TWI761812B - 用於紅外線感測之影像感測器及其製造方法 - Google Patents

用於紅外線感測之影像感測器及其製造方法 Download PDF

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Abstract

一種影像感測器包括一半導體基板、一第一磊晶層、一第二磊晶層、複數個光電二極體及複數個像素隔離結構。該第一磊晶層形成於該半導體基板上，且該第二磊晶層形成於該第一磊晶層上。每一光電二極體包括形成於該第一磊晶層中之一第一擴散區及形成於該第二磊晶層中之一第二擴散區。該第二擴散區延伸通過該第二磊晶層並電耦接至該第一擴散區。每一像素隔離結構包括形成於該第一磊晶層中之鄰近的第一擴散區之間的一第一隔離結構及形成於該第二磊晶層中之鄰近的第二擴散區之間的一第二隔離結構。該第二隔離結構延伸通過該第二磊晶層以連接至該第一隔離結構。

Description

用於紅外線感測之影像感測器及其製造方法
本發明大體上係關於互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器，且尤其但非排他地係關於對紅外線(IR)光具有增強之光敏度之影像感測器及其製造方法。
影像感測器已變得隨處可見。其廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、安保攝像頭，以及醫學、汽車及其他應用。典型影像感測器操作如下。來自外部場景之影像光入射於影像感測器上。影像感測器包括複數個感光元件，使得每一感光元件吸收入射影像光之一部分。包括於影像感測器中的例如光電二極體等每一感光元件各自在吸收影像光之後產生影像電荷。所產生之影像電荷之量與影像光之強度成比例。所產生之影像電荷可用於產生表示外部場景之影像。
一些影像感測器用於近紅外線(NIR)感測(為簡單及簡潔起見，亦被稱作紅外線或IR感測)。IR感測一般定義為包括自約750nm至約950nm之光波長。IR感測可適用於原本在視覺感知之外的成像。當朝向物件發出及自物件反射IR光時，IR感測器暫存反射光。IR感測亦可用以計量物件距離、大小、方位，並識別用於各種應用之特徵，包括用於自動 聚焦之3D成像及相位偵測。
根據本發明之一態樣，提供一種對紅外線感測具有改良之敏感度之影像感測器。該影像感測器包括半導體基板、第一導電類型之第一磊晶層、第一導電類型之第二磊晶層、複數個光電二極體，及配置於鄰近的光電二極體之間的複數個像素隔離結構。該半導體基板具有第一側及與第一側相對之第二側。第一磊晶層形成於半導體基板之第一側上。第二磊晶層形成於第一磊晶層上。複數個光電二極體被配置成形成於第一磊晶層及第二磊晶層兩者中。該複數個光電二極體中之每一者包括第二導電類型之第一擴散區及第二導電類型之第二擴散區。第一擴散區形成於第一磊晶層中且第二擴散區形成於第二磊晶層中。第二擴散區延伸通過第二磊晶層並電耦接至第一擴散區。每一光電二極體積聚回應於第一擴散區及第二擴散區中之至少一者中之入射光而產生之影像電荷。該複數個像素隔離結構中之每一者包括第一隔離結構及第二隔離結構。第一隔離結構形成於第一磊晶層中並安置於鄰近的第一擴散區之間。第二隔離結構形成於第二磊晶層中並安置於鄰近的第二擴散區之間。第二隔離結構朝向半導體基板延伸通過第二磊晶層以連接至第一隔離結構。
在一些實施例中，影像感測器進一步包括複數個背側深溝槽隔離結構。該複數個背側深溝槽隔離結構形成於半導體基板之第二側上。深溝槽隔離結構中之每一者自半導體基板之第二側延伸至第一磊晶層中以連接至每一像素隔離結構之第一隔離結構。
在一些實施例中，第一擴散區與第二擴散區具有實質上相同的摻雜分佈。
在一些實施例中，第一隔離結構包括用第一導電類型摻雜之第一植入隔離區，且第二隔離結構包含用第一導電類型摻雜之第二植入隔離區。
在一些實施例中，背側深溝槽隔離結構中之每一者自半導體基板之第二側延伸至各別第一隔離結構之第一植入隔離區中。
在一些實施例中，第一隔離結構包括形成於第一磊晶層中之第一前側深溝槽隔離結構，且第一前側深溝槽隔離結構朝向半導體基板之第二側延伸通過第一磊晶層。第二隔離結構包括形成於第二磊晶層中之第二前側深溝槽隔離結構，且第二前側深溝槽隔離結構自第二磊晶層之表面通過第二磊晶層朝向半導體基板延伸以連接至第一深溝槽隔離結構。
根據本發明之另一態樣，提供一種對紅外線感測具有改良之敏感度之影像感測器。影像感測器包括半導體基板、第一導電類型之第一磊晶層及第一導電類型之第二磊晶層。半導體基板具有第一側及與第一側相對之第二側。第一磊晶層形成於半導體基板之第一側上。第一磊晶層包括第二導電類型之複數個第一擴散區及第二導電類型之複數個第一擴散區，其中第二導電類型與第一導電類型相反。複數個第一隔離結構中之每一者配置於第一磊晶層中之鄰近的第一擴散區之間以使鄰近的第一擴散區電隔離。第一導電類型之第二磊晶層形成於第一磊晶層上。第二磊晶層包括第二導電類型之複數個第二擴散區及複數個第二隔離結構。第二擴散區中之每一者延伸通過第二磊晶層並電耦接至第一擴散區中之每一者，從而形成複數個光電二極體。第二隔離結構中之每一者配置於第二磊晶層中之鄰近的第二擴散區之間以使鄰近的第二擴散區電隔離。第二隔離結構中之每一者朝向半導體基板之第二側延伸通過第二磊晶層並連接至第一隔離結 構中之每一者。
在一些實施例中，影像感測器進一步包括第一導電類型之第三磊晶層，且第三磊晶層形成於第二磊晶層上。第三磊晶層包括第二導電類型之複數個第三擴散區及複數個第三隔離結構。第三擴散區中之每一者延伸通過第三磊晶層以電耦接至第二擴散區。光電二極體中之每一者包括第一擴散區、第二擴散區及第三擴散區。光電二極體中之每一者儲存回應於第一擴散區、第二擴散區及第三擴散區中之至少一者中之入射光而產生之影像電荷。第三隔離結構中之每一者安置於第三磊晶層中之鄰近的第三擴散區之間以使鄰近的第三擴散區電隔離。第三隔離結構中之每一者朝向第二磊晶層延伸通過第三磊晶層並連接至第二隔離結構中之每一者。
在一些實施例中，第一擴散區、第二擴散區及第三擴散區具有實質上相同的摻雜分佈。
在一些實施例中，影像感測器係前側照明式影像感測器。
在一些實施例中，影像感測器係背側照明式影像感測器。
根據本發明之另一態樣，提供一種用於製造對紅外線感測具有改良之敏感度之影像感測器之方法。該方法包括：在半導體基板之第一側上形成第一導電類型之第一磊晶層；在該第一磊晶層中形成第二導電類型之複數個第一擴散區；在該第一磊晶層中形成複數個第一隔離結構，該等第一隔離結構中之每一者被配置成形成於鄰近的第一擴散區之間；在該第一磊晶層上形成該第一導電類型之第二磊晶層；在該第二磊晶層中形成該第二導電類型之複數個第二擴散區，其中該等第二擴散區中之每一者延伸通過該第二磊晶層以電耦接至該等第一擴散區中之每一者，從而形成複數個光電二極體；及在該第二磊晶層中形成複數個第二隔離結構，其中 該等第二隔離結構中之每一者形成於鄰近的第二擴散區之間並延伸通過該第二磊晶層以連接至該等第一隔離結構中之每一者。
在一些實施例中，第一導電類型係P型，且第二導電類型係N型。
在一些實施例中，第一導電類型係N型，且第二導電類型係P型。
10:影像感測器
10A:影像感測器
20:影像感測器
40A:影像感測器
40B:影像感測器
50:影像感測器
80:成像系統
100:半導體基板
102:第一側
104:第二側
110:第一磊晶層
112:表面
120:光電二極體
120a:第一擴散區
120b:第二擴散區
120c:第三擴散區
130:第二磊晶層
132:表面
140:像素隔離結構
140a:第一隔離結構
140b:第二隔離結構
140c:第三隔離結構
150:深隔離溝槽(DTI)結構
160:第三磊晶層
162:表面
200:半導體基板
202:第一側
204:第二側
210:第一磊晶層
220:光電二極體
220a:第一擴散區
220b:第二擴散區
230:第二磊晶層
232:表面
240:像素隔離結構
240a:第一隔離結構
240b:第二隔離結構
250:深溝槽隔離結構
310:區塊
320:區塊
330:區塊
340:區塊
350:區塊
360:區塊
370:區塊
406:入射光
408:影像電荷
420:緩衝層
430:彩色濾光片層
430':彩色濾光片層
440:微透鏡陣列
440':微透鏡陣列
450:層間介電層
460:多層金屬互連結構
460':層間介電層/多層互連結構
500:半導體基板
502:第一側
504:第二側
506:入射光
510:第一磊晶層
512:表面
520:光電二極體
520a:第一擴散區
520b:第二擴散區
530:第二磊晶層
532:表面
540:像素隔離結構
540a:第一前側深溝槽隔離(F-DTI)結構
540b:第二前側深溝槽隔離(F-DTI)結構
600:半導體基板
602:第一側
604:第二側
610:第一磊晶層
612:表面
620:光電二極體
620a:第一擴散區
620b:第二擴散區
630:第二磊晶層
632:表面
640:像素隔離結構
640a:第一前側深溝槽隔離(F-DTI)結構
640b:第二前側深溝槽隔離(F-DTI)結構
710:區塊
720:區塊
730:區塊
740:區塊
750:區塊
760:區塊
810:像素陣列
820:讀出行線
825:控制電路系統
830:讀出電路系統
840:功能邏輯
C1:行
C2:行
C3:行
C4:行
C5:行
Cx:行
R1:列
R2:列
R3:列
R4:列
R5:列
Ry:列
參考以下各圖描述本發明之非限制性且非窮盡性的實例，其中除非另有規定，否則在各視圖通篇中相同的附圖標記係指相同的部分。
圖1A繪示根據本發明之實施例的例示性影像感測器結構之橫截面圖。
圖1B繪示根據本發明之實施例的例示性影像感測器結構之橫截面圖。
