TWI822483B - 光感測器 - Google Patents
光感測器 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI822483B TWI822483B TW111144879A TW111144879A TWI822483B TW I822483 B TWI822483 B TW I822483B TW 111144879 A TW111144879 A TW 111144879A TW 111144879 A TW111144879 A TW 111144879A TW I822483 B TWI822483 B TW I822483B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- pattern
- epitaxial layer
- layer
- doped region
- light sensor
- Prior art date
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims abstract description 67
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 57
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 50
- 235000012489 doughnuts Nutrition 0.000 claims description 39
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 31
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 31
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 claims description 27
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 227
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 28
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 16
- 238000000034 method Methods 0.000 description 15
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 12
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 description 10
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 10
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 8
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 7
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 6
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 5
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 101100207343 Antirrhinum majus 1e20 gene Proteins 0.000 description 4
- -1 Tb2O3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910001940 europium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N europium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Eu+3].[Eu+3] AEBZCFFCDTZXHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoyttriooxy)yttrium Chemical compound O=[Y]O[Y]=O SIWVEOZUMHYXCS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);ytterbium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Yb+3].[Yb+3] UZLYXNNZYFBAQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 4
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 3
- AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N digallium;oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Ga+3] AJNVQOSZGJRYEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910003440 dysprosium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N dysprosium(iii) oxide Chemical compound O=[Dy]O[Dy]=O NLQFUUYNQFMIJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 229910001195 gallium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 3
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 description 2
- CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N cadmium oxide Inorganic materials [Cd]=O CXKCTMHTOKXKQT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Cd+2] CFEAAQFZALKQPA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- ZXGIFJXRQHZCGJ-UHFFFAOYSA-N erbium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Er+3].[Er+3] ZXGIFJXRQHZCGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N gadolinium(III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Gd+3].[Gd+3] CMIHHWBVHJVIGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(iv) oxide Chemical compound O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- JYTUFVYWTIKZGR-UHFFFAOYSA-N holmium oxide Inorganic materials [O][Ho]O[Ho][O] JYTUFVYWTIKZGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N lanthanum(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[La+3].[La+3] MRELNEQAGSRDBK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003443 lutetium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N neodymium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Nd+3].[Nd+3] PLDDOISOJJCEMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 description 2
