TWI839112B - 光學結構及其製造方法 - Google Patents

光學結構及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI839112B
TWI839112B TW112105273A TW112105273A TWI839112B TW I839112 B TWI839112 B TW I839112B TW 112105273 A TW112105273 A TW 112105273A TW 112105273 A TW112105273 A TW 112105273A TW I839112 B TWI839112 B TW I839112B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
grid structure
layer
image sensing
light
sensing elements
Prior art date
Application number
TW112105273A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202406123A (zh
Inventor
陳傑恩
林政賢
許慈軒
黃正宇
江偉傑
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW202406123A publication Critical patent/TW202406123A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI839112B publication Critical patent/TWI839112B/zh

Links

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
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14623—Optical shielding
    • 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
    • H01L27/14629—Reflectors
    • 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
    • H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
    • H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B3/00—Simple or compound lenses
    • G02B3/0006—Arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B5/00—Optical elements other than lenses
    • G02B5/20—Filters
    • 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
    • H01L27/1462—Coatings
    • H01L27/14621—Colour filter arrangements
    • 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
    • H01L27/1463—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
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/1464—Back illuminated 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
    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14645—Colour 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)

Abstract

提供一種光學結構及形成光學結構的方法。在一些實施例中，光學結構包括：基底，具有前側及與前側相對的後側；多個影像感測元件，佈置於基底內；以及深溝渠隔離（DTI）結構，設置於相鄰的影像感測元件之間。DTI結構自基底的後側在基底內延伸至第一深度且在側向上環繞所述多個影像感測元件。光學結構更包括形成於基底的後側之上的光透射層。所述光透射層包括第一側及與基底的後側相鄰的第二側。光學結構更包括位於光透射層中的隱埋柵格結構，所述隱埋柵格結構自光透射層的第一側在光透射層內延伸至第二深度。

Description

光學結構及其製造方法
本發明的實施例是有關於一種光學結構及其製造方法。
數位相機及其他光學成像裝置常常採用光學結構(例如半導體影像感測器)。光學結構可用於對輻射進行感測且將光學影像轉換成可被表示為數位影像的數位資料。舉例而言，在各種應用(例如數位相機、行動電話、偵測器或類似應用)中廣泛使用互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器(CMOS image sensor，CIS)及電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)感測器。光學結構利用光偵測區來感測光，其中光偵測區可包括畫素、照明影像感測器(例如後側照明影像感測器，其可被稱為後側照明式(backside illumination，BSI)影像感測器)或其他類型的影像感測器裝置。
本發明實施例提供一種光學結構。所述光學結構包括：基底，具有前側及與所述前側相對的後側；多個影像感測元件，佈置於所述基底內；以及深溝渠隔離(DTI)結構，設置於相鄰的影像感測元件之間。所述DTI結構自所述基底的所述後側在所述基底內延伸至第一深度且在側向上環繞所述多個影像感測元件。所述光學結構更包括形成於所述基底的所述後側之上的光透射層。所述光透射層包括第一側、與所述第一側相對的第二側，且所述第二側與所述基底的所述後側相鄰。所述光學結構更包括位於所述光透射層中的隱埋柵格結構，所述隱埋柵格結構自所述光透射層的所述第一側在所述光透射層內延伸至第二深度。
本發明實施例提供一種光學結構。所述光學結構包括：基底，具有前側及與所述前側相對的後側；多個影像感測元件，佈置於所述基底內；隔離結構，位於所述基底中，環繞所述影像感測元件；光透射層，與所述基底的所述後側相鄰地形成；以及隱埋柵格結構，形成於所述光透射層中。所述隱埋柵格結構包括分別環繞所述多個影像感測元件的外周邊的多個隱埋柵格結構區段，使得由所述隱埋柵格結構區段界定的多個間隙上覆於所述多個影像感測元件上。所述隱埋柵格結構包含金屬、金屬氮化物或其組合。所述光學結構更包括形成於所述光透射層之上的上部柵格結構。所述上部柵格結構包括分別環繞所述多個影像感測元件的所述外周邊的多個上部柵格結構區段，使得由所述上部柵格結構區段界定的多個開口上覆於所述多個影像感測元件上。
本發明實施例提供一種形成光學結構的方法。所述方法包括在基底中形成多個影像感測元件，所述基底具有前側及與所述前側相對的後側。所述方法更包括形成設置於相鄰的影像感測元件之間的深溝渠隔離(DTI)結構，其中所述DTI結構環繞所述多個影像感測元件。所述方法更包括在所述基底的所述後側上形成光透射層，所述光透射層包括第一側、與所述第一側相對的第二側，所述第二側與所述基底的所述後側相鄰。所述方法更包括在所述光透射層中形成隱埋柵格結構，所述隱埋柵格結構自所述光透射層的所述第一側在所述光透射層內延伸至第二深度。藉由以下方法形成所述隱埋柵格結構：在所述光透射層中形成溝渠；在所述溝渠中沈積金屬氮化物層；以及使用金屬材料對所述溝渠進行填充。
100A:光學結構
100B:影像感測器裝置
102a、102b、102c:光偵測區
110:裝置基底
110b、130b:後側
110f、130f:前側
112a、112a1、112a2、112b、112b1、112b2、112c、112c1、112c2:影像感測元件
114:入射光
120:隱埋柵格結構
121a、121b、1202a、1202b、2504a、2504b、2504c、2504d、2504e:隱埋柵格結構區段
122:金屬氮化物柵格區段
122’:金屬氮化物層
124:金屬柵格區段
124’:金屬層
130:光透射層
130r:凹陷表面
140:隔離結構
141a、141b、602a、602b、1904a、1904b、1904c、1904d、1904e:隔離結構區段
142:高k介電襯墊
144:隔離材料
150、1410、1510、2910:上部柵格結構
152:金屬氮化物柵格區段/柵格區段
152’:金屬氮化物層/毯覆層
154:金屬柵格區段/柵格區段
154’:金屬層/毯覆層
156:介電柵格區段/柵格區段
156’:介電層/毯覆層
158:開口
160a、160b、160c:微透鏡
164a、164b、164c:彩色濾光片
168、1404、1540:介電頂蓋層
170:畫素陣列區/區
171、173:虛線
172:黑位準校正(BLC)區/區
174:結合墊區/區
176:導電結合墊
178:緩衝層
179:層
180:第一內連線結構
182、192:導電線
184、194:通孔/接觸件
190:第二內連線結構
196:柱
200:方法
202、204、206、208、210、212、214:操作
300、400、500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2100、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、2900:剖視圖
311、810:初始厚度
316a、316b、1212、1616a、1616b、1616c、1616d、1616e:間隙
402a、402b、1702a、1702b、1702c、1702d、1702e:溝渠
402B、902B:底表面
402S、902S、1406S、1506S、1506S’、2606S、2910S:側壁
404、904、1308、1408、1508、1704、2204、2908:掩蔽層
406:第一深度
902a、902b、2202a、2202b、2202c、2202d、2202e:隱埋柵格(BG)溝渠
906:第二深度
1210:俯視圖
1406:低n柵格區段/低n材料柵格區段
1406’:低n材料層
1420、1430、2630:中心線
1506:氧化物柵格區段
1506’:氧化物材料層
1512、2612、2912:凹陷部分
1520、2620、2920:凹口
1530:凹陷厚度
2950:介電層
2960:厚度
D1、D2、D3、D4、D9、D10、D13、D14:量
D5、D7、D11:厚度/量
D6、D8、D12:寬度/量
Wa:寬度
x、z:方向
藉由結合附圖閱讀以下詳細說明，會最佳地理解本揭露的態樣。應注意，根據行業中的標準慣例，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示出根據一些實施例的包括隱埋柵格結構的光學結構的剖視圖。
圖1B示出根據一些實施例的包括圖1A所示光學結構的影像感測器裝置。
圖2示出根據一些實施例的用於製造光學結構的方法的流程圖。
圖3至圖11、圖12A至圖12B、圖13A至圖13E、圖14A至圖14C及圖15A至圖15D示出根據一些實施例的製造光學結構的各個階段的視圖。
圖16至圖28及圖29A至圖29D示出根據一些實施例的製造另一光學結構的各個階段的視圖。
以下揭露內容提供用於實施所提供標的物的不同特徵的諸多不同實施例或實例。以下闡述組件及佈置的具體實例以簡化本揭露。當然，該些僅為實例且不旨在進行限制。舉例而言，以下說明中將第一特徵形成於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被形成為直接接觸的實施例，且亦可包括其中第一特徵與第二特徵之間可形成有附加特徵進而使得第一特徵與第二特徵可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。此種重複使用是出於簡潔及清晰的目的，而不是自身表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，本文中可能使用例如「位於...之下(beneath)」、「位於...下方(below)」、「下部的(lower)」、「位於...上方(above)」、「位於...之上(over)」、「位於...上(on)」、「頂部 的(top)」、「上部的(upper)」及類似用語等空間相對性用語來闡述圖中所示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亦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對應地進行解釋。
闡述了實例性方法及結構的一些變型。此項技術中具有通常知識者將易於理解其他實施例的範圍內預期存在的可進行的其他潤飾。儘管方法實施例可以特定的次序進行闡述，然而各種其他方法實施例可以任何邏輯次序執行且可包括較本文中所闡述的步驟少或多的步驟。在一些圖中，可省略其中所示組件或特徵的一些參考編號以避免使其他組件或特徵混淆；此是為了易於繪示所述圖起見。
光偵測裝置包括前側照明式(frontside illumination，FSI)影像感測器、BSI影像感測器，所述FSI影像感測器及所述BSI影像感測器二者皆具有畫素感測器陣列或者其他合適的影像感測器設計。影像感測器的一個挑戰是相鄰的光偵測區或相鄰的畫素區之間的串擾(crosstalk)。當擬定由一個光偵測區接收的光子最終被鄰近的光偵測區錯誤地接收時，可能會發生光學串擾。光學串擾可能會使影像感測器的效能(例如，解析度)劣化。隨著影像感測器藉由發展而變得越來越小，串擾的風險顯著增加。
