TWI713210B - 圖像感測器以及用於形成圖像感測器的方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種圖像感測器以及用於形成圖像感測器的 方法。在一些實施例中，圖像感測器包含設置於半導體基板中的光偵測器。具有實質平坦上表面的波導濾波器設置於光偵測器上方。波導濾波器包含設置於濾光器柵結構中的濾光器。濾光器包含半透明且具有第一折射率的第一材料。濾光器柵結構包含半透明且具有小於第一折射率的第二折射率的第二材料。

Description

圖像感測器以及用於形成圖像感測器的方法
本揭露是有關於一種圖像感測器以及用於形成圖像感測器的方法。
許多現代電子裝置(例如，數碼相機，光學成像裝置，等)包括圖像感測器。圖像感測器將光學圖像轉換為可表示為數位圖像的數位資料。圖像感測器包含大量圖元感測器，其為用於將光學圖像轉換成數位資料的單元裝置。一些類型的圖元感測器包含電荷耦合裝置(charge-coupled device,CCD)圖像感測器和互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor,CMOS)圖像感測器。與CCD圖元感測器相比，CMOS圖元感測器由於低功耗、小尺寸、快速資料處理、資料直接輸出以及低製造成本而是有利的。
根據本揭露的實施例，圖像感測器包括設置於半導體基板中的光偵測器以及具有實質平坦上表面的波導濾波器。波導濾波器設置於光偵測器上方。波導濾波器包括設置於濾光器柵結構中的濾光器。濾光器包括半透明以及具有第一折射率的第一材料。濾光器柵結構包括半透明以及具有小於第一折射率的第二折射率的第二材料。
根據本揭露的實施例，圖像感測器包括光偵測器、第一濾光器柵結構、第一濾光器、介電層以及金屬柵。光偵測器設置於半導體基板中。第一濾光器柵結構設置於半導體基板的背側上方。半導體基板的背側與半導體基板的前側相對。金屬化結構設置於半導體基板的前側上。第一濾光器設置於第一濾光器柵結構中。介電層設置於半導體基板的背側上方以及設置於光偵測器與第一濾光器之間。金屬柵設置於介電層中。金屬柵包括設置於光偵測器的第一側上的第一部分及設置於與光偵測器的第一側相對的光偵測器的第二側上的第二部分。
根據本揭露的實施例，用於形成圖像感測器的方法包括：在半導體基板上形成隔離結構；在隔離結構上形成金屬柵；在隔離結構上形成介電層並覆蓋金屬柵；在介電層上方形成第一濾光器柵結構；在第一濾光器柵結構中形成第一濾光器；在第一濾光器柵結構以及第一濾光器兩者上方形成第一介面層；在第一介面層上方形成第二濾光器柵結構；在第二濾光器柵結構中形成第二濾光器；在第二濾光器柵結構及第二濾光器兩者上方形成第 二介面層；以及在第二介面層上方形成抗反射塗層。抗反射塗層被形成為具有實質平坦上表面。
100:圖像感測器
102、702:光偵測器
104:半導體基板
104b:背側
104f:前側
110、110a、110b:隔離結構
112:波導濾波器
114:介電層
116:金屬柵
118:第一多個濾光器
118a:第一濾光器
118b:第二濾光器
118c:第三濾光器
120:第一濾光器柵結構
124:第一介面層
126:抗反射塗層
128、130:光
202:金屬化結構
204:互連結構
206:層間介電層
208:半導體裝置
302:中心區
304:週邊區
306:圖案化蝕刻終止層
602:第二多個濾光器
604:第二濾光器柵結構
606:第二介面層
704:常見濾光器
1202:蝕刻終止層
1204:第一濾光器柵層
1302:第一濾光器溝槽
1502:第二濾光器柵層
1602:第二濾光器溝槽
2000:流程圖
2002、2004、2006、2008:動作
A:線A-A的端點
D 1 :第一距離
D 2 :第二距離
D 3 :第三距離
H:高度
L:長度
W:寬度
x、y、z:方向
結合附圖閱讀以下詳細描述會最好地理解本揭露的各方面。應注意，根據業界中的標準慣例，各個特徵未按比例繪製。實際上，為了論述清楚起見，可任意增大或減小各個特徵的尺寸。
圖1A到圖1B說明包括具有實質平坦上表面的波導濾波器的圖像感測器的一些實施例的各個視圖。
圖2A到圖2B說明圖1A到圖1B的圖像感測器的一些其它實施例的各個視圖。
圖3說明圖1A到圖1B的圖像感測器的一些更詳細實施例的橫截面視圖。
圖4說明圖3的圖像感測器的一些其它實施例的橫截面視圖。
圖5說明圖3的圖像感測器的一些其它實施例的橫截面視圖。
圖6說明圖3的圖像感測器的一些其它實施例的橫截面視圖。
圖7A到圖7B說明圖1A到圖1B的圖像感測器的一些其它實施例的各個視圖。
圖8A到圖8B說明圖7A到圖7B的圖像感測器的一些其它實施例的各個視圖。
圖9到圖19說明用於形成圖6的圖像感測器的方法的一些實施例的一系列橫截面視圖。
圖20說明用於形成包括具有實質平坦上表面的波導濾波器的圖像感測器的方法的一些實施例的流程圖。
現將參考圖式描述本揭露，其中通篇使用相同的圖式元件符號指代相同的元件，且其中所示出的結構不一定按比例繪製。應瞭解，此詳細描述和對應圖式不以任何方式限制本揭露的範圍，且所述詳細描述和圖式僅僅提供幾個實例來說明本揭露概念可體現自身的一些方式。
本揭露提供用於實施本揭露的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述元件和佈置的特定實例來簡化本揭露。當然，這些只是實例且並不旨在為限制性的。舉例來說，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或之上的形成可以包含第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，並且還可以包含額外特徵可形成於第一特徵與第二特徵之間從而使得第一特徵與第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外，本揭露可能在各個實例中重複圖式元件符號和/或字母。此重複是出於簡化和清晰的目的，且本身並不規定所論述的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，空間相對術語，例如“在...下部”、“在...下”、“下部”、“在...上”、“上部”及類似者，可在本文中使用以易於描述如圖式所示的一個元件或特徵與另一元件或特徵的關係。除了圖中所描繪的定向之外，空間相對術語意圖涵蓋在使用 或操作中的裝置的不同定向。設備可以其它方式定向(旋轉90度或處於其它取向)，且本文中所使用的空間相對描述詞同樣可相應地進行解釋。
一些互補金屬氧化物半導體圖像感測器(complementary metal-oxide semiconductor image sensor,CIS)包含多個設置於半導體基板中的光偵測器。設置於濾光器柵結構中的具有多個濾光器(例如，彩色濾光器)的濾光器陣列(例如，彩色濾光器陣列)設置於光偵測器上方。多個微透鏡典型地設置於濾光器陣列上，因此濾光器陣列分離來自光偵測器的微透鏡。典型地，微透鏡具有圓形上表面，因此微透鏡將入射輻射(例如，光子)聚焦到光偵測器上。
以上CIS的挑戰在於微透鏡所聚焦到光偵測器上的入射輻射的量。為提高CIS的性能(例如，增加圖元解析度，減小外觀尺寸，等)，CIS的特徵尺寸典型地按比例縮小。然而，隨著微透鏡按比例縮小(例如，當微透鏡的半徑按比例縮小為接近/小於入射輻射的波長時)，繞射可能會不利地影響微透鏡所聚焦到光偵測器上的輻射的量。因此，隨著CIS的特徵尺寸繼續按比例縮小，微透鏡可能會不利地影響CIS的量子效率(quantμm efficiency,QE)。
