TW202327061A - 用於影像感測器之主動像素區域及黑色像素區域之多層金屬堆疊及其方法 - Google Patents

用於影像感測器之主動像素區域及黑色像素區域之多層金屬堆疊及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TW202327061A
TW202327061A TW111128259A TW111128259A TW202327061A TW 202327061 A TW202327061 A TW 202327061A TW 111128259 A TW111128259 A TW 111128259A TW 111128259 A TW111128259 A TW 111128259A TW 202327061 A TW202327061 A TW 202327061A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
metal
layer
stack
multilayer
semiconductor material
Prior art date
Application number
TW111128259A
Other languages
English (en)
Inventor
渡邊一史
熊志偉
牛超
Original Assignee
美商豪威科技股份有限公司
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 美商豪威科技股份有限公司 filed Critical 美商豪威科技股份有限公司
Publication of TW202327061A publication Critical patent/TW202327061A/zh

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
    • H01L27/14609—Pixel-elements with integrated switching, control, storage or amplification elements
    • 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
    • H01L27/14603—Special geometry or disposition of pixel-elements, address-lines or gate-electrodes
    • H01L27/14605—Structural or functional details relating to the position of the pixel elements, e.g. smaller pixel elements in the center of the imager compared to pixel elements at the periphery
    • 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
    • H01L27/1463—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
    • H01L27/1464—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
    • H01L27/14643—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

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

本發明揭示一種影像感測器，其包含一主動像素光電二極體、一黑色像素光電二極體、一金屬網格結構，及一遮光罩。該主動像素光電二極體及該黑色像素光電二極體之各者係安置於具有一第一側及與該第一側相對之一第二側的一半導體材料中。該半導體材料之該第一側係安置於該遮光罩與該黑色像素光電二極體之間。該金屬網格結構包含一第一多層金屬堆疊，其包含一第一金屬及不同於該第一金屬之一第二金屬。該遮光罩包含一第二多層堆疊，其包含該第一金屬及該第二金屬。該第一多層金屬堆疊之一第一厚度小於該第二多層金屬堆疊之一第二厚度。

Description

用於影像感測器之主動像素區域及黑色像素區域之多層金屬堆疊及其方法
本發明大體上係關於影像感測器，且特定言之但不排他，係關於CMOS影像感測器及其應用。
影像感測器已變得無處不在且現廣泛用於數位相機、蜂巢式電話、保全攝影機以及醫療、汽車及其他應用中。隨著影像感測器整合至各種更廣泛電子裝置中，期望通過裝置架構設計以及影像處理兩者來依儘可能多之方式(例如解析度、功耗、動態範圍等等)增強其等功能、效能指標及其類似者。
典型影像感測器回應於自一外部場景反射之影像光入射至影像感測器上而操作。影像感測器包含具有吸收入射影像光之一部分且在吸收影像光之後產生影像電荷之光敏元件(例如光電二極體)之一像素陣列。由像素光生之影像電荷可量測為行位元線上之一類比輸出影像信號，其隨入射影像光而變化。換言之，所產生之影像電荷量與影像光之強度成比例，影像光作為類比影像信號自行位元線讀出且轉換成數位值以產生表示外部場景之數位影像(即，影像資料)。
本文中描述一設備、系統及方法之實施例，其等各包含或依其他方式係關於具有用於一主動像素區域及一黑色像素區域之各自多層金屬堆疊之一影像感測器。在以下描述中，闡述許多具體細節以提供實施例之一透徹理解。然而，相關領域之技術者將認識到，本文中描述之技術可在沒有具體細節之一或多者之情況下或使用其他方法、組件、材料等等來實踐。在其他例項中，眾所周知之結構、材料或操作未詳細展示或描述以免模糊特定態樣。
在本說明書中參考「一個實例」或「一個實施例」意謂結合實施例描述之一特定特徵、結構或特性包含於本發明之至少一個實施例中。因此，出現於本說明書之各個地方中之片語「在一個實例中」或「一個實施例」未必全部指代相同實施例。此外，特定特徵、結構或特性可依任何合適方式組合於一或多個實施例中。
為便於描述，諸如「下面」、「下方」、「之上」、「之下」、「上方」、「上」、「頂部」、「底部」、「左」、「右」、「中心」、「中間」及其類似者之空間相對術語可在本文中用於描述一個元件或特徵相對於另一(些)元件或特徵之關係，如圖中繪示。將理解，除圖中描繪之定向之外，空間相對術語亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。例如，若圖中之裝置經旋轉或翻轉，則描述為在其他元件或特徵「下方」或「下面」或「之下」之元件將定向為在其他元件或特徵「上方」。因此，例示性術語「下方」及「之下」可涵蓋上方及下方兩種定向。可依其他方式定向裝置(旋轉90度或依其他定向)且可因此解譯本文中使用之空間相對描述詞。另外，亦將理解，當一元件稱為位於兩個其他元件「之間」時，其可為兩個其他元件之間的唯一元件，或亦可存在一或多個中間元件。
在本說明書中，使用若干技術術語。此等術語將採用其在所屬領域中之一般含義，除非本文中另外特別界定或其使用之上下文另有清楚暗示。應注意，元件名稱及符號在本文檔中可互換使用(例如Si與矽)；然而，兩者具有相同含義。
半導體處理技術之進步已能夠製造具有越來越小特徵大小之互補金屬氧化物半導體裝置(例如影像感測器、處理器、顯示器及其類似者)，其已實現許多裝置之小型化。然而，在影像感測器之情況中，影像像素大小之一減小可導致特定效能指標降低。例如，隨著影像像素變小，對光之敏感度可降低，且隨著影像像素變得彼此實體更靠近，相鄰像素之間的串擾(例如電、光學或其等之一組合)可增加。
本文中描述之實施例利用或依其他方式係關於具有用於一主動像素區域及一黑色像素區域之各自多層金屬堆疊之一影像感測器以增強影像感測器對光之敏感度，同時減少或依其他方式減輕相鄰像素之間的電及/或光學串擾。特定言之，一第一多層金屬堆疊用於形成與一主動像素區域(例如，用於捕捉一外部場景之一影像)對準之一金屬網格結構且一第二多層金屬堆疊用於形成與一黑色像素區域(例如，用於產生一或多個黑色參考信號)對準之一遮光罩。有利地，第一及第二多層金屬堆疊共用金屬層之一共同基數以能夠減少製造處理步驟，同時仍實現第一多層金屬堆疊與第二多層金屬堆疊之間的一厚度差。應注意，金屬網格結構及遮光罩具有相反目的，其中金屬網格結構經設計以將入射光導引向主動像素區域中之主動像素光電二極體，同時減輕相鄰主動像素光電二極體之間的電及光學串擾，而遮光罩經設計以衰減或降低入射或依其他方式導引向黑色像素區域中之黑色像素光電二極體之光之一強度(例如入射於影像感測器之黑色像素區域上之光至少為-45 dB之衰減值)。據此，在本文中描述之實施例中，第一及第二多金屬層堆疊之各自厚度可經調適以達成金屬網格結構(例如，厚度及寬度較低以減少光吸收且提高主動像素區域之光敏感度)及遮光罩(例如，厚度相對高於金屬網格結構以增加光衰減或強度降低)兩者之期望效能。