隨著影像感測器的發展，量子效率(quantum efficiency，QE)的改善亦是受歡迎的特性。QE是對畫素區內的影像感測元件所產生的電性訊號有貢獻的光子數目對入射於畫素區上的光子數目的比率。入射光可能無法穿透過金屬材料，或者金屬材料對光子不透明。當影像感測器中存在金屬結構時，入射於金屬結構上的光子可能不會對所產生的電子有所貢獻，且因此影像感測器的QE可能會降低。
各種實施例提供一種光學結構，所述光學結構包括隱埋柵格結構以改善相鄰的光偵測區之間的光學隔離，進而在不顯著犧牲QE的情況下減少串擾。各種實施例提供具有隱埋柵格結構的光學結構以及形成隱埋柵格結構的方法。隱埋柵格結構會減少串擾並改善所得影像感測裝置的QE。可基於使用者的光學需求而輕易地將隱埋柵格結構嵌入及/或定位於不同的影像感測裝置內。另外，隱埋柵格結構可與當前可用的柵格結構結合使用，以在不犧牲QE的情況下進一步減少串擾。
圖1A示出根據一些實施例的包括隱埋柵格結構120的光學結構100A的剖視圖。光學結構100A至少包括裝置基底110、形成於裝置基底110中的畫素區或光偵測區102a、102b、102c(統稱為102)、以及其中形成有隱埋柵格結構120的光透射層130。光學結構100A可更包括形成於裝置基底110中的隔離結構140、上部柵格結構150、微透鏡160a至160c(統稱為160)及彩色濾光片164a至164c(統稱為164)。
光學結構100A包括裝置基底110。在一些實施例中， 裝置基底110是包含矽的p型半導體基底(P基底)或n型半導體基底(N基底)。在一些其他替代實施例中，裝置基底110包含其他元素半導體材料，例如：鍺；化合物半導體，包括碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦；合金半導體，包括矽鍺(SiGe)、砷磷化鎵(GaAsP)、砷化鋁銦(AlInAs)、砷化鋁鎵(AlGaAs)、砷化銦鎵(InGaAs)、磷化銦鎵(InGaP)、砷磷化銦鎵(InGaAsP)、其組合或類似材料。在一些其他實施例中，裝置基底110是絕緣體上半導體(semiconductor on insulator，SOI)。在一些其他實施例中，裝置基底110可包括磊晶層、梯度半導體層及/或上覆於另一不同類型的半導體層上的半導體層，例如位於矽鍺層上的矽層。裝置基底110可包括或可不包括經摻雜區，例如p阱、n阱或其組合。
裝置基底110具有前側110f(亦被稱為前表面)及與前側110f相對的後側110b(亦被稱為後表面)。裝置基底110包括例如影像感測元件112a、112b及112c(統稱為112)，所述影像感測元件112a、112b及112c被佈置成與每一光偵測區102對應。影像感測元件112a至112c被配置成對自後側110b朝向裝置基底110投射的輻射(或輻射波)(例如入射光114)進行感測。入射光114將經由後側110b(或後表面)進入裝置基底110並被影像感測元件112a至112c中的一或多者偵測到。影像感測元件112a至112c可在裝置基底110內佈置成列及/或行。在一些實施例中，每一光偵測區102包括佈置成包括一或多列及一或多行的陣列的影像感 測元件。舉例而言，光偵測區102可包括兩行及兩列(例如，2×2結構)。應理解，光偵測區102可包括列與行的其他組合，例如一列及兩行(例如，2×1結構)或者一列及一行(例如，1×1結構)。在一些實施例中，影像感測元件112a至112c各自包括光二極體。在其他實施例中，影像感測元件112a至112c可包括釘紮層光二極體(pinned layer photodiode)、光閘(photogate)、重設電晶體、源極隨耦器電晶體及轉移電晶體。影像感測元件112a至112c亦可被稱為輻射偵測裝置或畫素感測器。
光學結構100A更包括光透射層130。光透射層130可形成於裝置基底110的後側110b之上或與裝置基底110的後側110b接觸。光透射層130具有與裝置基底110相對的後側130b及面對裝置基底110的後側110b的前側130f。光透射層130可包括氧化物介電質(例如氧化矽、氧化鉿、旋塗玻璃、經氟化物摻雜的矽酸鹽玻璃、未經摻雜的石英玻璃或類似材料)、抗反射塗層(antireflective coating，ARC)、氧化物介電質及/或ARC形成的多層式結構或類似材料。在ARC及氧化物介電質二者皆存在的一些實施例中，氧化物介電質通常佈置於ARC之上。光透射層130將裝置基底110與上覆於裝置基底110上的上部柵格結構150間隔開。
光學結構100A更包括隱埋柵格結構120。隱埋柵格結構120形成於光透射層130中。隱埋柵格結構120對由各別的矩形、正方形或彼此鄰接的其他形狀構成的隔離柵格進行界定。此 外，隱埋柵格結構120自大約與光透射層130的後側130b齊平的位置朝向光透射層130的前側130f延伸至光透射層130中。隱埋柵格結構120包括隱埋柵格結構區段121a及隱埋柵格結構區段121b。隱埋柵格結構120在側向上佈置於影像感測元件112周圍及影像感測元件112之間，以有利地在鄰近的影像感測元件112之間提供光學隔離。隱埋柵格結構120有助於阻擋光在鄰近的影像感測元件112之間通過，進而有助於減少串擾。在一些實施例中，隱埋柵格結構120可包括金屬區段、金屬氮化物區段、介電區段、低折射率(「低n」)區段及/或有機區段。低n材料具有較上覆於對應的影像感測元件112上的彩色濾光片164a至164c小的折射率。在一些實施例中，如圖1A中所示，隱埋柵格結構120包括金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124。
在一些實施例中，光學結構100A可更包括形成於裝置基底110中的隔離結構140。隔離結構140包括隔離結構區段141a及141b。在一些實施例中，隔離結構140可為深溝渠隔離(deep trench isolation，DTI)結構，例如後側深溝渠隔離(backside deep trench isolation，BDTI)結構。隔離結構140對由柵格區段(例如各別的矩形、正方形或彼此鄰接的其他形狀)構成的基底隔離柵格進行界定。此外，在一些實施例中，隔離結構140自大約與裝置基底110的後側110b齊平的位置延伸至裝置基底110中。隔離結構140在側向上佈置於影像感測元件112周圍及影像感測元件112之間，以有利地在鄰近的影像感測元件112之間提供光學隔 離。隔離結構140可包含選自高介電常數(high-k)介電材料、介電材料、低n材料、金屬材料或其多層式組合的隔離材料。在一些實施例中，隔離結構140包括高k介電襯墊142及隔離材料144。隔離材料144可包含例如金屬，例如鎢、銅、鋁或鋁銅。作為另外一種選擇，隔離材料144可為例如低n材料。在一些實施例中，隔離材料144具有小於約1.6的折射率。此外，在一些實施例中，隔離材料144是介電質(例如氧化物(例如，SiO2)或氧化鉿(例如，HfO2))或者是折射率小於矽的材料。
在一些實施例中，光學結構100A可更包括上部柵格結構150。上部柵格結構150可形成於裝置基底110的後側110b及含有隱埋柵格結構120的光透射層130的後側130b之上。在一些實施例中，上部柵格結構150接觸隱埋柵格結構120。上部柵格結構150可在側向上佈置於影像感測元件112a至112c周圍及影像感測元件112a至112c之間以對開口158進行界定，彩色濾光片164a至164c佈置於開口158內。在一些實施例中，開口158對應於光偵測區102a至102c且與對應的光偵測區102a至102c的影像感測元件112a至112c呈中心對準。在其他實施例中，開口158相對於對應的光偵測區102a至102c的影像感測元件112a至112c在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)。
在一些實施例中，上部柵格結構150是複合柵格結構，所述複合柵格結構以各種組合包括金屬氮化物柵格區段、金屬柵格區段、低n柵格區段或介電柵格區段中的一或多者。在一些實 施例中，如圖1A中所繪示，上部柵格結構150包括依序堆疊於光透射層130之上的金屬氮化物柵格區段152、金屬柵格區段154及介電柵格區段156。每一柵格區段152、154、156由柵格區段(例如各別的矩形、正方形或其他形狀)構成，所述柵格區段彼此鄰接以共同構成每一柵格區段152、154、156且環繞相應的影像感測元件112a至112c。每一柵格區段152、154、156亦包括位於柵格區段之間且上覆於影像感測元件112a至112c上的開口158。在一些實施例中，金屬氮化物柵格區段152用作障壁層，以防止金屬自金屬柵格區段154洩漏至光透射層130中。在一些實施例中，金屬柵格區段154可包含例如氮化鈦、氮化鉭或其組合。金屬柵格區段154阻擋光在鄰近的影像感測元件112a至112c之間通過，以有助於減少串擾。在一些實施例中，金屬柵格區段154可為例如鎢、銅或鋁銅。在一些實施例中，介電柵格區段156包含折射率小於彩色濾光片164a至164c的折射率的材料。由於低折射率，介電柵格區段156充當光導，以將入射光114導向彩色濾光片164a至164c且有效地增大彩色濾光片164a至164c的大小。此外，由於低折射率，介電柵格區段156用於在鄰近的光偵測區102a至102c之間提供光學隔離。彩色濾光片164a至164c內的照射至介電柵格區段156的邊界的光通常由於折射率而經歷全內反射。在一些實施例中，介電柵格區段156是氧化物(例如氧化矽(例如，SiO2)或氧化鉿(例如，HfO2))或者是折射率小於矽的材料。在其他實施例中，介電柵格區段156可為例如氮化矽或氮氧化矽。 在其他實施例中，上部柵格結構150包括低n柵格區段。在其他實施例中，上部柵格結構150包括介電柵格區段。
彩色濾光片164a至164c佈置於光透射層130之上。此外，彩色濾光片164a至164c在上部柵格結構150的開口158內佈置於對應的光偵測區102a至102c的影像感測元件112a至112c之上。在一些實施例中，彩色濾光片164a至164c具有與上部柵格結構150的上表面近似齊平的上表面。此外，彩色濾光片164a至164c被分派有對應顏色或波長的光且被配置成將除了所分派的顏色或波長的光之外的所有光過濾掉。彩色濾光片分派通常在紅光、綠光及藍光之間交替進行，使得彩色濾光片164a至164c包括紅色濾光片、綠色濾光片及藍色濾光片。在一些實施例中，彩色濾光片分派根據拜耳濾光片馬賽克(Bayer filter mosaic)在紅光、綠光及藍光之間交替進行。
在一些實施例中，介電頂蓋層168對上部柵格結構150進行襯墊，進而將彩色濾光片164a至164c與上部柵格結構150間隔開，且與光偵測區102a至102c對應的微透鏡160a至160c覆蓋彩色濾光片164a至164c。介電頂蓋層168可在後續操作期間對柵格區段156提供保護。介電頂蓋層168可為與介電柵格區段156相同的材料或不同的材料。介電頂蓋層168可包含氧化物(例如氧化矽(SiO2)、氧化鉿(HfO2)或類似材料)。在其他實施例中，介電頂蓋層168可為氮化物或氮氧化物(例如氮化矽或氮氧化矽)。在一些實施例中，介電頂蓋層168包含與介電柵格區段156 相同的材料。在其他實施例中，介電頂蓋層168包含與介電柵格區段156的材料不同的材料。在一些實施例中，微透鏡160a至160c以對應的光偵測區102a至102c的影像感測元件112a至112c為中心且通常關於以影像感測元件112a至112c為中心的垂直軸對稱。在其他實施例中，微透鏡160a至160c相對於影像感測元件112a至112c在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)且相對於以影像感測元件112a至112c為中心的垂直軸對稱。此外，在一些實施例中，微透鏡160a至160c通常懸置於開口158周圍的上部柵格結構150上，因此微透鏡160a至160c的鄰近邊緣鄰接。
圖1B示出根據一些實施例的包括圖1A所示光學結構100A的影像感測器裝置100B。影像感測元件112a至112c形成於影像感測器裝置100B的被稱為畫素陣列區170(或畫素-陣列區)的區中。影像感測器裝置100B可更包括在側向上環繞畫素陣列區170的黑位準校正(black level correction，BLC)區172。另外，影像感測器裝置100B可更包括結合墊區174。圖1B中的虛線171及虛線173表示區170、172及174之間的近似邊界，但是應理解，區170、172及174在本文中未按比例繪製且可在裝置基底110的上方及下方在垂直方向上延伸。
光學結構100A可在圖1B中所繪示的影像感測器裝置100B的畫素陣列區170中使用。光學結構100A可在除了圖1B所示影像感測器裝置100B之外的光學裝置中使用。
BLC區172通常包括保持光學黑暗的裝置。舉例而言， BLC區172可包括數位裝置，例如特殊應用積體電路(application-specific integrated circuit，ASIC)裝置、系統晶片(system-on-chip，SOC)裝置及/或邏輯電路。在一些實施例中，BLC區172包括用於為影像感測器裝置100B建立光強度基線的參考畫素。
結合墊區174包括形成有影像感測器裝置100B的一或多個導電結合墊176的區，使得可建立影像感測器裝置100B與外部裝置之間的電性連接。除其他事物之外，結合墊區174可含有隔離結構，例如淺溝渠隔離(shallow trench isolation，STI)(未示出)，以有助於將裝置基底110的矽與在結合墊區174中形成的所述一或多個導電結合墊176絕緣。
儘管為了簡潔起見而未在本文中示出，然而應理解，影像感測器裝置100B亦可包括切割道區。切割道區包括將一個半導體晶粒(例如，包括結合墊區174、BLC區172及畫素陣列區170的半導體晶粒)與相鄰的半導體晶粒(未示出)隔開的區。在稍後的製作製程中，在晶粒被封裝並作為積體電路晶片出售之前，穿過切割道區對切割道區進行切分以使相鄰的晶粒隔開。以不損壞每一晶粒中的半導體裝置的方式對切割道區進行切分。
仍參照圖1B，在一些實施例中，在裝置基底110的前側110f之上形成有緩衝層178。在一些實施例中，緩衝層178包含介電材料，例如氧化物(例如氧化矽(SiO2))。作為另外一種選擇，緩衝層178可包含氮化物(例如氮化矽(SiN))。可藉由化 學氣相沈積(chemical vapor deposition，CVD)、物理氣相沈積(physical vapor deposition，PVD)或其他合適的技術形成緩衝層178。在一些實施例中，藉由化學機械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)製程對緩衝層178進行平坦化以形成光滑表面。除其他事物之外，緩衝層178在裝置基底110與隨後形成的內連線裝置之間提供電性絕緣。另外，緩衝層178在裝置基底110的附加處理期間提供機械強度及支撐。
