在具有類ono結(jié)構(gòu)的背照式圖像傳感器中形成隱埋式濾色器的制造方法
【專利說明】在具有類ΟΝΟ結(jié)構(gòu)的背照式圖像傳感器中形成隱埋式濾色
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[0001]優(yōu)先權(quán)數(shù)據(jù)
[0002]本申請是2014 年 6 月 18 日提交的標(biāo)題為“Forming of Buried Color Filtersin a Back Side Illuminated Image Sensor Using an Etching-Stop Layer，，的美國專利申請第14/307,781號(hào)的連續(xù)申請(代理人案號(hào)為TSMC2014-0257/24061.2843)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及半導(dǎo)體圖像傳感器件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體圖像傳感器被用于感測諸如光的輻射?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)和電荷耦合器件(CCD)傳感器被廣泛用于各種應(yīng)用，諸如數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)攝像頭的應(yīng)用。這些設(shè)備利用襯底中的像素(可包括光電二極管和晶體管)陣列來吸收投向襯底的輻射并且將所感測到的輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
[0005]背照式(BSI)圖像傳感器件是圖像傳感器件的一種類型。這些BSI圖像傳感器件可用于檢測來自背側(cè)的光。與前照式(FSI)圖像傳感器件相比，BSI圖像傳感器件具有更好的性能，尤其在低光照條件下。然而，制造BSI圖像傳感器件的傳統(tǒng)方法仍然會(huì)導(dǎo)致BSI圖像傳感器件的特定缺陷。例如，傳統(tǒng)BSI圖像傳感器的制造通常在遮光金屬柵格上方的平面上形成濾色器陣列。然而，在金屬柵格上方設(shè)置濾色器陣列使得光在可被所期望的像素檢測到之前經(jīng)過較長的光學(xué)路徑。在金屬柵格上方設(shè)置濾色器陣列還要求濾色器陣列和金屬柵格之間的精確對準(zhǔn)，因?yàn)槿魏畏菍?zhǔn)都會(huì)引起相鄰像素之間不期望的串?dāng)_。
[0006]因此，雖然現(xiàn)有的BSI圖像傳感器件總的來說足以滿足它們預(yù)期的目的，但它們并不是在每個(gè)方面都完全令人滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種半導(dǎo)體圖像傳感器件，包括:襯底，具有第一側(cè)和與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)；互連結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述襯底的第一側(cè)上方；多個(gè)輻射感測區(qū)域，位于所述襯底中，所述輻射感測區(qū)域被配置為感測從所述第二側(cè)進(jìn)入所述襯底的輻射；多個(gè)阻光結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述襯底的第二側(cè)上方；鈍化層，涂覆在每一個(gè)阻光結(jié)構(gòu)的頂面和側(cè)壁上；以及多個(gè)間隔件，設(shè)置在所述鈍化層的涂覆在所述阻光結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的部分上。
[0008]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述阻光結(jié)構(gòu)部分地限定多個(gè)開口，每一個(gè)開口均與對應(yīng)的一個(gè)輻射感測區(qū)域垂直對準(zhǔn)。
[0009]該半導(dǎo)體圖像傳感器件還包括:設(shè)置在所述開口中的多個(gè)濾色器，所述濾色器通過所述鈍化層和所述間隔件與所述阻光結(jié)構(gòu)隔開。
[0010]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，每一個(gè)間隔件的最大橫向尺寸在約100埃至約1500埃的范圍內(nèi)。
[0011]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述鈍化層比所述間隔件更透明；以及所述間隔件不具有設(shè)置在所述阻光結(jié)構(gòu)的頂面上方的部分。
[0012]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述鈍化層和所述間隔件的材料組成被配置為在所述鈍化層和所述間隔件之間存在蝕刻選擇性
[0013]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述鈍化層包括第一介電材料；以及所述間隔件均包括金屬材料或不同于所述第一介電材料的第二介電材料。
