Cmos圖像傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，包括載體、襯底、感光器件和接合層。襯底位于載體上面，并且具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面。襯底包括第二表面中的倒金字塔形的凹槽。感光器件設(shè)置在襯底的第一表面上。接合層設(shè)置在襯底與載體之間。本發(fā)明還提供了用于制造半導(dǎo)體器件的方法。
【專利說(shuō)明】
CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體圖像傳感器用于感測(cè)光。通常，半導(dǎo)體圖像傳感器包括互補(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，它們廣泛用于各種應(yīng)用中，諸如數(shù)字靜物照相機(jī)(DSC)、手機(jī)照相機(jī)、數(shù)字視頻(DV)和數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)應(yīng)用。這些半導(dǎo)體圖像傳感器利用圖像傳感器元件的陣列以吸收光并且將感測(cè)的光轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或電信號(hào)，每個(gè)圖像傳感器元件都包括光電二極管和其他的元件。
[0003]前照式(FSI) CMOS圖像傳感器和背照式(BSI) CMOS圖像傳感器是兩種類型的CMOS圖像傳感器。FSI CMOS圖像傳感器可用于檢測(cè)從其前側(cè)投射的光，而B(niǎo)SI CMOS圖像傳感器可用于檢測(cè)從其背側(cè)投射的光。當(dāng)光投射進(jìn)FSI CMOS圖像傳感器或BSI CMOS圖像傳感器時(shí)，生成光電子，然后圖像傳感器的像素中的感光器件感測(cè)光電子。生成的光電子越多，圖像傳感器具有的量子效率越好，因此提高CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。
[0004]然而，當(dāng)CMOS圖像傳感器技術(shù)快速發(fā)展時(shí)，期望具有更高量子效率的CMOS圖像傳感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:
[0006]載體；
[0007]襯底，位于載體上面，并且襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面，其中，襯底包括第二表面中的多個(gè)倒金字塔形的凹槽；
[0008]多個(gè)感光器件，設(shè)置在襯底的第一表面上；以及
[0009]接合層，設(shè)置在襯底與載體之間。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，襯底包括華夫結(jié)構(gòu)，華夫結(jié)構(gòu)包括倒金字塔形的凹槽。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)倒金字塔形的凹槽的表面都是濕蝕刻的表面。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，每個(gè)倒金字塔形的凹槽的寬度、長(zhǎng)度和深度中的每個(gè)都在從1nm至1000nm的范圍內(nèi)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，接合層將襯底的第二表面接合至載體，并且倒金字塔形的凹槽與載體相對(duì)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，載體由硅形成，并且接合層由二氧化硅、氮化硅或氮氧化娃形成。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，接合層將襯底的第一表面接合至載體，并且感光器件與載體相對(duì)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括鈍化層，設(shè)置在襯底的第二表面上并且覆蓋倒金字塔形的凹槽。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括透明介電層，設(shè)置在鈍化層與襯底的第二表面之間，并且覆蓋倒金字塔形的凹槽。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還包括鈍化層，設(shè)置在襯底的第一表面與接合層之間，并且覆蓋感光器件。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，載體由硅形成，接合層由二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成，并且鈍化層由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括:
[0021]提供襯底，襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面；
[0022]在襯底的第二表面中形成多個(gè)凹槽，其中，每個(gè)凹槽的表面都是濕蝕刻的表面；
[0023]在襯底的第一表面上形成多個(gè)感光器件；以及
[0024]使用接合層將襯底接合至載體。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用接合層將襯底接合至載體的操作包括:
[0026]在襯底的第二表面上形成接合層并且覆蓋凹槽；以及
[0027]通過(guò)接合層將襯底的第二表面接合至載體。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在襯底的第二表面接合至載體的操作之后，執(zhí)行形成感光器件的操作。
