TWI686938B - 半導體裝置結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示了一種半導體結構，包含：一基板，包含一第一側及相對於該第一側的一第二側，該第二側配置成接收一電磁輻射；一阻擋層設置於該基板的第二側上；一彩色濾光層設置於該阻擋層上；以及一格柵設置於該阻擋層上並包圍該彩色濾光層，其中該阻擋層配置成吸收或反射該電磁輻射中的非可見光，且該阻擋層設置於該格柵與該基板之間。

Description

半導體裝置結構及其製造方法
本發明係關於一種半導體結構及其製造方法，特別是具有影像感測功能的半導體結構。
使用半導體設備的電子裝置在許多現代應用裡已不可或缺，電子裝置一般包含半導體影像感測器以用來感測光。互補式金氧半導體(CMOS)影像感測器(CIS)已廣泛應用在許多地方，例如數位相機或行動電話相機。CMOS影像感測器通常含有一畫素陣列(pixel)，每個畫素陣列包含一光二極體、一電晶體或一電容，當光二極體曝光時會產生電能，每一個畫素所產生的電能將會正比於進入畫素的光量，該畫素中的電能會轉換成一電壓訊號並進一步轉換成為一數位訊號。
COMS影像感測器因光路徑的差異區分為前側照射型(front side illuminated(FSI))及背面照射型(back side illuminated(BSI))，其中又以BSI影像感測器較受歡迎。該BSI影像感測器中的畫素在接收到入射光之後產生電訊號，該電訊號的強度取決於在各個畫素上所接收的光強度；該入射光從該BSI影像感測器的基板背面入射，並直接進入該光二極體中，不會受到位於基板前側介電層和互連層(interconnect)的阻礙，這種直接入射的方式增加了BSI影像感測器 感測光的靈敏度。
然而，隨著科技的發展，積體電路被要求要有更多的功能及容納更多的元件，光感測器的尺寸也越來越小。BSI影像感測器的製程包括許多複雜的步驟及操作，當加入更多不同的組成及材料時，BSI影像感測器的製程整合將會變得越來越複雜；當BSI影像感測器的製程變得更複雜時，可能會產生像低量子效率(quantum efficiency(QE))、暗電流(dark current)、低全井容量(low full well capacity(FWC))、高產量損失(high yield loss)等缺陷；當BSI影像感測器產生不必要的配置時，會進一步造成材料損耗及增加製造成本。
因此，需要進一步修正BSI影像感測器的結構及製程，以期能提升BSI影像感測器的性能及降低BSI影像感測器的製造成本及時間。
為解決上述問題，本發明在一些實施例中揭示了一半導體結構包含：一基板，包含一第一側及相對於該第一側的一第二側，該第二側配置成接收一電磁輻射；一阻擋層設置於該基板的第二側上；一彩色濾光層設置於該阻擋層上；以及一格柵設置於該阻擋層上並包圍該彩色濾光層，其中該阻擋層配置成吸收或反射該電磁輻射中的非可見光，且該阻擋層設置於該格柵與該基板之間。
在一些實施例中，該非可見光包含紅外光；在一些實施例中，該阻擋層包含氮化物；在一些實施例中，該阻擋層的厚度實質上大於0.21um；在一些實施例中，該阻擋層包含一第一介電層及一第二介電層；在一些實施例中，該阻擋層包含複數個第一介電層及複數個第二介電層，且該複數個第一介電層及該複數個第二介電層彼此互相堆疊設置；在一些實施例中，彩色濾光層允許該電磁輻射中的可見光通過；在一些實施例中，該基板厚度實質上大於3um；在一些 實施例中，該基板包含一光二極體，並根據進入該光二極體的電磁輻射的強度或亮度產生一訊號。
在一些實施例中，本發明揭示了一半導體結構包含：一基板，包含一第一側及相對於該第一側的一第二側，該第二側配置成接收一電磁輻射；一阻擋層設置於該基板的第二側上；一第二介電層設置於該第一介電層及該基板的第二側上；一第一彩色濾光層設置於該基板的第二側上並允許該電磁輻射中的可見光通過；以及一第二彩色濾光層設置於該基板的第二側上並允許該電磁輻射中的紅外光通過；一格柵，其分隔該第一彩色濾光層與該第二彩色濾光層並設置於該第一介電層與該第二介電層上，其中該第一介電層及該第二介電層包圍該第二彩色濾光層。
在一些實施例中，該第一介電層及該第二介電層配置成吸收或反射通過該第一彩色濾光層的電磁輻射中的紅外光；在一些實施例中，該電磁輻射中的紅外光通過該第二彩色濾光層並進入該基板；在一些實施例中，該第一介電層包含氧化物或碳化物，該第二介電層包含氮化物；在一些實施例中，該第一介電層的厚度實質上大於0.06um；在一些實施例中，該第二介電層的厚度實質上大於0.15um；在一些實施例中，該半導體結構更進一步包含一高介電常數介電層設置於該基板的第二側上。
在一些實施例中，本發明揭示了一半導體結構的製造方法包含：提供一基板，包含一第一側及相對於該第一側的一第二側；設置一阻擋層於該基板的第二側上；設置一格柵於該阻擋層上；移除該格柵的第一部分以形成一第一凹孔；以及設置一第一彩色濾光層於該第一凹孔中，且該彩色濾光層與該阻擋層接觸，其中該阻擋層設置於該格柵與基板之間。
在一些實施例中，設置該阻擋層包含設置一第一介電 層及一第二介電層；在一些實施例中，設置該阻擋層包含複數個第一介電層與複數個第二介電層互相堆疊設置；在一些實施例中，該方法更進一步包含：移除該格柵的第二部分及該阻擋層的一部分以形成一第二凹孔；以及設置一第二彩色濾光層於該第二凹孔中。
在本發明中，該第二彩色濾光層允許非可見光通過並進入對應的光二極體中，故該非可見光訊號可被取得並用於後續的影像處理；且該阻擋層阻擋了通過該第一彩色濾光層的非可見光，進而有效地重建影像並提升影像品質。
100:半導體結構
101:基板
101a:第一側
101b:第二側
102:阻擋層
102a:第一介電層
102b:第二介電層
103:彩色濾光層
104:格柵
105:第二彩色濾光層
106:高介電常數介電層
107:第一凹孔
108:第二凹孔
200:半導體結構
300:半導體結構
400:半導體結構
500:半導體結構
600:半導體結構