[0014]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述第一介電材料包括氧化硅；所述第二介電材料包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或氮化鈦；以及所述金屬材料包括鎢、鋁銅或銅。
[0015]該半導(dǎo)體圖像傳感器件還包括:抗反射涂覆(ARC)層，設(shè)置在所述襯底的第二側(cè)上方；以及緩沖層，設(shè)置在所述ARC層上方，所述阻光結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述緩沖層上方。
[0016]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述阻光結(jié)構(gòu)均包括鋁。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體圖像傳感器件，包括:襯底，具有前側(cè)和與所述前側(cè)相對的背側(cè)；互連結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述襯底的前側(cè)上方；多個(gè)像素，設(shè)置在所述襯底中，所述像素被配置為感測通過所述背側(cè)進(jìn)入所述襯底的光；多個(gè)光反射結(jié)構(gòu)，設(shè)置在所述襯底的背側(cè)上方；鈍化層，涂覆在每一個(gè)光反射結(jié)構(gòu)的頂面和側(cè)壁上；多個(gè)間隔件，設(shè)置在所述鈍化層的涂覆在所述光反射結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上的部分上而沒有設(shè)置在所述光反射結(jié)構(gòu)的頂面上方，其中，所述間隔件和所述鈍化層的材料組成被配置為使得所述間隔件和所述鈍化層具有充分不同的蝕刻速率；以及多個(gè)濾色器，設(shè)置在所述光反射結(jié)構(gòu)之間，每一個(gè)所述濾色器均與對應(yīng)的一個(gè)像素對準(zhǔn)，并且所述濾色器通過所述鈍化層和所述間隔件與所述光反射結(jié)構(gòu)隔咼。
[0018]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，每一個(gè)所述間隔件的最大橫向尺寸在約100埃至約1500埃的范圍內(nèi)。
[0019]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述鈍化層比所述間隔件更透明。
[0020]在該半導(dǎo)體圖像傳感器件中，所述鈍化層包括氧化硅；所述間隔件均包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化鈦、鎢、鋁銅或銅；以及所述光反射結(jié)構(gòu)均包括鋁。
[0021]該半導(dǎo)體圖像傳感器件還包括:抗反射涂覆(ARC)層，設(shè)置在所述襯底的背側(cè)上方；以及緩沖層，設(shè)置在所述ARC層上方，所述光反射結(jié)構(gòu)設(shè)置在所述緩沖層上方。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體圖像傳感器件的方法，包括:提供包括像素區(qū)域、外圍區(qū)域和接合焊盤區(qū)域的襯底，所述像素區(qū)域包括多個(gè)感光像素，所述襯底具有第一側(cè)和與所述第一側(cè)相對的第二側(cè)；將所述襯底的第一側(cè)接合至載體襯底；在接合之后從所述第二側(cè)處減薄所述襯底；在減薄之后，在所述襯底的第二側(cè)上方形成多個(gè)光反射結(jié)構(gòu)，所述光反射結(jié)構(gòu)部分地限定多個(gè)開口，每一個(gè)開口均與對應(yīng)的一個(gè)像素對準(zhǔn)；在所述光反射結(jié)構(gòu)的每一個(gè)上涂覆第一層；在所述第一層上涂覆第二層，所述第二層和所述第一層具有不同的材料組成；用第三層填充所述開口，所述第三層和所述第二層具有不同的材料組成；去除所述接合焊盤區(qū)域中的所述襯底的一部分；此后在所述接合焊盤區(qū)域中形成接合焊盤；此后蝕刻所述第三層，所述第二層在蝕刻所述第三層期間用作第一蝕刻停止層；以及此后蝕刻所述第二層，所述第一層在蝕刻所述第二層期間用作第二蝕刻停止層。
[0023]該方法還包括:在蝕刻所述第二層之后，在所述開口中形成多個(gè)濾色器。
[0024]在該方法中，使用干蝕刻工藝來執(zhí)行所述第二層的蝕刻，從而形成設(shè)置在所述光反射結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上方的多個(gè)間隔件，所述間隔件是所述第二層在蝕刻所述第二層之后遺留的部分。
[0025]在該方法中，以下列方式執(zhí)行所述第一層的形成、所述第二層的形成和所述第三層的形成:所述第一層包括氧化硅；所述第二層包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化鈦、鎢、鋁銅或銅；以及所述第三層包括氧化硅。
[0026]該方法還包括:在所述襯底和所述光反射結(jié)構(gòu)之間形成抗反射涂覆(ARC)層和緩沖層。
【附圖說明】