[0029]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成凹槽的操作之前，執(zhí)行形成感光器件的操作；
[0030]使用接合層將襯底接合至載體的操作包括:在襯底的第一表面上形成接合層并且覆蓋感光器件，并且通過(guò)接合層將襯底的第一表面接合至載體；以及
[0031]在襯底接合至載體的操作之后，執(zhí)行形成凹槽的操作。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成凹槽的操作之后，還包括:
[0033]在襯底的第二表面上形成透明介電層并且覆蓋凹槽；以及
[0034]在透明介電層上形成鈍化層。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括:
[0036]提供襯底，襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面；
[0037]在襯底的第二表面中形成多個(gè)倒金字塔形的凹槽；
[0038]在襯底的第一表面上形成多個(gè)感光器件；以及
[0039]使用接合層將襯底接合至載體。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，使用接合層將襯底接合至載體的操作包括:
[0041]在襯底的第二表面上形成接合層并且覆蓋倒金字塔形的凹槽；以及
[0042]通過(guò)接合層將襯底的第二表面接合至載體；以及
[0043]在襯底的第二表面接合至載體的操作之后，執(zhí)行形成感光器件的操作。
[0044]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成倒金字塔形的凹槽的操作之前，執(zhí)行形成感光器件的操作；
[0045]使用接合層將襯底接合至載體的操作包括:在襯底的第一表面上形成接合層并且覆蓋感光器件，并且通過(guò)接合層將襯底的第一表面接合至載體；以及
[0046]在襯底接合至載體的操作之后，執(zhí)行形成倒金字塔形的凹槽的操作。
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在形成倒金字塔形的凹槽的操作之后，還包括:
[0048]在襯底的第二表面上形成透明介電層并且覆蓋倒金字塔形的凹槽；以及
[0049]在透明介電層上形成鈍化層。
【附圖說(shuō)明】
[0050]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒(méi)有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。
[0051]圖1是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
[0052]圖2A是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的襯底的第二表面的示意性頂視圖。
[0053]圖2B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的襯底的第二表面的示意性三維視圖。
[0054]圖3是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
[0055]圖4A至圖4F是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的示出了用于在半導(dǎo)體器件的襯底的表面中制造凹槽的方法的中間階段的示意性截面圖。
[0056]圖5A至圖5F是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的示出了用于制造半導(dǎo)體器件的方法的中間階段的示意性截面圖。
[0057]圖6是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
[0058]圖7A至圖7F是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的示出了用于制造半導(dǎo)體器件的方法的中間階段的示意性截面圖。
[0059]圖8是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0060]以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征。以下將描述組件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。
[0061]本文中使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體實(shí)施例，其不用于限制附加的權(quán)利要求。例如，除非另有限制，單數(shù)形式的術(shù)語(yǔ)“一”、或“這一”也可以表示復(fù)數(shù)形式。諸如“第一”和“第二”的術(shù)語(yǔ)用于描述各種器件、區(qū)域和層等，但是這樣的術(shù)語(yǔ)僅用于區(qū)分一個(gè)器件與另一器件、一個(gè)區(qū)域與另一區(qū)域以及一個(gè)層與另一層。因此，在不背離要求保護(hù)的主題的精神的情況下，第一區(qū)域可以稱為第二區(qū)域，并且其余由此類推。而且，本發(fā)明在各個(gè)實(shí)例中可以重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，并且其本身并不表示所討論的實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)所列的相關(guān)聯(lián)項(xiàng)目的任何以及所有的組合。
[0062]在用于制造CMOS圖像傳感器的典型工藝中，對(duì)半導(dǎo)體層執(zhí)行干蝕刻操作，以在半導(dǎo)體層的表面上形成用于多次折射入射光的各個(gè)微結(jié)構(gòu)，從而增大半導(dǎo)體層的光吸收率，由此提高CMOS圖像傳感器的量子效率和滿阱容量。然而，在干蝕刻操作期間損壞半導(dǎo)體層的表面，使得CMOS圖像傳感器的白像素現(xiàn)象明顯惡化。