在各種實施例中，本揭露是針對具有實質平坦上表面的波導濾波器。波導濾波器設置於光偵測器上方且包括設置於濾光器柵結構中的濾光器，濾光器柵結構和濾光器對光(例如，具有 介於約10奈米(nm)與1毫米(mm)之間的波長的光子)而言是至少部分半透明的。濾光器包括具有第一折射率的第一材料，且濾光器柵結構包括具有小於第一折射率的第二折射率的第二材料。波導濾波器被配置以將入射光導向光偵測器。
因為濾光器與濾光器柵結構兩者是至少部分半透明的，因此濾光器與濾光器柵兩者會將光導向光偵測器。此外，因為第一折射率大於第二折射率，所以入射到濾光器的光被限制於濾光器(例如，由於全內反射)並且被引導到光偵測器上。另外，因為第二折射率小於第一折射率，所以大部分入射到濾光器柵結構的光被引導到濾光器並且朝著光偵測器折射，從而將入射到濾光器柵結構的光引導到光偵測器上。因此，波導濾波器會具有實質平坦上表面並且將入射輻射聚焦到光偵測器上，從而減少按比例縮小的微透鏡所引起的負繞射效應。因此，波導濾波器可提高具有按比例縮小的特徵尺寸(例如，小於約1微米(μm))的CIS的QE。
圖1A到圖1B說明包括具有實質平坦上表面的波導濾波器的圖像感測器100的一些實施例的各個視圖。圖1A說明沿圖1B的線A至A所截取的橫截面視圖。圖1B說明面對半導體基板背側的圖像感測器100的視圖。
如圖1A到圖1B中所示，圖像感測器100包括多個設置於半導體基板104中的光偵測器102。多個光偵測器102被配置成吸收入射輻射(例如，光子)與產生對應於入射輻射對應的電信 號。在進一步的實施例中，半導體基板104包括任何類型的半導體主體(例如，單晶矽/CMOS塊體、矽鍺(silicon-germaniμm,SiGe)、絕緣體上矽(silicon on insulator,SOI)，等等)。
在一些實施例中，隔離結構110設置於半導體基板104上方/半導體基板104中。在進一步的實施例中，隔離結構110設置於半導體基板104的背側104b上。在進一步的實施例中，隔離結構110從半導體基板104的背側104b延伸到多個光偵測器102之間的半導體基板104中。
具有實質平坦上表面的波導濾波器112設置於半導體基板104上方。在一些實施例中，波導濾波器112設置於半導體基板104的背側104b上方。在進一步的實施例中，波導濾波器112包括設置於隔離結構110上的介電層114。
在一些實施例中，金屬柵116設置於介電層114中。在進一步的實施例中，金屬柵116的第一部分設置於多個光偵測器102的其中之一的第一側上，且金屬柵116的第二部分設置於多個光偵測器102的其中之一中與第一側相對的第二側上。在此類實施例中，直接設置於多個光偵測器102的其中之一上方的介電層114的一部分可分離金屬柵116的第一部分與金屬柵116的第二部分。在進一步的實施例中，金屬柵116可包括例如鎢、銅、鋁或其類似者。
第一多個濾光器118設置於第一濾光器柵結構120中並且設置於多個光偵測器102上方。在一些實施例中，第一多個濾 光器118設置於包括多個行與列的第一濾光器陣列中。例如，第一多個濾光器118可以包括被配置以傳輸具有在第一範圍中的波長的光(例如，具有介於約10奈米與1毫米之間的波長的光子)的第一濾光器118a、被配置以傳輸具有在不同於第一範圍的第二範圍中的波長的光的第二濾光器118b以及被配置以傳輸具有在不同於第一範圍和第二範圍的第三範圍中的波長的光的第三濾光器118c。在進一步的實施例中，第一濾光器118a、第二濾光器118b以及第三濾光器118c可以設置於同一行中。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118中的每個濾光器對應於多個光偵測器102中的一光偵測器。
在一些實施例中，第一多個濾光器118可為彩色濾光器。舉例來說，第一濾光器118a可為紅色濾光器，第二濾光器118b可為綠色濾光器，以及第三濾光器118c可為藍色濾光器。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118可為被配置成過濾具有紅外(IR)波長的入射輻射的IR濾光器。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118可以包括彩色濾光器以與IR濾光器的組合。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構120會界定第一多個濾光器118的佈局。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120可以與金屬柵116垂直對準。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118中的每一者可以具有大致類似的覆蓋面積(第一多個濾光器118中的其中一者的面積投影到介電層114上)。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120的寬度W在濾光器陣列的每 列之間會實質相同。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120的長度L在濾光器陣列的每行之間會實質相同。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120的寬度W可以不同於第一濾光器柵結構120的長度L。在其它實施例中，寬度W和長度L可以大致相同。
第一介面層124設置於第一多個濾光器118和第一濾光器柵結構120兩者上方。在一些實施例中，第一介面層124具有實質平坦上表面。抗反射塗層(anti-reflective coating,ARC)126設置於第一介面層124上方。在一些實施例中，ARC 126具有實質平坦上表面。在進一步的實施例中，ARC 126的實質平坦上表面可界定波導濾波器112的最上表面。
在一些實施例中，第一多個濾光器118包括具有第一折射率的第一濾光材料。在進一步的實施例中，第一折射率可以介於約1.4與約4之間。在進一步的實施例中，第一濾光材料可以包括例如光致抗蝕劑(例如，正型/負型光致抗蝕劑)，其包括染料/顏料、分散劑聚合物、聚合單體、和/或其它化學物質(例如，用於聚合反應的化學物質)。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118對光而言是至少部分半透明的。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構120包括具有小於第一折射率的第二折射率的第一介電材料。在進一步的實施例中，第一折射率的平方減去第二折射率的平方小於約0.25。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120可以包括例如氧化物(例 如，二氧化矽(SiO2))、氮化物(例如，氮化矽(SiN))、氮氧化物(例如，氮氧化矽(SiOXNY))或類似者。在進一步的實施例中，第一折射率的平方減去第二折射率的平方小於約0.25。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120對光而言是至少部分半透明的。