圖2A至圖2G繪示根據本發明之教示的關於圖1A之影像感測器之例示性製造方法之橫截面圖。
圖3展示根據本發明之教示的繪示用於製造圖1之例示性影像感測器之例示性方法之流程圖。
圖4A繪示根據本發明之實施例的例示性背側照明式影像感測器結構之橫截面圖。
圖4B繪示根據本發明之實施例的例示性前側照明式影像感測器結構之橫截面圖。
圖5繪示根據本發明之實施例的例示性背側影像感測器結 構之橫截面圖。
圖6A至圖6F繪示根據本發明之教示的關於圖5之例示性影像感測器結構之另一例示性製造方法之橫截面圖。
圖7展示根據本發明之教示的繪示用於製造圖5之例示性影像感測器結構之例示性方法之流程圖。
圖8繪示根據本發明之實施例的成像系統之一個實例。
對應參考標號在附圖之若干視圖中指示對應組件。熟習此項技術者應瞭解，圖中之元件僅為簡單及清晰起見而繪示，且未必按比例繪製。舉例而言，圖中之一些元件之尺寸可能相對於其他元件誇示以有助於改良對本發明之各種實施例之理解。又，通常未描繪在商業可行的實施例中有用或必需的常見但易於理解之元件，以便呈現本發明之此等各種實施例之遮擋較少的視圖。
本文中描述用於對IR光具有增強之光敏度之成像感測器的裝置結構及製造方法之實施例。在以下描述中，陳述眾多特定細節以便提供對實施例之透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，可在沒有一或多個特定細節的情況下或利用其他方法、組件、材料等來實踐本文中所描述之技術。在其他情況下，未展示或詳細描述眾所周知的結構、材料或操作以免混淆某些態樣。
在本說明書通篇中參考「一個實例」或「一個實施例」意謂結合實例描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一個實例中。因此，貫穿本說明書在不同位置中出現之短語「在一個實例中」或「在一個實施例中」未必都係指同一實例。此外，該等特定特徵、結構或 特性可在一或多個實例中組合。
下文描述組件及配置之特定實例來簡化本發明。當然，此等僅係實例且並不意欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或上之形成可包括第一特徵及第二特徵直接接觸地形成或安置的實施例，且亦可包括額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成或安置使得第一特徵及第二特徵可不直接接觸的實施例。此外，本發明可在各種實例中重複參考標號及/或字母。此種重複係出於簡化及清楚之目的且本身並不規定所論述之各種實施例及/或組態之間的關係。
應進一步理解，儘管本文中可使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件、組件、區、層及/或區段，但此等元件、組件、區、層及/或區段不應受此等術語限制。此等術語僅用於將一個元件、組件、區、層或區段與另一區、層或區段區分開且不限制或設定次序。因此，在不脫離本發明概念之教示的情況下，下文論述之第一元件、組件、區、層或區段可被稱為第二元件、組件、區、層或區段。
為易於描述，可在本文中使用例如「下面」、「下方」、「下部」、「之下」、「上」、「上部」等等空間相對術語描述如圖中所繪示之一個元件或特徵與另一元件或特徵之關係。應理解，除圖中所描繪之定向以外，空間相對術語亦意欲涵蓋裝置在使用或操作中之不同定向。舉例而言，若圖中之裝置翻轉，則被描述為「在」其他元件或特徵「下方」或「下面」或「之下」之元件將定向「在」該等其他元件或特徵「上方」。因此，例示性術語「在……下方」及「在……之下」可涵蓋在上方及在下方之定向。裝置可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)，且相應地解譯本文中所使用之空間相對描述符。此外，亦應理解，當層被稱作「在 兩個層之間」時，其可為兩個層之間的唯一層，或亦可存在一或多個介入層。
應理解，當一元件被稱為「連接至」或「耦接至」另一元件時，其可直接連接或耦接至該另一元件或可存在介入元件。相比之下，當一元件被稱為「直接連接」或「直接耦接」至另一元件時，不存在介入元件。應以類似方式解譯用於描述元件之間的關係之其他詞語(例如「在……之間」對「直接在……之間」、「鄰近」對「直接鄰近」等)。
應理解，當元件或層被提及為「形成於另一元件或層上」時，其可能直接形成於另一元件或層上。即，舉例而言，可存在介入元件或層。相比之下，當元件或層被稱為「直接形成於另一元件上」時，不存在介入元件或層。應以類似方式解譯用於描述元件或層之間的關係之其他詞語(例如「在……之間」對「直接在……之間」、「鄰近」對「直接鄰近」等)。
在本說明書通篇中，使用若干技術術語。除非本文中明確定義，或其使用情境將明顯另有表明，否則此等術語將採用其在所出現之領域中的普通含義。
CMOS影像感測器通常包含分別具有例如光電二極體之影像感測元件之複數個像素。隨時間推移，半導體行業使像素之大小減小，以便增加CMOS影像感測器(CIS)整合式晶片中之像素之數目。增加整合式晶片中之像素之數目會增加由CIS整合式晶片捕捉之影像之解析度。然而，隨著像素之大小變得愈來愈小，像素變得愈來愈靠近彼此且鄰近的像素之間的串擾增加。因而，像素之間的較小且深的隔離對於像素之滿井容量(FWC)及量子效率(QE)變得愈來愈至關重要。
紅外線(IR)光之波長通常在750nm至約950nm之範圍內，且針對IR光波長950nm之矽基板之典型吸收深度係大約10μm。因此，為改良光電二極體對紅外線(IR)光之量子效率或光敏度，可需要具有較深植入之光電二極體之較厚矽基板，以便增加IR光之吸收，此將需要較深隔離。然而，咸信，例如光微影、植入及蝕刻處理等當前處理技術會將光電二極體之植入深度限制至約2μm至3μm，此深度可能並不足以完全吸收IR光，藉此會限制影像感測器之效能。另外，亦存在溝槽深度及溝槽寬度限制，被稱為最大縱橫比(深度對寬度比)，此將侷限可形成隔離結構之深度。詳言之，像素大小愈小，則可植入光電二極體之深度愈淺，且可用現有處理技術形成隔離結構之深度愈淺。
圖1A繪示根據本發明之例示性實施例提供的影像感測器10之實例橫截面圖。影像感測器10包括半導體基板100、第一磊晶層110、第二磊晶層130、複數個光電二極體120、配置於鄰近的光電二極體120之間的複數個像素隔離結構140，及複數個深溝槽隔離(DTI)結構150。複數個光電二極體120中之每一者可操作以回應於入射光而產生並積聚影像電荷。
在一些實施例中，半導體基板100可為矽基板或經摻雜半導體基板，例如P型矽基板或N型矽基板。在一個實施例中，半導體基板100可為磊晶矽基板。
半導體基板100具有第一側102(例如前側)及與第一側102相對之第二側104(例如背側)。第一磊晶層110例如藉由執行磊晶生長製程(第一磊晶生長製程)形成於半導體基板100之第一側102上。第二磊晶層130例如藉由執行另一磊晶生長製程(第二磊晶生長製程)形成於第一磊晶 層110上。第二磊晶層130具有表面132，其可被稱為第二磊晶層130、第一磊晶層110及半導體基板100之堆疊性基板結構之前側表面。半導體基板100具有表面112，其可被稱為第二磊晶層130、第一磊晶層110及半導體基板100之堆疊性基板結構之背側表面。
第一磊晶層110可與半導體基板100磊晶地對準。第二磊晶層130可與第一磊晶層110磊晶地對準。第一磊晶層110及第二磊晶層130可為經摻雜矽層。在一些實施例中，第一磊晶層110及第二磊晶層130兩者均為經P型摻雜矽層。在一些實施例中，第一磊晶層110及第二磊晶層130兩者均為經N型摻雜矽層。在一些實施例中，第一磊晶層110及第二磊晶層130可用相同極性及實質上相同雜質濃度之摻雜劑/雜質摻雜。
在一些實施例中，第一磊晶層110之摻雜濃度及第二磊晶層130之摻雜濃度可高於半導體基板100之摻雜濃度。
在一些實施例中，第一磊晶層110及第二磊晶層130兩者均可摻雜有與半導體基板100之導電類型相同的摻雜劑。在一些實施例中，第一磊晶層110及第二磊晶層130兩者均可摻雜有與半導體基板100具有不同導電類型之摻雜劑。舉例而言，第一磊晶層110及第二磊晶層130兩者均可摻雜有P型摻雜劑(例如硼、鎵)，而半導體基板100可摻雜有N型摻雜劑(例如砷、磷)。
在一些實施例中，複數個光電二極體120中之每一者包括第一擴散區120a及第二擴散區120b。第一擴散區120a中之每一者形成於第一磊晶層110中。第二擴散區120b中之每一者形成於第二磊晶層130中。
第二擴散區120b中之每一者被配置成實質上延伸通過第二 磊晶層130以彼此電耦接。在一些實施例中，第一擴散區120a及第二擴散區120b可彼此接觸。舉例而言，第二擴散區120b可藉由在表面132處之離子植入形成於第二磊晶層130中，並被配置成例如藉由具有不同植入能量之數次植入而自表面132延伸通過第二磊晶層130以直接連接至第一擴散區120a。
第一擴散區120a中之每一者形成用於每一各別光電二極體120之第一光感測區，且第二擴散區120b中之每一者形成每一各別光電二極體之第二光感測區。每一光電二極體120之第一擴散區120a及第二擴散區120b在影像感測器10之積分或曝光週期期間，回應於入射光之部分各自針對相關聯光電二極體120被吸收而在操作上產生並積聚影像電荷。重申一下，每一光電二極體120積聚回應於入射光之部分各自在相關聯之第一擴散區120a及第二擴散區120b中之至少一者中被吸收而產生之影像電荷。換言之，光電二極體120之第一擴散區120a及第二擴散區120b中之經組合積聚影像電荷可表示為針對各別光電二極體120之光感測回應，並在影像感測器10之電荷轉移週期期間由光電二極體120輸出。