[0063]本發(fā)明的實(shí)施例涉及提供半導(dǎo)體器件和用于制造半導(dǎo)體器件的方法，其中，執(zhí)行濕蝕刻操作，以在襯底的表面中形成各個(gè)凹槽，諸如倒金字塔形的凹槽，以增大襯底的光吸收率，同時(shí)防止凹槽的表面免于被干蝕刻操作中使用的等離子體損壞。因此，增強(qiáng)了半導(dǎo)體器件的量子效率和光致發(fā)光強(qiáng)度，并且很大程度上改善半導(dǎo)體器件的白像素現(xiàn)象。此外，濕蝕刻操作具有更好的均勻性和再現(xiàn)性，使得形成凹槽的操作具有較好的輪廓控制。
[0064]圖1是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件100是CMOS圖像傳感器器件，其可以用于感測(cè)入射光102。半導(dǎo)體器件100具有前側(cè)104和背側(cè)106。在一些實(shí)例中，半導(dǎo)體器件100是FSI CMOS圖像傳感器器件，其用于感測(cè)從其前側(cè)104投射的入射光102。如圖1所示，半導(dǎo)體器件100包括載體108、襯底110、各個(gè)感光器件112和接合層114。載體108可以是半導(dǎo)體載體。載體108可以由單晶半導(dǎo)體材料或化合物半導(dǎo)體材料組成。例如，載體108是硅載體。在一些實(shí)施例中，鍺或玻璃也可以用作載體108的材料。
[0065]襯底110設(shè)置在載體108上方。在一些實(shí)例中，襯底110由外延硅和/或外延鍺形成。襯底110具有位于襯底110的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上的第一表面116和第二表面118。襯底110包括形成在第二表面118中的各個(gè)凹槽120。在一些實(shí)例中，每個(gè)凹槽120都是倒金字塔形的凹槽。倒金字塔形的凹槽可以是倒置的多邊形金字塔形的凹槽，諸如倒置的三角形金字塔形的凹槽、倒置的四邊形金字塔形的凹槽、倒置的五邊形金字塔形的凹槽、倒置的六邊形金字塔形的凹槽等。例如，半導(dǎo)體器件100可以包括華夫(waffle)結(jié)構(gòu)122，該結(jié)構(gòu)包括凹槽120，諸如倒金字塔形的凹槽。每個(gè)凹槽120都具有若干表面124。例如，當(dāng)每個(gè)凹槽120都是倒置的四邊形金字塔形的凹槽時(shí)，凹槽120具有四個(gè)表面124。在一些示例性實(shí)例中，每個(gè)凹槽120的每個(gè)表面124都是濕蝕刻的表面。
[0066]首先參考圖2A和圖2B，其中，圖2A是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的襯底的第二表面的示意性頂視圖，并且圖2B是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的襯底的第二表面的示意性三維視圖。在一些示例性實(shí)例中，如圖2A和圖2B所示，華夫結(jié)構(gòu)122的凹槽120是倒置的四邊形金字塔形的凹槽。例如，如圖2B所示，每個(gè)凹槽120都具有寬度126、長(zhǎng)度128和深度130，并且寬度126、長(zhǎng)度128和深度130中的每個(gè)都可以在從1nm至1000nm的范圍內(nèi)。
[0067]再次參考圖1，感光器件112用于感測(cè)入射光102。感光器件112設(shè)置在襯底110的第一表面116上。在半導(dǎo)體器件100是CMOS圖像傳感器的實(shí)例中，半導(dǎo)體器件100包括各個(gè)像素區(qū)域，并且感光器件112分別位于像素區(qū)域中。在一些實(shí)例中，每個(gè)感光器件112都包括圖像傳感器元件，其中，圖像傳感器元件包括光電二極管和其他的元件。
[0068]接合層114設(shè)置在襯底110的第二表面118與載體108之間。如圖1所示，接合層114設(shè)置在襯底110的第二表面118上并且覆蓋凹槽120，即，接合層114將襯底110的第二表面118接合至載體108，并且凹槽120與載體108相對(duì)并且通過(guò)接合層114與載體108分離。接合層114可以由諸如二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅的透明介電材料組成。例如，接合層114由二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成，而載體108由硅形成。
[0069]通過(guò)在襯底110的第二表面118中形成凹槽120，從襯底110射向接合層114的入射光102的全反射角度相對(duì)較小，使得一些入射光102可以反射回襯底110，從而增大由襯底110生成的光電子的數(shù)量。因此，增大了襯底110的光吸收率，從而增強(qiáng)了半導(dǎo)體器件100的量子效率和光致發(fā)光強(qiáng)度。
[0070]圖3是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件200是CMOS圖像傳感器器件，其可以用于感測(cè)入射光202。半導(dǎo)體器件200具有前側(cè)204和背側(cè)206。在一些實(shí)例中，半導(dǎo)體器件200是BSI CMOS圖像傳感器器件，其用于感測(cè)從其背側(cè)206投射的入射光202。如圖3所示，半導(dǎo)體器件200包括載體208、襯底210、各個(gè)感光器件212和接合層214。載體208可以是半導(dǎo)體載體并且可以由單晶半導(dǎo)體材料或化合物半導(dǎo)體材料組成。在一些實(shí)例中，硅、鍺或玻璃可以用作載體208的材料。