因為第一多個濾光器118和第一濾光器柵結構120兩者是至少部分半透明的，所以第一多個濾光器118和第一濾光器柵結構120兩者會將光導向多個光偵測器102。此外，因為第一折射率大於第二折射率，所以入射到第一多個濾光器118的光128分別被限制於第一多個濾光器118(例如，由於全內反射)，且被引導到多個光偵測器102上。另外，因為第二折射率小於第一折射率，所以大部分入射到第一濾光器柵結構120的光130被引導到第一多個濾光器118並且朝多個光偵測器102折射，從而引導大部分入射到第一濾光器柵結構120的光130到多個光偵測器102上。因此，波導濾波器112可以具有實質平坦上表面並且將入射輻射聚焦到多個光偵測器102上，從而減少由按比例縮小的微透鏡中的繞射所導致的負效應。因此，波導濾波器112會提高具有按比例縮小的特徵尺寸(例如，小於約1微米(μm))的互補金屬氧化物半導體圖像感測器(CIS)的量子效率(QE)。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的高度H大於約0.8微米。更具體地，在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的高度H介於約0.8微米與2.0微米之間。在進一步的實施例中， 如果第一濾光器柵結構120的高度H大於約0.8微米，則第一濾光器柵結構120的高度H足夠大以使得入射到第一濾光器柵結構的光130可以被引導到第一多個濾光器118，從而提高波導濾波器112引導到光偵測器102上的入射輻射的量。在進一步的實施例中，如果第一濾光器柵結構120的高度H小於約2.0微米，則第一濾光器柵結構120的高度H足夠小以使得入射到第一濾光器柵結構120的光130可以被引導到第一多個濾光器118，第一多個濾光器118具有足夠能量，使得第一多個濾光器118可以將入射光130折射到多個光偵測器102上，從而提高波導濾波器112引導到光偵測器102上的入射輻射的量。因此，如果第一濾光器柵結構120的高度H小於約0.8微米和/或大於約2.0微米，則應瞭解，波導濾波器112引導到光偵測器102上的入射光(例如，入射光128/入射光130)的量可能受到不利影響。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的寬度W介於多個光偵測器102中的一者的寬度(例如，多個光偵測器102中的一者的相對側面之間的距離)的約1/6與多個光偵測器102中的一者的寬度的約1/3之間。舉例來說，如果多個光偵測器102的寬度分別約0.9微米，則第一濾光器柵結構120的寬度W會介於約0.15微米與約0.3微米之間。在進一步的實施例中，如果第一濾光器柵結構120的寬度W大於多個光偵測器102中的一者的寬度的約1/6，則第一濾光器柵結構120的寬度W足夠大以使得入射到第一濾光器柵結構120的光130可以被引導到第一多個濾光器 118，從而提高波導濾波器112引導到光偵測器102上的入射輻射的量。在進一步的實施例中，如果第一濾光器柵結構120的寬度W小於多個光偵測器102中的一者的寬度的約1/3，則第一濾光器柵結構120的寬度W足夠小以使得入射到第一濾光器柵結構120的光130可以被引導到第一多個濾光器118，第一多個濾光器118具有足夠能量，使得第一多個濾光器118可以將入射光130折射到多個光偵測器102上，從而提高波導濾波器112引導到光偵測器102上的入射輻射的量。因此，如果第一濾光器柵結構120的寬度W小於多個光偵測器102中的一者的寬度的約1/6和/或大於多個光偵測器102中的一者的寬度的約1/3，則應瞭解，波導濾波器112引導到光偵測器102上的入射光(例如，入射光128/入射光130)的量可能受到不利影響。
圖2A至圖2B說明圖1A到圖1B的圖像感測器的一些實施例的各個視圖。圖2A說明沿圖2B的線A-A截取的橫截面視圖。圖2B說明面對半導體基板的背側的圖像感測器的視圖。
如圖2A至圖2B中所示，第一多個濾光器118可以具有不同覆蓋面積。舉例來說，第一濾光器118a的覆蓋面積可小於第二濾光器118b。在此類實施例中，第一濾光器118a的覆蓋面積會與第三濾光器118c大致類似。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118中具有較大覆蓋面積的一些濾光器可各自引導同一波長範圍內的光。例如，第一多個濾光器118中具有較大覆蓋面積的一些濾光器可為綠色濾光器，而第一多個濾光器118中具有較小 覆蓋面積的一些其它濾光器可為紅色濾光器和/或藍色濾光器。因為第一多個濾光器118可以具有不同覆蓋面積，所以可以選擇性地調整波導濾波器112所引導的總光譜。例如，可以選擇性地調整波導濾波器，使得綠光的量子效率(QE)大於紅光和/或藍光的QE。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構120可以不與金屬柵116垂直對準。例如，在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的部分可以分別關於金屬柵116的部分而側向(例如，沿x軸和/或y軸)偏移。例如，第一濾光器柵結構120的第一部分設置於第二濾光器118b與第三濾光器118c之間。在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的第一部分可以關於設置在第一濾光器柵結構120的第一部分正下方的金屬柵116的一部分，在第一側向方向上(例如，沿著第一方向上的x軸)偏移。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120的第二部分設置於第三濾光器118c中與第一濾光器柵結構120的第一部分相對的一側上。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120的第二部分可以關於設置在第一濾光器柵結構120的第二部分正下方的金屬柵116的一部分，在與第一側向方向相反的第二側向方向上(例如，沿著與第一方向相反的第二方向上的x軸)偏移。
在一些實施例中，金屬化結構202設置於半導體基板104的前側104f上。金屬化結構202包括設置於層間介電(interlayer dielectric,ILD)層206中的互連結構204(例如，銅互連件)。互 連結構204包括多個導電特徵(例如，金屬線、金屬通孔、金屬觸點等)，其將多個半導體裝置208(例如，轉移電晶體、復位電晶體等)電性耦合在一起。
圖3說明圖1A到圖1B的圖像感測器的一些更詳細實施例的橫截面視圖。
如圖3中所示，圖像感測器100包括中心區302和週邊區304。週邊區304設置於半導體基板104的邊緣與中心區302之間。應瞭解，多個週邊區可以設置於中心區302的相對側面上，使得週邊區設置於半導體基板104的相對邊緣與中心區302之間。
在一些實施例中，隔離結構110包括設置於半導體基板104上方並沿著半導體基板104的背側104b延伸的上隔離結構區110a。在進一步的實施例中，隔離結構110包括從上隔離結構區110a延伸到半導體基板104中的多個深溝槽隔離結構(deep trench isolation,DTI)110b。在進一步的實施例中，DTI結構110b垂直延伸到多個光偵測器102之間的半導體基板104中。在進一步的實施例中，隔離結構110可以包括例如氧化物(例如SiO2)、氮化物(例如SiN)、氮氧化物(例如SiOXNY)，或其類似者。在進一步的實施例中，DTI結構110b可以是背側DTI結構。