在一些實施例中，影像感測器10可為前側照明式(FSI)影像感測器，每一光電二極體120在影像感測器10之積分或曝光週期期間，回應於入射光被引導通過第一擴散區120a及第二擴散區120b中之至少一者中之表面132(前側表面)而產生並積聚影像電荷。對於影像感測器10係前側照明式影像感測器，表面132亦可被稱作被照明表面，且表面112可被稱為未被照明表面。
在一些實施例中，影像感測器10可為背側照明式(BSI)影像感測器，每一光電二極體120在影像感測器10之積分或曝光週期期間， 回應於入射光被引導通過第一擴散區120a及第二擴散區120b中之至少一者中之第二側104(例如背側)，即通過表面112(背側表面)而產生並積聚影像電荷。對於影像感測器10係前側照明式影像感測器，表面112亦可被稱作被照明表面，且表面132可被稱為未被照明表面。
複數個光電二極體120之第一擴散區120a及第二擴散區120b可形成有與第一磊晶層110及第二磊晶層130之導電類型相反之導電類型。在一些實施例中，第一擴散區120a及第二擴散區120b可摻雜有N型摻雜劑(例如砷或磷)以用於產生電子來作為影像電荷，而第一磊晶層110及第二磊晶層130可摻雜有P型摻雜劑(例如硼)。在一些實施例中，極性可顛倒，即，第一擴散區120a及第二擴散區120b可摻雜有P型摻雜劑以用於產生電洞來作為影像電荷，而第一磊晶層110及第二磊晶層130可摻雜有N型摻雜劑。
在一些實施例中，每一光電二極體120之第一擴散區120a及第二擴散區120b具有實質上相同的摻雜分佈。在一些實施例中，第一擴散區120a及第二擴散區120b具有實質上相同的摻雜濃度。因而，每一光電二極體120可具有相等的摻雜劑濃度以及實質上相同的大小及形狀。應瞭解，光電二極體120之滿井容量主要由其經摻雜第一擴散區120a及第二擴散區120b之大小及摻雜劑濃度設定。每一光電二極體120可具有實質上相同的滿井容量。此項技術中已知的是，使兩個光電二極體具有類似(若不相等)滿井容量會允許信號處理之複雜性減小。
在一些實施例中，安置成較靠近被照明表面之擴散區可具有較高摻雜濃度。舉例而言，對於背側照明式影像感測器，較靠近背側表面(例如表面112)之第一擴散區120a與第二擴散區120b相比可具有較高摻 雜濃度。對於另一實例，對於前側照明式影像感測器，較靠近前側表面(例如表面132)之第二擴散區120b與第一擴散區120a相比可具有較高摻雜濃度。
複數個像素隔離結構140中之每一者配置於兩個鄰近的光電二極體120之間以使相鄰的光電二極體120電隔離，從而防止電串擾。複數個像素隔離結構140中之每一者包括第一隔離結構140a及第二隔離結構140b。第一隔離結構140a形成於第一磊晶層110中並朝向半導體基板100之第一側102延伸。第二隔離結構140b形成於第二磊晶層130中並實質上延伸通過第二磊晶層130。
複數個像素隔離結構140之第一隔離結構140a配置於兩個鄰近的第一擴散區120a之間，且複數個像素隔離結構140之第二隔離結構140b配置於兩個相鄰的第二擴散區120b之間。複數個像素隔離結構140之第一隔離結構140a中之每一者被組態成使鄰近的第一擴散區120a電隔離，且複數個像素隔離結構140之第二隔離結構140b中之每一者被組態成使相鄰的第二擴散區120b電隔離。
第一隔離結構140a中之每一者可被配置成延伸至大於第一擴散區120a之植入深度之深度。舉例而言，第一隔離結構140a可通過第一磊晶層110延伸至半導體基板100之第一側102，而第一擴散區120a可被配置成延伸至進入第一磊晶層110之深度。
第二隔離結構140b中之每一者被配置成自第二磊晶層130之表面132通過第二磊晶層130延伸至第一磊晶層110並耦接至各別第一隔離結構140a中之每一者。在一些實施例中，第二隔離結構140b可電耦接至第一隔離結構140a。在一些實施例中，第二隔離結構140b中之每一者 可在實體上或在結構上連接至每一各別第一隔離結構140a。
在一些實施例中，第一隔離結構140a中之每一者及第二隔離結構140b中之每一者可藉由離子植入而形成。第一隔離結構140a中之每一者及第二隔離結構140b中之每一者可為植入隔離區，其摻雜有與第一擴散區120a及第二擴散區120b具有相反之導電類型之摻雜劑。舉例而言，第一擴散區120a中之每一者可為第一N型擴散區，第二擴散區120b中之每一者可為第二N型擴散區，第一隔離結構140a中之每一者可為第一P型植入隔離區，且第二隔離結構140b中之每一者可為第二P型植入隔離區。P型植入隔離區及第二P型植入隔離區可具有實質上相同的摻雜濃度。
在一些實施例中，第一隔離結構140a中之每一者之橫向寬度小於第一擴散區120a中之每一者之橫向寬度。第二隔離結構140b中之每一者之橫向寬度小於第二擴散區120b中之每一者之橫向寬度。在一些實施例中，第一擴散區120a及第二擴散區120b中之每一者之橫向寬度係第一隔離結構140a及第二隔離結構140b中之每一者之橫向寬度的至少兩倍。
在一些實施例中，複數個深溝槽隔離結構150形成於半導體基板100之第二側104上。深溝槽隔離(B-DTI)結構150中之每一者形成於半導體基板100之背側表面(即，表面112)上並延伸至朝向半導體基板100之第一側102進入半導體基板100之深度。深溝槽隔離結構150中之每一者可被稱為背側深溝槽隔離(B-DTI)結構。深溝槽隔離結構150中之每一者被配置成延伸至第一磊晶層110中。深溝槽隔離結構150中之每一者可被配置成延伸至每一各別第一隔離結構140a中。替代地，每一深溝槽隔 離結構150之一部分可形成於每一各別第一隔離結構140a中，以便提供複數個光電二極體120之鄰近的第一擴散區120a之間的完全隔離並防止鄰近的第一擴散區120a之間的光學串擾及電串擾。
在一個實施例中，第一隔離結構140a中之每一者由第一植入隔離區形成，且第二隔離結構140b中之每一者由第二植入隔離區形成。深溝槽隔離結構150中之每一者可延伸至第一植入隔離區中之每一者中。
在一些實施例中，可預製半導體基板100，其中第一磊晶層110形成於半導體基板100上。首先可在第一磊晶層110中形成複數個光電二極體120之第一擴散區120a及複數個像素隔離結構140之第一隔離結構140a。接著可藉由磊晶生長製程在半導體基板100之第一磊晶層110上形成第二磊晶層130。隨後可在第二磊晶層130中形成複數個光電二極體120之第二擴散區120b及複數個像素隔離結構140之第二隔離結構140b。
在一些實施例中，可在形成第二磊晶層130、第二擴散區120b及第二隔離結構140b之後藉由微影及蝕刻製程形成複數個深溝槽隔離結構150。
雖然未繪示，但在一些實施例中，深溝槽隔離結構150中之每一者可填充有介電材料，例如氧化物材料或介電常數大於3.9之材料(被稱為高k材料)，以提供鄰近的光電二極體120之間的電隔離。在一些實施例中，深溝槽隔離結構150中之每一者可填充有折射率低於半導體基板100之折射率之介電材料，例如氧化矽，以進一步減小光學串擾。此項技術中已知藉由沈積製程，例如化學氣相沈積(CVD)，將介電材料填充至複數個深溝槽隔離結構150中，因此省略細節以免混淆本發明。在一些實施 例中，將例如氧化物材料之內襯層沈積至深溝槽隔離結構150中之每一者中，且隨後用反射性材料填充深溝槽隔離結構150中之每一者以增強反射性。反射性材料可包括鋁(Al)、鎢(W)、其組合，或其他合適材料。
在一些實施例中，為進一步增加光電二極體120之厚度，可將額外磊晶層生長至第二磊晶層130上，其中額外磊晶層可具有複數個第三擴散區及安置於其中之複數個第三隔離結構，其中複數個第三隔離結構配置於鄰近的第三擴散區之間。請參考圖1B，其繪示根據本發明之例示性實施例提供的影像感測器10之實例橫截面圖。應瞭解，影像感測器10A可與圖1A之影像感測器10共用類似性，且上文所描述之類似命名及編號之元件在下文類似地耦接及起作用。影像感測器10A進一步包括藉由另一磊晶生長製程(第三磊晶生長製程)形成於第二磊晶層130上之第三磊晶層160，其中第三磊晶層160可摻雜有與第一磊晶層110及第二磊晶層130具有相同導電類型之摻雜劑。複數個光電二極體120中之每一者可進一步包括第三擴散區120c。複數個像素隔離結構140中之每一者可進一步包括第三隔離結構140c。第三磊晶層160可具有表面162，其可被稱為影像感測器10A中之第三磊晶層160、第二磊晶層130、第一磊晶層110及半導體基板100之堆疊性結構之前側表面。表面112可被稱為影像感測器10A基板100中之第三磊晶層160、第二磊晶層130、第一磊晶層110及半導體基板100之堆疊性結構之背側表面。
在一些實施例中，第一磊晶層110、第二磊晶層130及第三磊晶層160可具有實質上相同的摻雜濃度。
在一些實施例中，第三磊晶層160與第二磊晶層130具有實質上相同的厚度。
在第三磊晶層160中形成第三擴散區120c中之每一者，且可基於第二擴散區120b之位置形成第三擴散區120c中之每一者。第三擴散區120c可由與第一擴散區120a及第二擴散區120b具有相同導電類型之摻雜劑形成。第三擴散區120c中之每一者可被配置成自表面162實質上通過第三磊晶層160延伸至第二擴散區120b，以電耦接至每一各別第二擴散區120b。
第三隔離結構140c中之每一者形成於第三磊晶層160中，且複數個第三隔離結構140c中之每一者可被配置成形成於兩個鄰近的第三擴散區120c之間以使鄰近的第三擴散區120c電隔離。複數個第三隔離結構140c中之每一者可被配置成延伸通過第三磊晶層以耦接至複數個第二隔離結構140b中之每一者。