700:影像感測裝置
700a:背面
由以下的詳細描述結合附圖閱讀最能理解本發明。但需注意的是，按照在行業的標準做法，各種特徵不是按比例繪製。事實上，為了更清楚地理解，各種特徵的尺寸可以任意地增加或減少。
圖1係本發明之一實施例的半導體結構的透視圖。
圖2係圖1中半導體結構延AA’線的剖面圖。
圖3係本發明之一實施例的半導體結構的透視圖。
圖4係圖3中半導體結構延BB’線的剖面圖。
圖5係本發明之一實施例的半導體結構的剖視圖。
圖6係圖5中半導體結構延CC’線的剖面圖。
圖7係本發明之一實施例的半導體結構的透視圖。
圖8係圖7中半導體結構延DD’線的剖面圖。
圖9係本發明之一實施例的半導體結構的透視圖。
圖10係圖9中半導體結構延EE’線的剖面圖。
圖11係本發明之一實施例的半導體結構的透視圖。
圖12係圖11中半導體結構延FF’線的剖面圖。
圖13係圖11中半導體結構延GG’線的剖面圖。
圖14係本發明之一實施例的影像感測裝置的透視圖。
圖15係圖14中影像感測裝置延HH’線的剖面圖。
圖16係本發明之一實施例的半導體結構的製造方法流程圖。
圖16A係本發明之一實施例之具有一基板的半導體結構的透視圖。
圖16B係本發明之一實施例之具有一基板及一阻擋層的半導體結構的透視圖。
圖16C係本發明之一實施例之具有一基板、一第一介電層及一第二介電層的半導體結構的透視圖。
圖16D係本發明之一實施例之具有一基板、數個第一介電層及數個第二介電層的半導體結構的透視圖。
圖16E係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層及一格柵的半導體結構的透視圖。
圖16F係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層及具有一第一凹孔的格柵的半導體結構的透視圖。
圖16G係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層、一格柵及一第一彩色濾光層的半導體結構的透視圖。
圖16H係本發明之一實施例之具有一基板、一第一介電層、一第二介電層、一格柵及一第一彩色濾光層的半導體結構的透視圖。
圖16I係本發明之一實施例之具有一基板、數個第一介電層、數個第二介電層、一格柵及一第一彩色濾光層的半導體結構的透視圖。
圖17係本發明之一實施例的半導體結構的製造方法流程圖。
圖17A係本發明之一實施例之具有一基板的半導體結 構的透視圖。
圖17B係本發明之一實施例之具有一基板及一阻擋層的半導體結構的透視圖。
圖17C係本發明之一實施例之具有一基板、一第一介電層及一第二介電層的半導體結構的透視圖。
圖17D係本發明之一實施例之具有一基板、數個第一介電層及數個第二介電層的半導體結構的透視圖。
圖17E係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層及一格柵的半導體結構的透視圖。
圖17F係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層及具有一第一凹孔的格柵的半導體結構的透視圖。
圖17G係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層及具有一第一凹孔及第二凹孔的格柵的半導體結構的透視圖。
圖17H係本發明之一實施例之具有一基板、數個第一介電層、數個第二介電層及具有一第一凹孔及第二凹孔的格柵的半導體結構的透視圖。
圖17I係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層、一格柵及一第一彩色濾光層的半導體結構的透視圖。
圖17J係本發明之一實施例之具有一基板、一阻擋層、一格柵、一第一彩色濾光層及一第二彩色濾光層的半導體結構的透視圖。
圖17K係本發明之一實施例之具有一基板、一第一介電層、一第二介電層、一格柵、一第一彩色濾光層及一第二彩色濾光層的半導體結構的透視圖。
圖17L係本發明之一實施例之具有一基板、數個第一介電層、數個第二介電層、一格柵、一第一彩色濾光層及一第二彩色 濾光層的半導體結構的透視圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例，以實施本發明的不同特徵部件。而以下的揭露內容是敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以求簡化本揭露內容。當然，這些僅為範例說明並非用以限定本發明。舉例來說，若是以下的揭露內容敘述了將一第一特徵部件設置於一第二特徵部件之上或上方，即表示其包含了所形成的上述第一特徵部件與上述第二特徵部件是直接接觸的實施例，亦包含了尚可將附加的特徵部件設置於上述第一特徵部件與上述第二特徵部件之間，而使上述第一特徵部件與上述第二特徵部件可能未直接接觸的實施例。另外，本揭露內容在各個不同範例中會重複標號及/或文字。重複是為了達到簡化及明確目的，而非自行指定所探討的各個不同實施例及/或配置之間的關係。
再者，在空間上的相關用語，例如”之下”、”以下”、”下”、”以上”、”上”等等在此處係用以容易表達出本說明書中所繪示的圖式中元件或特徵部件與另外的元件或特徵部件的關係。這些空間上的相關用語除了涵蓋圖式所繪示的方位外，還涵蓋裝置於使用或操作中的不同方位。此裝置可具有不同方位(旋轉90度或其他方位)且此處所使用的空間上的相關符號同樣有相應的解釋。
一背面照射型影像感測器(BSI)用來感測影像的電磁輻射及重建該影像，該BSI影像感測器包含一基板用來感測影像入射至該裝置的電磁輻射，並根據該電磁輻射產生一訊號並重建該影像。該基板的一背面被設置成用來接收入射的電磁輻射，該電磁輻射直接打在該基板上的光二極體上，進而感測出電磁輻射的強度。
