TWI757559B - 半導體影像感測器 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例係關於一種背側照明(BSI)影像感測器，其包括：一基板，其包括一前側及與該前側相對之一背側；一像素感測器，其放置於該基板中；及一彩色濾光片，其放置於該像素感測器上方。該像素感測器包括放置於該基板之該背側上方的複數個第一微結構，且該彩色濾光片包括放置於該基板之該背側上方的複數個第二微結構。

Description

半導體影像感測器
本發明實施例係有關半導體影像感測器。
數位攝影機及其他成像裝置使用影像感測器。影像感測器將光學影像轉換成可表示為數位影像之數位資料。影像感測器包括像素感測器之陣列及支援邏輯電路。該陣列之像素感測器係用於量測入射光之單元裝置，且支援邏輯電路促進量測結果之讀出。通常用於光學成像裝置中之一種類型之影像感測器係背側照明(BSI)影像感測器。BSI影像感測器製造可整合至習知半導體製程中以實現低成本、小的大小及高度整合。另外，BSI影像感測器具有低工作電壓、低功率消耗、高量子效率、低讀出雜訊且允許隨機存取。
本發明的一實施例係關於一種背側照明(BSI)影像感測器，其包含：一基板，其包含一前側及與該前側相對之一背側；複數個像素感測器，其放置於該基板中，且該等像素感測器中之各者包含一光感測裝置及在該基板之該背側上放置於該光感測裝置上方的複數個微結構；一隔離結構，其放置於該基板中；複數個彩色濾光片，其在該基板之該背側上放置於該等像素感測器上方；及複數個微透鏡，其放置於該彩色濾光片上方，其中該等像素感測器中之一者的該等微結構及該光感測裝置藉由該隔離結構與一鄰近像素感測器之該等微結構及該光感測裝置隔離。
本發明的一實施例係關於一種背側照明(BSI)影像感測器，其包含：一基板，其包含一前側及與該前側相對之一背側；一像素感測器，其放置於該基板中，且該像素感測器包含放置於該基板之該背側上方的複數個第一微結構；及一彩色濾光片，其放置於該像素感測器上方，且該彩色濾光片包含放置於該基板之該背側上方的複數個第二微結構。
本發明的一實施例係關於一種背側照明(BSI)影像感測器，其包含：一基板，其包含一前側及與該前側相對之一背側；一像素感測器，其放置於該基板中，且該像素感測器包含放置於該基板之該背側上方的複數個第一微結構及放置於該基板之該前側上方的複數個第二微結構；及一彩色濾光片，其放置於該像素感測器上方，且該彩色濾光片包含放置於該基板之該背側上方的複數個第三微結構。
以下揭示內容提供用於實施所提供主題之不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述元件及配置之特定實例以簡化本揭露。當然，此等元件及配置僅係實例且並不意欲係限制性的。舉例而言，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或上的形成可包括第一特徵及第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包括額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成使得第一特徵與第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本揭露可在各種實例中重複參考數字及/或字母。此重複係出於簡化及清楚的目的，且本身並不指示所論述的各種實施例及/或組態之間的關係。
另外，為易於描述，可在本文中使用諸如「在......之下」、「在......下方」、「下部」、「在......上方」、「上部」、「在......上」及其類似者的空間相對術語以描述一個元件或特徵與另一(多個)元件或特徵之關係，如諸圖中所說明。除諸圖中所描繪的定向之外，空間相對術語意欲涵蓋裝置在使用或操作中的不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)且本文中所使用之空間相對描述詞可同樣相應地進行解譯。
如本文中所使用，諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語描述各種元件、組件、區、層及/或區段，此等元件、組件、區、層及/或區段不應受此等術語限制。此等術語可僅用以區分一個元件、組件、區、層或區段與另一元件、組件、區、層或區段。除非上下文清楚地指示，否則諸如「第一」、「第二」及「第三」之術語在本文中使用時並不暗示順序或次序。
如本文中所使用，術語「大約」、「實質上」、「實質」及「約」用以描述及考慮小的變化。當與事件或情形結合使用時，術語可指事件或情形明確發生之情況以及事件或情形極近似於發生之情況。舉例而言，當結合數值使用時，該等術語可指小於或等於彼數值之±10%的變化範圍，諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%之變化範圍。舉例而言，若兩個數值之間的差小於或等於該等值之平均值的±10%，諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%或小於或等於±0.05%，則可認為該兩個值「實質上」相同或相等。舉例而言，「實質上」平行可指相對於0°而言小於或等於±10°之角度變化範圍，諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°，或小於或等於±0.05°之角度變化範圍。舉例而言，「實質上」垂直可指相對於90°而言小於或等於±10°之角度變化範圍，諸如小於或等於±5°、小於或等於±4°、小於或等於±3°、小於或等於±2°、小於或等於±1°、小於或等於±0.5°、小於或等於±0.1°或小於或等於±0.05°之角度變化範圍。