在一些實施例中，第三隔離結構140c中之每一者可藉由用與第三擴散區120c具有相反導電性之摻雜劑進行離子植入而形成。舉例而言，第三隔離結構140c中之每一者可為第三P型植入隔離區，且第三擴散區120c中之每一者可為第三N型擴散區。
第三擴散區120c中之每一者形成用於每一各別光電二極體120'之第三光感測區。每一光電二極體120'可在影像感測器10A之積分或曝光週期期間，回應於入射光之部分各自在相關聯之第一擴散區120a、第二擴散區120b及第三擴散區120c中之至少一者中被吸收而在操作上產生並積聚影像電荷。換言之，光電二極體120之第一擴散區120a、第二擴散區120b及第三擴散區120c中之經組合積聚影像電荷可表示為針對各別光電二極體120'之光感測回應，並在影像感測器10A之電荷轉移週期期間由光電二極體120'輸出。
藉由兩個或更多個磊晶層之堆疊性結構，影像感測器10或10A可具有用於IR感測之較深植入式光電二極體(例如光電二極體120)以及用於減小光電二極體之間的串擾之深隔離結構，從而克服當前光微影、植入及蝕刻製程施加之處理限制。舉例而言，與使用當前光微影、植入及蝕刻製程處理技術具有單一磊晶層之影像感測器結構相比，影像感測器10或10A中之光電二極體之植入深度或厚度可至少加倍。每一光電二極體(例如光電二極體120或120')之總植入深度或厚度可取決於第一磊晶層及第二磊晶層之組合厚度。因而，可在不影響對例如藍色光、綠色光及紅色光等其他可見光之光敏度的情況下改良光電二極體對IR光之光敏度。
返回參看圖1A，在一些實施例中，影像感測器10可包括具有形成於半導體基板100之前側102上之複數個像素之像素陣列。對於影像感測器10係BSI影像感測器之一些實施例，像素陣列中之像素/光電二極體被組態成自半導體基板100之表面112(背側表面)接收光。對於影像感測器10係FSI影像感測器之一些實施例，像素陣列中之像素/光電二極體被組態成自第二磊晶層130之表面132(前側表面)接收光。每一像素包括至少一光電二極體120且鄰近的光電二極體120由像素隔離結構140隔離。在一個實施例中，每一像素使用形成於半導體基板100之前側102上之四個電晶體，此在此項技術中被稱為4T主動像素配置。然而，受益於本發明之一般技術者可瞭解，本發明之像素陣列可與任何類型之像素設計一起使用，該像素設計包括但不限於3T、5T、6T及其他合適設計。
在所描繪之4T像素實施例中，每一像素包括至少一光電二極體120，其在一個實例中可為釘紮光電二極體。換言之，第一導電類型(例如P型)之釘紮層可安置於第一擴散區120a與背側表面(例如表面112)之 間或第二擴散區120b與前側表面(例如表面132)之間。然而，光電二極體120亦可為部分釘紮光電二極體，或非釘紮光電二極體。光電二極體120回應於入射光而產生並積聚影像電荷，光電二極體120輸出用以調變放大電晶體之影像資料信號。放大電晶體亦可被稱作源極隨耦器電晶體。接著使用具有轉移閘極之轉移電晶體將光電二極體輸出之影像資料信號傳送至浮動擴散節點及放大電晶體之閘極。
在操作中，在積分週期(亦被稱作曝光或積聚週期)期間，每一光電二極體120可回應於各別光電二極體120之第一擴散區120a及第二擴散區120b中之至少一者中之入射光而產生影像電荷並儲存所產生之影像電荷。在積分週期之後，接通轉移閘極以在操作上將對應於保持於第一擴散區120a及第二擴散區120b中之至少一者中之影像資料信號之影像電荷傳送至相關聯之浮動擴散節點。在影像資料信號已傳送至浮動擴散節點之後，轉移閘極再次在後續積分週期之起點關斷。接著使用浮動節點上之影像資料信號調變放大電晶體，周邊電路系統讀出該放大電晶體。周邊電路系統可包括放大器、濾光片或其他信號處理電路。在讀出之後，重設電晶體具有重設閘極，將浮動節點重設至參考電壓。在一個實施例中，參考電壓係Vdd。
圖2A至圖2G繪示根據本發明之教示的關於圖1之影像感測器之例示性製造方法之橫截面圖。圖3展示根據本發明之教示的繪示用於製造圖1之例示性影像感測器之例示性方法之流程圖。較佳的是與圖3對應地檢視圖2A至圖2G。
在區塊310中，在半導體基板上形成第一導電類型之第一磊晶層。半導體基板具有第一側(前側)及與第一側相對之第二側(背側)。 第一磊晶層可藉由第一磊晶生長在半導體基板之第一側上磊晶地生長。
參考圖2A，半導體基板200具有第一側202及與第一側202相對之第二側204。在一些實施例中，半導體基板200可為矽半導體基板、經摻雜矽半導體基板，例如經P型摻雜矽基板或經N型摻雜矽基板。第一磊晶層210藉由第一磊晶生長在半導體基板200之第一側202上生長。
在一些實施例中，第一磊晶層210可例如由自作為基底之半導體基板繼承之晶體結構之經磊晶生長層形成。此磊晶生長係使矽(Si)前驅氣體在氫氣(H2)氣體中經受熱分解以形成與主晶圓具有類似晶體結構之薄矽層的眾所周知的技術。在一些實施例中，第一磊晶層210可具有範圍自2μm至3μm之厚度。
在一些實施例中，半導體基板200及第一磊晶層210可具有相同的導電類型，舉例而言，半導體基板200及第一磊晶層210兩者均可摻雜有P型(第一導電類型)摻雜劑，例如硼。在一些實施例中，半導體基板200及第一磊晶層210可具有相反導電類型，舉例而言，半導體基板200可摻雜有N型(第二導電類型)摻雜劑，例如砷或磷，而第一磊晶層210可摻雜有P型(第一導電類型)摻雜劑。
在區塊320中，在第一磊晶層中形成複數個第一擴散區。該複數個第一擴散區可藉由離子植入製程而形成，該離子植入製程包括不同植入能量下之數次植入，使得第一擴散區中之每一者植入至第一磊晶層中之一深度。複數個第一擴散區中之每一者形成每一各別光電二極體之第一光感測區。
參考圖2B，複數個光電二極體220之複數個第一擴散區220a可藉由第一離子植入製程形成於第一磊晶層210中，使得第一擴散區 220a中之每一者植入至第一磊晶層210中之一深度。
複數個第一擴散區220a被配置成延伸至第一磊晶層210中之第一深度。在一些實施例中，第一深度可在2μm至3μm之範圍內。在一些實施例中，取決於被組態成用於影像感測器之像素之像素大小，每一第一擴散區220a之橫向寬度可在0.5μm至3μm之範圍內。
在一些實施例中，複數個第一組對準標記可藉由微影製程使用(正或負)光阻形成於第一磊晶層210上。複數個第一擴散區接著可根據複數個第一組對準標記藉由可包括不同植入能量下之數次植入之第一離子植入製程形成於第一磊晶層210中。
複數個第一擴散區220a形成有與第一磊晶層210之導電類型相反之導電類型。舉例而言，複數個第一擴散區由例如N型之第二導電類型形成，且第一磊晶層由例如P型之第一導電類型形成。在一些實施例中，複數個第二擴散區220b亦可被稱為複數個第一N型擴散區。
在區塊330中，在半導體基板之第一側上形成複數個像素隔離結構中之複數個第一隔離結構。該複數個第一隔離結構形成於第一磊晶層中，並被配置成朝向半導體基板之第一側延伸通過第一磊晶層。第一隔離結構中之每一者配置於兩個鄰近的第一擴散區之間以使兩個鄰近的第一擴散區電隔離。第一隔離結構中之每一者被配置成與第一擴散區中之每一者延伸至第一磊晶層中之深度相比，延伸至第一磊晶層中之較大深度。
參考圖2C，複數個像素隔離結構240中之複數個第一隔離結構240a可形成於第一磊晶層210中。第一像素隔離結構240a中之每一者配置於鄰近的第一擴散區220a之間以使兩個鄰近的第一擴散部220a電隔離。第一像素隔離結構240a中之每一者可形成為延伸至朝向半導體基板 200之第一側202實質上通過第一磊晶層210。在一些實施例中，第一隔離結構240a中之每一者可形成為與附近的第一擴散區220a直接接觸。
在一些實施例中，複數個第一隔離結構240a可為摻雜有與複數個第一擴散區220a具有相反導電類型之摻雜劑之複數個植入隔離區。複數個第一隔離結構240a中之每一者可藉由第二離子植入製程以不同植入能量下之數次植入而形成，該等植入形成在複數個第一隔離結構240a中之每一者延伸至的深度之大部分上方具有實質上恆定摻雜劑濃度的區。舉例而言，複數個第一隔離結構240a可為可藉由第二離子植入製程形成之第一P型植入隔離區。在一個實施例中，第一隔離結構240a可與第一擴散區220a在相同離子植入製程中形成。
在一些實施例中，第一隔離結構240a中之每一者被配置成與第一擴散區220a中之每一者延伸至第一磊晶層210中之深度相比，延伸至第一磊晶層210中之較大深度。
在一些實施例中，複數個光電二極體220之複數個第一擴散區220a及複數個像素隔離結構240之複數個第一隔離結構240a可藉由第一磊晶層210中之掩蔽及離子植入而形成。
在區塊340中，在第一磊晶層上形成第一導電類型之第二磊晶層。該第二磊晶層可藉由第二磊晶生長製程在第一磊晶層上磊晶地生長。第二磊晶層可與第一磊晶層磊晶地對準。在一些實施例中，第二磊晶層與第一磊晶層具有相同的導電類型。
參考圖2D，第二磊晶層230形成於第一磊晶層210上。第二磊晶層230可具有表面232，其可被稱為第二磊晶層230、第一磊晶層210及半導體基板200之堆疊性結構之前側表面。
第二磊晶層230可在第一磊晶層210上磊晶地生長一厚度。第二磊晶層230之厚度可在2μm至3μm之範圍內。在一些實施例中，第一磊晶層210及第二磊晶層230可具有實質上相同的厚度。在一些實施例中，第一磊晶層210及第二磊晶層230可具有不同的厚度。在一個實施例中，第一磊晶層210可比第二磊晶層230厚。在一個實施例中，第二磊晶層230可比第一磊晶層210厚。
在一些實施例中，第二磊晶層230可摻雜有與第一磊晶層210具有相同導電類型之摻雜劑。在一些實施例中，第二磊晶層230及第一磊晶層210可摻雜有P型(第一導電類型)摻雜劑。在一些實施例中，第一磊晶層210及第二磊晶層230可具有實質上相同的摻雜濃度。
