TWI757894B - 影像感測器和其形成方法 - Google Patents

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Abstract

在一些實施例中，提供一種影像感測器。影像感測器包括配置於半導體基板的前側表面內的第一光學偵測器。溝槽隔離結構配置於半導體基板的背側表面上方。溝槽隔離結構包括緩衝層及介電襯墊層。緩衝層覆蓋半導體基板的背側表面，且填充向下延伸至半導體基板之背側表面中的溝槽。介電襯墊層配置於緩衝層與半導體基板之間。複合網格結構具有分別在溝槽上方對準的複合網格區段。緩衝層分離介電襯墊層與複合網格結構。遮光結構配置於緩衝層內，且直接覆蓋第一光學偵測器。

Description

影像感測器和其形成方法
本公開涉及影像感測器和其形成方法。
許多現代電子裝置(例如，數位攝影機、光學成像裝置等)包括影像感測器。影像感測器將光學影像轉換成可表示為數位影像的數位資料。影像感測器包括像素感測器陣列，此像素感測器為將光學影像轉換為數位資料的單元裝置。一些類型之像素感測器包括電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)影像感測器及互補式金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器。與CCD像素感測器相比，CMOS像素感測器歸因於低功率消耗、小尺寸、快速資料處理、資料直接輸出及低製造成本而相對有利。
根據本公開的實施例，提供一種影像感測器，包括配置於半導體基板之前側表面內的第一光學偵測器、配置 於半導體基板之背側表面上方的隔離結構、具有分別在多個溝槽上方對準之多個複合網格區段的複合網格結構，以及配置於緩衝層內且直接覆蓋第一光學偵測器的遮光結構，其中隔離結構包括緩衝層及介電襯墊層，緩衝層覆蓋半導體基板之背側表面且填充向下延伸至半導體基板之背側表面中的多個溝槽，介電襯墊層配置於緩衝層與半導體基板之間，緩衝層分離介電襯墊層與複合網格結構。
根據本公開的實施例，提供一種影像感測器，包括配置於半導體基板內的複數個光學偵測器、沿著半導體基板之前側表面配置的互連結構、配置於半導體基板之背側表面上方的隔離結構、沿著緩衝層之頂表面配置的金屬網格結構，以及配置於緩衝層內且直接覆蓋第一光學偵測器的遮光結構，其中光學偵測器包括第一光學偵測器相鄰於第二光學偵測器，隔離結構包括覆蓋半導體基板之背側表面的緩衝層和延伸至複數個溝槽中的一或多個區段，溝槽向下延伸至半導體基板的背側表面中，緩衝層分離金屬網格結構與半導體基板的背側表面，遮光結構與至少一部分的第二光學偵測器橫向偏移，且遮光結構用以降低第一光學偵測器的量子效率，使得第一光學偵測器之量子效率小於第二光學偵測器的量子效率。
根據本公開的實施例，提供一種形成影像感測器的方法，包括形成複數個光學偵測器在半導體基板之前側表面內、形成橫向環繞各個光學偵測器的隔離溝槽在半導體基板之背側表面上、沉積介電襯墊層在半導體基板之背側 表面上方使得介電襯墊層內襯於隔離溝槽、形成緩衝層以填充隔離溝槽的剩餘部分且向上延伸至半導體基板之背側表面上方至第一高度、形成遮光結構在緩衝層上方使得遮光結構直接覆蓋光學偵測器中之第一光學偵測器，以及形成網格結構在遮光結構上方使得網格結構包括複數個網格區段，其中各個光學偵測器在相鄰的網格區段之間橫向隔開。
100:影像感測器
102:半導體基板
102b:背側表面
102f:前側表面
104:光學偵測器
104a:第一光學偵測器
104b:第二光學偵測器
104c:第三光學偵測器
105a:第一溝槽
105b:第二溝槽
105c:第三溝槽
106:介電襯墊層
114:緩衝層
114t:頂表面
114us:上表面
115:隔離結構
116:複合網格結構
116a:第一複合網格區段
116b:第二複合網格區段
116c:第三複合網格區段
118:遮光結構
118p1:第一突出部
118p2:第二突出部
118t:頂表面
118us:上表面
119:介電結構
120:濾光片
120a:第一濾光片
120b:第二濾光片
124:第一界面層
126:抗反射塗層
128:微透鏡
130:入射光
200a,200b,200c:影像感測器
202:互連結構
204:互連介電結構
206:導電通孔
208:導電導線
210:像素裝置
212:閘極電極
214:閘極介電層
300a,300b,300c:影像感測器
400a,400b:影像感測器
402:金屬網格結構
404:介電網格結構
500,600,700,800,900,1000,1100,1200,1300,1400,1500:橫截面圖
802:遮光層
804:遮罩層
1102:複合網格層
1104:遮罩層
1600,1700,1800,1900,2000,2100:橫截面圖
1602:遮罩層
1702:遮光開口
1802:遮光層
2200:方法
2202,2204,2206,2208,2210,2212:步驟
A-A':線
d1:距離
T1:第一厚度
T2:第二厚度
Ti:初始厚度
w1:第一寬度
w2:第二寬度
當結合附圖閱讀時，從以下詳細描述中可以最好地理解本公開的各方面。應注意，根據工業中的標準方法，各種特徵未按比例繪製。實際上，為了清楚地討論，可任意增加或減少各種特徵的尺寸。
第1A圖繪示影像感測器之一些實施例的橫截面圖，影像感測器包括配置於半導體基板之背側表面上方的緩衝層及配置於緩衝層內的遮光結構。
第1B圖繪示第1A圖的影像感測器之一些實施例，沿著線A-A'截取的俯視圖。
第2A圖至第2C圖、第3A圖至第3C圖及第4A圖至第4B圖繪示第1A圖之影像感測器之一些替代性實施例的各種橫截面圖，其中互連結構沿著半導體基板之前側表面配置。
第5圖至第15圖繪示形成影像感測器之第一方法之一些實施例的橫截面圖，影像感測器包括配置於半導體基 板之背側表面上方的緩衝層及配置於緩衝層內的遮光結構。
第16圖至第21圖繪示形成影像感測器之第二方法之一些實施例的橫截面圖，影像感測器包括配置於半導體基板之背側表面上方的緩衝層及配置於緩衝層內的遮光結構。
第22圖繪示形成影像感測器之方法之一些實施例的流程圖，影像感測器包括配置於半導體基板之背側表面上方的緩衝層及配置於緩衝層內的遮光結構。
本公開將參考圖式來描述，其中類似參考數字貫穿全文以指示類似元件，且其中所繪示結構不必按比例繪製。應瞭解，此詳細描述內容及對應圖式並不以任何方式限制本公開之範疇，且詳細描述內容及圖式僅提供幾個示例以繪示本公開概念可證明自身的一些方式。
為了實現提及主題的不同特徵，以下公開內容提供了許多不同的實施例或示例。以下描述組件、配置等的具體示例以簡化本公開。當然，這些僅僅是示例，而不是限制性的。例如，在以下的描述中，在第二特徵之上或上方形成第一特徵可以包括第一特徵和第二特徵以直接接觸形成的實施例，並且還可以包括在第一特徵和第二特徵之間形成附加特徵，使得第一特徵和第二特徵可以不直接接觸的實施例。另外，本公開可以在各種示例中重複參考數字 和/或字母。此重複是為了簡單和清楚的目的，並且本身並不表示所討論的各種實施例和/或配置之間的關係。
此外，本文可以使用空間相對術語，諸如「在…下面」、「在…下方」、「下部」、「在…上面」、「上部」等，以便於描述一個元件或特徵與如圖所示的另一個元件或特徵的關係。除了圖中所示的取向之外，空間相對術語旨在包括使用或操作中的裝置的不同取向。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方向上)，並且同樣可以相應地解釋在此使用的空間相對描述符號。