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N samarium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Sm+3].[Sm+3] FKTOIHSPIPYAPE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000348 solid-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N tantalum pentoxide Inorganic materials O=[Ta](=O)O[Ta](=O)=O PBCFLUZVCVVTBY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZIKATJAYWZUJPY-UHFFFAOYSA-N thulium (III) oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Tm+3].[Tm+3] ZIKATJAYWZUJPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003454 ytterbium oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229940075624 ytterbium oxide Drugs 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011358 absorbing material Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- GWPLDXSQJODASE-UHFFFAOYSA-N oxotantalum Chemical compound [Ta]=O GWPLDXSQJODASE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 238000001947 vapour-phase growth Methods 0.000 description 1
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1463—Pixel isolation structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14625—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L27/14627—Microlenses
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/14636—Interconnect structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
- Optical Head (AREA)
Abstract
在此提供的光感測器包括感測結構和微透鏡。感測結構包括外延層、深溝渠隔離和散射結構。外延層有受照表面和非受照表面。深溝渠隔離位於外延層的邊緣。散射結構嵌入在外延層中，並從受照表面向內延伸。散射結構包括第一圓環圖案和周邊圖案。深溝渠隔離環繞散射結構，周邊圖案與深溝渠隔離相連，第一圓環圖案與周邊圖案自深溝渠隔離分開。微透鏡設置在外延層上，其中外延層的受照表面比非受照表面更靠近微透鏡。
Description
本發明涉及一種感測器裝置，特別是一種光感測器。
隨著技術的快速發展，光電感測器被改進為具有更高的分辨率並適用於各個領域。在一些應用中，光感測器需要在各種環境下運行，例如在弱光環境下、在明亮環境下等等。因此，光感測器的靈敏度對於光感測器的設計和開發來說是相當重要的項目。
本公開涉及具有散射結構以提高光感測器的量子效率的光感測器。
在本發明的一實施例中，光感測器包括感測結構和微透鏡。感測結構包括外延層、深溝渠隔離和散射結構。外延層有受照表面和非受照表面。深溝渠隔離位於外延層的邊緣。散射結構嵌入在外延層中，並從受照表面向內延伸。散射結構包括第一圓環圖案和周邊圖案。深溝渠隔離環繞散射結構，周邊圖案與深溝渠隔離相連，第一圓環圖案與周邊圖案自深溝渠隔離分開。微透鏡設置在外延層上，其中外延層的受照表面比非受照表面更靠近微透鏡。
綜上所述，根據本發明的一些實施例的光感測器具有嵌
入在外延層中的散射結構，並且散射結構具有用於散射入射光的複雜圖案。因此，入射光的傳播路徑(即光的光程)被加長，以提高光感測器的量子效率。因此，提高了光感測器的靈敏度。光感測器在相對較弱的光照環境下可能表現良好。
為使前述內容更加清楚明白，以下結合附圖對幾個實施例進行詳細說明。
100A、100B:光感測器陣列
110、110A、110B、110C、110D、110E、110F、110G、110H、110I、110J、110K、110L:感測結構
112:外延層
114:深溝渠隔離
116A:閘極結構
116B:浮置擴散接點
118:散射結構
118A:第一圓環圖案
118B、118C:縱貫圖案
118D、118E:周邊圖案
118F:第二圓環圖案
120:微透鏡
130:內連線結構
132:內連線佈線
134:內連線介電質
140:光學層
142:抗反射結構
144:彩色濾光片
150、168:基板
152、154、178、180:硬質遮罩
153、155、158、179、181、182:罩幕
158A:第一圓環狹槽
158B、158C:縱貫圖案狹槽
160:層間介電層
162:閘極絕緣體
164:閘極金屬
166:閘極填充材料
172:周邊溝槽
174:內溝槽
176:介電材料
A-A’、B-B’、C-C’:線
BS:非受照表面
CN:中心點
D1、D2、D3:摻雜深度
D114、D118:深度
DS:距離
FD:第二摻雜區
G:間隙
L:外部光線
PD:第一摻雜區
PD1:第一摻雜層
PD2:第二摻雜層
PS1、PS2、PSA、PSB:光感測器
RDI、RDO:半徑
TS:受照表面
V1、V2:通孔
VD:垂直方向
W114、W118A、W118B、W118C、W118F:寬度
WI:內側壁
WO:外側壁
包括附圖以提供對本公開的進一步理解，並且附圖被併入並構成本說明書的一部分。
附圖示出了本公開的示例性實施例，並且與描述一起用於解釋本公開的原理。
圖1A和圖1B分別示出了根據本公開的一些實施例的光感測器陣列的一部分的橫截面側視圖。
圖2A至圖2K示意性地示出了根據各種實施例的幾個感測結構。
圖3示意性地示出了根據本公開的一些實施例的截切的感測結構。
圖4示意性地示出了根據一些實施例的製造光感測器的幾個步驟。
圖5A至圖5C示意性地示出了根據一些實施例的製造光感測器的幾個步驟。
圖6A至圖6C示意性地示出了根據一些實施例的製造光感測器的幾個步驟。
圖7A和圖7B示意性地示出了根據一些實施例的光感測器。
圖8A和8B示意性地示出了根據本公開的一些實施例的製造光感測器的步驟。
圖9A和9B示意性地示出了根據本公開的一些實施例的製造光感測器的步驟。
圖10A和10B示意性地示出了根據本公開的一些實施例的製造光感測器的步驟。
圖11A和11B示意性地示出了根據本公開的一些實施例的製造光感測器的步驟。
圖12A和12B示意性地示出了根據本公開的一些實施例的製造光感測器的步驟。
圖13A和13B示意性地示出了根據本公開的一些實施例的製造光感測器的步驟。
圖14示意性地示出了根據本公開的一些實施例的光感測器的橫截面。
圖1A和圖1B分別示出了根據本公開的一些實施例的光感測器陣列的一部分的橫截面側視圖。在圖1A中，光感測器陣列100A包括排列成陣列的多個光感測器PSA。光感測器陣列中光感測器PSA的數量多於三個，圖1A僅顯示三個感測器用於說明目的。光感測器PSA中的每一個可以包括感測結構110、微透鏡120、內連線結構130和光學層140。感測結構110位於內連線結構130