仍參照圖1B，在一些實施例中，在裝置基底110的後側110b上的緩衝層178之上形成有層179。層179具有與緩衝層178不同的材料成分。在一些實施例中，在層179與緩衝層178之間存在足夠高的蝕刻選擇性。換言之，緩衝層178與層179具有實質上不同的蝕刻速率，使得可執行蝕刻製程來移除緩衝層178及層179中的一者而不影響另一者。在緩衝層178含有氧化矽的一些實施例中，層179可含有氮化矽(SiN)、碳化矽(SiC)、氮氧化矽(SiON)、氮化鈦(TiN)或者甚至合適的金屬或金屬化合物材料，例如鎢(W)、鋁銅(AlCu)及銅(Cu)。在一些實施例中，層179具有介於自約100埃至約1500埃的範圍內的厚度。此厚度範圍被配置成使得層179可在後續製程中作為蝕刻停止層(etch-stop layer，ESL)執行。
在一些實施例中，影像感測器裝置100B可更包括第一內連線結構180。第一內連線結構180形成或定位於裝置基底110的前側110f之上。在一些實施例中，第一內連線結構180形成於 層179上或層179之上。第一內連線結構180包括多個圖案化的介電層及導電層，所述多個圖案化的介電層及導電層在影像感測器裝置100B的各種經摻雜特徵、電路系統及輸入/輸出之間提供內連線(例如，配線)。在一些實施例中，第一內連線結構180包括層間介電(interlayer dielectric，ILD)結構及多層式內連線(multilayer interconnect，MLI)結構。MLI結構包括接觸件、通孔及金屬線。出於例示的目的，在圖1B中示出多條導電線182及通孔/接觸件184，應理解，所示的導電線182及通孔/接觸件184僅是示例性的，且導電線182及通孔/接觸件184的實際定位及配置可依據設計需要而發生變化。
MLI結構可包含導電材料，例如鋁、鋁/矽/銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、複晶矽、金屬矽化物或其組合(被稱為鋁內連線)。可藉由包括PVD(或濺鍍)、CVD、原子層沈積(atomic layer deposition，ALD)或其組合的製程來形成鋁內連線。用於形成鋁內連線的其他製造技術可包括光微影處理及蝕刻，以對用於垂直連接(例如，通孔/接觸件184)及水平連接(例如，導電線182)的導電材料進行圖案化。作為另外一種選擇，可使用銅多層式內連線來形成金屬圖案。銅內連線結構可包含銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、複晶矽、金屬矽化物或其組合。可藉由包括CVD、濺鍍、鍍覆或其他合適製程的技術形成銅內連線結構。
在一些實施例中，影像感測器裝置100B可更包括第二內連線結構190。第二內連線結構190可形成或定位於裝置基底 110的前側110f之上。在一些實施例中，第二內連線結構190形成於第一內連線結構180上或第一內連線結構180之上。與第一內連線結構相似，第二內連線結構190包括多個圖案化的介電層及導電層，所述多個圖案化的介電層及導電層在影像感測器裝置100B的各種經摻雜特徵、電路系統及輸入/輸出之間提供內連線(例如，配線)。第二內連線結構190包括ILD結構及MLI結構。MLI結構包括接觸件、通孔及金屬線。出於例示的目的，在圖1B中示出多條導電線192及通孔/接觸件194，應理解，所示的導電線192及通孔/接觸件194僅是示例性的，且導電線192及通孔/接觸件194的實際定位及配置可依據設計需要而發生變化。
在一些實施例中，如圖1B中所示，第二內連線結構190的所述多條導電線192中的導電線藉由柱196或其他連接結構與第一內連線結構180的所述多條導電線182中的導電線電性耦合。在一些實施例中，第一內連線結構180包括系統晶片(SOC)裝置，且第二內連線結構190包括特殊應用積體電路(ASIC)。
在一些實施例中，導電結合墊176在結合墊區174中形成於導電線182的被暴露出的表面上。可藉由一或多種沈積製程及圖案化製程形成導電結合墊176。在一些實施例中，導電結合墊176含有鋁。在其他實施例中，導電結合墊176可含有另一合適的金屬，例如銅。結合配線(或另一電性內連線元件)可在稍後製程中貼合至導電結合墊176，且因此導電結合墊176亦可被稱為結合墊或導電墊。另外，由於導電結合墊176形成於導電線182上， 因此導電結合墊176電性耦合至導電線182且經由導電線182電性耦合至第一內連線結構180的其餘部分及第二內連線結構190的其餘部分。換言之，可至少部分地經由導電結合墊176在外部裝置與影像感測器裝置100B之間建立電性連接。
圖2示出根據一些實施例的用於製造光學結構的方法200的流程圖。
在操作202處，提供基底。所述基底可為本文中所闡述的裝置基底或半導體基底。基底可具有已形成於其中的光偵測區及/或畫素區。
在操作204處，形成環繞光偵測區的隔離結構。隔離結構可為DTI結構，例如BDTI結構。隔離結構可對由柵格區段(例如各別的矩形、正方形或彼此鄰接的其他形狀)構成的基底隔離柵格進行界定。
在操作206處，在隔離結構之上形成光透射層。
在操作208處，在隔離結構之上形成隱埋柵格結構。隱埋柵格結構可形成於在基底之上形成的光透射層中。隱埋柵格結構可對由隱埋柵格區段(例如矩形、正方形或彼此鄰接的其他形狀)構成的隔離柵格進行界定。
在操作210處，在隱埋柵格結構之上形成上部柵格結構。上部柵格結構可形成於基底及含有隱埋柵格結構的光透射層之上。上部柵格結構可對其中佈置有彩色濾光片的開口進行界定。
在操作212處，在由上部柵格結構界定的開口中形成彩 色濾光片。
在操作214處，在彩色濾光片之上形成微透鏡。
參照圖3至圖11、圖12A至圖12B、圖13A至圖13D、圖14A至圖14D及圖15A至圖15D，提供影像感測器的裝置結構在各個製造階段處的一些實施例的剖視圖，以示出圖2所示方法。儘管針對方法200闡述圖3至圖11、圖12A至圖12B、圖13A至圖13D、圖14A至圖14D及圖15A至圖15D，然而應理解，圖3至圖11、圖12A至圖12B、圖13A至圖13D、圖14A至圖14D及圖15A至圖15D中所揭露的結構並非僅限於方法200，而是可作為獨立於方法200的結構而單獨存在。相似地，儘管針對圖3至圖11、圖12A至圖12B、圖13A至圖13D、圖14A至圖14D及圖15A至圖15D闡述所述方法，然而應理解，方法200並非僅限於圖3至圖11、圖12A至圖12B、圖13A至圖13D、圖14A至圖14D及圖15A至圖15D中所揭露的結構，而是可獨立於圖3至圖11、圖12A至圖12B、圖13A至圖13D、圖14A至圖14D及圖15A至圖15D中所揭露的結構而單獨存在。
圖3至圖12B示出根據一些實施例的製造光學結構的各個階段的剖視側視圖，所述光學結構包括可與圖1B所示影像感測器裝置100B一起使用的隱埋柵格結構。
圖3示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的與操作202對應的中間階段期間的剖視圖300。裝置基底110具有前側110f及與前側110f相對的後側110b。在一些實施例中，如圖3中 所繪示，裝置基底110具有介於自約1微米(micron，μm)至約10微米的範圍內的初始厚度311。在特定實施例中，裝置基底110的初始厚度311介於自約2.5微米至約7微米的範圍內。
裝置基底110包括例如影像感測元件112a至112c，影像感測元件112a至112c被佈置成分別與光偵測區102a至102c對應。影像感測元件112a至112c可彼此有所不同，以具有不同的接面深度、厚度、寬度等。為簡潔起見，在圖3中僅示出三個影像感測元件112a至112c，但是應理解，可在裝置基底110中實施任意數目的畫素。可藉由任何合適的方法形成影像感測元件112a至112c。在一些實施例中，藉由自前側110f對裝置基底110執行植入製程來形成影像感測元件112a至112c。植入製程可包括使用例如硼等p型摻雜劑對裝置基底110進行摻雜。在替代實施例中，植入製程可包括使用例如磷或砷等n型摻雜劑對裝置基底110進行摻雜。在其他實施例中，亦可藉由擴散製程形成影像感測元件112a至112c。
影像感測元件112a至112c藉由裝置基底110中的多個間隙而彼此隔開。舉例而言，間隙316a將影像感測元件112a與影像感測元件112b隔開，間隙316b將影像感測元件112b與影像感測元件112c隔開，且間隙(未示出)將影像感測元件112a與影像感測元件112a左側的相鄰影像感測元件(未示出)(若存在)隔開。當然，應理解，間隙316a至316b不是裝置基底110中的空隙或開放空間，而是其可為裝置基底110的位於相鄰的影像感 測元件112a至112c之間的區(半導體材料或介電隔離元件)。
圖4示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的與操作204對應的中間階段期間的剖視圖400。如圖4中所示，執行圖案化製程以分別在相鄰的影像感測元件112a與影像感測元件112b以及相鄰的影像感測元件112b與影像感測元件112c之間在裝置基底110的後側110b內形成溝渠402a及402b(統稱為402)。溝渠402包括由裝置基底110界定的側壁402S及亦由裝置基底110界定的在側壁402S之間延伸的底表面402B。在一些實施例中，側壁402S中的一或多者可為漸縮的。在一些實施例中，可藉由蝕刻製程(濕式蝕刻或乾式蝕刻)或在光微影圖案化之後進行反應性離子蝕刻(reactive ion etching，RIE)來形成溝渠402。在一些實施例中，可藉由在裝置基底110的後側110b上形成掩蔽層404來對裝置基底110進行圖案化。然後，在未被掩蔽層404覆蓋的區中將裝置基底110暴露於蝕刻劑。蝕刻劑對裝置基底110進行蝕刻以形成溝渠402。在一些實施例中，溝渠402自裝置基底110的後側110b在裝置基底110內延伸至第一深度406。在一些實施例中，第一深度406介於自約0.5微米至約7微米的範圍內。在一些實施例中，溝渠402具有介於自約0.1微米至約0.4微米的範圍內的寬度。在圖案化製程之後，可移除掩蔽層404。在一些實施例中，在自影像感測元件112a至112c在側向上移除的位置處形成溝渠402。在一些實施例中，溝渠402在側向上環繞影像感測元件112a至112c中的每一者。
圖5示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作204對應的中間階段期間的剖視圖500。如圖5中所示，在一些實施例中，在裝置基底110之上沈積高k介電襯墊142。高k介電襯墊142對溝渠402的側壁402S及底表面402B進行襯墊。高k介電襯墊142可用作鈍化層且將裝置基底110與隨後沈積的隔離材料144(參見圖6)隔開。另外，高k介電襯墊142可有助於減輕相鄰的光偵測區102之間的串擾。高k介電襯墊142可包含例如氧化鋁(AlO)、氧化鉭(TaO)、氧化鉿(HfO)、氧化鉿矽(HfSiO)、氧化鉿鋁(HfAlO)或氧化鉿鉭(HfTaO)。高k介電襯墊142可藉由氣相沈積(例如CVD或PVD)來沈積或者藉由熱氧化來生長。在一些實施例中，高k介電襯墊142包括多個層。舉例而言，高k介電襯墊142包括第一高k介電層及佈置於第一高k介電層下方的第二高k介電層。在一些實施例中，高k介電襯墊142可沈積至介於自約10埃至約100埃的範圍內的厚度。高k介電襯墊142可為共形層。在一些實施例中，如圖5中所示，高k介電襯墊142具有與裝置基底110的後側110b的側向表面共面的頂表面，高k介電襯墊142可自裝置基底110的後側110b之上的溝渠402向上延伸且沿著裝置基底110的後側110b在側向上設置。
圖6示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作204對應的中間階段期間的剖視圖600。轉至圖6，使用隔離材料144對溝渠402進行填充以形成隔離結構140。隔離結構140包括隔離結構區段602a、602b(統稱為602)。在一些實施例中， 隔離結構140可為深溝渠隔離(DTI)結構，例如後側深溝渠隔離(BDTI)結構。在存在高k介電襯墊142的一些實施例中，隔離結構140包括高k介電襯墊142及隔離材料144。沈積隔離材料144以對溝渠402的未被高k介電襯墊142(若存在)填充的區域進行填充。隔離材料144可為介電材料(例如氧化物材料或氮化物材料，例如氧化矽(SiO2)、氧化鉿(HfO2)或類似材料)。隔離材料144的沈積可涉及各種技術，例如化學氣相沈積(CVD)、電漿增強型化學氣相沈積(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、大氣壓力化學氣相沈積(atmospheric pressure chemical vapor deposition，APCVD)、低壓CVD(low-pressure CVD，LPCVD)、高密度電漿CVD(high density plasma CVD，HDPCVD)、原子層CVD(atomic layer CVD，ALCVD)、次大氣壓CVD(sub-atmospheric CVD，SACVD)、PVD、原子層沈積(ALD)、濺鍍及/或其他合適的操作。隔離材料144的折射率可小於矽的折射率。圖6中所示的光學結構可為中間結構，且高k介電襯墊142及隔離材料144可經受或可不經受使得所述層的頂表面可被變更的平坦化製程，如將在圖7中所論述。
圖7示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作204對應的中間階段期間的剖視圖700。參照圖7，在一些實施例中，使隔離材料144經受平坦化製程(例如，CMP製程)以形成平坦表面。在一些實施例中，如圖7中所示，移除高k介電襯墊142上方的隔離材料144，使得隔離材料144的頂表面與形成 於裝置基底110的後側110b的側向表面上的高k介電襯墊142的頂表面共面或實質上共面。在其他實施例中，移除高k介電襯墊142上方的隔離材料144的一部分，以對隔離材料144的頂表面進行平坦化，使得隔離材料144的頂表面保留於高k介電襯墊142的頂表面上方，如圖6中所示。在替代實施例中，移除隔離材料144及高k介電襯墊142，使得隔離材料144的頂表面及高k介電襯墊142的頂表面二者皆與裝置基底110的後側110b共面或實質上共面。