一些互補式金屬氧化物半導體影像感測器(complementary metal-oxide semiconductor image sensor，CIS)包括配置於半導體基板中之複數個光學偵測器。複數個像素裝置(例如，傳送電晶體、源極隨耦器(source follower)電晶體、重設電晶體等)及互連結構沿著半導體基板之前側表面配置。隔離結構(例如，深溝槽隔離(deep trench isolation，DTI)結構)配置於半導體基板之背側表面中或上方，且橫向配置於相鄰的光學偵測器之間。隔離結構包括緩衝層及介電襯墊層，緩衝層包括延伸至半導體基板中的一或多個區段，介電襯墊層配置於半導體基板與緩衝層之間。複合網格結構覆蓋緩衝層，且橫向配置於複數個網格開口周圍，網格開口對應於複數個光學偵測器。複合網格結構可包括一或多個金屬網格層，一或多個金屬網格層將入射光導向光學偵測器且增加光學偵測器之間的光學隔離，從而減低複數個光學偵測 器之間的干擾。另外，對應於光學偵測器之微透鏡及彩色濾光片覆蓋複合網格結構。
CIS可包括遮光結構，遮光結構在緩衝層上方且沿著複合網格結構之頂表面及側壁配置。遮光結構用以減少入射光到達位於遮光結構正下方的第一光學偵測器。此情形降低第一光學偵測器之量子效率(quantum efficiency，QE)。另外，遮光結構與第二光學偵測器橫向偏移，其中第二光學偵測器與第一光學偵測器相鄰，使得直接配置於第二光學偵測器上方之入射光並不由遮光結構阻斷。此情形增加第二光學偵測器之量子效率，使得第一光學偵測器相較於相鄰之第二光學偵測器具有較低量子效率。藉助於具有較低量子效率之第一光學偵測器，可增加CIS之曝光時間。因為第一光學偵測器在增加之曝光期間將收集較少入射光(例如，光子)，從而減少積聚電荷經由半導體基板自第一光學偵測器洩漏至相鄰第二光學偵測器。另外，增加之曝光時間可增加CIS之敏感度，此情形增加在低光環境(例如，在夜間)產生準確影像的能力。然而，在半導體基板之背側表面上方之緩衝層的厚度可為相對大的(例如，大於約50000埃)，從而增加遮光結構與半導體基板之背側表面之間的距離。此情形增加入射光到達第一光學偵測器的路徑。舉例而言，相對於緩衝層之頂表面以一角度配置的入射光可橫越遮光結構與半導體基板之背側表面之間的距離而到達第一光學偵測器。因此，增加了複數個光學偵測器之間的干擾，且降低CIS之敏感度。
在各種實施例中，本案是針對一種影像感測器，包括配置於網格結構與半導體基板之背側表面之間的遮光結構。影像感測器包括配置於半導體基板內之複數個光學偵測器。隔離結構配置於半導體基板之背側表面中/上方，且橫向配置於相鄰光學偵測器之間。隔離結構包括緩衝層及介電襯墊層，緩衝層包括延伸至半導體基板中之一或多個區段，介電襯墊層配置於半導體基板與緩衝層之間。複合網格結構覆蓋緩衝層，且配置於對應於光學偵測器之複數個網格開口周圍。複合網格結構可包括一或多個金屬網格層，一或多個金屬網格層用以將入射光導向光學偵測器。另外，遮光結構配置於緩衝層內，且直接覆蓋第一光學偵測器。遮光結構與至少一部分的相鄰第二光學偵測器橫向偏移。遮光結構用以阻斷至少一部分的入射光到達第一光學偵測器，從而降低第一光學偵測器之量子效率且減輕複數個光學偵測器之間的輝散(blooming)現象。因此，第一光學偵測器之量子效率小於第二光學偵測器之量子效率，使得影像感測器之敏感度增加(例如，在長曝光時間及/或在低光環境中增加敏感度)。藉由配置於緩衝層內之遮光結構，縮小遮光結構與半導體基板之背側表面之間的距離。此情形部分維持第一光學偵測器之相對低的量子效率(例如，小於第二光學偵測器的量子效率)，同時增加第一光學偵測器與第二光學偵測器之間的光學隔離。因此，遮光結構減低複數個光學偵測器中的干擾及輝散現象，且增加影像感測器的敏感度。
根據一些實施例，第1A圖至第1B圖繪示影像感測器100。第1A圖繪示沿著第1B圖之線A-A'截取之橫截面圖的一些實施例。第1B圖繪示影像感測器100中面向半導體基板102之背側表面102b之俯視圖的一些實施例。
如第1A圖至第1B圖中所繪示，影像感測器100包括配置於半導體基板102中的複數個光學偵測器104。複數個光學偵測器104用以吸收入射光130(例如，光子)，且產生對應於入射光130的個別電子訊號。在一些實施例中，半導體基板102包括半導體本體(例如，單晶矽基板、矽鍺(SiGe)基板、絕緣體上矽(silicon on insulator，SOI)基板)。具有複數個濾光片120(例如，濾色片)的濾光片陣列(例如，濾色片陣列)配置於複數個光學偵測器104上方。複數個微透鏡128通常配置於濾光片陣列上方，使得濾光片陣列分離微透鏡128與光學偵測器104。通常，微透鏡128具有圓形上表面，使得微透鏡128用以使入射光130(例如，光子)聚焦於光學偵測器104上。第一界面層124(諸如介電層)配置於複數個濾光片120上方。在一些實施例中，抗反射塗層(anti-reflective coating，ARC)126配置於第一界面層124與複數個微透鏡128之間。
為了吸收入射光130，影像感測器100包括配置於半導體基板102之背側表面102b與前側表面102f之間的光學偵測器104。隔離結構115配置於半導體基板 102之背側表面102b之中或上方。在一些實施例中，隔離結構115可稱為溝槽隔離結構。隔離結構115包括內襯於第一溝槽105a、第二溝槽105b及第三溝槽105c的介電襯墊層106，第一溝槽105a、第二溝槽105b及第三溝槽105c向下延伸至半導體基板102的背側表面102b中。隔離結構115進一步包括覆蓋介電襯墊層106且填充第一溝槽105a至第三溝槽105c的緩衝層114。複合網格結構116覆蓋緩衝層114，且包括分別在第一溝槽105a至第三溝槽105c上方對準的第一複合網格區段116a、第二複合網格區段116b和第三複合網格區段116c。在一些實施例中，複合網格結構116包括複數個金屬層，用以減少相鄰光學偵測器104之間的干擾。另外，介電結構119覆蓋緩衝層114，且橫向環繞複合網格結構116。
遮光結構118配置於緩衝層114內，在半導體基板102之背側表面102b上方，且在複合網格結構116之相鄰第一複合網格區段116a和第二複合網格區段116b之間橫向延伸。遮光結構118直接覆蓋複數個光學偵測器104中的第一光學偵測器104a。在一些實施例中，遮光結構118具有在複合網格結構116之第一複合網格區段116a下方終止的第一末端，且具有在複合網格結構116之第二複合網格區段116b下方終止的第二末端。在其他實施例中，舉例而言，遮光結構118包括金屬材料(例如，金、銅、鈦、鉭、鎢、另一金屬材料或其組合)、金屬氧化物(例如，氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鎢(WO3)、 另一金屬氧化物或其任何組合)、介電材料(例如，二氧化矽或另一介電材料)、氮化物(例如，氮化鈦、氮化鉭或另一氮化物)、聚合物(例如，聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)，P3HT)、基於苯并二噻吩(benzodithiophene，BDT)的共軛聚合物或另一聚合物)、有機材料(例如，奈米碳管(carbon nanotube，CNT)或另一有機材料)、無機材料(例如，硫化銅鋅錫(Cu2ZnSnS4)或另一無機材料)、另一合適材料，或前述各者任何組合。透過遮光結構118之材料、方位及/或形狀，遮光結構118用以阻斷或阻礙至少一部分的入射光到達第一光學偵測器104a，從而降低第一光學偵測器104a的量子效率(quantum efficiency，QE)。另外，遮光結構118自複數個光學偵測器104中至少一部分的第二光學偵測器104b橫向偏移，使得直接配置於第二光學偵測器104b上方之入射光130並不由遮光結構118阻斷。此情形增加第二光學偵測器104b之量子效率，使得第一光學偵測器104a之量子效率小於第二光學偵測器104b的量子效率。
