TWI685118B - 積體晶片與影像感測器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本發明一些實施例關於具有沿著基板的第一表面的層間介電結構之積體晶片，且基板具有光偵測器。蝕刻停止層位於層間介電結構上，而蝕刻停止層與層間介電結構圍繞反射器。反射器具有的弧形表面面對基板並直接位於光偵測器上。弧形表面耦接於反射器的第一側壁與第二側壁之間。反射器沿著第一側壁與第二側壁的厚度，大於反射器的中心厚度，且反射器的中心位於第一側壁與第二側壁之間。

Description

積體晶片與影像感測器及其形成方法
本發明實施例關於背照式互補金氧半影像感測器與其形成方法，其弧形反射器設置以提供高量子效率與低串音。
許多現今的電子裝置包含影像感測器，其可將光學影像轉為表示光學影像的數位資料。一般用於電子裝置中的影像感測器種類之一，為背照式影像感測器。背照式影像感測器包含內連線結構上的光二極體陣列，其設置為接收來自內連線結構的相反側上的影像。此設置可讓射線撞擊至光二極體而不會被內連線結構中的導電結構阻擋，因此背照式影像感測器對入射光具有高敏感度。
本發明一實施例提供之積體晶片，包括：層間介電結構，沿著基板的第一表面延伸，且基板具有光偵測器；蝕刻停止層，位於層間介電結構上；反射器，具有弧形表面面對基板且直接位於光偵測器上，且蝕刻停止層與層間介電結構圍繞反射器，其中弧形表面耦接於反射器的第一側壁與第二側壁之間；以及其中反射器沿著第一側壁與第二側壁的厚度，大於 反射器的中心的厚度，且反射器的中心位於第一側壁與第二側壁之間。
本發明一實施例提供之影像感測器的形成方法，包括：形成光偵測器於基板中；形成閘極於基板的第一表面上；形成層間介電結構於基板的第一表面及閘極上；形成反射器凹陷，且反射器凹陷延伸至層間介電結構中，並由層間介電結構其橫向延伸的非平面下表面與層間介電結構的側壁定義反射器凹陷；形成反射材料於反射器凹陷中；以及進行平坦化製程自層間介電結構的最上側表面上移除反射材料，以形成反射器。
本發明一實施例提供之影像感測器，包括：光偵測器，位於基板中；多個導電內連線層，配置於介電結構中，且介電結構沿著基板的第一表面；反射器，直接配置於光偵測器上並與基板之間隔有介電結構，其中垂直於基板的第一表面的直線對分反射器；以及其中反射器的厚度在直線與反射器的外側側壁之間遞增。
C‧‧‧中心軸
T‧‧‧厚度
T1‧‧‧第一厚度
T2‧‧‧第二厚度
W‧‧‧寬度
100‧‧‧互補式金氧半影像感測器
102、512、514‧‧‧反射器
104、508、510‧‧‧光偵測器
106、504、506‧‧‧畫素感測器
108‧‧‧射線
110‧‧‧基板
110a‧‧‧第一表面
110b‧‧‧第二表面
112‧‧‧內連線結構
114‧‧‧介電結構
116、322a、322b、322c‧‧‧導電內連線線路
118‧‧‧導電接點
120‧‧‧間隙
122、212、222‧‧‧上表面
124、214、224‧‧‧下表面
128‧‧‧浮置擴散節點
130‧‧‧轉移電晶體
132‧‧‧閘極
134‧‧‧閘極介電層
136‧‧‧通道區
200A、200B、200C、200D、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500‧‧‧剖視圖
202‧‧‧第一部件
204‧‧‧第二部件
206‧‧‧第一側
208‧‧‧第二側
210、302‧‧‧隔離區
226‧‧‧中心區
228‧‧‧第一凸起
230‧‧‧第二凸起
232‧‧‧水平面
234‧‧‧凸起角度
236‧‧‧外側側壁角度
238、240‧‧‧垂直位置
300‧‧‧背照式影像感測器
304‧‧‧側壁間隔物
306‧‧‧四乙氧基矽烷的氧化物層
308‧‧‧阻擋保護氧化物層
310‧‧‧接點蝕刻停止層
312‧‧‧層間介電結構
314‧‧‧第一層間介電層
316‧‧‧第二層間介電層
318a、318b、318c‧‧‧蝕刻停止層
320a、320b、320c‧‧‧金屬間介電層
324a、324b‧‧‧導電通孔
326‧‧‧支撐裝置
328‧‧‧鈍化層
330‧‧‧彩色濾光片
332‧‧‧微透鏡
400‧‧‧電路圖
402‧‧‧電源
404‧‧‧重置電晶體
406‧‧‧源極隨耦電晶體
408‧‧‧列選擇電晶體
410‧‧‧輸出端
500‧‧‧上視圖
502‧‧‧邏輯區
602‧‧‧下側的蝕刻停止層
604‧‧‧硬遮罩層
702‧‧‧遮罩層
706‧‧‧開口
802‧‧‧蝕刻劑
804‧‧‧反射器凹陷
806‧‧‧距離
808‧‧‧角度
902‧‧‧反射材料
1102‧‧‧上側的蝕刻停止層
1302‧‧‧溝槽
1600‧‧‧流程圖
1602、1604、1606、1608、1610、1612、1614、1616、1618‧‧‧步驟
第1圖係一些實施例中，具有弧狀表面的反射器之背照式影像感測器的剖視圖。
第2A至2D圖係一些其他實施例中，第1圖之反射器的剖視圖。
第3圖係一實施例中，第1圖的背照式影像感測器的細節剖視圖。
第4圖係一些實施例中，背照式影像感測器中的畫素感測器的電路圖。
第5圖係一些實施例中，第1圖之背照式影像感測器的上視圖。