在一些實施例中，介電層114可以包括例如氧化物(例如SiO2)、氮化物(例如SiN)、氮氧化物(例如SiOXNY)，或其類似者。在進一步的實施例中，介電層114和隔離結構110可以是同一種材料。在其它實施例中，介電層114可以包括與隔離結 構110不同的材料。
在中心區302中，在一些實施例中，金屬柵116的佈局可與DTI結構110b的佈局大致垂直對準。例如，在中心區302中，金屬柵116的佈局會直接上覆DTI結構110b的佈局。在週邊區304中，在一些實施例中，金屬柵116的佈局可關於DTI結構110b的佈局朝著中心區302偏移。例如，在週邊區304中，金屬柵116的佈局可關於DTI結構110b的佈局(例如，沿x軸和/或y軸)偏移。在進一步的實施例中，週邊區304中的金屬柵116的佈局朝著中心區302偏移第一距離D 1 。在進一步的實施例中，第一距離D 1 小於或等於多個光偵測器102中的一者的寬度的約一半。在進一步的實施例中，多個光偵測器102中的一者的寬度可小於或等於約1微米。
在一些實施例中，圖案化蝕刻終止層306設置於第一濾光器柵結構120與介電層114之間。在進一步的實施例中，圖案化蝕刻終止層306可以包括例如氧化物(例如SiO2)、氮化物(例如SiN)、氮氧化物(例如SiOXNY)，或其類似者。在進一步的實施例中，圖案化蝕刻終止層306包括與第一濾光器柵結構120不同的材料。
在中心區302中，在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的佈局可與金屬柵116的佈局大致垂直對準。例如，在中心區302中，第一濾光器柵結構120的佈局會直接上覆金屬柵116的佈局。在週邊區304中，在一些實施例中，第一濾光器柵結構120 的佈局可關於金屬柵116的佈局朝著中心區302(例如，沿x軸和/或y軸)偏移。在進一步的實施例中，週邊區304中的第一濾光器柵結構120的佈局可以朝著中心區302偏移第二距離D 2 。在進一步的實施例中，第二距離D 2 小於或等於多個光偵測器102中的一者的寬度的約一半。在進一步的實施例中，第二距離D 2 大於第一距離D 1 。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的高度與第一多個濾光器118的高度會不同，使得第一濾光器柵結構120的上表面和第一多個濾光器118的上表面是非共平面的。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118的上表面可以是非平面的。例如，第一多個濾光器118中的一者的上表面可以是凹面的。
在一些實施例中，第一介面層124被配置成提供後續層可以形成於第一介面層124上的實質平坦表面，使得後續層可以形成實質平坦上表面。例如，第一介面層124可具有實質平坦上表面，同時設置於包括第一濾光器柵結構120的上表面和第一多個濾光器118的上表面的非平面表面上，從而提供ARC 126可在其上形成的實質平坦表面。在進一步的實施例中，第一介面層124可以具有自動調平特性，使得第一介面層124填平第一多個濾光器118與第一濾光器柵結構120之間在高度方面的差異。在進一步的實施例中，第一介面層124可以包括例如旋塗式電介質(例如，SiO2)、光致抗蝕劑(例如，正型/負型光致抗蝕劑)、樹脂(例如，酚甲醛樹脂、環氧樹脂等)、聚合物，或其類似者。
在一些實施例中，ARC 126設置於第一介面層124的實質平坦上表面上。在進一步的實施例中，由於第一介面層124的實質平坦上表面，ARC 126的上表面的至少部分是實質上平面的。在進一步的實施例中，ARC 126包括例如氧化物(例如，SiO2)、氮化物(例如，SiN)，或其類似者。
圖4說明圖3的圖像感測器的一些其它實施例的橫截面視圖。
如圖4中所示，金屬柵116設置於隔離結構110內。在一些實施例中，金屬柵116設置於DTI結構110b內。在進一步的實施例中，金屬柵116的上表面設置在半導體基板104的背側104b下。在中心區302中，在一些實施例中，金屬柵116可以設置於DTI結構110b中，使得設置於相對應的DTI結構中的金屬柵116的一部分與相對應的DTI結構的相對側面大致均勻地間隔開。在週邊區304中，在一些實施例中，金屬柵116可以設置於DTI結構110b中並且朝著中心區302偏移，使得設置於相對應的DTI結構中的金屬柵116的一部分設置為比相對應的DTI結構的相對側面更接近相對應的DTI結構的一側。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118和圖案化蝕刻終止層306可以設置於上隔離結構區110a上。
圖5說明圖3的圖像感測器的一些其它實施例的橫截面視圖。
如圖5中所示，多個降噪結構502設置於介電層114中。 多個降噪結構502被配置以降低雜訊(例如，串擾)，這可能不利地影響圖像感測器100的性能。在一些實施例中，多個降噪結構502中的每一者設置於金屬柵116的鄰近部分之間。在進一步的實施例中，降噪結構502具有與介電層114高的折射率。在進一步的實施例中，降噪結構502可以包括例如氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)，或其類似者。
在一些實施例中，多個降噪結構502中的每一者可與金屬柵116的其中降噪結構設置於其間的鄰近部分大致均勻地間隔開。在進一步的實施例中，多個降噪結構502的上表面與介電層114的上表面共面。在又另外的實施例中，第一多個濾光器118、圖案化蝕刻終止層306和/或第一濾光器柵結構120可以設置於降噪結構502上。
圖6說明圖3的圖像感測器的一些其它實施例的橫截面視圖。
如圖6中所示，第二多個濾光器602設置於第二濾光器柵結構604中。在一些實施例中，第二多個濾光器602包括具有第三折射率的第二濾光材料。第二濾光材料可以包括例如光致抗蝕劑(例如，正型/負型光致抗蝕劑)，其包括染料/顏料、分散劑聚合物、聚合單體、和/或其它化學物質(例如，用於聚合反應的化學物質)。在進一步的實施例中，第二濾光材料和第一濾光材料可以是同一種材料。在其它實施例中，第二濾光材料和第一濾光材料可以是不同材料。在進一步的實施例中，第二濾光器柵結構 604與第一濾光器柵結構120的組合高度大於約0.8微米。更具體地，在一些實施例中，第二濾光器柵結構604和第一濾光器柵結構120的合併高度介於約0.8微米與約2.0微米之間。
在一些實施例中，第三折射率可以介於約1.4與約4之間。在進一步的實施例中，第三折射率可以與第一折射率大致相同。在其它實施例中，第三折射率可以不同於第一折射率。在進一步的實施例中，第二多個濾光器602對光而言是至少部分半透明的。
在一些實施例中，第二濾光器柵結構604包括具有小於第三折射率的第四折射率的第二介電材料。在進一步的實施例中，第二濾光器柵結構604可以包括例如氧化物(例如，SiO2)、氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)，或其類似者。在進一步的實施例中，第二介電材料和第一介電材料可以是同一種材料。在其它實施例中，第二介電材料和第一介電材料可以是不同材料。