如本文中所使用，「微結構」係指製成基板或彩色濾光片之不均勻或粗糙表面的內凹或突出結構。如本文中所使用，「凹槽」係自另一結構之周邊或邊緣內凹的結構，且「突起」係自另一結構之周邊或邊緣突出的結構。
BSI影像感測器包括像素感測器之陣列。通常，BSI影像感測器包括：積體電路，其具有半導體基板及配置於基板內之對應於像素感測器的光電二極體；積體電路之後段製程(BEOL)金屬化物，其放置於基板之前側上方；及光學堆疊，其包括放置於基板之背側上方的對應於像素感測器之彩色濾光片及微透鏡。隨著BSI影像感測器之大小減小，BSI影像感測器面臨數個挑戰。BSI影像感測器之一個挑戰係相鄰像素感測器之間的串擾，且BSI影像感測器之另一挑戰係光收集。隨著BSI影像感測器變得愈來愈小，用於光收集之表面區域變得愈來愈小，藉此降低像素感測器之靈敏度。此對於低光環境係成問題的。因此，需要增加像素感測器之吸收效率以及角度回應使得改良BSI影像感測器之靈敏度。
因此，本揭露提供一種BSI影像感測器，其包括具有微結構之彩色濾光片，因此可移除微透鏡且減小光學堆疊之高度。更重要地，由於高度減小，所以改良角度回應。本揭露進一步提供一種BSI影像感測器，其包括較薄光電二極體，該較薄光電二極體具有放置於背側及/或前側上方之微結構，且由於放置於背側上方之微結構，在光電二極體中產生較長的光行進距離。換言之，光被捕獲於較薄光電二極體中，且因此改良像素感測器之靈敏度。
圖1A係一些實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器100之剖面圖，且圖1B係圖1A之BSI影像感測器100的像素感測器110之部分放大視圖。如圖1A及圖1B中所展示，BSI影像感測器100包括基板102，且基板102包括例如但不限於諸如塊狀矽(Si)基板之塊狀半導體基板，或絕緣體上矽(SOI)基板。基板102具有前側102F及與前側102F相對之背側102B。BSI影像感測器100包括通常配置於陣列內之複數個像素感測器110，像素感測器110中之各者包括光感測裝置，諸如放置於基板102中之光電二極體112。換言之，BSI影像感測器100包括對應於像素感測器110之複數個光電二極體112。光電二極體112以列及行配置於基板102中，且經組態以累積來自入射於其上之光子的電荷(例如，電子)。另外，諸如電晶體之邏輯裝置(未圖示)在前側102F上放置於基板102上方且經組態以實現光電二極體112之讀出。
後段製程(BEOL)金屬化堆疊120放置於基板102之前側102F上。BEOL金屬化堆疊120包括堆疊於層間介電(ILD)層124中之複數個金屬化層122。BEOL金屬化堆疊120之一或多個接點電連接至邏輯裝置。在一些實施例中，ILD層124可包括低k介電材料(亦即，介電常數小於3.9之介電材料)或氧化物，但本揭露不限於此。複數個金屬化層122可包括諸如銅(Cu)、鎢(W)或鋁(Al)之金屬，但本揭露不限於此。在一些實施例中，另一基板(未圖示)可放置於金屬化結構120與諸如球狀柵格陣列(BGA)(未圖示)之外部連接器之間。且BSI影像感測器100經由外部連接器電連接至其他裝置或電路，但本揭露不限於此。
深溝槽隔離(DTI)結構104放置於基板102中，如圖1A及圖1B中所展示。在一些實施例中，DTI結構104可藉由以下操作形成。舉例而言，自基板102之背側102B執行第一蝕刻。第一蝕刻產生環繞光電二極體112及在其間的複數個深溝槽(未圖示)。接著使用諸如化學氣相沈積(CVD)之任何合適的沈積技術形成諸如氧化矽(SiO)之絕緣材料以填充深溝槽。在一些實施例中，深溝槽之至少側壁內襯有塗層104c (在圖1B中標記)。塗層104c可包括金屬，諸如W、Cu或AlCu，或低n材料，其具有小於下文所形成之彩色濾光片的折射率(n)。低n材料可包括SiO或氧化鉿(HfO)，但本揭露不限於此。在一些實施例中，填充深溝槽之絕緣材料可包括低n絕緣材料。接著執行平坦化以移除多餘的絕緣材料，因此暴露背側102B上之基板102的表面，且獲得環繞光電二極體112及在其間的DTI結構104，如圖1A及圖1B中所展示。DTI結構104提供相鄰像素感測器110與光電二極體112之間的光學隔絕，藉此充當基板隔離柵格且減少串擾。
在一些實施例中，對應於像素感測器110之複數個彩色濾光片150在基板102之背側102B上放置於像素感測器110上方。另外，在一些實施例中，低n結構140放置於彩色濾光片150之間。在一些實施例中，低n結構140包括柵格結構且彩色濾光片150位於柵格內。因此，低n結構140環繞各彩色濾光片150，且將彩色濾光片150彼此分離，如圖1A及圖1B中所展示。低n結構140可係複合結構，其包括折射率小於彩色濾光片150之折射率的多個層。在一些實施例中，低n結構140可包括複合堆疊，其至少包括金屬層及放置於該金屬層上方之介電層。在一些實施例中，金屬層可包括W、Cu或AlCu。介電層包括折射率小於彩色濾光片150之折射率的材料或折射率小於Si之折射率的材料，但本揭露不限於此。由於低折射率，低n結構140充當光導以將光引導或反射至彩色濾光片150。因此，低n結構140有效地增加入射至彩色濾光片150中之光的量。另外，由於低折射率，低n結構140提供相鄰彩色濾光片150之間的光學隔絕。
彩色濾光片150中之各者放置於對應光電二極體112中之各者上方。彩色濾光片150經指派至對應色彩或波長之光，且經組態以濾出除所指派色彩或波長之光以外的全部。通常，彩色濾光片150指派在紅光、綠光及藍光之間交替，使得彩色濾光片150包括紅色濾光片、綠色濾光片及藍色濾光片。在一些實施例中，紅色濾光片、綠色濾光片及藍色濾光片係以拜耳(Bayer)馬賽克圖案配置，但本揭露不限於此。