和微透鏡120之間。光學層140位於微透鏡120和感測結構110之間。相應地，外部光線L通過微透鏡120和光學層140會進入感測結構110而不通過內連線結構130，這有助於提高感測結構110的受光面積大小，從而提高光感測器PSA的靈敏度。具體而言，外部光線L從與內連線結構130連接的一側相反的背側進入感測結構110，因此光感測器陣列100A的光感測器PSA為背照式(BSI，backside illuminated)光感測器。
感測結構110可以包括外延層112和深溝渠隔離114。外延層112由半導體材料(例如矽)製成，並部分摻雜了所需的摻雜劑以形成光電二極管。深溝渠隔離114將一個光感測器PSA的外延層112與相鄰光感測器PSA的外延層112隔離開來。此外，每個光感測器PSA中的感測結構110還可以包括傳輸閘極(TG)結構116A和浮動擴散(FD)接點116B。閘極結構116A和浮置擴散接點116B設置在外延層112上，使光感測器PSA能夠工作。外延層112的厚度可以是10nm-10μm，深溝渠隔離114的深度D114可以是10nm-10μm。深溝渠隔離114形成圍繞外延層112的框架結構以定義光感測器PSA的像素。也就是說，光感測器PSA的像素面積是由深溝渠隔離114包圍的面積決定的。在一些實施例中，填充因子被理解為影像感測器中像素的光敏面積與總像素面積的比率，並且光感測器陣列100A中的光感測器PSA可以具有大約100%的填充因子，因為微透鏡120和光學層140是光透明部件不阻擋外部光線L。
在一些實施例中，深溝渠隔離114的材料可以包括氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氧化鉿(HfO2)、氧氮化矽(SiOxNy)、氧
化鉭(Ta2O5)、氧化鈦(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鑭(La2O3)、氧化鐠(Pr2O3)、氧化鈰(CeO2)、氧化釹(Nd2O3)、氧化鉕(Pm2O3)、氧化釤(Sm2O3)、氧化銪(Eu2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋱(Tb2O3)、氧化鏑(Dy2O3)、氧化鈥(Ho2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化銩(Tm2O3)、氧化鐿(Yb2O3)、氧化鎦(Lu2O3)、氧化釔(Y2O3)等。
外延層112摻雜了所需的摻雜劑，在感測結構110的正面有摻雜區(未顯示)，而閘極結構116A下面不需要額外的摻雜，閘極結構116A和浮置擴散接點116B設置在感測結構110的正面，對應於摻雜區。閘極結構116A可以包括設置在閘極金屬和外延層112之間的閘極絕緣體，閘極結構116A位於摻雜區之間。浮置擴散接點116B設置在外延層112的對應摻雜區上並與之接觸。閘極金屬的材料可以包括TiN、Al、Ni、Pt等，閘極絕緣體的材料可以包括HfO2、ZrO2、Al2O3、SiO2等，或者包括深溝渠隔離114的任何材料。浮置擴散接點116B的材料可以包括TiN、Al、Cu、poly-Si(n)等。此外，閘極結構116A和浮置擴散接點116B電連接到內連線結構130以建立驅動相應光感測器PSA所需的電路。
微透鏡120設置在感測結構110上方，具有曲面，用於折射入射的外部光線L向感測結構110的外延層112行進，從而微透鏡120有助於提高感測結構110的受光量。在一些實施例中，微透鏡120的材料可以包括但不限於玻璃、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA，poly(methyl methacrylate))、AZP透明樹脂等。微透鏡120的曲面有助於將外部光線L集中向外延層112行進。
內連線結構130設置在感測結構110的與微透鏡120相
對的前側。換言之，微透鏡120設置在感測結構110的背側處。內連線結構130包括內連線佈線132和內連線介電質134，內連線介電質134分離不同層的內連線佈線132，以建立光感測器PSA的電傳輸路徑。例如，內連線佈線132建立電連接到閘極結構116A和浮置擴散接點116B的電傳輸路徑。在一些實施例中，內連線佈線132的材料可以包括Al、Cu等，內連線介電質134的材料可以包括電介質氧化物、氮化物或其他介電材料。
光學層140位於微透鏡120和感測結構110之間。在一些實施例中，光學層140可以包括彩色濾光片和抗反射結構。彩色濾光片過濾外部光線L的波長以確定感測結構110感知的顏色。抗反射結構減少了外部光線L的反射，從而提高了感測結構110的受光量。抗反射結構可以是SiO2/TiO2的交替疊層，並且在不同的光感測器PSA中形成抗反射結構的SiO2/TiO2疊層是相同的。彩色濾光片可以通過可選的SiO2/TiO2疊層實現。在一個光感測器PSA中用於形成彩色濾光片的SiO2/TiO2疊層可能與相鄰光感測器PSA中的疊層不同，因此不同的光感測器PSA對不同波長的光敏感。例如，圖1A所示的三個光感測器PSA可以分別對紅光、綠光和藍光敏感，但本發明不限於此。
在圖1B中，光感測器陣列100B與光感測器陣列100A相似，但與光感測器陣列100A不同之處在於感測結構110和內連線結構130在每個光感測器PSB中的佈置順序。因此，在兩個實施例中，相同的部件用相同的附圖標記表示，並且兩個實施例中對各個部件的描述適用於兩個實施例。具體地，光感測器陣列100B包括排列成陣列的多個光感測器PSB，圖1B僅示出三個光感測器
PSB以用於說明目的。光感測器PSB中的每一個包括感測結構110、微透鏡120、內連線結構130和光學層140。內連線結構130位於微透鏡120和感測結構110之間。光學層140位於微透鏡120和內連線結構130之間。外部光線L從前側進入感測結構110，前側是連接到內連線結構130的一側，因此光感測器陣列100B的光感測器PSB是前照式(FSI，frontside illuminated)光感測器。
為了提高光感測器PSA和PSB的靈敏度，一種方法是提高光感測器PSA和PSB的量子效率(QE，成像設備將入射光子轉換為電子的有效性的度量)。因此，根據以下說明，光感測器PSA和PSB中的每一個還包括散射結構，這有助於增加光在感測結構110中的傳播長度，以增加光感測器PSA和PSB的光吸收。
圖2A至圖2E示意性地示出了根據各種實施例的幾個感測結構。圖2A至圖2E中所示的感測結構中的每一個都適用於光感測器陣列100A中的光感測器PSA或光感測器陣列100B中的光感測器PSB，並且被認為是光感測器PSA或光感測器PSB中的感測結構110的實現示例。
在圖2A中，感測結構110A包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。外延層112有受照表面TS和非受照表面BS。在一些實施例中，感測結構110A適用於光感測器陣列100A的光感測器PSA，受照表面TS比非受照表面BS更遠離內連線結構130(如圖1A所示)。在一些實施例中，感測結構110A適用於光感測器陣列100B的光感測器PSB，受照表面TS比非受照表面BS更接近內連線結構130。也就是說，當應用於光感測器陣列100A的光感測器PSA或者光感測器陣列100B的光感測器PSB時，受
照表面TS比非受照表面BS更接近微透鏡120。深溝渠隔離114形成圍繞外延層112邊緣的框架結構。在一些實施例中，深溝渠隔離114中的寬度W114可以是10nm-10μm。散射結構118嵌入在外延層112中，特別是從外延層112的受照表面TS向內延伸。
在圖2A中，散射結構118包括第一圓環圖案118A和縱貫圖案118B以及118C，並從受照表面TS向內延伸以嵌入到外延層112中，其中縱貫圖案118B和118C中的每一個沿橫穿第一圓環圖案118A的延伸方向延伸。在一些實施例中，第一圓環圖案118A以中心點CN為中心並且縱貫圖案118B和118C延伸穿過中心點CN。具體地，第一圓環圖案118A位於感測結構110A的中心，俯視時形成一個圓環，但本發明不以此為限。縱貫圖案118B沿著基本上平行於感測結構110A的側邊緣的延伸方向延伸，並且縱貫圖案118C沿著基本上平行於感測結構110A的對角線的延伸方向延伸。因此，縱貫圖案118B在俯視圖中形成“+”，縱貫圖案118C在俯視圖中形成“×”。此外，縱貫圖案118B和118C的末端連接到深溝渠隔離114，使得散射結構118在俯視圖中形成連續的圖案，但不限於此。第一圓環圖案118A中的寬度W118A可以是10nm-5μm。縱貫圖案118B中的寬度W118B和縱貫圖案118C中的寬度W118C可以是10nm-5μm。寬度W118B和寬度W118C可以相同，但本發明不限於此。在一些實施例中，寬度W118A、寬度W118B和寬度W118C可以沿著垂直方向VD改變。因此，散射結構118可能具有錐形側壁。