在區塊350中，在第二磊晶層中形成複數個光電二極體之複數個第二擴散區。該複數個第二擴散區中之每一者被組態成實質上延伸通過第二磊晶層並與第一擴散區中之每一者電耦接。複數個第二擴散區中之每一者形成為每一各別光電二極體之第二光感測區。複數個第二擴散區與第一擴散區可具有相同的導電類型。舉例而言，第二擴散區可具有第二導電類型。
參考圖2E，複數個光電二極體220之複數個第二擴散區220b可形成於第二磊晶層230中。第二擴散區220b中之每一者可被配置成延伸通過第二磊晶層230並電耦接至第一擴散區220a中之每一者。
複數個第二擴散區220b可藉由第三離子植入，例如基於複數個第一擴散區220a之位置植入N型(第二導電)摻雜劑而形成於第二磊晶層230中。複數個第二擴散區220b可藉由不同植入能量下之數次植入而被植入。
在一些實施例中，複數個第二擴散區220b中之每一者可與第一擴散區中之每一者實質上對準。在一些實施例中，形成於第二磊晶層230中之每一第二擴散區與形成於第一磊晶層210中之每一對應第一擴散區220a之間的未對準可為0.05μm或更小。
在一些實施例中，第二擴散區220b中之每一者延伸至與第一擴散區220a中之每一者接觸，使得第一擴散區220a中之每一者及對應第一擴散區220a中之每一者形成連續區，且複數個光電二極體220中之每一者回應於例如自半導體基板200之第二側204引導之入射光而產生之影像電荷積聚於第一擴散區220a及第二擴散區220b中之至少一者中，藉此增強光電二極體220之光敏度。
每一第二擴散區220b之植入深度或厚度可與第二磊晶層230之厚度相同。在一些實施例中，每一第二擴散區230之厚度可在2μm至3μm之範圍內。在一些實施例中，取決於影像感測器中之像素之像素大小，每一第一擴散區220a之橫向寬度可在0.5μm至3μm之範圍內。在一些實施例中，複數個第二擴散區中之每一者之寬度與經連接第一擴散區相同。在一些實施例中，複數個第二擴散區220b亦可被稱為複數個第二N型擴散區。在一些實施例中，複數個第二擴散區220b中之每一者可與複數個第一擴散區220a中之每一者具有實質上相同的摻雜分佈。
在區塊360中，在第二磊晶層中形成像素隔離結構之複數個第二隔離結構。該複數個第二隔離結構中之每一者配置於鄰近的第二擴散區之間以使相鄰的第二擴散區電隔離。複數個第二隔離結構中之每一者延伸通過第二磊晶層以連接至第一磊晶層中之第一隔離結構中之每一者。
參考圖2F，像素隔離結構240之複數個第二隔離結構240b 基於第一隔離結構240a之位置而形成於第二磊晶層230中。複數個第二隔離結構240b中之每一者可與每一對應第一隔離結構240a實質上對準。如所繪示，複數個第二隔離結構240b中之每一者可自第二磊晶層230之表面232延伸通過第二磊晶層230並與形成於第一磊晶層210中之各別第一隔離結構240a中之每一者連接。複數個第二隔離結構240b配置於鄰近的第二擴散區220b之間以使兩個鄰近的第二擴散部220b電隔離。在一些實施例中，複數個第二隔離結構240b中之每一者可延伸通過第二磊晶層230並被配置成與每一對應第一隔離結構240a接觸。
在一些實施例中，複數個第二隔離結構240b中之每一者可藉由不同植入能量下之數次植入而形成，該等植入導致形成在複數個第二隔離結構240b中之每一者在第四離子植入製程中延伸至的深度之大部分上方具有實質上恆定摻雜劑濃度的區。舉例而言，複數個第二隔離結構240b可為可藉由第四離子植入製程形成之第二P型植入隔離區。在一個實施例中，第二隔離結構240b可與第二擴散區220b在相同離子植入製程中形成。
在一些實施例中，取決於被組態成用於影像感測器之像素之像素大小，第一隔離結構240a及第二隔離結構240b中之每一者之橫向寬度可在0.1μm至0.3μm之範圍內。
在一些實施例中，複數個光電二極體220之複數個第二擴散區220b及複數個像素隔離結構240之複數個第二隔離結構240b可藉由第二磊晶層230中之掩蔽及離子植入而形成。
在區塊370中，在一些實施例中，在半導體基板之第二側上形成複數個深溝槽隔離結構。該等深溝槽隔離結構中之每一者自半導體 基板之第二側朝向第一磊晶層延伸。在一些實施例中，深溝槽隔離結構中之每一者可自半導體基板之第二側延伸至進入第一磊晶層中之一深度並與第一隔離結構中之每一者接觸。
參考圖2G，複數個深溝槽隔離結構250形成於半導體基板200之第二側204上。深隔離結構250中之每一者可被稱作背側深溝槽隔離(B-DTI)結構。深溝槽隔離結構250中之每一者可形成於兩個鄰近的第一擴散區220a之間。深溝槽隔離結構250中之每一者可自半導體基板200之第二側204延伸至第一磊晶層210中並與每一對應第一隔離結構240a接觸。
在一些實施例中，複數個深隔離結構250中之每一者可藉由以下操作而形成：圖案化及蝕刻半導體基板200之第二側204上之複數個豎直溝槽，且接著藉由沈積製程，例如化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)或物理氣相沈積(PVD)，來沈積介電材料(例如氧化物材料)，以填充複數個豎直溝槽。
在一些實施例中，首先藉由第一沈積製程將內襯層沈積至每一深溝槽隔離結構250之豎直溝槽中。隨後在第二沈積製程中用反射性材料填充深溝槽隔離結構150中之每一者。內襯層可包括介電材料，例如氧化矽SiO2、氧化鉿(HfO2)、氮化矽(Si3N4)、氧化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)等。反射性材料可包括鋁(Al)、鎢(W)、其組合，或其他合適材料。
在一些實施例中，深溝槽隔離結構250中之每一者被配置成延伸至每一各別第一隔離結構240a中。舉例而言，第一隔離結構240a中之每一者可為第一P型植入隔離區，且深隔離結構250中之每一者可被 配置成延伸至每一各別第一P型植入區中。
在一些實施例中，每一深隔離結構250之橫向寬度在0.1μm至0.2μm之範圍內。
第一隔離結構240a、第二隔離結構240b及複數個深溝槽隔離結構250將鄰近的光電二極體220分開並隔離。
視情況，半導體基板200之第二側204可在形成複數個深溝槽隔離結構之前藉由薄化製程而變薄。
圖4A繪示根據本發明之實施例的例示性影像感測器之橫截面圖。應瞭解，例示性影像感測器40A可與圖2G之影像感測器20共用類似性，且上文所描述之類似命名及編號之元件在下文類似地耦接及起作用。圖4A繪示可使用圖3中所繪示之方法製造之影像感測器40A。所繪示之影像感測器40A係背側照明式影像感測器。
影像感測器40A與圖2G之影像感測器20之間的差異係影像感測器40A進一步包括緩衝層420、彩色濾光片層430、微透鏡陣列440及至少一層間介電層450。
緩衝層420形成於半導體基板200之第二側204(例如背側)上以用於緩解半導體基板200之應力(例如拉伸應力或壓縮應力)。在一些實施例中，緩衝層420可藉由沈積製程，例如化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)或物理氣相沈積(PVD)，來沈積介電材料，例如氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、碳化矽(SiC)、氮化矽碳(SiCN)及其他合適介電材料而形成。在一些實施例中，緩衝層420可藉由沈積具有大於3.9之介電常數之介電材料，例如氧化鉿(HfO2)、二氧化鈦(TiO2)、氧化鋁(Al2O3)而形成。
在一些實施例中，緩衝層420可在形成深溝槽隔離結構250之後沈積於半導體基板200之第二側204上。
彩色濾光片層430形成於緩衝層420上。彩色濾光片層430可包括配置成陣列形式之複數個彩色濾光片(未繪示)。每一彩色濾光片可安置於每一光電二極體220上方並可以光學方式與每一各別光電二極體220對準。換言之，每一彩色濾光片可安置於半導體基板200之背側上在各別光電二極體220之第一擴散區220a及第二擴散區220b上方。彩色濾光器可根據特定彩色濾光片圖案而配置，該彩色濾光片圖案係例如紅色、綠色、藍色及IR加色濾光片(例如RGB、RGBG、GRGB、RGIRG或BGIR G)之拜耳圖案或鑲嵌圖案、藍綠色、品紅色、黃色及基調(黑色)減色濾光片(例如CMYK)之彩色濾光片圖案，兩者之組合，或其他。微透鏡陣列440包括複數個微透鏡，可形成於彩色濾光片層430上以將入射光引導至各別光電二極體220。
層間介電層450形成於第二磊晶層230上，具體言之，層間介電層450形成於第二磊晶層230之表面232上以用於囊封像素電晶體電路系統及多層金屬互連結構460，以及提供不同層之金屬互連結構460之間的隔離。層間介電層450可由例如氧化物或氮化物材料之介電材料形成。多層金屬互連結構460可由鋁(Al)、銅(C)或其組合形成。像素電晶體電路系統及多層金屬互連結構460之結構及構造為熟習此項技術者所知，且在本文中省略細節以免混淆對本說明書之理解。
在操作中，複數個微透鏡440可操作以將入射光406引導至每一各別光電二極體220。光電二極體220中之每一者回應於入射光406而在操作上產生一或多個影像電荷408，並取決於所吸收之光波長而將影像 電荷408積聚於第一擴散區220a及第二擴散區220b中之至少一者中。換言之，光電二極體220中之每一者可取決於各自所接收之入射光之部分之吸收深度而將影像電荷408儲存於第一擴散區220a或第二擴散區220b中。