在影像感測器100之操作期間，透過具有相對低量子效率(亦即，小於第二光學偵測器104b的量子效率)之第一光學偵測器104a，可增加影像感測器100之曝光時長同時減少複數個光學偵測器104中的輝散現象。此情形部分是因為遮光結構118減少在增加之曝光期間由第一光學偵測器104a收集的電荷(例如，光子)，從而減少積 聚電荷自第一光學偵測器104a經由半導體基板102洩漏至相鄰光學偵測器(例如，第二光學偵測器104b)。因此，第一光學偵測器104a之相對低量子效率在增加之曝光期間防止過度曝光，否則可能引起複數個光學偵測器104之間的輝散現象。另外，增加影像感測器100之曝光時長同時允許獲取高品質影像資料，特別是在低光應用(例如，夜間)中，從而增加影像感測器100的敏感度。
在一些實施例中，諸如在第1A圖之實施例中，遮光結構118嵌入於緩衝層114中，使得緩衝層114接觸遮光結構118之頂表面、接觸遮光結構118之下表面且接觸遮光結構118的側壁表面。因此，遮光結構118之頂表面的第一外部部分(例如，左側)藉由緩衝層114與第一複合網格區段116a的底表面隔開，且遮光結構118之頂表面的第二外部部分(例如，右側)藉由緩衝層114與第二複合網格區段116b的底表面隔開。藉由將遮光結構118嵌入於緩衝層114中和複合網格結構116下方，縮小遮光結構118之下表面與半導體基板102之背側表面102b之間的距離d1。此情形部分地減少入射光130到達第一光學偵測器104a且增加第一光學偵測器104a與第二光學偵測器104b之間的光學隔離，同時維持第一光學偵測器104a的相對低量子效率。舉例而言，縮小距離d1可阻斷及/或減少相對於緩衝層114之頂表面以一角度配置的入射光130到達第一光學偵測器104a。因此，遮光結構118減少複數個光學偵測器104中的干擾，同時維持第一光學 偵測器104a與第二光學偵測器104b之間的量子效率差異，從而增加影像感測器100的效能。在其他實施例中，諸如第1B圖之實施例中，從上方觀察時，遮光結構118之面積大於第一光學偵測器104a的面積，從而進一步減少配置於第一光學偵測器104a上的入射光。
第2A圖繪示影像感測器200a之一些實施例的橫截面圖，包括半導體基板102及嵌入於緩衝層114內的遮光結構118，緩衝層114覆蓋半導體基板102。
影像感測器200a包括沿著半導體基板102之前側表面102f配置的互連結構202。在各種實施例中，影像感測器200a可配置為背側照明互補式金屬氧化物半導體影像感測器(back-side illumination complementary metal-oxide semiconductor image sensor，BSICIS)，允許入射光自半導體基板102之背側表面102b穿透。應瞭解，配置為另一種CIS之影像感測器200a亦在本公開之範疇內。在一些實施例中，舉例而言，半導體基板102可以是或包括塊材基板(例如，塊材矽基板)、絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基板、晶體矽、P型摻雜矽或另一合適半導體材料及/或可包括第一摻雜類型(例如，p型)。互連結構202包括複數個導電通孔206、複數個導電導線208及互連介電結構204。互連介電結構204包括一或多個層間介電層(inter-level dielectric，ILD)。複數個導電通孔206及複數個導電導線208配置於互連介電結構204內，且用 以將影像感測器200a內之半導體裝置電性耦接至彼此及/或另一積體電路(integrated circuit，IC)(圖中未示出)。另外，互連結構202用以促進讀取配置於半導體基板102內之複數個光學偵測器104。在一些實施例中，舉例而言，互連介電結構204可為或包括低介電常數介電材料、極低介電常數介電材料、諸如二氧化矽之氧化物、另一介電性材料或其任何組合。在又其他實施例中，舉例而言，複數個導電通孔206及複數個導電導線208可分別為或包括鋁、銅、氮化鈦、氮化鉭、釕、另一導電材料或其任何組合。
複數個像素裝置210沿著半導體基板102之前側表面102f配置。在一些實施例中，複數個像素裝置210可包括閘極電極212，及配置於半導體基板102與閘極電極212之間的閘極介電層214。在其他實施例中，舉例而言，複數個像素裝置210可為或包括傳送電晶體、源極隨耦器電晶體、列選擇電晶體、重設電晶體、另一合適半導體裝置或其任何組合。像素裝置210透過複數個導電通孔206及複數個導電導線208電性耦接至互連結構202。
複數個光學偵測器104配置於半導體基板102內，在半導體基板102之前側表面102f與背側表面102b之間。在一些實施例中，複數個光學偵測器104包括與第一摻雜類型(例如，p型)相反的第二摻雜類型(例如，n型)。在其他實施例中，第一摻雜類型可為p型，且第二摻雜類型可為n型，或反之亦然。另外，複數個像素裝置210透過互連結構202傳導光學偵測器104的讀取。複數個光學 偵測器104包括第一光學偵測器104a及與第一光學偵測器104a相鄰的第二光學偵測器104b。
隔離結構115覆蓋半導體基板102之背側表面102b，且包括填充半導體基板102之第一溝槽105a至第三溝槽105c的一或多個突出部。隔離結構115橫向環繞每一個光學偵測器104，且用以增加相鄰光學偵測器104之間的光學及/或電性隔離。舉例而言，隔離結構115可配置為背側溝槽隔離(back-side trench isolation，BTI)結構、深溝槽隔離(deep trench isolation，DTI)結構、背側深溝槽隔離(back-side DTI，BDTI)結構或另一合適隔離結構。隔離結構115延伸至半導體基板102之背側表面102b中，並到達半導體基板102之背側表面102b下方的某個位置。在一些實施例中，隔離結構115包括介電襯墊層106及緩衝層114，其中介電襯墊層106配置於半導體基板102與緩衝層114之間。在一些實施例中，舉例而言，介電襯墊層106可為或包括介電材料、諸如二氧化矽的氧化物或類似者。在一些實施例中，舉例而言，緩衝層114可為或包括二氧化矽(SiO2)、金屬氧化物(例如，諸如氧化鋁、氧化鉭等)、聚合物、有機材料、無機材料、另一合適介電性材料或其任何組合。
複合網格結構116覆蓋緩衝層114且包括第一複合網格區段116a至第三複合網格區段116c。在一些實施例中，複合網格結構116可配置為金屬網格結構、介電網格結構或其組合。複合網格結構116用以將入射光導向至 複數個光學偵測器104。在一些實施例中，當複合網格結構116包括金屬材料(例如，複合網格結構116包括銅、鈦、鎢、另一金屬材料或其任何組合)時，光可自複合網格結構116的側壁反射至下方的光學偵測器104。在此類實施例中，複合網格結構116可阻斷相對於半導體基板102之背側表面102b以一角度配置的光從光學偵測器104上方行進至相鄰光學偵測器104。此情形部分地減少複數個光學偵測器104之間的干擾，從而增加影像感測器200a之效能。介電結構119覆蓋緩衝層114，且橫向配置於複合網格結構116之第一複合網格區段116a至第三複合網格區段116c之間。在一些實施例中，舉例而言，介電結構119可為或包括二氧化矽、另一介電材料或其任何組合。
此外，具有複數個濾光片120(例如，濾色片)之濾光片陣列(例如，濾色片陣列)配置於複合網格結構116上方。在一些實施例中，複數個濾光片120可包括紅色濾光片、藍色濾光片、綠色濾光片、另一合適濾光片(例如，紅外光(infrared，IR)濾光片)或其任何組合。複數個濾光片120各自配置使第一波長範圍內之波長通過，同時阻斷不同於第一波長範圍的其他波長。複數個濾光片120包括直接覆蓋第一光學偵測器104a之第一濾光片120a及直接覆蓋第二光學偵測器104b的第二濾光片120b。第一界面層124覆蓋複數個濾光片120，且抗反射塗層126覆蓋第一界面層124。抗反射塗層126用以防止光反射遠 離半導體基板102之背側表面102b。另外，複數個微透鏡128覆蓋複數個濾光片120。在一些實施例中，微透鏡128各自具有圓形上表面，使得微透鏡128將光聚焦於光學偵測器104上。在一些實施例中，舉例而言第一界面層124可為或包括二氧化矽、另一介電材料或其任何組合。在又其他實施例中，舉例而言，抗反射塗層126可為或包括氧化鈦、氧化鉭、二氧化矽、另一合適材料或其任何組合。
