TWI776308B - 影像感測器以及用於形成影像感測器的方法 - Google Patents

影像感測器以及用於形成影像感測器的方法 Download PDF

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Abstract

本揭露關於一種包括基底的影像感測器。光電偵測器位 於基底中。溝渠位於基底中且由基底的側壁及上表面界定。第一隔離層沿著基底的界定溝渠的側壁及上表面延伸。第一隔離層包含第一介電材料。第二隔離層位於第一隔離層之上。第二隔離層加襯於第一隔離層。第二隔離層包含第二介電材料。第三隔離層位於第二隔離層之上。第三隔離層填充溝渠且加襯於第二隔離層。第三隔離層包含第三材料。第一隔離層的第一厚度對第二隔離層的第二厚度的比率是約0.17到0.38。

Description

影像感測器以及用於形成影像感測器的方法
本發明實施例是關於影像感測器以及用於形成影像感測器的方法。
具有影像感測器的積體電路(integrated circuit，IC)用於各種各樣的現代電子裝置(例如(舉例來說)，照相機及手機)中。近年來，互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器已開始得到廣泛使用，很大程度上取代了電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)影像感測器。與CCD影像感測器相比，CMOS影像感測器因功耗低、大小小、資料處理快、直接輸出資料及製造成本低而受到青睞。一些類型的CMOS影像感測器包括前側照明式(front-side illuminated，FSI)影像感測器及背側照明式(back-side illuminated，BSI)影像感測器。
在一些實施例中，本揭露關於一種包括基底的影像感測器。光電偵測器位於所述基底中。溝渠位於所述基底中。所述溝渠由所述基底的側壁及上表面界定。第一隔離層延伸到所述溝渠 中且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第一隔離層沿著基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面延伸。所述第一隔離層包含第一介電材料。第二隔離層位於第一隔離層之上。所述第二隔離層延伸到所述溝渠中且加襯於所述第一隔離層。所述第二隔離層包含第二介電材料。第三隔離層位於所述第二隔離層之上。所述第三隔離層填充所述溝渠且加襯於所述第二隔離層。所述第三隔離層包含與所述第一介電材料及所述第二介電材料不同的第三材料。所述第一隔離層的第一厚度對所述第二隔離層的第二厚度的比率是約0.17到0.38。
在其他實施例中，本揭露關於一種包括基底的影像感測器。光電偵測器位於所述基底中且沿著所述基底的前側。溝渠位於所述基底中。所述溝渠由所述基底的側壁及上表面界定。第一隔離層沿著所述基底的背側延伸且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第一隔離層由第一介電質組成。所述第一隔離層沿著所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面延伸。所述第一隔離層填充所述溝渠的第一部分。第二隔離層位於所述第一隔離層之上且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第二隔離層由與所述第一介電質不同的第二介電質組成。所述第二隔離層沿著所述溝渠延伸且位於所述第一隔離層的側壁及上表面上。所述第二隔離層填充所述溝渠的第二部分。第三隔離層位於所述第二隔離層之上且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第三隔離層由與所述第一介電質及所述第二介電質不同的第三材料組成。所述第三隔離層沿著所述溝渠延伸且位於所述第二隔離層的側壁及上表面上。所述第三隔離層填充所述溝渠的其餘部分。所述第一隔離層 的第一密度小於所述第二隔離層的第二密度，且所述第一密度對所述第二密度的比率是約0.35到0.37。
在又一些其他實施例中，本揭露關於一種用於形成影像感測器的方法。所述方法包括沿著基底的第一側在所述基底中形成光電偵測器。將所述基底的與所述第一側相對的第二側圖案化以在所述基底的所述第二側中形成溝渠。所述溝渠由所述基底的側壁及上表面界定。所述溝渠在側向上環繞所述光電偵測器。在所述溝渠中沿著所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面形成第一隔離層，所述第一隔離層包含第一介電質。執行合金製程以減小所述第一隔離層與所述基底之間的界面處的陷阱密度。在所述溝渠中在所述第一隔離層的側壁及上表面上形成第二隔離層，所述第二隔離層包含第二介電質。在所述溝渠中在所述第二隔離層的側壁及上表面上形成第三隔離層，所述第三隔離層包含第三材料。所述第三隔離層填充所述溝渠。形成所述第一隔離層包括在第一溫度下沉積所述第一介電質，且所述第一溫度小於210攝氏度。
100、200、300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300:剖視圖