圖8示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作206對應的中間階段期間的剖視圖800。隨後，如圖8中所示，在裝置基底110及隔離結構140之上形成光透射層130。光透射層130具有與裝置基底110相對的後側130b及與裝置基底110的後側110b面對的前側130f。光透射層130可包含介電質，例如氧化物(例如氧化矽、氧化鉿、旋塗玻璃、經氟化物摻雜的矽酸鹽玻璃、未經摻雜的石英玻璃或類似材料)、ARC、氧化物介電質及/或ARC形成的多層式結構或類似材料。光透射層130的材料可與隔離結構140的隔離材料144相同或可與隔離結構140的隔離材料144不同。可藉由例如以下各種技術形成光透射層130：化學氣相沈積(CVD)、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)、大氣壓力化學氣相沈積(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)、高密度電漿CVD(HDPCVD)、原子層CVD(ALCVD)、次大氣壓CVD(SACVD)、塗覆、旋轉塗佈、濺鍍及/或其他合適的製程。在一些實施例中， 光透射層130具有自後側130b延伸至前側130f的初始厚度810，所述初始厚度810介於自約500埃至約2000埃的範圍內。
在光透射層130的材料與隔離結構140的隔離材料144相同的一些實施例中，可藉由相同的沈積製程形成光透射層130與隔離結構140二者。舉例而言，參照圖6，在形成於後側110b的側向表面上的高k介電襯墊142上方形成的隔離材料144可用作光透射層130。
圖9示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖900。如圖9中所示，執行圖案化製程以在光透射層130的後側130b內形成隱埋柵格(buried grid，BG)溝渠902a、902b(統稱為902)。BG溝渠902包括由光透射層130界定的側壁902S及亦由光透射層130界定的在側壁902S之間延伸的底表面902B。在一些實施例中，側壁902S中的一或多者可為漸縮的。在一些實施例中，在自影像感測元件112a至112c在側向上移除的位置處形成BG溝渠902。在一些實施例中，BG溝渠902在側向上環繞影像感測元件112a至112c中的每一者。在一些實施例中，可藉由蝕刻製程(濕式蝕刻或乾式蝕刻)或在光微影圖案化之後進行反應性離子蝕刻(RIE)來形成BG溝渠902。在一些實施例中，可藉由在光透射層130的後側130b上形成掩蔽層904來對光透射層130進行蝕刻。然後在未被掩蔽層904覆蓋的區中將光透射層130暴露於蝕刻劑。蝕刻劑對光透射層130進行蝕刻以形成BG溝渠902。BG溝渠902自光透射層130 的後側130b在裝置基底110內延伸至第二深度906。在一些實施例中，第二深度906介於自約200埃至約1000埃的範圍內。在一些實施例中，BG溝渠902具有介於自約0.08微米至約0.2微米的範圍內的寬度。在圖案化製程之後，可移除掩蔽層904。
圖10示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖1000。如圖10中所示，在一些實施例中，在裝置基底110之上沈積金屬氮化物層122’。金屬氮化物層122’對光透射層130的後側130b、BG溝渠902的側壁902S及底表面902B進行襯墊。金屬氮化物層122’可用作障壁層且將光透射層130與隨後沈積的金屬層124’(參見圖11)隔開。另外，金屬氮化物層122’可有助於減輕相鄰的影像感測元件112a至112c之間的串擾。金屬氮化物層122’可包含例如氮化鈦(TiN)或氮化鉭。可藉由氣相沈積(例如CVD、原子層沈積(ALD)或PVD)來沈積金屬氮化物層122’。在一些實施例中，可將金屬氮化物層122’沈積至介於自約10埃至約100埃的範圍內的厚度。金屬氮化物層122’可為共形層。在一些實施例中，如圖10中所示，金屬氮化物層122’可自光透射層130的後側130b之上的BG溝渠902向上延伸且沿著光透射層130的後側130b在側向上設置。
圖11示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖1100。轉至圖11，使用金屬層124’對BG溝渠902進行填充。沈積金屬層124’以對BG溝渠902的未被金屬氮化物層122’(若存在)填充的區域進行填 充。若不存在金屬氮化物層122’，則可直接在光透射層130的後側130b上沈積金屬層124’。在一些實施例中，金屬層124’可選自例如鎢、鋁、銅或鋁銅。金屬材料的沈積可涉及各種技術，例如CVD、PECVD、APCVD、LPCVD、HDPCVD、ALCVD、SACVD、PVD、ALD、濺鍍、鍍覆製程(例如電鍍、無電鍍覆等)及/或其他合適的操作。圖11中所示的剖視圖1100可為中間結構，且金屬氮化物層122’及金屬層124’可經受或可不經受使得所述層的頂表面可被變更的平坦化製程，如將針對圖12A進行論述。
圖12A示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖1200。參照圖12A，在一些實施例中，使金屬層124’及金屬氮化物層122’經受平坦化製程(例如，CMP製程)以形成平坦表面及隱埋柵格結構120。隱埋柵格結構120包括隱埋柵格結構區段1202a、1202b。在一些實施例中，如圖12A中所示，移除金屬層124’及金屬氮化物層122’的位於光透射層130的後側130b上方的部分以形成金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124，使得金屬氮化物柵格區段122的頂表面及金屬柵格區段124的頂表面與光透射層130的後側130b的頂表面或側向表面共面或實質上共面。
圖12B示出圖12A中所示的剖視圖1200的沿著光透射層130的後側130b截取的俯視圖1210。光透射層130包括隱埋柵格結構120。在一些實施例中，如圖12B中所示，隱埋柵格結構120具有四邊形形狀。在替代實施例中，隱埋柵格結構120對例如 其他形狀(例如圓形)進行界定。在一些實施例中，隱埋柵格結構120與隔離結構140在垂直方向上對準且隱埋柵格結構120的寬度「Wa」可與影像感測元件112a至112c的寬度相同或實質上相同。儘管在圖12A中被示出為連續的四邊形形狀，然而隱埋柵格結構120可根據各種設計而具有不連續的圖案。隱埋柵格結構120對間隙1212進行界定。當然，應理解，間隙1212不是光透射層130中的空隙或開放空間，而是其可為光透射層130的位於隱埋柵格結構120之間的區。在一些實施例中，隱埋柵格結構120與隔離結構140在垂直方向上對準且間隙1212的寬度「Wa」可與影像感測元件112a至112c的寬度相同或實質上相同。在其他實施例中，隱埋柵格結構120相對於隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，例如如圖15B中所示。
圖13A至圖13E示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的中間階段期間的剖視圖1300。在一些實施例中，在光透射層130的後側130b之上形成上部柵格結構150。在一些實施例中，上部柵格結構150是複合柵格結構。上部柵格結構150可包括金屬區段、金屬氮化物區段、介電區段、低n材料區段及/或有機區段。在一些實施例中，自俯視圖來看，上部柵格結構150可具有四邊形形狀或圓形形狀。在一些實施例中，上部柵格結構150與隱埋柵格結構120在垂直方向上對準。在一些實施例中，上部柵格結構150與隔離結構140在垂直方向上對準，且上部柵格結構的寬度或直徑可與影像感測元件112a至112c的寬度或直徑相同或 實質上相同。在一些實施例中，上部柵格結構150與隱埋柵格結構120及隔離結構140二者在垂直方向上對準，如圖13B至圖13E中所示。在其他實施例中，上部柵格結構150相對於隱埋柵格結構120及隔離結構140中的至少一者在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，例如如圖15B中所示。
圖13A是根據一些實施例的光學結構在製造操作的與操作210對應的中間階段期間的剖視圖1300。圖13A繪示出上部柵格結構150的一個實例的形成，其中上部柵格結構150是複合結構。可選地，當欲形成複合柵格時，可在光透射層130上方形成金屬氮化物層152’。金屬氮化物層152’可包含金屬氮化物，例如氮化鈦、氮化鉭或類似材料。
可在光透射層130之上形成金屬層154’，或者若金屬氮化物層在先前形成於光透射層130之上，則可在金屬氮化物層152’之上形成金屬層154’。金屬層154’可包含金屬，例如銅、鎢、鋁、鋁銅或類似材料。
可在光透射層130之上形成介電層156’，或者若金屬層在先前形成於光透射層130之上，則可在金屬層154’之上形成介電層156’。介電層156’可包含氧化物，例如氧化矽(SiO2)、氧化鉿(HfO2)或類似材料。在一些其他實施例中，介電層156’可包含有機材料。可藉由例如以下各種技術形成介電層156’：CVD、PVD、原子層沈積(ALD)、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)、大氣壓力化學氣相沈積(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)、高密度 電漿CVD(HDPCVD)、原子層CVD(ALCVD)、次大氣壓CVD(SACVD)及/或其他合適的操作。
參照圖13A及圖13B，隨後執行光微影操作，其中藉由掩蔽層1308對金屬氮化物層152’、金屬層154’及介電層156’進行圖案化，以形成上部柵格結構150。具體而言，金屬氮化物層152’、金屬層154’及介電層156’分別被圖案化成金屬氮化物柵格區段152、金屬柵格區段154及介電柵格區段156。應注意，自俯視圖角度來看，金屬氮化物柵格區段152、金屬柵格區段154及介電柵格區段156可具有圓形形狀或四邊形形狀。在一些實施例中，如圖13B中所示，金屬氮化物柵格區段152、金屬柵格區段154及介電柵格區段156(其隨後將成為上部柵格結構150的一部分)與隔離結構140及隱埋柵格結構120在垂直方向上對準，以改善影像感測元件112中的每一者的佈置與對應的上部柵格結構150的佈置之間的對準。隨後移除掩蔽層1308。
圖13C是根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作210對應的中間階段期間的剖視圖1300。參照圖13C，在一些實施例中，在光透射層130及上部柵格結構150的被暴露出的表面之上形成介電頂蓋層168。藉此上部柵格結構150位於介電頂蓋層168內部且被介電頂蓋層168環繞。在一些實施例中，介電頂蓋層168可為共形層。
圖13D是根據一些實施例的光學結構在製造操作的與操作212對應的中間階段期間的剖視圖1300。參照圖13D，在光 透射層130之上形成彩色濾光片164a至164c。在存在上部柵格結構150的一些實施例中，上部柵格結構150位於彩色濾光片164a至164c中。彩色濾光片164a至164c可被形成為對由上部柵格結構150界定的開口進行填充。在不存在上部柵格結構150的一些實施例中，可在光透射層130之上或光透射層130上形成彩色濾光片164a至164c。在一些實施例中，彩色濾光片164a至164c可包含有機介電質，例如聚合物。在一些實施例中，彩色濾光片164a至164c的折射率大於上部柵格結構150(在介電柵格區段156及金屬柵格區段154先前形成的情況下至少是介電柵格區段156及金屬柵格區段154)的折射率及隱埋柵格結構120的折射率。在一些實施例中，彩色濾光片164a至164c的厚度與上部柵格結構150的高度相同或實質上相同。作為另外一種選擇，在一些其他實施例中，彩色濾光片164a至164c的厚度大於上部柵格結構150的高度。
圖13E是根據一些實施例的光學結構在製造操作的與操作214對應的中間階段期間的剖視圖1300。參照圖13E，在彩色濾光片164a至164c上方形成與影像感測元件112a至112c對應的微透鏡160a至160c。在一些實施例中，微透鏡160a至160c與影像感測元件112a至112c在垂直方向上對準。在一些實施例中，微透鏡160a至160c可為聚光透鏡，其可具有半橢圓形形狀、半球形形狀或其他合適的形狀。自俯視圖角度來看，微透鏡160a至160c的大小可與上部柵格結構150的大小相當。在一些實施例中， 微透鏡160a至160c可在至少一個方向上自影像感測元件112a至112c在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)。應注意，可藉由修改隔離結構140(例如藉由移除隔離結構區段602a至602b中的一或多者)及/或修改上部柵格結構150(藉由移除上部柵格結構150的一或多個部分)來針對各種光條件對圖13A至圖13E中所繪示的光學結構進行調諧。
圖14A至圖14C示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的中間階段期間的剖視圖1400。圖14A至圖14C繪示出另一實施例，其中上部柵格結構1410形成於包括隱埋柵格結構120的光透射層130的後側130b之上。上部柵格結構1410包含低折射率材料或低n材料。低n材料具有較彩色濾光片164a至164c的折射率小的折射率。由於低折射率，低n材料將鄰近的彩色濾光片164a至164c隔離開且將光引導至彩色濾光片，以增大彩色濾光片164a至164c的有效大小。在一些實施例中，自俯視圖來看，上部柵格結構1410可具有四邊形形狀或圓形形狀。在一些實施例中，上部柵格結構1410與隱埋柵格結構120在垂直方向上對準。在一些實施例中，上部柵格結構1410與隔離結構140在垂直方向上對準且上部柵格結構的寬度或直徑可與影像感測元件112a至112c或光偵測區102a至102c的寬度或直徑相同或實質上相同。在一些實施例中，上部柵格結構1410與隱埋柵格結構120及隔離結構140二者對準。在一些實施例中，上部柵格結構1410相對於隱埋柵格結構120在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，如 圖14B至圖14C中所示。在一些實施例中，上部柵格結構1410相對於隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，同樣如圖14B至圖14C中所示。在一些實施例中，上部柵格結構1410相對於隔離結構140及隱埋柵格結構二者在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，同樣如圖14B至圖14C中所示。