遮光結構118配置於在複合網格結構116與半導體基板102之背側表面102b垂直方向之間的緩衝層114內。在一些實施例中，遮光結構118直接覆蓋第一光學偵測器104a。在其他實施例中，舉例而言，遮光結構118包括金屬材料(例如，銅、鈦、鉭、另一金屬材料或其任何組合)、金屬氧化物(例如，氧化鋁、氧化鈦、氧化鉭、另一金屬氧化物或其任何組合)、介電材料(例如，二氧化矽或另一介電材料)、聚合物、有機材料、無機材料、另一合適材料或其任何組合。遮光結構118用以阻斷或阻礙至少一部分的入射光到達第一光學偵測器104a，從而降低第一光學偵測器104a的量子效率。在一些實施例中，量子效率為對應光學偵測器收集或吸收之載流子的數目與入射光配置於對應光學偵測器上之光子的數目之比率。在此類實施例中，若給定波長之入射光的所有光子由對應光學偵測器吸收，則此波長下之量子效率為全效率(亦即，對應光學偵測器之量子效率具有為1的值)。在其他實施例中，遮光 結構118自第二光學偵測器104b橫向偏移，使得第二光學偵測器104b之量子效率大於第一光學偵測器104a的量子效率。此外，透過配置於複合網格結構116下方之遮光結構118，縮小遮光結構118與半導體基板102之背側表面102b之間的距離d1。此情形部分地增加遮光結構118的能力，有效地降低第一光學偵測器104a之量子效率，同時減少來自相鄰光學偵測器104上方之入射光的干擾，從而增加影像感測器200a的效能。
在影像感測器200a之操作期間，開啟閘門以暴露複數個光學偵測器104至入射光(例如，光學影像)，且每一個光學偵測器104記錄在曝光期間撞擊個別位置之光。在一些替代性狀況下，在不使用機械閘門(或稱「滾動閘門」)情況下使用數列光學偵測器104，或整個陣列可同時「閃光(flashed)」以記錄影像。不論實施的細節，在閘門開啟同時，到達每一個光學偵測器104的光在對應光學偵測器104中引起電子-電洞再組合，從而使得電荷載流子根據對應光學偵測器104接收到之光強度堆積於每一個光學偵測器104中。可藉由複數個像素裝置210及互連結構202讀取電荷載流子，以判定在曝光期間由每一個光學偵測器104偵測到的光強度，且重建影像之數位版本。
在一些實施例中，當在光學偵測器104處產生之電荷載流子的量超出光學偵測器104之儲存容量(例如，滿阱容量(full well capacity，FWC))時，可能發生輝散現象，且過量電荷溢流至相鄰光學偵測器104中。舉例 而言，若超出第一光學偵測器104a之儲存容量的高強度光衝擊第一光學偵測器104a，則過量電荷可經由半導體基板102洩漏至相鄰光學偵測器104(例如，第二光學偵測器104b)，從而使得此等光學偵測器104錯誤高報。若曝光時段過長及/或對應光學偵測器104上之入射光過於明亮，則可能發生輝散現象。若光學偵測器104已接收光，則此過量或溢流電荷與將在相鄰光學偵測器104中產生之電荷不可區分。因此，在此類實施例中，相較於實際撞擊的光，相鄰光學偵測器104(例如，第二光學偵測器104b)由於過量或溢流電荷而顯現照射了更多光。因此，在一或多個光學偵測器104的小尺寸且高強度的光照射圖案，顯現「輝散」成更大的圖案且也在相鄰光學偵測器104上方。
由於遮光結構118直接覆蓋第一光學偵測器104a，第一光學偵測器104a具有相對低量子效率(亦即，小於第二光學偵測器104b的量子效率)，且可增加影像感測器200a之曝光時長，同時減少複數個光學偵測器104之間的輝散現象。此情形部分是因為遮光結構118將減少增加之曝光期間在第一光學偵測器104a接收到的光強度，從而防止第一光學偵測器104a之儲存容量(例如，FWC)的飽和。因此，在增加之曝光期間第一光學偵測器104a之相對低量子效率防止過度曝光，否則可能引起複數個光學偵測器104之間的輝散現象。此情形增加影像感測器200a的能力，產生高品質影像資料，特別是在低光應用(例如，夜間)中，從而增加影像感測器200a的敏感度及準確 性。
此外，透過將遮光結構118配置於緩衝層114中和複合網格結構116下方，縮小遮光結構118之下表面與半導體基板102之背側表面102b之間的距離d1。此情形部分地減少入射光到達第一光學偵測器104a，且增加第一光學偵測器104a與第二光學偵測器104b之間的光學隔離，同時維持第一光學偵測器104a的相對低量子效率。舉例而言，縮小距離d1可阻斷及/或減少相對於緩衝層114之頂表面以一角度配置的入射光到達第一光學偵測器104a。因此，遮光結構118減少複數個光學偵測器中的干擾及輝散現象，同時維持第一光學偵測器104a與第二光學偵測器104b之間的量子效率差異，從而增加影像感測器200a的總體效能。
在一些實施例中，距離d1是在約10埃至50000埃之範圍內。應瞭解，具有其他值之距離d1亦在本公開之範疇內。在其他實施例中，若距離d1為相對小的(例如，小於約10埃)，則形成複合網格結構116及/或遮光結構118之蝕刻製程(例如，乾蝕刻製程)可損害介電襯墊層106及/或半導體基板102的背側表面102b。此情形可導致介電襯墊層106的分層(delamination)及/或對半導體基板102之背側表面102b的損害，從而降低影像感測器200a的結構完整性。在又其他實施例中，若距離d1為相對大的(例如，大於約50000埃)，則可增加相對於緩衝層114之頂表面以一角度配置的之入射光達到第一光學偵 測器104a，從而增加複數個光學偵測器104之間的干擾。在各種實施例中，遮光結構118之第一寬度w1大於第一光學偵測器104a之第二寬度w2，從而減少複數個光學偵測器104之間的輝散現象及干擾。
在一些實施例中，遮光結構118之第一厚度T1是在約10埃至50000埃之範圍內。應瞭解，具有其他值之第一厚度T1亦在本公開之範疇內。在各種實施例中，若第一厚度T1為相對小的(例如，小於約10埃)，則遮光結構118之總厚度變化(total thickness variation，TTV)可為實質上大的，從而降低遮光結構118之有效降低第一光學偵測器104a之量子效率的能力。此情形可導致複數個光學偵測器104之間增加的輝散現象及干擾。在又其他實施例中，若第一厚度T1為相對大的(例如，大於約50000埃)，則遮光結構118可完全阻斷入射光到達第一光學偵測器104a，從而降低影像感測器200a的敏感度。另外，緩衝層114之第二厚度T2界定為從介電襯墊層106之頂表面至緩衝層114之頂表面的距離。在各種實施例中，第二厚度T2是在約200埃至50000埃之範圍內。應瞭解，具有其他值之第二厚度T2亦在本公開之範疇內。在一些實施例中，若第二厚度T2為相對小的(例如，小於約200埃)，則形成複合網格結構116之蝕刻製程(例如，乾蝕刻製程)可損害介電襯墊層106及/或半導體基板102的背側表面102b。此情形可導致介電襯墊層106的分層及/或對半導體基板102之背側表面102b的損害，從而降低影像感測 器200a的結構完整性。在其他實施例中，若第二厚度T2為相對大的(例如，大於約50000埃)，則可增加複數個光學偵測器104之間的干擾。在又其他實施例中，遮光結構118的第一厚度T1小於緩衝層114的第二厚度T2。
在又其他實施例中，遮光結構118可包括第一材料(例如，氮化鈦、氧化鈦、氧化鉭等)，且緩衝層114可包括不同於第一材料的第二材料(例如，二氧化矽)。遮光結構118具有第一折射率，且緩衝層114具有第二折射率。在一些實施例中，第一折射率大於第二折射率。在其他實施例中，遮光結構118之第一折射率可在約1.35至2.76之範圍內、大於約1.3或為另一合適值。在又其他實施例中，緩衝層114之第二折射率可是在約1至2之範圍內、在約1至1.45之範圍內或為另一合適值。