[0071]襯底210設(shè)置在載體208上方。在一些實(shí)例中，襯底210由外延硅和/或外延鍺形成。襯底210具有第一表面216和與第一表面216相對(duì)的第二表面218。襯底210包括形成在襯底210的第二表面218中的各個(gè)凹槽220。在一些實(shí)例中，每個(gè)凹槽220都是倒金字塔形的凹槽。倒金字塔形的凹槽可以是倒置的多邊形金字塔形的凹槽，諸如倒置的三角形金字塔形的凹槽、倒置的四邊形金字塔形的凹槽、倒置的五邊形金字塔形的凹槽、倒置的六邊形金字塔形的凹槽等。例如，半導(dǎo)體器件200可以包括華夫結(jié)構(gòu)222，該結(jié)構(gòu)包括凹槽220。每個(gè)凹槽220都具有若干表面224。例如，當(dāng)每個(gè)凹槽220都是倒置的四邊形金字塔形的凹槽時(shí)，凹槽220具有四個(gè)表面224。在一些示例性實(shí)例中，每個(gè)凹槽220的每個(gè)表面224都是濕蝕刻的表面。
[0072]在一些示例性實(shí)例中，半導(dǎo)體器件200中的襯底210的華夫結(jié)構(gòu)222與圖2A和圖2B所示的襯底110的華夫結(jié)構(gòu)122類似，并且華夫結(jié)構(gòu)222的凹槽220是倒置的四邊形金字塔形的凹槽。例如，與圖2B所示的華夫結(jié)構(gòu)122的凹槽120類似，每個(gè)凹槽220的寬度、長(zhǎng)度和深度都可以在從1nm至1000nm的范圍內(nèi)。
[0073]再次參考圖3，感光器件212用于感測(cè)入射光202。感光器件212設(shè)置在襯底210的第一表面216上。在半導(dǎo)體器件200是CMOS圖像傳感器的實(shí)例中，半導(dǎo)體器件200包括各個(gè)像素區(qū)域，并且感光器件212分別位于像素區(qū)域中。在一些實(shí)例中，每個(gè)感光器件212都包括圖像傳感器元件，其中，圖像傳感器元件包括光電二極管和其他的元件。
[0074]接合層214設(shè)置在襯底210的第一表面216與載體208之間。如圖3所示，接合層214設(shè)置在襯底210的第一表面216上并且覆蓋感光器件212，即，接合層214將襯底210的第一表面216接合至載體208，并且感光器件212與載體208相對(duì)并且通過(guò)接合層214與載體208分離。接合層214可以由諸如二氧化硅、氮化硅和氮氧化硅的透明介電材料組成。例如，接合層214由二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成，而載體208由硅形成。
[0075]通過(guò)在襯底210的第二表面218中形成凹槽220，增大了第二表面218的面積，并且投射至第二表面218的入射光202的入射角度比投射至平坦表面的入射光202的入射角度小，使得大部分入射光202可以在凹槽220中多次折射和反射，從而增大由襯底210生成的光電子的數(shù)量。因此，增大了襯底210的光吸收率，從而增強(qiáng)了半導(dǎo)體器件200的量子效率和光致發(fā)光強(qiáng)度。
[0076]在一些實(shí)例中，如圖3所示，半導(dǎo)體器件200可選地包括鈍化層226，該鈍化層設(shè)置在襯底210的第二表面218上并且覆蓋凹槽220。鈍化層226可適用于保護(hù)凹槽220免于被損壞。鈍化層226可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
[0077]在一些實(shí)例中，半導(dǎo)體器件200可選地包括透明介電層228，該透明介電層設(shè)置在襯底210的第二表面218上并且覆蓋凹槽220。如圖3所示，透明介電層228設(shè)置在鈍化層226下方，即，透明介電層228設(shè)置在鈍化層226與襯底210的第二表面218之間。在一些示例性實(shí)例中，透明介電層228由二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成，而襯底210由外延硅形成。
[0078]在一些實(shí)例中，如圖3所示，半導(dǎo)體器件200可選地包括另一鈍化層230，該另一鈍化層設(shè)置在襯底210的第一表面216上并且覆蓋感光器件212和襯底210的第一表面216。鈍化層230設(shè)置在接合層214上，即，鈍化層230設(shè)置在襯底210的第一表面216與接合層214之間。鈍化層230可適用于保護(hù)感光器件212和襯底210免于被損壞。鈍化層230可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
[0079]參考圖4A至圖4F，圖4A至圖4F是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的示出了用于在半導(dǎo)體器件的襯底的表面中制造凹槽的方法的中間階段的示意性截面圖。如圖4A所示，提供半導(dǎo)體器件的襯底300。襯底300具有第一表面302和與第一表面302相對(duì)的第二表面304。在一些實(shí)例中，襯底300由外延硅和/或外延鍺形成。
[0080]如圖4B所示，覆蓋地形成硬掩模材料層306，以覆蓋襯底300的第二表面304。在一些實(shí)例中，形成硬掩模材料層306的操作包括:由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成硬掩模材料層306。在一些實(shí)例中，如圖4C所示，在硬掩模材料層306的部分310上形成圖案化層308，以暴露硬掩模材料層306的其他部分312。例如，形成圖案化層308的操作可以包括:由光刻膠材料形成圖案化層308。另外，形成圖案化層308的操作可以包括:隨后對(duì)圖案化的材料層執(zhí)行曝光操作和顯影操作，以對(duì)圖案化的材料層進(jìn)行圖案化，從而在硬掩模材料層306的部分310上形成圖案化層308。
[0081]如圖4D所示，在形成圖案化層308之后，可以通過(guò)使用圖案化層308作為蝕刻掩模，對(duì)硬掩模材料層306的部分312執(zhí)行蝕刻操作，以去除硬掩模材料層306的一部分，從而在襯底300的第二表面304的部分316上形成硬掩模層314，并且暴露襯底300的第二表面304的其他部分318。然后，如圖4E所示，可以去除圖案化層308，以暴露硬掩模層314。