第6至15圖係多種實施例中，形成具有弧狀表面的反射器之背照式影像感測器的方法其一系列的剖視圖。
第16圖係依據第6至15圖形成具有弧狀表面的反射器之背照式影像感測器的方法。
本發明實施例提供的不同實施例或實例可實施本發明的不同結構。特定構件與排列的實施例係用以簡化本發明而非侷限本發明。舉例來說，形成第一構件於第二構件上的敘述包含兩者直接接觸，或兩者之間隔有其他額外構件而非直接接觸。此外，本揭露之多種例子中可重複標號，但這些重複僅用以簡化與清楚說明，不代表不同實施例及/或設置之間具有相同標號之單元之間具有相同的對應關係。
此外，空間性的相對用語如「下方」、「其下」、「下側」、「上方」、「上側」、或類似用語可用於簡化說明某一元件與另一元件在圖示中的相對關係。空間性的相對用語可延伸至以其他方向使用之元件，而非侷限於圖示方向。元件亦可轉動90°或其他角度，因此方向性用語僅用以說明圖示中的方向。此外，用語「組成為」的意義可為「包括」或「由...組成」。
背照式影像感測器通常包含光二極體的陣列配置 於基板中。內連線結構沿著基板的第一側配置。內連線結構包含多個導電內連線結構，而具有一或多個層間介電層的介電結構圍繞導電內連線結構。光二極體設置以接收來自基板第二側的射線(如光子)，且第二側相對於第一側。由於內連線結構未覆蓋基板接收射線的一側，內連線結構不會阻擋射線入射背照式影像感測器上的路徑。因此背照式影像感測器可提供良好的量子效率。
為了進一步增加背照式影像感測器的量子效率，平面的導電結構可形成於光二極體的陣列下之內連線結構中。平面的導電結構設置為使穿過光二極體的射線反射回光二極體，以增加光二極體的量子效率，進而使光二極體有兩次吸收射線的機會。然而入射光沿著實質上直線的方向移動，因此角落的射線可能因光二極體之間的間隙與下方的平面導電結構而自上方的光二極體散失。舉例來說，具有小入射角的射線可能會撞擊平面導電結構，並經由相鄰的畫素感測器之間的間隙散失而導致串音。
本發明一些實施例關於背照式互補金氧半影像感測器與其形成方法，其弧形反射器設置以提供高量子效率與低串音。在一些實施例中，背照式互補金氧半影像感測器包括光偵測器於基板中。內連線結構沿著基板的第一側配置於介電結構中。內連線結構包括接點通孔，其自內連線線路層延伸至耦接到光偵測器的電晶體。凹面的反射器配置於介電結構中。凹面的反射器具有弧形輪廓，且弧形輪廓的邊緣比中心靠近基 板。弧形輪廓設置為使入射射線朝焦點反射，且焦點位於光偵測器之中或之上，以避免入射射線反射至相鄰的光偵測器。
第1圖係一些實施例中，具有互補式金氧半影像感測器100的積體晶片其剖視圖，其包含反射器102。此處所示的互補式金氧半影像感測器100為背照式影像感測器。如圖所示，反射器102配置於基板110中的光偵測器104下。在一些實施例中，光偵測器104可包含畫素感測器106的光二極體。光偵測器104設置以吸收撞擊其上的射線108。在一些實施例中，射線108穿過光偵測器104並接觸反射器102。反射器102包含反射材料如金屬。反射器102設置為使穿過光偵測器104的射線108，反射回光偵測器104。
基板110具有第一表面110a與第二表面110b。射線108進入第二表面110b以到達光偵測器104。在一些實施例中，光偵測器104自第一表面110a延伸至基板110中。內連線結構112沿著基板110的第一表面110a配置。內連線結構112包含介電結構114，其圍繞導電內連線線路116、導電接點118、與反射器102。導電內連線線路116經由導電接點118，電性耦接至畫素感測器106。反射器102與基板110的第二表面110b之間隔有間隙120。
反射器102具有面對基板110的上表面122。上表面122為凹面。在一些實施例中，以連續函數定義上表面122，即沿著上表面122的每一點的函數均可微分。在其他實施例中，以不連續函數定義上表面122，比如沿著上表面122的每一點的 函數均不可微分。在一些實施例中，反射器102亦可具有實質上平坦的下表面124。上表面122與下表面124橫向地延伸於光偵測器104的相對兩側之間並具有相同的引腳(footprint)。引腳為上表面122或下表面124投影至水平平面上的二維投影。
在一些實施例中，反射器102實質上依中心軸C對稱，而中心軸C配置於反射器102的寬度W其中央處。此外，一些實施例的反射器102其厚度T，可自中心軸C橫向地朝反射器102的邊緣遞增。在一些實施例中，反射器102的厚度T，可自中心軸C橫向地朝反射器102的邊緣單調地遞增。
藉由直接配置於光偵測器104下的反射器102，穿過光偵測器104的射線108可反射回光偵測器104。此外，藉由將反射器102的上表面122設置為凹面輪廓，射線108將聚焦於直接在光偵測器104之上或在光偵測器104之中的焦點，以避免射線因間隙120而自光偵測器104散失。舉例來說，反射器102的凹面輪廓將反射撞擊反射器102的射線108，並以小角度朝光偵測器104射回，以減少自間隙120逸失的射線量。在一些實施例中，焦點可位於中心軸C與橫向延伸穿過光偵測器104的對焦平面的交會處。