根據第2A圖之影像感測器200a的一些替代性實施例，第2B圖繪示影像感測器200b之一些實施例的橫截面圖，其中複數個光學偵測器104包括第一光學偵測器104a、第二光學偵測器104b及第三光學偵測器104c。第一光學偵測器104a橫向配置於第二光學偵測器104b與第三光學偵測器104c之間。在一些實施例中，遮光結構118之第一外部邊緣(例如，左側)直接覆蓋至少一部分的第三光學偵測器104c，且遮光結構118之第二外部邊緣(例如，右側)直接覆蓋至少一部分的第二光學偵測器104b。此情形部分地可進一步減少入射光到達第一光學偵測器104a，從而進一步降低第一光學偵測器104a之量子 效率。另外，直接覆蓋部分第二光學偵測器104b及部分第三光學偵測器104c的遮光結構118進一步減少複數個光學偵測器104之間的干擾，從而進一步減少影像感測器200b中的雜訊(例如，閃光雜訊)。在各種實施例中，第一複合網格區段116a及第二複合網格區段116b在遮光結構118的相對外部側壁之間橫向隔開。在其他實施例中，遮光結構118自第一溝槽105a上方連續橫向延伸至第二溝槽105b，第一溝槽105a和第二溝槽105b各自向下延伸至半導體基板102的背側表面102b中。在又其他實施例中，遮光結構118之第一寬度w1與第一光學偵測器104a之第二寬度w2之間的比率為2：1或另一合適值。
根據第2A圖之影像感測器200a之一些替代性實施例，第2C圖繪示影像感測器200c之一些實施例的橫截面圖，其中遮光結構118之第一寬度w1小於第一光學偵測器104a的第二寬度w2。因此，在一些實施例中，遮光結構118之相對外部側壁在第一光學偵測器104a之相對外部側壁之間橫向隔開。
根據第2A圖之影像感測器200a之一些替代性實施例，第3A圖繪示影像感測器300a之一些實施例的橫截面圖，其中遮光結構118具有頂表面118t與緩衝層114之頂表面114t共平面。在一些實施例中，遮光結構118之頂表面的第一外部部分直接接觸第一複合網格區段116a的底表面，且遮光結構118之頂表面的第二外部部分與第二複合網格區段116b的底表面直接接觸。
根據第3A圖之影像感測器300a之一些替代性實施例，第3B圖繪示影像感測器300b之一些實施例的橫截面圖，其中遮光結構118之頂表面118t垂直地在遮光結構118之上表面118us上方。在此類實施例中，介電結構119自遮光結構118之內部相對側壁連續地延伸至遮光結構118的上表面118us。
根據第3A圖之影像感測器300a之一些替代性實施例，第3C圖繪示影像感測器300c之一些實施例的橫截面圖，其中遮光結構118包括垂直地延伸進介電結構119之中的第一突出部118p1和第二突出部118p2。在一些實施例中，遮光結構118之第一突出部118p1包括相對側壁對齊於第一複合網格區段116a之相對側壁，且遮光結構118之第二突出部118p2包括相對側壁對齊於第二複合網格區段116b之相對側壁。
根據第2A圖之影像感測器200a之一些替代性實施例，第4A圖繪示影像感測器400a之一些實施例的橫截面圖，其中第一複合網格區段116a至第三複合網格區段116c分別包括筆直的相對外部側壁。另外，緩衝層114可包括豎垂直配置於緩衝層114之上表面114us上方的頂表面114t。
根據第4A圖之影像感測器400a之一些替代性實施例，第4B圖繪示影像感測器400b之一些實施例的橫截面圖，其中複合網格結構116包括金屬網格結構402及覆蓋金屬網格結構402的介電網格結構404。在一些實施例 中，金屬網格結構402包括將光導向複數個光學偵測器104的金屬材料(例如，鎢、鋁、銅、另一金屬材料或其組合)。在其他實施例中，介電網格結構404包括介電材料(例如，氧化鈦、氧化鉭、二氧化矽、另一介電材料或其任何組合)，使介電結構119達成全內反射(total internal reflection，TIR)或反之亦然，從而將光導向複數個光學偵測器104。
根據本公開，第5圖至第15圖繪示形成影像感測器之第一方法之一些實施例的橫截面圖500至橫截面圖1500，其中影像感測器包括配置於半導體基板之背側表面上方的緩衝層及配置於緩衝層內的遮光結構。儘管繪示於第5圖至第15圖中的橫截面圖500至橫截面圖1500是參考第一方法來描述，但應瞭解，繪示於第5圖至第15圖中的結構不限於第一方法，而是可獨立於第一方法之外。此外，儘管第5圖至第15圖描述為一系列操作，但應瞭解，這些操作並不受限，操作之次序可在其他實施例中變更，且所揭示方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，經繪示及/或描述之一些操作可整個或部分地省略。
如第5圖之橫截面圖500中所繪示，提供半導體基板102，且複數個光學偵測器104形成於半導體基板102內。在一些實施例中，舉例而言，半導體基板102可為或包括塊材基板(例如，塊材矽基板、絕緣體上矽基板)或某其他合適基板及/或包括第一摻雜類型(例如，p型摻雜)。在一些實施例中，形成複數個光學偵測器104，使得 每一個光學偵測器104包括與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型(例如，n型摻雜)。舉例而言，第一摻雜類型可為p型，且第二摻雜類型可為n型，或反之亦然。在又其他實施例中，一種用於形成複數個光學偵測器104之製程可包括在半導體基板102之前側表面102f上方形成遮罩層(未示出)，根據遮罩層選擇性地植入摻雜劑至半導體基板102的前側表面102f中，從而在半導體基板102內形成複數個光學偵測器104，以及執行移除製程以從半導體基板102之前側表面102f上方移除遮罩層(未示出)。複數個光學偵測器104包括第一光學偵測器104a及第二光學偵測器104b。
如第6圖之橫截面圖600中所繪示，複數個像素裝置210及互連結構202形成於半導體基板102之前側表面102f上方。在一些實施例中，複數個像素裝置210形成於半導體基板102上方，使得每一個像素裝置210包括閘極介電層214及閘極電極212。在其他實施例中，一種用於形成像素裝置210之製程包括沉積(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)或另一合適生長或沉積製程)閘極介電薄膜於半導體基板102的前側表面102f上方，沉積(例如，藉由CVD、PVD、ALD、濺射、無電電鍍、電鍍或另一合適生長或沉積製程)閘極電極層於閘極介電薄膜上方，以及圖案化閘極介電薄膜及閘極 電極層，從而分別形成閘極介電層214及閘極電極212。在一些實施例中，舉例而言，閘極介電層214可為或包括高介電常數介電材料、氧化鋁、氧化鉿、二氧化矽、另一介電材料或其任何組合。在其他實施例中，舉例而言，閘極電極212可為或包括鋁、鈦、鉭、多晶矽、經摻雜多晶矽、矽化物、另一導電材料或其任何組合。
另外，互連結構202包括互連介電結構204、複數個導電通孔206及複數個導電導線208。舉例而言，互連介電結構204可藉由一或多個CVD製程、PVD製程、ALD製程、另一合適生長或沉積製程或其任何組合來形成。在其他實施例中，舉例而言，複數個導電通孔206及複數個導電導線208可各自藉由單一鑲嵌製程、雙重鑲嵌製程或另一合適形成製程來形成。在一些實施例中，互連介電結構204包括複數個層間介電層，分別包括二氧化矽、低介電常數介電材料、極低介電常數介電材料、另一介電材料或其任何組合。在又其他實施例中，舉例而言，複數個導電通孔206及複數個導電導線208可分別為或包括銅、鋁、氮化鈦、氮化鉭、釕、另一導電材料或其任何組合。
