包含一格柵結構且色彩濾光器150定位於格柵內。因此，低n結構160包圍各色彩濾光器150且使色彩濾光器150彼此分離，如圖4中所展示。低n結構160可為一複合結構，其包含具有小於色彩濾光器150之折射率之一折射率的數個層。在一些實施例中，低n結構160可包含一複合堆疊，其包含至少一金屬層162及安置於金屬層162上方之一介電層164。在一些實施例中，金屬層162可包含W、Cu或AlCu。介電層164包含具有小於色彩濾光器150之折射率之一折射率的一材料或具有小於Si之一折射率之一折射率的一材料，但本揭露不受限於此。歸因於低折射率，低n結構160充當用於將光導引或反射至色彩濾光器150之一光導。因此，低n結構160有效增加入射至色彩濾光器150中之光量。此外，歸因於低折射率，低n結構160提供相鄰色彩濾光器150之間之光學隔離。 色彩濾光器150之各者安置於對應光二極體112之各者上方。色彩濾光器150被分派給光之對應色彩或波長且經組態以濾除除光之分派色彩或波長之外之全部色彩或波長。在一些實施例中，色彩濾光器150分派交替於紅光、綠光及藍光之間，使得色彩濾光器150包含紅色濾光器、綠色濾光器及藍色濾光器。在光二極體112經操作以感測入射光之可見光之實施例中，紅色濾光器、綠色濾光器及藍色濾光器配置成一拜耳(Bayer)或其他馬賽克圖案。在一些實施例中，當光二極體112經操作以感測入射光之IR及/或NIR時，將色彩濾光器150分派給紅外線輻射。 在一些實施例中，對應於像素感測器110之複數個微透鏡152安置於色彩濾光器150上方。應易於瞭解，各微透鏡152之位置及區域對應於色彩濾光器150之位置及區域，如圖4中所展示。 參考圖4及圖5，在一些實施例中，BSI影像感測器100包含複數個像素感測器110，如上文所提及。更重要的是，第一反射結構140 (其包含(若干)導電結構142及導電構件144)、隔離結構120及低n結構160形成一反射格柵180，且反射格柵自正面102F至背面102B穿透基板102，如圖4及圖5中所展示。像素感測器110安置於反射格柵180內且藉由反射格柵180來彼此分離。相應地，入射光由微透鏡152聚集至各色彩濾光器150上方且接著會聚至色彩濾光器150。此外，穿過色彩濾光器150之入射光由反射格柵180之低n結構160導引或反射回至像素感測器110，穿過基板102之入射光由反射格柵180之隔離結構120導引或反射回至光二極體112，且穿過互連結構130之入射光由反射格柵180之第一反射結構140導引或反射回至像素感測器110。換言之，阻止光洩漏至相鄰像素感測器110且因此減輕相鄰像素感測器110之間之串擾。 圖6至圖8係一些實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器100a之一像素感測器110之平面圖，圖9係沿圖6至圖8之線B-B'取得之BSI影像感測器100a之像素感測器110之一橫截面圖，及圖10係一些實施例中之根據本揭露之態樣之BSI影像感測器100a之一部分之一橫截面圖。應易於瞭解，圖1至圖10中之相同元件由相同元件符號標示，為了簡潔起見，省略該等相同元件之細節。如圖6至圖9中所展示，BSI影像感測器100a包含一基板102，且基板102具有一正面102F及與正面102F對置之一背面102B。BSI影像感測器100a包含通常配置於一陣列內之複數個像素感測器110。像素感測器110之各者包含諸如一光二極體112之一感光裝置，其經組態以累積來自入射於其上之光子之電荷(例如電子)。此外，諸如電晶體114之邏輯裝置可安置於正面102F上之基板102上方，其經組態以能夠讀出光二極體112。像素感測器110經安置以接收具有一預定波長之光。因此，在一些實施例中，光二極體112經操作以感測入射光之可見光。或在一些實施例中，光二極體112經操作以感測入射光之IR及/或NIR。 諸如一DTI結構之一隔離結構120安置於基板102中，如圖6至圖9中所展示。在一些實施例中，隔離結構120可包含一塗層122 (如圖9中所展示)及一絕緣材料124 (如圖9中所展示)。隔離結構120提供相鄰像素感測器110及光二極體112之間之光學隔離，藉此充當一基板隔離格柵且減少串擾。一BEOL金屬化堆疊130安置於正面102F上之基板102上方。BEOL金屬化堆疊130包含複數個金屬化層，其等包含堆疊於一ILD層136中之導電接點/通路132及導電構件134 (全部如圖9至圖10中所展示)。BEOL金屬化堆疊130之一或多個接點132電連接至邏輯裝置，且一或多個導電通路132電連接至不同層之導電構件134。 