圖1A繪示根據本發明之教示之具有用於一主動像素區域110之一第一多層金屬堆疊及用於一黑色像素區域130之一第二多層金屬堆疊之一影像感測器100之一俯視圖。如所繪示，影像感測器100包含主動像素區域110、虛設像素區域120、黑色像素區域130、周邊區域140、複數個接觸墊190及複數個矽通孔(TSV) 195。在所繪示之實施例中，虛設像素區域120、黑色像素區域130及周邊區域140全部橫向包圍主動像素區域110。虛設像素區域120安置於主動像素區域110與黑色像素區域130之間。黑色像素區域130安置於周邊區域140與虛設像素區域120之間。黑色像素區域130亦安置於周邊區域140與主動像素區域110之間。複數個接觸墊190及複數個TSV 195安置於周邊區域140內且共同圍繞黑色像素區域130定位。
主動像素區域110包含複數個主動像素光電二極體(參閱例如圖1B中繪示之複數個主動像素光電二極體112)以產生表示一外部場景之一或多個影像信號。例如，回應於影像感測器上之入射光，影像電荷可由包含於主動像素區域110中之個別主動像素光電二極體收集。影像電荷接著可作為一類比信號讀出以產生轉換成一數位信號之影像信號(例如用於包含於主動像素區域110中之一給定一或多個像素之一影像信號)。黑色像素區域130包含複數個黑色像素光電二極體(參閱例如圖1B中繪示之複數個黑色像素光電二極體132)以產生一或多個黑色參考信號(例如，基於包含於黑色像素區域130中之一或多個黑色像素光電二極體之一讀出)。一或多個黑色參考信號可用於校準(例如，基於一主動像素、基於主動像素列、基於主動像素行、其等之一組合或其他)自主動像素區域110產生之一或多個影像信號。應瞭解，歸因於主動像素本身中存在暗電流(例如並非歸因於吸收一光子引起之雜訊)，CMOS影像感測器可包含不準確影像資料，其可在自主動像素區域110產生一或多個影像信號時導致一升高基線。為了補償暗電流，一或多個黑色參考信號可用於校正一或多個影像信號(例如，藉由自一或多個影像信號減去一或多個黑色參考信號)。
在一些實施例中，一虛設像素區域120可安置於黑色像素區域130與主動像素區域110之間，如圖1A中繪示。虛設像素區域120包含複數個虛設像素光電二極體(參閱例如圖1B中繪示之複數個虛設像素光電二極體122)，其可對應於非成像光電二極體。具體而言，虛設像素區域120可安置於主動像素區域110與至主動像素區域110之一或多個潛在雜訊源(例如黑色像素區域130、複數個接觸墊190、複數個TSV 195、可安置於周邊區域140內之其他未繪示電路系統或邏輯或影像感測器100之其他組件)之間。因此，在一些實施例中，虛設像素區域120提供主動像素區域110與一或多個潛在雜訊源之間的實體分離。
如圖1A中繪示，虛設像素區域120及黑色像素區域130經成形(例如，基於複數個黑色像素光電二極體或虛設像素光電二極體之配置)以形成橫向包圍主動像素區域110之各自閉環形狀。然而，在其他實施例中，虛設像素區域120及黑色像素區域130可具有不同於一閉環之一對應形狀(例如一開環形狀、一矩形形狀、一圓形形狀或其他)。另外，應瞭解，在一些實施例中，虛設像素區域120及黑色像素區域130可具有不同形狀或配置。例如，黑色像素區域130未必包圍主動像素區域110。在一個實施例中，黑色像素區域130可具有與包含於主動像素區域110中之一列或一行主動像素光電二極體對準之一矩形形狀。在一些實施例中，包含於主動像素區域110中之複數個主動像素光電二極體經配置(例如，成列及行)使得主動像素區域110具有一正方形或矩形形狀。然而，在其他實施例中，主動像素區域110可具有一不同形狀(例如一圓形形狀、一六邊形形狀或任何其他形狀)。
圖1B繪示根據本發明之教示之圖1A中繪示之影像感測器100沿線A-A'之一橫截面圖100-AA'。在所繪示之實施例中，影像感測器100包含主動像素區域110、虛設像素區域120、黑色像素區域130及周邊區域140。影像感測器100進一步包含具有一第一側103 (例如一背面)及一第二側105 (例如一正面)之一半導體材料101 (例如矽、一矽鍺合金、鍺、一碳化矽合金、一砷化銦鎵合金、由III至V族化合物形成之任何其他合金、其他半導體材料或合金、其組合、其之一基板、其之一塊狀基板或其之一晶圓)、複數個金屬層107、複數個隔離結構108、複數個電晶體閘極109、複數個主動像素光電二極體112 (例如一第一主動像素光電二極體112-1及一第二主動像素光電二極體112-2)、複數個虛設像素光電二極體122 (例如一第一虛設像素光電二極體122-1)、複數個黑色像素光電二極體132 (例如一第一黑色像素光電二極體132-1及一第二黑色像素光電二極體132-2)、一抗反射層150、一緩衝氧化物層152、一第一金屬層154、第二金屬層156、一第三金屬層158、一緩衝層172 (例如基於氧化物之材料層)、複數個濾色器174 (例如一綠色濾色器174-G、一紅色濾色器174-R或任何其他濾色器)、複數個微透鏡176及複數個接觸墊190。
在主動像素區域110內，第一金屬層154及第二金屬層156形成一第一多層金屬堆疊160。在黑色像素區域130內，第一金屬層154、第二金屬層156及第三金屬層158形成與複數個黑色像素光電二極體132對準之一第二多層金屬堆疊162 (例如，半導體基板101之第一側103安置於第二多層金屬堆疊162與複數個黑色像素光電二極體132之間)，使得第二多層金屬堆疊162可阻擋或依其他方式衰減入射於黑色像素區域130上之光(例如，阻止光到達複數個黑色像素光電二極體132)。
在一或多個實施例中，第一側103可指稱半導體材料101之一照射表面或側且第二側105可指稱半導體材料101之一非照射表面或側。在所繪示之實施例中，抗反射層150安置於半導體材料101之第一側103與緩衝氧化物層152之間。在一些實施例中，抗反射層150可包含氧化鉭(例如Ta 2O 5)、氧化鉿(例如HfO 2)、氧化鋁(例如Al 2O 3)、氧化鋯(例如Zr 2O 3)或其組合。在一或多個實施例中，抗反射層150至少為50 nm厚。在相同或其他實施例中，抗反射層150在50 nm厚至100 nm厚之間。緩衝氧化物層152安置於抗反射層150與第二金屬層156之間。在一些實施例中，緩衝氧化物層152包含一介電質氧化物(例如SiO 2)且至少100 nm厚。在一些實施例中，緩衝氧化物層152具有100 nm至130 nm之間的一厚度。在一或多個實施例中，緩衝氧化物層152提供一平坦化表面用於隨後程序，諸如形成第一多層金屬堆疊160、第二多層金屬堆疊162及/或複數個濾色器174。另外，緩衝氧化物層152亦可為下覆層(例如抗反射層150、半導體材料101及安置於緩衝氧化物層152與半導體材料101之第二側105之間的任何其他組件或材料)提供保護。應瞭解，緩衝氧化物層152之厚度可基於影像感測器100之具體組態及/或處理要求來組態或依其他方式調適(例如，基於製造節點或製造要求、先前或隨後組件之厚度或其類似者)。在一個實施例中，緩衝氧化物層152具有足以緩衝由用於平坦化之一化學機械拋光(CMP)程序誘發之機械應力之一厚度(例如，緩衝氧化物層152可緩衝由CMP程序誘發之機械應力且減輕或依其他方式防止機械應力損壞抗反射層150、半導體材料101或緩衝氧化物層152之下之其他組件)。緩衝氧化物層152進一步分離第一多層金屬堆疊160及第二多層金屬堆疊162與半導體材料101。
在一些實施例中，半導體材料101可進一步包含安置於緩衝氧化物層152下面(例如，在緩衝氧化物層152與半導體基板101之第一側103之間)之一或多個層。在一個實施例中，一表面鈍化層可安置於抗反射層152與半導體材料101之第一側103之間。表面鈍化層可由高κ材料(例如具有大於氧化矽之介電常數之一介電常數之一材料)形成，其提供一固定負電荷(例如氧化鉿、氧化鋁或其他鈍化氧化物)以提供半導體材料之第一側103之表面鈍化。
