TWI499051B - 黑階校正結構及影像感測裝置 - Google Patents

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TWI499051B TW102134696A TW102134696A TWI499051B TW I499051 B TWI499051 B TW I499051B TW 102134696 A TW102134696 A TW 102134696A TW 102134696 A TW102134696 A TW 102134696A TW I499051 B TWI499051 B TW I499051B
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Shiu Ko Jangjian
Chi Cherng Jeng
Volume Chien
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Taiwan Semiconductor Mfg Co Ltd
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Description

黑階校正結構及影像感測裝置
本發明係關於積體電路，且特別是關於一種影像感測裝置及黑階校正結構。
一般來說，如互補型金氧半導體(CMOS)影像感測裝置包括了用於黑階校正(black level correction，BLC)之一結構。舉例來說，黑階校正結構(BLC structure)有助於決定影像感測裝置的基準(baseline)。然而，如此結構通常具有步階高度(step up height)或非均勻厚度(non-uniform thickness)，其至少由於例如此些結構並非齊平於影像感測裝置的表面所造成。此外，傳統的黑階校正結構具有一厚金屬層(thick metal layer)，因此增加了黑階校正結構的步階高度。再者，此步階高度通常對於影像感測器之彩色濾光物的製程具有一負面影響(negative impact)。舉例來說，至少由於黑階校正結構具有非均勻厚度，進入影像感測裝置之一第一部的光線具有一第一訊號，而進入影像感測裝置之一第二部之相同光線則具有不同於上述第一訊號之一第二影像訊號。
依據一實施例，本發明提供了一種黑階校正結構，包括一第一區，包括矽。於部份實施例中，前述黑階校正結構包括一第二區。於部份實施例中，前述第二區包括：一第 一子區，包括金屬矽化物，至少部分該第一子區之位於該第一區之一部上；一第二子區，包括金屬，至少部分之該第二子區位於該第一子區之一部上：一第三子區，包括金屬氧化物，至少部分之該第三子區位於該第二子區之一部上。於部份實施例中，前述黑階校正結構包括一第三區，包括保護介電材料，且至少部分之該第三區位於該第二區之一部上。
依據另一實施例，本發明提供了一種影像感測裝置，具有一黑階校正結構，包括一基底區。於部份實施例中，上述影像感測裝置包括一金屬層間區，位於該基底區上。於部份實施例中，上述影像感測裝置包括一層間區，位於該金屬層間區上。於部份實施例中，上述影像感測裝置包括一內連物，位於該金屬層間區內，其中該內連物位於該基底區與該層間金屬區之間。此外，上述影像感測裝置包括一第一區，包括矽，該第一區位於該層間區上；一第二區；以及一第三區，包括保護介電材料，至少部分之該第三區位於該第二區之一部上。於部份實施例中，上述第二區包括一第一子區，包括金屬矽化物，至少部分之該第一子區位於該第一區之一部上；一第二子區，包括金屬，至少部分之該第二子區位於該第一子區之一部上：一第三子區，包括金屬氧化物，至少部分之該第三子區位於該第二子區之一部上。
依據又一實施例，本發明提供了一種黑階校正結構，包括：一第一區，包括矽。此外前述黑階結構包括一第二區。舉例來說，前述第二區包括一第一子區，包括金屬矽化物。於部份實施例中，至少部分該第一子區埋設於該第一區 內。此外，前述第二區包括一第二子區，包括金屬。於部份實施例中，至少部分之該第二子區位於該第一子區之一部上。此外，前述第二區包括一第三子區，包括金屬氧化物。於部份實施例中，至少部分之該第三子區位於該第二子區之一部上。於部份實施例中，前述黑階校正結構包括一第三區，包括保護介電材料。舉例來說，至少部分之該第三區位於該第二區之一部上。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附的圖式，作詳細說明如下。
100‧‧‧夾層結構/第二區
100A‧‧‧厚度
102‧‧‧第一子區
102A‧‧‧厚度
104‧‧‧第二子區
104A‧‧‧厚度
106‧‧‧第三子區
106A‧‧‧厚度
200‧‧‧黑階校正結構
202‧‧‧第一區
206‧‧‧第二區
210‧‧‧厚度
300‧‧‧黑階校正結構
310‧‧‧厚度
400‧‧‧黑階校正結構
410‧‧‧厚度
500‧‧‧黑階校正結構
510‧‧‧厚度
600‧‧‧黑階校正結構