101:畫素
102:基底
102b:背側
102f:前側
102s、108s、110s:側壁
102u、108u、110u:上表面
104:光電偵測器
106:內連線結構
107:溝渠
108:第一隔離層
110:第二隔離層
112:第三隔離層
114:溝渠隔離結構
116:抗反射塗佈(ARC)層
118:彩色濾光器
120:複合金屬柵格(CMG)
122:透鏡
124:轉移電晶體
126:光電二極體半導體區
128:浮動擴散半導體區
130:轉移閘極
132:第一介電層
134:接觸件
136:蝕刻終止層
138:第二介電層
140:金屬配線
150:俯視圖
302:層間介電層
702:罩幕
1400:方法
1402、1404、1406、1408、1410、1412、1414、1416、1418:動作
A-A′:線
結合附圖閱讀以下詳細說明，會最好地理解本揭露的各個方面。應注意，根據本行業中的標準慣例，各種特徵並非按比例繪製。事實上，為使論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1A說明包括溝渠隔離結構的影像感測器的一些實施例的剖視圖，其中所述溝渠隔離結構包括第一隔離層、第二隔離 層及第三隔離層。
圖1B說明圖1A所示影像感測器的一些實施例的俯視圖。
圖2說明包括溝渠隔離結構的影像感測器的一些額外實施例的剖視圖。
圖3說明包括溝渠隔離結構的影像感測器的一些實施例的剖視圖，其中所述溝渠隔離結構更包括層間介電層。
圖4到圖13說明用於形成包括溝渠隔離結構的影像感測器的方法的一些實施例的剖視圖，其中所述溝渠隔離結構包括第一隔離層、第二隔離層及第三隔離層。
圖14說明用於形成包括溝渠隔離結構的影像感測器的方法的一些實施例的流程圖，其中所述溝渠隔離結構包括第一隔離層、第二隔離層及第三隔離層。
以下揭露內容提供用於實施所提供主題的不同特徵的諸多不同實施例或實例。以下闡述元件及排列的具體實例以簡化本揭露。當然，這些僅是實例且不旨在進行限制。舉例來說，以下說明中將第一特徵形成在第二特徵「之上」或第二特徵「上」可包括其中第一特徵與第二特徵形成為直接接觸的實施例，且也可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有額外特徵從而使得所述第一特徵與所述第二特徵可能不直接接觸的實施例。另外，本揭露可能在各種實例中重複使用參考編號及/或字母。這種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而非自身指示所論述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，為易於說明，本文中可使用例如「在...之下(beneath)」、「在...下方(below)」、「下部的(lower)」、「在...上方(above)」、「上部的(upper)」等空間相對性用語來闡述圖中所說明的一個元件或特徵與另一(其他)元件或特徵的關係。所述空間相對性用語旨在除圖中所繪示的定向外還囊括裝置在使用或操作中的不同定向。設備可具有其他定向(旋轉90度或處於其他定向)，且本文中所使用的空間相對性描述語可同樣相應地加以解釋。
影像感測器沿著基底包括多個畫素。畫素包括位於基底中的光電偵測器及環繞所述光電偵測器的溝渠隔離結構。溝渠隔離結構可從基底的背側延伸到基底中以填充基底中的溝渠，所述溝渠由基底的側壁及上表面界定。溝渠隔離結構可將影像感測器的畫素與鄰近畫素電隔離及/或光學隔離。
溝渠隔離結構包括一個或多個高介電常數介電層及/或一些其他介電層。舉例來說，溝渠隔離結構可包括：氧化鋁(例如，Al2O3)層，加襯於(lines)基底的背側且加襯於溝渠；氧化鉿(例如，HfO)層，加襯於所述氧化鋁層；五氧化鉭(例如，Ta2O5)層，加襯於所述氧化鉿層；及二氧化矽(例如，SiO2)層，加襯於所述五氧化鉭層且填充溝渠。氧化鋁層與氧化鉿層一起的厚度可以是約100埃或一些其他適合的值。高介電常數介電層被配置成將基底的背側以及基底的界定溝渠的側壁及上表面鈍化。
舉例來說，在一些情況下，不期望的洩漏電流等致使可在基底中及/或沿著基底的表面產生不期望的電子。這些不期望的電子導致光電偵測器生成異常高的信號。此問題的解決措施經常 被稱為白色畫素性能。然而，溝渠隔離結構的高介電常數介電層可帶負電荷，此繼而可沿著基底與高介電常數介電層之間的界面在基底中誘發正電荷。在基底中誘發的正電荷可有助於減小電子所致的不期望效應(例如，正電荷可抵消電子的負電荷)。因此，可改進影像感測器的白色畫素性能。
影像感測器的平帶電壓(flat band voltage)及基底與高介電常數介電質之間的界面的界面陷阱密度(interface trap density)是影響白色畫素性能的兩個因素。平帶電壓與沿著基底與高介電常數介電質之間的界面存在的負電荷量(例如，高介電常數介電質內的負電荷量)有關。平帶電壓越高，白色畫素性能則可以越好。此外，界面陷阱可存儲電荷，所述電荷可對白色畫素性能造成負面影響。因此，減小界面陷阱密度可進一步改進影像感測器的白色畫素性能。