在圖1B之所繪示實施例中，複數個隔離結構108 (例如由至少一種氧化物材料形成之深溝槽隔離結構)經配置以使個別光電二極體(例如複數個主動像素光電二極體112、複數個虛設像素光電二極體122及/或複數個黑色像素光電二極體132之個別者)彼此電及光學地隔離。如所繪示，包含於複數個隔離結構108中之個別隔離結構可自半導體材料101之第一側103朝向第二側105延伸。在一些實施例中，複數個隔離結構108可藉由用一或多個介電質材料(例如一氧化物材料、一低n材料、一不同介電質材料或其組合)填充經形成於半導體材料101中之溝槽來形成。在一些實施例中，複數個隔離結構108可藉由用一或多個介電質材料與一金屬材料之組合(例如，循序或同時)填充溝槽來形成。溝槽可係在形成抗反射層150、緩衝氧化物層152及抗反射層150與緩衝氧化物層152之間的任何中間層之前形成。在一任選或替代實施例中，溝槽可在形成抗反射層150、緩衝氧化物層152及抗反射層150與緩衝氧化物層152之間的任何中間層之前形成，使得隔離結構本身(參閱例如隔離結構108-O)係由抗反射層150、緩衝氧化物層152及抗反射層150與緩衝氧化物層152之間的任何中間層形成，其導致抗反射層150、緩衝氧化物層152及任何中間層延伸至溝槽中且共同及連續內襯於溝槽的側壁。應瞭解，在一些實施例中，主動像素區域110、虛設像素區域120及/或黑色像素區域130中之複數個隔離結構108之至少一者及/或複數個隔離結構108之全部可具有類似於隔離結構108-O之結構的一結構。進一步應瞭解，在一些實施例中，中間層(例如安置於抗反射層150與緩衝氧化物層152之間的表面鈍化層)亦可內襯於或依其他方式被包含於複數個隔離結構108中以誘發一空穴累積區域包圍安置於溝槽內的緩衝氧化物層152 (例如形成或依其他方式包含於複數個隔離結構108中之緩衝氧化物層152的部分)，以鈍化可能在製造期間發生的表面缺陷及溝槽側壁缺陷(例如，減少或依其他方式減輕材料誘發應力或蝕刻損壞)。
第一金屬層154安置於第二金屬層156之間。在一個實施例中，第一金屬層154包含對應於大於20 nm厚(例如30 nm、40 nm、50 nm)之鎢或鋁之一第一金屬。在相同或其他實施例中，第一金屬層154之厚度大於包含於第二金屬層156中之至少一個個別層。在一些實施例中，第二金屬層156之至少一者具有小於30 nm (例如25 nm、20 nm、15 nm)之一厚度且包含對應於氮化鈦或鈦之一第二金屬。如所繪示，第二金屬層156安置於半導體材料101之第一側103與緩衝層172之間。在一個實施例中，第三金屬層158之厚度至少為50 nm或更大且包含對應於鎢或鋁之一第三金屬。在一些實施例中，第三金屬層158具有實質上類似於(例如相差在10%內)第一金屬層154之一厚度。在一些實施例中，第三金屬層158之厚度大於第一金屬層154。在一些實施例中，緩衝層172安置於複數個微透鏡176與第一金屬層154之間。在一個實施例中，緩衝層172係一透明介電質層且包含一基於氧化物之材料(例如SiO 2)或具有小於半導體材料101、複數個濾色器174及/或複數個微透鏡176之一對應折射率之一折射率之一低n材料。在一些實施例中，緩衝層172之至少一部分具有大於100 nm (例如110 nm、125 nm、150 nm)之一厚度。
圖2A繪示根據本發明之教示之用於形成一影像感測器200-A之一金屬網格結構241及一遮光罩251之實例多層金屬堆疊260及262。影像感測器200-A、包含於影像感測器200-A中之組件及圖2A中繪示之組件之對應配置可在圖1A及圖IB中繪示之影像感測器100中實施。據此，應瞭解，相似標記特徵可共用類似或相同屬性(例如組成、與其他組件之相對配置、形狀、功能或其類似者)。例如，影像感測器200-A包含半導體材料201，其可相同或類似於根據本發明之教示之圖1A及圖1B中繪示之半導體材料101。另外，應瞭解，為清楚起見，圖2A中可省略某些組件(例如濾色器、微透鏡、隔離結構、接觸墊或其類似者)。
返回參考圖2A，影像感測器200-A包含包括一第一側203及一第二側205之半導體材料201、包含於一主動像素陣列區域211中之複數個主動像素光電二極體212 (例如安置於第一側203與第二側205之間的半導體材料201中之主動像素光電二極體212-1)、複數個虛設像素光電二極體222 (例如包含於安置於第一側203與第二側205之間的半導體材料201中之一虛設像素陣列區221中之虛設像素光電二極體222-1)、包含於一黑色像素陣列區域231中之複數個黑色像素光電二極體232 (例如安置於第一側203與第二側205之間的半導體材料201中之黑色像素光電二極體232-1)、一抗反射層250、一緩衝氧化物層252、一第一金屬層254、第二金屬層256、一第三金屬層258及一緩衝層272。在主動像素區域210內，第一金屬層254及第二金屬層256形成一第一多層金屬堆疊260。在黑色像素區域230內，第一金屬層254、第二金屬層256及第三金屬層258形成與複數個黑色像素光電二極體232對準之一第二多層金屬堆疊262 (例如，半導體基板201之第一側203安置於第二多層金屬堆疊262與複數個黑色像素光電二極體232之間)，使得第二多層金屬堆疊262可阻擋或依其他方式衰減入射於黑色像素區域230上之光(例如，阻止光到達複數個黑色像素光電二極體232)。
第一側203可指稱影像感測器200-A之一照射側且第二側205可指稱影像感測器200-A之一非照射側。
如所繪示，主動像素陣列區域211包含複數個主動像素光電二極體212 (例如主動像素光電二極體212-1及主動像素光電二極體212-2)，其可配置為列及行之一陣列以至少部分形成影像感測器200-A之主動像素區域210。虛設像素陣列區221包含複數個虛設像素光電二極體(例如虛設像素222-1)，其係非成像光電二極體且至少部分形成影像感測器200-A之一虛設像素區域220。黑色像素陣列區域231包含複數個黑色像素光電二極體232 (例如黑色像素光電二極體232-1及黑色像素光電二極體232-2)，其可配置成列及行之一陣列以至少部分形成影像感測器200-A之黑色像素區域230。
金屬網格結構241定位於影像感測器200-A之主動像素區域210內且更具體而言，接近半導體材料201之第一側203安置。金屬網格結構241包含複數個柱214 (例如柱214-1、柱214-2及柱214-3)，其經配置以形成複數個孔隙213 (例如孔隙213-1及孔隙213-2)，各孔隙與包含於主動像素陣列區域211中之一下覆主動像素光電二極體(例如主動像素光電二極體212-1、212-2及其類似者)光學對準。例如，柱214-1及柱214-2彼此實體分離以至少部分形成孔隙213-1，孔隙213-1與下覆主動像素光電二極體212-1光學對準，使得平行於頁面之平面之入射光將傳播通過孔隙213-1且入射於主動像素光電二極體212-1上，且導引至主動像素光電二極體212-1但傾斜於柱214-1及柱214-2之入射光將在到達相鄰主動像素光電二極體212-1之前由柱214-1及柱214-2藉由吸收及/或反射來阻擋。換言之，金屬網格結構241之複數個柱214經結構化及配置以形成光導(例如，對應於複數個孔隙213)，光導藉由反射及/或折射將入射光導引向包含於複數個主動像素光電二極體212中之一各自下覆主動像素光電二極體。在一些實施例中，複數個濾色器(例如濾色器174-G、174-R)之各者安置於包含於複數個孔隙213中之對應孔隙213-1及213-2中及與下覆主動像素光電二極體對準之緩衝氧化物層252上。在一些實施例中，複數個孔隙213可實體居中於複數個主動像素光電二極體212之一對應者之上。應瞭解，所繪示影像感測器200-A之實施例不包含填充複數個柱214 (例如，對應於複數個孔隙213)之間的區域(如圖1B中繪示)之濾色器，為清楚起見，其已省略。然而，在一些實施例中，複數個柱214之間的區域可填充有具有不同光回應之濾色器(例如紅色、綠色、藍色、黃色、青色、品紅色、黃色、黑色、紅外線或其他濾色器)。