舉例而言，自半導體基板200之第二側204進入的較短波長之入射光406(例如藍色光)可主要被各別光電二極體220之第一擴散區220a吸收，且所產生之影像電荷可儲存於第一擴散區220a中。對於另一實例，自半導體基板200之第二側204進入的較長波長之入射光406(例如紅色光、近IR光或IR光)可主要被各別光電二極體220之第二擴散區220b吸收，且所產生之影像電荷可儲存於第二擴散區220b中。可在不影響影像感測器40A對可見光波長之光敏度的情況下增強影像感測器40A對近紅外線光或紅外線光之光敏度。
參考圖4B，其繪示根據本發明之實施例的例示性前側照明式影像感測器結構之橫截面圖。應瞭解，例示性影像感測器40B可與圖4B之影像感測器40A共用類似性，且上文所描述之類似命名及編號之元件在下文類似地耦接及起作用。圖4B之影像感測器40B與影像感測器40A之間的差異係影像感測器40B具有形成於第二磊晶層230上之層間介電層460'、彩色濾光片層430'及微透鏡陣列440'。
在一些實施例中，用於形成前側照明式影像感測器之製程可不包括背側溝槽形成製程。如圖4B中所繪示，在半導體基板200之第二側204上不形成深溝槽隔離結構。光電二極體220中之每一者與相鄰的光電二極體220被像素隔離結構240隔離。換言之，光電二極體220中之每一者與相鄰的光電二極體220被配置其間之對應第一隔離結構240a及第二隔離結構240b間隔開。
層間介電層450'形成於第二磊晶層230上，且層間介電層450'可包括被配置成形成於像素隔離結構240上方以用於路由信號之多層互連結構460'，該等信號係例如用於影像感測器40B之影像資料信號及控制信號。彩色濾光片層430'形成於層間介電層450上，且彩色濾光片層430'包括形成於光電二極體220中之每一者上方之複數個彩色濾光片。彩色濾光片可配置成特定彩色濾光片圖案，例如紅色、綠色、藍色及IR加色濾光片(例如RGB、RGBG、GRGB、RGIRG或BGIR G)之拜耳圖案或鑲嵌圖案。微透鏡陣列包括複數個微透鏡440'，且每一微透鏡440'配置於光電二極體220中之每一者上方以用於將入射光406引導至每一各別光電二極體220，即，將入射光406引導至每一各別光電二極體220之第一擴散區220a及第二擴散區220b。
在操作中，光電二極體220中之每一者可回應於通過第二磊晶層230之表面232(前側表面)所接收之入射光406而在操作上產生一或多個影像電荷408，並取決於入射光406之光吸收深度而將電荷408積聚於第一擴散區220a及第二擴散區220b中之至少一者中。
在一些實施例中，每一像素隔離結構240之第一隔離結構240a可包括第一前側深溝槽隔離結構，且每一像素隔離結構240之第二隔離結構240b可包括第二前側深溝槽隔離結構。參考圖5，其繪示根據本發明之一些實施例的例示性影像感測器50之橫截面圖。應瞭解，影像感測器50可與圖4A之影像感測器40A共用類似性，且上文所描述之類似命名及編號之元件在下文類似地耦接及起作用。所繪示之影像感測器50係背側照明式影像感測器。
影像感測器50可包括半導體基板500、第一磊晶層510、第 二磊晶層530、複數個光電二極體520，及被配置成形成於鄰近的光電二極體520之間的複數個像素隔離結構540。
半導體基板500具有第一側502(前側)及與第一側502相對之第二側504(背側)。第一磊晶層510及第二磊晶層530可在半導體基板500之第一側502上循序地生長。在一些實施例中，第一磊晶層510之磊晶生長厚度可與第二磊晶層530實質上相同。在一些實施例中，第一磊晶層510之磊晶生長厚度可不同於第二磊晶層530。
第二磊晶層530具有表面532，其可被稱為第二磊晶層530、第一磊晶層510及半導體基板500之堆疊性基板結構之前側表面。半導體基板500具有表面512，其可被稱為第二磊晶層530、第一磊晶層510及半導體基板500之堆疊性基板結構之背側表面。
複數個光電二極體520之第一光感測區可形成於第一磊晶層510中，且複數個光電二極體520之第二光感測區可形成於第二磊晶層530中。具體言之，光電二極體520中之每一者包括形成於第一磊晶層510中之第一擴散區520a及形成於第二磊晶層530中之第二擴散區520b。每一光電二極體520之第二擴散區520b中之每一者延伸通過第二磊晶層530並電耦接至每一各別第一擴散區520a。在一些實施例中，每一光電二極體520之第二擴散區520b可與第一擴散區520a中之每一者接觸。
在一些實施例中，第一擴散區520a之橫向寬度可與第二擴散區520b之橫向寬度相同。在一些實施例中，第一磊晶層510中之第一擴散區520a之植入深度(或厚度)與第一磊晶層530中之第二擴散區520b之植入深度(或厚度)相同。
在操作中，每一光電二極體520回應於通過表面512(背側 表面)所接收之入射光506而在操作上產生並積聚影像電荷。每一光電二極體520可取決於所吸收之光之波長，即每一光電二極體520所接收之入射光之部分之吸收深度而將所積聚之影像電荷儲存於第一擴散區520a及第二擴散區520b中之至少一者中。
第一磊晶層510及第二磊晶層530可由第一導電類型形成，舉例而言，兩者均摻雜有P型摻雜劑，例如硼。第一擴散區520a及第二擴散區520b可由與第一導電類型相反之第二導電類型形成，舉例而言，兩者由例如砷或磷之N型摻雜劑形成。
複數個像素隔離結構540中之每一者可包括第一前側深溝槽隔離(F-DTI)結構540a及第二前側深溝槽隔離(F-DTI)結構540b。每一像素隔離結構540之第一F-DTI結構540a安置於第一磊晶層510中並被配置成形成於鄰近的光電二極體520之鄰近的第一擴散區520a之間以在鄰近的第一擴散區520a之間進行電隔離。每一像素隔離結構540之第二F-DTI結構540b安置於第二磊晶層530中並被配置成形成於鄰近的第二擴散區510之間以使鄰近的第二擴散區520b電隔離。
在一些實施例中，第一擴散區520a中之每一者之橫向寬度大於第一F-DTI結構540a中之每一者之橫向寬度。在一些實施例中，第二擴散區520b中之每一者之橫向寬度大於第二F-DTI結構540b中之每一者之橫向寬度。
在一些實施例中，第一擴散區540a中之每一者之橫向寬度及第二擴散區540b中之每一者之橫向寬度可在0.5μm至3μm之範圍內。第一F-DTI結構540a中之每一者之橫向寬度及第二F-DTI結構540b中之每一者之橫向寬度可在0.1μm至0.2μm之範圍內。
每一像素隔離結構540之第一F-DTI結構540a可藉由圖案化並蝕刻通過第一磊晶層510而形成。每一像素隔離結構540之第二F-DTI結構540b可藉由圖案化並蝕刻通過第二磊晶層530而形成。
每一像素隔離結構540之第一F-DTI結構540a自第一磊晶層510之表面朝向半導體基板500之第二側504延伸。在一些實施例中，每一像素隔離結構540之第一F-DTI結構540a自第一磊晶層510之表面延伸至半導體基板500之表面512。每一像素隔離結構540之第二F-DTI結構540b可被組態成與像素隔離結構540之各別第一F-DTI結構540a實質上對準。第二F-DTI結構540b可被組態成自第二磊晶層530之表面532延伸通過第二磊晶層530並與各別第一F-DTI結構540a在實體上(或在結構上)連接。藉由此類配置，像素隔離結構540可使複數個光電二極體電隔離。
雖然未繪示，但在一些實施例中，第一F-DTI結構540a中之每一者及第二F-DTI結構540b中之每一者可填充有具有低於半導體材料(例如第一磊晶層510及第二磊晶層520)之折射率的介電材料，例如氧化矽。在一些實施例中，第一F-DTI結構540a中之每一者及第二F-DTI結構540b中之每一者可具有沈積於其中之具有大於3.9之介電常數的介電材料或高k材料，例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或其組合。在一些實施例中，第一F-DTI結構540a中之每一者中之介電材料填充可不同於第二F-DTI結構540b中之每一者中之介電材料填充。在一些實施例中，第一F-DTI結構540a中之每一者及第二F-DTI結構540b中之每一者可填充有導電材料，例如金屬、多晶矽。
圖6A至圖6F繪示根據本發明之教示的關於圖5之影像感測器50之例示性製造方法之橫截面圖。圖7展示根據本發明之教示的繪示用 於製造圖5之例示性影像感測器50之例示性方法之流程圖。較佳的是與圖7對應地檢視圖6A至圖6F。
在區塊710中，在半導體基板上形成第一磊晶層。該半導體基板具有第一側及與第一側相對之第二側。第一磊晶層可藉由第一磊晶生長製程在半導體基板之第一側上磊晶地生長。
參考圖6A，第一磊晶層610藉由第一磊晶生長製程在半導體基板600之第一側602上生長。在一些實施例中，第一磊晶層610可具有在2μm至3μm之範圍內之厚度。
半導體基板600可為矽半導體基板、經摻雜矽半導體基板，例如經P型摻雜矽基板或經N型摻雜矽基板。在一些實施例中，半導體基板600可具有第一導電類型，且第一磊晶層610亦可具有第一導電類型(例如P型)。在一些實施例中，半導體基板600可具有第二導電類型(例如N型)且第一磊晶層610可具有第一導電類型。
在區塊720中，在第一磊晶層中形成複數個像素隔離結構之複數個第一前側深溝槽隔離(F-DTI)結構。
參考圖6B，複數個像素隔離結構640之複數個第一前側深溝槽隔離(F-DTI)結構640a形成於第一磊晶層610中。複數個第一F-DTI結構可通過第一磊晶層610延伸至半導體基板600之第二側604。
舉例而言，可藉由用光阻材料(正或負材料)圖案化至第一磊晶層610上並隨後進行第一蝕刻製程，例如乾式或濕式蝕刻處理，蝕刻通過第一磊晶層610及半導體基板600，以此形成複數個第一F-DTI結構640a。