參考圖6至圖9，BSI影像感測器100a之各像素感測器110包含安置於互連結構130之介電層136中之複數個導電結構142。導電結構142經配置以與隔離結構120對準。如上文所提及，在圖6至圖8所展示之一平面圖中，導電結構142可與隔離結構120完全重疊，但本揭露不受限於此。導電結構142包含導電接點且在一些實施例中可指稱V0通路。在一些實施例中，導電結構142接觸隔離結構120，如圖9中所展示。參考圖6及圖9，在一些實施例中，在圖6所展示之一平面圖中，導電結構142包含安置於互連結構130中且沿隔離結構120配置之離散點狀結構142a。應瞭解，點狀結構142a之參數可相同於上文所描述之參數，因此，為了簡單起見，省略該等細節。參考圖7及圖9，在一些實施例中，導電結構142包含安置於互連結構130中之離散條狀結構142b，如圖7中所展示。應瞭解，條狀結構142b之參數可相同於上文所描述之參數，因此，為了簡單起見，省略該等細節。參考圖8及圖9，在一些實施例中，導電結構142包含條狀結構，且條狀結構彼此接觸以形成一框架式結構142c，如圖8中所展示。應瞭解，框架式結構142c之參數可相同於上文所描述之參數，因此，為了簡單起見，省略該等細節。 仍參考圖6至圖9，像素感測器110之各者進一步包含安置於互連結構130之介電層136中之一導體144。導體144經配置以與隔離結構120對準。如上文所提及，在圖6至圖8所展示之一平面圖中，導體144可與導電結構142及隔離結構120兩者完全重疊，但本揭露不受限於此。在一些實施例中，導體144可指稱M1構件，但本揭露不受限於此。此外，如圖9中所展示，導電結構142全部安置於隔離結構120與導體144之間。更重要的是，導體144及導電結構142形成安置於互連結構130中之一第一反射結構140。此外，第一反射結構140經配置以與隔離結構120對準，如圖6至圖9中所展示。例如，第一反射結構140可與隔離結構120完全重疊，但本揭露不受限於此。由於導電結構142之直徑D或寬度W1小於導電構件144之一寬度W2，所以第一反射結構140之寬度小於隔離結構120之寬度Wd。在一些實施例中，第一反射結構140與其他元件電隔離，但本揭露不受限於此。 在一些實施例中，像素感測器110之各者進一步包含一第二反射結構170，其安置於正面102F上方之互連結構130中且與像素感測器110之至少一部分重疊。如圖6至圖9中所展示，第二反射結構170至少與像素感測器110之光二極體112重疊。在一些實施例中，第二反射結構170可為M1構件。換言之，第二反射結構170及第一反射結構140之導電構件144形成於相同層中且可包含相同材料。然而，第一反射結構140與第二反射結構170電隔離，如圖6至圖9中所展示。在一些實施例中，第二反射結構170不僅與第一反射結構140電隔離，且亦與其他元件電隔離。然而，在一些實施例中，第二反射結構170透過互連結構130電接地，如圖10中所展示。 如上文所提及，像素感測器110之各者包含安置於背面102B上之基板102上方之複數個微結構116，如圖9中所展示。在一些實施例中，一ARC 118a及一介電層118b安置於基板102之背面102B上之微結構116上方。在一些實施例中，對應於像素感測器110之複數個色彩濾光器150 (如圖9中所展示)安置於基板102之背面102B上之像素感測器110上方。此外，在一些實施例中，一低n結構160安置於色彩濾光器150之間。如上文所提及，低n結構160包含一格柵結構且色彩濾光器150定位於格柵內。因此，低n結構160包圍各色彩濾光器150且使色彩濾光器150彼此分離，如圖9中所展示。低n結構160可為一複合結構，其包含具有小於色彩濾光器150之折射率之一折射率的數個層。在一些實施例中，低n結構160可包含一複合堆疊，其包含至少一金屬層162及安置於金屬層162上方之一介電層164。 在一些實施例中，對應於像素感測器110之複數個微透鏡152安置於色彩濾光器150上方。應易於瞭解，各微透鏡152之位置及區域對應於色彩濾光器150之位置及區域，如圖9中所展示。 參考圖9及圖10，在一些實施例中，BSI影像感測器100a包含複數個像素感測器110，如上文所提及。更重要的是，第一反射結構140 (其包含(若干)導電結構142及導電構件144)、隔離結構120及低n結構160形成一反射格柵180，且反射格柵自正面102F至背面102B穿透基板102，如圖9及圖10中所展示。像素感測器110安置於反射格柵180內且藉由反射格柵180來彼此分離。