在一些實施例中，對應於像素感測器110之複數個微透鏡160放置於彩色濾光片150上方。應易於理解，各微透鏡160之位置及區域對應於彩色濾光片150之位置及區域，如圖1A及圖1B中所展示。
在一些實施例中，像素感測器110中之各者包括放置於基板102之背側102B上方的複數個微結構130，如圖1A及圖1B中所展示。另外，複數個微結構130放置於光電二極體112上方且由DTI結構104環繞。一個像素感測器110之微結構130及光電二極體112藉由DTI結構104與鄰近像素感測器110之微結構130及光電二極體112隔離，如圖1A中所展示。在一些實施例中，微結構130可藉由以下操作形成。將遮罩層(未圖示)在背側102B上放置於基板102之表面上方，且接著在遮罩層上方形成圖案化光阻(未圖示)。接著自背側102B經由圖案化光阻及遮罩層蝕刻基板102，且因此在像素感測器110中之各者內，在基板102之背側102B上方形成複數個微結構130。接著，移除圖案化光阻及遮罩層。在一些實施例中，可採取諸如濕式蝕刻之其他操作。結果，使微結構130之上部及下部部分逐漸變窄或圓化以獲得波紋圖案，如圖1A及圖1B中所展示。在一些實施例中，微結構130之側壁與基板水平方向包括至少夾角θ1 (展示於圖1B中)，且夾角θ1與微結構130之材料有關。在一些實施例中，夾角θ1與微結構130之折射率有關。舉例而言，當微結構130之折射率係約3.6時，夾角θ1介於約48°與約58°之間。光在通過微結構130之後將傾斜至約40°。另外，光角度隨著微結構130與介電層108之間的折射率間隙變大。在一些實施例中，微結構130之高度介於約0.2微米(μm)與約0.7 μm之間，且微結構130之寬度介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，但本揭露不限於此。另外，藉由修改用於形成微結構130之操作，可獲得各種微結構130，如圖3至圖5中所展示。另外，在一些實施例中，微結構130彼此間隔開(如圖6中所展示)。將在以下一或多個實施例中進一步描述彼等各種微結構130。
在一些實施例中，抗反射塗層(ARC) 106及介電層108在基板102之背側102B處放置於微結構130上方。如圖1B中所展示，微結構130之表面內襯有保形地形成之ARC 106。介電層108填充微結構130之間的空間且在基板102之背側102B上方提供實質上均勻的表面。在一些實施例中，介電層108可例如包括諸如二氧化矽之氧化物，但本揭露不限於此。另外，在一些實施例中，對應於像素感測器110之另一塗層109可放置於基板102之前側102F上方以用於光反射。
參看圖1B，入射光係藉由各彩色濾光片150上方之微透鏡160凝聚且接著會聚至彩色濾光片150。然而，通過彩色濾光片150之入射光藉由像素感測器110之微結構130散射或漫射。另外，在進入光電二極體112時，直接入射光藉由微結構130傾側或傾斜，且因此在光電二極體112中產生較長的光行進距離。另外，光可藉由塗層109及DTI結構104反射回至光電二極體112。換言之，光被捕獲於光電二極體112中，且因此改良像素感測器110之靈敏度。另外，由於光行進距離延長，因此可減小光電二極體112或基板102之厚度且因此簡化及改良製程進一步。
圖2A係一些實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器200之剖面圖，且圖2B係圖2A之BSI影像感測器200的像素感測器210之部分放大視圖。應注意，BSI影像感測器100及BSI影像感測器200中之相同元件可包括相同材料及/或藉由相同操作形成，且因此為簡潔起見省略彼等細節。BSI影像感測器200包括基板202，且基板202具有前側202F及與前側202F相對之背側202B。BSI影像感測器200包括通常配置於陣列內之複數個像素感測器210。對應於像素感測器210之諸如光電二極體212的複數個光感測裝置放置於基板202中。光電二極體212以列及行配置於基板202中。另外，諸如電晶體之邏輯裝置(未圖示)放置於基板202之前側202F上方且經組態以實現光電二極體212之讀出。
BEOL金屬化堆疊220放置於基板202之前側202F上。如上文所提及，BEOL金屬化堆疊220包括堆疊於ILD層224中之複數個金屬化層222。BEOL金屬化堆疊220之一或多個接點電連接至邏輯裝置。在一些實施例中，另一基板(未圖示)可放置於金屬化結構220與諸如球狀柵格陣列(BGA)(未圖示)之外部連接器之間。且BSI影像感測器200經由外部連接器電連接至其他裝置或電路，但本揭露不限於此。DTI結構204放置於基板202中，如圖2A及圖2B中所展示。在一些實施例中，DTI結構204可包括低n材料，其折射率小於下文所形成之彩色濾光片。在一些實施例中，DTI結構204可包括絕緣材料，其中低n塗層包夾於絕緣材料與基板202之間。環繞光電二極體212及在其間的DTI結構204提供相鄰像素感測器210與光電二極體212之間的光學隔絕，藉此充當基板隔離柵格且減少串擾。
在一些實施例中，對應於像素感測器210之複數個彩色濾光片250在基板202之背側202B上放置於像素感測器210上方。另外，在一些實施例中，低n結構240放置於彩色濾光片250之間。如上文所提及，低n結構240包括柵格結構且彩色濾光片250位於柵格內。因此，低n結構240環繞彩色濾光片250，且將彩色濾光片250彼此分離，如圖2A及圖2B中所展示。低n結構240可係複合結構，其包括折射率小於彩色濾光片250之折射率的多個層。由於低折射率，低n結構240充當光導以將光引導或反射至彩色濾光片250。因此，低n結構240有效地增加入射至彩色濾光片250中之光的量。另外，由於低折射率，低n結構240提供相鄰彩色濾光片250之間的光學隔絕。