[0082]在一些實(shí)例中，如圖4F所示，通過(guò)使用硬掩模層314作為濕蝕刻掩模，對(duì)襯底300的第二表面304的部分318執(zhí)行濕蝕刻操作，以去除襯底300的一部分并且在襯底300的第二表面304中形成各個(gè)凹槽320。通過(guò)使用濕蝕刻操作形成凹槽320，使得每個(gè)凹槽320的表面322是濕蝕刻的表面。在一些實(shí)例中，執(zhí)行濕蝕刻操作，以將每個(gè)凹槽320都形成為倒金字塔形的凹槽。倒金字塔形的凹槽可以是倒置的多邊形金字塔形的凹槽，諸如倒置的三角形金字塔形的凹槽、倒置的四邊形金字塔形的凹槽、倒置的五邊形金字塔形的凹槽、倒置的六邊形金字塔形的凹槽等。例如，可以執(zhí)行濕蝕刻操作，以形成包括凹槽320的華夫結(jié)構(gòu)324，該凹槽諸如倒金字塔形的凹槽。
[0083]通過(guò)使用濕蝕刻操作在襯底300的第二表面304中形成凹槽320，可以防止凹槽320的表面322免于被干蝕刻操作中使用的等離子體損壞。因此，增強(qiáng)了半導(dǎo)體器件的量子效率和光致發(fā)光強(qiáng)度，同時(shí)明顯地改善半導(dǎo)體器件的白像素現(xiàn)象。此外，濕蝕刻操作具有更好的均勻性和再現(xiàn)性，使得形成凹槽322的操作具有較好的輪廓控制。
[0084]參考圖5A至圖5F，圖5A至圖5F是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法的中間階段的示意性截面圖。如圖5A所示，提供襯底400。在一些實(shí)例中，襯底400由外延硅和/或外延鍺形成。襯底400具有第一表面402和與第一表面402相對(duì)的第二表面 404。
[0085]如圖5B和圖5C所示，在襯底400的第二表面404中形成各個(gè)凹槽408。在一些實(shí)例中，使用光刻工藝和蝕刻工藝執(zhí)行形成凹槽408的操作。例如，形成凹槽408的操作與以上關(guān)于圖4A至圖4F所描述的在襯底300的第二表面304中形成凹槽320的操作類似。在一些不例性實(shí)例中，如圖5B所不，在襯底400的第二表面404的一部分上形成硬掩模層406，并且暴露第二表面404的其他部分?？梢允褂贸练e工藝、光刻工藝和蝕刻工藝執(zhí)行形成硬掩模層406的操作。另外，形成硬掩模層406的操作可以包括:由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成硬掩模層406。
[0086]在一些實(shí)例中，如圖5C所示，在形成硬掩模層406之后，通過(guò)使用硬掩模層406作為蝕刻掩模，對(duì)襯底400執(zhí)行濕蝕刻操作，以從襯底400的第二表面404的暴露部分去除襯底400的一部分，并且在第二表面404中形成凹槽408。通過(guò)使用濕蝕刻操作形成凹槽408，使得每個(gè)凹槽408的表面410是濕蝕刻的表面。在一些實(shí)例中，執(zhí)行濕蝕刻操作，以將每個(gè)凹槽408都形成為倒金字塔形的凹槽。倒金字塔形的凹槽可以是倒置的多邊形金字塔形的凹槽，諸如倒置的三角形金字塔形的凹槽、倒置的四邊形金字塔形的凹槽、倒置的五邊形金字塔形的凹槽、倒置的六邊形金字塔形的凹槽等。例如，可以執(zhí)行濕蝕刻操作，以形成包括凹槽408的華夫結(jié)構(gòu)412，該凹槽諸如倒金字塔形的凹槽。華夫結(jié)構(gòu)412和凹槽408可以分別與以上關(guān)于圖2A和圖2B所描述的華夫結(jié)構(gòu)122和凹槽120類似。在襯底400的第二表面404中形成凹槽408之后，從襯底400去除剩余的硬掩模層406。
[0087]再次參考圖5C，在一些實(shí)例中，在完成形成凹槽408的操作之后，在襯底400的第二表面404上形成接合層414，并且覆蓋凹槽408。例如，可以通過(guò)使用熱氧化技術(shù)或諸如化學(xué)汽相沉積(CVD)技術(shù)的沉積技術(shù)執(zhí)行形成接合層414的操作。形成接合層414的操作可以包括:由諸如二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的透明介電材料形成接合層414。在一些示例性實(shí)例中，形成接合層414的操作包括:形成接合材料層以覆蓋凹槽408，然后對(duì)接合材料層執(zhí)行平坦化操作，以平坦化接合材料層的頂面，從而在襯底400的第二表面404上形成接合層414。因此，在平坦化操作之后，接合層414的表面416是平坦的。例如，可以使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)技術(shù)執(zhí)行平坦化操作。
[0088]如圖所示，提供載體418，并且使用接合層414將襯底400接合至載體418，即，執(zhí)行將襯底400接合至載體418的操作，以使用接合層414將襯底400的第二表面404接合至載體418。在已經(jīng)對(duì)接合層414執(zhí)行平坦化操作的一些實(shí)例中，因?yàn)槠教够私雍蠈?14的表面416，所以載體418可以成功接合至接合層414。在襯底400接合至載體418的操作之后，凹槽408和載體418分別位于接合層414的兩個(gè)相對(duì)側(cè)上。在一些實(shí)例中，載體418是半導(dǎo)體載體，并且可以由單晶半導(dǎo)體材料或化合物半導(dǎo)體材料組成。例如，硅、鍺或玻璃可以用作載體418的材料。
[0089]如圖5E所示，翻轉(zhuǎn)由襯底400、接合層414和載體418組成的結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)例中，可選地減薄襯底400，以從襯底400的第一表面402去除襯底400的一部分。例如，可以使用濕蝕刻技術(shù)或CMP技術(shù)執(zhí)行減薄襯底400的操作。如圖5F所示，在襯底400的第一表面402上形成各個(gè)感光器件420，以完成半導(dǎo)體器件422。在用于制造半導(dǎo)體器件422的工藝中，在襯底400的第二表面404接合至載體418的操作之后，執(zhí)行形成感光器件420的操作。在一些實(shí)例中，每個(gè)感光器件420都包括圖像傳感器元件，其中，圖像傳感器元件包括光電二極管和其他的元件。