在一些實施例中，畫素感測器106更包含浮置擴散節點128與轉移電晶體130。浮置擴散節點128設置以儲存自光偵測器104轉移至浮置擴散節點128的電荷，且轉移電晶體130設置以選擇性地轉移電荷至浮置擴散節點128。浮置擴散節點128配置於基板110中。浮置擴散節點128包含摻雜半導體區， 其摻雜型態與基板110中圍繞摻雜半導體區的圍繞區其摻雜型態相反。轉移電晶體130包含配置於基板110上的閘極132，其與光偵測器104橫向地相鄰，並與基板110之間隔有閘極介電層134。此外，轉移電晶體130包含配置於基板110中的源極/汲極區，其各自位於閘極132的兩側上，以定義通道區136於閘極132上。在一些實施例中，源極/汲極區之一為光偵測器104，及/或源極/汲極區之一為浮置擴散節點128。在一些實施例中，導電接點118延伸至轉移電晶體130的閘極132。
如第2A至2D圖的剖視圖200A至200D圖所示，提供第1圖中反射器102的一些其他實施例。如第2A圖的剖視圖200A所示，反射器102可包含沿著光偵測器104(如光二極體)配置的第一部件202與第二部件204。在一些實施例中，第一部件202與第二部件204之間可隔有介電結構114。在其他實施例中(未圖示)，第一部件202與第二部件204之間的反射器102為連續。舉例來說，第一部件202與第二部件204可包含銅、鈦、鉻、鈮、鉛、鈀、金、銀、鋁、鋁銅、鎢、或一些其他反射性材料。在一些實施例中，第一部件202與第二部件204可包含不同材料。在其他實施例中，第一部件202與第二部件204可包含相同材料。
第一部件202配置於內連線結構112中的光偵測器104下。在一些實施例中，第一部件202自光偵測器104的第一側朝光偵測器104的第二側(與第一側相對)橫向延伸。在一些實施例中，第一部件202的上表面為凹面，而下表面為平面。第 二部件204具有與光偵測器104相鄰的第一側206，以及與第一側206相對的第二側208。隔離區210自基板110的第二表面110b延伸至基板110中。隔離區210中的第二部件204，配置於第一部件202上或與第一部件202相鄰。
藉由配置於光偵測器104下的第一部件202，穿過光偵測器104的射線108可反射回光偵測器104。此外，藉由配置與光偵測器104橫向相鄰的第二部件204，可避免射線108朝相鄰的畫素感測器(未圖示)反射。舉例來說，自第一部件202反射並朝相鄰的畫素感測器(未圖示)的射線108，將被第二部件204反射並朝向光偵測器104。
如第2B圖的剖視圖200B所示，反射器102可具有凹面的上表面212與凸面的下表面214。在一些實施例中，上表面212與下表面214橫向延伸於光偵測器104的相對兩側之間，並具有相同引腳。
如第2C圖的剖視圖200C所示，反射器102可具有上表面222與相對的下表面224，且下表面224為平坦的。上表面222具有中心區226，其位於第一側的第一凸起228與第二側的第二凸起230之間。中心區226具有第一曲率，且第一曲率的斜率小於互相面對的第一凸起228與第二凸起230的側壁斜率。在一些實施例中，中心區226的彎曲表面自第一凸起228延伸至第二凸起230。在其他實施例中，中心區226可具有自第一凸起228延伸至第二凸起230的大致平坦表面。第一凸起228和第二凸起230相對於中心區226，可以凸起角度234向上延伸。凸起角度 234可為鈍角，其介於近似100°至近似125°之間。在一些實施例中，第一凸起228與第二凸起230沿著反射器102的上表面222上的水平面232延伸至頂點。
如第2D圖的剖視圖200D所示，反射器102可具有外側側壁，其與反射器102的平面下表面124之間具有外側側壁角度236。外側側壁角度236可介於近似60°至近似85°之間。在一些實施例中，反射器102的外側側壁具有角度，因此反射器102其遠離基板110的下表面124的寬度，大於反射器102面對基板110的上表面122的寬度。
在一些實施例中，反射器102的上表面122與下表面124可包含凹面表面。在一些實施例中，反射器102的上表面122可具有第一曲率，其由反射器102的外側邊緣與中心之間的垂直位置238的第一變化所定義。反射器102的下表面124可具有第二曲率，其由反射器102的外側邊緣與中心之間的垂直位置240的第二變化所定義。在一些實施例中，垂直位置238中的第一變化大於垂直位置240中的第二變化。
第3圖係一些實施例中，第1圖之背照式影像感測器300的細節剖視圖。如圖所示，隔離區302配置於基板110的第一表面110a中。隔離區302配置於畫素感測器106的兩側上。隔離區302設置以電性及/或光學隔離畫素感測器106與相鄰的畫素感測器(未圖示)。舉例來說，隔離區302可為淺溝槽隔離區、佈植隔離區、及/或深溝槽隔離區。
畫素感測器106包含光偵測器104與電晶體的閘極 堆疊。在一些實施例中，電晶體的閘極堆疊位於光偵測器104與浮置擴散節點128之間。光偵測器104與浮置擴散節點128配置於基板110中，其可為摻雜的半導體區，且其摻雜型態(如n型或p型)可與基板110中圍繞上述摻雜的半導體區的個別區之摻雜型態相反。光偵測器104設置以在回應射線時產生並儲存電荷，而浮置擴散節點128設置以儲存自光偵測器104轉移至浮置擴散節點128的電荷。在一些實施例中，光偵測器104及/或浮置擴散節點128具有深度及/或濃度減少的橫向延伸，以作為光偵測器104(如光二極體)及/或浮置擴散節點128的個別基體。