610‧‧‧厚度
700‧‧‧黑階校正結構
710‧‧‧厚度
800‧‧‧黑階校正結構
810‧‧‧厚度
900‧‧‧黑階校正結構之製造方法
902、904、906‧‧‧步驟
1000‧‧‧影像感測器
1002‧‧‧層間區
1004‧‧‧金屬層間區
1006‧‧‧基底區
1010‧‧‧內連物
第1圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種黑階校正結構。
第2圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構。
第3圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之又一實施例之一種黑階校正結構。
第4圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構。
第5圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之又一實施例之一種黑階校正結構。
第6圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構。
第7圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之又一實施例之一種黑階校正結構。
第8圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構。
第9圖為一流程圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種黑階校正結構之製造方法。
第10圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之一實施例之具有黑階校正結構之一種影像感測器。
可以理解的是，於下文中所採用之”層”描述包括了具有均勻厚度之一區域，但並非必要地具有一均勻厚度。舉例來說，一層即為一區域，力如為包括任意邊界之一區域。於另一範例中，一層為包括至少部分變異之厚度之一區域。
第1圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種黑階校正結構的夾層結構(sandwich structure)100。舉例來說，黑階校正結構包括如第1圖所示之夾層結構100。於部分實施例中，夾層結構100包括了一第一子區102、一第二子區104與一第三子區106。於部分實施例中，此第二子區104係形成於至少部分之第一子區102之上。此外，第三子區106係形成於至少部分之第二子區104上。於部分實施例中，第一子區102包括了金屬矽化物(metal silicide)，第二子區104包括了金屬(metal)，而第三子區106包括了金屬氧化物(metal oxide)。舉例來說，第三子區106之金屬氧化物具有大於5之介電常數。因此，夾層結構100可為如金屬矽化物/金屬/金屬氧化物之一型 態。值得注意的是，此夾層結構100之架構有助於降低此夾層結構100之厚度100A。於部分實施例中，夾層結構100包括少於如100奈米之一厚度100A。此外，第一子區102包括少於10奈米之一厚度102A，例如為5奈米。此外，第三子區106包括少於10奈米之一厚度106A，例如為4奈米。值得注意的是，夾層結構100之厚度100A為第一子區102之厚度102A加上第二子區104之厚度104再加上第三子區106之厚度106A。
於部分實施例中，夾層結構100係由沉積(deposition)所形成，例如為金屬沉積。舉例來說，於如基板區之一第一區上(未顯示)沉積一區域之金屬。於部分實施例中，第一子區102包括於沉積之金屬上施行一或多次熱製程所形成之金屬矽化物。於部分實施例中，第一子區102係由第一區之(未顯示)之一前驅物處理(precursor treatment)所形成。於部分實施例中，第二子區104係由金屬沉積所形成。於部分實施例中，第三子區106係藉由於沉積金屬上施行一或多次熱製程所形成。於部分實施例中，第三子區106係由採用氣體處理沉積金屬所形成，例如為針對第二子區104之預先氧氣處理氣體。
於部分實施例中，包括了如第1圖所示之夾層結構100之黑階校正結構係為一種互補型金氧半導體(CMOS)影像感測器。舉例來說，此影像感測器係為一後照型(backside illumination，BSI)影像感測器。
第2-8圖顯示了一或多個實施例，其中第1圖之夾層結構100至少為埋設、半埋設或未埋設於如基板區之第一區內之其中之一。此外，值得注意的是，於部分實施例中，夾層結 構100例如為一第二區。因此，於至少於下述之部分實施例中，可交換地使用夾層結構與第二區的描述。