影像感測器所面臨的挑戰是高介電常數介電層無法提供對基底的背側的充分鈍化。舉例來說，氧化鋁層與氧化鉿層一起無法提供足以將基底充分鈍化的負電荷(例如，平帶電壓可低於所期望的平帶電壓及/或界面陷阱密度可高於所期望的界面陷阱密度)。因此，影像感測器的白色畫素性能可比所期望的白色畫素性能差。
本揭露的各種實施例關於一種包括基底及溝渠隔離結構的影像感測器，所述溝渠隔離結構用於改進對基底的鈍化及影像感測器的性能。舉例來說，影像感測器包括基底及位於所述基底中的光電偵測器。基底的側壁及上表面界定位於基底中的溝渠。溝渠隔離結構沿著基底的背側延伸且填充所述溝渠。溝渠隔 離結構在側向上環繞光電偵測器。溝渠隔離結構包括第一隔離層，所述第一隔離層沿著基底的界定溝渠的側壁及上表面延伸。溝渠隔離結構更包括位於第一隔離層之上的第二隔離層。第二隔離層加襯於第一隔離層。溝渠隔離結構更包括位於第二隔離層之上的第三隔離層。第三隔離層加襯於第二隔離層。氫(例如，H2)原子沿著基底與第一隔離層之間的界面排列。此外，第一隔離層帶負電荷，且第一隔離層的厚度是大的。
通過在溝渠隔離結構中包括第一隔離層，可改進對基底的鈍化。舉例來說，由於第一隔離層帶負電荷且由於第一隔離層的厚度是大的，因此第一隔離層的總負電荷可以是高的。繼而，可在基底中及/或沿著基底的背側誘發大的正電荷。因此，影像感測器的平帶電壓可以是高的。因此，可減小在基底中及/或沿著基底產生的不期望的電子，從而改進影像感測器的白色畫素性能。
在一些實施例中，第一隔離層由氧化鋁組成且具有約100埃或大於100埃的厚度。此外，在一些實施例中，溝渠隔離結構不含氧化鉿。由於氧化鋁所具有的固定電荷密度比氧化鉿所具有的固定電荷密度是更負的值，因此溝渠隔離結構的總體有效電荷可因溝渠隔離結構省略了氧化鉿而具有更負的值。因此，可改進影像感測器的白色畫素性能。
此外，通過沿著界面包含氫原子，可減小界面陷阱密度。舉例來說，氫原子可代替若干個界面陷阱，從而減小界面陷阱密度。因此，可進一步改進影像感測器的白色畫素性能。
同時參照圖1A及圖1B，圖1A說明包括溝渠隔離結構114的影像感測器的一些實施例的剖視圖100，其中溝渠隔離結構114 包括第一隔離層108、第二隔離層110及第三隔離層112，且圖1B說明圖1A所示影像感測器的一些實施例的俯視圖150。圖1A的剖視圖100可例如是跨越圖1B的線A-A′截取。
影像感測器沿著基底102包括畫素101。光電偵測器104沿著基底102的前側102f位於基底102中。內連線結構106沿著基底102的前側102f延伸。此外，基底102的側壁102s及基底102的上表面102u界定基底102中的溝渠107。
溝渠隔離結構114沿著基底102的背側102b延伸且填充溝渠107。溝渠隔離結構114在側向上環繞光電偵測器104。此外，溝渠隔離結構114可將影像感測器的畫素101與鄰近畫素(未示出)電隔離及/或光學隔離。
第一隔離層108沿著基底102的背側102b延伸。第一隔離層108也延伸到溝渠107中。第一隔離層108填充溝渠107的第一部分。在一些實施例中，第一隔離層108位於基底102的界定溝渠107的側壁102s及上表面102u上(例如，第一隔離層108加襯於溝渠107)。在一些實施例中，第一隔離層108直接接觸基底102的側壁102s、上表面102u及背側102b。第一隔離層108包含第一介電材料。
第二隔離層110位於第一隔離層108上且沿著第一隔離層108延伸。第二隔離層110也沿著基底102的背側102b延伸且延伸到溝渠107中。第二隔離層110填充溝渠107的第二部分。第二隔離層110位於第一隔離層108的側壁108s及上表面108u上(例如，第二隔離層110加襯於第一隔離層108)。在一些實施例中，第二隔離層110沿著第一隔離層108的側壁108s及上表面108u直接接觸第一隔離層108。第二隔離層110包含與第一介電材料不同的第二介電 材料。
第三隔離層112位於第二隔離層110上且沿著第二隔離層110延伸。第三隔離層112也沿著基底102的背側102b延伸且延伸到溝渠107中。第三隔離層112填充溝渠107的第三部分(例如，溝渠107的其餘部分)。第三隔離層112位於第二隔離層110的側壁110s及上表面110u上(例如，第三隔離層112加襯於第二隔離層110)。在一些實施例中，第三隔離層112沿著第二隔離層110的側壁110s及上表面110u直接接觸第二隔離層110。第三隔離層112包含與第一介電材料不同且與第二介電材料不同的第三材料。
在一些實施例中，第一介電材料例如可以是或包含氧化鋁(例如，Al2O3)或一些其他適合的材料。此外，在一些實施例中，由於在合金製程(alloy process)(例如，參見圖9)期間及/或在合金製程之後氫被陷獲在氧化鋁內，因此第一介電材料還可包含氫(例如，H2)。
第一隔離層108的厚度例如可以是約100埃、大於100埃或一些其他適合的厚度。舉例來說，第一隔離層108的厚度可以是約120埃、約140埃或一些其他值。第一隔離層的大的厚度使得第一隔離層108具有較大的負電荷。因此，可增大平帶電壓。因此，可改進影像感測器的白色畫素性能。
此外，第一隔離層108的密度可以是低的。舉例來說，第一隔離層108的密度可小於約3.17g/cm3、小於約3.05g/cm3，可以是約2.9g/cm3到約3.05g/cm3或一些其他適合的值。第一隔離層108的低密度可使得在合金製程(例如，參見圖9)期間增強氫的穿透率。因此，氫原子(未示出)沿著基底102與第一隔離層108 之間的界面排列。氫原子可代替沿著基底102與第一隔離層108之間的界面的陷阱。因此，氫原子可減小界面的陷阱密度。繼而，可進一步改進影像感測器的白色畫素性能。