轉移電晶體130設置以將光偵測器104中累積的電荷轉移至浮置擴散節點128。轉移電晶體130包含閘極132配置於基板110上，且閘極132與光偵測器104橫向地相鄰。閘極132與基板110之間隔有閘極介電層134，且一些實施例中的閘極132其側壁表面襯墊有側壁間隔物304。舉例來說，閘極132可為金屬、摻雜的多晶矽、或一些其他導電材料。舉例來說，閘極介電層134可為氧化矽、高介電常數的介電物(即介電常數高於約3.9的介電物)、或一些其他介電材料。舉例來說，側壁間隔物304可為氮化矽、氮氧化矽、或一些其他介電材料。
轉移電晶體130亦包含源極/汲極區配置於基板110中，且分別位於閘極132的兩側上以定義閘極132上的通道區136。可選擇性地導通通道區136，端視施加至閘極132的偏壓而定。源極/汲極區可為摻雜的半導體區，其摻雜型態可與基 板110中圍繞上述摻雜的半導體區的個別區域之摻雜型態相反。在一些實施例中，源極/汲極區之一為光偵測器104，及/或源極/汲極區之一為浮置擴散節點128。
內連線結構112沿著基板110的第一表面110a配置。內連線結構112包含層間介電結構312。在一些實施例中，層間介電結構312包含第一層間介電層314與第二層間介電層316，且第二層間介電層316直接接觸第一層間介電層314的水平延伸表面。在一些實施例中，層間介電結構312與基板110之間可隔有一或多個四乙氧基矽烷的氧化物層306、阻擋保護氧化物層308、及/或接點蝕刻停止層310。內連線結構112亦包含交錯的蝕刻停止層318a至318c與金屬間介電層320a與320c，且這些層狀物與基板110之間隔有層間介電結構312。在一些實施例中，金屬間介電層320a至320c可為氧化矽、低介電常數的介電物(比如介電常數小於約3.9的介電物)、磷矽酸鹽玻璃、一些其他介電物、或上述之組合。在一些實施例中，蝕刻停止層318a至318c可包含氮化物、碳化物、或類似物。
多個導電內連線層配置於內連線結構112中。多個導電內連線層包括導電內連線線路322a至322c與導電通孔324a與234b的交替層狀物。在一些實施例中，導電內連線線路322a至322c的厚度，隨著與基板110之間的距離增加而加大。舉例來說，導電內連線線路322b的第一厚度T1可小於導電內連線線路322c的第二厚度T2。此外，最靠近基板110的導電內連線線路322a經由導電接點118，電性耦接至畫素感測器106。在 多種實施例中，導電接點118、導電內連線線路322a至322c、以及導電通孔324a與324b可包含金屬如銅、鈦、鉻、鈮、鉛、鈀、金、銀、鋁、鎢、或一些其他導電材料。
反射器102亦設置於內連線結構112中。反射器102自蝕刻停止層318a中垂直地延伸至層間介電結構312中，因此反射器102與導電接點118之間橫向地隔有層間介電結構312。在一些實施例中，反射器102可沿著多個表面接觸蝕刻停止層318a。舉例來說，反射器102可具有接觸蝕刻停止層318a的側壁之側壁，以及接觸蝕刻停止層318a的橫向延伸下表面(遠離基板110)。在一些實施例中(未圖示)，反射器102具有最靠近基板110的一點，其與第一層間介電層314之間隔有第二層間介電層316。在其他實施例中，反射器102延伸穿過第二層間介電層316至第一層間介電層314中。在一些實施例中，與基板110的第二表面110b平行的第一水平線，延伸穿過反射器102與導電接點118。在一些實施例中，與基板110的第二表面110b平行的第二水平線，延伸穿過反射器102與導電內連線線路322a。
在一些實施例中，支撐裝置326經由內連線結構112固定至基板110。舉例來說，支撐裝置326可為基體基板或積體晶片。在一些實施例中，積體晶片經由內連線結構112電性耦接至畫素感測器106。舉例來說，積體晶片可包含額外半導體基板(未圖示)，與配置於額外半導體基板上的額外內連線結構(未圖示)。
鈍化層328沿著基板110的第二表面110b配置。鈍 化層328包含井區，其填有彩色濾光片330並被微透鏡332覆蓋。舉例來說，鈍化層328可為多層堆疊的介電層，比如氮化物層堆疊於一對氧化物層之間。彩色濾光片330設置使射線的指定顏色或波長選擇性地穿過以至畫素感測器106，而微透鏡332設置為聚焦入射射線至彩色濾光片330及/或畫素感測器106。
第4圖係一些實施例中，第1圖的背照式影像感測器中的畫素感測器106其電路圖400。如圖所示，浮置擴散節點128經由轉移電晶體130可選擇性地耦接至光偵測器104，並經由重置電晶體404可選擇性地耦接至電源402。舉例來說，光偵測器104可為光二極體，及/或電源402可為直流電源。轉移電晶體130設置以將光偵測器104中累積的電荷轉移至浮置擴散節點128，而重置電晶體404設置以清除儲存在浮置擴散節點128的電荷。浮置擴散節點128可閘控源極隨耦電晶體406，而源極隨耦電晶體406可選擇性地耦接電源402至列選擇電晶體408。列選擇電晶體408可選擇性地耦接源極隨耦電晶體406至輸出端410。源極隨耦電晶體406設置以非破壞性地讀取及放大儲存於浮置擴散節點128中的電荷，而列選擇電晶體408設置以選擇用於讀出的畫素感測器106。