在圖2B中，感測結構110B類似於感測結構110A，包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。感測結構110A中
的外延層112、深溝渠隔離114、散射結構118的配置在感測結構110B中同樣適用。具體地，感測結構110B中的散射結構118包括第一圓環圖案118A和縱貫圖案118B以及118C，還包括周邊圖案118D。第一圓環圖案118A、縱貫圖案118B和118C、周邊圖案118D分別從受照表面TS向內延伸嵌入到外延層112中。周邊圖案118D中的每一個位於縱貫圖案118C之一的終端，即周邊圖案118D位於感測結構110B的角落處。周邊圖案118D俯視呈正方形，但本發明不限於此。在一些實施例中，周邊圖案118D的長度和寬度可以是10nm到5μm。
在圖2C中，感測結構110C類似於感測結構110B並且包括從受照表面TS向內延伸以嵌入到外延層112中的散射結構118。感測結構110B中的外延層112、深溝渠隔離114、散射結構118的配置在感測結構110C中同樣適用。具體地，感測結構110C中的散射結構118包括第一圓環圖案118A、縱貫圖案118B和118C和周邊圖案118D，還包括周邊圖案118E。周邊圖案118D設置在縱貫圖案118C的末端處，並且周邊圖案118E中的每一個位於縱貫圖案118B之一的末端處。也就是說，周邊圖案118D位於感測結構110C的角落，周邊圖案118E位於感測結構110C的邊緣。
在圖2D中，感測結構110D與感測結構110B相似，包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118，散射結構118從受照表面TS向內延伸以嵌入到外延層112中。感測結構110B中的外延層112、深溝渠隔離114、散射結構118的配置在感測結構110D中同樣適用。具體地，感測結構110D中的散射結構118包括第一圓環圖案118A、縱貫圖案118B和118C、周邊圖案118D，
還包括第二圓環圖案118F。第二圓環圖案118F與第一圓環圖案118A基本同心，第一圓環圖案118A的半徑與第二圓環圖案118F的半徑不同。縱貫圖案118B和118C都穿過第二圓環圖案118F。在一些實施例中，第二圓環圖案118F中的寬度W118F可以是10nm-5μm。在一些實施例中，第一圓環圖案118A中的寬度W118A可以與第二圓環圖案118F中的寬度W118F相同，但本發明不限於此。
在圖2E中，感測結構110E類似於感測結構110D並且包括從受照表面TS向內延伸以嵌入到外延層112中的散射結構118。感測結構110E中的散射結構118包括第一圓環圖案118A、第二圓環圖案118F、縱貫圖案118B和118C、周邊圖案118D，還包括周邊圖案118E。周邊圖案118D設置在縱貫圖案118C的末端處，周邊圖案118E設置在縱貫圖案118B的末端處。
在圖2F中，感測結構110F類似於感測結構110A到110E之一，包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。感測結構110F中的散射結構118包括第一圓環圖案118A，從受照表面TS向內延伸嵌入外延層112。感測結構110F中的散射結構118，即第一圓環圖案118A，是完全獨立的結構，與深溝渠隔離114有間隔。
在圖2G中，感測結構110G類似於感測結構110D和110E之一，包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。感測結構110G中的散射結構118包括第一圓環圖案118A和第二圓環圖案118F，從受照表面TS向內延伸嵌入外延層112。第一圓環圖案118A和第二圓環圖案118F是完全獨立的結構並且與深溝渠隔離
114有間隔。第一圓環圖案118A和第二圓環圖案118F以中心點CN為中心使得第一圓環圖案118A和第二圓環圖案118F的中心點CN相同，第一圓環圖案118A的半徑與第二圓環圖案118F的半徑不同。例如，第一圓環圖案118A的半徑小於第二圓環圖案118F的半徑。
在圖2H中，感測結構110H類似於感測結構110B至110E之一，包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。感測結構110H中的散射結構118包括周邊圖案118D，從受照表面TS向內延伸嵌入到外延層112中。周邊圖案118D與深溝渠隔離114相連，位於感測結構110H的角落處。
在圖2I中，感測結構110I類似於感測結構110C和110E之一，並且包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。感測結構110I中的散射結構118包括周邊圖案118D和周邊圖案118E，從受照表面TS向內延伸嵌入外延層112。周邊圖案118D與深溝渠隔離114相連，位於感測結構110H的角落處。周邊圖案118E與深溝渠隔離114相連，位於感測結構110I的邊緣。
在圖2J中，感測結構110J類似於感測結構110B至110E之一，包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。感測結構110J中的散射結構118包括第一圓環圖案118A和周邊圖案118D。第一圓環圖案118A和周邊圖案118D從受照表面TS向內延伸以嵌入到外延層112中。第一圓環圖案118A是完全獨立的結構，與深溝渠隔離114隔開。周邊圖案118D與深溝渠隔離114相連，位於感測結構110H的角落處。
在圖2K中，感測結構110K類似於感測結構110E和110E
之一，包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。感測結構110K中的散射結構118包括第一圓環圖案118A、第二圓環圖案118F、周邊圖案118D和周邊圖案118E，它們分別從受照表面TS向內延伸以嵌入到外延層112中。第一圓環圖案118A和第二圓環圖案118F是完全獨立的結構並且與深溝渠隔離114有間隔。第一圓環圖案118A和第二圓環圖案118F以中心點CN為中心，第一圓環圖案118A的半徑小於第二圓環圖案118F的半徑。周邊圖案118D和周邊圖案118E與深溝渠隔離114相連。周邊圖案118D位於感測結構110K的角落，周邊圖案118E位於感測結構110K的邊緣。
在一些實施例中，圖2A至2K中任一個所示的散射結構118的材料可以包括氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氧化鉿(HfO2)、氮氧化矽(SiOxNy)、氧化鉭(Ta2O5)、鈦氧化物(TiO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鑭(La2O3)、氧化鐠(Pr2O3)、氧化鈰(CeO2)、氧化釹(Nd2O3)、氧化鉕(Pm2O3)、氧化釤(Sm2O3))、氧化銪(Eu2O3)、氧化釓(Gd2O3)、氧化鋱(Tb2O3)、氧化鏑(Dy2O3)、氧化鈥(Ho2O3)、氧化鉺(Er2O3)、氧化銩(Tm2O3)、氧化鐿(Yb2O3)、氧化鎦(Lu2O3)、氧化釔(Y2O3)等。在一些實施例中，深溝渠隔離114的材料可以與散射結構118的材料相同或不同。在一些實施例中，深溝渠隔離114和散射結構118可以在相同的製造步驟下製造。在一些實施例中，深溝渠隔離114和散射結構118可以在不同的製造步驟下製造。
感測結構110A到110K中的每一個散射結構118由與外延層112不同的材料製成。照射在散射結構118和外延層112介
面的光發生折射和/或散射，使在散射結構118和外延層112介面發生折射和/或散射的光在外延層112中的傳播時間更長，有助於提高量子效率。感測結構110A至110E中的散射結構118具有不同的圖案，散射結構118中的每一個所佔據的面積可以不大於各別感測結構110A至110K的總面積的80%，但本公開不限於此。
圖3示意性地示出了根據本公開的一些實施例的截切的感測結構。在圖3中，顯示了感測結構110L的一部分，而感測結構110L的一些部件出於說明目的而省略了。感測結構110L包括外延層112、深溝渠隔離114和散射結構118。具體地，圖3中所示的散射結構118僅包括一個圓環圖案118G，用於描述目的，圖3用於描述圖2A至2G、2J和2K中描繪的第一圓環圖案118A或第二圓環圖案118F的橫截面結構的示例性實施方式。然而，圖2A至圖2K中描繪的其他圖案例如縱貫圖案118B和118C、周邊圖案118D和118E等的截面結構可以以類似的方式實現。