參照圖14A，在一些實施例中，在光透射層130以及隱埋柵格結構120的被暴露出的表面之上形成介電頂蓋層1404。介電頂蓋層1404可在後續蝕刻操作期間用作蝕刻停止層(ESL)。一般而言，在形成例如上部柵格結構時，ESL可提供使蝕刻製程停止的機制。ESL可由具有與相鄰的層或組件不同的蝕刻選擇性的介電材料形成。舉例而言，介電頂蓋層1404具有與低n材料層1406’不同的蝕刻選擇性，使得低n材料層1406’以較介電頂蓋層1404大的速率被移除。在一些實施例中，介電頂蓋層1404可包含以下材料或者可為以下材料：氮化矽、氮氧化矽、碳氧化矽、碳氮化矽、氧化矽碳、碳氮氧化矽、氮化碳、氧化矽、氧化鉿、其組合或類似材料。
仍參照圖14A，在光透射層130之上形成低n材料層1406’，或者若介電頂蓋層在先前形成於光透射層130之上，則在介電頂蓋層1404之上形成低n材料層1406’。在一些實施例中，低n材料層1406’是折射率小於彩色濾光片164a至164c的折射率的透明材料。在一些實施例中，低n材料層1406’是介電質(例如氧化物(例如，SiO2)或氧化鉿(例如，HfO2))或者是折射率小 於矽的材料。在一些實施例中，低n材料層1406’包含與介電頂蓋層1404相同的材料。在其他實施例中，低n材料層1406’包含與介電頂蓋層1404的材料不同的材料。可藉由例如以下各種技術形成低n材料層1406’：CVD、PVD、原子層沈積(ALD)、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)、大氣壓力化學氣相沈積(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)、高密度電漿CVD(HDPCVD)、原子層CVD(ALCVD)、次大氣壓CVD(SACVD)及/或其他合適的操作。
參照圖14B及圖14C，隨後執行光微影操作，其中藉由掩蔽層1408對低n材料層1406’進行圖案化，以形成上部柵格結構1410的低n柵格區段1406。具體而言，低n材料層1406’被圖案化成低n柵格區段1406。介電頂蓋層1404用作光微影及圖案化操作的蝕刻停止件。由於低n柵格區段1406的低折射率，上部柵格結構1410用作光導，以將光引導至彩色濾光片164a至164c且有效地增大彩色濾光片164a至164c的大小。此外，由於低折射率，低n柵格區段1406用於提供鄰近的影像感測元件112a至112c之間的光學隔離。彩色濾光片164a至164c內的照射至低n柵格區段1406的邊界的光通常由於折射率而經歷全內反射。隨後移除掩蔽層1408。
另外，在一些實施例中，上部柵格結構1410可在至少一個方向上相對於隱埋柵格結構120及/或隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D1」。如圖14B中所示，可自隱埋柵格結構120的側壁902S至低n柵格區段1406的側壁 1406S對量「D1」進行量測。在一些實施例中，量「D1」介於自約0微米至約±0.2微米的範圍內。儘管上部柵格結構1410在遠離影像感測元件112b的中心線1420的方向上在側向上偏移，然而應注意，依據所期望的光學性質而定，上部柵格結構1410可朝向影像感測元件112b的中心線1420偏移。在傳入光的主光線角度不正交或不垂直的情況下，上部柵格結構1410的偏移可有助於改善畫素效率。
此外，在一些實施例中，隱埋柵格結構120可在至少一個方向上相對於隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D2」。可自隔離結構140的溝渠402a的側壁402S至隱埋柵格結構120的側壁902S對量「D2」進行量測。在一些實施例中，量「D2」介於自約0微米至約±0.2微米的範圍內。儘管隱埋柵格結構120在朝向影像感測元件112b的中心線1420的方向上在側向上偏移，然而應注意，依據所期望的光學性質而定，隱埋柵格結構120可在側向上遠離影像感測元件112b的中心線1420偏移。在傳入光的主光線角度不正交或不垂直的情況下，隱埋柵格結構120的偏移亦可有助於改善畫素效率。
參照圖14C，在光透射層130之上形成彩色濾光片164a至164c。在存在上部柵格結構1410的一些實施例中，上部柵格結構1410位於彩色濾光片164a至164c中。在存在介電頂蓋層1404的一些實施例中，彩色濾光片164a至164c可形成於介電頂蓋層1404之上或介電頂蓋層1404上。在不存在介電頂蓋層1404的一 些實施例中，彩色濾光片164a至164c可形成於光透射層130之上或光透射層130上。
仍參照圖14C，在彩色濾光片164a至164c上方形成微透鏡160a至160c。在一些實施例中，如圖14C中所繪示，由於上部柵格結構1410的側向偏移，微透鏡160b的中心線1430相對於對應的影像感測元件112b的中心線1420偏置開。應注意，可藉由修改隔離結構140(例如藉由移除隔離結構區段602a至602b中的一或多者)及/或修改上部柵格結構1410(藉由移除上部柵格結構1410的一或多個部分)來針對各種光條件對圖14A至圖14C中所繪示的光學結構進行調諧。
圖15A至圖15D示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的中間階段期間的剖視圖1500。圖15A至圖15D繪示出一種光學結構，其中上部柵格結構1510形成於包括隱埋柵格結構120的光透射層130的後側130b之上。上部柵格結構1510包含氧化物材料。在一些實施例中，氧化物材料具有較彩色濾光片164a至164c的折射率小的折射率。由於低折射率，氧化物材料將鄰近的彩色濾光片164a至164c隔離開且將光引導至彩色濾光片164a至164c，以增大彩色濾光片164a至164c的有效大小。在一些實施例中，自俯視圖來看，上部柵格結構1510可具有四邊形形狀或圓形形狀。在一些實施例中，上部柵格結構1510與隱埋柵格結構120在垂直方向上對準。在一些實施例中，上部柵格結構1510與隔離結構140在垂直方向上對準且上部柵格結構1510的寬度或直 徑可與影像感測元件112或光偵測區102的寬度或直徑相同或實質上相同。在一些實施例中，上部柵格結構1510與隱埋柵格結構120及隔離結構140二者對準。在一些實施例中，上部柵格結構1510相對於隱埋柵格結構120在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，如圖15B至圖15D中所示。在一些實施例中，上部柵格結構1510相對於隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，同樣如圖15B至圖15D中所示。在一些實施例中，上部柵格結構1510相對於隱埋柵格結構120及隔離結構140二者在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，同樣如圖15B至圖15D中所示。
轉至圖15A，在光透射層130之上或光透射層130上形成氧化物材料層1506’。在一些實施例中，氧化物材料層1506’具有較彩色濾光片164a至164c的折射率小的折射率。在一些實施例中，氧化物材料層1506’是介電質(例如氧化物(例如，SiO2)或氧化鉿(例如，HfO2))或者是折射率小於矽的氧化物材料。可藉由例如以下各種技術形成氧化物材料層1506’：CVD、PVD、原子層沈積(ALD)、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)、大氣壓力化學氣相沈積(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)、高密度電漿CVD(HDPCVD)、原子層CVD(ALCVD)、次大氣壓CVD(SACVD)及/或其他合適的操作。
仍參照圖15A，隨後執行光微影操作，其中藉由掩蔽層1508對氧化物材料層1506’進行圖案化，以形成圖15B中所示的 上部柵格結構1510的氧化物柵格區段1506。應注意，自俯視圖角度來看，上部柵格結構1510可具有圓形形狀或四邊形形狀。隨後移除掩蔽層1508。
在一些實施例中，上部柵格結構1510與隔離結構140及隱埋柵格結構120在垂直方向上對準，以改善影像感測元件112a至112c中的每一者的佈置與對應的上部柵格結構1510的佈置之間的對準。在其他實施例中，如圖15C及圖15D中所示，上部柵格結構1510可在至少一個方向上相對於隱埋柵格結構120及/或隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D3」。可自隱埋柵格結構120的側壁902S至上部柵格結構1510的側壁1506S對量「D3」進行量測。在一些實施例中，量「D3」介於自約0微米至約±0.2微米的範圍內。儘管上部柵格結構1510在遠離影像感測元件112b的中心線1420的方向上在側向上偏移，然而應注意，依據所期望的光學性質而定，上部柵格結構1510可朝向影像感測元件112b的中心線1420在側向上偏移。
此外，在一些實施例中，隱埋柵格結構120可在至少一個方向上相對於隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D4」。可自隔離結構140的溝渠402的側壁402S至隱埋柵格結構120的側壁902S對量「D4」進行量測。在一些實施例中，量「D4」為自約0微米至約±0.2微米。在一些實施例中，量「D3」大於量「D4」。儘管隱埋柵格結構120在朝向影像感測元件112b的中心線1420的方向上在側向上偏移，然而應注意， 依據所期望的光學性質而定，隱埋柵格結構120可遠離影像感測元件112b的中心線1420在側向上偏移。
參照圖15B，在一些實施例中，光微影操作不僅對氧化物材料層1506’進行圖案化，而且亦移除光透射層130的後側130b的一部分，以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分1512。藉由在光透射層130中形成凹陷部分1512，可減小光透射層130的厚度，因此進一步減少鄰近的畫素胞元之間的光學串擾。凹陷部分1512具有由「D5」表示的厚度，所述厚度是在z方向上進行量測。可藉由自光透射層130的初始厚度810減去光透射層130的凹陷厚度1530來計算厚度「D5」。在一些實施例中，量「D5」為自約0埃至約500埃。另外，在隱埋柵格結構120相對於上部柵格結構1510偏移或偏置開的一些實施例中，光微影操作移除隱埋柵格結構120的一部分，以在隱埋柵格結構120中形成凹口(notch)1520。在一些實施例中，光微影操作移除金屬氮化物柵格區段122的一部分、金屬柵格區段124的一部分或金屬氮化物柵格區段122的一部分及金屬柵格區段124的一部分二者。在一些實施例中，如圖15B中所示，凹口1520由金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124二者進行界定。在一些實施例中，凹口1520可具有在z方向上量測的厚度(所述厚度由「D5」表示)以及在x方向上量測的寬度(所述寬度由「D6」表示)。在一些實施例中，量「D5」為自約0埃至約500埃且量「D6」為自約0埃至約500埃。在一些實施例中，凹口1520的側壁由金屬柵格區段124界定且凹口 1520的底表面由金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124界定。在一些實施例中，如圖15B中所示，上部柵格結構1510的側壁1506S由氧化物柵格區段1506以及光透射層130的一部分界定，且側壁1506S’亦由氧化物柵格區段1506以及金屬柵格區段124的一部分界定。
參照圖15C，在一些實施例中，在光透射層130的被暴露出的側向表面(例如，凹陷表面130r)、上部柵格結構1510及隱埋柵格結構120的被暴露出的部分(例如，對凹口1520進行界定的金屬柵格區段124及金屬氮化物柵格區段122)之上形成介電頂蓋層1540。藉此上部柵格結構1510位於介電頂蓋層1540內部且被介電頂蓋層1540環繞。在一些實施例中，介電頂蓋層1540可為共形層。關於介電頂蓋層1540的附加細節參照介電頂蓋層168進行闡述且在本文中不再予以贅述。
參照圖15D，在光透射層130之上形成彩色濾光片164a至164c。在存在上部柵格結構1510的一些實施例中，上部柵格結構1510形成於彩色濾光片164a至164c之間。在存在介電頂蓋層1540的一些實施例中，彩色濾光片164a至164c可形成於介電頂蓋層1540之上或介電頂蓋層1540上。在不存在介電頂蓋層1540的一些實施例中，彩色濾光片164a至164c可形成於光透射層130之上或光透射層130上。在一些實施例中，彩色濾光片164a至164c的折射率大於上部柵格結構1510的折射率及/或隱埋柵格結構120的折射率。在一些實施例中，彩色濾光片164a至164c的厚度與 上部柵格結構1510的高度相同或實質上相同。作為另外一種選擇，在一些其他實施例中，彩色濾光片164a至164c的厚度大於上部柵格結構1510的高度。
仍參照圖15D，在彩色濾光片164a至164c上方形成微透鏡160a至160c。在一些實施例中，如圖15D中所繪示，由於上部柵格結構1510的偏移，微透鏡160b的中心線1430相對於對應的影像感測元件112b的中心線1420偏置開。應注意，可藉由修改隔離結構140(例如藉由移除隔離結構區段602a至602b中的一或多者)及/或修改上部柵格結構1510(藉由移除上部柵格結構1510的一或多個部分)而針對各種光條件對圖15A至圖15D中所繪示的光學結構進行調諧。