除了強度以外，影像中電磁輻射的顏色或波長組成也會一併被感測出。電磁輻射一般由可見光(例如有色光)和非可見光(例 如紅外光IR、紫外光UV等)所組成，BSI影像感測器通常能感測出影像的電磁輻射中可見光之顏色，該電磁輻射中可見光之顏色可被彩色濾光層所接收及確認；該彩色濾光層設置於該基板背面，允許電磁輻射中的可見光通過並進入該基板上的光二極體，每一個彩色濾光層允許可見光中單一種光原色(紅、綠、藍)通過，其他色光則被阻擋，因此，只有一種可見光的光原色能通過對應的彩色濾光層並進入對應的光二極體。
另一方面，電磁輻射中的非可見光會被設置在彩色濾光層上的光學鏡片所截斷，以致於無法通過該彩色濾光層及基板，此種BSI影像感測器，只有入射電磁輻射中的可見光部分能被接收；該BSI影像感測器無法感測非可見光。除了影像的顏色以外，其他像是距離也是重建影像的必要因素，例如：影像的距離會導致該影像中電磁輻射的顏色或強度不能準確地被接收到，因此僅靠接收可見光並無法有效地重建影像。
在本發明中揭示了一種由改進過後的半導體結構所形成的影像感測裝置，該半導體結構包含一基板及數個彩色濾光層，該基板包含數個能感測影像電磁輻射的光二極體。一用來感測電磁輻射中非可見光的非可見光畫素被定義在半導體結構中，該彩色濾光層允許非可見光通過並進入對應的光二極體中，故該非可見光可被取得並用於後續的影像處理。
此外，該半導體結構定義有可見光畫素並與該非可見光畫素相鄰；該可見光畫素包含一阻擋層(barrier layer)，該阻擋層設置於該基板與該彩色濾光層之間，該阻擋層用來吸收或反射非可見光(例如紅外光)；該阻擋層包含數個介電層，例如：氮化物、氧化物或碳化物；該阻擋層阻擋了入射至該可見光畫素中光二極體的非可見光，因此，在可見光畫素中，只有可見光能進入基板。
圖1是本發明之一實施例的半導體結構100的透視圖；圖2是圖1中半導體結構100延AA’線的剖面圖，在一些實施例中，該半導體結構100被用來感測影像入射至該半導體結構100的電磁輻射；在一些實施例中，該半導體結構100包含一基板101，一阻擋層102，一彩色濾光層103及一格柵(grid)104。
在一些實施例中，該基板101為一矽基板；在一些實施例中，該基板101包含矽、鍺、砷化鎵或其他適合的半導體材料；在一些實施例中，該基板101由絕緣層上矽(silicon-on-insulator (SOI))、藍寶石上矽(silicon-on-sapphire(SOS))、摻雜及未摻雜半導體所構成，矽的磊晶層(epitaxial layers of silicon)由一半導體基底或其他半導體結構所支撐；在一些實施例中，該基板101為一互補式金氧半導體(CMOS)感測器基板。
在一些實施例中，該基板101的厚度T1實質上約大於3um；在一些實施例中，該基板101的厚度T1實質上約大於1um；在一些實施例中，該基板由一載體基板(carrier substrate)所支撐；在一些實施例中，該載體基板暫時接觸該基板101，該載體基板會在稍後的程序中被移除。
在一些實施例中，該基板101包含一第一側101a及相對於該第一側101a的一第二側101b；在一些實施例中，該第一側101a被視為基板101的前側，該第二側101b被視為基板101的背面；在一些實施例中，該基板101的第一側101a被電性連接於電路或互連結構(interconnect structure)中的金屬間介電層(intermetallic dielectric layer(IMD))；在一些實施例中，該基板101的第二側101b用來接收電磁輻射例如：可見光、非可見光等；在一些實施例中，該基板101的第一側101a與一載體基板接觸；在一些實施例中，該載體基板暫時接觸該基板101，並在稍後的程序中被移除。
在一些實施例中，該基板101包含一光二極體，該光二極體設置於該基板101上；在一些實施例中，該光二極體被用來感測入射基板101上第二側101b的電磁輻射；該入射於基板101上第二側101b的電磁輻射在該光二極體的空乏區(depletion region)中產生電子與電洞對，該光二極體根據該電磁輻射的強度或亮度產生一電訊號；在一些實施例中，該光二極體為一固定層(pinned layer)光二極體，該光二極體包含一形成於基板101的n型摻雜區及一形成於n型摻雜區表面的p型重摻雜區，以形成一p-n-p接面。
在一些實施例中，該阻擋層102設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該基板101設置於該阻擋層102的下方；在一些實施例中，該阻擋層102用來吸收或反射電磁輻射中的非可見光，該阻擋層102阻擋了非可見光進入該基板101；在一些實施例中，該非可見光包含紅外光，該紅外光被阻擋層102吸收或反射，因此，該電磁輻射的紅外光無法進入設置於阻擋層102下方的基板101。
在一些實施例中，該阻擋層102包含介電材料；在一些實施例中，該阻擋層102包含氮化物，例如：氮化矽；在一些實施例中，該阻擋層102包含氧化物或碳化物，例如：二氧化矽及碳化矽；在一些實施例中，該阻擋層102的厚度T2實質上大於0.1um。
在一些實施例中，該阻擋層102包含一第一介電層及一第二介電層；在一些實施例中，該第一介電層的材料異於該第二介電層；在一些實施例中，該第一介電層與該第二介電層彼此互相堆疊設置；在一些實施例中，該第一介電層及該第二介電層從該基板101的第二側101b延伸出；在一些實施例中，該第一介電層包含氧化物或碳化物，該第二介電層包含氮化物。
在一些實施例中，該彩色濾光層103設置在該阻擋層102上；在一些實施例中，該彩色濾光層103設置在該基板101的第二 側101b之上；在一些實施例中，該彩色濾光層103與該阻擋層102接觸；在一些實施例中，該彩色濾光層103用來過濾電磁輻射中的一特定顏色或波長，例如可見光，包含：紅光、綠光、藍光等；在一些實施例中，該彩色濾光層103用來過濾可見光；在一些實施例中，該彩色濾光層103對準該基板101中的光二極體，因此，該光二極體僅能接收電磁輻射中的特定色光。