在一些實施例中，像素感測器210中之各者包括放置於背側202B上方之複數個微結構230。微結構230可藉由上文所提及之操作形成，且因此為簡潔起見省略彼等細節。如上文所提及，藉由修改用於形成微結構230之操作，可獲得各種類型之微結構230。將在以下一或多個實施例中進一步描述彼等各種微結構230。在一些實施例中，ARC 206及/或介電層208在基板202之背側202B處放置於微結構230上方。如圖2A及圖2B中所展示，微結構230之表面內襯有保形地形成之ARC 206。介電層208填充微結構230之間的空間且在基板202之背側202B上方提供實質上均勻的表面。另外，在一些實施例中，對應於像素感測器210之另一塗層209可放置於基板202之前側202F上方以用於光反射，如圖2B中所展示。
在一些實施例中，彩色濾光片250中之各者包括在基板202之背側202B上形成於像素感測器210上方的複數個微結構232。彩色濾光片250經指派至對應色彩或波長之光，且經組態以濾出除所指派色彩或波長之光以外的全部。在一些實施例中，用於形成彩色濾光片250及微結構232之操作可包括對於色彩指派中之不同色彩中之各者，形成彩色濾光片層及圖案化彩色濾光片層以獲得彩色濾光片250。在形成彩色濾光片250之後，可在彩色濾光片250上方形成圖案化光阻(未圖示)。可執行諸如熱回銲之處理使得圖案化光阻圓化或逐漸變窄。隨後，接著經由圓化或逐漸變窄之圖案化光阻蝕刻彩色濾光片250以在彩色濾光片250中之各者中形成複數個微結構232。在一些實施例中，用於形成微結構232之操作可包括在彩色濾光片250上方形成感光性材料層(未圖示)及圖案化感光性材料層。在一些實施例中，感光性材料層及彩色濾光片250可包括相同材料。然而，在其他實施例中，感光性材料層及彩色濾光片250可包括不同材料。可執行諸如熱回銲之處理使得圖案化感光性材料層圓化或逐漸變窄，如圖2A及圖2B中所展示。因此，獲得複數個微結構232。另外，藉由修改用於形成微結構232之彼等操作，可形成各種微結構232，且將根據一或多個實施例進一步描述彩色濾光片250中之各者的各種微結構232。
圖3至圖7係根據一或多個實施例之BSI影像感測器200之部分放大視圖。如上文所提及，BSI影像感測器200之像素感測器210中之各者包括形成於基板202之背側202B上方的複數個微結構230，且彩色濾光片250中之各者包括形成於基板202之背側202B上方的複數個微結構232。在一些實施例中，微結構230在剖面圖中包括波紋圖案，如圖2A至圖5中所展示。在一些實施例中，微結構230之側壁與基板水平方向包括至少夾角θ1。如上文所提及，夾角θ1與微結構230之折射率有關。舉例而言，當微結構230之折射率係約3.6時，夾角θ1介於約48°與約58°之間，如圖2A至圖5中所展示，但本揭露不限於此。在一些實施例中，微結構230可包括至少一個中心部分230a及複數個周邊部分230b，且中心部分230a之底部寬度大於周邊部分230b之底部寬度，而微結構230之高度皆相同，如圖3中所展示。另外，中心部分230a之側壁與基板水平方向包括夾角θ1，且周邊部分230b之側壁與基板水平方向包括另一夾角θ1'，且夾角θ1不同於夾角θ1'，如圖3中所展示。在一些實施例中，微結構230可包括至少一個中心部分230a及複數個周邊部分230b，且中心部分230a之高度大於周邊部分230b之高度，而微結構230之底部寬度皆相同，如圖4中所展示。另外，中心部分230a之側壁與基板水平方向包括夾角θ1，且周邊部分230b之側壁與基板水平方向包括另一夾角θ1'，且夾角θ1不同於夾角θ1'，如圖4中所展示。在一些實施例中，微結構230彼此間隔開，如圖5中所展示。換言之，微結構230係離散結構。另外，扁平表面可放置於鄰近微結構230之間，如圖5中所展示，但本揭露不限於此。另外，在本揭露之一些實施例中，DTI結構204之頂表面處於微結構230之底部與彩色濾光片250之底表面之間，如圖2A至圖5中所展示。
返回參看圖2A至圖5，如上文所提及，彩色濾光片250中之各者包括形成於基板202之背側202B上方的複數個微結構232。在一些實施例中，微結構232可包括至少一個中心部分232a及複數個周邊部分232b。中心部分232a包括等腰三角形輪廓，而周邊部分232b包括非等腰三角形輪廓，諸如直角三角形輪廓，如圖2B中所展示，但本揭露不限於此。且中心部分232a之底部寬度大於周邊部分232b之底部寬度。另外，中心部分232a之至少側壁與基板水平方向包括與彩色濾光片250之材料相關的夾角θ2。在一些實施例中，夾角θ2與彩色濾光片250之折射率有關。舉例而言，當彩色濾光片250之折射率係約1.6時，夾角θ2介於約35°與約55°之間，如圖2B中所展示，但本揭露不限於此。光在通過微結構232之後將傾斜至約20°。另外，光角度隨著彩色濾光片250之折射率變大。在一些實施例中，周邊部分232b之側壁與基板水平方向包括另一夾角θ2'，且夾角θ2'不同於夾角θ2，如圖2B中所展示，但本揭露不限於此。在一些實施例中，所有微結構232包括相同的底部寬度及等腰三角形輪廓，且微結構232之側壁與基板水平方向包括夾角θ2，如圖3及圖4中所展示。在一些實施例中，低n結構240之頂表面處於微結構232之最頂部分與彩色濾光片之底表面之間，如圖3中所展示。在一些實施例中，彩色濾光片250中之各者的微結構232之最頂部分與低n結構240之頂表面共面，且微結構232之最低部分處於低n結構240之頂表面與彩色濾光片之底表面之間，如圖4及圖5中所展示。在一些實施例中，微結構232之側壁與基板水平方向包括兩個不同夾角θ2及θ2'，且至少夾角θ2介於約35°與約55°之間，如圖5中所展示，但本揭露不限於此。