參照圖16至圖28及圖29A至圖29D，提供影像感測器的光學結構在各個製造階段的一些實施例的剖視圖，以示出圖2所示方法。儘管針對方法200闡述圖16至圖28及圖29A至圖29D，然而應理解，圖16至圖28及圖29A至圖29D中所揭露的結構並非僅限於方法200，而是可作為獨立於方法200的結構而單獨存在。相似地，儘管針對圖16至圖28及圖29A至圖29D闡述方法200，然而應理解，方法200並非僅限於圖16至圖28及圖29A至圖29D中所揭露的結構，而是可獨立於圖16至圖28及圖29A至圖29D中所揭露的結構而單獨存在。
圖16至圖28示出根據一些實施例的製造光學結構的各個階段的剖視側視圖，所述光學結構包括可與圖1B所示影像感測 器裝置100B一起使用的隱埋柵格結構。在開始時應注意，圖16至圖28中所繪示的光學結構與圖3至圖12B中所繪示的光學結構相似。然而，亦應注意，圖16至圖25中所繪示的光學結構被修改以適應2×2畫素陣列。
圖16示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的與操作202對應的中間階段期間的剖視圖1600。裝置基底110具有前側110f及與前側110f相對的後側110b。裝置基底110包括例如影像感測元件112a1、112a2、112b1、112b2、112c1及112c2，影像感測元件112a1、112a2、112b1、112b2、112c1及112c2分別被佈置成與光偵測區102a、102b及102c對應。為簡潔起見，在圖16中僅示出六個影像感測元件112a1至112c2，然而應理解，可在裝置基底110中實施任意數目的影像感測元件。可藉由任何合適的方法形成影像感測元件112a1至112c2。
影像感測元件112a1至112c2藉由裝置基底110中的多個間隙而彼此隔開。舉例而言，間隙1616a將影像感測元件112a1與影像感測元件112a2隔開，間隙1616b將影像感測元件112a2與影像感測元件112b1隔開，間隙1616c將影像感測元件112b1與影像感測元件112b2隔開，間隙1616d將影像感測元件112b2與影像感測元件112c1隔開，且間隙1616e將影像感測元件112c1與影像感測元件112c2隔開。當然，應理解，間隙1616a至1616e不是裝置基底110中的空隙或開放空間，而是可為裝置基底110的位於相鄰的影像感測元件之間的區(半導體材料或介電隔離元件)。
圖17示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的與操作204對應的中間階段期間的剖視圖1700。如圖17中所示，執行圖案化製程以在裝置基底110的後側110b內形成溝渠1702a至1702e(統稱為1702)。溝渠1702a形成於相鄰的影像感測元件112a1與影像感測元件112a2之間，溝渠1702b形成於相鄰的影像感測元件112a2與影像感測元件112b1之間，溝渠1702c形成於相鄰的影像感測元件112b1與影像感測元件112b2之間，溝渠1702d形成於相鄰的影像感測元件112b2與影像感測元件112c1之間，且溝渠1702e形成於相鄰的影像感測元件112c1與影像感測元件112c2之間。溝渠1702包括由裝置基底110界定的側壁402S及亦由裝置基底110界定的在側壁402S之間延伸的底表面402B。在一些實施例中，可藉由在裝置基底110的後側110b上形成掩蔽層1704來對裝置基底110進行蝕刻。然後在未被掩蔽層1704覆蓋的區中將裝置基底110暴露於蝕刻劑。溝渠1702自裝置基底110的後側110b延伸至裝置基底110內的第一深度406。在蝕刻製程之後，可移除掩蔽層1704。在自影像感測元件112a1至112c2在側向上移除的位置處形成溝渠1702。在一些實施例中，溝渠1702在側向上環繞影像感測元件112a1至112c2中的每一者。關於溝渠1702的附加細節參照圖4所示溝渠402進行闡述且在本文中不再予以贅述。
圖18示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作204對應的中間階段期間的剖視圖1800。如圖18中所示， 在一些實施例中，在裝置基底110之上沈積高k介電襯墊142。高k介電襯墊142對溝渠1702的側壁402S及底表面402B進行襯墊。高k介電襯墊142可用作鈍化層且將裝置基底110與隨後沈積的隔離材料144(參見圖19)隔開。另外，高k介電襯墊142可有助於減輕相鄰的影像感測元件112a1至112c2之間的串擾。高k介電襯墊142可為共形層。在一些實施例中，如圖18中所示，高k介電襯墊142具有與裝置基底110的後側110b的側向表面共面的頂表面，高k介電襯墊142可自裝置基底110的後側110b之上的溝渠1702向上延伸且沿著裝置基底110的後側110b在側向上設置。關於高k介電襯墊142的附加細節參照圖5進行闡述且在本文中不再予以贅述。
圖19示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作204對應的中間階段期間的剖視圖1900。轉至圖19，使用隔離材料144對溝渠1702進行填充以形成隔離結構140。隔離結構140包括多個隔離結構區段1904a至1904e，每一隔離結構區段1904a至1904e由對應的溝渠界定(參見圖18)。在一些實施例中，隔離結構140可為深溝渠隔離(DTI)結構，例如後側深溝渠隔離(BDTI)結構。在存在高k介電襯墊142的一些實施例中，每一隔離結構區段1904a至1904e包括高k介電襯墊142及隔離材料144。沈積隔離材料144以對溝渠1702的未被高k介電襯墊142(若存在)填充的區域進行填充。圖19中所示的光學結構可為中間結構，且高k介電襯墊142及隔離材料144可經受或可不經受 使得所述層的頂表面可被變更的平坦化製程，如將在圖20中進行論述。關於隔離結構140的附加細節參照圖6進行闡述且在本文中不再予以贅述。
圖20示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作204對應的中間階段期間的剖視圖2000。在一些實施例中，使隔離材料144經受平坦化製程(例如，CMP製程)以形成平坦表面。在一些實施例中，如圖20中所示，移除高k介電襯墊142上方的隔離材料144，使得隔離材料144的頂表面與形成於裝置基底110的後側110b的側向表面上的高k介電襯墊142的頂表面共面或實質上共面。在其他實施例中，移除高k介電襯墊142上方的隔離材料144的一部分，以對隔離材料144的頂表面進行平坦化，使得隔離材料144的頂表面保留於高k介電襯墊142的頂表面上方，如圖20中所示。在替代實施例中，移除隔離材料144及高k介電襯墊142，使得隔離材料144的頂表面及高k介電襯墊142的頂表面二者皆與裝置基底110的後側110b共面或實質上共面。
參照圖20，在2×2畫素陣列設計中，光偵測區102b包括影像感測元件112b1及112b2。隔離結構區段1904b及隔離結構區段1904c對光偵測區102b的包括影像感測元件112b1的第一區進行界定，且隔離結構區段1904b及隔離結構區段1904d對光偵測區102b的包括影像感測元件112b2的第二區進行界定。隔離結構區段1904b及隔離結構區段1904d對光偵測區102b進行界定。 在一些實施例中，可移除隔離結構區段1904c以修改隔離結構140的光學性質。亦可移除隔離結構區段1904c以適應與圖12A中所示的設計相似的單個畫素設計。
圖21示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作206對應的中間階段期間的剖視圖2100。如圖21中所示，在裝置基底110及隔離結構140之上形成光透射層130。光透射層130具有與裝置基底110相對的後側130b及與裝置基底110的後側110b面對的前側130f。關於光透射層130的附加細節參照圖8進行闡述且在本文中不再予以贅述。
在光透射層130的材料與隔離結構140的隔離材料144相同的一些實施例中，可藉由相同的沈積製程形成光透射層130及隔離結構140二者。舉例而言，參照圖19，在形成於後側110b的側向表面上的高k介電襯墊142上方形成的隔離材料144可用作光透射層130。
圖22示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖2200。如圖22中所示，執行圖案化製程以在光透射層130的後側130b內形成隱埋柵格(BG)溝渠2202a至2202e(統稱為2202)。BG溝渠2202包括由光透射層130界定的側壁902S及亦由光透射層130界定的在側壁902S之間延伸的底表面902B。在一些實施例中，可藉由在光透射層130的後側130b上形成掩蔽層2204來對光透射層130進行蝕刻。然後在未被掩蔽層2204覆蓋的區中將光透射層130暴露於蝕 刻劑。蝕刻劑對光透射層130進行蝕刻以形成BG溝渠2202。BG溝渠2202自光透射層130的後側130b延伸至裝置基底110內的第二深度906。在蝕刻製程之後，可移除掩蔽層2204。在一些實施例中，在自影像感測元件112a1至112c2在側向上移除的位置處形成BG溝渠2202。在一些實施例中，BG溝渠2202在側向上環繞影像感測元件112a1至112c2中的每一者。在一些實施例中，BG溝渠2202在側向上偏移(例如，沿著x軸)以與影像感測元件112a1至112c2中的一或多者局部地交疊。關於BG溝渠2202的附加細節參照圖9中的BG溝渠902進行闡述且在本文中不再予以贅述。
圖23示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖2300。如圖23中所示，在一些實施例中，在裝置基底110之上沈積金屬氮化物層122’。金屬氮化物層122’對光透射層130的後側130b、BG溝渠2202的側壁902S及底表面902B進行襯墊。金屬氮化物層122’可用作障壁層且將光透射層130與隨後沈積的金屬層124’(參見圖24)隔開。另外，金屬氮化物層122’可有助於減輕相鄰的影像感測元件112a1至112c2之間的串擾。金屬氮化物層122’可為共形層。在一些實施例中，如圖23中所示，金屬氮化物層122’具有與光透射層130的後側130b的側向表面共面的頂表面，金屬氮化物層122’可自光透射層130的後側130b之上的BG溝渠2202向上延伸且沿著光透射層130的後側130b在側向上設置。關於金屬氮化物層122’的附加細節參照圖10進行闡述且在本文中不再予以贅述。
圖24示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖2400。如圖24中所示，使用金屬層124’對BG溝渠2202進行填充。沈積金屬層124’以對BG溝渠2202的未被金屬氮化物層122’(若存在)填充的區域進行填充。剖視圖2400可為中間結構，且金屬氮化物層122’及金屬層124’可經受或可不經受使得所述層的頂表面可被變更的平坦化製程，如將針對圖25進行論述。關於金屬層124’的附加細節參照圖11進行闡述且在本文中不再予以贅述。
圖25示出根據一些實施例的光學結構在製造操作的亦與操作208對應的中間階段期間的剖視圖2500。在一些實施例中，使金屬層124’及金屬氮化物層122’經受平坦化製程(例如，CMP製程)以形成平坦表面及隱埋柵格結構120。隱埋柵格結構120包括多個隱埋柵格結構區段2504a至2504e，每一隱埋柵格結構區段2504a至2504e由對應的BG溝渠2202a至2202e界定(參見圖23)。在一些實施例中，如圖25中所示，移除金屬層124’及金屬氮化物層122’的位於光透射層130的後側130b上方的部分以形成金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124，使得金屬氮化物柵格區段122的頂表面及金屬柵格區段124的頂表面與光透射層130的後側130b的頂表面或側向表面共面或實質上共面。
圖26示出根據一些實施例的包括隱埋柵格結構120的光學結構的剖視圖2600。圖26所示光學結構將圖25中所繪示的隱埋柵格結構120及隔離結構140與圖13E中所繪示的上部柵格 結構150合併於一起。可使用圖13A至圖13E中所繪示的操作在隱埋柵格結構120之上形成上部柵格結構150，且在本文中不再對相關說明予以贅述。首先，與圖13A相似，在隱埋柵格結構120之上形成毯覆層152’、154’及156’。接下來，與圖13B相似，將毯覆層152’、154’及156’暴露於光微影操作，以對毯覆層152’、154’及156’進行圖案化，進而形成上部柵格結構150的金屬氮化物柵格區段152、金屬柵格區段154及介電柵格區段156。在一些實施例中，光微影操作不僅對毯覆層152’、154’及156’進行圖案化，而且亦移除光透射層130的後側130b的被暴露出的部分以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分2612。凹陷部分2612具有由「D7」表示的厚度，所述厚度是在z方向上進行量測。可藉由自光透射層130的初始厚度810減去光透射層130的凹陷厚度2630來計算厚度「D7」。在一些實施方案中，量「D7」為自約0埃至約500埃。
另外，在隱埋柵格結構120相對於上部柵格結構150在側向上偏移或偏置開的一些實施例中，光微影操作移除隱埋柵格結構120的一部分，以在隱埋柵格結構120中形成凹口2620。舉例而言，由於上部柵格結構150的側向偏移或偏置而在圖案化期間被局部暴露出的隱埋柵格結構區段2504b及2504d具有形成於其中的凹口2620。在圖案化期間被完全暴露出的隱埋柵格結構區段2504a、2504c及2504e的厚度減小凹陷部分2612的厚度「D7」。在一些實施例中，光微影操作移除金屬氮化物柵格區段122的一 部分、金屬柵格區段124的一部分或金屬氮化物柵格區段122的一部分及金屬柵格區段124的一部分二者。在一些實施例中，如圖26中所示，凹口2620由金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124二者界定。在一些實施例中，凹口2620可具有在z方向上量測的厚度(所述厚度由「D7」表示)以及在x方向上量測的寬度(所述寬度由「D8」表示)。在一些實施例中，量「D7」為自約0埃至約500埃且量「D8」為自約0埃至約500埃。在一些實施例中，凹口2620的側壁由金屬柵格區段124界定且凹口1520的底表面由金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124界定。