在一些實施例中，該彩色濾光層103允許電磁輻射中的可見光通過；在一些實施例中，該彩色濾光層103允許單一種光原色(紅、綠、藍)通過，例如：當該彩色濾光層103為紅光濾光層時，僅允許電磁輻射中的紅光通過，因此該對應的光二極體僅接收電磁輻射中的紅光；在一些實施例中，該彩色濾光層103無法過濾非可見光，例如：紅外光，因此，該電磁輻射中的非可見光可以通過該彩色濾光層103。
在一些實施例中，該彩色濾光層103包含染料基(dye-based)或顏料基(pigment-based)的聚合物；在一些實施例中，該彩色濾光層103包含具有色顏料(color pigments)的樹脂(resin)或其他有機基(organic based)；在一些實施例中，該彩色濾光層103利用光學修正(optical proximity correction(OPC))做光學優化。
在一些實施例中，該格柵104設置於該阻擋層102及該基板101的第二側101b之上，該阻擋層102設置於該格柵104及該基板101之間；在一些實施例中，該格柵104與該阻擋層102接觸；在一些實施例中，該格柵104包圍該彩色濾光層103；在一些實施例中，該格柵104用來吸收該電磁輻射的散射光或反射該電磁輻射以聚焦該電磁輻射於該基板101上相對應的二極體，並減少或消除光學串音(cross-talk)。
在一些實施例中，該格柵104為一包含金屬材料的金 屬格柵，例如：鋁、銅等；在一些實施例中，該格柵104為一氧化物格柵，包含：氧化物材料；在一些實施例中，該格柵104的高度(height)實質上大於該彩色濾光層103的高度。
在一些實施例中，一微透鏡(micro lens)設置於該彩色濾光層103上；在一些實施例中，該微透鏡用來引導或聚焦該電磁輻射入射至基板101中的光二極體；在一些實施例中，該微透鏡具有不同的排列方式及形狀，取決於該微透鏡的折射率及該微透鏡與該光二極體的距離。
圖3是本發明之一實施例的半導體結構200的透視圖；圖4是圖3中半導體結構200延BB’線的剖面圖；在一些實施例中，該半導體結構200被用來感測影像入射至該半導體結構200的電磁輻射；在一些實施例中，該半導體結構100包含一基板101，一阻擋層102，一彩色濾光層103及一格柵(grid)104，相似於圖1及圖2中的半導體結構100。
在一些實施例中，該阻擋層102包含數個第一介電層102a及數個第二介電層102b；為了便於展示，在圖3及圖4中僅顯示該阻擋層102包含兩個第一介電層102a及三個第二介電層102b，不過，這並不代表刻意限制該第一介電層102a及該第二介電層102b的個數。
在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b堆疊在基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該格柵104設置於該第一介電層102a及該第二介電層102b之上；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b設置於該格柵104與該基板101之間。
在一些實施例中，該第一介電層102a與該第二介電層102b交互設置，其中一個第一介電層102a設置於兩個第二介電102b之 間，或其中一個第二介電層102b設置於兩個第一介電層102a之間；在一些實施例中，該第一介電層102a與該第二介電層102b具有共同的形狀。
在一些實施例中，該第一介電層102a包含氧化物或碳化物，該第二介電層102b包含氮化物；在一些實施例中，該第一介電層102a為二氧化矽或碳化矽，該第二介電層102b為氮化矽；在一些實施例中，該阻擋層102至少包含一由氮化矽所構成的第二介電層102b，故該阻擋層102可吸收或反射該電磁輻射中的非可見光(例如紅外光)，使其無法入射至該基板101的第二側101b；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b共同吸收或反射該電磁輻射中的非可見光。
在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b的厚度T2實質上大於0.21um；在一些實施例中，該第一介電層102a的總厚度T3實質上大於0.06um，在一些實施例中，第二介電層102b的總厚度T4實質上大於0.15um；在一些實施例中，每一個該第一介電層102a的厚度(T3-1或T3-2)實質上大於0.03um；在一些實施例中，每一個該第二介電層102b的厚度(T4-1或T4-2或T4-3)實質上大於0.05um。
圖5是本發明之一實施例的半導體結構300的剖視圖；圖6是圖5中半導體結構300延CC’線的剖面圖，在一些實施例中，該半導體結構300被用來感測影像入射至該半導體結構300的電磁輻射；在一些實施例中，該半導體結構300包含一基板101，一阻擋層102，一彩色濾光層103及一格柵(grid)104，相似於圖1及圖2中的半導體結構100。
在一些實施例中，該半導體結構300包含一第一彩色濾光層103及一第二彩色濾光層105；在一些實施例中，該第一彩色濾 光層103與圖1、2中半導體結構100中的彩色濾光層103有相似的組成，該第一彩色濾光層103與該第二彩色濾光層105設置於該基板101的第二側101b之上。
該第一彩色濾光層103允許電磁輻射中的可見光通過；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103僅允許單一原色光(紅、綠、藍)通過，例如：當該第一彩色濾光層103為紅光濾光層時僅允許電磁輻射中的紅光通過，因此該對應的光二極體僅接收電磁輻射中的紅光；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103無法過濾非可見光(例如紅外光(IR))，因此電磁輻射中的非可見光可以通過該第一彩色濾光層103。
在一些實施例中，該第二彩色濾光層105設置於該第一彩色濾光層103旁；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105被該格柵104與該隔擋層102所包圍，該阻擋層102不設置在於該基板101與該第二彩色濾光層105之間。