簡言之，通過使影像感測器中沿著基底102的背側102b且在溝渠107中包括第一隔離層108，可改進對基底102的鈍化及影像感測器的白色畫素性能。
在一些實施例中，第二介電材料例如可以是或包含五氧化鉭(例如，Ta2O5)或一些其他適合的材料。在一些實施例中，第三材料例如可以是或包含二氧化矽(例如，SiO2)或一些其他適合的材料。
在一些實施例中，溝渠隔離結構114不含氧化鉿(例如，HfO)。因此，溝渠隔離結構114的淨電荷可以是更負的值且因此可改進對基底102的鈍化及/或影像感測器的白色畫素性能。
在一些實施例中，第二隔離層110的厚度例如可以是約400埃到約600埃或一些其他適合的值。在一些實施例中，第一隔離層108的厚度對第二隔離層110的厚度的比率可以是約0.17到約0.38或一些其他適合的值。在一些實施例中，第二隔離層110的密度例如可以是約8.2g/cm3或一些其他適合的值。在一些實施例中，第一隔離層的密度對第二隔離層110的密度的比率可以是約0.35到約0.37或一些其他適合的值。
在一些實施例中，基底102例如可包含矽、一些III-V族材料、一些其他半導體材料等。
在一些實施例中，光電偵測器104例如可以是或包括光電二極體、雪崩光電二極體、單光子雪崩二極體、一些其他適合 的光電偵測器等。
在一些實施例中，內連線結構106例如可包括一個或多個介電層、一個或多個蝕刻終止層、一個或多個接觸件、一個或多個金屬配線、一個或多個金屬通孔、一個或多個焊料凸塊、一個或多個結合襯墊(bond pads)或一些其他適合的特徵。此外，內連線結構106可電連接到光電偵測器104。
圖2說明包括溝渠隔離結構114的影像感測器的一些額外實施例的剖視圖200。
在這些實施例中，光電偵測器104例如可包括轉移電晶體124。在一些實施例中，光電偵測器104包括光電二極體半導體區126、浮動擴散半導體區128及轉移閘極130。其他適合的特徵也是可行的。在一些實施例中，光電二極體半導體區126與基底102形成p-n接面。
此外，在這些實施例中，內連線結構106例如可包括沿著基底102的前側102f的第一介電層132、沿著第一介電層132的蝕刻終止層136、沿著蝕刻終止層136的第二介電層138、穿過第一介電層132延伸到轉移電晶體124的接觸件134及穿過第二介電層及蝕刻終止層延伸到接觸件134的金屬配線140。其他適合的特徵也是可行的。
此外，在這些實施例中，抗反射塗佈(anti-reflective coating，ARC)層116位於基底102的背側102b之上，彩色濾光器118位於ARC層116之上，複合金屬柵格(composite metal grid，CMG)120在側向上環繞彩色濾光器118，且透鏡122位於彩色濾光器118之上。輻射(例如，光子)可透過透鏡122而進入影像感測 器。因此，影像感測器可以是背側照明式的。
儘管圖2中所說明的影像感測器是背側照明式的，但將理解在一些其他實施例(未示出)中，ARC層116、彩色濾光器118、CMG 120及透鏡122可沿著基底102的前側102f，且作為另外一種選擇影像感測器可以是前側照明式的。
圖3說明包括溝渠隔離結構114的影像感測器的一些實施例的剖視圖300，其中溝渠隔離結構114更包括層間介電層302。
在這些實施例中，層間介電層302位於基底102的背側102b上且沿著基底102的背側102b延伸。層間介電層302也延伸到溝渠107中且可填充溝渠107的一部分。層間介電層302位於基底102的界定溝渠107的側壁102s及上表面102u上(例如，層間介電層302加襯於溝渠107)。此外，層間介電層302可將第一隔離層108與基底102隔開。
另外，在這些實施例中，第一隔離層108位於層間介電層302上且沿著層間介電層302延伸(例如，第一隔離層108加襯於層間介電層302)。在一些實施例中，第一隔離層108位於層間介電層302的側壁及上表面上。在一些實施例中，層間介電層302可直接接觸基底102及第一隔離層108。
在一些實施例中，層間介電層302例如可以是可於在溝渠107中形成第一隔離層108時而自然形成的原生氧化物層。在一些實施例中，層間介電層302例如可以是或包含二氧化矽(例如，SiO2)等。
在一些實施例中，層間介電層302的厚度可以是小的。舉例來說，層間介電層302的厚度例如可小於約20埃、小於約15埃 或可以是一些其他適合的值。在一些實施例中，層間介電層302的厚度對第一隔離層108的第一厚度的比率例如可小於約0.2、小於約0.15或可以是一些其他適合的值。
圖4到圖13說明用於形成包括溝渠隔離結構114的影像感測器的方法的一些實施例的剖視圖400到1300，其中溝渠隔離結構114包括第一隔離層108、第二隔離層110及第三隔離層112。儘管圖4到圖13是關於方法加以闡述，但將理解圖4到圖13中所述的結構並不僅限於此方法，而是可獨立於所述方法而作為結構單獨存在。