雖然第1圖的背照式影像感測器中的畫素感測器106可為第4圖所示的5T(五電晶體)APS，但應理解畫素感測器106的其他實施例可包含更多或更少電晶體，舉例來說，畫素感測器106的其他實施例可包含兩個、三個、或六個電晶體。
第5圖係一些實施例中，第1圖之背照式影像感測器的上視圖500。如圖所示，背照式影像感測器的邏輯區502橫向地圍繞隔離區210，且畫素感測器106、504、與506的陣列配置於隔離區210中。舉例來說，邏輯區502包含邏輯裝置及/或記憶裝置(未圖示)，其設置以讀取及/或儲存畫素感測器106、504、與506回應入射射線所產生的資料。舉例來說，隔離區210設置以隔離畫素感測器106、504、與506，且其可為淺溝槽隔離區。
畫素感測器106、504、與506指定波長的個別射線。在一些實施例中，畫素感測器106、504、與506交替地指定射線的紅色波長(比如介於約620nm至約750nm之間)、綠色波長(比如介於約495nm至570nm之間)、與藍色波長(比如介於約450nm至約495nm之間)。舉例來說，畫素感測器506標示為R並指定射線的紅色波長，畫素感測器504標示為B並指定射線的藍色波長，而畫素感測器106標示為G並指定射線的綠色波長。此外依據Bayer濾光片的設計，一些實施例中的畫素感測器106、504、與506在紅色、綠色、與藍色波長之間交替指定。
畫素感測器106、504、與506獨立地依第1圖、第2A至2D圖、或第3圖的畫素感測器106設置，並包含獨立的彩色濾光片(未圖示)，且彩色濾光片設置為依據射線的指定波長濾除入射射線。以第3圖為例，畫素感測器106包含彩色濾光片(如第3圖的彩色濾光片330)配置其上。此外，畫素感測器106、504、與506包含獨立的光偵測器104、508、與510，以及光偵 測器104、508、與510下之獨立的反射器102、512、與514(以虛線標示)。
在一些實施例中，反射器102、512、與514的材料不同，端視用於個別畫素感測器106、504、與506的射線之指定波長而定。舉例來說，可選擇反射器102、512、與514的材料以最大化對射線之指定波長的反射性。舉例來說，反射器102的第一材料可對射線的指定的綠色波長具有最高反射性(相對於藍色波長與紅色波長)；反射器512的第二材料可對射線的指定的藍色波長具有最高反射性(相對於綠色波長與紅色波長)；而反射器514的第三材料可對射線的指定的紅色波長具有最高反射性(相對於綠色波長與藍色波長)。
此外，一些實施例中的反射器102、512、與514可橫向偏離個別的光偵測器104、508、與510，而偏離與陣列中心的距離成正比，及/或朝遠離陣列中心的方向。舉例來說，橫向偏離可相對於光偵測器104、508、與510以及反射器102、512、與514的邊緣及/或中心。在一些實施例中，光偵測器104、508、與510；反射器102、512、與514；以及陣列的中心為個別引腳的質心。引腳為水平平面上的二維投影。
第6至15圖係一些實施例中，形成具有反射器102的背照式影像感測器之方法的系列剖視圖600至1500。雖然第6至15圖所示的剖視圖600至1500搭配方法說明，但應理解第6至15圖所示的結構並不限於此方法，而可獨立存在於方法之外。
如第6圖的剖視圖600所示，提供基板110。在多種 實施例中，基板110可為任何型態的半導體主體(如矽、矽鍺、絕緣層上矽、或類似物)，或與其相關的任何其他型態的半導體、磊晶層、介電層、或金屬層。光偵測器104(如光二極體)與浮置擴散節點128形成於閘極介電層134與上方的閘極132兩側上的基板110的畫素感測器106中，以形成轉移電晶體130。在一些實施例中，轉移電晶體130包含襯墊閘極132之側壁表面的側壁間隔物304。一或多個隔離區210延伸至畫素感測器106的兩側上的基板110中。
層間介電結構312形成於基板110的第一表面110a上。在一些實施例中，層間介電結構312的形成方法可為氣相沉積製程(如化學氣相沉積製程或物理氣相沉積製程)，或熱氧化成長。在一些實施例中，層間介電結構312可包含第一層間介電層314，其包含硼磷矽酸鹽玻璃、磷矽酸鹽玻璃、或類似物。在一些實施例中，層間介電結構312亦可包含第二層間介電層316，其接觸第一層間介電層314。在一些實施例中，第二層間介電層316可包含未摻雜的矽酸鹽玻璃。
導電接點118自層間介電結構312的上表面延伸至轉移電晶體130的閘極132。舉例來說，導電接點118包含導電材料如銅、鋁、鎢、金、或一些其他導電材料。在一些實施例中，導電接點118的形成方法可為選擇性地蝕刻層間介電結構312以形成接點孔洞，接著沉積導電材料至接點孔洞中。在沉積導電材料至接點孔洞中之後，可進行平坦化製程如化學機械研磨製程，以自層間介電結構312上移除多餘的導電材料。
下側的蝕刻停止層602形成於層間介電結構312上與導電接點118上。在一些實施例中，下側的蝕刻停止層602可包含氮化物(如氮化矽)、碳化物(如碳化矽)、或類似物。在一些實施例中，下側的蝕刻停止層602的沉積方法可為氣相沉積製程，比如化學氣相沉積製程或物理氣相沉積製程。