在一些實施例中，該第二彩色濾光層105被用來過濾電磁輻射中的特殊波長，例如：非可見光、紅外光等；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105對準該基板101上的光二極體，因此，該光二極體僅能接收特定波長的電磁輻射。
在一些實施例中，該第二彩色濾光層105允許電磁輻射中的非可見光通過；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105為一紅外光濾光層僅允許紅外光通過，因此該對應的光二極體僅接收電磁輻射中的紅外光；當該做為阻擋非可見光或紅外光的隔擋層102不設置於該第二彩色濾光105之下時，該電磁輻射中的非可見光或紅外光會進入該基板101上的光二極體。
在一些實施例中，該第二彩色濾光層105包含染料基 或顏料基的聚合物；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105包含具有色顏料的樹脂或其他有機基；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105利用光學修正做光學優化；在一些實施例中，一微透鏡設置於該第二彩色濾光層105之上，用來引導或聚焦該電磁輻射入射至基板101中的光二極體。
在一些實施例中，一高介電常數(high k)介電層106設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該高介電常數介電層106的一部分設置在該基板101與該阻擋層102之間；在一些實施例中，該高介電常數介電層106的一部分設置於該彩色濾光層105與該基板101之間；在一些實施例中，該高介電常數介電層106包含二氧化鉿(Hafnium(IV)oxide(HfO2))或五氧化二鉭(Tantalum pentoxide(Ta2O5))等。
圖7是本發明之一實施例的半導體結構400的透視圖；圖8是圖7中半導體結構400延DD’線的剖面圖；在一些實施例中，該半導體結構400被用來感測影像入射至該半導體結構400的電磁輻射；在一些實施例中，該半導體結構400包含一基板101，一阻擋層102，一第一彩色濾光層103，一第二彩色濾光層105及一格柵(grid)104，相似於圖5及圖6中的半導體結構300。
在一些實施例中，該基板101包含一第一側101a及相對於該第一側101b的一第二側101b；該基板101的第二側101b用來接收電磁輻射；在一些實施例中，該阻擋層102包含一第一介電層102a及一第二介電層102b，該第一介電層102a及該第二介電層102b設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b堆疊在基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該第二介電層102b設置於該第一介電層102a之上；在一些實施例中，該第一介電層102a設置於該第二介電層102b之上。
在一些實施例中，該第一介電層102a包含氧化物或碳化物，該第二介電層102b包含氮化物；在一些實施例中，該第一介電層102a的厚度T3實質上大於0.06um；在一些實施例中，第二介電層102b的厚度T4實質上大於0.15um。
在一些實施例中，該第一彩色濾光層103設置於該基板101的第二側101b之上並允許電磁輻射中的可見光通過；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103無法過濾電磁輻射中的非可見光(例如紅外光(IR))，因此電磁輻射中的非可見光能通過該第一彩色濾光層103；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b設置於該第一彩色濾光層103與該基板101之間；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b共同吸收或反射通過該第一彩色濾光層103的非可見光或紅外光。
在一些實施例中，該第二彩色濾光層105設置於該基板101的第二側101b之上並允許電磁輻射中的非可見光或紅外光通過；在一些實施例中，該電磁輻射中的非可見光或紅外光通過該第二彩色濾光層105並進入該基板101；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105被該第一介電層102a及該第二介電層102b所包圍。當該第一介電層102a及該第二介電層102b不設置於該第二彩色濾光層105之下時，該非可見光及紅外光可以通過該第二彩色濾光層105並進入該基板101。
在一些實施例中，該格柵104設置於該第一介電層102a及該第二介電層102b之上；在一些實施例中，該格柵104分離該第一彩色濾光層103及該第二彩色濾光層105，並包圍該第一彩色濾光層103及該第二彩色濾光層105。
在一些實施例中，一高介電常數(high k)介電層106設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該高介電常數 介電層106的一部分設置於該基板101之上該第一介電層102a或該第二介電層102b之間；在一些實施例中，該高介電常數介電層106的一部分設置於該第二彩色濾光層105與該基板101之間。
圖9是本發明之一實施例的半導體結構500的透視圖；圖10是圖9中半導體結構500延EE’線的剖面圖；在一些實施例中，該半導體結構500被用來感測影像入射至該半導體結構500的電磁輻射；在一些實施例中，該半導體結構500包含一基板101，一阻擋層102，一第一彩色濾光層103，一第二彩色濾光層105及一格柵104，相似於圖7及圖8中的半導體結構400。