在一些實施例中，第三折射率平方減去第四折射率平方小於0.25。在進一步的實施例中，第四折射率可以與第二折射率大致相同。在其它實施例中，第四折射率可不同於第二折射率。在進一步的實施例中，第二濾光器柵結構604對光而言是至少部分半透明的。
在一些實施例中，可以選擇性地調整第一折射率、第二折射率、第三折射率和/或第四折射率。在進一步的實施例中，可 以通過例如選擇性地挑選用於第一濾光材料的特定材料(例如，挑選氧化物或氮化物)，選擇性地挑選第一濾光材料的特定組合物(例如，挑選第一濾光材料中特定量的染料/顏料)或其類似者來選擇性地調整第一折射。在進一步的實施例中，第三折射率可以通過與第一折射率大致類似的方式來選擇性地調整。在進一步的實施例中，可以通過例如選擇性地挑選用於第二濾光材料的特定材料(例如，挑選氧化物或氮化物)；選擇性地挑選第二濾光材料的特定組合物(例如，挑選第二濾光材料的特定孔隙率)；形成其多個層具有不同折射率的第一濾光器柵結構120(例如，其第一層被第二層覆蓋)，使得所述多個層的折射率為特定第二折射率；或其類似者來選擇性地調整第二折射率。在進一步的實施例中，第四折射率可以通過與第二折射率大致類似的方式選擇性地調整。
在一些實施例中，第一介面層124設置於第二多個濾光器602與第二濾光器柵結構604兩者上。在此類實施例中，第一介面層124會填補第二多個濾光器602與第二濾光器柵結構604之間在高度方面的差異。
在一些實施例中，第二介面層606將第一多個濾光器118和第一濾光器柵結構120從第二多個濾光器602和第二濾光器柵結構604分離。在進一步的實施例中，第二介面層606具有實質平坦上表面。在進一步的實施例中，第二介面層606被配置成提供一或多個層可以隨後在其上形成的實質平坦上表面，使得所述一或多個後續層可以形成有實質平坦上表面。舉例來說，第二介 面層606可以具有實質平坦上表面，同時設置於包括第一濾光器柵結構120的上表面和第一多個濾光器118的上表面的非平面表面上。在進一步的實施例中，第二介面層606可具有自動平整(self-leveling)特性，使得第二介面層606填補第一多個濾光器118與第一濾光器柵結構120之間在高度方面的差異。
在一些實施例中，第二介面層606可以包含例如旋塗式電介質(例如，SiO2)、光致抗蝕劑(例如，正型/負型光致抗蝕劑)、樹脂(例如，酚甲醛樹脂、環氧樹脂等)、聚合物，或其類似者。在進一步的實施例中，第二介面層606和第一介面層124可以是同一種材料。在其它實施例中，第二介面層606和第一介面層124可以是不同材料。
在一些實施例中，第二多個濾光器602和第二濾光器柵結構604會設置於第二介面層606上。在進一步的實施例中，第二多個濾光器602可以是彩色濾光器。在進一步的實施例中，第二多個濾光器602可以是被配置成對具有IR波長的入射輻射進行過濾的IR濾光器。在進一步的實施例中，第二多個濾光器602可以包括彩色濾光器與IR濾光器的組合。
在中心區302中，在一些實施例中，第二濾光器柵結構604的佈局可與第一濾光器柵結構120的佈局大致垂直對準。在週邊區304中，在一些實施例中，第二濾光器柵結構604的佈局可以朝著中心區302偏移第三距離D 3 。在進一步的實施例中，第三距離D 3 小於或等於多個光偵測器102中的一者的寬度的約一半。 在又另外的實施例中，第三距離D 3 與第二距離D 2 會大致相同。在其它實施例中，第三距離D 3 會與第二距離D 2 不同。
在一些實施例中，當波導濾波器112包括第二濾光器柵結構604和第一濾光器柵結構120時，波導濾波器112可以通過例如使週邊區304中的第二濾光器柵結構604的佈局關於週邊區304中的第一濾光器柵結構120的佈局偏移(例如，朝著中心區302或遠離中心區302偏移)來進一步提高圖像感測器的邊緣性能。另外，當波導濾波器112包括第二多個濾光器602和第一多個濾光器118兩者時，由於包括第二多個濾光器602或第一多個濾光器118中僅一者的波導濾波器112對所述波導濾波器112可以濾波的入射輻射的一定範圍的波長進行濾波，所述波導濾波器112可以用於額外的圖像感測器應用中。
圖7A到圖7B說明圖1A到圖1B的圖像感測器的一些其它實施例的各個視圖。圖7A說明沿圖7B的線A-A截取的橫截面視圖。圖7B說明面對半導體基板的背側的圖像感測器的視圖。
如圖7A到圖7B中所示，一組光偵測器702設置於半導體基板104中。在一些實施例中，該組光偵測器702中的多個光偵測器102是以包括一或多行和一或多列的光偵測器陣列進行佈置。舉例來說，光偵測器陣列可以包括兩列和兩行(例如，2×2結構)。應瞭解，光偵測器陣列可以包括行與列的其它組合，例如一行與兩列(例如，2×1結構)。
在一些實施例中，常見濾光器704設置於一組光偵測器 702上。在進一步的實施例中，常見濾光器704至少部分地覆蓋一組光偵測器702。因為常見濾光器704至少部分地覆蓋一組光偵測器702，所以圖像感測器100能夠檢測入射輻射聚焦到一組光偵測器702中的多個光偵測器102上的情況的差異。因此，圖像感測器100可具有自動聚焦功能(例如，相位檢測自動聚焦)。
在一些實施例中，常見濾光器704可覆蓋一組光偵測器702中的多個光偵測器102中的每一者的部分。在進一步的實施例中，常見濾光器704可以集中設置於一組光偵測器702上方，使得常見濾光器704覆蓋一組光偵測器702中的多個光偵測器102中的每一者的尺寸大致類似的部分。在進一步的實施例中，第一多個濾光器118可設置在常見濾光器704的側面周圍。在此類實施例中，設置於常見濾光器704的相對側面上的第一多個濾光器118中的濾光器可與常見濾光器704間隔大致相同距離。
圖8A至8B說明圖7A至7B的圖像感測器的一些實施例的各個視圖。圖8A說明沿圖8B的線A-A截取的橫截面視圖。圖8B說明面對半導體基板的背側的圖像感測器的視圖。
如圖8A至8B中所示，常見濾光器704在側向方向上(例如，沿x軸)偏移。在一些實施例中，設置在704常見濾光器的側面周圍的第一多個濾光器118可以在側向方向上偏移。在進一步的實施例中，常見濾光器704在側向方向上可比第一多個濾光器118偏移更遠的距離。在進一步的實施例中，常見濾光器704可覆蓋一組光偵測器702中的多個光偵測器102中的一些的各部 分，並且不會覆蓋一組光偵測器702中的多個光偵測器102中的一些其它光偵測器的各部分。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的各部分會具有不同寬度。舉例來說，在一些實施例中，第一濾光器柵結構120的第一部分設置於常見濾光器704的第一側上，且第一濾光器柵結構120的第二部分設置於常見濾光器704的與第一側相對的第二側上。在此類實施例中，第一濾光器柵結構120的第一部分的寬度可大於第一濾光器柵結構120的第二部分。
在進一步的實施例中，金屬柵116的各部分會具有不同寬度。舉例來說，在一些實施例中，金屬柵116的第一部分設置於常見濾光器704的第一側上，且金屬柵116的第二部分設置於常見濾光器704的第二側上。在此類實施例中，金屬柵116的第一部分的寬度可大於金屬柵116的第二部分。
圖9到圖19說明用於形成圖6的圖像感測器的方法的一些實施例的一系列橫截面視圖。