在一些實施例中，複數個第一F-DTI結構640a可藉由圖案 化第一磊晶層並自第一磊晶層610朝向半導體基板600之第二側604蝕刻複數個深溝槽結構而形成。接著，藉由沈積製程，例如化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)或物理氣相沈積(PVD)，將第一介電材料，如氧化矽或高k材料，例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或其組合沈積至蝕刻之深溝槽結構中。
在一些實施例中，可藉由圖案化第一磊晶層610並自第一磊晶層610朝向半導體基板600之第二側604蝕刻複數個深溝槽結構，以此形成複數個第一F-DTI結構640a。隨後，沈積第一介電材料作為內襯層且接著填充導電材料，例如金屬。
在區塊730中，基於複數個第一前側深溝槽隔離結構之位置，在第一磊晶層中形成複數個光電二極體之複數個第一擴散區。第一擴散區中之每一者形成於兩個鄰近的第一前側深溝槽隔離結構之間的空間中。替代地，第一前側深溝槽隔離結構中之每一者形成於鄰近的第一擴散區之間。複數個第一擴散區可藉由掩蔽第一磊晶層並將第二導電類型之摻雜劑植入至第一磊晶層上而形成，其中第二導電類型與第一導電類型相反。
參考圖6C，藉由第一離子植入製程在第一磊晶層610上形成複數個第一擴散區620a。第一擴散區620a中之每一者形成為延伸至進入第一磊晶層610之一深度。複數個第一擴散區620a可藉由植入第二導電類型之摻雜劑(例如根據第一F-DTI結構640a之位置將N型植入至第一磊晶層中)而形成。複數個第一擴散區620a可藉由不同植入能量下之數次植入而被植入。在一些實施例中，複數個第一擴散區620a中之每一者係第一N型擴散區，且第一磊晶層610係第一P型磊晶層。
第一擴散區620a中之每一者配置於第一F-DTI結構640a之間，使得第一F-DTI結構640a中之每一者使光電二極體620之鄰近的第一擴散區620a電隔離。第一磊晶層610中之每一第一擴散區620a之延伸深度可小於第一F-DTI結構640a之延伸深度。複數個第二擴散區620b中之每一者可被稱為每一各別光電二極體620之第一光感測區。在一些實施例中，每一第一擴散區620a之深度(或厚度)在2μm至3μm之範圍內。
在區塊740中，在第一磊晶層上形成第二磊晶層，且第二磊晶層可與第一磊晶層實質上對準。第二磊晶層與第一磊晶層由相同導電類型形成，舉例而言，第二磊晶層可為用第一導電類型摻雜之磊晶層。
參考圖6D，第二磊晶層630可藉由第二磊晶生長製程在第一磊晶層610上磊晶地生長。第二磊晶層630可與第一磊晶層610磊晶地對準。第二磊晶層之厚度可在2μm至4μm之範圍內。在一些實施例中，第二磊晶層630之厚度可與第一磊晶層610實質上相同。在一些實施例中，第二磊晶層630可與第一磊晶層610摻雜有相同的第一導電類型(例如P型)之摻雜劑。在一些實施例中，第二磊晶層630可與第一磊晶層610具有實質上相同的摻雜濃度。
在區塊750中，基於複數個第二前側深溝槽隔離(F-DTI)結構之位置，在第二磊晶層上形成複數個第二前側深溝槽隔離(F-DTI)結構。第二F-DTI結構中之每一者自第二磊晶層之表面朝向半導體基板之第二側延伸。第二F-DTI結構中之每一者與複數個第一F-DTI結構中之每一者實質上對準。第二前側深溝槽隔離結構中之每一者被組態成延伸通過第二磊晶層並與複數個第一前側深溝槽隔離結構中之每一者接觸。
參考圖6E，在第二磊晶層630中形成複數個像素隔離結構 640之複數個第二前側深溝槽隔離(F-DTI)結構640b。複數個第二F-DTI結構640b中之每一者可被組態成延伸通過第二磊晶層630以與每一各別第一F-DTI結構640a在結構上連接。
在一些實施例中，可藉由首先基於複數個第一F-DTI結構640a之位置，用(正或負)光阻圖案化於第二磊晶層630上，以形成複數個像素隔離結構640之複數個第二F-DTI結構640b中之每一者。接著，藉由乾式或濕式蝕刻製程自第二磊晶層630之表面623蝕刻通過第二磊晶層630以形成朝向半導體基板600之第二側604(背側)延伸之複數個深溝槽結構。隨後，將第二介電材料沈積於複數個深溝槽結構中以形成複數個第二F-DTI結構640b。在一些實施例中，介電材料可為具有低於第二磊晶層630之折射率之介電材料，例如氧化矽。在一些實施例中，介電材料可為具有大於3.9之介電常數之介電材料或高k材料，例如氧化鋁(Al2O3)、氧化鉿(HfO2)、五氧化二鉭(Ta2O5)、二氧化鋯(ZrO2)或其組合。
在一些實施例中，可藉由圖案化第二磊晶層630並自第二磊晶層630朝向第一磊晶層610蝕刻複數個深溝槽結構，以此形成複數個第二F-DTI結構640b。隨後，沈積第二介電材料作為內襯層且接著填充導電材料，例如金屬。
在區塊760中，基於複數個第二前側深溝槽隔離(F-DTI)結構之位置，在第二磊晶層中形成複數個光電二極體之複數個第二擴散區。複數個第二擴散區中之每一者延伸通過第二磊晶層並對應地電連接至第一擴散區中之每一者。在一些實施例中，複數個第二擴散區中之每一者延伸通過第二磊晶層並與第一擴散層中之每一者接觸。第二擴散區中之每一者可被配置成形成於兩個鄰近的第二F-DTI結構之間的空間中。替代地，第 二F-DTI結構中之每一者可配置於鄰近的第二擴散區之間以使鄰近的第二擴散區電隔離。可藉由掩蔽第二磊晶層並將第二導電類型之摻雜劑植入至第二磊晶層上，以此形成第二磊晶層中之複數個第二擴散區。
參考圖6F，藉由第二離子植入製程，基於複數個第二F-DTI結構640b之位置，在第二磊晶層610中形成複數個光電二極體620之複數個第二擴散區620b。複數個第二擴散區620b中之每一者延伸通過第二磊晶層630並電連接至第一擴散區620b中之每一者。在一些實施例中，每一第二擴散區620a之植入深度(或厚度)可在2μm至4μm之範圍內。
在一些實施例中，每一光電二極體620之第二擴散區620b可與每一各別光電二極體620之第一擴散區620a實質上對準。重申一下，複數個第二擴散區620b中之每一者可與複數個第一擴散區620a中之每一者實質上對準。在一些實施例中，第一擴散區610a中之每一者及第二擴散區620b中之每一者可未對準達0.05μm或更小。複數個第二擴散區620b中之每一者可充當每一各別光電二極體620之第二光感測區。
在一些實施例中，每一光電二極體620之第一擴散區620a及第二擴散區620b具有實質上相同的摻雜分佈。在一些實施例中，第一擴散區620a及第二擴散區620b具有實質上相同的摻雜濃度。每一光電二極體620可具有相等的摻雜劑濃度以及實質上相同的大小及形狀，且每一光電二極體620可具有實質上相同的滿井容量。在一些實施例中，對於背側照明式影像感測器，較靠近背側表面(例如表面612)之第一擴散區620a與第二擴散區620b相比可具有較高摻雜濃度。在一些實施例中，對於前側照明式影像感測器，較靠近前側表面(例如表面632)之第二擴散區620b與第一擴散區620a相比可具有較高摻雜濃度。
在一些實施例中，每一光電二極體620之第二擴散區620b係第二N型擴散區，且第二磊晶層630係第二P型磊晶層。
藉由製造如圖7中所繪示具有雙重磊晶層堆疊結構之影像感測器，可形成較深光電二極體以及深溝槽隔離，從而克服當前植入及微影處理限制。舉例而言，每一光電二極體620之總植入深度(厚度)可增加至少2μm至3μm，在4μm至6μm之範圍內，藉此提高對IR光之光敏度。
在一些實施例中，雖然未繪示，但為了進一步延伸光電二極體之植入深度或厚度，圖6中描繪之影像感測器結構可進一步包括藉由第三磊晶生長製程磊晶地生長至第二磊晶層(例如第二磊晶層630)上之第一導電類型(例如P型)之第三磊晶層。第二導電類型(例如N型)之複數個第三擴散區及複數個第三前側深溝槽隔離(F-DTI)結構可形成於第三磊晶層中。在一些實施例中，第三磊晶層之厚度可與第二磊晶層(例如第二磊晶層630)實質上相同。在一些實施例中，第三磊晶層可與第二磊晶層(例如第二磊晶層630)具有實質上相同的厚度。
第三擴散區中之每一者可被組態成延伸通過第三磊晶層並電耦接至第二擴散區(例如第二擴散區620b)中之每一者。複數個第三擴散區中之每一者可充當複數個光電二極體(例如光電二極體620)之第三光感測區。換言之，光電二極體(例如光電二極體620)中之每一者可回應於入射於其上之入射光而產生並積聚影像電荷並將所積聚之影像電荷儲存於第一擴散區620a、第二擴散區620b及第三擴散區中之至少一者中。
複數個第三F-DTI結構中之每一者可被組態成與第二F-DTI結構中之每一者實質上對準。複數個第三F-DTI深溝槽隔離結構中之每一者可被組態成延伸通過第三磊晶層並與第二F-DTI結構中之每一者在 結構上連接，其中第三F-DTI結構中之每一者可被組態成使鄰近的第三擴散區電隔離。因而，光電二極體之植入深度可進一步延伸。
熟習此項技術者應瞭解，在不脫離本發明之範疇的情況下，用於形成具有較深溝槽隔離結構之較深植入光電二極體之兩個或更多個磊晶層生長概念亦可適用於前側照明式影像感測器。
熟習此項技術者應進一步瞭解，圖1A至圖6F中展示之光電二極體之數目(例如第一擴散區及第二擴散區之數目)、像素隔離結構之數目及/或深溝槽隔離結構之數目僅用作描述各種實施例之繪示，且不意欲限制本發明。
圖8繪示根據本發明之實施例的成像系統80之一個實例。成像系統80包括像素陣列810、控制電路系統825、讀出電路系統830及功能邏輯840。在一個實例中，像素陣列810係影像感測器像素(例如像素P1、P2、……、Pn)之二維(2D)陣列。每一影像感測器像素可包括至少一個光電二極體(例如光電二極體120、220、520或620)。如所繪示，光電二極體配置成列(例如列R1至Ry)及行(例如行C1至Cx)以獲取個人、位置、物件等之影像資料，該影像資料接著可用以呈現個人、位置、物件等之2D影像。然而，光電二極體不必配置成列及行，且可採用其他組態。