在一些實施例中，該半導體結構500包含數個第一介電層102a及數個第二介電層102b；在一些實施例中，該第一介電層102a包含氧化物或碳化物例如：二氧化矽或碳化矽等，該第二介電層102b包含氮化物例如：氮化矽等。
在一些實施例中，一個或數個第一介電層102a設置於該基板101與該第一彩色濾光層103及該第二彩色濾光層105之間；在一些實施例中，一個或數個第二介電層102b設置於該基板101與該第一彩色濾光層103及該第二彩色濾光層105之間；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103與其中一個第一介電層102a或其中一個第二介電層102b接觸；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105與其中一個第一介電層102a或其中一個第二介電層102b接觸。
在一些實施例中，設置在該第二彩色濾光層105與該基板101之間的若干個第一介電層102a及若干個第二介電層102b無法完全吸收或反射電磁輻射中的非可見光或紅外光，因此，該非可見光或紅外光會通過該若干個第一介電層102a及若干個第二介電層102b並進入該基板101。
在一些實施例中，一個或數個第一介電層102a及一個 或數個第二介電層102b被設置為一阻擋層102並且被該第二彩色濾光層105包圍；在一些實施例中，該阻擋層102包含若干個第一介電層102a及若干個第二介電層102b並能完全吸收或反射電磁輻射中的非可見光或紅外光，因此，非可見光或紅外光會被該阻擋層102阻擋且無法進入該基板101；在一些實施例中，該若干個第一介電層102a及若干個第二介電層102b(阻擋層102)被設置於該第一彩色濾光層103及該基板101之間，因此，該電磁輻射中的非可見光或紅外光被阻擋並且無法進入該基板101。
在一些實施例中，該阻擋層102包含數個第一介電層102a及數個第二介電層102b被設置於該基板101與該第一彩色濾光層103之間，該第一介電層102a及該第二介電層102b被用來吸收或反射電磁輻射中的非可見光或紅外光；在一些實施例中，該第一介電層102a與該第二介電層102b彼此互相堆疊設置於該基板101的第二側101b之上，該第一介電層102a與該第二介電層102b彼此互相接觸；在一些實施例中，該第一介電層102a與該第二介電層102b包圍該第二彩色濾光層105。
圖11是本發明之一實施例的半導體結構600的透視圖；圖12是圖11中半導體結構600延FF’線的剖面圖，圖13是圖11中半導體結構600延GG’線的剖面圖；在一些實施例中，該半導體結構600被用來感測影像入射至該半導體結構600的電磁輻射；在一些實施例中，該半導體結構600包含一基板101，一阻擋層102及一格柵104，相似於圖9及圖10中的半導體結構500。
在一些實施例中，該半導體結構600包含設置於該阻擋層102上的數個彩色濾光層103，每一個第一彩色濾光層103的組成相似於圖1和圖2中半導體結構100中的第一彩色濾光層103；在一些實施例中，該第一彩色濾光103用來過濾可見光，例如：其中一個彩色 濾光層103是白光濾光層，僅允許白光可見光通過；在一些實施例中，該第一彩色濾光103用來過濾單一種原色光(紅、綠、藍)，例如：其中一個彩色濾光層103是紅光濾光層，僅允許紅光通過、其中一個彩色濾光層103是綠光濾光層，僅允許綠光通過、其中一個彩色濾光層103是藍光濾光層，僅允許藍光通過。
在一些實施例中，該第一彩色濾光層103無法過濾非可見光(例如紅外光)，因此該電磁輻射中的非可見光可以通過該第一彩色濾光層103，當該阻擋層102設置於第一彩色濾光層103及該基板101之間時，該電磁輻射中的非可見光或紅外光通過該第一彩色濾光層103之後會被阻擋層102吸收或反射，無法進入該基板101。
在一些實施例中，該半導體裝置600包含一個或數個第二彩色濾光層105，該第二彩色濾光層105的組成相似於圖5和圖6中半導體結構300中的第二彩色濾光層105；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105設置於其中一個第一彩色濾光層103旁；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103及該第二彩色濾光層105設置成陣列狀(array manner)；在一些實施例中，該格柵103將該第一彩色濾光層103與該第二彩色濾光層105分隔。
在一些實施例中，該第二彩色濾光層105用來過濾電磁輻射中的非可見光或紅外光；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105僅允許紅外光通過並進入該基板101，當該第二彩色濾光層105及該基板101之間無設置該阻擋層102時，通過該第二彩色濾光層105的紅外光可以進入該基板101。
圖14是本發明之一實施例的影像感測裝置700的透視圖；圖15是圖14中影像感測裝置700延HH’線的剖面圖，該影像感測裝置700相似於圖1~13中所揭示的任一半導體結構(100、200、300、400、500或600)，該影像感測裝置700被用來感測影像入射至影像感 測裝置700背面700a的電磁輻射；在一些實施例中，該影像感測裝置700包含一基板101，一阻擋層102，數個第一彩色濾光層103，數個第二彩色濾光層105及一格柵104，相似於圖1~13中所揭示的任一半導體結構(100、200、300、400、500或600)。
在一些實施例中，該第一彩色濾光層103及該第二彩色濾光層105設置成陣列狀，其中該第一彩色濾光103用來過濾電磁輻射中的可見光，該第二彩色濾光105用來過濾電磁輻射中的非可見光；在一些實施例中，每一個第一彩色濾光層103僅允許單一種電磁輻射中的光原色(紅、綠、藍)通過，並使其進入該基板101上相對應的光二極體中，每一個第二彩色濾光層105允許電磁輻射中的紅外光通過，並使其進入該基板101上相對應的光二極體中，因此，該電磁輻射中的可見光與非可見光都可以被影像感測裝置700中基板101上相對應的光二極體吸收；在一些實施例中，紅光、綠光、藍光及紅外光都可被影像感測裝置700吸收，並提升該重建影像的準確性。