如圖3所示，圓環圖案118G具有錐形側壁，例如垂直方向VD中的內側壁WI和外側壁WO。內側壁WI和外側壁WO各形成漏斗狀。具體而言，垂直方向VD中內側壁WI的半徑RDI向感測結構110L的受照表面TS逐漸增大，垂直方向VD中外側壁WO的半徑RDO也向感測結構110L的受照表面TS逐漸增大。另外，從外側壁WO到深溝渠隔離114的距離DS在垂直方向VD上向受照表面TS逐漸縮小。在一些替代實施例中，半徑RDI和半徑RDO在垂直方向VD中可以相同，使得圓環圖案118G具有垂直側壁。在一些進一步的替代實施例中，半徑RDI和半徑RDO之一或兩者可以在垂直方向VD中朝著受照表面TS逐漸減小。散射結
構118的深度D118可以是10nm-10μm，深溝渠隔離114的深度D114可以是10nm-10μm。在一些實施例中，深溝渠隔離114的深度D114不小於散射結構118的深度D118。
根據上述實施例，散射結構118包括複雜的圖案並且嵌入在外延層112中。外延層112的材料為矽等半導體材料，散射結構118的材料為上述實施例中的氧化物等絕緣材料。可見光或近紅外光等光在散射結構118和外延層112之間的介面處發生散射，從而延長在外延層112中傳播的光的傳播路徑(光路長度)，以提高外延層112的量子效率。因此，複雜的散射結構118有助於提高光感測器PSA和PSB的靈敏度(在圖1A和1B中表示)。例如，根據模擬實驗，將具有僅包括縱貫圖案118B的散射結構的對比感測結構與具有複雜圖案的散射結構118的感測結構110E(第一圓環圖案118A、第二圓環圖案118F、縱貫圖案118B和118C、周邊圖案118D和周邊圖案118E)進行比較。感測結構110E在650nm波長處的量子效率比對比感測結構高17%。
圖4-圖6示意性地示出了根據一些實施例的製造BSI光感測器的幾個步驟。在圖4中，提供了諸如晶片基板的基板150並且將外延層112沉積在基板150上。外延層112通過分子束外延(MBE，Molecular Beam Epitaxy)、固相外延(SPE，Solid Phase Epitaxy)、液相外延(LPE，Liquid Phase Epitaxy)、氣相外延(VPE，Vapor Phase Epitaxy)、化學氣相沉積(CVD，Chemical Vapor Deposition)等沉積在基板150上。外延層112被認為是光吸收層，對光敏感。外延層112的材料包括矽、其他半導體材料或其他吸光材料。此外，可以摻雜大部分外延層112以用作外延p-Si層。
例如，在將外延層112的材料沉積在基板150上的過程中，引入諸如硼氣的摻雜氣體以形成外延層112。在一些實施例中，外延層112的主體的摻雜範圍可以是1e11至1e20。
接下來，在外延層112上形成硬質遮罩152。通過使用化學氣相沉積(CVD)、濺射等在外延層112上沉積諸如SiO2、SiC、SiOCH、Si3N4、TiN、TaN等的罩幕材料並使用罩幕153對罩幕材料進行圖案化來形成硬質遮罩152。罩幕153可以是光刻膠、Si3N4等，可以通過旋塗的方式沉積，並通過光刻工藝圖案化以呈現所需的形狀。硬質遮罩152暴露了外延層112的一部分並覆蓋了外延層112的一部分。硬質遮罩152的厚度可以是1nm到1μm，罩幕153的厚度可以是1nm到1μm。
在形成硬質遮罩152之後進行離子注入以在外延層112中形成第一摻雜區PD。具體地，離子注入包括將第一型摻雜劑注入外延層112以形成第一摻雜層PD1，然後將第二型摻雜劑注入外延層112以在第一摻雜層PD1之上形成第二摻雜層PD2。第一摻雜層PD1的摻雜劑類型和第二摻雜層PD2的摻雜劑類型不同。在一些實施例中，第一摻雜層PD1的摻雜劑包括P、As等並且第二摻雜層PD2的摻雜劑包括B等，使得第一摻雜層PD1形成n阱並且第二摻雜層PD2在n阱的頂部形成P+層。
在一些實施例中，第一摻雜層PD1(n阱)的摻雜範圍可以是1e11到1e20，並且第二摻雜層PD2的摻雜範圍可以是1e11到1e20。第一型摻雜劑(形成第一摻雜層PD1)的摻雜深度D1為10nm-10μm，第二型摻雜劑(形成第二摻雜層PD2)的摻雜深度D2為1nm-5μm。在一些實施例中，第一型摻雜劑和第二型摻雜劑的
離子注入可以通過使用1016-1019ion/cm2的劑量來執行。
硬質遮罩152和罩幕153在形成第一摻雜區PD後通過濕法蝕刻或類似工藝去除，在外延層112上形成另一個硬質遮罩154和對應的罩幕155。在罩幕去除步驟中使用的蝕刻劑包括緩衝氧化物蝕刻(BOE，Buffered Oxide Etch)、甲酸、草酸等。可以使用與形成硬質遮罩152和罩幕153的方法類似的方法來形成硬質遮罩154和罩幕155。硬質遮罩154覆蓋了第一摻雜區PD並暴露了與第一摻雜區PD橫向隔開的另一個區域。對上面帶有硬質遮罩154的外延層112進行離子注入以形成第二摻雜區FD。第二摻雜區FD的摻雜劑類型可以與第一摻雜層PD1的摻雜劑類型相同。在一些實施例中，形成第二摻雜區FD的摻雜劑包括P、As等，形成第二摻雜區FD的摻雜深度D3為1nm-5μm。第二摻雜區FD的摻雜範圍可以是1e11至1e20。
在形成第二摻雜區FD之後，去除硬質遮罩154和罩幕155，並且形成層間介電層160和閘極結構116A並設置在外延層112上。層間介電層160是通過原子層沈積(ALD，Atomic Layer Deposition)、濺射、化學氣相沉積(CVD)等方法沉積在外延層112上的。層間介電層160是由SiO2、Si3N4等材料製成的。層間介電層160的厚度可以是1nm-10μm。層間介電層160被圖案化以具有用於形成閘極結構116A的通孔V1。
閘極結構116A包括閘極絕緣體162、閘極金屬164和閘極填充材料166。閘極絕緣體162、閘極金屬164和閘極填充材料166依次沉積在通孔V1中的外延層112上，並進行平面化例如化學機械研磨(CMP)工藝等以去除閘極絕緣體162、閘極金屬164和
閘極填充材料166的多餘材料，直到層間介電層160露出而得到嵌入層間介電層160的閘極結構116A。閘極絕緣體162、閘極金屬164和閘極填充材料166可以通過原子層沈積(ALD)、濺射、化學氣相沉積(CVD)等沉積在外延層112上。閘極絕緣體162的材料包括HfO2、ZrO2、Al2O3、SiO2等。閘極金屬164的材料包括TiN、Al等。閘極填充材料166的材料包括TiN、Al等。閘極絕緣體162的厚度可以是1nm-5μm，閘極填充材料166的厚度可以是0.1nm-5μm。
在形成嵌入在層間介電層160的通孔V1中的閘極結構116A之後，進一步對層間介電層160進行圖案化以形成另一個通孔V2以形成浮置擴散接點116B。浮置擴散接點116B延伸通過通孔V2到達第二摻雜區FD。可以通過原子層沈積(ALD)、濺射、化學氣相沉積(CVD)等在層間介電層160上沉積金屬材料來形成浮置擴散接點116B。另外，在沉積用於形成浮置擴散接點116B的金屬材料之後，執行平坦化工藝直到閘極結構116A和層間介電層160露出，得到嵌入在層間介電層160中的浮置擴散接點116B。浮置擴散接點116B的厚度可以是1nm-5μm。浮置擴散接點116B的材料包括TiN、Al、Cu、poly-Si(n)等。形成浮置擴散接點116B後，形成內連線結構130並設置在感測結構110上，特別是層間介電層160上。內連線結構130包括內連線佈線132和內連線介電質134。內連線介電質134將不同層的內連線佈線132分開，以建立所需的電傳輸路徑。
圖5A至圖5C示意性地示出了在執行圖4的步驟之後製造BSI光感測器的幾個步驟，其中圖5A示出了結構的俯視圖，圖
5B示出了圖5A中的結構沿線A-A'截取的截面圖，以及圖5C顯示了圖5A中的結構沿線B-B'截取的橫截面。如圖5A至圖5C所示，將圖4的製造結構轉移到另一個基板168並與基板150分離。如圖5B和圖5C所示，內連線結構130位於外延層112和基板168之間。在一些實施例中，可選地通過使用拋光工藝或研磨工藝將基板168上的外延層112減薄以具有期望的厚度和平坦的表面。另外，如圖5A和圖5C所示，在外延層112上形成罩幕158。
如圖5A所示，罩幕158設置於外延層112上以露出外延層112的一部分且覆蓋外延層112的另一部分。罩幕158的圖案是根據需要的散射結構確定的(例如圖2A到2K中描述的散射結構118)。在圖2A中，作為示例，罩幕158的圖案可以用於形成圖2A中的散射結構118。具體來說，罩幕158定義了第一圓環狹槽158A、縱貫圖案狹槽158B和158C。縱貫圖案狹槽158B和158C中的每一個在橫穿第一圓環狹槽158A的延伸方向上延伸，並且縱貫圖案狹槽158B和158C的延伸方向在作為第一圓環狹槽158A的中心的中心點處相交。