如圖4的剖視圖400中所示，沿著基底102的前側102f在基底102中形成光電偵測器104。例如可通過一種或多種離子植入製程、一種或多種擴散製程、一種或多種沉積製程、一種或多種圖案化製程或一些其他適合的製程中的任一者形成光電偵測器104。
如圖5的剖視圖500中所示，沿著基底102的前側102f在基底102之上形成內連線結構106。例如可通過一種或多種沉積製程、一種或多種圖案化製程、一種或多種平坦化製程或一些其他適合的製程中的任一者形成內連線結構106。
舉例來說，可通過以下方式形成內連線結構106：沿著基底102的前側102f在基底102之上形成介電層(例如，圖2的132)，將介電層圖案化以在介電層中形成接觸開口，在接觸開口中形成接觸件(例如，圖2的134)，在第一介電層之上形成蝕刻終止層(例如，圖2的136)，在蝕刻終止層之上形成第二介電層(例如，圖2的138)，將第二介電層及蝕刻終止層圖案化以在第二介電 層及蝕刻終止層中形成配線開口，並在配線開口中形成金屬配線(例如，圖2的140)。
如圖6的剖視圖600中所示，可將基底102旋轉以使得基底102的背側102b位於基底102的前側102f之上。
如圖7的剖視圖700中所示，在基底102的背側102b上形成罩幕702，並根據罩幕702將基底102的背側圖案化以在基底102中形成溝渠107。溝渠107由基底102的側壁102s及上表面102u界定。此外，溝渠107在側向上環繞光電偵測器104。
在一些實施例中，舉例來說，罩幕702可以是或包含光阻、一些金屬氧化物、一些金屬氮化物或一些其他適合的材料。在一些實施例中，可在圖案化之後移除罩幕702。
在一些實施例中，舉例來說，圖案化可包括乾式蝕刻製程或一些其他適合的製程。舉例來說，圖案化可包括反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)製程、離子束蝕刻(ion beam etching，IBE)製程、遠端電漿製程或一些其他適合的製程。
如圖8的剖視圖800中所示，沿著基底102的背側102b且沿著基底102的界定溝渠107的側壁102s及上表面102u在溝渠107中形成第一隔離層108。第一隔離層108加襯於基底102且填充溝渠107的第一部分。
可例如通過化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)製程、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)製程、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)製程、旋轉塗佈製程或一些其他適合的製程中的任一者在基底102之上沉積氧化鋁(例如，Al2O3)或一些其他適合的材料來形成第一隔離層108。
在一些實施例中，在沉積第一隔離層108期間的溫度是低的。舉例來說，在一些實施例中，溫度可小於約210攝氏度、介於約170攝氏度到約210攝氏度之間或可以是一些其他適合的值。在沉積期間的低溫度可減小第一隔離層108的密度。此外，在一些實施例中，第一隔離層108的O3濃度可以是低的。舉例來說，在一些實施例中，O3濃度小於約200克/m3、為約100克/m3、介於約100克/m3到約200克/m3之間或是一些其他適合的值。低O3濃度可進一步減小第一隔離層108的密度。
在一些實施例中，可在形成第一隔離層108期間在第一隔離層108與基底102之間在基底102上形成層間介電層(例如，圖3的302)。層間介電層可以是或包含二氧化矽(例如，SiO2)等。層間介電層可在沉積期間自然地形成。舉例來說，基底102的表面在沉積期間可經歷氧化，且因此基底102的表面上可形成二氧化矽層。然而，由於沉積溫度低且O3濃度低，因此層間介電層的厚度可以是小的。舉例來說，厚度可小於約20埃、小於約15埃或可以是一些其他適合的值。與一些其他沉積製程相比，層間介電層的厚度可減小約30%到50%或可減小一些其他值。
由於層間介電層的厚度減小，因此可改進對基底102的鈍化。舉例來說，可減小第一隔離層108與基底102之間的距離。繼而，第一隔離層108的負電荷可更靠近基底102且因此可在基底102中及/或沿著基底102誘發正電荷。因此，可增大平帶電壓且可改進白色畫素性能。
如圖9的剖視圖900中所示，將第一隔離層108暴露於含有氫氣(例如，H2)的加熱環境以形成第一隔離層108與氫的合金。 在合金製程期間，氫氣可穿透第一隔離層108且可填充沿著基底102與第一隔離層108之間的界面的陷阱。因此，氫准入製程(hydrogen allow process)可減小界面處的陷阱密度。在一些實施例中，一些氫可保留在第一隔離層108內。在一些實施例中，在合金期間加熱環境的溫度例如可以是約300攝氏度到400攝氏度或一些其他適合的溫度。
由於第一隔離層108的密度低，因此在合金製程期間氫氣可更容易穿透第一隔離層108。因此，更多氫原子可到達界面並填充沿著界面的陷阱，從而減小基底102與第一隔離層108之間的界面的界面陷阱密度。因此，可改進對基底102的背側102b的鈍化及影像感測器的白色畫素性能。
應注意，為對合金製程加以說明，圖9中發生改變第一隔離層108的陰影線。
如圖10的剖視圖1000中所示，在第一隔離層108之上共形地形成第二隔離層110。第二隔離層110加襯於第一隔離層108且填充溝渠107的第二部分。