在所繪示之實施例中，金屬網格結構241之複數個柱214之各者包含第一多層金屬堆疊260及緩衝層272。第一多層金屬堆疊260包含第一金屬層254及第二金屬層256。如所繪示，第一金屬層254夾置(例如，安置)於第二金屬層256之間，其中第二金屬層256之一者在第一金屬層254與緩衝層272之間，且第二金屬層256之另一者在第一金屬層254與緩衝氧化物層252之間。在一些實施例中，第一金屬層254與緩衝氧化物層252之間的第二金屬層256之個別者可用作一擴散阻擋層以防止金屬自第一金屬層254擴散至半導體材料201中。在相同或其他實施例中，第二金屬層256可進一步用作一黏著層以增加第一金屬層254與緩衝氧化物層252之間的黏著性及/或增加第一金屬層254與緩衝層272之間的黏著性。在一些實施例中，第一金屬層254可由一第一金屬(例如鎢或鋁)形成且第二金屬層256可由不同於第一金屬之一第二金屬(例如氮化鈦或鈦)形成。換言之，金屬網格結構241包含第一多層金屬堆疊260，其包含第一金屬及第二金屬。在相同或其他實施例中，包含於第二金屬層256中之第二金屬可為由至少一金屬材料及一非金屬材料(例如氮化鈦)組成之一金屬合金。
遮光罩251定位於影像感測器200-A之黑色像素區域230內且更具體而言，接近半導體材料201之第一側203安置。在一些實施例中，遮光罩251覆蓋黑色像素區域230。遮光罩251包含第二多層金屬堆疊262及緩衝層272。如圖2A中繪示，遮光罩與包含於黑色像素陣列區域231中之複數個黑色像素光電二極體232光學對準，使得半導體材料201之第一側203安置於遮光罩251與複數個黑色像素光電二極體232 (例如黑色像素光電二極體232-1)之間。第二多層金屬堆疊262包含第一金屬層254、第二金屬層256及第三金屬層258。如所繪示，第一金屬層254夾置於第二金屬層256之間。第一金屬層254亦安置於第三金屬層258與複數個黑色像素光電二極體232之間。應瞭解，第二金屬層256之一者安置於第一金屬層254與第三金屬層258之間，且第二金屬層256之另一者安置於第一金屬層254與緩衝氧化物層252之間。在相同或其他實施例中，第二金屬層256之個別者可用作一黏著層以增加第一金屬層254與緩衝氧化物層252之間的黏著性及/或增加第一金屬層254與第三金屬層258之間的黏著性。如先前討論，第一金屬層254可包含第一金屬(例如鎢或鋁)且第二金屬層256可包含第二金屬(例如氮化鈦或鈦)。
應瞭解，金屬網格結構241之第一多層金屬堆疊260及遮光罩251之第二多層金屬堆疊262兩者包含第一金屬層254及第二金屬層256。此係因為在所繪示之實施例中，第一多層金屬堆疊260及第二多層金屬堆疊262共用共同處理步驟，但表示位置差異(即，位於主動像素區域210中之第一金屬層254及第二金屬層256之第一區域用於形成金屬網格結構241且位於黑色像素區域230中之第一金屬層254及第二金屬層256之第二區域用於形成遮光罩251)。據此，如由共用名稱及參考標記指示，第一金屬層254及第二金屬層256之組成及厚度在整個影像感測器200-A中實質上相等(例如，金屬網格結構241及遮光罩251兩者之第一金屬層254之區域具有相同組成及近似厚度)。然而，應瞭解，歸因於製造差異，主動像素區域210之上之第二金屬層256比黑色像素區域230之上之第二金屬層256可具有微小厚度差(例如，在10%內)(參閱例如圖3C，其中包含於主動像素區域之上之第二金屬層356中之遠端第二金屬層可相對於包含於黑色像素區域之上之第二金屬層356中之遠端第二金屬層輕微蝕刻)。
金屬網格結構241之第一多層金屬堆疊260與遮光罩251之第二多層金屬堆疊262之間的一個差異在於第二多層金屬堆疊262包含第三金屬層258，其不包含於第一多層金屬堆疊260中。在一些實施例中，第三金屬層258可包含亦包含於第一金屬層254中之第一金屬。在一個實施例中，第三金屬層258具有等效於第一金屬層254之一對應組成之一組成。在其他實施例中，第三金屬層258之第三金屬可不同於包含於第一金屬層254中之第一金屬及包含於第二金屬層256中之第二金屬。在相同或其他實施例中，第一金屬可為鎢且第三金屬可為鋁(或反之亦然)。
第一多層金屬堆疊260與第二多層金屬堆疊262之間的另一差異係金屬層之總數。在一些實施例中，第一多層金屬堆疊260包含N個金屬層，其中N對應於大於或等於2之任何整數。在相同實施例中，第二多層金屬堆疊262包含至少N+1個金屬層。換言之，在一些實施例中，第二多層金屬堆疊262比第一多層金屬堆疊260具有一或多個金屬層。層數(及因此厚度)之此差異使第一多層金屬堆疊260之一第一厚度261小於第二多層金屬堆疊262之一第二厚度263。因此，金屬網格結構241及遮光罩251可經獨立調諧以增強其等各自功能。例如，可使第一多層金屬堆疊260更不厚以增強包含於複數個主動像素光電二極體212中之下覆主動像素光電二極體之敏感度，且可使第二多層金屬堆疊262更厚以改良由遮光罩251提供之入射光之衰減。第一多層金屬堆疊260與第二多層金屬堆疊262之間的另一差異係結構。如上文描述，第一多層金屬堆疊260經結構化以形成複數個孔隙213且第一多層金屬堆疊260不連續在主動像素區域210之上延伸(例如，第一多層金屬堆疊260形成複數個柱214而非遍及主動像素陣列區域211連續延伸)，而第二多層金屬堆疊262遍及黑色像素陣列區域231連續延伸。應瞭解，術語「多層金屬堆疊」及「N個金屬層」係指接近半導體基板之第一側203安置之金屬層且用於形成金屬網格結構241及遮光罩251。為清楚起見，術語「多層金屬堆疊」、「N金屬層」及相關聯個別金屬層與在金屬化程序期間形成之組件不同且分離，其中佈線層、金屬互連件、觸點及其類似者接近半導體材料201之第二側205形成(參閱例如圖1B，其展示與第一多層金屬堆疊160及第二多層金屬堆疊162明顯分離之複數個金屬層107)。
影像感測器200-A進一步包含虛設像素陣列區221，其包含複數個虛設像素光電二極體222 (例如虛設像素光電二極體222-1)。如所繪示，複數個虛設像素光電二極體222橫向安置於複數個主動像素光電二極體212與複數個黑色像素光電二極體232之間(例如，虛設像素光電二極體222-1安置於主動像素光電二極體212-1與黑色像素光電二極體232-1之間的半導體材料201內)。影像感測器200-A亦包含緩衝層272。在一些實施例中，緩衝層272係一透明介電質層，其包含一基於氧化物之材料、一金屬氧化物或一低n材料之至少一者。低n材料經界定為在一可見頻率範圍內(例如，針對380 nm至750 nm之間的一或多個波長)具有小於形成複數個濾色器(圖2A中未繪示，但圖1A中展示)之濾色器材料及/或之半導體材料201之一對應折射率之一折射率之任何材料。如所繪示，緩衝層272具有一變化厚度以補償金屬網格結構241之第一多層金屬堆疊260與遮光罩251之第二多層金屬堆疊262之間的一厚度差。第一多層金屬堆疊260及第二多層金屬堆疊262各安置於緩衝層272與半導體材料201之第一側203之間。變化厚度允許緩衝層272之遠端274與半導體材料201之第一側203平行以用於隨後處理(例如濾色器陣列形成、微透鏡陣列形成、周邊元件之形成，諸如矽通孔、接觸墊或組件或元件)。對於主動像素區域210，緩衝層272包含一第一部分289 (例如用於複數個柱214之任一者之緩衝層272之部分)。第一多層金屬堆疊260安置於緩衝層272之第一部分289與半導體材料201之第一側203之間。
對於黑色像素區域230，緩衝層272包含一第二部分291 (例如黑色像素區域230內之緩衝層272之部分)。第二多層金屬堆疊262安置於緩衝層272之第二部分291與複數個黑色像素光電二極體232 (例如黑色像素光電二極體232-1)之間。如所繪示，緩衝層272之第一部分289之一第一緩衝層厚度273大於緩衝層272之第二部分291之一第二緩衝層厚度285。
對於虛設像素區域220，緩衝層272包含一第三部分293 (例如虛設像素陣列區220內之緩衝層272之部分)。緩衝層272之第三部分293與複數個虛設光電二極體222 (例如虛設光電二極體222-1)對準，使得半導體材料201之第一側203安置於緩衝層272之第三部分293與複數個虛設光電二極體222 (例如虛設光電二極體222-1)之間。如所繪示，緩衝層272之第三部分293之一第三緩衝層厚度287等於緩衝層272之第一部分289之第一緩衝層厚度273。