本發明揭示一種半導體裝置的製造方法；在一些實施例中，一半導體裝置由方法800所製成，該方法800包含數個步驟，但接下來的描述和說明並不構成操作程序上的限制。
圖16揭示一種半導體結構的製造方法800實施例，該方法800包含數個步驟(801、802、803、804及805)。
在步驟801中，提供一如圖16A中的基板101；在一些實施例中，該基板101為一矽基板；在一些實施例中，該基板101與圖1及圖2中半導體結構100中的基板101有相似的組成；在一些實施例中，該基板101包含一第一側101a及相對於該第一側101b的一第二側101b；在一些實施例中，數個光二極體設置於該基板101上。
在一些實施例中，一金屬間介電層(intermetallic dielectric(IMD))被設置於基板101上的第一側101a；在一些實施例 中，一互連層結構被設置於該金屬間介電層；在一些實施例中，一載體基板設置於該基板101上的第一側101a；在一些實施例中，該載體基板接觸該金屬間介電層或該第一側101a，該基板101的第二側101b在後繼的步驟中朝向上方；在一些實施例中，該一載體基板暫時接觸該基板101，並會在稍後的步驟中被移除；在一些實施例中，該載體基板為一矽基板或一玻璃基板等。
在步驟802中，如圖16B所示：一阻擋層102被設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該阻擋層102與圖1及圖2中半導體結構100中的阻擋層102有相似的組成；如圖16C所示：在一些實施例中，該阻擋層102包含一第一介電層102a及一第二介電層102b，且該第一介電層102a及該第二介電層102b設置於基板101的第二側101b之上以形成一阻擋層102；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b與圖3及圖4中半導體結構100中的阻擋層102有相似的組成；在一些實施例中，該第一介電層102a設置於該基板101上，且該第二介電層102b設置於該第一介電層102a上；在一些實施例中，該第二介電層102b設置於該基板101上，且該第一介電層102a設置於該第二介電層102b上。
如圖16D所示：在一些實施例中，該阻擋層102包含數個第一介電層102a及數個第二介電層102b；在一些實施例中，該第一介電層102a及該第二介電層102b互相堆疊於該基板101的第二邊101b之上；在一些實施例中，該第一介電層102a設置於該基板101上，且該第二介電層102b設置於該第一介電層102a上；在一些實施例中，該第二介電層102b設置於該基板101上，且該第一介電層102a設置於該第二介電層102b上。
在一些實施例中，該第一介電層102a包含氧化物或碳化物，該第二介電層102b包含氮化物；在一些實施例中，該第一介電 層102a或該第二介電層102b由氧化(oxidation)，化學汽相沉積(CVD)或任何其它合適方法所製成。
在步驟803中，如圖16E所示：一格柵104設置於該阻擋層102之上；在一些實施例中，一金屬層或氧化物層利用合適的方法(如CVD，濺鍍(sputtering)等)形成於該阻擋層102上，以形成一格柵104；在一些實施例中，該阻擋層102設置於該格柵104與該基板101之間。
在步驟804中，如圖16F所示：該格柵104的第一部分被移除以形成一第一凹孔(recess)107；在一些實施例中，該第一凹孔107延伸通過該格柵104；在一些實施例中，該阻擋層102設置於該第一凹孔107與基板101之間。
在一些實施例中，利用光微影(photolithography)及蝕刻法(etching)移除該格柵104的第一部分；設置一光阻(photoresist)以圖案化一光罩(photo mask)，並利用合適的顯影劑(developer)顯影該光阻；該圖案根據一彩色濾光層的位置而被顯影形成，該光罩僅移除該格柵對應於即將形成彩色濾光層的第一部分，最後，該格柵104的第一部分被蝕刻移除並形成一第一凹孔107。
在步驟805中，如圖16G、16H或16I所示：一第一彩色濾光層103被設置於該第一凹孔107中並與該阻擋層接觸；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103被格柵104所包圍；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103以旋轉塗佈法(spin coating)或其他合適的方法形成；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103用來過濾可見光，僅允許單一原色光通過；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103為一紅光濾光層、一綠光濾光層或一藍光濾光層；在一些實施例中，一微透鏡設置於該彩色濾光層103之上，用來引導或聚焦該電磁輻射入射至基板101中的光二極體；在一些實施例中，如圖16G、16H或16I所 示，一半導體結構被形成；該圖16G中的半導體結構對應於圖1及圖2中的半導體結構100，該圖16I中的半導體結構對應於圖3及圖4中的半導體結構300。
圖17揭示一種半導體結構的製造方法900實施例，該方法900包含數個步驟(901、902、903、904、905及906)。
在步驟901中，提供一如圖17A中的基板101；在一些實施例中，該步驟901與步驟801相似；在一些實施例中，一高介電常數介電層106被設置於該基板101的第二側101b之上。