如第7圖之橫截面圖700中所繪示，隔離結構115形成於半導體基板102之背側表面102b上方和之中。在一些實施例中，形成隔離結構115包括在半導體基板102之背側表面102b上方形成遮罩層(未示出)，將半導體基板102之未經遮罩區域暴露至一或多種蝕刻劑，從而形成隔離溝槽(包括向下延伸至半導體基板102之背側表面 102b中之第一溝槽105a至第三溝槽105c)，沉積(例如，CVD、PVD、ALD或另一合適生長或沉積製程)介電襯墊層106於半導體基板102之背側表面102b上方，使得介電襯墊層106內襯於第一溝槽105a至第三溝槽105c，以及沉積(例如，CVD、PVD、ALD或另一合適生長或沉積製程)緩衝層114於介電襯墊層106及半導體基板102之背側表面102b上方，從而形成隔離結構115。在一些實施例中，沉積具有初始厚度Ti的緩衝層114，初始厚度Ti界定為介電襯墊層106之頂表面與緩衝層114之頂表面之間的距離。在其他實施例中，舉例而言，緩衝層114可為或包括二氧化矽、金屬氧化物(例如，諸如氧化鋁、氧化鉭等)、聚合物、有機材料、無機材料、另一合適介電材料或其任何組合。在又其他實施例中，舉例而言，介電襯墊層106可為或包括二氧化矽、另一介電材料或類似者。
如第8圖之橫截面圖800中所繪示，遮光層802形成於緩衝層114上方。在一些實施例中，舉例而言，遮光層802藉由CVD、PVD、ALD、濺射、無電電鍍、電鍍或另一合適生長或沉積製程沉積於緩衝層114上方。在其他實施例中，舉例而言，遮光層802包括金屬材料(例如，金、銅、鈦、鉭、鎢、另一金屬材料或其組合)、金屬氧化物(例如，氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鎢(WO3)、另一金屬氧化物或其任何組合)、介電材料(例如，二氧化矽或另一介電材料)、氮化物(例如，氮化鈦、氮化鉭或另一氮化物)、聚合物(例如，聚(3-己基噻吩) (poly(3-hexylthiophene)，P3HT)、基於苯并二噻吩(benzodithiophene，BDT)的共軛聚合物或另一聚合物)、有機材料(例如，奈米碳管(carbon nanotube，CNT)或另一有機材料)、無機材料(例如，硫化銅鋅錫(Cu2ZnSnS4)或另一無機材料)、另一合適材料或其任何組合，且遮光層802可經形成達第一厚度T1，第一厚度T1是在約10埃至50000埃之範圍內或另一合適厚度值。另外，遮罩層804形成於遮光層802上方。在一些實施例中，遮罩層804直接覆蓋第一光學偵測器104a。在又其他實施例中，遮光層802之第一厚度T1大於緩衝層114的初始厚度Ti。
如第9圖之橫截面圖900中所繪示，根據遮罩層(例如第8圖之遮罩層804)對遮光層(例如第8圖之遮光層802)執行圖案化製程，從而在半導體基板102之背側表面102b上方形成遮光結構118。在一些實施例中，圖案化製程包括執行乾蝕刻製程、濕蝕刻製程或另一合適蝕刻製程。另外，圖案化製程包括將遮光層(例如第8圖之遮光層802)之未遮罩部分暴露至一或多種蝕刻劑。在其他實施例中，形成遮光結構118，使得遮光結構118之第一寬度w1大於第一光學偵測器104a的第二寬度w2。另外，形成遮光結構118，使得遮光結構118之底表面與半導體基板102之背側表面102b之間的距離d1是在約10埃至50000埃的範圍內。應瞭解，具有其他值之距離d1是在本公開之範疇內。
如第10圖之橫截面圖1000中所繪示，沉積(例如，CVD、PVD、ALD或另一合適沉積或生長製程)額外緩衝材料於半導體基板102之背側表面102b及遮光結構118上方，從而使緩衝層114之厚度從初始厚度(例如第9圖之初始厚度Ti)增加至第二厚度T2。因此，在一些實施例中，形成緩衝層114至約200埃至50000埃之範圍內的第二厚度T2。應瞭解，具有其他值之第二厚度T2是在本公開之範疇內。在又其他實施例中，舉例而言，額外緩衝材料可為或包括二氧化矽、金屬氧化物(例如，諸如氧化鋁、氧化鉿等)、聚合物、有機材料、無機材料、另一合適介電材料或其任何組合。在又其他實施例中，在沉積額外緩衝材料於半導體基板102之背側表面102b上方之後，在緩衝層114中執行平坦化製程(例如，化學機械拋光(chemical mechanical polishing，CMP)製程)，使得緩衝層114之頂表面為實質上平坦的。
如第11圖之橫截面圖1100中所繪示，複合網格層1102沉積於緩衝層114上方，且遮罩層1104形成於複合網格層1102上方。在一些實施例中，舉例而言，複合網格層1102可藉由CVD、PVD、ALD、濺射、無電電鍍、電鍍或另一合適沉積或生長製程沉積。在其他實施例中，複合網格層1102可包括金屬材料(例如，鈦、鉭、鎢、鋁、銅、另一金屬材料或其組合)、介電材料(例如，氧化鈦、氧化鉭、二氧化矽、另一介電材料或其任何組合)、另一合適材料或其任何組合。在又其他實施例中，沉積複 合網格層1102可包括執行一或多個沉積製程，以形成介電網格層(未示出)於金屬網格層(未示出)上方，使得介電網格層包括介電材料，且金屬網格層包括金屬材料。
如第12圖之橫截面圖1200中所繪示，根據遮罩層(例如第11圖之遮罩層1104)對複合網格層(例如第11圖之複合網格層1102)執行圖案化製程，從而形成複合網格結構116。形成複合網格結構116，使得複合網格結構116包括分別直接覆蓋第一溝槽105a至第三溝槽105c的第一複合網格區段116a至第三複合網格區段116c。另外，複合網格結構116包括分別形成複數個網格開口的複數個相對側壁，網格開口對應於複數個光學偵測器104。在一些實施例中，圖案化製程包括將複合網格層(例如第11圖之複合網格層1102)之未遮罩部分暴露至一或多種蝕刻劑。在其他實施例中，圖案化製程包括執行乾蝕刻製程、濕蝕刻製程、另一合適蝕刻製程或其任何組合。圖案化製程可回蝕至緩衝層114中，使得圖案化製程移除至少一部分的緩衝層114。
如第13圖之橫截面圖1300中所繪示，介電結構119形成於緩衝層114上方。在一些實施例中，用於形成介電結構119之製程包括沉積(例如，CVD、PVD、ALD或另一合適生長或沉積製程)介電結構119於緩衝層114及複合網格結構116上方，以及對介電結構119執行平坦化製程(例如，CMP製程)，使得複合網格結構116之頂表面與介電結構119之頂表面共平面。
如第14圖之橫截面圖1400中所繪示，具有複數個濾光片120(例如，濾色片)之濾光片陣列(例如，濾色片陣列)形成於介電結構119及複合網格結構116上方。在一些實施例中，舉例而言，複數個濾光片120可藉由CVD、PVD、ALD或另一合適生長或沉積製程來形成。
如第15圖之橫截面圖1500中所繪示，第一界面層124形成於複數個濾光片120上方。抗反射塗層126形成於第一界面層124上方，且複數個微透鏡128形成於抗反射塗層126上方。在一些實施例中，用於形成第一界面層124、抗反射塗層126及複數個微透鏡128的製程可包括CVD製程、PVD製程、ALD製程或另一合適生長或沉積製程。
根據本公開，第16圖至第21圖繪示對應於形成影像感測器之第二方法之一些實施例的橫截面圖1600至橫截面圖2100，影像感測器包括配置於半導體基板之背側表面上方的緩衝層及配置於緩衝層內的遮光結構。在一些實施例中，第16圖至第21圖繪示一些操作的實施例，可替代第一方法之第7圖至第13圖的操作。因此，第二方法繪示第5圖至第15圖之第一方法的一些替代性實施例，例如，第二方法可自第5圖至第6圖行進至第16圖至第21圖，且接著自第21圖行進至第14圖至第15圖(跳過第7圖至第13圖)。在此類實施例中，第二方法繪示形成遮光結構118的一些替代性實施例。
如第16圖之橫截面圖1600中所繪示，隔離結構 115形成於半導體基板102之背側表面102b中，且遮罩層1602形成於隔離結構115上方。在一些實施例中，隔離結構115包括介電襯墊層106及緩衝層114。在一些實施例中，隔離結構115可透過實質上類似於上述關於第7圖之形成隔離結構115的製程來形成。如第16圖中所繪示，在一些實施例中，形成緩衝層114，使得第二厚度T2是在約200埃至50000埃之範圍內。應瞭解，具有另一值之第二厚度T2是在本公開之範疇內。隨後，遮罩層1602形成於隔離結構115上方，使得遮罩層1602包括相對側壁界定在第一光學偵測器104a正上方的開口。