[0027]當(dāng)閱讀附圖時(shí)，可以根據(jù)以下詳細(xì)的描述來更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。注意，根據(jù)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種附圖沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了討論的清楚，各種部件的尺寸可以任意地增加或減小。
[0028]圖1至圖26是根據(jù)一些實(shí)施例的處于各個(gè)制造階段的圖像傳感器件的一部分的簡化截面圖。
[0029]圖27和圖28是均示出根據(jù)一些實(shí)施例的制造圖像傳感器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下公開提供了許多不同的用于實(shí)施本發(fā)明主題的不同特征的實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述部件或配置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件形成附件部件使得第一部件和第二部分沒有直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。這些重復(fù)是為了簡化和清楚，其本身并不表示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0031]此外，為了易于描述，可以使用空間相對術(shù)語(諸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述圖中所示一個(gè)元件或部件與另一個(gè)元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的定向之外，空間相對術(shù)語還包括設(shè)備在使用或操作過程中的不同定向。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他定向)，本文所使用的空間相對描述可因此進(jìn)行類似的解釋。
[0032]圖1至圖26是根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的處于各個(gè)制造階段的BSI圖像傳感器件30的簡化示意性截面?zhèn)纫晥D。圖像傳感器件30包括像素的陣列或柵格，用于感測和記錄朝著圖像傳感器件30的背側(cè)導(dǎo)向的輻射(諸如光)的強(qiáng)度。圖像傳感器件30可包括電荷耦合器件(CCD)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器(CIS)、有源像素傳感器(APS)或無源像素傳感器。圖像傳感器件30還包括設(shè)置為與像素柵格相鄰的附加電路和輸入/輸出，用于為像素提供操作環(huán)境并支持與像素的外部通信。應(yīng)該理解，為了更好地理解本發(fā)明的發(fā)明概念而簡化了圖2至圖6，并且可以不按比例繪制。
[0033]參照圖1，圖像傳感器件30包括器件襯底32。在所示實(shí)施例中，器件襯底32包括摻有P型摻雜物(諸如硼)的硅材料(例如，P型襯底)?？蛇x地，器件襯底32可包括另一種適當(dāng)?shù)陌雽?dǎo)體材料。例如，器件襯底32可包括摻有η型摻雜物(諸如磷或砷)的硅(η型襯底)。器件襯底32還可以包括諸如鍺和金剛石的其他元素半導(dǎo)體。器件襯底32可任選地包括化合物半導(dǎo)體和/或合金半導(dǎo)體。此外，器件襯底32可包括取向附生層(外延層)，可以發(fā)生應(yīng)變以增強(qiáng)性能，以及可以包括絕緣體上硅(SOI)襯底。
[0034]器件襯底32具有前側(cè)(也稱為前面)34和背側(cè)(也稱為背面)36。器件襯底32還具有初始厚度38，其在約100微米(um)至約3000um的范圍內(nèi)。在本實(shí)施例中，初始厚度38在約500um至約lOOOum的范圍內(nèi)。
[0035]在器件襯底32中形成輻射感測區(qū)域，例如，像素40、41和42。像素40至42被配置為感測從背側(cè)36朝向器件襯底32投射的輻射(或輻射波)，諸如，入射光43。光43可以穿過背側(cè)36(或背面)進(jìn)入器件襯底32，并且可以被像素40至42中的一個(gè)或多個(gè)檢測至IJ。在本實(shí)施例中，像素40至42均包括光電二極管。在其他實(shí)施例中，像素40至42可包括固定層光電二極管、光柵、復(fù)位晶體管、源極跟隨器晶體管和傳輸晶體管。像素40至42還可以被稱為輻射檢測器件或光傳感器。
[0036]像素40至42可以相互不同以具有不同的結(jié)深度、厚度、寬度等。為了簡化，在圖1中僅示出了三個(gè)像素40至42，但應(yīng)該理解，可以在器件襯底32中實(shí)現(xiàn)任何數(shù)量的像素。在所示實(shí)施例中，通過在器件襯底32上從前側(cè)34實(shí)施注入工藝46來形成像素40至42。注入工藝46包括用諸如硼的p型摻雜物來摻雜器件襯底32。在可選實(shí)施例中，注入工藝46可包括用諸如磷或砷的η型摻雜物來摻雜器件襯底32。在其他實(shí)施例中，還可以通過擴(kuò)散工藝來形成像素40至42。
[0037]像素40至42通過器件襯底32中的多個(gè)間隙而相互分隔。例如，間隙45將像素40與其左側(cè)相鄰的像素(未示出)分隔，間隙46分隔像素40和4