如圖5B和圖5C所示。通過反應離子蝕刻等對其上具有罩幕158的外延層112蝕刻，從而將外延層112圖案化以形成周邊溝槽172和被周邊溝槽172包圍的內溝槽174。用於蝕刻外延層112的蝕刻劑可以包括緩衝氧化物蝕刻(BOE)、甲酸、草酸等。周邊溝槽172形成為具有框架結構，並且內溝槽174形成對應於第一圓環狹槽158A和縱貫圖案狹槽158B以及158C。周邊溝槽172中的深度是10nm-10μm。在一些實施例中，周邊溝槽172的深度可能達到或可能不達到第一摻雜區PD的水平。內溝槽174中的深
度是10nm-10μm。在一些實施例中，周邊溝槽172的深度不小於內溝槽174的深度。在一些實施例中，周邊溝槽172的深度不同於內溝槽174。現在，如圖5C所示，外延層112被圖案化以包括從受照表面TS向內延伸到預定深度的周邊溝槽172，而不穿過外延層112的整個厚度。
圖6A至圖6C示意性地示出了在執行圖5的步驟之後製造BSI光感測器的幾個步驟，其中圖6A示出了結構的俯視圖，圖6B示出了沿線A-A'截取的圖6A中的結構的截面圖，以及圖6C顯示了圖6A中的結構沿線B-B'截取的橫截面。在圖5A到5C的步驟之後執行圖6A到6C的步驟。如圖6B和6C所示，去除圖5A和圖5C中的罩幕158以露出外延層112，並在外延層112上沉積介電材料176以完全填充周邊溝槽172和內溝槽174。介電材料176通過原子層沈積(ALD)、濺射、化學氣相沉積(CVD)等方式沉積。另外，進行平坦化工藝以去除介電材料176的多餘材料，直到外延層112露出，得到圖6A所示的俯視圖。
如圖6A至6C所示，填充周邊溝槽172的介電材料形成深溝渠隔離114，填充內溝槽174的介電材料形成散射結構118。散射結構118包括第一圓環圖案118A、縱貫圖案118B和118C，可參考圖2A的描述。第一圓環圖案118A是基於圖5A的罩幕158中的第一圓環狹槽158A的圖案定義的，縱貫圖案118B和118C是基於圖5A的罩幕158中的縱貫圖案狹槽158B和158C的圖案定義的。現在，感測結構110完成了。
圖7A和圖7B示意性地示出了根據本公開的一些實施例的BSI光感測器。圖7A和圖7B中的光感測器PS1是通過在分別
如圖6B和6C所示的結構上進一步形成微透鏡120和光學層140來製造的。具體地，圖7A的結構是從對應於圖6A的線A-A'的圖6B的結構獲得的，而圖7B的結構是從對應於圖6A的線B-B'的圖6C的結構獲得的。
參考圖7A和圖7B，光學層140形成在外延層112和散射結構118上。光學層140可以包括抗反射結構142和彩色濾光片144。抗反射結構142可以是可選的SiO2/TiO2疊層。彩色濾光片144可以是可選的SiO2/TiO2疊層。在一些實施例中，光感測器PS1是圖1A的光感測器陣列100A中的光感測器PSA的實施示例之一。具體而言，一個光感測器PS1中的抗反射結構142與相鄰光感測器中的抗反射結構142(未示出)相同，而一個光感測器PS1中的彩色濾光片144與相鄰光感測器中的彩色濾光片144不同(未示出)。不同的彩色濾光片144提供不同的過濾效果，例如過濾不同顏色的光。因此，相鄰的光感測器PS1能夠感應到不同顏色的光。
微透鏡120使用諸如玻璃、PMMA、AZP等材料形成在光學層140上。微透鏡120的材料被模製或圖案化以具有曲面。微透鏡120的中心比周邊部分厚，微透鏡120的曲面有助於將外部光線集中向外延層112照射，從而提高光感測器PS1的受光量。
在圖7A和圖7B中，光感測器PS1包括感測結構110、微透鏡120、內連線結構130和基板168。感測結構110包括外延層112、深溝渠隔離114、層間介電層160、閘極結構116A、浮置擴散接點116B、散射結構118。深溝渠隔離114圍繞著外延層112的邊緣。散射結構118嵌入外延層112並從受照表面TS向內延
伸。外延層112包括形成在非受照表面BS附近並介於散射結構118和基板168之間的第一摻雜區PD和第二摻雜區FD。第一摻雜區PD和第二摻雜區FD在橫向上彼此隔開間隙G。層間介電層160設置在散射結構118對面的外延層112上。浮置擴散接點116B和閘極結構116A嵌入在層間介電層160中。閘極結構116A的位置對應於第一摻雜區PD和第二摻雜區FD之間的間隙G。浮置擴散接點116B延伸通過層間介電層160而到達並接觸第二摻雜區FD。在一些實施例中，第一摻雜區PD包括具有第一型摻雜劑的第一摻雜層PD1和具有第二型摻雜劑的第二摻雜層PD2以用作光電二極管，並且第二摻雜區FD可以摻雜有與第一摻雜層PD1相同類型的摻雜劑以用作浮動擴散。
在光感測器PS1中，散射結構118具有複雜的圖案，例如圖2A至2K中任一個所示的散射結構118或類似圖案。散射結構118和外延層112由不同的材料製成，入射光會在散射結構118和外延層112之間的介面處發生折射，這有助於增加光在外延層112中的傳播長度。因此，至少通過散射結構118的複雜圖案來提高感測結構110的量子效率。
圖8-圖13示意性地示出了根據本公開的一些實施例的製造FSI光感測器的步驟。圖8A顯示了結構的俯視圖，圖8B顯示了沿線C-C'截取的圖8A的結構的橫截面。如圖8A和圖8B所示，外延層112沉積在基板150上，深溝渠隔離114形成在外延層112中。外延層112的沉積可參考圖4的描述，在此不再贅述。在本實施例中，通過蝕刻工藝將外延層112圖案化為具有周邊溝槽172，並在外延層112上沉積介電材料以填充周邊溝槽172。此外，通過
CMP工藝等去除介電材料的多餘材料以暴露外延層112並形成深溝渠隔離114。深溝渠隔離114的尺寸和結構可以參考前面的實施例。在圖8A中，深溝渠隔離114形成圍繞外延層112的矩形環。如上所述，深溝渠隔離114可以定義光感測器的像素。
圖9A和9B示意性地示出了在執行圖8的步驟之後製造FSI光感測器的步驟。圖9A顯示了結構的俯視圖，圖9B顯示了沿線C-C'截取的圖9A的結構的橫截面。圖9A和9B的結構是通過在圖8A和圖8B的結構上形成硬質遮罩178而獲得的。硬質遮罩178可能具有特定的圖案以暴露外延層112的一部分並覆蓋外延層112的其他部分。在一些實施例中，通過蝕刻被諸如光刻膠圖案的罩幕179覆蓋的硬質遮罩材料層來圖案化成硬質遮罩178。在將硬質遮罩材料層圖案化以形成硬質遮罩178之後，通過例如剝離工藝等去除罩幕179。
此外，在其上具有硬質遮罩178的外延層112上進行離子注入，以在外延層112的暴露部分形成第一摻雜區PD。具體地，離子注入包括向外延層112注入第一型摻雜劑以形成第一摻雜層PD1，然後向外延層112注入第二型摻雜劑以形成堆疊在第一摻雜層PD1上的第二摻雜層PD2。在一些實施例中，第一型摻雜劑包括P、As等，第二型摻雜劑包括B等，使得第一摻雜層PD1形成N阱並且第二摻雜層PD2在N阱頂部形成P+層。
在形成第一摻雜區PD之後，去除硬質遮罩178以及罩幕179，並在外延層112上形成被罩幕181覆蓋的硬質遮罩180，如圖10A和圖10B所示。圖10A和10B示意性地示出了在執行圖9的步驟之後製造FSI光感測器的步驟。圖10A顯示了結構的俯視
圖，圖10B顯示了沿線C-C'截取的圖10A的結構的橫截面。罩幕181的圖案與罩幕179的圖案不同，硬質遮罩180將外延層112在摻雜區PD之外的另一部分暴露出來。此外，對其上有硬質遮罩180的外延層112進行離子注入，以形成第二摻雜區FD。第一摻雜區PD和第二摻雜區FD彼此橫向隔開一間隙G。
在形成第二摻雜區FD之後，去除硬質遮罩180和罩幕181，並在外延層112上形成另外的罩幕182以圖案化外延層112，如圖11A和圖11B所示。圖11A顯示了結構的俯視圖，圖11B顯示了沿線C-C'截取的圖11A的結構的橫截面。在圖11A和圖11B中，被罩幕182覆蓋的外延層112通過諸如反應離子蝕刻(RIE)等的蝕刻工藝被圖案化以形成內溝槽174。內溝槽174位於第一摻雜區PD處，而延伸到不貫穿第一摻雜區PD的深度，但本發明不限於此。在圖11A中，第一摻雜區PD暴露在內溝槽174處。內溝槽174的圖案被簡化為呈現一個圓環圖案以用於說明目的。在一些實施例中，內溝槽174的圖案可以與圖2A至圖2K中任一個所示的散射結構118的圖案對應或相同。
形成內溝槽174後，去除罩幕182，在外延層112上沉積介電材料並進行平坦化工藝，以形成填充外延層112的內溝槽174的散射結構118，同時形成覆蓋外延層112的層間介電層160，如圖12A和圖12B所示。圖12A和圖12B中的散射結構118可以是圖2A至圖2B所示的第一圓環圖案118A或圖2D和圖2E所示的第二圓環圖案118F的實施例。在本實施例中，層間介電層160與散射結構118是通過相同的沉積工藝形成，但本發明不以此為限。在一些實施例中，可以在形成散射結構118之後通過進一步的沉