如圖9中所示，隔離結構110形成於半導體基板104上方/半導體基板104中。在一些實施例中，隔離結構110形成於半導體基板104的背側104b上。在進一步的實施例中，用於形成隔離結構110的製程包括選擇性地蝕刻半導體基板104以在半導體基板104中形成從半導體基板104的背側104b延伸到半導體基板104中的溝槽。在一些實施例中，通過在半導體基板104的背側104b上形成遮蔽層(未圖示)，且隨後使半導體基板104暴露於被 配置成移除半導體基板104的未遮蔽部分的蝕刻劑，選擇性地蝕刻半導體基板104。此後，在一些實施例中，剝離遮蔽層。
隨後，介電層沉積或生長在半導體基板104的背側104b上以及溝槽中，從而形成隔離結構110。在一些實施例中，介電層可以通過例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)、熱氧化、濺鍍、一些其它沉積或生長製程，或前述各者的組合而沉積或生長。在進一步的實施例中，介電材料可以包括例如氧化物(例如，SiO2)、氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)，或其類似者。在進一步的實施例中，可以在隔離結構110上執行平坦化製程(例如，化學-機械平坦化(chemical-mechanical planarization,CMP))以形成實質平坦上表面。
如圖10中所示，金屬柵116形成於隔離結構110上方。在一些實施例中，用於形成金屬柵116的製程包括在隔離結構110上沉積導電層(未圖示)。在進一步的實施例中，導電層可以通過例如CVD、PVD、ALD、濺鍍、電化學鍍敷、無電極電鍍、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積於隔離結構110上。在進一步的實施例中，導電層可包含例如鎢、銅、鋁或其類似者。此後，通過在導電層上形成遮蔽層(未圖示)且隨後使導電層暴露於被配置成移除導電層的未遮蔽部分的蝕刻劑來選擇性地蝕刻導電層，從而形成金屬柵116。在一些實施例中，隨後剝離遮蔽層。
如圖11中所示，介電層114形成於金屬柵116和隔離結構110上方。在一些實施例中，用於形成介電層114的製程包括在金屬柵116和隔離結構110上沉積介電層114。在進一步的實施例中，介電層114可以通過例如CVD、PVD、ALD、濺鍍、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積。在進一步的實施例中，可以在介電層114上執行平坦化製程(例如，CMP)以形成實質平坦上表面。
如圖12中所示，蝕刻終止層1202形成於介電層114上方。在一些實施例中，用於形成蝕刻終止層1202的製程包括在介電層114上沉積蝕刻終止層1202。在進一步的實施例中，蝕刻終止層1202可以通過例如CVD、PVD、ALD、濺鍍、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積。在進一步的實施例中，蝕刻終止層1202可包括例如氧化物(例如，SiO2)、氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)，或其類似者。
此外示出於圖12中，第一濾光器柵層1204形成於蝕刻終止層1202上方。在一些實施例中，用於形成第一濾光器柵層1204的製程包括沉積第一濾光器柵層1204到蝕刻終止層1202上。在一些實施例中，第一濾光器柵層1204可以通過例如CVD、PVD、ALD、濺鍍、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積於蝕刻終止層1202上。在一些實施例中，第一濾光器柵層1204可包括例如氧化物(例如，SiO2)、氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)，或其類似者。在進一步的實施例中，第一濾光 器柵層1204對光而言是至少部分半透明的。
如圖13中所示，第一濾光器柵結構120和圖案化蝕刻終止層306形成於介電層114上方。此外，在形成第一濾光器柵結構120和圖案化蝕刻終止層306的過程中，多個第一濾光器溝槽1302形成於介電層114上方。在一些實施例中，多個第一濾光器溝槽1302中的每一者由介電層114的上表面、第一濾光器柵結構120的側壁以及圖案化蝕刻終止層306的側壁界定。
在一些實施例中，用於形成第一濾光器柵結構120和圖案化蝕刻終止層306的製程包括選擇性地蝕刻第一濾光器柵層1204(參見例如圖12)和蝕刻終止層1202(參見例如圖12)。在進一步的實施例中，可以通過在第一濾光器柵層1204上形成遮蔽層(未圖示)且隨後使第一濾光器柵層1204暴露於被配置成移除第一濾光器柵層1204的未遮蔽部分和蝕刻終止層1202的未遮蔽部分的蝕刻劑來選擇性蝕刻第一濾光器柵層1204和蝕刻終止層1202，從而形成第一濾光器柵結構120和圖案化蝕刻終止層306。在一些實施例中，隨後剝離遮蔽層。應瞭解，在一些實施例中，可以執行多個蝕刻製程，以形成第一濾光器柵結構120和圖案化蝕刻終止層306。
如圖14中所示，第一多個濾光器118形成於介電層114上方並形成於第一濾光器柵結構120中。在一些實施例中，用於形成第一多個濾光器118的製程包括在多個第一濾光器溝槽1302中(參見例如圖13)以及在介電層114上沉積第一濾光材料。在 一些實施例中，第一濾光材料可以通過例如旋塗製程、CVD、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積。在進一步的實施例中，在多個第一濾光器溝槽1302中沉積第一濾光材料會使第一多個濾光器118的上表面與第一濾光器柵結構120的上表面是非平面的(例如由於第一濾光材料是通過旋塗製程沉積)。
在一些實施例中，第一多個濾光器118(以及因此第一濾光材料)可以形成有第一折射率。在進一步的實施例中，第一折射率會介於約1.4與約4之間。在進一步的實施例中，第一濾光器柵結構120(以及因此第一濾光器柵層1204)可以形成有小於第一折射率的第二折射率。在進一步的實施例中，第一折射率的平方減去第二折射率的平方小於約0.25。
如圖15中所示，第二介面層606形成於第一多個濾光器118和第一濾光器柵結構120上方。在一些實施例中，用於形成第二介面層606的製程包括在第一多個濾光器118和第一濾光器柵結構120上沉積第二介面層606。在進一步的實施例中，第二介面層606可以通過例如旋塗製程、CVD或一些其它沉積製程沉積。在進一步的實施例中，第二介面層606可以形成有實質平坦上表面。在進一步的實施例中，第二介面層606可以形成於非平面表面上，所述非平面表面包括第一多個濾光器118的上表面和第一濾光器柵結構120的上表面。
此外示出於圖15中，第二濾光器柵層1502形成於第二介面層606上方。在一些實施例中，用於形成第二濾光器柵層1502 的製程包括在第二介面層606上沉積第二濾光器柵層1502。在一些實施例中，第二濾光器柵層1502可以通過例如CVD、PVD、ALD、濺鍍、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積於第二介面層606上。在一些實施例中，第二濾光器柵層1502可以包括例如氧化物(例如，SiO2)、氮化物(例如，SiN)、氮氧化物(例如，SiOXNY)，或其類似者。在進一步的實施例中，第二濾光器柵層1502對光而言是至少部分半透明的。