第2圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構200。舉例來說，第2圖所示之黑階校正結構200包括一第一區202、一第二區100與一第三區206。於部分實施例中，第二區100為如第1圖所示之夾層結構100。如此，第二區100包括一第一子區102、一第二子區104與一第三子區106。於部分實施例中，至少部分之第二區100係形成於至少部分之第一區202上。此外，至少部分之第三區206係形成於至少部分之第二區100上。於部分實施例中，至少部分之第二子區104形成於至少部分之第一子區102上。於部分實施例中，至少部分之第三子區106係形成於至少部分之第二子區104上。於部分實施例中，至少部分之第一子區係形成於至少部分之第一區202上。於部分實施例中，至少部分之第三區206係形成於至少部分之第一區202上。此外，至少部分之第三區206係形成於至少部分之第三子區106之上。
於部分之實施例中，第一區202包括矽。舉例來說，第一區202係為一矽基板。於部分實施例中，第二區100包括第一子區102、第二子區104與第三子區106。舉例來說，第一子區102包括金屬矽化物，第二子區104包括了金屬，而第三子區106包括了金屬氧化物。舉例來說，至少由於金屬矽化物包括了金屬與矽而共享了第一區202之矽與第二子區104之金屬的特性，因此第一子區102之金屬矽化物加強了第二子區104、第一子區102與第一區202之間的介面強度(interface strength)。如此，可轉移第一子區102之內聚應力(in-cohesion stress)。相似地，第三子區106的金屬氧化物則加強了第二子區104、第三子區106與第三區206之間的介面強度。參照此方式，變可轉移第三子區206之內聚應力。於部分實施例中，第三子區106係用於反射光線使之遠離至少黑階校正結構200、包括此黑階校正結構200之影像感測裝置或第三子區104其中之一。於部分實施例中，第三子區106為用於減少進入黑階校正結構200之光線之包括高介電常數材料之一反射區。依據部分實施例，第三子區106之介電常數係大於5。
於部分實施例中，第二區100包括如金屬矽化物/金屬/金屬氧化物夾層架構或夾層型態。值得注意的是，第二區100之夾層架構或夾層型態可使得第二區100之厚度(例如如第1圖所示之100A)可降低至少於100奈米，例如為50奈米。如此，於部分實施例中，關於第一子區102之厚度(例如為第1圖所示之102A)可少於如20奈米，例如為5奈米。此外，關於第三子區106之厚度(例如為第1圖所示之106A)可少於如10奈米，例如為4奈米。於部分實施例中，第三區206具有一厚度210。此外，於部分實施例中，第三區206包括一或多個穿透區域(pass region)。
於部分實施例中，第一區202係由一矽基板所形成。此外，此第一區202係藉由如化學機械研磨之方法而平滑化。依據部分實施例，第二區100係埋設於第一區202內，因而使得第三區206可齊平於第一區202與第二區100。因此，至少部分之第二區100係埋設於第一區202內。如此，第2圖所示之 黑階校正結構200係於第一區202內蝕刻用於第二區100之一空間所形成。舉例來說，前述蝕刻的深度等同於夾層結構100之厚度。於部分實施例中，第二區100係由如沉積金屬於蝕刻所形成空間內所形成。舉例來說，前述用於第二區100之蝕刻空間係由乾蝕刻所形成。於部分實施例中，至少部分之第二區100係形成於部分之蝕刻空間內。舉例來說，第二區100係由沉積所形成，例如為沉積金屬層於第一區202之一矽基板上所形成。於部分實施例中，第二區100之第一子區102的形成係藉由至少一熱製程、一後續熱製程、一電漿製程、或一前驅物處理(precursor treatment)所形成。舉例來說，可針對第一區202之矽材料施行前述之前驅物處理。於部分實施例中，第二子區104係由沉積所形成，且於第二區100形成時所形成。於部分實施例中，第二區100係由金屬所形成，因而使得第一子區102、第二子區104與第三子區106包括了金屬。於此實施例中，第一子區102及第三子區106經過加工或處理以分別成為金屬矽化物與金屬氧化物。於部分實施例中，第三子區係藉由至少一熱製程、一後續熱製程、一電漿製程、或一預先氧氣處理製程(pre-oxygen gas treatment)而形成。舉例來說，前述預先氧氣製程可施行於第二子區104之金屬上。
於部分實施例中，第2圖之黑階校正結構200係應用於一種互補型金氧半導體(CMOS)影像感測裝置中。於部分實施例中，黑階校正結構200並不包括一歩階型態或一歩階高度，因此具有至少一齊平表面(flush surface)或一平坦輪廓(flat topography)。舉例來說，黑階校正結構200有利於形成具有至 少一齊平表面或一平坦輪廓之影像感測裝置，至少是由於夾層結構100並不會突出於第三區206。此外，值得注意的是，黑階校正結構200係具有一較少厚度，其至少由於黑階校正結構200之夾層結構100包括了少於約100奈米之一厚度，例如為50奈米。如此，黑階校正結構200可具有至少較佳之彩色濾光物製程、光線轉換效率、厚度均勻度、色彩製程、色彩比例、色彩遮蔽等其中之一功效。於部分實施例中，第2圖之黑階校正結構200係用於一後側照光(BSI)影像感測裝置中。於部分實施例中，至少部分之第二區100係接地於第一區202。舉例來說，如為第二子區104之金屬之接地金屬至第一區202之矽基板之連接情形可釋放累積電荷，因此減低了暗電流(dark current)。