在一些實施例中，微結構230可相對於軸線A對稱地配置，如圖3至圖5中所展示，但本揭露不限於此。在一些實施例中，微結構232可相對於軸線A'對稱地配置，如圖3至圖5中所展示，但本揭露不限於此。應理解，微結構230及微結構232之配置係獨立的。
如上文所提及，藉由修改用於形成微結構230及微結構232之操作，可獲得各種類型之微結構230及微結構232。舉例而言，在一些實施例中，不執行圓化或逐漸變窄操作。因此，微結構232彼此間隔開，如圖6中所展示。換言之，微結構230係離散結構。在一些實施例中，微結構230之寬度「b」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，微結構230之間的間隔寬度「e」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，且微結構230之高度「h1」介於約0.2 μm與約0.7 μm之間，但本揭露不限於此。仍參看圖6，在一些實施例中，修改用於形成微結構232之操作。舉例而言，不執行熱回銲操作使得微結構232彼此間隔開，如圖6中所展示。換言之，微結構232係離散結構。在一些實施例中，微結構232之寬度「a」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，微結構232之間的間隔寬度「d」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，且微結構232之高度「h2」介於約0.2 μm與約0.6 μm之間，但本揭露不限於此。在一些實施例中，微結構232之高度h2小於微結構230之高度h1，但本揭露不限於此。
請參看圖7。應注意，獨立地形成各種微結構230及各種微結構232。因此，各種微結構230及各種微結構232可具有任何組合。舉例而言，在一些實施例中，像素感測器210可包括連續或接合之微結構230，且彩色濾光片250可包括連續或接合之微結構232，如圖2A至圖5中所展示。在一些實施例中，像素感測器210可包括離散微結構230，且彩色濾光片250可包括離散微結構232，如圖6中所展示。又在一些實施例中，像素感測器210可包括連續或接合之微結構230，而彩色濾光片250可包括離散微結構232，如圖7中所展示，或反之亦然。
返回參看圖2B，由於彩色濾光片250之微結構232，進入彩色濾光片250之光被漫射，且因此獲得較長的光行進距離。更重要地，在BSI影像感測器200中不再需要微透鏡，此係因為包括微結構232之彩色濾光片250充當彩色透鏡。減小因此，光學堆疊之高度且改良角度回應。仍參看圖2B，由於彩色濾光片250之微結構232及像素感測器210之微結構230，光在彩色濾光片250及光電二極體212中漫射。另外，在進入光電二極體212時，直接入射光藉由微結構230及232傾側或傾斜，且因此獲得較長的光行進距離。因此，增加光電二極體212之吸收率。另外，由於光可藉由DTI結構204及塗層209反射回至光電二極體212，因此認為光被捕獲於光電二極體212內，如圖2B中所展示。因此，更多光子被吸收且改良BSI影像感測器200之靈敏度。另外，由於光行進距離延長，因此減小光電二極體212或基板202之厚度且因此簡化及改良製程進一步。
參看圖8，提供一些實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器300之剖面圖。應注意，BSI影像感測器100/200及BSI影像感測器300中之相同元件可包括相同材料及/或藉由相同操作形成，且因此為簡潔起見省略彼等細節。BSI影像感測器300包括基板302，且基板302具有前側302F及與前側302F相對之背側302B。BSI影像感測器300包括通常配置於陣列內之複數個像素感測器310。對應於像素感測器310之複數個光電二極體312放置於基板302中。另外，諸如電晶體之邏輯裝置(未圖示)放置於基板302之前側302F上方且經組態以實現光電二極體312之讀出。
BEOL金屬化堆疊320放置於基板302之前側302F上。如上文所提及，BEOL金屬化堆疊320包括堆疊於ILD層324中之複數個金屬化層322。BEOL金屬化堆疊320之一或多個接點電連接至邏輯裝置。在一些實施例中，另一基板(未圖示)可放置於金屬化結構320與諸如球狀柵格陣列(BGA)(未圖示)之外部連接器之間。且BSI影像感測器300經由外部連接器電連接至其他裝置或電路，但本揭露不限於此。DTI結構304放置於基板302中，如圖8中所展示。在一些實施例中，DTI結構304可包括低n材料，其折射率小於下文所形成之彩色濾光片。在一些實施例中，DTI結構304可包括絕緣材料，其中低n塗層包夾於絕緣材料與基板302之間。環繞光電二極體312及在其間的DTI結構304提供相鄰像素感測器310與光電二極體312之間的光學隔絕，藉此充當基板隔離柵格且減少串擾。
在一些實施例中，像素感測器310中之各者包括形成於基板302之背側302B上方的複數個微結構330及在前側302F上方之複數個微結構334，如圖8中所展示。在一些實施例中，ARC 306及介電層308在基板302之背側302B上放置於微結構330上方。如上文所提及，微結構330之表面可內襯有保形地形成之ARC 306。介電層308填充微結構330之間的空間且在基板302之背側302B上方提供實質上均勻的表面。在一些實施例中，介電層307及ARC 309在基板302之前側302F上放置於微結構334上方，如圖8中所展示。介電層307填充微結構334之間的空間且在基板302之前側302F上方提供實質上均勻的表面。且ARC 309形成於均勻表面上方以用於改良光反射。將根據一或多個實施例進一步描述像素感測器310中之各者的微結構330及微結構334。