[0090]參照?qǐng)D6以及圖5A至圖5F，圖6是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。該方法開(kāi)始于操作500，其中，提供襯底400。如圖5A所示，襯底400具有第一表面402和與第一表面402相對(duì)的第二表面404。
[0091]在操作502中，如圖5B和圖5C所示，例如，使用光刻工藝和蝕刻工藝在襯底400的第二表面404中形成各個(gè)凹槽408。形成凹槽408的操作可以與以上關(guān)于圖4A至圖4F所描述的在襯底300的第二表面304中形成凹槽320的操作類似。在一些示例性實(shí)例中，如圖5B所示，例如，通過(guò)使用光刻工藝和蝕刻工藝，在襯底400的第二表面404的一部分上形成硬掩模層406，并且暴露第二表面404的其他部分。
[0092]然后，如圖5C所示，通過(guò)使用硬掩模層406作為蝕刻掩模，對(duì)襯底400執(zhí)行濕蝕刻操作，以從襯底400的第二表面404的暴露部分去除襯底400的一部分，并且在第二表面404中形成凹槽408。通過(guò)使用濕蝕刻操作形成凹槽408，使得每個(gè)凹槽408的表面410是濕蝕刻的表面。在一些實(shí)例中，執(zhí)行濕蝕刻操作，以將每個(gè)凹槽408都形成為倒金字塔形的凹槽，諸如倒置的多邊形金字塔形的凹槽。例如，可以執(zhí)行濕蝕刻操作，以形成包括凹槽408的華夫結(jié)構(gòu)412，該凹槽諸如為倒金字塔形的凹槽。在襯底400的第二表面404中形成凹槽408之后，例如，通過(guò)蝕刻技術(shù)從襯底400去除剩余的硬掩模層406。
[0093]在操作504中，如圖5C和圖所示，將襯底400接合至載體418。在襯底400接合至載體418的操作中，通過(guò)使用熱氧化技術(shù)或諸如CVD技術(shù)的沉積技術(shù)，在襯底400的第二表面404上形成接合層414，并且覆蓋凹槽408。在一些示例性實(shí)例中，如圖5C所示，形成接合層414的操作包括:形成接合材料層以覆蓋凹槽408，然后對(duì)接合材料層執(zhí)行平坦化操作，以平坦化接合材料層的頂面，從而在襯底400的第二表面404上形成接合層414。因此，接合層414的表面416是平坦的。例如，可以使用CMP技術(shù)執(zhí)行平坦化操作。如圖所示，提供載體418，并且使用接合層414將襯底400的第二表面404接合至載體418。在接合之后，凹槽408與載體418相對(duì)。
[0094]如圖5E所示，翻轉(zhuǎn)由襯底400、接合層414和載體418組成的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)使用濕蝕刻技術(shù)或CMP技術(shù)從襯底400的第一表面402可選地減薄襯底400。
[0095]在操作506中，如圖5F所示，在襯底400的第二表面404接合至載體418的操作之后，在襯底400的第一表面402上形成各個(gè)感光器件420，以完成半導(dǎo)體器件422。在一些實(shí)例中，每個(gè)感光器件420都包括圖像傳感器元件，其中，圖像傳感器元件包括光電二極管和其他的元件。
[0096]參考圖7A至圖7F，圖7A至圖7F是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法的中間階段的示意性截面圖。如圖7A所示，提供襯底600。在一些實(shí)例中，襯底600由外延硅和/或外延鍺形成。襯底600具有第一表面602和與第一表面602相對(duì)的第二表面 604。
[0097]如圖7B所示，在襯底600的第一表面602上形成各個(gè)感光器件606。例如，每個(gè)感光器件606都包括圖像傳感器元件，其中，圖像傳感器元件包括光電二極管和其他的元件。在一些實(shí)例中，再次參考圖7B，可以在襯底600的第一表面602上可選地形成鈍化層608，并且覆蓋感光器件606和襯底600的第一表面602，以保護(hù)感光器件606和襯底600免于被損壞。鈍化層608可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。在一些示例性實(shí)例中，使用諸如CVD技術(shù)和等離子體增強(qiáng)的CVD(PECVD)技術(shù)的沉積技術(shù)執(zhí)行形成鈍化層608的操作。
[0098]在一些實(shí)例中，在襯底600的第一表面602上形成接合層610并且覆蓋感光器件606。在鈍化層608形成在襯底600的第一表面602上的實(shí)例中，如圖7C所示，接合層610形成在鈍化層608上。例如，可以通過(guò)使用諸如CVD技術(shù)的沉積技術(shù)執(zhí)行形成接合層610的操作。形成接合層610的操作可以包括:由諸如二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的透明介電材料形成接合層610。在一些示例性實(shí)例中，形成接合層610的操作包括:形成接合材料層以覆蓋襯底600的第一表面602上的鈍化層608，然后對(duì)接合材料層執(zhí)行平坦化操作，以平坦化接合材料層的頂面，從而在襯底600的第一表面602上的鈍化層608上形成接合層610。因此，接合層610的表面612是平坦的。例如，可以使用CMP技術(shù)執(zhí)行平坦化操作。
[0099]再次參考圖7C，提供載體614，并且使用接合層610將襯底600接合至載體614，即，執(zhí)行將襯底600接合至載體614的操作，以使用接合層610將襯底600的第一表面602接合至載體614。因?yàn)榻雍蠈?10的表面612是平坦的，所以載體614可以成功接合至接合層610。在襯底600接合至載體614的操作之后，感光器件606與載體614相對(duì)。在一些實(shí)例中，載體614是半導(dǎo)體載體，并且可以由單晶半導(dǎo)體材料或化合物半導(dǎo)體材料組成。例如，硅、鍺或玻璃可以用作載體614的材料。