在一些實施例中，第一金屬層254之一第一金屬層厚度271大於第二金屬層256中之任一者之一第二金屬層厚度281。在一些實施例中，第一金屬層厚度271至少為10 nm厚(例如10 nm、20 nm、30 nm、50 nm等等)。在相同或其他實施例中，第二金屬層厚度281係大於0 nm及30 nm或更小(例如25 nm、20 nm、10 nm等等)。在一些實施例中，第一金屬層厚度271係基於主動像素區域210中複數個主動像素光電二極體212之一所需或目標量子效率來組態。在一些實施例中，第一金屬層254及第二金屬層256的一組合厚度(例如第一多層金屬堆疊260之第一厚度261)係在30 nm至80 nm之間。在相同或其他實施例中，第一厚度261可小於或等於100 nm。在一個實施例中，第三金屬層258之一第三金屬層厚度283至少為50 nm (例如50 nm、80 nm、100 nm等等)。在一些實施例中，第一金屬層254、第二金屬層256及第三金屬層258之一組合厚度(例如第二多層金屬堆疊262之第二厚度263)至少為100 nm (例如100 nm、150 nm、200 nm等等)。在一個實施例中，第三金屬層厚度283大於或等於第一金屬層厚度271。在一些實施例中，第一金屬層厚度271及/或第三金屬層厚度283係第二金屬層厚度281之至少三倍。在一些實施例中，第三金屬層厚度283係基於可能入射於黑色像素區域230上之光之所需或目標光抑制位準或衰減位準來組態。在一個實施例中，第一金屬層254之第一金屬及/或第三金屬層258之第三金屬為鎢，第二金屬層256之第二金屬為氮化鈦。在此一實施例中，第一金屬層厚度271及/或第三金屬層厚度283可為第二金屬層厚度281之至少五倍。在一些實施例中，複數個柱214之個別柱大於150 nm厚(例如150 nm、175 nm、200 nm、250 nm、300 nm、325 nm、350 nm、400 nm等等)。在相同或其他實施例中，包含於複數個柱214中之個別柱之一柱寬(例如，正交於第一厚度261)係大於0，但小於或等於80 nm (例如80 nm、60 nm、40 nm等等)。
圖2B繪示根據本發明之教示之用於形成一影像感測器200-B之一金屬網格結構241及一遮光罩251之實例多層金屬堆疊260-B及262-B。影像感測器200-B、包含於影像感測器200-B中之組件及圖2B中繪示之組件之對應配置可在圖1A及圖IB中繪示之影像感測器100中實施。據此，應瞭解，相似標記特徵可共用類似或相同屬性(例如組成、與其他組件之相對配置、形狀、功能或其類似者)。例如，影像感測器200-B包含半導體材料201，其可相同或類似於根據本發明之教示之圖1A及圖1B中繪示之半導體材料101。另外，應瞭解，為清楚起見，圖2B中可省略特定組件(例如濾色器、微透鏡、隔離結構或其類似者)。
進一步應瞭解，圖2B之影像感測器200-B在許多方面類似於圖2A中之影像感測器200-A。實情係，圖2B之許多相似標記特徵可相同於圖2A中之對應特徵，包含(但不限於)組成、幾何結構、配置及其類似者。返回參考圖2B，一個差異係第一多層金屬堆疊260-B及第二多層金屬堆疊262-B內之金屬層之總數。例如，一個額外第二金屬層包含於第二金屬層256中(例如安置於第一金屬層254與中間層259之間的個別第二金屬層或安置於中間層259與第三金屬層258之間的個別第二金屬層)且亦包含中間層259。換言之，一對相鄰金屬層(即，包含於第二金屬層256中之一個第二金屬層及一個中間層259)已相對於圖2A中繪示之對應多層金屬堆疊(例如260及262)包含於第一多層金屬堆疊260-B及第二多層金屬堆疊262-B兩者中。依此方式，應瞭解，厚度(例如第一多層金屬堆疊260-B之一第一厚度261-B及第二多層金屬堆疊262-B之一第二厚度263-B)可藉由包含相鄰金屬層對之一或多個例項使得N個金屬層包含於第一多層金屬堆疊260-B中且N+1個金屬層包含於第二多層金屬堆疊262-B中來調諧。應瞭解，中間層259之一中間厚度284未必需要相同於包含於第一多層金屬堆疊260-A及/或第二多層金屬堆疊262-B中之其他層。類似地，第二金屬層256之個別層未必需要具有相同厚度。應瞭解，在一些實施例中，第一金屬層254之第一金屬層厚度271、中間層259之中間厚度284、包含於第二金屬層256中之各個別層之厚度及第三金屬層258之第三金屬層厚度283可各經獨立調諧以達成第一多層金屬堆疊260-B之第一厚度261-B及/或第二多層金屬堆疊262-B之第二厚度263-B之一目標厚度。
圖3A至圖3J繪示根據本發明之教示之用於製造具有用於一主動像素區域及一黑色像素區域之各自多層金屬堆疊之一影像感測器之依循序順序繪示之一程序。應瞭解，左側及右側(由一橢圓分離)分別包含所製造之影像感測器之一黑色像素區域及一主動像素區域。由圖3A至圖3J繪示之程序可為用於製造圖1A至圖1B中繪示之影像感測器100、圖2A中繪示之影像感測器200-A及圖2B中繪示之影像感測器200-B之一種可行實施方案。據此，應瞭解，相似標記特徵可共用類似或相同屬性(例如組成、與其他組件之相對配置、形狀、功能或其類似者)。例如，圖3A至圖3J中繪示之程序包含半導體材料301，其可相同或類似於根據本發明之教示之圖2A至圖2B中繪示之半導體材料201及圖1A至圖1B中繪示之半導體材料101。另外，應瞭解，為清楚及/或簡潔起見，圖3中可省略特定組件(例如濾色器、微透鏡、抗反射層、虛設像素光電二極體或其類似者)。圖3A至圖3J中繪示之程序在前述圖之一或多者中包含具有一第一側303及與第一側相對之一第二側305之半導體材料301、一主動像素陣列區域311 (例如，包含複數個主動像素光電二極體)、一黑色像素陣列區域331 (例如，包含複數個黑色像素光電二極體)、一緩衝氧化物層350、一第一金屬層354、第二金屬層356、一第三金屬層358、第一光阻劑337、第一多層金屬堆疊360、第二多層金屬堆疊362、緩衝層372、具有一第一圖案339-1之第二光阻劑、具有一第二圖案339-2之第二光阻劑、金屬網格結構341及遮光罩351。
圖3A繪示提供具有第一側303 (或照射側)及與第一側303相對之第二側305之半導體材料301。半導體材料301包含一主動像素光電二極體(例如，包含於主動像素陣列區域311中)及一黑色像素光電二極體(例如，包含於黑色像素陣列區域331中)，其等各例如藉由離子植入來安置於半導體材料301中。主動像素光電二極體及黑色像素光電二極體之各者可為一釘紮光電二極體、非釘紮光電二極體或一部分釘紮光電二極體。半導體材料301可進一步具有沈積於第一側303上之一基於氧化物之介電質材料，接著進行一平坦化程序以形成具有一平坦化頂面之緩衝氧化物層350。儘管未繪示，但在一些實施例中且在形成緩衝氧化物層350之前，複數個隔離溝槽可形成於半導體材料301中以包圍包含於主動像素陣列區域311中之各個別主動像素光電二極體及包含於黑色像素陣列區域331中之各個別黑色像素光電二極體。一抗反射層及抗反射層與緩衝氧化物層350之間的任何中間層可沈積於半導體材料301之第一側303上且沈積至複數個隔離溝槽中以內襯於或依其他方式塗覆複數個隔離溝槽之底面及側壁(例如，藉由化學氣相沈積)。在相同或其他實施例中，複數個隔離溝槽接著可用一或多個介電質材料(例如一基於氧化物之材料、低n材料、其他介電質材料或其組合)填充以形成複數個隔離結構(例如圖1B中繪示之隔離結構108及/或隔離結構108-O)來使個別光電二極體(例如個別主動像素光電二極體、個別黑色像素光電二極體及/或個別虛設光電二極體)彼此電及/或光學隔離。在一個實施例中，用於形成緩衝氧化物層350之一基於氧化物之介電質材料之沈積可包含將一或多個基於氧化物之介電質材料沈積至複數個隔離溝槽中以形成複數個隔離結構。
圖3B在圖3A之後且展示在緩衝氧化物層350上接近第一側303沈積半導體材料301上之金屬層以形成第一金屬層354、夾置第一金屬層354之第二金屬層356及第三金屬層358。在一些實施例中，第一金屬層354、第二金屬層356及第三金屬層358分別包含一第一金屬(例如鎢或鋁)、一第二金屬(例如氮化鈦或鈦)及一第三金屬(例如鎢或鋁)。如圖3B中繪示，第一金屬層354安置於第三金屬層358與半導體材料301之第一側303之間。
圖3C可跟在圖3B之後且繪示沈積光阻劑337以選擇性覆蓋接近黑色像素陣列區域331安置或依其他方式與黑色像素陣列區域331對準之金屬層之一部分(例如第一金屬層354、第二金屬層356及第三金屬層358)。具體而言，光阻劑337經圖案化以防止下覆金屬層在一隨後步驟中被蝕刻。在一些實施例中，用於形成一中間層及夾置於中間層之一者與第一金屬層354之間的額外第二金屬層356之程序可在圖3B與圖3C之間執行以形成圖2B之第一多層金屬堆疊及第二多層金屬堆疊，其中第一金屬層、中間層、第三金屬層及各第二金屬層之沈積厚度可個別調諧。