第3圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之又一實施例之一種黑階校正結構300。舉例來說，第3圖內所示之黑階校正結構300相似於如第2圖所示之黑階校正結構200，除了第3圖內黑階校正結構300之夾層結構100係為半埋設於第一區202內之外。依據部分實施例，至少部分之第三子區106係埋設於第一區202內。此外，第3圖內黑階校正結構300之第三區206之厚度310係大於第2圖內黑階校正結構200之第三區206之厚度210。
第4圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構400。舉例來說，第4圖內所示之黑階校正結構400相似於如第3圖所示之黑階校正結構300。於部份實施例中，僅第一子區102與第二子區為埋設於第一區202內。此外，第4圖之黑階校正結構400之第三子區206之厚度410係大於 第3圖內黑階校正結構300之第三區206之厚度310。
第5圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之又一實施例之一種黑階校正結構500。舉例來說，第5圖內所示之黑階校正結構500相似於如第4圖所示之黑階校正結構400。於部份實施例中，至少部份之第二子區104為埋設於第一區202內。此外，第5圖之黑階校正結構500之第三子區206之厚度510係大於大於第4圖內黑階校正結構400之第三區206之厚度410。
第6圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構600。舉例來說，第6圖內所示之黑階校正結構600相似於如第5圖所示之黑階校正結構500。於部份實施例中，僅第一子區102為埋設於第一區202內。此外，第6圖之黑階校正結構600之第三子區206之厚度610係大於第5圖內黑階校正結構500之第三區206之厚度510。
第7圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之又一實施例之一種黑階校正結構700。舉例來說，第7圖內所示之黑階校正結構700相似於如第6圖所示之黑階校正結構600。於部份實施例中，至少部份之第一子區102為埋設於第一區202內。此外，黑階校正結構700之第三子區206之厚度710係大於第6圖內黑階校正結構600之第三區206之厚度610。於部份實施例中，至少部份之第三子區206形成並環繞至少第一子區102、第二子區104或第三子區106其中之一。舉例來說，第三區206接觸了第一子區102、第二子區104或第三子區106之一，使得於第三區206於第二區100之各子區間形成有一垂直界面。
值得注意的是第2-7圖內具有針對第一區202的蝕 刻情形，而第8圖內則沒有針對第一區202進行蝕刻，至少是因為第8圖之第二區100沒有埋設於第一區202內。如此，第8圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之另一實施例之一種黑階校正結構800。舉例來說，第8圖內所示之黑階校正結構800相似於如第7圖所示之黑階校正結構700，除了第8圖所示之黑階校正結構800內之夾層結構100並沒有埋設於第一區202內。如此，第一子區102、第二子區104與第三子區106並沒有埋設於第一區202內。此外，第8圖之黑階校正結構800之第三子區206之厚度810係大於第7圖內黑階校正結構700之第三區206之厚度710。
第9圖為一流程圖，顯示了依據本發明之一實施例之一種黑階校正結構之製造方法900。於部份實施例中，方法900包括：於步驟902中形成矽之一第一區。於部份實施例中，形成此第一區包括於第一區內蝕刻形成用於第二區之一空間。舉例來說，第二區係形成於至少部份之蝕刻空間之內。於部份實施例中，蝕刻用於第二區之此空間係採用乾蝕刻。於步驟904中，形成一第二區。舉例來說，形成第二區包括自至少部份之第一區上之一金屬形成包括金屬矽化物之一第一子區、至少部份之第一區上形成包括金屬之一第二子區、以及自形成於部份之第二子區上金屬形成包括金屬氧化物之一第三子區。於部份實施例中，第一子區係藉由至少一熱製程或一前驅物處理所形成。此外，第二子區係藉由沈積所形成，例如金屬沈積於一基板上。於部份實施例中，第三子區係由至少一熱製程或一預先氧化氣體以處理至第二子區所形成。於步驟906中，方法900包括形成包括了保護介電層之一第三區於至少部 份之第三子區上。