在一些實施例中，對應於像素感測器310之複數個彩色濾光片350在基板302之背側302B上放置於像素感測器310上方。另外，在一些實施例中，低n結構340放置於彩色濾光片350之間。如上文所提及，低n結構340包括柵格結構且彩色濾光片350位於柵格內。因此，低n結構340環繞彩色濾光片350，且將彩色濾光片350彼此分離，如圖8中所展示。低n結構340可係複合結構，其包括折射率小於彩色濾光片350之折射率的多個層。由於低折射率，低n結構340充當光導以將光引導或反射至彩色濾光片350。因此，低n結構340有效地增加入射至彩色濾光片350中之光的量。另外，由於低折射率，低n結構340提供相鄰彩色濾光片350之間的光學隔絕。
彩色濾光片350經指派對應色彩或波長之光，且經組態以濾出除所指派色彩或波長之光以外的全部。更重要地，彩色濾光片350中之各者包括複數個微結構332，如圖8中所展示。如上文所提及，藉由修改用於形成微結構332之操作，將獲得各種類型之微結構332。將根據一或多個實施例進一步描述彩色濾光片350中之各者的各種微結構332。
圖9至圖10係根據一或多個實施例之BSI影像感測器300之部分放大視圖。如上文所提及，BSI影像感測器300之像素感測器310中之各者包括形成於基板302之背側302B上方的複數個微結構330。在一些實施例中，微結構330在剖面圖中包括波紋圖案，如圖9至圖10中所展示。在一些實施例中，微結構330之側壁與基板水平方向包括至少夾角θ1。如上文所提及，夾角θ1與微結構330之折射率有關。舉例而言，當微結構330之折射率係約3.6時，夾角θ1介於約48°與約58°之間，如圖9至圖10中所展示，但本揭露不限於此。如上文所提及，光在通過微結構330之後將傾斜至約40°。另外，光角度隨著微結構330與介電層308之間的折射率間隙變大。在一些實施例中，微結構330在剖面圖中可包括波紋圖案，如圖3至圖5中所展示，且為簡單起見省略彼等細節。
如上文所提及，BSI影像感測器300之像素感測器310中之各者包括形成於基板302之前側302F上方的複數個微結構334。在一些實施例中，微結構334可藉由與用於形成微結構330之彼等操作類似的操作形成，因此為簡潔起見省略彼等細節。藉由修改用於形成微結構334之操作，可獲得各種類型之微結構334。在一些實施例中，微結構334在剖面圖中包括波紋圖案，如圖9至圖10中所展示。在一些實施例中，微結構334之側壁與基板水平方向包括至少夾角θ3。夾角θ3與微結構334之折射率有關。舉例而言，當微結構334之折射率係約3.6時，夾角θ3介於約48°與約58°之間，如圖9至圖10中所展示，但本揭露不限於此。
如上文所提及，彩色濾光片350中之各者包括在基板302之背側302B上形成於像素感測器310上方的複數個微結構332。在一些實施例中，微結構332可藉由如上文所提及之操作形成，且因此為簡潔起見省略細節。藉由修改用於形成微結構332之操作，可獲得各種類型之微結構332，如圖9至圖10中所展示。在一些實施例中，微結構332在剖面圖中包括波紋圖案，如圖9至圖10中所展示。在一些實施例中，微結構332中之一者之至少側壁與基板水平方向包括夾角θ2。如上文所提及，夾角θ2與彩色濾光片350之折射率有關。舉例而言，當彩色濾光片350之折射率係約1.6時，夾角θ2介於約35°與約55°之間，如圖9中所展示，但本揭露不限於此。如上文所提及，光在通過微結構332之後將傾斜至約20°。另外，光角度隨著彩色濾光片350之折射率變大。如上文所提及，在一些實施例中，低n結構340之頂表面處於微結構332之最頂部分與彩色濾光片之底表面之間，如圖9中所展示。在一些實施例中，微結構332之側壁與基板水平方向包括兩個不同夾角θ2及θ2'，且至少夾角θ2介於約35°與約55°之間，如圖9至圖10中所展示，但本揭露不限於此。在一些實施例中，微結構332在剖面圖中可包括波紋圖案，如圖3至圖5中所展示，且為簡單起見省略彼等細節。
參看圖11，在一些實施例中，可修改用於形成微結構330之操作。舉例而言，不執行圓化或逐漸變窄操作使得微結構330彼此間隔開。換言之，微結構330係離散結構，如圖11中所展示。在一些實施例中，微結構330之寬度「b」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，微結構330之間的間隔寬度「e」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，且微結構330之高度「h1」介於約0.2 μm與約0.7 μm之間，但本揭露不限於此。另外，在本揭露之一些實施例中，DTI結構304之頂表面處於微結構330之底部與彩色濾光片350之底表面之間，如圖11中所展示。
參看圖11，在一些實施例中，可修改用於形成微結構334之操作。舉例而言，不執行圓化或逐漸變窄操作使得微結構334彼此間隔開。換言之，微結構334係離散結構。在一些實施例中，微結構334之間的間隔寬度「c」介於約0.2 μm與約0.6 μm之間，且微結構334之寬度「f」介於約0.2 μm與約0.6 μm之間。微結構330之高度h1大於微結構334之高度「h3」。在一些實施例中，微結構334之高度h3介於約0.05 μm與約0.2 μm之間，但本揭露不限於此。
仍參看圖11，在一些實施例中，修改用於形成微結構332之操作。舉例而言，不執行熱回銲操作使得微結構332彼此間隔開，如圖11中所展示。換言之，微結構332係離散結構。在一些實施例中，微結構332之寬度「a」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，微結構332之間的間隔寬度「d」介於約0.3 μm與約0.6 μm之間，且微結構332之高度「h2」介於約0.2 μm與約0.6 μm之間，但本揭露不限於此。在一些實施例中，微結構332之高度h2小於微結構330之高度h1，但本揭露不限於此。