圖3D在圖3C之後且展示蝕刻金屬層之一主動像素部分以選擇性移除接近主動像素光電二極體(即，主動像素陣列區域311)安置之第三金屬層358以形成第一多層金屬堆疊360。金屬層之一未蝕刻部分對應於第二多層金屬堆疊362。有利地，主動像素區域中第二金屬層356中遠離半導體材料301之第一側303之第二金屬層充當一蝕刻停止層以防止不受光阻劑337保護之沈積金屬層被完全蝕除(例如，接近主動像素陣列區域311之第一金屬層354及第二金屬層356在蝕刻之後保留)。此至少部分藉由選擇以不同於第二金屬層356 (例如第二金屬)之一速率蝕刻第三金屬層358 (例如第三金屬)之一蝕刻程序來達成以便使用第二金屬層356作為一蝕刻停止層。據此，第二金屬層356用作一黏著促進劑(例如，促進第三金屬層358與第一金屬層354之間黏著及/或促進第一金屬層354與緩衝氧化物層350之間黏著)及一蝕刻停止層(例如，保護第一金屬層354在圖3D中繪示之蝕刻程序期間免受蝕刻)。
圖3E在圖3D之後且繪示自接近黑色像素陣列區域331之第三金屬層358之頂部上移除光阻劑337。光阻劑337可經由一化學清洗(例如能夠溶解圖案化或交聯光阻劑337之一或多個溶劑)移除。
圖3F在圖3E之後且展示至少在分別對應於第一多層金屬堆疊360及第二多層金屬堆疊362之金屬層之主動像素部分及金屬層之未蝕刻部分之上沈積緩衝層372。第一多層金屬堆疊360及第二多層金屬堆疊362安置於緩衝層372與半導體材料301之第一側303之間。
圖3G在圖3F之後且展示平坦化緩衝層372使得緩衝層372之一第一部分389具有大於緩衝層372之一第二部分391之一第二緩衝層厚度385之一第一緩衝層厚度373。在所繪示之實施例中，第一多層金屬堆疊360安置於緩衝層372之第一部分389與半導體材料301之第一側303之間。第二多層金屬堆疊362安置於緩衝層372之第二部分391與黑色像素光電二極體(例如黑色像素陣列區域331)之間。
圖3H在圖3G之後且繪示沈積具有第一圖案339-1及第二圖案339-2之第二光阻劑。光阻劑之第一圖案339-1用於形成金屬網格結構341 (參閱例如圖3J)之複數個柱314 (參閱例如圖3I)。具體而言，第二光阻劑之第一圖案339-1保護下覆緩衝層372及第一多層金屬堆疊360之部分。第二光阻劑之第二圖案339-2經結構化以保護接近黑色像素陣列區域331之緩衝層372 (及相鄰於黑色像素陣列區域之虛設像素陣列區域，其未繪示但可見於圖1B、圖2A及圖2B中)。
圖3I在圖3H之後且展示選擇性蝕刻緩衝層372及第一多層金屬堆疊360以形成與至少部分界定金屬網格結構341之主動像素光電二極體對準之複數個孔隙313 (例如孔隙313-1及孔隙313-2)。在一些實施例中，與複數個柱314相關聯之緩衝層372之部分用作一光導，其已經由具有第一圖案339-1之第二光阻劑自對準。光導可幫助減輕包含於主動像素陣列區域311中之相鄰主動像素光電二極體之間的電及光串擾。
圖3J在圖3I之後且繪示移除具有第一圖案339-1及第二圖案339-2之第二光阻劑以形成金屬網格結構341及遮光罩351。在一些實施例中，在移除第二光阻劑(例如第一圖案339-1及第二圖案339-2)之後可存在額外步驟，諸如用濾色器選擇性回填複數個孔隙313以形成一濾色器圖案(例如RGB、RGGB、RCCB、RGB-IR、Quad Bayer、CYMK或任何其他濾色器圖案)、形成複數個微透鏡或其他程序步驟。
應瞭解，由圖3A至圖3J繪示之各種程序步驟可用現有CMOS製造技術實現或依其他方式執行，諸如(但不限於)光微影技術(例如，界定或依其他方式圖案化第一光阻劑337、具有一第一圖案339-1之第二光阻劑及第二光阻劑339-2)、金屬沈積技術(例如原子層沈積、物理氣相沈積、熱蒸鍍、磁控濺鍍或其類似者以沈積第一金屬層354、第二金屬層356、第三金屬層358、緩衝氧化物層350、緩衝層372或其類似者)、蝕刻技術(例如幹蝕刻技術(諸如電漿蝕刻)、濕蝕刻技術(例如化學蝕刻)或其他以蝕刻各種組件，諸如第一金屬層354、第二金屬層356、第三金屬層358、緩衝氧化物層350、緩衝層372或其類似者)及平坦化技術(例如化學機械拋光或平坦化以平坦化緩衝層272)。
圖4係根據本發明之教示之包含具有多層金屬堆疊之一影像感測器400之一成像系統402之一功能方塊圖。影像感測器400可具有對應於圖1A至圖1B中繪示之影像感測器100、圖2A中繪示之影像感測器200-A及/或圖2B中繪示之影像感測器200-B之一結構。影像感測器400可藉由圖3A至圖3J中繪示之程序來製造。成像系統402包含回應於入射光470而產生電或影像信號之影像感測器400、具有可調光焦度以聚焦於外部場景403內之一或多個關注點上之物鏡465及尤其控制影像感測器400及物鏡465之操作之控制器450。影像感測器400係圖1A至圖1B中繪示之影像感測器100、圖2A中繪示之影像感測器200-A及/或圖2B中繪示之影像感測器200-B之一種可行實施方案。影像感測器400係展示一半導體材料401及安置於半導體材料401之各自部分內之複數個光電二極體405、複數個濾色器410及複數個微透鏡415之一簡化示意圖。控制器450包含一或多個處理器452、記憶體454、控制電路系統456、讀出電路系統458及功能邏輯460。
控制器450包含邏輯及/或電路系統以控制成像系統402之各種組件之操作(例如，在影像及/或視訊獲取之階段前、階段後及原位階段期間)。控制器450可實施為硬體邏輯(例如專用積體電路、場可程式化閘陣列、晶片上系統等等)、在一通用微控制器或微處理器上執行之軟體/韌體邏輯或硬體及軟體/韌體邏輯兩者之一組合。在一個實施例中，控制器450包含耦合至記憶體454之處理器452，記憶體454儲存由控制器450及/或成像系統402之一或多個其他組件執行之指令。指令在執行時可引起成像系統402執行與成像系統402之各種功能模組、邏輯塊或電路系統相關聯之操作，包含以下之任一者或以下之一組合：控制電路系統456、讀出電路系統458、功能邏輯460、影像感測器400、物鏡465及成像系統402之任何其他元件(已繪示或其他)。記憶體係一非暫時性電腦可讀媒體，其可包含(但不限於)可由控制器450讀取之一揮發性(例如RAM)或非揮發性(例如ROM)儲存系統。進一步應瞭解，控制器450可為一單片積體電路、一或多個離散互連電組件或其等之一組合。另外，在一些實施例中，一或多個電組件可耦合在一起以共同用作控制器450用於編排成像系統402之操作。
控制電路系統456可控制光電二極體陣列405之操作特性(例如曝光持續時間、何時捕捉數位影像或視訊及其類似者)。讀出電路系統458自個別光電二極體讀取或依其他方式採樣類比信號(例如，讀出由複數個光電二極體405之各者回應於入射光而產生之電信號以產生用於捕捉一影像圖框之影像信號，等等)且可包含放大電路系統、類比轉數位(ADC)電路系統、影像緩衝器或其他。在所繪示之實施例中，讀出電路系統458包含於控制器450中，但在其他實施例中，讀出電路系統458可與控制器450分離。功能邏輯460耦合至讀出電路系統458以接收影像資料來對影像資料進行去馬賽克且產生一或多個影像圖框。在一些實施例中，電信號及/或影像資料可由功能邏輯460操縱或依其他方式處理(例如，應用諸如裁剪、旋轉、去除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他之後影像效果)。
上文解釋之程序可使用軟體及/或硬體來實施。所描述之技術可構成體現於一有形或非暫時性機器(例如電腦)可讀儲存媒體內之機器可執行指令，其在由一機器(例如圖4之控制器450)執行時將引起機器執行所描述之操作。另外，程序可體現於硬體內，諸如一專用積體電路(「ASIC」)、場可程式化閘陣列(FPGA)或其他。
一有形機器可讀儲存媒體包含以可由一機器(例如一電腦、網路裝置、個人數位助理、製造工具、具有一組一或多個處理器之任何裝置等等)存取之一非暫時性形式提供(即，儲存)資訊之任何機構。例如，一機器可讀儲存媒體包含可記錄/不可記錄媒體(例如唯讀記憶體(ROM)、隨機存取記憶體(RAM)、磁碟儲存媒體、光學儲存媒體、快閃記憶體裝置等等)。
本發明之所繪示實例之以上描述(包含在摘要中描述之內容)不意欲具窮舉性或將本發明限制於所揭示之精確形式。儘管本文中出於繪示性目的描述本發明之具體實例，但相關領域之技術者將認識到，可在本發明之範疇內進行各種修改。
可鑑於以上詳細描述來對本發明進行此等修改。隨附申請專利範圍中使用之術語不應被解釋為將本發明限制於說明書中揭示之具體實例。確切而言，本發明之範疇將完全由隨附申請專利範圍判定，隨附申請專利範圍將根據申請專利範圍解譯之既定原則來解釋。