硬遮罩層604形成於下側的蝕刻停止層602上。在一些實施例中，硬遮罩層604包含氮化物(如氮氧化矽、氮化鈦、或類似物)、碳化物(如碳化矽)、或類似物。在一些實施例中，硬遮罩層604的沉積方法可為氣相沉積製程，比如化學氣相沉積製程或物理氣相沉積製程。
如第7圖的剖視圖700所示，形成遮罩層702於硬遮罩層604上。遮罩層702的形成方法可為沉積光敏感材料層(如正型或負型光阻)於硬遮罩層604上。依據光罩，以電磁射線選擇性地曝光光敏感材料層。電時射線可調整光敏感材料中的曝光區域溶解度，以定義可溶區域。接著顯影光敏感材料以移除可容區域，可定義開口706於光敏感材料中。
如第8圖的剖視圖800所示，在硬遮罩層604下的層狀物上進行第一蝕刻製程。第一蝕刻製程依據硬遮罩層604，可選擇性地將硬遮罩層604下的層狀物暴露至一或多種蝕刻劑802。第一蝕刻製程形成反射器凹陷804，其延伸穿過下側的蝕刻停止層602至層間介電結構312中。在一些實施例中，第一蝕刻製程可設置為過蝕刻下側的蝕刻停止層602一段非零的距離806，且距離806介於近似200Å至600Å之間。
第一蝕刻製程設置以形成反射器凹陷804，其由水平延伸的非平面下表面所定義，且非平面下表面於層間介電結構中沿著反射器凹陷804邊緣的延伸深度(較靠近基板110)，大於沿著反射器凹陷804中心的延伸深度。在一些實施例中，第一蝕刻製程設置以形成反射器凹陷804，其具有弧形的下表面。在一些實施例中(未圖示)，第一蝕刻製程設置以形成反射器凹陷804，其下表面具有沿著下表面的外側邊緣之凸塊(divot)。在一些實施例中，第一蝕刻製程可能導致反射器凹陷804的側壁角落具有角度808。角度808可介於近似60°至近似80°之間。
在一些實施例中，第一蝕刻製程可包含微溝槽蝕刻製程(如乾蝕刻製程)，其與反應性離子蝕刻相比，具有較大的離子與中性自由基之間的通量比例。上述微溝槽蝕刻製程在硬遮罩層604的側壁底部具有較大的蝕刻速率。微溝槽蝕刻製程導致越過反射器凹陷804的下表面之蝕刻輪廓，在硬遮罩層604的側壁底部為凹面及/或具有凸塊(如垂直凸起)。
微溝槽蝕刻製程可採用多種蝕刻化學劑。舉例來說，一些實施例的微溝槽蝕刻製程可包含乾蝕刻製程，其蝕刻化學劑包含氯與氬。在其他實施例中，微溝槽蝕刻製程可包含乾蝕刻製程，其蝕刻化學劑包含氟物種(如六氟化物)與氧。在一些實施例中，乾蝕刻製程所用的蝕刻氣體比例，可選擇性地控制反射器凹陷804其下表面的錐形輪廓。舉例來說，下表面的錐形輪廓取決於第一蝕刻氣體(如氧)與第二蝕刻氣體(如氟 物種)之間的比例。
如第9圖的剖視圖900所示，形成反射材料902於反射器凹陷804中。在一些實施例中，反射材料包含鋁、銀、金、鋁銅、銅、及/或一些其他金屬。此外，一些實施例中形成反射材料902的製程包含沉積或成長反射材料902，以覆蓋下側的蝕刻停止層602並超填反射器凹陷804。
如第10圖的剖視圖1000所示，進行平坦化製程以自下側的蝕刻停止層602上移除多餘的反射材料902，即形成反射器102。在一些實施例中，平坦化製程可包含化學機械研磨製程。在其他實施例中，硬遮罩層(如第9圖的硬遮罩層604)上的反射材料902其移除方法可為回蝕刻製程。
如第11圖的剖視圖1100所示，形成上側的蝕刻停止層1102於下側的蝕刻停止層602與反射器102上。下側的蝕刻停止層602與上側的蝕刻停止層1102可合併包含蝕刻停止層318a。舉例來說，上側的蝕刻停止層1102與下側的蝕刻停止層602可包含相同或類似的材料，比如碳化矽或氮化矽。
如第12圖的剖視圖1200所示，形成金屬間介電層320a於蝕刻停止層318a上。舉例來說，金屬間介電層320a可為低介電常數的介電物(如碳氧化矽)、氧化矽、磷矽酸鹽玻璃、或一些其他介電材料。
如第13圖的剖視圖1300所示，選擇性地圖案化金屬間介電層320a與蝕刻停止層318a，可形成溝槽1302以定義導電內連線線路的位置。在一些實施例中，以光微影製程選擇性 地圖案化金屬間介電層320a與蝕刻停止層318a。
如第14圖的剖視圖1400所示，形成導電材料於溝槽1302中，以形成導電內連線線路116。在多種實施例中，導電材料的形成方法可為沉積製程及/或電鍍製程。舉例來說，一些實施例可形成導電晶種層於溝槽1302中，接著進行電鍍製程以將導電材料填入溝槽1302。在一些實施例中，可在形成導電材料之前，形成阻障層於溝槽1302中。在一些實施例中，導電材料可包含銅及/或鋁。在一些實施例中，阻障層可包含氮化鈦或氮化鉭。在一些實施例中，導電內連線線路116可經由導電接點118，電性耦接至閘極132。
如第15圖的剖視圖1500所示，旋轉第14圖的半導體結構約180度，並形成鈍化層328於基板110上。在一些實施例中，鈍化層328的組成為氮化矽或氧化矽。此外，一些實施例中鈍化層328的形成製程包含沉積或成長鈍化層，比如熱氧化或氣相沉積。如第15圖的剖視圖1500所示，亦形成彩色濾光片330以埋置於鈍化層328中，並形成微透鏡332以覆蓋彩色濾光片330。
第16圖係一些實施例中，具有反射器之背照式影像感測器的形成方法之流程圖1600。此處以一系列的步驟或事件說明第16圖的流程圖1600所述的方法，但應理解這些步驟或事件的順序並非用以侷限本發明實施例。舉例來說，可由不同順序進行一些步驟，及/或與其他步驟或事件同時進行一些步驟，而與此處所述及/或圖示的內容不同。此外，此處所述的 一或多個實施例不必實施所有說明的步驟，且可在一或多個分開的步驟及/或階段中進行此處所述的一或多個步驟。