[0100]如圖7D所示，翻轉(zhuǎn)由襯底600、感光器件606、鈍化層608、接合層610和載體614組成的結(jié)構(gòu)?？蛇x地減薄襯底600，以從襯底600的第二表面604去除襯底600的一部分。例如，可以使用濕蝕刻技術(shù)或CMP技術(shù)執(zhí)行減薄襯底600的操作。
[0101]如圖7E所示，在襯底600的第二表面604中形成各個(gè)凹槽616，其中，在形成感光器件606的操作和襯底600接合至載體614的操作之后，執(zhí)行形成凹槽616的操作。在一些實(shí)例中，使用光刻工藝和蝕刻工藝執(zhí)行形成凹槽616的操作。例如，形成凹槽616的操作與以上關(guān)于圖4A至圖4F所描述的在襯底300的第二表面304中形成凹槽320的操作類似。在一些實(shí)例中，對(duì)襯底600執(zhí)行濕蝕刻操作，以從襯底600的第二表面604去除襯底600的一部分，并且在第二表面604中形成凹槽616。通過(guò)使用濕蝕刻操作形成凹槽616，使得每個(gè)凹槽616的表面618是濕蝕刻的表面。在一些實(shí)例中，執(zhí)行濕蝕刻操作，以將每個(gè)凹槽616都形成為倒金字塔形的凹槽。倒金字塔形的凹槽可以是倒置的多邊形金字塔形的凹槽，諸如倒置的三角形金字塔形的凹槽、倒置的四邊形金字塔形的凹槽、倒置的五邊形金字塔形的凹槽、倒置的六邊形金字塔形的凹槽等。例如，可以執(zhí)行濕蝕刻操作，以形成包括凹槽616的華夫結(jié)構(gòu)620，該凹槽諸如倒金字塔形的凹槽。華夫結(jié)構(gòu)620和凹槽616可以分別與以上關(guān)于圖2A和圖2B所描述的華夫結(jié)構(gòu)122和凹槽120類似。
[0102]在一些實(shí)例中，如圖7F所示，可以在襯底600的第二表面604上可選地形成透明介電層622，并且覆蓋凹槽616。在一些實(shí)例中，在形成透明介電層622的操作中，首先形成透明介電層622以覆蓋凹槽616，然后對(duì)透明介電層622執(zhí)行平坦化操作，以平坦化透明介電層622的頂面。因此，在平坦化操作之后，透明介電層622的頂面是平坦的。在一些示例性實(shí)例中，使用熱氧化技術(shù)或CVD技術(shù)執(zhí)行形成透明介電層622的操作，并且使用CMP技術(shù)執(zhí)行平坦化操作。例如，透明介電層622可以由二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。
[0103]再次參考圖7F，可以在透明介電層622的頂面上可選地形成鈍化層624，并且覆蓋凹槽616，以完成半導(dǎo)體器件626。鈍化層624可適用于保護(hù)透明介電層622免于被損壞。鈍化層624可以由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。在一些示例性實(shí)例中，使用諸如CVD技術(shù)和PECVD技術(shù)的沉積技術(shù)執(zhí)行形成鈍化層624的操作。
[0104]參照?qǐng)D8以及圖7A至圖7F，圖8是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。該方法開(kāi)始于操作700，其中，提供襯底600。如圖7A所示，襯底600具有第一表面602和與第一表面602相對(duì)的第二表面604。
[0105]在操作702中，如圖7B所示，在襯底600的第一表面602上形成各個(gè)感光器件606。在一些實(shí)例中，每個(gè)感光器件606都包括圖像傳感器元件，其中，圖像傳感器元件包括光電二極管和其他的元件。在一些實(shí)例中，再次參考圖7B，通過(guò)使用諸如CVD技術(shù)和PECVD技術(shù)的沉積技術(shù)，可以在襯底600的第一表面602上可選地形成鈍化層608，并且覆蓋感光器件606和襯底600的第一表面602，以保護(hù)感光器件606和襯底600免于被損壞。
[0106]在操作704中，如圖7C所示，將襯底600接合至載體614。在襯底600接合至載體614的操作中，通過(guò)使用諸如CVD技術(shù)的沉積技術(shù)，在襯底600的第一表面602上的鈍化層608上形成接合層610，并且覆蓋感光器件606。在一些示例性實(shí)例中，形成接合層610的操作包括:形成接合材料層以覆蓋襯底600的第一表面602上的鈍化層608，然后對(duì)接合材料層執(zhí)行平坦化操作，以平坦化接合材料層的頂面，從而在鈍化層608上形成接合層610。因此，接合層610的表面612是平坦的。例如，可以使用CMP技術(shù)執(zhí)行平坦化操作。然后，提供載體614，并且使用接合層610將襯底600的第一表面602接合至載體614。在接合之后，感光器件606與載體614相對(duì)。
[0107]如圖7D所示，翻轉(zhuǎn)由襯底600、感光器件606、鈍化層608、接合層610和載體614組成的結(jié)構(gòu)?？梢酝ㄟ^(guò)使用濕蝕刻技術(shù)或CMP技術(shù)從襯底600的第二表面604可選地減薄襯底600。
[0108]在操作706中，如圖7E所示，例如，使用光刻工藝和蝕刻工藝在襯底600的第二表面604中形成各個(gè)凹槽616。形成凹槽616的操作可以與以上關(guān)于圖4A至圖4F所描述的在襯底300的第二表面304中形成凹槽320的操作類似。在一些實(shí)例中，對(duì)襯底600執(zhí)行濕蝕刻操作，以從襯底600的第二表面604去除襯底600的一部分，并且在第二表面604中形成凹槽616。通過(guò)使用濕蝕刻操作形成凹槽616，使得每個(gè)凹槽616的表面618是濕蝕刻的表面。在一些實(shí)例中，執(zhí)行濕蝕刻操作，以將每個(gè)凹槽616都形成為倒金字塔形的凹槽，諸如倒置的多邊形金字塔形的凹槽。例如，可以執(zhí)行濕蝕刻操作，以形成包括凹槽616的華夫結(jié)構(gòu)620，該凹槽諸如倒金字塔形的凹槽。華夫結(jié)構(gòu)620和凹槽616可以分別與以上關(guān)于圖2A和圖2B所描述的華夫結(jié)構(gòu)122和凹槽120類似。