100:影像感測器 100-AA':橫截面圖 101:半導體材料 103:第一側 105:第二側 107:金屬層 108:隔離結構 108-O:隔離結構 109:電晶體閘極 110:主動像素區域 112-1:第一主動像素光電二極體 112-2:第一虛設像素光電二極體 120:虛設像素區域 122-1:第一虛設像素光電二極體 130:黑色像素區域 132-1:第一黑色像素光電二極體 132-2:第二黑色像素光電二極體 140:周邊區域 150:抗反射層 152:緩衝氧化物層 154:第一金屬層 156:第二金屬層 158:第三金屬層 160:第一多層金屬堆疊 162:第二多層金屬堆疊 172:緩衝層 174-G:綠色濾色器 174-R:紅色濾色器 176:微透鏡 190:接觸墊 195:矽通孔(TSV) 200-A:影像感測器 200-B:影像感測器 201:半導體材料 203:第一側 205:第二側 210:主動像素區域 211:主動像素陣列區域 212-1:主動像素光電二極體 212-2:主動像素光電二極體 213-1:孔隙 213-2:孔隙 214-1:柱 214-2:柱 220:虛設像素區域 221:虛設像素陣列區 222-1:虛設像素光電二極體 230:黑色像素區域 231:黑色像素陣列區域 232-1:黑色像素光電二極體 232-2:黑色像素光電二極體 241:金屬網格結構 250:抗反射層 251:遮光罩 252:緩衝氧化物層 254:第一金屬層 256:第二金屬層 258:第三金屬層 259:中間層 260:多層金屬堆疊 260-B:第一多層金屬堆疊 261:第一厚度 261-B:第一厚度 262:多層金屬堆疊 262-B:第二多層金屬堆疊 263:第二厚度 263-B:第二厚度 271:第一金屬層厚度 272:緩衝層 273:第一緩衝層厚度 274:遠端 281:第二金屬層厚度 283:第三金屬層厚度 284:中間厚度 285:第二緩衝層厚度 287:第三緩衝層厚度 289:第一部分 291:第二部分 293:第三部分 301:半導體材料 303:第一側 305:第二側 311:主動像素陣列區域 313-1:孔隙 313-2:孔隙 314-1:柱 314-2:柱 331:黑色像素陣列區域 337:第一光阻劑 339-1:第一圖案 339-2:第二圖案 341:金屬網格結構 350:緩衝氧化物層 351:遮光罩 354:第一金屬層 356:第二金屬層 358:第三金屬層 360:第一多層金屬堆疊 362:第二多層金屬堆疊 372:緩衝層 373:第一緩衝層厚度 385:第二緩衝層厚度 389:第一部分 391:第二部分 400:影像感測器 401:半導體材料 402:成像系統 403:外部場景 405:光電二極體 410:濾色器 415:微透鏡 450:控制器 452:處理器 454:記憶體 456:控制電路系統 458:讀出電路系統 460:功能邏輯 465:物鏡 470:入射光
參考下圖描述本發明之非限制性及非窮盡性實施例，其中除非另有說明，否則相同元件符號指代所有各個視圖中之相同部件。適當地，未必標記一元件之所有例項以免使圖式混亂。圖式未必按比例繪製，而是將重點放在繪示所描述之原理上。
圖1A繪示根據本發明之教示之具有用於一主動像素區域之一第一多層金屬堆疊及用於一黑色像素區域之一第二多層金屬堆疊之一影像感測器之一俯視圖。
圖1B繪示根據本發明之教示之沿線A-A'之圖1A中繪示之影像感測器之一橫截面圖。
圖2A及圖2B繪示根據本發明之教示之用於形成一金屬網格結構及一遮光罩之實例多層金屬堆疊。
圖3A至圖3J繪示根據本發明之教示之用於製造具有用於一主動像素區域及一黑色像素區域之各自多層金屬堆疊之一影像感測器之一程序。
圖4係根據本發明之教示之包含具有多層金屬堆疊之一影像感測器之一成像系統之一功能方塊圖。
對應參考字元指示圖式之所有若干視圖中之對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件係為了簡單及清楚而繪示且未必按比例繪製。例如，圖中一些元件之尺寸可相對於其他元件放大以幫助促進本發明之各種實施例之理解。另外，通常不描繪在一商業可行實施例中有用或必要之常見但易於理解元件以便促進本發明之此等不同實施例之一無阻礙查看。
100-AA':橫截面圖
101:半導體材料
103:第一側
105:第二側
107:金屬層
108:隔離結構
108-O:隔離結構
109:電晶體閘極
110:主動像素區域
112-1:第一主動像素光電二極體
112-2:第一虛設像素光電二極體
120:虛設像素區域
122-1:第一虛設像素光電二極體
130:黑色像素區域
132-1:第一黑色像素光電二極體
132-2:第二黑色像素光電二極體
140:周邊區域
150:抗反射層
152:緩衝氧化物層
154:第一金屬層
156:第二金屬層
158:第三金屬層
160:第一多層金屬堆疊
162:第二多層金屬堆疊
172:緩衝層
174-G:綠色濾色器
174-R:紅色濾色器
176:微透鏡
190:接觸墊

Claims (20)

  1. 一種影像感測器，其包括： 一主動像素光電二極體及一黑色像素光電二極體，其等各係安置於一半導體材料中，其中該半導體材料包含一第一側及與該第一側相對之一第二側； 一金屬網格結構，其係接近該半導體材料之該第一側安置且包含與該主動像素光電二極體光學對準之一孔隙，其中該金屬網格結構包含一第一多層金屬堆疊，該第一多層金屬堆疊包含一第一金屬及不同於該第一金屬之一第二金屬； 一遮光罩，其經與該黑色像素光電二極體光學對準，使得該半導體材料之該第一側係安置於該遮光罩與該黑色像素光電二極體之間，其中該遮光罩包含一第二多層金屬堆疊，該第二多層金屬堆疊包含該第一金屬及該第二金屬，且 其中該第一多層金屬堆疊之一第一厚度小於該第二多層金屬堆疊之一第二厚度。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中該第一多層金屬堆疊包含N個金屬層，其中N對應於大於或等於2之任何整數，且其中該第二多層金屬堆疊包含至少N+1個金屬層。
  3. 如請求項1之影像感測器，進一步包括具有一變化厚度以補償該金屬網格結構之該第一多層金屬堆疊與該遮光罩之該第二多層金屬堆疊之間之一厚度差的一緩衝層，其中該第一多層金屬堆疊及該第二多層金屬堆疊各係安置於該緩衝層與該半導體材料之該第一側之間，且其中該緩衝層之一遠端係與該半導體材料之該第一側平行。
  4. 如請求項3之影像感測器，其中該緩衝層包含一金屬氧化物材料或一低n材料之至少一者，其中該低n材料之一折射率在一可見頻率範圍內小於該半導體材料之一對應折射率。
  5. 如請求項3之影像感測器，其中該緩衝層包含一第一部分及一第二部分，其中該第一多層金屬堆疊係安置於該緩衝層之該第一部分與該半導體材料之該第一側之間，其中該第二多層金屬堆疊係安置於該緩衝層之該第二部分與該黑色像素光電二極體之間，且其中該緩衝層之該第一部分之一第一緩衝層厚度大於該緩衝層之該第二部分之一第二緩衝層厚度。
  6. 如請求項5之影像感測器，進一步包括經安置於該主動像素光電二極體與該黑色像素光電二極體之間之該半導體材料中之一虛設光電二極體，且其中該緩衝層包含一第三部分，該第三部分係與該虛設光電二極體對準，使得該半導體材料之該第一側係安置於該緩衝層之該第三部分與該虛設光電二極體之間，其中該緩衝層之該第三部分之一第三緩衝層厚度等於該第一緩衝層厚度。
  7. 如請求項1之影像感測器，其中該第一多層金屬堆疊及該第二多層金屬堆疊各包含包括該第一金屬之一第一金屬層，且其中該第一金屬層係夾置於包含該第二金屬之第二金屬層之間。
  8. 如請求項7之影像感測器，其中該第二金屬係由至少一金屬材料及一非金屬材料組成之一金屬合金。
  9. 如請求項7之影像感測器，其中該第二多層金屬堆疊進一步包含包括一第三金屬之一第三金屬層，且其中該第一金屬層係安置於該第三金屬層與該黑色像素光電二極體之間。
  10. 如請求項9之影像感測器，其中該第一金屬及該第三金屬之各者係鎢或鋁，其中該第二金屬係氮化鈦或鈦，且其中該第一金屬層及該第三金屬層之一組合厚度係該等第二金屬層中之任一者之一厚度的至少三倍。
  11. 如請求項10之影像感測器，其中該第一金屬不同於該第三金屬。
  12. 如請求項7之影像感測器，其中該第二多層金屬堆疊進一步包含具有等效於該第一金屬層之一對應組成之一組成的一第三金屬層，且其中該第一金屬層係安置於該第三金屬層與該黑色像素光電二極體之間。