在一些實施例中，上部柵格結構150與隔離結構140及隱埋柵格結構120在垂直方向上對準，以改善影像感測元件112a1至112c2中的每一者的佈置與對應的上部柵格結構150的佈置之間的對準。在其他實施例中，如圖26中所示，上部柵格結構150可在至少一個方向上相對於隱埋柵格結構120及/或隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D9」。可自隱埋柵格結構120的側壁902S至上部柵格結構150的側壁2606S對量「D9」進行量測。舉例而言，如圖26中所示，可自隱埋柵格結構區段2504b的側壁902S至上部柵格結構150的側壁2606S對量「D9」進行量測。在一些實施例中，量「D9」為自約0微米至約±0.2微米。儘管上部柵格結構150在遠離影像感測元件112b1的中心線2630的方向上偏移，然而應注意，依據所期望的光學性質而定，上部柵格結構150可朝向影像感測元件112b1的中心線2630偏移。
此外，在一些實施例中，隱埋柵格結構120可在至少一個方向上相對於隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D10」。可自溝渠402a的側壁402S至隱埋柵格結構120的側壁902S對量「D10」進行量測。舉例而言，如圖26中所示，可自隱埋柵格結構區段2504b的側壁902S至隔離結構區段1904b的側壁402S對量「D10」進行量測。在一些實施例中，量「D10」為自約0微米至約±0.2微米。在一些實施例中，量「D9」大於量「D10」。儘管隱埋柵格結構120在朝向影像感測元件112b1的中心線2630的方向上偏移，然而應注意，依據所期望的光學性質而定，隱埋柵格結構120可遠離影像感測元件112b1的中心線2630偏移。
在一些實施例中，與圖13C及圖15C相似，在光透射層130的被暴露出的側向表面(例如凹陷表面130r)、上部柵格結構1510及隱埋柵格結構120的被暴露出的部分(例如對凹口1520進行界定的金屬柵格區段124及金屬氮化物柵格區段122)之上形成介電頂蓋層1540。藉此，上部柵格結構1510位於介電頂蓋層1540內部且被介電頂蓋層1540環繞。在光透射層130之上形成彩色濾光片164a至164c。然後在彩色濾光片164a至164c上方形成微透鏡160a至160c。應注意，可藉由修改隔離結構140(例如藉由移除隔離結構區段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部柵格結構150(藉由移除上部柵格結構150的一或多個部分)而針對各種光條件對圖26中所繪示的光學結構進行調諧。
圖27示出根據一些實施例的包括隱埋柵格結構120的光學結構的剖視圖2700。圖27所示光學結構將圖25中所繪示的隱埋柵格結構120及隔離結構140與圖15C及圖15D中所繪示的上部柵格結構1510合併於一起。圖27所示光學柵格結構與圖26所示光學柵格結構相似，不同的是圖26所示上部柵格結構150被上部柵格結構1510替換。可使用圖15A至圖15D中所繪示的操作在隱埋柵格結構120之上形成上部柵格結構1510，且在本文中不再對相關說明予以贅述。首先，與圖15A相似，在隱埋柵格結構120之上形成氧化物材料層，例如氧化物材料層1506’。接下來，與圖15A相似，將氧化物材料層1506’暴露於光微影操作，以對氧化物材料層1506’進行圖案化且形成上部柵格結構1510的氧化物柵格區段1506。在一些實施例中，光微影操作不僅對氧化物材料層1506’進行圖案化，而且亦移除光透射層130的後側130b的被暴露出的部分，以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分2612，如前面所闡述。凹陷部分2612具有由「D7」表示的厚度，所述厚度是在z方向上進行量測。另外，在隱埋柵格結構120相對於上部柵格結構1510偏移或偏置開的一些實施例中，光微影操作移除隱埋柵格結構120的一部分，以在隱埋柵格結構120中形成凹口2620，如前面所闡述。應注意，可藉由修改隔離結構140(例如藉由移除隔離結構區段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部柵格結構1510(藉由移除上部柵格結構1510的一或多個部分)而針對各種光條件對圖27中所繪示的光學結構進行調諧。
圖28示出根據一些實施例的包括隱埋柵格結構120的光學結構的剖視圖2800。圖28所示光學結構將圖25中所繪示的隱埋柵格結構120及隔離結構140與圖14B及圖14C中所繪示的上部柵格結構1410合併於一起。可使用圖14A至圖14C中所繪示的操作在隱埋柵格結構120之上形成上部柵格結構1410，且在本文中不再對相關說明予以贅述。首先，與圖14A相似，在光透射層130的後側130b之上形成介電頂蓋層，例如介電頂蓋層1404。接下來，若介電頂蓋層在先前形成於光透射層130之上，則在介電頂蓋層1404之上形成低n材料層，例如低n材料層1406’。接下來，與圖14B相似，將低n材料層1406’暴露於光微影操作以對低n材料層1406’進行圖案化且形成低n材料柵格區段1406，低n材料柵格區段1406構成上部柵格結構1410。在一些實施例中，介電頂蓋層1404在光微影操作期間用作蝕刻停止件，以保護光透射層130的後側130b不被蝕刻。與圖14C相似，在光透射層130之上形成彩色濾光片164a至164c。然後在彩色濾光片164a至164c上方形成微透鏡160a至160c。隱埋柵格結構120及/或上部柵格結構1410可如前面所闡述般偏移或偏置開。應注意，可藉由修改隔離結構140(例如藉由移除隔離結構區段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部柵格結構1410(藉由移除上部柵格結構1410的一或多個部分)而針對各種光條件對圖28中所繪示的光學結構進行調諧。
圖29A至圖29D示出根據一些實施例的光學結構在製 造操作的中間階段期間的剖視圖2900，所述光學結構可與圖1B所示影像感測器裝置100B一起使用。參照圖29A至圖29D，在一些實施例中，在光透射層130的後側130b之上形成上部柵格結構2910。在一些實施例中，上部柵格結構2910是複合柵格結構。上部柵格結構2910可包括金屬區段、金屬氮化物區段、介電區段、低n材料及/或有機區段。在一些實施例中，自俯視圖來看，上部柵格結構2910可具有四邊形形狀或圓形形狀。在一些實施例中，上部柵格結構2910與隱埋柵格結構120在垂直方向上對準。在一些實施例中，上部柵格結構2910與隔離結構140在垂直方向上對準。在一些實施例中，上部柵格結構2910與隱埋柵格結構120及隔離結構140二者對準。在一些實施例中，上部柵格結構2910相對於隱埋柵格結構120及隔離結構140中的至少一者在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，例如如圖29B中所示。
參照圖29A，圖29A繪示出上部柵格結構2910的一個實例的形成，其中上部柵格結構2910是複合結構。可選地，當欲形成複合柵格時，隨後在光透射層130上方形成金屬氮化物層152’。在光透射層130之上形成金屬層154’，或者若金屬氮化物層在先前形成於光透射層130之上，則在金屬氮化物層152’之上形成金屬層154’。
隨後執行光微影操作，其中藉由掩蔽層2908對金屬氮化物層152’及金屬層154’進行圖案化以形成上部柵格結構2910。具體而言，將金屬氮化物層152’及金屬層154’暴露於光微影操 作，以將金屬氮化物層152’及金屬層154’分別圖案化成金屬氮化物柵格區段152及金屬柵格區段154，金屬氮化物柵格區段152與金屬柵格區段154構成上部柵格結構2910。應注意，自俯視圖角度來看，金屬氮化物柵格區段152及金屬柵格區段154可具有圓形形狀或四邊形形狀。另外，金屬氮化物柵格區段152及金屬柵格區段154(其隨後將成為上部柵格結構2910的一部分)可相對於隔離結構140及隱埋柵格結構120在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)，以改善影像感測元件112a1至112c2中的每一者的佈置與對應的上部柵格結構2910的佈置之間的對準。隨後移除掩蔽層2908。
在一些實施例中，光微影操作不僅對金屬氮化物層152’及金屬層154’進行圖案化，而且亦移除光透射層130的後側130b的被暴露出的部分以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分2912。凹陷部分2912具有由「D11」表示的厚度，所述厚度是在z方向上進行量測。
另外，在隱埋柵格結構120相對於上部柵格結構2910偏移或偏置開的一些實施例中，光微影操作移除隱埋柵格結構120的一部分，以在隱埋柵格結構120中形成凹口2920。舉例而言，由於上部柵格結構2910的側向偏移或偏置而在圖案化期間被局部地暴露出的隱埋柵格結構區段2504b及2504d具有形成於其中的凹口2920。在圖案化期間被完全暴露出的隱埋柵格結構區段2504a、2504c及2504e的厚度減小凹陷部分2912的厚度「D11」。 可藉由自光透射層130的初始厚度810減去光透射層130的凹陷厚度1530來計算厚度「D11」。在一些實施例中，量「D11」介於自約0埃至約500埃的範圍內。
在一些實施例中，光微影操作移除金屬氮化物柵格區段122的一部分、金屬柵格區段124的一部分或金屬氮化物柵格區段122的一部分及金屬柵格區段124的一部分二者。在一些實施例中，如圖29B中所示，凹口2920由金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124二者界定。在一些實施例中，凹口2920可具有在z方向上量測的厚度(所述厚度由「D11」表示)以及在x方向上量測的寬度(所述寬度由「D12」表示)。在一些實施例中，量「D11」為自約0埃至約500埃且量「D12」為自約0埃至約500埃。在一些實施例中，凹口2920的側壁由金屬柵格區段124界定且凹口2920的底表面由金屬氮化物柵格區段122及金屬柵格區段124二者界定。
在一些實施例中，上部柵格結構2910與隔離結構140及隱埋柵格結構120在垂直方向上對準，以改善影像感測元件112a1至112c2中的每一者的佈置與對應的上部柵格結構2910的佈置之間的對準。在其他實施例中，如圖29B中所示，上部柵格結構2910可在至少一個方向上相對於隱埋柵格結構120及/或隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D13」。可自隱埋柵格結構120的側壁902S至上部柵格結構2910的側壁2910S對量「D13」進行量測。舉例而言，如圖29B中所示，可自 隱埋柵格結構區段2504b的側壁902S至上部柵格結構2910的側壁2910S對量「D13」進行量測。在一些實施例中，量「D13」為自約0微米至約±0.2微米。儘管上部柵格結構2910在朝向影像感測元件112b1的中心線2630的方向上偏移，然而應注意，依據所期望的光學性質而定，上部柵格結構2910可遠離影像感測元件112b1的中心線2630偏移。
此外，在一些實施例中，隱埋柵格結構120可在至少一個方向上相對於隔離結構140在側向上偏移或偏置開(例如，沿著x軸)量「D14」。可自溝渠402a的側壁402S至隱埋柵格結構120的側壁902S對量「D14」進行測量。舉例而言，如圖29B中所示，可自隱埋柵格結構區段2504b的側壁902S至隔離結構區段1904b的側壁402S對量「D14」進行測量。在一些實施例中，量「D14」為自約0微米至約±0.2微米。在一些實施例中，量「D13」大於量「D14」。儘管隱埋柵格結構120在遠離影像感測元件112b1的中心線2630的方向上偏移，然而應注意，依據所期望的光學性質而定，隱埋柵格結構120可朝向影像感測元件112a2的中心線2630偏移。
轉至圖29C，在上部柵格結構2910及光透射層130的凹陷表面130r之上形成介電層2950。介電層2950可包含氧化物，例如氧化矽(SiO2)、氧化鉿(HfO2)或類似材料。在一些實施例中，介電層2950包含與隔離材料144相同的材料。在其他實施例中，介電層2950包含與隔離材料144的材料不同的材料。介電層 2950的沈積可涉及各種技術，例如CVD、電漿增強型化學氣相沈積(PECVD)、大氣壓力化學氣相沈積(APCVD)、低壓CVD(LPCVD)、高密度電漿CVD(HDPCVD)、原子層CVD(ALCVD)、次大氣壓CVD(SACVD)、PVD、原子層沈積(ALD)、濺鍍及/或其他合適的操作。介電層2950的折射率可小於矽的折射率。在沈積之後，可將介電層2950暴露於平坦化製程。在一些實施例中，介電層2950具有介於自約3500埃至約6000埃的範圍內的厚度2960。
轉至圖29D，可在介電層2950之上形成彩色濾光片164a至164c。然後在彩色濾光片164a至164c上方形成微透鏡160a至160c。應注意，可藉由修改隔離結構140(例如藉由移除隔離結構區段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部柵格結構2910(藉由移除上部柵格結構2910的一或多個部分)而針對各種光條件對圖29中所繪示的光學結構進行調諧。