如圖16中所示，第二濾光器柵結構604形成於第二介面層606上方。此外，在形成第二濾光器柵結構604的過程中，多個第二濾光器溝槽1602形成於第二介面層606上方。在一些實施例中，多個第二濾光器溝槽1602中的每一者由第二介面層606的上表面和第二濾光器柵結構604的側壁界定。
在一些實施例中，用於形成第二濾光器柵結構604的製程包括選擇性地蝕刻第二濾光器柵層1502(參見例如圖15)。在進一步的實施例中，可以通過在第二濾光器柵層1502上形成遮蔽層(未圖示)以及隨後使第二濾光器柵層1502暴露於被配置成移除第二濾光器柵層1502的未遮蔽部分的蝕刻劑來選擇性地蝕刻第二濾波器柵層1502，從而形成第二濾光器柵結構604。在一些實施例中，隨後剝離遮蔽層。
如圖17中所示，第二多個濾光器602形成於第二介面層606上方並形成於第二濾光器柵結構604中。在一些實施例中，用於形成第二多個濾光器602的製程包括在多個第二濾光器溝槽 1602(參見例如圖15)中以及在第二介面層606上沉積第二濾光材料。在一些實施例中，第二濾光材料可以通過例如旋塗製程、CVD、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積。在進一步的實施例中，在第二濾光器溝槽1602中沉積第二濾光材料會使第二多個濾光器602的上表面與第二濾光器柵結構604的上表面是非平面的(例如，由於第二濾光材料是通過旋塗製程沉積)。
在一些實施例中，第二多個濾光器602(以及因此第二濾光材料)可以形成有第三折射率。在進一步的實施例中，第三折射率可以介於約1.4與約4之間。在進一步的實施例中，第二濾光器柵結構604(以及因此第二濾光器柵層1502)可以形成有小於第三折射率的第四折射率。在進一步的實施例中，第三折射率的平方減去第四折射率的平方小於約0.25。
如圖18中所示，第一介面層124形成於第二多個濾光器602和第二濾光器柵結構604上方。在一些實施例中，用於形成第一介面層124的製程包括在第二多個濾光器602和第二濾光器柵結構604上沉積第一介面層124。在進一步的實施例中，第一介面層124可以通過例如旋塗製程、CVD或一些其它沉積製程沉積。在進一步的實施例中，第一介面層124可以形成有實質平坦上表面。在進一步的實施例中，第一介面層124可以形成於非平面表面上，所述非平面表面包括第二多個濾光器602的上表面和第二濾光器柵結構604的上表面。
如圖19中所示，抗反射塗層126(ARC)形成於第一介 面層124上。在一些實施例中，用於形成ARC 126的製程包括在第一介面層124上沉積ARC 126。在進一步的實施例中，ARC 126可以通過例如CVD、PVD、ALD、濺鍍、一些其它沉積製程或前述各者的組合沉積於第一介面層124上。在進一步的實施例中，ARC 126形成有實質平坦上表面。在進一步的實施例中，至少部分地歸因於第一介面層124的實質平坦上表面，ARC 126可以形成有實質平坦上表面。在進一步的實施例中，在ARC 126形成之後，完成波導濾波器112的形成。
如圖20中所示，提供一種用於形成圖像感測器的方法的一些實施例的流程圖2000，所述圖像感測器包括具有實質平坦上表面的波導濾波器。雖然圖20的流程圖2000在本文中示出且描述為一系列動作或事件，但應瞭解，這些動作或事件的所示次序不應以限制意義來解釋。舉例來說，除本文中所示出和/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其它動作或事件以不同次序和/或同時出現。此外，並非需要所有所示的動作來實施本文中的描述的一或多個方面或實施例，且可在一或多個單獨動作及/或階段中執行本文中所描繪的動作中的一或多者。
在2002處，隔離結構形成於半導體基板上方/半導體基板中，其中隔離結構延伸至多個光偵測器之間的半導體基板中。圖9說明對應於動作2002的一些實施例的橫截面視圖。
在2004處，金屬柵形成於隔離結構上方。圖10說明對應於動作2004的一些實施例的橫截面視圖。
在2006處，介電層形成於金屬柵和隔離結構上方。圖11說明對應於動作2006的一些實施例的橫截面視圖。
在2008處，具有實質平坦上表面的波導濾波器形成於介電層上方。波導濾波器包括具有第一折射率的濾光器柵結構和具有小於第一折射率的第二折射率的多個濾光器。圖12至19說明對應於動作2008的一些實施例的一系列橫截面視圖。
因為第一折射率大於第二折射率，所以入射到多個濾光器的光分別被限制於多個濾光器(例如，由於全內反射)並且被引導到多個光偵測器上。另外，因為第二折射率小於第一折射率，所以入射到濾光器柵結構的光被引導至多個濾光器並且朝著多個光偵測器折射，從而將入射到第一濾光器柵結構的光引導到多個光偵測器上。因此，波導濾波器會具有實質平坦上表面，並且將入射輻射聚焦到多個光偵測器上，從而減少由按比例縮小的微透鏡所導致的負繞射效應。因此，波導濾波器可提高具有按比例縮小的特徵尺寸(例如小於約1微米(μm))的互補金屬氧化物半導體圖像感測器(CIS)的量子效率(QE)。
在一些實施例中，本揭露提供圖像感測器。圖像感測器包括設置於半導體基板中的光偵測器。具有實質平坦上表面的波導濾波器設置於光偵測器上方。波導濾波器包括設置於濾光器柵結構中的濾光器。濾光器包括半透明並具有第一折射率的第一材料。濾光器柵結構包括半透明並具有小於第一折射率的第二折射率的第二材料。
在一些實施例中，第一折射率的平方減去第二折射率的平方大於約0.25。
在一些實施例中，波導濾波器包括抗反射塗層。抗反射塗層，設置於濾光器以及濾光器柵結構兩者上方。抗反射塗層具有實質平坦上表面。
在一些實施例中，波導濾波器包括介面層。介面層具有設置於濾光器與濾光器柵結構上的實質平坦上表面。抗反射塗層設置於介面層的實質平坦上表面上。介面層具有在濾光器上方的第一高度及在濾光器柵結構上方不同於第一高度的第二高度。
在一些實施例中，波導濾波器設置於半導體基板的背側上。
在一些實施例中，互連結構設置於半導體基板的前側上。半導體基板的前側與半導體基板的背側相對。
在一些實施例中，圖像感測器進一步包括隔離結構以及金屬柵。隔離結構設置於半導體基板的背側上。隔離結構包括上部區以及背側深溝槽隔離結構。上部區將半導體基板的背側與濾光器及濾光器柵結構兩者分離。背側深溝槽隔離結構在光偵測器的相對側面上從上部區延伸到半導體基板中。金屬柵設置於隔離結構中。隔離結構的上部區設置於金屬柵的上表面與濾光器及濾光器柵結構兩者的底部表面之間。
在一些實施例中，波導濾波器包括蝕刻終止層。蝕刻終止層設置於隔離結構上。蝕刻終止層將濾光器柵結構與隔離結構 的上部區分離。
在一些實施例中，濾光器的高度大於約0.8微米。
在一些實施例中，光偵測器具有第一寬度。濾光器具有介於第一寬度的約1/6與第一寬度的約1/3之間的第二寬度。
在一些實施例中，濾光器的高度介於約0.8微米與約2微米之間。
在其它實施例中，本揭露提供圖像感測器。所述圖像感測器包括設置於半導體基板中的光偵測器。第一濾光器柵結構設置於半導體基板的背側上。半導體基板的背側與半導體基板的前側相對。金屬化結構設置於半導體基板的前側上。第一濾光器設置於第一濾光器柵結構中。介電層設置於半導體基板的背側上，並設置於光偵測器與第一濾光器之間。金屬柵設置於介電層中，其中金屬柵包括設置於光偵測器的第一側上的第一部分和設置於與光偵測器的第一側相對的光偵測器的第二側上的第二部分。