在步驟1602中，依序形成層間介電結構、下側的蝕刻停止層、與硬遮罩層於具有光偵測器的基板的第一表面上。第6圖係一些實施例中，對應步驟1602的剖視圖600。
在步驟1604中，選擇性地圖案化硬遮罩層。第7圖係一些實施例中，對應步驟1604的剖視圖700。
在步驟1606中，形成層間介電結構的非平面表面所定義的反射器凹陷，其延伸穿過下側的蝕刻停止層，直到層間介電結構於基板中的光偵測器上的位置。在一些實施例中，反射器凹陷的形成方法可採用微溝槽蝕刻製程。第8圖係一些實施例中，對應步驟1606的剖視圖800。
在步驟1608中，形成反射材料於反射器凹陷中及下側的蝕刻停止層上。第9圖係一些實施例中，對應步驟1608的剖視圖900。
在步驟1610中，進行平坦化製程以自下側的蝕刻停止層上移除多餘的反射材料，即形成反射器。第10圖係一些實施例中，對應步驟1610的剖視圖1000。
在步驟1612中，形成上側的蝕刻停止層於下側的蝕刻停止層與反射器上。第11圖係一些實施例中，對應步驟1612的剖視圖1100。
在步驟1614中，形成第一金屬間介電層於上側的蝕刻停止層上。第12圖係一些實施例中，對應步驟1614的剖視 圖1300。
在步驟1616中，形成導電內連線線路於第一金屬間介電層中。第13與14圖係一些實施例中，對應步驟1616的剖視圖1300與1400。
在步驟1618中，形成鈍化層、彩色濾光片、微透鏡、或上述之組合於基板的第二表面上，且第二表面與第一表面相對。第15圖係一些實施例中，對應步驟1618的剖視圖1500。
如此一來，由上述可知本發明一些實施例關於具有弧狀反射器的背照式互補金氧半影像感測器與相關的形成方法，其設置以提供高量子效率與低串音。
本發明一些實施例關於積體晶片。積體晶片包括：層間介電結構，沿著基板的第一表面延伸，且基板具有光偵測器；以及蝕刻停止層，位於層間介電結構上。蝕刻停止層與層間介電結構圍繞反射器。反射器具有弧形表面面對基板且直接位於光偵測器上。弧形表面耦接於反射器的第一側壁與第二側壁之間。反射器沿著第一側壁與第二側壁的厚度，大於反射器的中心的厚度，且反射器的中心位於第一側壁與第二側壁之間。
在一些實施例中，上述積體晶片包括：閘極，配置於基板上；以及導電接點，自閘極的上表面延伸至第一導電內連線線路，其中第一水平線平行於基板的第一表面，並延伸穿過反射器與導電接點；以及其中第二水平線平行於第一水平線，並延伸穿過反射器與第一導電內連線線路。
在一些實施例中，上述積體晶片的反射器的第一側壁及第二側壁，與平行於基板之上表面的水平平面之間具有角度，且角度介於近似65°至近似80°之間。
在一些實施例中，上述積體晶片的層間介電結構包括第一層間介電層，以及第一層間介電層上的第二層間介電層，其中第一層間介電層不同於第二層間介電層。
在一些實施例中，上述積體晶片的反射器最靠近基板的一點，與第一層間介電層之間隔有第二層間介電層。
在一些實施例中，上述積體晶片的反射器具有面對基板的上表面，上表面包含中心區，且中心區被多個凸起圍繞；以及其中中心區的表面具有第一斜率，凸起各自具有耦接至表面的側壁，側壁具有第二斜率，且第二斜率大於第一斜率。
本發明其他實施例關於影像感測器的形成方法。上述方法包括形成光偵測器於基板中；形成閘極於基板的第一表面上；以及形成層間介電結構於基板的第一表面及閘極上。上述方法亦包括形成反射器凹陷，且反射器凹陷延伸至層間介電結構中。由層間介電結構其橫向延伸的非平面下表面與層間介電結構的側壁定義反射器凹陷。上述方法亦包括形成反射材料於反射器凹陷中；以及進行平坦化製程自層間介電結構的最上側表面上移除反射材料，以形成反射器。
在一些實施例中，上述方法的一直線垂直於基板的第一表面並對分反射器；且反射器的厚度在直線與反射器的外側側壁之間遞增。
在一些實施例中，上述方法的反射器的厚度在直線與反射器的外側側壁之間單調地遞增。
在一些實施例中，上述方法更包括：形成蝕刻停止層於層間介電結構上，其中反射器凹陷延伸穿過蝕刻止層，且由蝕刻停止層的側壁定義反射器凹陷。
在一些實施例中，上述方法的層間介電結構包括第一層間介電層，以及直接接觸第一層間介電層的上表面的第二層間介電層；以及其中反射器凹陷與第一層間介電層之間完全隔有第二層間介電層。
在一些實施例中，上述方法更包括：採用微溝槽蝕刻製程進行第一蝕刻製程，以形成反射器凹陷。
在一些實施例中，上述方法的微溝槽蝕刻製程採用的蝕刻氣體化學劑包含氧與氟物種。
在一些實施例中，上述方法的反射器具有上表面面對基板，且由連續函數定義上表面。
本發明其他實施例關於影像感測器。上述影像感測器包括光偵測器，位於基板中；以及多個導電內連線層，配置於介電結構中，且介電結構沿著基板的第一表面。反射器，直接配置於光偵測器上並與基板之間隔有介電結構。垂直於基板的第一表面的直線對分反射器。反射器的厚度在直線與反射器的外側側壁之間遞增。
在一些實施歷翁，上述影像感測器的介電結構包括：層間介電結構，沿著基板的第一表面配置；以及蝕刻停止 層，與基板之間隔有層間介電結構，其中反射器配置於蝕刻停止層與層間介電結構中。