例如可通過CVD製程、PVD製程、ALD製程、旋轉塗佈製程或一些其他適合的製程中的任一者在基底102之上沉積氧化鉭(例如，Ta2O5)或一些其他適合的材料來形成第二隔離層110。在一些實施例中，在沉積第二隔離層110期間的溫度例如可大於在沉積第一隔離層108期間的溫度。
如圖11的剖視圖1100中所示，在第二隔離層110之上共形地形成第三隔離層112。第三隔離層112加襯於第二隔離層110且填充溝渠107的其餘部分。第一隔離層108、第二隔離層110及第三 隔離層112一起界定溝渠隔離結構114。在一些實施例中，層間介電層(未示出)進一步界定溝渠隔離結構114。
例如可通過CVD製程、PVD製程、ALD製程、旋轉塗佈製程或一些其他適合的製程中的任一者在基底102之上沉積二氧化矽(例如，SiO2)或一些其他適合的材料來形成第三隔離層112。
在一些實施例中，不在基底102之上沉積氧化鉿作為溝渠隔離結構114形成製程的一部分(例如，溝渠隔離結構114不含氧化鉿)。舉例來說，在一些實施例中，在形成第一隔離層108、第二隔離層110及第三隔離層112期間及在形成第一隔離層108、第二隔離層110及第三隔離層112之間均不會沉積氧化鉿。因此，溝渠隔離結構114的淨電荷可具有更負的值，且因此可改進對基底102的鈍化及/或影像感測器的白色畫素性能。
如圖12的剖視圖1200中所示，對第三隔離層112執行平坦化製程以將第三隔離層112薄化及/或將第三隔離層112的頂表面平坦化。平坦化製程例如可以是或包括化學機械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)製程或一些其他適合的平坦化製程。
如圖13的剖視圖1300中所示，在第三隔離層112之上形成ARC層116，在ARC層116之上形成彩色濾光器118，與彩色濾光器118相鄰地形成CMG 120以環繞彩色濾光器118，且在彩色濾光器118之上形成透鏡122。
儘管圖13說明沿著基底102的背側102b形成ARC層116、彩色濾光器118、CMG 120及透鏡122，但將理解，在一些替 代實施例中，作為另外一種選擇ARC層116、彩色濾光器118、CMG 120及透鏡122可沿著基底102的前側102f形成，且作為另外一種選擇影像感測器可以是前側照明式的。
圖14說明用於形成包括溝渠隔離結構的影像感測器的方法1400的一些實施例的流程圖，其中溝渠隔離結構包括第一隔離層、第二隔離層及第三隔離層。雖然下文將方法1400說明且闡述為一系列動作或事件，但將理解這些動作或事件的所說明次序並不應被解釋為具限制意義。舉例來說，一些動作可按照不同的次序發生及/或與除本文中所說明及/或所述的動作或事件之外的其他動作或事件同時發生。另外，可能並不需要所有所示的動作來實施本文中所說明的一個或多個方面或實施例。此外，本文中所繪示的動作中的一者或多者可在一個或多個單獨的動作及/或階段中施行。
在動作1402處，沿著基底的第一側在基底中形成光電偵測器。圖4說明對應於動作1402的一些實施例的剖視圖400。
在動作1404處，在基底的第一側上形成內連線結構。圖5說明對應於動作1404的一些實施例的剖視圖500。
在動作1406處，將基底的與第一側相對的第二側圖案化以在基底的第二側中形成溝渠，所述溝渠由基底的側壁及上表面界定。圖7說明對應於動作1406的一些實施例的剖視圖700。
在動作1408處，沿著基底的界定溝渠的側壁及上表面在溝渠中形成第一隔離層，以使得第一隔離層具有大的厚度(例如，大於約100埃)及低的密度(例如，約2.9g/cm3到約3.05g/cm3)。圖8說明對應於動作1408的一些實施例的剖視圖800。
在動作1410處，將第一隔離層暴露於含有氫氣的加熱環境，以使得氫穿透第一隔離層且與沿著第一隔離層與基底之間的界面的陷阱發生反應以使陷阱電性不活躍(electrically inactive)。圖9說明對應於動作1410的一些實施例的剖視圖900。
在動作1412處，在第一隔離層之上形成第二隔離層且所述第二隔離層加襯於第一隔離層。圖10說明對應於動作1412的一些實施例的剖視圖1000。
在動作1414處，在第二隔離層之上形成第三隔離層且所述第三隔離層加襯於第二隔離層，第三隔離層填充溝渠。圖11說明對應於動作1414的一些實施例的剖視圖1100。
在動作1416處，將第三隔離層平坦化。圖12說明對應於動作1416的一些實施例的剖視圖1200。
在動作1418處，沿著基底形成抗反射塗佈(ARC)層，在ARC層之上形成彩色濾光器，在彩色濾光器周圍形成複合金屬柵格(CMG)，且在彩色濾光器之上形成透鏡。圖13說明對應於動作1418的一些實施例的剖視圖1300。
因此，本揭露關於一種包括基底及溝渠隔離結構的影像感測器，所述基底及溝渠隔離結構用於改進對基底的鈍化及影像感測器的性能。