相應地，入射光由微透鏡152聚集至各色彩濾光器150上方且接著會聚至色彩濾光器150。此外，穿過色彩濾光器150之入射光由反射格柵180之低n結構160導引或反射回至像素感測器110，穿過基板102之入射光由反射格柵180之隔離結構120導引或反射回至光二極體112，且穿過互連結構130之入射光由反射格柵180之第一反射結構140導引或反射回至像素感測器110。換言之，阻止光洩漏至相鄰像素感測器110且因此減輕相鄰像素感測器110之間之串擾。此外，到達互連結構130之入射光由第二反射結構170進一步反射回至感光區域112，且更多光因此可由光二極體112吸收。相應地，將光攔截於像素感測器110中且因此提高量子效率(QE)。 在本揭露中，提供一種BSI影像感測器，其包含一反射格柵。該反射格柵可包含使色彩濾光器分離之低n結構及使感光區域分離之隔離結構。更重要的是，該反射格柵包含形成於互連結構中之第一反射結構及第二反射結構。該第一反射結構減少進入至相鄰像素感測器之光且該第二反射結構將光反射回至光二極體。相應地，減少串擾且提高像素感測器之敏感度。另外，由於該等第一反射結構及該等第二反射結構可形成於該互連結構中，所以該所提供之BSI影像感測器可在不增加額外操作的情況下與既有CIS製造相容。 在一些實施例中，提供一種BSI影像感測器。該BSI影像感測器包含：一基板，其包含一正面及與該正面對置之一背面；一像素感測器，其安置於該基板中；一隔離結構，其包圍該像素感測器且安置於該基板中；一介電層，其安置於該基板之該正面上之該像素感測器上方；及複數個導電結構，其等安置於該介電層中且經配置以與該隔離結構對準。 在一些實施例中，提供一種BSI影像感測器。該BSI影像感測器包含：一基板，其包含一正面及與該正面對置之一背面；一像素感測器，其安置於該基板中；一隔離結構，其包圍該像素感測器且安置於該基板中；一互連結構，其安置於該正面上之該基板上方；及一第一反射結構，其安置於該互連結構中且對準於該隔離結構。 在一些實施例中，提供一種BSI影像感測器。該BSI影像感測器包含：一基板，其包含一正面及與該正面對置之一背面；複數個像素感測器，其等安置於該基板中；及一反射格柵，其自該正面至該背面穿透該基板。該等像素感測器安置於該反射格柵內且藉由該反射格柵來彼此分離。 上文已概述若干實施例之特徵，使得熟習技術者可較佳理解本揭露之態樣。熟習技術者應瞭解，其可易於將本揭露用作用於設計或修改用於實施相同目的及/或達成本文中所引入之實施例之相同優點之其他程序及結構的一基礎。熟習技術者亦應認知，此等等效建構不應背離本揭露之精神及範疇，且其可在不背離本揭露之精神及範疇的情況下對本文作出各種改變、替換及更改。
100‧‧‧背面照光式(BSI)影像感測器
100a‧‧‧BSI影像感測器
102‧‧‧基板
102B‧‧‧背面
102F‧‧‧正面
110‧‧‧像素感測器
112‧‧‧光二極體/感光區域
114‧‧‧電晶體
116‧‧‧微結構
118a‧‧‧抗反射塗層(ARC)
118b‧‧‧介電層
120‧‧‧隔離結構/深溝槽隔離(DTI)結構
122‧‧‧塗層
124‧‧‧絕緣材料
130‧‧‧後段製程(BEOL)金屬化堆疊/金屬化結構
132‧‧‧導電接點/通路/金屬化層
134‧‧‧導體/金屬化層/導電構件
136‧‧‧層間介電(ILD)層
140‧‧‧第一反射結構
142‧‧‧導電結構
142a‧‧‧點狀導電結構
142b‧‧‧條狀導電結構
142c‧‧‧框架式導電結構
144‧‧‧導體/導電構件
150‧‧‧色彩濾光器
152‧‧‧微透鏡
160‧‧‧低折射率(低n)結構
162‧‧‧金屬層
164‧‧‧介電層
170‧‧‧第二反射結構
180‧‧‧反射格柵
D‧‧‧直徑
S‧‧‧間隔距離
W1‧‧‧寬度
W2‧‧‧寬度
Wd‧‧‧寬度
自結合附圖來閱讀之[實施方式]最佳理解本揭露之態樣。應注意，根據工業中之標準做法，各個構件未按比例繪製。事實上，為使討論清楚，可任意增大或減小各種構件之尺寸。 圖1係一或多個實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一像素感測器之一平面圖。 圖2係一或多個實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一像素感測器之一平面圖。 圖3係一或多個實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一像素感測器之一平面圖。 