  13. 如請求項1之影像感測器，進一步包括： 一主動像素區域，其包含用於捕捉一外部場景之一影像的一主動像素光電二極體陣列，其中該光電二極體陣列包含該主動像素光電二極體；及 一黑色像素區域，其橫向包圍該主動像素區域，其中該黑色像素區域包含用於產生一或多個黑色參考信號之複數個黑色像素光電二極體，其中該複數個黑色像素光電二極體包含該黑色像素光電二極體。
  14. 一種用於製造一影像感測器之方法，該方法包括： 提供一半導體材料，該半導體材料具有一第一側及與該第一側相對之一第二側，其中該半導體材料包含一主動像素光電二極體及一黑色像素光電二極體，各係安置於該半導體材料中； 形成一金屬網格結構，該金屬網格結構係接近該半導體材料之該第一側安置且包含與該主動像素光電二極體光學對準之一孔隙，其中該金屬網格結構包含一第一多層金屬堆疊，該第一多層金屬堆疊包含一第一金屬、不同於該第一金屬之一第二金屬；及 形成一遮光罩，該遮光罩係與該黑色像素光電二極體光學對準，使得該半導體材料之該第一側係安置於該遮光罩與該黑色像素光電二極體之間，其中該遮光罩包含一第二多層金屬堆疊，該第二多層金屬堆疊包含該第一金屬及該第二金屬，且 其中該第一多層金屬堆疊之一第一厚度小於該第二多層金屬堆疊之一第二厚度。
  15. 如請求項14之方法，其中形成該金屬網格結構及該遮光罩進一步包含： 沈積金屬層以形成一第一金屬層、夾置該第一金屬層之第二金屬層及一第三金屬層，其中該第一金屬層、該等第二金屬層及該第三金屬層分別包含該第一金屬、該第二金屬及一第三金屬，其中該第一金屬層係安置於該第三金屬層與該半導體材料之該第一側之間；及 蝕刻該等金屬層之一主動像素部分以選擇性移除接近該主動像素光電二極體安置之該第三金屬層以形成該第一多層金屬堆疊，且其中該等金屬層之一未蝕刻部分對應於該第二多層金屬堆疊。
  16. 如請求項15之方法，其中該第一多層金屬堆疊包含N個金屬層，其中N對應於大於或等於2之任何整數，其中該第二多層金屬堆疊包含至少N+1個金屬層。
  17. 如請求項15之方法，進一步包括： 至少在分別對應於該第一多層金屬堆疊及該第二多層金屬堆疊之該等金屬層之該主動像素部分及該等金屬層之該未蝕刻部分之上沈積一緩衝層，其中該第一多層層金屬堆疊及該第二多層金屬堆疊係安置於該緩衝層與該半導體材料之該第一側之間； 平坦化該緩衝層，使得該緩衝層之一第一部分具有大於該緩衝層之一第二部分之一第二緩衝層厚度的一第一緩衝層厚度，其中該第一多層金屬堆疊係安置於該緩衝層之該第一部分與該半導體材料之該第一側之間，且其中該第二多層金屬堆疊係安置於該緩衝層之該第二部分與該黑色像素光電二極體之間。
  18. 如請求項15之方法，其中該第一金屬層及該第三金屬層之一組合厚度係該等第二金屬層之任一者之一厚度的至少三倍。
  19. 如請求項15之方法，其中該第一金屬不同於該第三金屬。
  20. 如請求項15之方法，其中該第三金屬層具有等效於該第一金屬層之一各自組成的一組成。
TW111128259A 2021-12-23 2022-07-28 用於影像感測器之主動像素區域及黑色像素區域之多層金屬堆疊及其方法 TW202327061A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/561,351 2021-12-23
US17/561,351 US20230207592A1 (en) 2021-12-23 2021-12-23 Multi-layer metal stack for active pixel region and black pixel region of image sensor and methods thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
TW202327061A true TW202327061A (zh) 2023-07-01

Family

ID=86875274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111128259A TW202327061A (zh) 2021-12-23 2022-07-28 用於影像感測器之主動像素區域及黑色像素區域之多層金屬堆疊及其方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20230207592A1 (zh)
CN (1) CN116344564A (zh)
TW (1) TW202327061A (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20220083736A (ko) * 2019-10-18 2022-06-20 캘리포니아 인스티튜트 오브 테크놀로지 메타물질 컬러 분할 기능을 구비한 cmos 컬러 이미지 센서들

Also Published As

Publication number Publication date
CN116344564A (zh) 2023-06-27
US20230207592A1 (en) 2023-06-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11791356B2 (en) Image sensor device having a first lens and a second lens over the first lens
US11227886B2 (en) Mechanisms for forming image sensor device
US11121166B2 (en) Image sensor device
CN105990383B (zh) 用于降低背照式图像传感器中的串扰的复合栅格结构
US8917338B2 (en) Solid-state imaging device, manufacturing method thereof, and electronic apparatus
US10002899B2 (en) Microlens for a phase detection auto focus (PDAF) pixel of a composite grid structure
JP5468133B2 (ja) 固体撮像装置
TWI805980B (zh) 改良影像感測器串擾之方法及結構
TWI581414B (zh) 影像感測器及其形成方法
TW201639137A (zh) 背面感光式影像感測器及其形成方法
US9497366B1 (en) Imaging systems with integrated light shield structures
US10304885B1 (en) Color filter uniformity for image sensor devices
TW201725713A (zh) 相位偵測自動對焦技術
US10763289B2 (en) Light blocking layer for image sensor device
CN113130522B (zh) 具有部分囊封衰减层的图像传感器
US20090090850A1 (en) Deep Recess Color Filter Array and Process of Forming the Same
TW202303951A (zh) 與深溝渠隔離結構整合之金屬網格結構
TW202327061A (zh) 用於影像感測器之主動像素區域及黑色像素區域之多層金屬堆疊及其方法
TWI555185B (zh) 半導體元件及其製造方法
TW201507119A (zh) 固態影像感測裝置及固態影像感測裝置之製造方法
US20230215887A1 (en) Image Sensor for Infrared Sensing and Fabrication Thereof
US20240186353A1 (en) Multilayer reflective stack for reducing crosstalk in split pixel image sensors
KR20210053264A (ko) 이미지 센서 디바이스용 차광층
CN118156277A (zh) 用于减少分裂像素图像传感器中串扰的多层反射堆叠及其制造工艺