因此，在一些實施例中，本揭露關於一種包括基底的影像感測器。光電偵測器位於所述基底中。溝渠位於所述基底中。所述溝渠由所述基底的側壁及上表面界定。第一隔離層延伸到所述溝渠中且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第一隔離層沿著基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面延伸。所述第一隔 離層包含第一介電材料。第二隔離層位於第一隔離層之上。所述第二隔離層延伸到所述溝渠中且加襯於所述第一隔離層。所述第二隔離層包含第二介電材料。第三隔離層位於所述第二隔離層之上。所述第三隔離層填充所述溝渠且加襯於所述第二隔離層。所述第三隔離層包含與所述第一介電材料及所述第二介電材料不同的第三材料。所述第一隔離層的第一厚度對所述第二隔離層的第二厚度的比率是約0.17到0.38。
在一些實施例中，沿著所述基底與所述第一隔離層之間的界面排列有氫原子。在一些實施例中，所述第一隔離層直接接觸所述基底的所述側壁及所述上表面，其中所述第二隔離層直接接觸所述第一隔離層，且其中所述第三隔離層直接接觸所述第二隔離層。在一些實施例中，所述第一隔離層由所述第一介電材料組成，所述第二隔離層由所述第二介電材料組成，且所述第三隔離層由所述第三材料組成。在一些實施例中，所述第一介電材料由氧化鋁組成且所述第二介電材料由五氧化鉭組成。在一些實施例中，所述第一隔離層由氧化鋁及所述氧化鋁內的氫組成。在一些實施例中，所述層間介電層位於所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面上，其中所述層間介電層將所述基底與所述第一隔離層隔開，其中所述層間介電層包含與所述第一介電材料不同的第四介電材料，且其中所述第一隔離層加襯於所述層間介電層。在一些實施例中，所述層間介電層的厚度小於20埃。在一些實施例中，所述第一厚度大於100埃。
在其他實施例中，本揭露關於一種包括基底的影像感測器。光電偵測器位於所述基底中且沿著所述基底的前側。溝渠位 於所述基底中。所述溝渠由所述基底的側壁及上表面界定。第一隔離層沿著所述基底的背側延伸且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第一隔離層由第一介電質組成。所述第一隔離層沿著所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面延伸。所述第一隔離層填充所述溝渠的第一部分。第二隔離層位於所述第一隔離層之上且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第二隔離層由與所述第一介電質不同的第二介電質組成。所述第二隔離層沿著所述溝渠延伸且位於所述第一隔離層的側壁及上表面上。所述第二隔離層填充所述溝渠的第二部分。第三隔離層位於所述第二隔離層之上且在側向上環繞所述光電偵測器。所述第三隔離層由與所述第一介電質及所述第二介電質不同的第三材料組成。所述第三隔離層沿著所述溝渠延伸且位於所述第二隔離層的側壁及上表面上。所述第三隔離層填充所述溝渠的其餘部分。所述第一隔離層的第一密度小於所述第二隔離層的第二密度，且所述第一密度對所述第二密度的比率是約0.35到0.37。
在其他實施例中，層間介電層位於所述基底的所述背側上且將所述基底與所述第一隔離層隔開。在其他實施例中，所述層間介電層的厚度對所述第一隔離層的厚度的比率小於0.2。在其他實施例中，所述第一介電質由氧化鋁及氫組成。在其他實施例中，沿著所述基底與所述第一隔離層之間的界面排列有氫原子。在其他實施例中，所述第一密度是約2.9g/cm3到3.05g/cm3。
在又一些其他實施例中，本揭露關於一種用於形成影像感測器的方法。所述方法包括沿著基底的第一側在所述基底中形成光電偵測器。將所述基底的與所述第一側相對的第二側圖案化 以在所述基底的所述第二側中形成溝渠。所述溝渠由所述基底的側壁及上表面界定。所述溝渠在側向上環繞所述光電偵測器。在所述溝渠中沿著所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面形成第一隔離層，所述第一隔離層包含第一介電質。執行合金製程以減小所述第一隔離層與所述基底之間的界面處的陷阱密度。在所述溝渠中在所述第一隔離層的側壁及上表面上形成第二隔離層，所述第二隔離層包含第二介電質。在所述溝渠中在所述第二隔離層的側壁及上表面上形成第三隔離層，所述第三隔離層包含第三材料。所述第三隔離層填充所述溝渠。形成所述第一隔離層包括在第一溫度下沉積所述第一介電質，且所述第一溫度小於210攝氏度。
在又一些其他實施例中，執行所述合金製程包括將所述第一隔離層暴露於包含氫的加熱環境。在又一些其他實施例中，形成所述第一隔離層包括在所述第一溫度下且在小於200g/m3的O3濃度下沉積Al2O3。在又一些其他實施例中，當形成所述第一隔離層時會在所述基底與所述第一隔離層之間形成包含二氧化矽的層間介電層，且其中所述層間介電層的厚度小於20埃。在又一些其他實施例中，在形成所述第一隔離層、所述第二隔離層及所述第三隔離層期間及在形成所述第一隔離層、所述第二隔離層及所述第三隔離層之間均不沉積氧化鉿。
以上概述了若干實施例的特徵，以使所屬領域中的技術人員可更好地理解本揭露的各個方面。所屬領域中的技術人員應理解，他們可容易地使用本揭露作為設計或修改其他製程及結構的基礎來施行與本文中所介紹的實施例相同的目的及/或實現與本 文中所介紹的實施例相同的優點。所屬領域中的技術人員還應認識到，這些等效構造並不背離本揭露的精神及範圍，而且他們可在不背離本揭露的精神及範圍的條件下對本文作出各種改變、代替及變更。