如第17圖之橫截面圖1700中所繪示，根據遮罩層(例如第16圖之遮罩層1602)對緩衝層114執行圖案化製程，從而在緩衝層114中形成遮光開口1702。在一些實施例中，圖案化製程包括執行乾蝕刻製程、濕蝕刻製程、另一合適蝕刻製程或其任何組合。
如第18圖之橫截面圖1800中所繪示，遮光層1802沉積於緩衝層114上方，使得遮光層1802填充遮光開口(例如第17圖之遮光開口1702)。在一些實施例中，舉例而言，遮光層1802藉由CVD、PVD、ALD、濺射、無電電鍍、電化學鍍(electrochemical plating，ECP)、電鍍或另一合適生長或沉積製程沉積於緩衝層114上方。在其他實施例中，舉例而言，遮光層1802包括金屬材料(例如，金、銅、鈦、鉭、鎢、另一金屬材料或其組合)、金屬氧化物(例如，氧化鈦(TiO2)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鎢 (WO3)、另一金屬氧化物或其任何組合)、介電材料(例如，二氧化矽或另一介電材料)、氮化物(例如，氮化鈦、氮化鉭或另一氮化物)、聚合物(例如，聚(3-己基噻吩)(poly(3-hexylthiophene)，P3HT)、基於苯并二噻吩(benzodithiophene，BDT)的共軛聚合物或另一聚合物)、有機材料(例如，奈米碳管(carbon nanotube，CNT)或另一有機材料)、無機材料(例如，硫化銅鋅錫(Cu2ZnSnS4)或另一無機材料)、另一合適材料或其任何組合，且遮光層1802可經形成為約10埃至50000埃之範圍內的厚度或另一合適厚度值。
如第19圖之橫截面圖1900中所繪示，對遮光層(例如第18圖之遮光層1802)執行平坦化製程(例如，CMP製程)，從而形成遮光結構118。在一些實施例中，形成遮光結構118，使得遮光結構118之頂表面與緩衝層114的頂表面共平面。在其他實施例中，對緩衝層114執行平坦化製程，使得緩衝層114之頂表面為實質上平坦的，且與遮光結構118之頂表面對準。
如第20圖之橫截面圖2000中所繪示，複合網格層1102沉積於緩衝層114上方，且遮罩層1104形成於複合網格層1102上方。在一些實施例中，複合網格層1102及遮罩層1104實質上類似於第11圖之複合網格層1102及遮罩層1104。在其他實施例中，複合網格層1102及遮罩層1104藉由實質上類似於上述關於第11圖之形成複合網格層1102及遮罩層1104的製程來形成。
如第21圖之橫截面圖2100中所繪示，根據遮罩層(例如第20圖之遮罩層1104)對複合網格層(例如第20圖之複合網格層1102)執行圖案化製程，從而形成複合網格結構116。在一些實施例中，圖案化製程包括執行乾蝕刻製程、濕蝕刻製程、另一合適蝕刻製程或其任何組合。在又其他實施例中，圖案化製程可回蝕至緩衝層114及遮光結構118中，從而移除至少一部分的緩衝層114及遮光結構118。另外，介電結構119形成於緩衝層114及遮光結構118上方。在一些實施例中，介電結構119可藉由實質上類似於上述關於第13圖之形成介電結構119的製程來形成，使得介電結構119之頂表面與複合網格結構116之頂表面共平面。
根據本公開，第22圖繪示形成影像感測器之方法2200，影像感測器包括配置於半導體基板之背側表面上方的緩衝層及嵌入於緩衝層內的遮光結構。儘管方法2200繪示及/或說明為一系列操作或事件，但應瞭解，方法不限於所繪示之次序或操作。因此，在一些實施例中，操作可以不同於所繪示之次序執行及/或可同時執行。另外，在一些實施例中，所繪示操作或事件可經再分解為多個操作或事件，分解的操作或事件在分離時間執行或與其他操作或子操作同時執行。在一些實施例中，可省略一些所繪示操作或事件，且可被包括其他未繪示操作或事件。
在步驟2202，形成複數個光學偵測器於半導體基板內。複數個光學偵測器包括橫向相鄰於第二光學偵測器 的第一光學偵測器。第5圖繪示對應於步驟2202之一些實施例的橫截面圖500。
在步驟2204，沿著半導體基板之前側表面形成複數個像素裝置及互連結構。第6圖繪示對應於步驟2204之一些實施例的橫截面圖600。
在步驟2206，形成隔離結構於半導體基板之背側表面之中和上方，其中隔離結構填充延伸至背側表面中的溝槽。隔離結構包括介電襯墊層及緩衝層，其中緩衝層延伸至溝槽中且覆蓋半導體基板的背側表面。第7圖及第10圖繪示對應於步驟2206之一些實施例的橫截面圖700及橫截面圖1000。另外，第16圖繪示對應於步驟2206之一些替代性實施例的橫截面圖1600。
在步驟2208，形成遮光結構於緩衝層內，使得遮光結構直接覆蓋第一光學偵測器，且自至少一部分的第二光學偵測器橫向偏移。第8圖及第9圖繪示對應於步驟2208之一些實施例的橫截面圖800及橫截面圖900。另外，第16圖至第19圖繪示對應於步驟2208之一些替代性實施例的橫截面圖1600至橫截面圖1900。
在步驟2210，形成複合網格結構於緩衝層及遮光結構上方。第11圖及第12圖繪示對應於步驟2210之一些實施例的橫截面圖1100及橫截面圖1200。另外，第20圖及第21圖繪示對應於步驟2210之一些替代性實施例的橫截面圖2000及橫截面圖2100。
在步驟2212，形成複數個濾光片於複合網格結構 上方，且形成複數個微透鏡於複數個濾光片上方。第14圖及第15圖繪示對應於步驟2212之一些實施例的橫截面圖1400及橫截面圖1500。
因此，在一些實施例中，本公開是關於一種影像感測器，包括配置於半導體基板內的複數個光學偵測器。在半導體基板之背側表面與上方的複合網格結構之間，配置緩衝層於複數個光學偵測器上方。配置一種遮光結構於緩衝層內，且直接覆蓋對應的光學偵測器。
在一些實施例中，本案提供一種影像感測器，包括配置於半導體基板之前側表面內的第一光學偵測器、配置於半導體基板之背側表面上方的隔離結構、具有複合網格區段分別對準在溝槽上方的複合網格結構，以及配置於緩衝層內直接覆蓋第一光學偵測器的遮光結構，其中隔離結構包括緩衝層及介電襯墊層，緩衝層覆蓋半導體基板之背側表面且填充向下延伸至半導體基板之背側表面的溝槽中，介電襯墊層配置於緩衝層與半導體基板之間，緩衝層分離介電襯墊層與複合網格結構。在一實施例中，遮光結構具有在複合網格結構之第一複合網格區段下方終止的第一末端，且具有在複合網格結構之第二複合網格區段下方終止的第二末端，其中第一複合網格區段相鄰於第二複合網格區段。在一實施例中，遮光結構具有頂表面與緩衝層之頂表面共平面。在一實施例中，遮光結構之頂表面的第一外部部分直接接觸第一複合網格區段的底表面，且遮光結構之頂表面的第二外部部分與第二複合網格區段的底表面直 接接觸。在一實施例中，遮光結構嵌入於緩衝層中，使得緩衝層接觸遮光結構之頂表面、接觸遮光結構之下表面且接觸遮光結構的側壁表面。在一實施例中，遮光結構之頂表面的第一外部部分透過緩衝層與第一複合網格區段的底表面隔開，且遮光結構之頂表面的第二外部部分透過緩衝層與第二複合網格區段的底表面隔開。在一實施例中，影像感測器進一步包括配置於半導體基板內且相鄰於第一光學偵測器的第二光學偵測器，其中遮光結構與至少一部分的第二光學偵測器以非零的距離橫向偏移。在一實施例中，遮光結構之下表面的第一外部部分直接覆蓋第二光學偵測器之第一外部邊緣，且遮光結構在朝向第一光學偵測器之方向上與第二光學偵測器的第二外部邊緣以非零的距離橫向偏移。在一實施例中，遮光結構之折射率大於緩衝層的折射率。