在步驟902中，如圖17B、17C或17D所示：一阻擋層102被設置於該基板101的第二側101b之上；在一些實施例中，該步驟902與步驟802相似；在一些實施例中，如圖17C所示：該阻擋層102包含一第一介電層102a及一第二介電層102b；在一些實施例中，如圖17D所示：阻擋層102包含數個第一介電層102a及數個第二介電層102b。
在步驟903中，如圖17E所示：一格柵104設置於該阻擋層102之上；在一些實施例中，該步驟903與步驟803相似；在一些實施例中，該阻擋層102設置於格柵104與基板101之間。
在步驟904中，如圖17F所示：該格柵104的第一部分被移除以形成一第一凹孔107；在一些實施例中，該步驟904與步驟804相似；在一些實施例中，利用光微影及蝕刻法形成該第一凹孔107。
在步驟905中，如圖17G或17H所示：該格柵104的第二部分及該阻擋層102的一部分被移除以形成一第二凹孔108；在一些實施例中，利用光微影及蝕刻法形成該第二凹孔108，相似於形成凹孔107的方式；在一些實施例中，該第二凹孔108延伸通過該格柵104及該阻擋層102；在一些實施例中，該第二凹孔108延伸通過該格柵 104及一個或數個該第一介電層102a與一個或數個該第二介電層102b，因此，如圖17H所示：該第二凹孔108被設置於一個或數個該第一介電層102a之上或一個或數個該第二介電層102b之上；在一些實施例中，該第二凹孔108設置於該基板101之上。
在步驟906中，如圖17I所示：一第一彩色濾光層103設置於該第一凹孔107中；在一些實施例中，該步驟906與步驟805相似；在一些實施例中，該阻擋層102設置於該第一彩色濾光層103與該基板101之間。
在步驟907中，如圖17J所示：一第二彩色濾光層105設置於該第二凹孔108中；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105以旋轉塗佈法或其他合適的方法形成；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105設置於該基板101之上；在一些實施例中，一微透鏡設置於該第二彩色濾光層105之上；在一些實施例中，該第一彩色濾光層103及該第二彩色濾光層105同時形成；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105比該第一彩色濾光層103還要早形成。
在一些實施例中，該第二彩色濾光層105用來過濾非可見光；在一些實施例中，該第二彩色濾光層105為一紅外光濾光層僅允許紅外光通過並進入該基板101；在一些實施例中，如圖17J、17K或17L所示，一半導體結構被形成；該圖17J中的半導體結構對應於圖5及圖6中的半導體結構300，該圖17K中的半導體結構對應於圖7及圖8中的半導體結構400，該圖17L中的半導體結構對應於圖9及圖10中的半導體結構500。
以上所述一些實施例的特徵，以使本領域內之技藝人士能更好的理解本揭露的各個概念。本領域內之技藝人士他們可以很容易的將本申請公開的內容作為基礎來設計或更改其他的工藝及結構，以實現與本申請介紹的實施例相同的目的和實現同樣的優點。本 領域內之技藝人士還應該注意意識到這種等效構造並不背離本揭露精神的範疇，以及不在背離本揭露精神和範疇的情況下，可作各種改變、替代或更改。
100‧‧‧半導體結構
101‧‧‧基板
101a‧‧‧第一側
101b‧‧‧第二側
102‧‧‧阻擋層
103‧‧‧彩色濾光層
104‧‧‧格柵

Claims (10)

  1. 一種半導體結構，包含：一基板，包含一第一側及相對於該第一側的一第二側，該第二側配置成接收一電磁輻射；一阻擋層(barrier layer)設置於該基板的第二側上，並包括延伸通過該阻擋層的一凹孔；一彩色濾光層設置於該凹孔內並至少部分地被該阻擋層包圍；以及一格柵(grid)設置於該阻擋層上並包圍該彩色濾光層，其中該阻擋層配置成吸收或反射該電磁輻射中的非可見光，且該阻擋層設置於該格柵與該基板之間。
  2. 如請求項1所述之半導體結構，其中，該非可見光包含紅外光。
  3. 如請求項1所述之半導體結構，其中，該阻擋層包含氮化物。
  4. 如請求項1所述之半導體結構，其中，該阻擋層包含一第一介電層及一第二介電層，或包含複數個第一介電層及複數個第二介電層，且該複數個第一介電層及該複數個第二介電層彼此互相堆疊設置。
  5. 一種半導體結構，包含：一基板，包含一第一側及相對於該第一側的一第二側，該第二側配置成接收一電磁輻射；一第一介電層設置於該基板的第二側上；一第二介電層設置於該第一介電層及該基板的第二側上；一第一彩色濾光層設置於該基板的第二側上並配置成允許該電磁輻射中的可見光通過；以及一第二彩色濾光層設置於該基板的第二側上並配置成允許該電磁輻射中的紅外光通過； 一格柵，其分隔該第一彩色濾光層與該第二彩色濾光層並設置於該第一介電層與該第二介電層上，其中該第一介電層及該第二介電層包圍該第二彩色濾光層。
  6. 如請求項5所述之半導體結構，其中，該第一介電層及該第二介電層配置成吸收或反射通過該第一彩色濾光層的電磁輻射中的紅外光。
  7. 如請求項5所述之半導體結構，其中，該電磁輻射中的紅外光通過該第二彩色濾光層並進入該基板。
  8. 一種半導體結構的製造方法，包含：提供一基板，包含一第一側及相對於該第一側的一第二側；設置一阻擋層於該基板的第二側上；設置一格柵於該阻擋層上；移除該格柵的第一部分以形成一第一凹孔(recess)；移除該格柵的第二部分及該阻擋層的一部分以形成一第二凹孔；設置一第一彩色濾光層於該第一凹孔中，且該彩色濾光層與該阻擋層接觸；以及設置一第二彩色濾光層於該第二凹孔中，其中該阻擋層設置於該格柵與基板之間，該第二彩色濾光層至少部分地被該阻擋層包圍。
  9. 如請求項8所述之方法，其中，設置該阻擋層包含設置一第一介電層及一第二介電層，或包含複數個第一介電層與複數個第二介電層互相堆疊設置。
  10. 如請求項8所述之方法，其中，該第二凹孔延伸通過該格柵及該阻擋層。
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