100:剖視圖
101:畫素
102:基底
102b:背側
102f:前側
102s、108s、110s:側壁
102u、108u、110u:上表面
104:光電偵測器
106:內連線結構
107:溝渠
108:第一隔離層
110:第二隔離層
112:第三隔離層
114:溝渠隔離結構

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，包括：基底；光電偵測器，位於所述基底中；溝渠，位於所述基底中，由所述基底的側壁及上表面界定；第一隔離層，延伸到所述溝渠中且在側向上環繞所述光電偵測器，其中所述第一隔離層沿著所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面延伸，且其中所述第一隔離層包含第一介電材料；第二隔離層，位於所述第一隔離層之上，其中所述第二隔離層延伸到所述溝渠中且加襯於所述第一隔離層，且其中所述第二隔離層包含第二介電材料；以及第三隔離層，位於所述第二隔離層之上，其中所述第三隔離層填充所述溝渠且加襯於所述第二隔離層，其中所述第三隔離層包含與所述第一介電材料及所述第二介電材料不同的第三材料，其中所述第一隔離層的第一厚度對所述第二隔離層的第二厚度的比率是約0.17到0.38，且其中沿著所述基底與所述第一隔離層之間的界面排列有氫原子。
  2. 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第一隔離層由氧化鋁組成且具有100埃或大於100埃的厚度。
  3. 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第一隔離層直接接觸所述基底的所述側壁及所述上表面，其中所述第二隔離層直接接觸所述第一隔離層，且其中所述第三隔離層直接接觸 所述第二隔離層。
  4. 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第一介電材料由氧化鋁組成且所述第二介電材料由五氧化鉭組成。
  5. 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第一隔離層由氧化鋁及所述氧化鋁內的氫組成。
  6. 如請求項1所述的影像感測器，其中層間介電層位於所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面上，其中所述層間介電層將所述基底與所述第一隔離層隔開，其中所述層間介電層包含與所述第一介電材料不同的第四介電材料，且其中所述第一隔離層加襯於所述層間介電層。
  7. 一種影像感測器，包括：基底；光電偵測器，位於所述基底中且沿著所述基底的前側；溝渠，位於所述基底中，由所述基底的側壁及上表面界定；第一隔離層，沿著所述基底的背側延伸且在側向上環繞所述光電偵測器，其中所述第一隔離層由第一介電質組成，其中所述第一隔離層沿著所述基底的界定所述溝渠的所述側壁及所述上表面延伸，且其中所述第一隔離層填充所述溝渠的第一部分；第二隔離層，位於所述第一隔離層之上且在側向上環繞所述光電偵測器，其中所述第二隔離層由與所述第一介電質不同的第二介電質組成，其中所述第二隔離層沿著所述溝渠延伸且位於所述第一隔離層的側壁及上表面上，且其中所述第二隔離層填充所述溝渠的第二部分；以及第三隔離層，位於所述第二隔離層之上且在側向上環繞所述 光電偵測器，其中所述第三隔離層由與所述第一介電質及所述第二介電質不同的第三材料組成，其中所述第三隔離層沿著所述溝渠延伸且位於所述第二隔離層的側壁及上表面上，且其中所述第三隔離層填充所述溝渠的其餘部分，其中所述第一隔離層的第一密度小於所述第二隔離層的第二密度，且其中所述第一密度對所述第二密度的比率是約0.35到0.37，且其中沿著所述基底與所述第一隔離層之間的界面排列有氫原子。
  8. 如請求項7所述的影像感測器，其中所述第一密度是約2.9g/cm3到3.05g/cm3。
  9. 一種用於形成影像感測器的方法，所述方法包括：沿著基底的第一側在所述基底中形成光電偵測器；將所述基底的與所述第一側相對的第二側圖案化，以在所述基底的所述第二側中形成溝渠，其中所述溝渠由所述基底的側壁及上表面形成，且其中所述溝渠在側向上環繞所述光電偵測器；沿著所述基底的形成所述溝渠的所述側壁及所述上表面在所述溝渠中形成第一隔離層，所述第一隔離層包含第一介電質；執行合金製程以減小所述第一隔離層與所述基底之間的界面處的陷阱密度；在所述溝渠中在所述第一隔離層的側壁及上表面上形成第二隔離層，所述第二隔離層包含第二介電質；以及在所述溝渠中在所述第二隔離層的側壁及上表面上形成第三隔離層，所述第三隔離層包含第三材料，所述第三隔離層填充所 述溝渠，其中形成所述第一隔離層包括在小於210攝氏度的第一溫度下沉積所述第一介電質，且其中沿著所述基底與所述第一隔離層之間的界面排列有氫原子。
  10. 如請求項9所述的用於形成影像感測器的方法，其中在形成所述第一隔離層、所述第二隔離層及所述第三隔離層期間及在形成所述第一隔離層、所述第二隔離層及所述第三隔離層之間均不沉積氧化鉿。
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