在一些實施例中，本案提供一種影像感測器，包括配置於半導體基板內的複數個光學偵測器、沿著半導體基板之前側表面配置的互連結構、配置於半導體基板之背側表面上方的隔離結構、沿著緩衝層之頂表面配置的金屬網格結構，以及配置於緩衝層內且直接覆蓋第一光學偵測器的遮光結構，其中光學偵測器包括相鄰於第二光學偵測器的第一光學偵測器，隔離結構包括覆蓋半導體基板之背側表面的緩衝層且包括延伸至複數個溝槽中的一或多個區段，溝槽向下延伸至半導體基板的背側表面中，緩衝層分離金屬網格結構與半導體基板的背側表面，遮光結構與至少一 部分的第二光學偵測器橫向偏移，遮光結構用以降低第一光學偵測器的量子效率，使得第一光學偵測器之量子效率小於第二光學偵測器的量子效率。在一實施例中，遮光結構之第一外部側壁直接覆蓋溝槽中的第一溝槽，且遮光結構之第二外部側壁直接覆蓋溝槽中的第二溝槽。在一實施例中，影像感測器進一步包括覆蓋緩衝層且橫向配置於金屬網格結構之側壁之間的介電結構，且其中遮光結構之頂表面垂直地在遮光結構之上表面上方，緩衝層之頂表面與遮光結構之頂表面對準，介電結構沿著遮光結構之相對側壁從金屬網格結構的側壁連續地延伸至遮光結構的上表面。在一實施例中，遮光結構包括第一材料，且緩衝層包括不同於第一材料的第二材料。在一實施例中，第一材料為氮化鈦、氧化鈦或氧化鉭，且第二材料為二氧化矽。在一實施例中，光學偵測器進一步包括第三光學偵測器，使得第一光學偵測器在第二光學偵測器與第三光學偵測器之間橫向隔開，其中遮光結構之第一外部側壁直接覆蓋第三光學偵測器，且遮光結構之第二外部側壁直接覆蓋第二光學偵測器，第一外部側壁相對於第二外部側壁。在一實施例中，遮光結構包括第一突出部及第二突出部，其中第一突出部具有相對側壁對準於金屬網格結構之第一網格區段的相對側壁，且第二突出部具有相對側壁對準於金屬網格結構之第二網格區段的相對側壁。在一實施例中，遮光結構在金屬網格結構之相鄰網格區段之間橫向隔開，且遮光結構之寬度小於第一光學偵測器的寬度。
在一些實施例中，本案提供一種用於形成影像感測器的方法，包括在半導體基板之前側表面內形成複數個光學偵測器、在半導體基板之背側表面上形成橫向環繞各個光學偵測器的隔離溝槽、在半導體基板之背側表面上方沉積內襯於隔離溝槽的介電襯墊層、形成緩衝層以填充隔離溝槽的剩餘部分且向上延伸至半導體基板之背側表面上方的第一高度、在緩衝層上方形成直接覆蓋光學偵測器中之第一光學偵測器的遮光結構，以及在遮光結構上方形成包括複數個網格區段的網格結構，其中各個光學偵測器在相鄰網格區段之間橫向隔開。在一實施例中，網格結構具有在遮光結構之第一外部邊緣上方對準的第一網格區段，且具有在遮光結構之第二外部邊緣上方對準的第二網格區段，第一外部邊緣與第二外部邊緣相對。在一實施例中，形成遮光結構包括在緩衝層上方形成具有相對側壁界定在第一光學偵測器正上方之開口的遮罩層、根據遮罩層圖案化緩衝層從而在緩衝層內形成遮光開口、在緩衝層上方沉積填充遮光開口的遮光層，以及對遮光層執行平坦化製程，從而在第一光學偵測器正上方形成遮光結構，其中遮光結構之頂表面與緩衝層的頂表面共平面。
前面概述一些實施例的特徵，使得本領域技術人員可更好地理解本公開的觀點。本領域技術人員應該理解，他們可以容易地使用本公開作為設計或修改其他製程和結構的基礎，以實現相同的目的和/或實現與本文介紹之實施例相同的優點。本領域技術人員還應該理解，這樣的等同 構造不脫離本公開的精神和範圍，並且在不脫離本公開的精神和範圍的情況下，可以進行各種改變、替換和變更。
102:半導體基板
102b:背側表面
102f:前側表面
104:光學偵測器
104a:第一光學偵測器
104b:第二光學偵測器
105a:第一溝槽
105b:第二溝槽
105c:第三溝槽
106:介電襯墊層
114:緩衝層
115:隔離結構
116:複合網格結構
116a:第一複合網格區段
116b:第二複合網格區段
116c:第三複合網格區段
118:遮光結構
119:介電結構
120:濾光片
120a:第一濾光片
120b:第二濾光片
124:第一界面層
126:抗反射塗層
128:微透鏡
200a:影像感測器
202:互連結構
204:互連介電結構
206:導電通孔
208:導電導線
210:像素裝置
212:閘極電極
214:閘極介電層
d1:距離
T1:第一厚度
T2:第二厚度
w1:第一寬度
w2:第二寬度

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，包括：一第一光學偵測器，配置於一半導體基板的一前側表面內；一隔離結構，配置於該半導體基板的一背側表面上方，其中該隔離結構包括一緩衝層及一介電襯墊層，其中該緩衝層覆蓋該半導體基板之該背側表面且填充向下延伸至該半導體基板之該背側表面中的多個溝槽，其中該介電襯墊層配置於該緩衝層與該半導體基板之間；一複合網格結構，具有分別在該些溝槽上方對準的多個複合網格區段，其中該緩衝層位於該第一光學偵測器和該複合網格結構之間，該緩衝層分離該介電襯墊層與該複合網格結構；及一遮光結構，配置於該複合網格結構下方的該緩衝層內，且直接覆蓋該第一光學偵測器。
  2. 如請求項1所述之影像感測器，其中該遮光結構具有在該複合網格結構之一第一複合網格區段下方終止的一第一末端，且具有在該複合網格結構之一第二複合網格區段下方終止的一第二末端，其中該第一複合網格區段相鄰於該第二複合網格區段。
  3. 如請求項2所述之影像感測器，其中該遮光結構嵌入於該緩衝層中，使得該緩衝層接觸該遮光結構之 一頂表面、接觸該遮光結構之一下表面且接觸該遮光結構的側壁表面。
  4. 如請求項1所述之影像感測器，進一步包括：一第二光學偵測器，配置於該半導體基板內且相鄰於該第一光學偵測器；且其中該遮光結構與至少一部分的該第二光學偵測器以一非零距離橫向偏移。
  5. 一種影像感測器，包括：複數個光學偵測器，配置於一半導體基板內，其中該些光學偵測器包括相鄰於一第二光學偵測器的一第一光學偵測器；一互連結構，沿著該半導體基板的一前側表面配置；一隔離結構，配置於該半導體基板之一背側表面上方，其中該隔離結構包括覆蓋該半導體基板之該背側表面的一緩衝層，且該隔離結構包括延伸至複數個溝槽中的一或多個區段，該些溝槽向下延伸至該半導體基板的該背側表面中；一金屬網格結構，沿著該緩衝層之一頂表面配置，其中該緩衝層分離該金屬網格結構與該半導體基板的該背側表面；及一遮光結構，配置於該緩衝層內且直接覆蓋該第一光學偵測器，其中該遮光結構與至少一部分的該第二光學偵測 器橫向偏移，且其中該遮光結構用以降低該第一光學偵測器的一量子效率，使得該第一光學偵測器之該量子效率小於該第二光學偵測器的一量子效率。
  6. 如請求項5所述之影像感測器，進一步包括：一介電結構，覆蓋該緩衝層且橫向配置於該金屬網格結構的側壁之間；且其中該遮光結構之一頂表面垂直地在該遮光結構之一上表面上方，其中該緩衝層之該頂表面與該遮光結構之該頂表面對準，且其中該介電結構沿著該遮光結構之相對側壁從該金屬網格結構的側壁連續地延伸至該遮光結構的該上表面。
  7. 如請求項5所述之影像感測器，其中該些光學偵測器進一步包括一第三光學偵測器，使得該第一光學偵測器在該第二光學偵測器與該第三光學偵測器之間橫向隔開，其中該遮光結構之一第一外部側壁直接覆蓋該第三光學偵測器，且該遮光結構之一第二外部側壁直接覆蓋該第二光學偵測器，該第一外部側壁與該第二外部側壁相對。
  8. 如請求項7所述之影像感測器，其中該遮光結構包括一第一突出部及一第二突出部，其中該第一突出部包括相對側壁對準於該金屬網格結構之一第一網格區段 的相對側壁，且該第二突出部包括相對側壁對準於該金屬網格結構之一第二網格區段的相對側壁。
  9. 如請求項5所述之影像感測器，其中該遮光結構在該金屬網格結構之相鄰網格區段之間橫向隔開，且該遮光結構之一寬度小於該第一光學偵測器的一寬度。
  10. 一種形成影像感測器的方法，包括：形成複數個光學偵測器在一半導體基板之一前側表面內；形成一隔離溝槽在該半導體基板之一背側表面上，其中該隔離溝槽橫向環繞各個該些光學偵測器；沉積一介電襯墊層在該半導體基板之該背側表面上方，使得該介電襯墊層內襯於該隔離溝槽；形成一緩衝層以填充該隔離溝槽的一剩餘部分且向上延伸至該半導體基板之該背側表面上方至一第一高度；形成一遮光結構在該緩衝層上方，使得該遮光結構直接覆蓋該些光學偵測器中的一第一光學偵測器；及形成一網格結構在該遮光結構上方，使得該網格結構包括複數個網格區段，其中各個該些光學偵測器在相鄰的該些網格區段之間橫向隔開。
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