圖4係沿圖1至圖3之線A-A'取得之BSI影像感測器之像素感測器之一橫截面圖。 圖5係一些實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一部分之一橫截面圖。 圖6係一或多個實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一像素感測器之一平面圖。 圖7係一或多個實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一像素感測器之一平面圖。 圖8係一或多個實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一像素感測器之一平面圖。 圖9係沿圖6至圖8之線B-B'取得之BSI影像感測器之像素感測器之一橫截面圖。 圖10係一些實施例中之根據本揭露之態樣之一BSI影像感測器之一部分之一橫截面圖。

Claims (20)

  1. 一種背面照光式(BSI)影像感測器，其包括： 一基板，其包括一正面及與該正面對置之一背面； 一像素感測器，其位於該基板中； 一隔離結構，其包圍該基板中之該像素感測器； 一介電層，其位於該基板之該正面上之該像素感測器上方；及 複數個導電結構，其等安置於該介電層中且經配置以與該隔離結構對準。
  2. 如請求項1之BSI影像感測器，其中該像素感測器經安置以接收具有一預定波長之光。
  3. 如請求項2之BSI影像感測器，其中該等導電結構藉由該介電層來彼此隔開，且該等導電結構之間之一間隔距離小於該預定波長之一半。
  4. 如請求項3之BSI影像感測器，其中該間隔距離小於0.5微米(μm)。
  5. 如請求項3之BSI影像感測器，其中該等導電結構之各者包括一直徑，且該直徑係介於約0.05 μm至約0.2 μm之間。
  6. 如請求項3之BSI影像感測器，其中該等導電結構之各者包括藉由該介電層來彼此隔開之一條狀結構。
  7. 如請求項1之BSI影像感測器，其中該等導電結構彼此接觸以形成該介電層中之一框架式結構。
  8. 一種背面照光式(BSI)影像感測器，其包括： 一基板，其包括一正面及與該正面對置之一背面； 一像素感測器，其位於該基板中； 一隔離結構，其包圍該基板中之該像素感測器； 一互連結構，其位於該正面上之該基板上方；及 一第一反射結構，其安置於該互連結構中且對準於該隔離結構。
  9. 如請求項8之BSI影像感測器，其中該第一反射結構之一寬度小於該隔離結構之一寬度。
  10. 如請求項8之BSI影像感測器，其中該第一反射結構包括複數個第一導電接點及一第一導體，且該等第一導電接點安置於該第一導體與該隔離結構之間。
  11. 如請求項10之BSI影像感測器，其中該等第一導電接點之一寬度小於該第一導體之一寬度。
  12. 如請求項10之BSI影像感測器，其中該等第一導電接點接觸該隔離結構。
  13. 如請求項8之BSI影像感測器，其進一步包括安置於該互連結構中且與該像素感測器之至少一部分重疊之一第二反射結構。
  14. 如請求項13之BSI影像感測器，其中該等第一反射結構與該第二反射結構電隔離。
  15. 如請求項13之BSI影像感測器，其中該第二反射結構係電接地的。
  16. 如請求項8之BSI影像感測器，其中該互連結構進一步包括複數個第二導電接點及複數個第二導電構件。
  17. 一種背面照光式(BSI)影像感測器，其包括： 一基板，其包括一正面及與該正面對置之一背面； 複數個像素感測器，其等位於該基板中；及 一反射格柵，其自該正面至該背面穿透該基板，其中該等像素感測器安置於該反射格柵內且藉由該反射格柵來彼此分離。
  18. 如請求項17之BSI影像感測器，其中該反射格柵包括： 一基板隔離結構，其包圍該基板中之該等像素感測器且介於該等像素感測器之間； 一第一反射結構，其安置於該正面上之該基板上方且與該隔離結構對準；及 一低n結構，其安置於該背面上之該基板上方且與該隔離結構對準。
  19. 如請求項18之BSI影像感測器，其進一步包括安置於該背面上之該基板上方之該低n結構內之複數個色彩濾光器。
  20. 如請求項17之BSI影像感測器，其進一步包括安置於該正面上之該等像素感測器上方之複數個第二反射結構，且該等第二反射結構之各者與各像素感測器之至少一部分重疊。
TW107110799A 2017-10-31 2018-03-28 半導體影像感測器 TWI666763B (zh)

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