積工藝形成層間介電層160。
圖13A和13B示意性地示出了在執行圖12的步驟之後製造FSI光感測器的步驟。圖13A示出了結構的俯視圖，圖13B示出了沿線C-C'截取的圖13A的結構的橫截面。如圖13A和圖13B所示，在圖12A和圖12B的結構上形成閘極結構116A和浮置擴散接點116B，閘極結構116A和浮置擴散接點116B嵌入到層間介電層160中。與圖4所示的實施例類似，閘極結構116A包括閘極絕緣體162、閘極金屬164和閘極填充材料166，其位置對應於第一摻雜區PD和第二摻雜區FD之間的間隙G。浮置擴散接點116B延伸通過層間介電層160到達第二摻雜區FD。此外，執行平坦化工藝以使層間介電層160、閘極結構116A和浮置擴散接點116B的頂部共面。
圖14示意性地示出了根據本公開的一些實施例的FSI光感測器的橫截面。在圖14中，通過在圖13A和圖13B的結構上進一步形成內連線結構130、光學層140和微透鏡120來製造光感測器PS2。因此，圖14以及圖13A和13B中相同的附圖標記指代相同的部件。具體地，光感測器PS2可以包括基板150、感測結構110、微透鏡120、內連線結構130和光學層140。感測結構110設置在基板150上。內連線結構130設置在感測結構110上，感測結構110在內連線結構130和基板150之間。光學層140設置在內連線結構130上，微透鏡120設置在光學層140上。因此，光學層140位於微透鏡120和感測結構110之間。
感測結構110可以包括外延層112、深溝渠隔離114、散射結構118、閘極結構116A、浮置擴散接點116B和層間介電層
160。外延層112有第一摻雜區PD和第二摻雜區FD，第一摻雜區PD包括形成第一摻雜層PD1和在第一摻雜層PD1頂部的第二摻雜層PD2，第二摻雜區FD與第一摻雜區PD橫向隔開，使得感測結構110起到光電二極管的作用，能夠吸收光子產生電流。
深溝渠隔離114有像牆一樣的結構圍繞著光感測器PS2來定義光感測器PS2的像素。深溝渠隔離114的深度小於外延層112的厚度，深溝渠隔離114可以從外延層112的受照表面TS向內延伸而不貫穿外延層112的厚度。第一摻雜區PD和第二摻雜區FD靠近受照表面TS佈置。另外，散射結構118嵌入在外延層112中，散射結構118的頂部與外延層112的頂部(即受照表面TS)共面。具體來說，散射結構118可以嵌入到第一摻雜區PD中，如圖14所示。
層間介電層160是形成在外延層112上的，覆蓋了深溝渠隔離114、第一摻雜區PD、第二摻雜區FD和散射結構118。閘極結構116A和浮置擴散接點116B被設置並嵌入在層間介電層160中。層間介電層160、閘極結構116A、浮置擴散接點116B的製作及材質可參照圖4的說明。閘極結構116A包括閘極絕緣體162、閘極金屬164和閘極填充材料166。閘極結構116A的位置對應於第一摻雜區PD和第二摻雜區FD之間的間隙。閘極絕緣體162是與外延層112接觸的介電層，因此閘極金屬164和閘極填充材料166等導電材料不會接觸外延層112。浮置擴散接點116B則與第二摻雜區FD接觸。
內連線結構130設置在感測結構110上並且位在光學層140和感測結構110之間。內連線結構130包括內連線佈線132和
內連線介電質134。內連線介電質134將不同層的內連線佈線132分開，以建立所需的電傳輸路徑。在一些實施例中，內連線佈線132的材料可以包括Al、Cu等。內連線結構130的製作和材料可以參考圖4的描述。
光學層140位於微透鏡120和感測結構110之間。光學層140可以包括由SiO2/TiO2的堆疊形成的抗反射結構142。光學層140還可以包括彩色濾光片144。在一些實施例中，彩色濾光片144可以是SiO2/TiO2的交替堆疊，並且一個光感測器PSA中的SiO2/TiO2堆疊不同於相鄰光感測器PSA中的SiO2/TiO2堆疊以過濾不同波長的光，從而不同的光感測器PSA對不同波長的光。
微透鏡120設置在感測結構110上方，並具有曲面，用於折射進來的外部光線行進到感測結構110，使得微透鏡120有助於提高感測結構110的受光量。在一些實施例中，微透鏡120的材料可以包括但不限於玻璃、PMMA、AZP等。
光感測器PS2的散射結構118除了圓環圖案之外還包括圖2A到2K中描繪的縱貫圖案和周邊圖案，儘管為了說明的目的圖8A到14沒有示出散射結構118的其他圖案。因此，光感測器PS2中的散射結構118具有複雜的圖案，可能適用於實現圖1B中的光感測器PSB。在本實施例中，內連線結構130比感測結構110更靠近微透鏡120。部分入射光可能會被內連線結構130的內連線佈線132反射，因為內連線佈線132是由金屬材料形成的，這可能會限制進入感測結構110的光量。然而，感測結構110中的散射結構118具有能夠提高光感測器PS2中感測結構110的量子效率的複雜圖案，因此光感測器PS2的靈敏度是合乎需要的。
綜上所述，本發明實施例中的光感測器具有形成於外延層中的散射結構。散射結構包括至少一個圓環圖案和穿過圓環圖案的縱貫圖案。具有複雜圖案的散射結構有助於散射入射光，從而延長在外延層中傳播的光的傳播路徑(光路長度)，從而提高量子效率並提高光感測器的靈敏度。
對於本領域的技術人員來說顯而易見的是，在不脫離本公開的範圍或精神的情況下，可以對所公開的實施例進行各種修改和變化。鑑於前述內容，本公開旨在涵蓋修改和變化，只要它們落入所附請求項及其等價物的範圍內。
110A:感測結構
112:外延層
114:深溝渠隔離
118:散射結構
118A:第一圓環圖案
118B、118C:縱貫圖案
BS:非受照表面
CN:中心點
TS:受照表面
VD:垂直方向
W114、W118A、W118B、W118C:寬度
Claims (19)
- 一種光感測器，包括：感測結構，包括：外延層，有受照表面和非受照表面，所述外延層包括第一摻雜區以及與所述第一摻雜區橫向隔開一間隙的第二摻雜區；深溝渠隔離，位於所述外延層的邊緣；散射結構，嵌入所述外延層中並從所述受照表面向內延伸，其中所述散射結構包括第一圓環圖案和周邊圖案，其中所述深溝渠隔離圍繞所述散射結構，所述周邊圖案與所述深溝渠隔離相連，所述第一圓環圖案與所述周邊圖案以及所述深溝渠隔離分開；和微透鏡，設置在所述感測結構上，其中所述外延層的所述受照表面比所述非受照表面更接近所述微透鏡。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述散射結構的材料不同於所述外延層。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述散射結構具有錐形側壁。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述深溝渠隔離的深度不小於所述散射結構的深度。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述散射結構還包括第二圓環圖案，其中所述第一圓環圖案和所述第二圓環圖案的中心點相同，並且所述第一圓環圖案的半徑不同於所述第二圓環圖案的半徑。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述散射結構還包括沿橫穿所述第一圓環圖案方向延伸的縱貫圖案，並且所述縱貫圖案延伸穿過所述第一圓環圖案的中心點。
- 根據請求項6所述的光感測器，其中所述周邊圖案位於所述縱貫圖案的末端處。
- 根據請求項6所述的光感測器，其中所述縱貫圖案沿與所述感測結構的側邊緣基本平行的方向延伸。
- 根據請求項6所述的光感測器，其中所述縱貫圖案沿著與所述感測結構的對角線基本平行的方向延伸。
- 根據請求項6所述的光感測器，其中所述縱貫圖案中的末端連接到所述深溝渠隔離。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述感測結構還包括閘極結構和浮置擴散接點，所述閘極結構設置在所述外延層上，對應所述第一摻雜區和所述第二摻雜區之間的所述間隙，所述浮置擴散接點設置在所述外延層上，與所述第二摻雜區接觸。
- 根據請求項11所述的光感測器，還包括內連線結構，其中所述內連線結構電連接到所述閘極結構和所述浮置擴散接點。
- 根據請求項11所述的光感測器，其中所述第一摻雜區和所述第二摻雜區被佈置在所述外延層的所述非受照表面附近。
- 根據請求項11所述的光感測器，其中所述第一摻雜區和所述第二摻雜區設置在所述外延層的所述受照表面附近。