應注意，可獨立地形成各種微結構330、各種微結構332及各種微結構334。因此，各種微結構330、各種微結構332及各種微結構334可具有任何組合。舉例而言，在一些實施例中，像素感測器310可包括連續或接合之微結構330及334，且彩色濾光片350可包括連續或接合之微結構332，如圖8至圖10中所展示。在一些實施例中，像素感測器310可包括離散微結構330及334，且彩色濾光片350可包括離散微結構332，如圖11中所展示。又在一些實施例中，像素感測器310可包括在背側302B上方之連續或接合之微結構330，且彩色濾光片350可包括連續或接合之微結構332，而在基板302之前側302F上方的微結構334係離散結構，如圖12中所展示，但本揭露不限於此。
返回參看圖8，由於彩色濾光片350之微結構332，進入彩色濾光片350之光被漫射，且因此獲得較長的光行進距離。更重要地，在BSI影像感測器300中不再需要微透鏡，此係因為包括微結構332之彩色濾光片350充當彩色透鏡。因此，減小光學堆疊之高度且改良角度回應。仍參看圖8，由於彩色濾光片350之微結構332及像素感測器310之微結構330，光在彩色濾光片350及光電二極體312中漫射。另外，在進入光電二極體312時，入射光藉由微結構330及微結構332傾側或傾斜，且因此獲得較長的光行進距離。因此，增加光電二極體312之吸收率。此外，形成於基板302之前側302F上方的微結構334改良至光電二極體312之光反射，同時光亦可藉由DTI結構304反射回至光電二極體312，因此產生諧振腔且將光捕獲於光電二極體312內。因此，更多光子被吸收且改良BSI影像感測器300之靈敏度。另外，由於光行進距離延長，因此可減小光電二極體312或基板302之厚度且因此進一步簡化及改良製程。
在本揭露中，提供一種BSI影像感測器，其包括具有微結構之彩色濾光片，因此可移除微透鏡且減小光學堆疊之高度。更重要地，由於高度減小，所以改良角度回應。本揭露進一步提供一種BSI影像感測器，其包括較薄光電二極體，該較薄光電二極體具有放置於前側及/或背側上方之微結構，因此在光電二極體中產生較長的光行進距離且光可反射回至光電二極體。換言之，光被捕獲於較薄光電二極體中，且因此改良像素感測器之靈敏度。
在一些實施例中，提供一種BSI影像感測器。該BSI影像感測器包括：基板，其包括前側及與前側相對之背側；複數個像素感測器，其放置於基板中；隔離結構，其放置於基板中；複數個彩色濾光片，其放置於像素感測器上方；及複數個微透鏡，其放置於彩色濾光片上方。像素感測器中之各者包括光感測裝置及放置於基板之背側上方的複數個微結構。像素感測器中之一者的微結構及光感測裝置藉由隔離結構與鄰近像素感測器之微結構及光感測裝置隔離。
在一些實施例中，提供一種BSI影像感測器。該BSI影像感測器包括：基板，其包括前側及與前側相對之背側；像素感測器，其放置於基板中；及彩色濾光片，其放置於像素感測器上方。該像素感測器包括放置於基板之背側上方的複數個第一微結構，且彩色濾光片包括放置於基板之背側上方的複數個第二微結構。
在一些實施例中，提供一種BSI影像感測器。該BSI影像感測器包括：基板，其包括前側及與前側相對之背側；像素感測器，其放置於基板中；及彩色濾光片，其放置於像素感測器上方。該像素感測器包括放置於基板之背側上方的複數個第一微結構及放置於基板之前側上方的複數個第二微結構。該彩色濾光片包括放置於基板之背側上方的複數個第三微結構。
前文概述若干實施例之特徵，使得熟習此項技術者可較佳地理解本揭露之態樣。熟習此項技術者應理解，其可易於使用本揭露作為設計或修改用於實現本文中所引入之實施例的相同目的及/或達成相同優點的其他製程及結構的基礎。熟習此項技術者亦應認識到，此類等效構造並不脫離本揭露之精神及範圍，且其可在不脫離本揭露之精神及範圍的情況下在本文中進行各種改變、替代及更改。
100‧‧‧BSI影像感測器102‧‧‧基板102B‧‧‧背側102F‧‧‧前側104‧‧‧深溝槽隔離(DTI)結構104c‧‧‧塗層106‧‧‧抗反射塗層(ARC)108‧‧‧介電層109‧‧‧塗層110‧‧‧像素感測器112‧‧‧光電二極體120‧‧‧後段製程(BEOL)金屬化堆疊/金屬化結構122‧‧‧金屬化層124‧‧‧層間介電(ILD)層130‧‧‧微結構140‧‧‧低n結構150‧‧‧彩色濾光片160‧‧‧微透鏡200‧‧‧BSI影像感測器202‧‧‧基板202B‧‧‧背側202F‧‧‧前側204‧‧‧DTI結構206‧‧‧ARC208‧‧‧介電層209‧‧‧塗層210‧‧‧像素感測器212‧‧‧光電二極體220‧‧‧BEOL金屬化堆疊222‧‧‧金屬化層224‧‧‧ILD層230‧‧‧微結構230a‧‧‧中心部分230b‧‧‧周邊部分232‧‧‧微結構232a‧‧‧中心部分232b‧‧‧周邊部分240‧‧‧低n結構250‧‧‧彩色濾光片300‧‧‧BSI影像感測器302‧‧‧基板302B‧‧‧背側302F‧‧‧前側304‧‧‧DTI結構306‧‧‧ARC307‧‧‧介電層308‧‧‧介電層309‧‧‧ARC310‧‧‧像素感測器312‧‧‧光電二極體320‧‧‧BEOL金屬化堆疊322‧‧‧金屬化層324‧‧‧ILD層330‧‧‧微結構332‧‧‧微結構334‧‧‧微結構340‧‧‧低n結構350‧‧‧彩色濾光片A‧‧‧軸線A'‧‧‧軸線a‧‧‧寬度b‧‧‧寬度c‧‧‧間隔寬度d‧‧‧間隔寬度e‧‧‧間隔寬度f‧‧‧寬度h1‧‧‧高度h2‧‧‧高度h3‧‧‧高度θ1‧‧‧夾角θ1'‧‧‧夾角θ2‧‧‧夾角θ2'‧‧‧夾角θ3‧‧‧夾角