在一些實施例中，圖像感測器進一步包括降噪結構。降噪結構設置於第一濾光器與半導體基板的背側之間。降噪結構設置於金屬柵的第一部分與金屬柵的第二部分之間。
在一些實施例中，降噪結構至少部分地覆蓋光偵測器。
在一些實施例中，介電層是第一材料。降噪結構是不同於第一材料的第二材料。
在一些實施例中，金屬柵的第一部分具有第一寬度。金屬柵的第二部分具有小於第一寬度的第二寬度。
在一些實施例中，第一濾光器柵結構的第一區設置於光偵測器的第一側上。第一濾光器柵結構的第一區具有大於第二寬度的第三寬度。第一濾光器柵結構的第二區設置於光偵測器的第二側上。第一濾光器柵結構的第二區具有小於第一寬度的第四寬度。
在一些實施例中，圖像感測器進一步包括第一介面層、第二濾光器柵結構、第二濾光器、第二介面層以及抗反射塗層。第一介面層設置於第一濾光器以及第一濾光器柵結構兩者上方。第二濾光器柵結構設置於第一介面層上。第二濾光器設置於第二濾光器柵結構中以及第一介面層上。第一介面層將第二濾光器柵結構以及第二濾光器兩者與第一濾光器以及第一濾光器柵結構兩者分離。第二介面層具有設置於第二濾光器柵結構及第二濾光器兩者上方實質平坦上表面。抗反射塗層設置於第二介面層的實質平坦上表面上。
在一些實施例中，第一濾光器是彩色濾光器。第二濾光器是紅外濾波器。
在其它實施例中，本揭露提供用於形成圖像感測器的方法。所述方法包括在半導體基板上形成隔離結構。金屬柵形成於隔離結構上。介電層形成在隔離結構上並覆蓋金屬柵。第一濾光器柵結構形成於介電層上方。第一濾光器形成於第一濾光器柵結構中。第一介面層形成在第一濾光器柵結構和第一濾光器兩者上方。第二濾光器柵構形成於第一介面層上方。第二濾光器形成於 第二濾光器柵結構中。第二介面層形成在第二濾光器柵結構和第二濾光器兩者上方。抗反射塗層(ARC)形成在第二介面層上方，其中ARC形成有實質平坦上表面。
抗反射塗層(ARC)形成在介面層的實質平坦上表面上，其中ARC形成有實質平坦上表面。
前文概述若干實施例的特徵以使本領域的技術人員可更好地理解本揭露的各方面。本領域的技術人員應瞭解，其可以易於使用本揭露作為設計或修改用於進行本文中所介紹的實施例的相同目的和/或實現相同優勢的其它過程和結構的基礎。本領域的技術人員還應意識到，此類等效構造並不脫離本揭露的精神及範圍，且其可在不脫離本揭露的精神和範圍的情況下在本文中進行各種改變、替代及更改。
100:圖像感測器
102:光偵測器
104:半導體基板
104b:背側
110:隔離結構
112:波導濾波器
114:介電層
116:金屬柵
118:第一多個濾光器
118a:第一濾光器
118b:第二濾光器
118c:第三濾光器
120:第一濾光器柵結構
124:第一介面層
126:抗反射塗層
128、130:光
A:線A-A的端點
H:高度
W:寬度
x、y、z:方向

Claims (9)

  1. 一種圖像感測器，包括：設置於半導體基板中的光偵測器；具有實質平坦上表面的波導濾波器，設置於所述光偵測器上方，所述波導濾波器包括設置於濾光器柵結構中的濾光器以及設置於所述光偵測器與所述濾光器柵結構之間的介電層，其中：所述濾光器包括半透明以及具有第一折射率的第一材料；以及所述濾光器柵結構包括半透明以及具有小於所述第一折射率的第二折射率的第二材料；以及降噪結構，設置於所述介電層中，其中所述介電層是第一材料，所述降噪結構是不同於所述第一材料的第二材料。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的圖像感測器，其中所述波導濾波器包括：抗反射塗層，設置於所述濾光器以及所述濾光器柵結構兩者上方，所述抗反射塗層具有實質平坦上表面。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的圖像感測器，其中所述波導濾波器包括：介面層，具有設置於所述濾光器與所述濾光器柵結構上的實質平坦上表面，其中所述抗反射塗層設置於所述介面層的所述實質平坦上表面上，以及其中所述介面層具有在所述濾光器上方的第一高度及在所述濾光器柵結構上方不同於所述第一高度的第二 高度。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的圖像感測器，其中所述波導濾波器設置於所述半導體基板的背側上。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的圖像感測器，其中互連結構設置於所述半導體基板的前側上，所述半導體基板的所述前側與所述半導體基板的所述背側相對。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的圖像感測器，進一步包括：隔離結構，設置於所述半導體基板的所述背側上，其中所述隔離結構包括：上部區，其中所述上部區將所述半導體基板的所述背側與所述濾光器及所述濾光器柵結構兩者分離；以及背側深溝槽隔離結構，其中所述背側深溝槽隔離結構在所述光偵測器的相對側面上從所述上部區延伸到所述半導體基板中；以及金屬柵，設置於所述隔離結構中，其中所述隔離結構的所述上部區設置於所述金屬柵的上表面與所述濾光器及所述濾光器柵結構兩者的底部表面之間。
  7. 一種圖像感測器，包括：光偵測器，設置於半導體基板中；第一濾光器柵結構，設置於所述半導體基板的背側上方，所述半導體基板的所述背側與所述半導體基板的前側相對，其中金屬化結構設置於所述半導體基板的所述前側上； 第一濾光器，設置於所述第一濾光器柵結構中；介電層，設置於所述半導體基板的所述背側上方以及設置於所述光偵測器與所述第一濾光器之間；金屬柵，設置於所述介電層中，其中所述金屬柵包括設置於所述光偵測器的第一側上的第一部分及設置於與所述光偵測器的所述第一側相對的所述光偵測器的第二側上的第二部分；以及降噪結構，所述降噪結構設置於所述第一濾光器與所述半導體基板的所述背側之間，所述降噪結構設置於所述金屬柵的所述第一部分與所述金屬柵的所述第二部分之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的圖像感測器，進一步包括：第一介面層，設置於所述第一濾光器以及所述第一濾光器柵結構兩者上方；第二濾光器柵結構，設置於所述第一介面層上；第二濾光器，設置於所述第二濾光器柵結構中以及所述第一介面層上，其中所述第一介面層將所述第二濾光器柵結構以及所述第二濾光器兩者與所述第一濾光器以及所述第一濾光器柵結構兩者分離；第二介面層，具有設置於所述第二濾光器柵結構及所述第二濾光器兩者上方實質平坦上表面；以及抗反射塗層，設置於所述第二介面層的所述實質平坦上表面上。
  9. 一種用於形成圖像感測器的方法，包括： 在半導體基板上形成隔離結構；在所述隔離結構上形成金屬柵；在所述隔離結構上形成介電層並覆蓋所述金屬柵；在所述介電層上方形成第一濾光器柵結構；在所述第一濾光器柵結構中形成第一濾光器；在所述第一濾光器柵結構以及所述第一濾光器兩者上方形成第一介面層；在所述第一介面層上方形成第二濾光器柵結構；在所述第二濾光器柵結構中形成第二濾光器；在所述第二濾光器柵結構及所述第二濾光器兩者上方形成第二介面層；以及在所述第二介面層上方形成抗反射塗層，其中所述抗反射塗層被形成為具有實質平坦上表面。
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