- 根據請求項14所述的光感測器，其中所述散射結構嵌入在所述第一摻雜區中。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述第一摻雜區包括第一摻雜層和在所述第一摻雜層之上的第二摻雜層，並且所述第一摻雜層的摻雜劑類型和所述第二摻雜層的摻雜劑類型不同。
- 根據請求項16所述的光感測器，其中所述第二摻雜區的摻雜劑類型與所述第一摻雜層的摻雜劑類型相同。
- 根據請求項1所述的光感測器，還包括設置在所述微透鏡和所述感測結構之間的光學層。
- 根據請求項1所述的光感測器，其中所述散射結構的頂部與所述外延層的頂部共面。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US17/969,663 | 2022-10-19 | ||
| US17/969,663 US20240234465A9 (en) | 2022-10-19 | Photosensor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TWI822483B true TWI822483B (zh) | 2023-11-11 |
| TW202418564A TW202418564A (zh) | 2024-05-01 |
Family
ID=89722627
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW111144879A TWI822483B (zh) | 2022-10-19 | 2022-11-23 | 光感測器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117913107A (zh) |
| TW (1) | TWI822483B (zh) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201929209A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-07-16 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 互補式金屬氧化物半導體影像感測器及形成影像感測器的方法 |
| TWI685986B (zh) * | 2017-08-30 | 2020-02-21 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 影像感測器及其形成方法 |
| TW202209661A (zh) * | 2020-08-13 | 2022-03-01 | 美商豪威科技股份有限公司 | 用於cmos影像感測器之單元深溝槽隔離金字塔結構 |
| US20220149221A1 (en) * | 2019-03-11 | 2022-05-12 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Photodetector |
| US20220149098A1 (en) * | 2019-09-24 | 2022-05-12 | W&Wsens Devices, Inc. | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices |
-
2022
- 2022-11-23 TW TW111144879A patent/TWI822483B/zh active
- 2022-12-07 CN CN202211561915.0A patent/CN117913107A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI685986B (zh) * | 2017-08-30 | 2020-02-21 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 影像感測器及其形成方法 |
| TW201929209A (zh) * | 2017-09-29 | 2019-07-16 | 台灣積體電路製造股份有限公司 | 互補式金屬氧化物半導體影像感測器及形成影像感測器的方法 |
| US20220149221A1 (en) * | 2019-03-11 | 2022-05-12 | Sony Semiconductor Solutions Corporation | Photodetector |
| US20220149098A1 (en) * | 2019-09-24 | 2022-05-12 | W&Wsens Devices, Inc. | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices |
| TW202209661A (zh) * | 2020-08-13 | 2022-03-01 | 美商豪威科技股份有限公司 | 用於cmos影像感測器之單元深溝槽隔離金字塔結構 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20240136382A1 (en) | 2024-04-25 |
| CN117913107A (zh) | 2024-04-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11705470B2 (en) | Image sensor scheme for optical and electrical improvement | |
| US10943940B2 (en) | Image sensor comprising reflective guide layer and method of forming the same | |
| US11158664B2 (en) | Band-pass filter for stacked sensor | |
| KR102162408B1 (ko) | 양면 다중 흡수 구조물에 의한 qe 접근법 | |
| TWI608600B (zh) | 影像感測器及其製作方法 | |
| US8941204B2 (en) | Apparatus and method for reducing cross talk in image sensors | |
| KR20190037186A (ko) | 핀형 포토다이오드 이미지 센서에 대한 후방 측 깊은 트렌치 격리(bdti) 구조물 | |
| TWI517368B (zh) | 背側照射型互補式金氧半導體影像感測器的製造方法 | |
| TWI525804B (zh) | 影像感測器裝置及其製造方法 | |
| US9484376B2 (en) | Semiconductor isolation structure and manufacturing method thereof | |
| US11342373B2 (en) | Manufacturing method of image sensing device | |
| US11923386B2 (en) | Image sensor with improved near-infrared (NIR) radiation phase-detection autofocus (PDAF) performance | |
| JP2022169429A (ja) | イメージセンサ及びその形成方法 | |
| US20230361147A1 (en) | Band-pass filter for stacked sensor | |
| TW202135303A (zh) | 具有表面微柱體結構的固態影像感測器暨其製作方法 | |
| TWI822483B (zh) | 光感測器 | |
| KR102597959B1 (ko) | 이미지 센서를 포함하는 반도체 디바이스 및 그 형성 방법 | |
| US11923392B2 (en) | Enhanced design for image sensing technology | |
| TW202418564A (zh) | 光感測器 | |
| US20240234465A9 (en) | Photosensor | |
| US20240055462A1 (en) | Image sensor device and manufacturing method thereof | |
| TW202327062A (zh) | 半導體裝置 |