在一個實例中，在像素陣列810中之每一光電二極體/影像感測器像素藉由影像電荷之光產生獲取其影像電荷之後，讀出電路系統830讀出對應影像資料且接著傳送至功能邏輯840。讀出電路系統830可經耦接以自像素陣列810中之複數個光電二極體(例如光電二極體120、光電二極體220、光電二極體520或光電二極體620)讀出影像資料。在各種實例中，讀出電路系統830可包括放大電路系統、類比至數位(ADC)轉換電 路系統或其他。在一個實例中，讀出電路系統830可沿讀出行線820(繪示)一次讀出一列影像資料，或可使用多種其他技術(未繪示)來讀出影像資料，該等技術係例如串列讀出或同時完全並列讀出所有像素。功能邏輯840可儲存影像資料，或甚至藉由施加後期影像效果(例如裁剪、旋轉、去除紅眼、調整亮度、調整對比度等等)來操縱影像資料。
在一些實施例中，功能邏輯840可要求滿足某些成像條件，且因此可指示控制電路系統825操縱像素陣列810中之某些參數以達成較佳品質或特殊效果。
對本發明之所繪示實例之以上描述(包括摘要中所描述之內容)並不意欲係窮盡性的或將本發明限制於所揭示之精確形式。雖然本文中出於說明性目的而描述了本發明之特定實例，但熟習相關技術者將認識到，在本發明之範疇內做出各種修改係可能的。
可鑒於以上詳細描述對本發明做出此等修改。以下申請專利範圍中使用之術語不應被解釋為將本發明限於本說明書中所揭示之特定實例。實際上，本發明之範疇應完全由以下申請專利範圍確定，應根據請求項解譯之已確立原則來解釋以下申請專利範圍。
10:影像感測器
100:半導體基板
102:第一側
104:第二側
110:第一磊晶層
112:表面
120:光電二極體
120a:第一擴散區
120b:第二擴散區
130:第二磊晶層
132:表面
140:像素隔離結構
140a:第一隔離結構
140b:第二隔離結構
150:深隔離溝槽(DTI)結構

Claims (20)

  1. 一種影像感測器，其包含：一半導體基板，其具有一第一側及與該第一側相對之一第二側；一第一導電類型之一第一磊晶層，其形成於該半導體基板之該第一側上；該第一導電類型之一第二磊晶層，其形成於該第一磊晶層上；複數個光電二極體，每一光電二極體包含：一第二導電類型之一第一擴散區，其形成於該第一磊晶層中；及該第二導電類型之一第二擴散區，其形成於該第二磊晶層中，該第二擴散區延伸通過該第二磊晶層並電耦接至該第一擴散區；其中每一光電二極體積聚回應於該第一擴散區及該第二擴散區中之至少一者中之一入射光而產生之影像電荷；及複數個像素隔離結構，其配置於鄰近的光電二極體之間，每一像素隔離結構包含：一第一隔離結構，其形成於該第一磊晶層中並安置於鄰近的第一擴散區之間；一第二隔離結構，其形成於該第二磊晶層中並安置於鄰近的第二擴散區之間，該第二隔離結構朝向該半導體基板延伸通過該第二磊晶層以連接至該第一隔離結構；及複數個背側深溝槽隔離結構，其形成於該半導體基板之該第二側上，該等深溝槽隔離結構中之每一者自該半導體基板之該第二側延伸至該第一磊晶層中。
  2. 如請求項1之影像感測器，其中該第一擴散區與該第二擴散區對準，該第二擴散區被組態成延伸通過該第二磊晶層並與該第一擴散區接觸。
  3. 如請求項1之影像感測器，其中該等深溝槽隔離結構中之每一者連接至每一像素隔離結構之該第一隔離結構。
  4. 如請求項3之影像感測器，其中該第一隔離結構包含用該第一導電類型摻雜之一第一植入隔離區，且該第二隔離結構包含用該第一導電類型摻雜之一第二植入隔離區。
  5. 如請求項4之影像感測器，其中該等背側深溝槽隔離結構中之每一者自該半導體基板之該第二側延伸至該各別第一隔離結構之該第一植入隔離區中。
  6. 如請求項1之影像感測器，其中該第一隔離結構包含一第一前側深溝槽隔離結構，且該第一前側深溝槽隔離結構朝向該半導體基板之該第二側延伸通過該第一磊晶層；其中該第二隔離結構包含形成於該第二磊晶層中之一第二前側深溝槽隔離結構，且該第二前側深溝槽隔離結構朝向該半導體基板延伸通過該第二磊晶層以連接至該第一前側深溝槽隔離結構。
  7. 如請求項6之影像感測器，其中該第一深溝槽隔離結構填充有一第一介電材料，且該第二深溝槽隔離結構填充有一第二介電材料。
  8. 如請求項1之影像感測器，其中該第一磊晶層之厚度與該第二磊晶層之厚度實質上相同。
  9. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個光電二極體在操作上接收通過該半導體基板之該第二側之該入射光。
  10. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個光電二極體在操作上接收通過該第二磊晶層之一表面之該入射光。
  11. 如請求項1之影像感測器，其中該複數個光電二極體被配置成形成一像素陣列，該影像感測器進一步包含：一控制電路系統，其耦接至該像素陣列以控制該像素陣列之操作；及一讀出電路系統，其耦接以控制該像素陣列自複數個像素單元讀出影像資料。
  12. 一種影像感測器，其包含：一半導體基板，其具有一第一側及與該第一側相對之一第二側；一第一導電類型之一第一磊晶層，其形成於該半導體基板之該第一側上，其中該第一磊晶層包括：與該第一導電類型相反之一第二導電類型之複數個第一擴散區；及 複數個第一隔離結構，該等第一隔離結構中之每一者配置於該第一磊晶層中之鄰近的第一擴散區之間以使鄰近的第一擴散區電隔離；及該第一導電類型之一第二磊晶層，其形成於該第一磊晶層上，其中該第二磊晶層包括：該第二導電類型之複數個第二擴散區，該等第二擴散區中之每一者延伸通過該第二磊晶層並電耦接至該等第一擴散區中之每一者，從而形成複數個光電二極體；複數個第二隔離結構，該等第二隔離結構中之每一者配置於該第二磊晶層中之鄰近的第二擴散區之間以使鄰近的第二擴散區電隔離，該等第二隔離結構中之每一者朝向該半導體基板之該第二側延伸通過該第二磊晶層以連接至該等第一隔離結構中之每一者；及複數個背側深溝槽隔離結構，其形成於該半導體基板之該第二側上，該等深溝槽隔離結構中之每一者被組態成自該半導體基板之該第二側延伸至該半導體基板中。
  13. 如請求項12之影像感測器，其進一步包含：該第一導電類型之一第三磊晶層，其形成於該第二磊晶層上，其中該第三磊晶層包括：該第二導電類型之複數個第三擴散區，該等第三擴散區中之每一者延伸通過該第三磊晶層並電耦接至該第二擴散區；其中該等光電二極體中之每一者包含該第一擴散區、該第二擴散區及該第三擴散區；及 複數個第三隔離結構，該等第三隔離結構中之每一者安置於該第三磊晶層中之鄰近的第三擴散區之間以使鄰近的第三擴散區電隔離，該等第三隔離結構中之每一者朝向該第二磊晶層延伸通過該第三磊晶層以連接至該等第二隔離結構中之每一者。
  14. 如請求項12之影像感測器，其中該等深溝槽隔離結構中之每一者被組態以連接至每一各別第一隔離結構。
  15. 如請求項14之影像感測器，其中該複數個第一隔離結構中之每一者包括用該第一導電類型摻雜之一第一植入隔離區，且該複數個第二隔離結構中之每一者包括用該第一導電類型摻雜之一第二植入隔離區；其中該等背側深溝槽隔離結構中之每一者延伸至每一各別第一隔離結構之該第一植入隔離區中。
  16. 如請求項12之影像感測器，其中該複數個第一隔離結構中之每一者包含朝向該半導體基板之該第二側延伸通過該第一磊晶層之一第一前側深溝槽隔離結構；其中該複數個第二隔離結構中之每一者包含延伸通過該第二磊晶層以連接至每一各別第一前側深溝槽隔離結構之一第二前側深溝槽隔離結構。
  17. 一種製造一影像感測器之方法，其包含：在一半導體基板之一第一側上形成一第一導電類型之一第一磊晶層； 在該第一磊晶層中形成一第二導電類型之複數個第一擴散區；在該第一磊晶層中形成複數個第一隔離結構，每一第一隔離結構形成於鄰近的第一擴散區之間；在該第一磊晶層上形成該第一導電類型之一第二磊晶層；在該第二磊晶層中形成該第二導電類型之複數個第二擴散區，其中該等第二擴散區中之每一者延伸通過該第二磊晶層以電耦接至該等第一擴散區中之每一者，從而形成複數個光電二極體；及在該第二磊晶層中形成複數個第二隔離結構，該等第二隔離結構中之每一者形成於鄰近的第二擴散區之間，第二隔離結構中之每一者延伸通過該第二磊晶層以連接至該等第一隔離結構中之每一者。
  18. 如請求項17之方法，其包含：在該半導體基板之一第二側上形成複數個背側深溝槽隔離結構，該第二側與該半導體基板之該第一側相對，該複數個背側深溝槽隔離結構中之每一者自該半導體基板之該第二側朝向該第一磊晶層延伸以連接至每一各別第一隔離結構。
  19. 如請求項18之方法，其中形成該複數個第一隔離結構之製程包含在該第一磊晶層中植入該第一導電類型之複數個第一植入隔離區；其中形成該複數個第二隔離結構之製程包含在該第二磊晶層中植入該第一導電類型之複數個第二植入隔離區，其中該複數個第二植入隔離區中之每一者與該等第一植入隔離區中之每一者對準，且該等第二植入隔離區中之每一者植入至延伸通過該第二磊晶層以連接至該第一植入隔離區。
  20. 如請求項17之方法，其中形成該複數個第一隔離結構之製程包含在該第一磊晶層中形成複數個第一前側深溝槽隔離結構，該複數個第一前側深溝槽隔離結構中之每一者朝向該半導體基板之一第二側延伸通過該第一磊晶層；其中形成該複數個第二隔離結構之製程包含在該第二磊晶層中形成複數個第二前側深溝槽隔離結構，該複數個第二前側深溝槽隔離結構中之每一者延伸通過該第二磊晶層以在結構上連接至該等第一深溝槽隔離結構，其中該複數個第二前側深溝槽隔離結構中之每一者與該複數個第一前側深溝槽隔離結構對準。
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