第10圖為一剖面圖，顯示了依據本發明之一實施例之具有黑階校正結構之一種影像感測器1000。於部份實施例中，影像感測器1000包括一黑階校正結構，例如一夾層結構100。於部份實施例中，此夾層結構100相似於第2圖所示之夾層結構100。於部份實施例中，影像感測器1000包括一第一區202、一第二區100與一第三區206。於部份實施例中，第二區100為第2圖內之夾層結構100。於部份實施例中，第二區100包括一第一子區102、一第二子區104與一第三子區106。於部份實施例中，至少部份之第二區係形成於部份之第一區202上，而至少部份之第三區206係形成於至少部份之第二區100上，而至少部份之第二子區104係形成於至少部份之第一子區102上、至少部份之第三子區106係形成於部份之第二子區104上、至少部份之第一子區係形成於部份之第一區202上、至少部份之第三區206係形成於至少部份之第一區202上、或至少部分之第三區206形成於至少部份之第三子區106上。於部份實施例中，第一區202係形成於一層間區(inter-layer region)1002上。於部分實施例中，層間區1002係形成於金屬層間區(inter-metal region)1004上。於部份實施例中，金屬層間區1004係形成於一基底區(base region)1006上。於部份實施例中，於層間區1002與基底區1006之間形成有一內連物(interconnect)1010。舉例來說，內連物1010係形成於層間金屬區1004之內。
於部份實施例中，第一區202包括矽、第一子區102包括金屬矽化物、第二子區104包括金屬，而第三子區106包括 金屬氧化物。於部份實施例中，層間區1002包括介電材料，而層間金屬層1004包括介電材料。於部份實施例中，內連物1010包括金屬。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動與潤飾，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。
100‧‧‧夾層結構/第二區
100A‧‧‧厚度
102‧‧‧第一子區
102A‧‧‧厚度
104‧‧‧第二子區
104A‧‧‧厚度
106‧‧‧第三子區
106A‧‧‧厚度

Claims (10)

  1. 一種黑階校正結構，包括：一第一區，包括矽；一第二區，包括：一第一子區，包括金屬矽化物，至少部分該第一子區之位於該第一區之一部上；一第二子區，包括金屬，至少部分之該第二子區位於該第一子區之一部上；一第三子區，包括金屬氧化物，至少部分之該第三子區位於該第二子區之一部上；以及一第三區，包括保護介電材料，至少部分之該第三區位於該第三子區之一部上並接觸該第三子區。
  2. 如申請專利專利範圍第1項所述之黑階校正結構，其中該第三子區反射光線遠離該黑階校正結構。
  3. 如申請專利專利範圍第1項所述之黑階校正結構，其中該第三子區之該金屬氧化物具有大於5之介電常數。
  4. 如申請專利專利範圍第1項所述之黑階校正結構，其中至少部分之該第二區埋設於該第一區內。
  5. 如申請專利專利範圍第1項所述之黑階校正結構，其中至少部分之該第三區位於該第一區上。
  6. 一種影像感測裝置，具有一黑階校正結構，包括：一基底區；一金屬層間區，位於該基底區上；一層間區，位於該金屬層間區上； 一內連物，位於該金屬層間區內，其中該內連物位於該基底區與該層間金屬區之間；一第一區，包括矽，該第一區位於該層間區上；一第二區，包括：一第一子區，包括金屬矽化物，至少部分之該第一子區位於該第一區之一部上；一第二子區，包括金屬，至少部分之該第二子區位於該第一子區之一部上；一第三子區，包括金屬氧化物，至少部分之該第三子區位於該第二子區之一部上；以及一第三區，包括保護介電材料，至少部分之該第三區位於該第三子區之一部上並接觸該第三子區。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測裝置，其中該內連物包括金屬，以及該層間區包括介電材料，以及該層間金屬區包括介電材料。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測裝置，其中至少部分之該第二區埋設於該第一區內，以及至少部分之該第三區位於該第一區上。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測裝置，其中至少部分之該第一子區埋設於該第一區內，以及至少部分之該第二子區埋設於該第一區內，以及至少部分之該第三子區埋設於該第一區內。
  10. 一種黑階校正結構，包括：一第一區，包括矽； 一第二區，包括：一第一子區，包括金屬矽化物，至少部分該第一子區埋設於該第一區內；一第二子區，包括金屬，至少部分之該第二子區位於該第一子區之一部上；一第三子區，包括金屬氧化物，至少部分之該第三子區位於該第二子區之一部上；以及一第三區，包括保護介電材料，至少部分之該第三區位於該第三子區之一部上，且該第二子區接觸該第一區與該第三區。
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