[0109]在操作708中，如圖7F所示，可以在襯底600的第二表面604上可選地形成透明介電層622，并且覆蓋凹槽616。在一些實(shí)例中，首先形成透明介電層622以覆蓋凹槽616，然后對(duì)透明介電層622執(zhí)行平坦化操作，以平坦化透明介電層622的頂面。在一些示例性實(shí)例中，使用熱氧化技術(shù)或CVD技術(shù)執(zhí)行形成透明介電層622的操作，并且使用CMP技術(shù)執(zhí)行平坦化操作。
[0110]在操作710中，再次參考圖7F，可以在透明介電層622的頂面上可選地形成用于保護(hù)透明介電層622免于被損壞的鈍化層624，并且覆蓋凹槽616，以完成半導(dǎo)體器件626。在一些示例性實(shí)例中，使用諸如CVD技術(shù)和PECVD技術(shù)的沉積技術(shù)執(zhí)行形成鈍化層624的操作。
[0111]根據(jù)實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括載體、襯底、感光器件和接合層。襯底位于載體上面，并且具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面。襯底包括第二表面中的倒金字塔形的凹槽。感光器件設(shè)置在襯底的第一表面上。接合層設(shè)置在襯底與載體之間。
[0112]根據(jù)另一實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法。在該方法中，提供襯底。襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面。在襯底的第二表面中形成凹槽，其中，每個(gè)凹槽的表面都是濕蝕刻的表面。在襯底的第一表面上形成感光器件。使用接合層將襯底接合至載體。
[0113]根據(jù)又一實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法。在該方法中，提供襯底。襯底具有第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面。在襯底的第二表面中形成倒金字塔形的凹槽。在襯底的第一表面上形成感光器件。使用接合層將襯底接合至載體。
[0114]上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 載體； 襯底，位于所述載體上面，并且所述襯底具有第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面，其中，所述襯底包括所述第二表面中的多個(gè)倒金字塔形的凹槽； 多個(gè)感光器件，設(shè)置在所述襯底的所述第一表面上；以及 接合層，設(shè)置在所述襯底與所述載體之間。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述襯底包括華夫結(jié)構(gòu)，所述華夫結(jié)構(gòu)包括所述倒金字塔形的凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，每個(gè)所述倒金字塔形的凹槽的表面都是濕蝕刻的表面。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，每個(gè)所述倒金字塔形的凹槽的寬度、長(zhǎng)度和深度中的每個(gè)都在從1nm至1000nm的范圍內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述接合層將所述襯底的所述第二表面接合至所述載體，并且所述倒金字塔形的凹槽與所述載體相對(duì)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述載體由硅形成，并且所述接合層由二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅形成。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述接合層將所述襯底的所述第一表面接合至所述載體，并且所述感光器件與所述載體相對(duì)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，還包括鈍化層，設(shè)置在所述襯底的所述第二表面上并且覆蓋所述倒金字塔形的凹槽。9.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 提供襯底，所述襯底具有第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面； 在所述襯底的所述第二表面中形成多個(gè)凹槽，其中，每個(gè)所述凹槽的表面都是濕蝕刻的表面； 在所述襯底的所述第一表面上形成多個(gè)感光器件；以及 使用接合層將所述襯底接合至載體。10.一種用于制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括: 提供襯底，所述襯底具有第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面； 在所述襯底的所述第二表面中形成多個(gè)倒金字塔形的凹槽； 在所述襯底的所述第一表面上形成多個(gè)感光器件；以及 使用接合層將所述襯底接合至載體。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK106057837SQ201510767767
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年11月11日
【發(fā)明人】黃建彰, 黃為棟, 許雁翔, 葉玉隆, 方俊杰
【申請(qǐng)人】臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司