在一些實施例中，上述影像感測器的反射器的橫向延伸的下表面耦接至反射器的外側壁壁並遠離基板；以及其中接觸蝕刻停止層的側壁的反射器的側壁，以及反射器的橫向延伸的下表面，接觸蝕刻停止層的橫向延伸的表面。
在一些實施例中，上述影像感測器的反射器的上表面面對基板，且由不連續函數定義反射器的上表面。
在一些實施例中，上述影像感測器的反射器的上表面面對基板，其包括中心區，且中心區被多個凸起包圍；以及其中中心區的表面具有第一斜率，凸起各自具有耦接至表面的側壁，側壁具有第二斜率，且第二斜率大於第一斜率。
在一些實施例中，上述影像感測器更包括：閘極，配置於基板上；以及導電接點，自閘極的上表面延伸穿過第一層間介電層與第一層間介電層上的第二層間介電層，其中反射器與導電接點之間橫向地隔有第二層間介電層。
上述實施例之特徵有利於本技術領域中具有通常知識者理解本發明實施例。本技術領域中具有通常知識者應理解可採用本發明實施例作基礎，設計並變化其他製程與結構以完成上述實施例之相同目的及/或相同優點。本技術領域中具有通常知識者亦應理解，這些等效置換並未脫離本發明精神與範疇，並可在未脫離本發明之精神與範疇的前提下進行改變、替換、或更動。
104‧‧‧光偵測器
106‧‧‧畫素感測器
110‧‧‧基板
118‧‧‧導電接點
128‧‧‧浮置擴散節點
130‧‧‧轉移電晶體
132‧‧‧閘極
134‧‧‧閘極介電層
136‧‧‧通道區
210‧‧‧隔離區
304‧‧‧側壁間隔物
314‧‧‧第一層間介電層
316‧‧‧第二層間介電層
318a‧‧‧蝕刻停止層
320a‧‧‧金屬間介電層
328‧‧‧鈍化層
330‧‧‧彩色濾光片
332‧‧‧微透鏡
1500‧‧‧剖視圖

Claims (8)

  1. 一種積體晶片，包括：一層間介電結構，沿著一基板的一第一表面延伸，且該基板具有一光偵測器；一蝕刻停止層，位於該層間介電結構上；一反射器，具有一弧形表面面對該基板且直接位於該光偵測器上，且該蝕刻停止層與該層間介電結構圍繞該反射器，其中該弧形表面耦接於該反射器的一第一側壁與一第二側壁之間；一閘極，配置於該基板上；以及一導電接點，自該閘極的上表面延伸至一第一導電內連線線路；其中該反射器沿著該第一側壁與該第二側壁的厚度，大於該反射器的一中心的厚度，且該反射器的該中心位於該第一側壁與該第二側壁之間；以及其中一第一水平線平行於該基板的該第一表面，並延伸穿過該反射器與該導電接點；其中一第二水平線平行於該第一水平線，並延伸穿過該反射器與該第一導電內連線線路。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之積體晶片，其中該反射器具有面對該基板的一上表面，該上表面包含一中心區，且該中心區被多個凸起圍繞；其中該中心區的一表面具有一第一斜率，該些凸起各自具有耦接至該表面的一側壁，該側壁具有一第二斜率，且該 第二斜率大於該第一斜率。
  3. 一種影像感測器的形成方法，包括：形成一光偵測器於一基板中；形成一閘極於該基板的一第一表面上；形成一層間介電結構於該基板的該第一表面及該閘極上；形成一反射器凹陷，且該反射器凹陷延伸至該層間介電結構中，並由該層間介電結構其橫向延伸的一非平面下表面與該層間介電結構的側壁定義該反射器凹陷；形成一反射材料於該反射器凹陷中；以及進行一平坦化製程自該層間介電結構的最上側表面上移除該反射材料，以形成一反射器。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之影像感測器的形成方法，其中一直線垂直於該基板的該第一表面並對分該反射器；其中該反射器的厚度在該直線與該反射器的外側側壁之間遞增。
  5. 如申請專利範圍第3或4項所述之影像感測器的形成方法，其中該層間介電結構包括一第一層間介電層，以及直接接觸該第一層間介電層的上表面的一第二層間介電層；其中該反射器凹陷與該第一層間介電層之間完全隔有該第二層間介電層。
  6. 一種影像感測器，包括：一光偵測器，位於一基板中；多個導電內連線層，配置於一介電結構中，且該介電結構 沿著該基板的一第一表面；以及一反射器，直接配置於該光偵測器上並與該基板之間隔有該介電結構，其中垂直於該基板的一第一表面的一直線對分該反射器；其中該介電結構包括：一層間介電結構，沿著該基板的該第一表面配置；及一蝕刻停止層，與該基板之間隔有該層間介電結構，其中該反射器配置於該蝕刻停止層與該層間介電結構中；其中該反射器的厚度在該直線與該反射器的外側側壁之間遞增。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測器，其中該反射器的上表面面對該基板，且由一不連續函數定義該反射器的上表面。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之影像感測器，其中該反射器的上表面面對該基板，其包括一中心區，且該中心區被多個凸起包圍；其中該中心區的一表面具有一第一斜率，該凸起各自具有耦接至該表面的一側壁，該側壁具有一第二斜率，且該第二斜率大於該第一斜率。
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