根據實施例，提供一種光學結構。所述光學結構包括：基底，具有前側及與所述前側相對的後側；多個影像感測元件，佈置於所述基底內；以及深溝渠隔離(DTI)結構，設置於相鄰的影像感測元件之間。所述DTI結構自所述基底的所述後側在所述基底內延伸至第一深度且在側向上環繞所述多個影像感測元件。所述光學結構更包括形成於所述基底的所述後側之上的光透射層。所述光透射層包括第一側、與所述第一側相對的第二側，且所述第二側與所述基底的所述後側相鄰。所述光學結構更包括位 於所述光透射層中的隱埋柵格結構，所述隱埋柵格結構自所述光透射層的所述第一側在所述光透射層內延伸至第二深度。在實施例中，所述隱埋柵格結構包括被金屬氮化物區段環繞的金屬區段。在實施例中，所述金屬區段包含鎢且所述金屬氮化物區段包含氮化鈦。在實施例中，所述光學結構更包括自所述光透射層的所述第一側向上延伸的上部柵格結構。在實施例中，所述上部柵格結構相對於所述隱埋柵格結構在側向上偏置開。在實施例中，所述隱埋柵格結構與所述DTI結構在垂直方向上對準。在實施例中，所述隱埋柵格結構相對於所述DTI結構偏置開。在實施例中，所述上部柵格結構的中心線與所述隱埋柵格結構的中心線在垂直方向上對準。在實施例中，所述隱埋柵格結構的所述中心線與所述DTI結構的中心線在垂直方向上對準。在實施例中，所述光學結構更包括形成於所述基底的所述後側之上的彩色濾光片層以及位於所述彩色濾光片層之上的微透鏡。所述彩色濾光片層形成於由所述上部柵格結構界定的開口中。
根據另一實施例，提供一種光學結構。所述光學結構包括：基底，具有前側及與所述前側相對的後側；多個影像感測元件，佈置於所述基底內；隔離結構，位於所述基底中，環繞所述影像感測元件；光透射層，與所述基底的所述後側相鄰地形成；以及隱埋柵格結構，形成於所述光透射層中。所述隱埋柵格結構包括分別環繞所述多個影像感測元件的外周邊的多個隱埋柵格結構區段，使得由所述隱埋柵格結構區段界定的多個間隙上覆於所 述多個影像感測元件上。所述隱埋柵格結構包含金屬、金屬氮化物或其組合。所述光學結構更包括形成於所述光透射層之上的上部柵格結構。所述上部柵格結構包括分別環繞所述多個影像感測元件的所述外周邊的多個上部柵格結構區段，使得由所述上部柵格結構區段界定的多個開口上覆於所述多個影像感測元件上。所述光學結構更包括佈置於所述開口中的彩色濾光片。在實施例中，所述隱埋柵格結構相較於所述上部柵格結構更靠近所述隔離結構。在實施例中，所述上部柵格結構的高度大於所述隱埋柵格結構的高度。在實施例中，所述隱埋柵格結構與所述上部柵格結構包含相同的材料。在實施例中，所述隱埋柵格結構及所述上部柵格結構包含鎢及氮化鈦。
根據又一實施例，提供一種形成光學結構的方法。所述方法包括在基底中形成多個影像感測元件，所述基底具有前側及與所述前側相對的後側。所述方法更包括形成設置於相鄰的影像感測元件之間的深溝渠隔離(DTI)結構，其中所述DTI結構環繞所述多個影像感測元件。所述方法更包括在所述基底的所述後側上形成光透射層，所述光透射層包括第一側、與所述第一側相對的第二側，所述第二側與所述基底的所述後側相鄰。所述方法更包括在所述光透射層中形成隱埋柵格結構，所述隱埋柵格結構自所述光透射層的所述第一側在所述光透射層內延伸至第二深度。藉由以下方法形成所述隱埋柵格結構：在所述光透射層中形成溝渠；在所述溝渠中沈積金屬氮化物層；以及使用金屬材料對所述 溝渠進行填充。在實施例中，所述隱埋柵格結構由分別環繞所述多個影像感測元件的外周邊的多個隱埋柵格結構區段構成，使得由所述隱埋柵格結構區段界定的多個間隙上覆於所述多個影像感測元件上。在實施例中，所述方法更包括對所述隱埋柵格結構進行平坦化，使得所述金屬氮化物層的上表面及所述金屬層的上表面與所述光透射層的所述第一側共面。在實施例中，形成所述DTI結構包括：在所述基底內形成自所述基底的所述後側延伸至第一深度的DTI溝渠；在所述DTI溝渠的側壁及底表面之上沈積高k介電襯墊；以及使用隔離材料對所述DTI溝渠進行填充。所述隔離材料在所述基底的所述後側上方延伸一厚度。在實施例中，所述光透射層與所述隔離材料由相同的材料構成。
以上概述了若干實施例的特徵，以使熟習此項技術者可更佳地理解本揭露的態樣。熟習此項技術者應理解，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/或達成與本文中所介紹的實施例相同的優點。熟習此項技術者亦應認識到，此種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其作出各種改變、取代及變更。
100A:光學結構 102a、102b、102c:光偵測區 110:裝置基底 110b、130b:後側 110f、130f:前側 112a、112b、112c:影像感測元件 114:入射光 120:隱埋柵格結構 121a、121b:隱埋柵格結構區段 122:金屬氮化物柵格區段 124:金屬柵格區段 130:光透射層 140:隔離結構 141a、141b:隔離結構區段 142:高k介電襯墊 144:隔離材料 150:上部柵格結構 152:金屬氮化物柵格區段/柵格區段 154:金屬柵格區段/柵格區段 156:介電柵格區段/柵格區段 158:開口 160a、160b、160c:微透鏡 164a、164b、164c:彩色濾光片 168:介電頂蓋層 x、z:方向

Claims (10)

  1. 一種光學結構，包括：基底，具有前側及與所述前側相對的後側；多個影像感測元件，佈置於所述基底內；深溝渠隔離(DTI)結構，設置於所述多個影像感測元件中相鄰的影像感測元件之間，自所述基底的所述後側在所述基底內延伸至第一深度且在側向上環繞所述多個影像感測元件；光透射層，形成於所述基底的所述後側之上，所述光透射層包括第一側、與所述第一側相對的第二側，所述第二側與所述基底的所述後側相鄰；以及隱埋柵格結構，位於所述光透射層中，所述隱埋柵格結構自所述光透射層的所述第一側在所述光透射層內延伸至第二深度。
  2. 如請求項1所述的光學結構，更包括自所述光透射層的所述第一側向上延伸的上部柵格結構。
  3. 如請求項2所述的光學結構，其中所述上部柵格結構相對於所述隱埋柵格結構在側向上偏置開。
  4. 如請求項2所述的光學結構，其中所述上部柵格結構的中心線與所述隱埋柵格結構的中心線在垂直方向上對準。
  5. 一種光學結構，包括：基底，具有前側及與所述前側相對的後側；多個影像感測元件，佈置於所述基底內；隔離結構，位於所述基底中，環繞所述多個影像感測元件； 光透射層，與所述基底的所述後側相鄰地形成；隱埋柵格結構，形成於所述光透射層中，所述隱埋柵格結構由分別環繞所述多個影像感測元件的外周邊的多個隱埋柵格結構區段構成，使得由所述多個隱埋柵格結構區段界定的多個間隙上覆於所述多個影像感測元件上，其中所述隱埋柵格結構包含金屬、金屬氮化物或其組合；以及上部柵格結構，形成於所述光透射層之上，所述上部柵格結構由分別環繞所述多個影像感測元件的所述外周邊的多個上部柵格結構區段構成，使得由所述多個上部柵格結構區段界定的多個開口上覆於所述多個影像感測元件上。
  6. 如請求項5所述的光學結構，其中所述隱埋柵格結構相較於所述上部柵格結構更靠近所述隔離結構。
  7. 如請求項6所述的光學結構，其中所述上部柵格結構的高度大於所述隱埋柵格結構的高度。
  8. 一種形成光學結構的方法，包括：在基底中形成多個影像感測元件，所述基底具有前側及與所述前側相對的後側；形成設置於所述多個影像感測元件中相鄰的影像感測元件之間的深溝渠隔離(DTI)結構，其中所述深溝渠隔離結構環繞所述多個影像感測元件；在所述基底的所述後側上形成光透射層，所述光透射層包括第一側、與所述第一側相對的第二側，所述第二側與所述基底的 所述後側相鄰；以及在所述光透射層中形成隱埋柵格結構，所述隱埋柵格結構自所述光透射層的所述第一側在所述光透射層內延伸至第二深度，其中形成所述隱埋柵格結構包括：在所述光透射層中形成溝渠；在所述溝渠中沈積金屬氮化物層；以及使用金屬材料對所述溝渠進行填充。
  9. 如請求項8所述的方法，其中所述隱埋柵格結構由分別環繞所述多個影像感測元件的外周邊的多個隱埋柵格結構區段構成，使得由所述多個隱埋柵格結構區段界定的多個間隙上覆於所述多個影像感測元件上。
  10. 如請求項9所述的方法，更包括對所述隱埋柵格結構進行平坦化，使得所述金屬氮化物層的上表面及所述金屬材料的上表面與所述光透射層的所述第一側實質上共面。
TW112105273A 2022-07-15 2023-02-15 光學結構及其製造方法 TWI839112B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US17/865,769 US20240021636A1 (en) 2022-07-15 2022-07-15 Optical structure and method for manufacturing the same
US17/865,769 2022-07-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW202406123A TW202406123A (zh) 2024-02-01
TWI839112B true TWI839112B (zh) 2024-04-11

Family

ID=89509181

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW112105273A TWI839112B (zh) 2022-07-15 2023-02-15 光學結構及其製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20240021636A1 (zh)
CN (1) CN220693264U (zh)
TW (1) TWI839112B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103000644A (zh) * 2011-09-16 2013-03-27 索尼公司 固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和电子装置
US20140077323A1 (en) * 2012-09-19 2014-03-20 Aptina Imaging Corporation Imaging systems with backside illuminated near infrared imaging pixels
TWI509781B (zh) * 2012-03-08 2015-11-21 Taiwan Semiconductor Mfg Co Ltd 半導體結構與其製法
TWI736944B (zh) * 2018-09-25 2021-08-21 台灣積體電路製造股份有限公司 影像感測元件及操作影像感測元件之方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103000644A (zh) * 2011-09-16 2013-03-27 索尼公司 固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和电子装置
TWI509781B (zh) * 2012-03-08 2015-11-21 Taiwan Semiconductor Mfg Co Ltd 半導體結構與其製法
US20140077323A1 (en) * 2012-09-19 2014-03-20 Aptina Imaging Corporation Imaging systems with backside illuminated near infrared imaging pixels
TWI736944B (zh) * 2018-09-25 2021-08-21 台灣積體電路製造股份有限公司 影像感測元件及操作影像感測元件之方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW202406123A (zh) 2024-02-01
US20240021636A1 (en) 2024-01-18
CN220693264U (zh) 2024-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11495632B2 (en) Back side illuminated image sensor with deep trench isolation structures and self-aligned color filters
US10269857B2 (en) Image sensor comprising reflective guide layer and method of forming the same
US9786716B2 (en) Method of fabricating semiconductor image sensor device having back side illuminated image sensors with embedded color filters
US11569289B2 (en) Image sensor having stress releasing structure and method of forming same
TW201916775A (zh) 半導體結構及其形成方法
TWI685093B (zh) 影像感測器、半導體影像感測器及其製造方法
US9620550B2 (en) Backside illuminated image sensor structure
TWI724073B (zh) 半導體影像感測裝置及其形成方法
TW202018928A (zh) 形成自對準柵格的方法與用於bsi影像感測器的半導體結構
KR20110079323A (ko) 이미지 센서 및 그 제조방법
JP6083572B2 (ja) 固体撮像装置及びその製造方法
KR20200051867A (ko) 이미지 센서 및 이의 형성 방법
TWI839112B (zh) 光學結構及其製造方法
JP2015023199A (ja) 固体撮像装置
US20240055462A1 (en) Image sensor device and manufacturing method thereof
US20240120362A1 (en) Backside illuminated image sensor and manufacturing method thereof
US11862654B2 (en) Trench isolation structure for image sensors
KR20210053264A (ko) 이미지 센서 디바이스용 차광층
CN116779621A (zh) 图像传感器
CN116525626A (zh) 图像传感器
CN110828490A (zh) 背照式影像传感器