當結合附圖閱讀時，自以下實施方式最佳地理解本揭露之態樣。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。事實上，可出於論述清楚起見而任意地增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1A係一或多個實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器之截面圖。
圖1B係圖1A之BSI影像感測器之部分放大視圖。
圖2A係一或多個實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器之截面圖。
圖2B係圖2A之BSI影像感測器之部分放大視圖。
圖3至圖7係一些實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器之部分放大視圖。
圖8係一或多個實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器之截面圖。
圖9至圖12係一些實施例中的根據本揭露之態樣的BSI影像感測器之部分放大視圖。
102‧‧‧基板
102B‧‧‧背側
102F‧‧‧前側
104‧‧‧深溝槽隔離(DTI)結構
104c‧‧‧塗層
106‧‧‧抗反射塗層(ARC)
108‧‧‧介電層
109‧‧‧塗層
110‧‧‧像素感測器
112‧‧‧光電二極體
130‧‧‧微結構
140‧‧‧低n結構
150‧‧‧彩色濾光片
160‧‧‧微透鏡
θ1‧‧‧夾角

Claims (10)

  1. 一種背側照明(BSI)影像感測器，其包含：一基板，其包含一前側及與該前側相對之一背側；複數個像素感測器，其放置於該基板中，且該等像素感測器中之各者包含一光感測裝置及在該基板之該背側上放置於該光感測裝置上方的複數個微結構；一光電二極體，其包括放置於該等像素感測器中之多個第一微結構及多個第二微結構，且該光電二極體包括面向該基板之該背側之一第一表面及面向該基板之該前側之與該第一表面相對之一第二表面；一隔離結構，其放置於該基板中；複數個彩色濾光片，其在該基板之該背側上放置於該等像素感測器上方；及複數個微透鏡，其放置於該彩色濾光片上方，其中該等像素感測器中之一者的該等微結構及該光感測裝置藉由該隔離結構與一鄰近像素感測器之該等微結構及該光感測裝置隔離；且其中該多個第一微結構放置於該光電二極體之該第一表面上，且該多個第二微結構放置於該光電二極體之該第二表面上。
  2. 一種背側照明(BSI)影像感測器，其包括：一基板，其包括一前側及與該前側相對之一背側；放置於該基板中之像素感測器，且該等像素感測器包括放置於該基板之該背側上之多個第一微結構；及 放置於該等像素感測器上方之一彩色濾光片，且該彩色濾光片包括放置於該基板之該背側上方之多個第二微結構；其中該彩色濾光片包括面向該基板之一第一表面，及與該第一表面相對之一第二表面；其中該多個第二微結構放置於該彩色濾光片之該第二表面上方；且其中該等第一微結構之各者具有一第一高度，該等第二微結構之各者具有一第二高度，且該第二高度小於該第一高度。
  3. 一種背側照明(BSI)影像感測器，其包括：一基板，其包括一前側及與該前側相對之一背側；像素感測器，其放置在該基板中；一光電二極體，其包括放置於該等像素感測器中之多個第一微結構及多個第二微結構，且該光電二極體包括面向該基板之該背側之一第一表面及面向該基板之該前側之與該第一表面相對之一第二表面；及放置於該等像素感測器上方之一彩色濾光片，且該彩色濾光片包括放置於該基板之該背側上方之多個第三微結構；其中該多個第一微結構放置於該光電二極體之該第一表面上，且該多個第二微結構放置於該光電二極體之該第二表面上。
  4. 一種背側照明(BSI)影像感測器，其包括：一基板，其包括一前側及與該前側相對之一背側；放置於該基板中之像素感測器，且該等像素感測器包括放置於該基板之該背側上方之多個第一微結構；及 放置於該等像素感測器上方之一彩色濾光片，且該彩色濾光片包括放置於該基板之該背側上方之多個第二微結構，其中該等第一微結構之各者具有一第一高度，該等第二微結構之各者具有一第二高度，且該第二高度小於該第一高度。
  5. 如請求項4之BSI影像感測器，其中該等第一微結構之各者具有一第一寬度，該等第二微結構之各者具有一第二寬度，且該第一寬度及該第二寬度類似。
  6. 如請求項4之BSI影像感測器，其中該等第二微結構之一底表面介於該彩色濾光片之一頂表面與該彩色濾光片之一底表面之間。
  7. 一種背側照明(BSI)影像感測器，其包括：一基板，其包括一前側及與該前側相對之一背側；一光電二極體，該光電二極體包括面向該基板之該背側之一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面；多個第一微結構，其放置於該光電二極體之該第一表面上；多個第二微結構，其放置於該光電二極體之該第二表面上；及一彩色濾光片，其放置於該光電二極體上方。
  8. 如請求項7之BSI影像感測器，其中該等第一微結構彼此間隔開，且該等第二微結構彼此間隔開。
  9. 一種背側照明(BSI)影像感測器，其包括：一基板，其包括一前側及與該前側相對之一背側；一光電二極體，其放置在該基板中；一彩色濾光片，其放置於該基板之該背側上方；多個第一微結構，其放置於該光電二極體與該彩色濾光片之間；及多個第二微結構，其放置於該基板之該前側上方，其中該等第二微結構之一底表面與該基板之在該基板之該背側上之一表面接觸。
  10. 如請求項9之BSI影像感測器，其進一步包括放置於該基板之該前側上方之一介電層，其中該等第二微結構藉由該介電層彼此間隔開。
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