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CN109786404B - 图像传感器器件、图像传感器系统及其形成方法 - Google Patents

图像传感器器件、图像传感器系统及其形成方法 Download PDF

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CN109786404B CN201810805771.6A CN201810805771A CN109786404B CN 109786404 B CN109786404 B CN 109786404B CN 201810805771 A CN201810805771 A CN 201810805771A CN 109786404 B CN109786404 B CN 109786404B
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Abstract

本公开实施例涉及图像传感器器件、图像传感器系统及其形成方法。本公开实施例涉及一种用于减小在图像传感器器件中的烘干工艺之后滤色器的表面变形的方法。可通过在烘干之前增大滤色器的表面面积来减小表面变形。例如，在图像传感器器件的半导体层的上方形成栅极结构，其中栅极结构包括具有一个或多个单元的第一区域，其中一个或多个单元具有共同侧壁；在栅极结构的第二区域中设置一个或多个滤色器；使栅极结构的第一区域中的共同侧壁凹陷以形成具有凹陷的共同侧壁的单元组；以及在该组单元中设置另一滤色器。

Description

图像传感器器件、图像传感器系统及其形成方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年11月15日提交的题为“Color filter uniformity forimage sensor devices”的美国临时专利申请第62/586,324号的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及半导体领域，并且具体地，涉及图像传感器器件、图像传感器系统及其形成方法。
背景技术
半导体图像传感器用于感测可见或不可见辐射；例如，诸如可见光、红外光等。互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器用于各种应用中，诸如数字照相机、手机、平板电脑、护目镜等。位于CMOS和CIS中的像素阵列能够感测朝向传感器投射的入射辐射并将其转换成电信号。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种图像传感器器件，包括：栅极结构，构造成在半导体层上方接收一个或多个滤色器，其中，栅极结构包括：第一单元，具有第一侧壁和共同侧壁；以及第二单元，具有第二侧壁和共同侧壁，共同侧壁短于第一侧壁和第二侧壁；以及滤色器，设置在第一单元和第二单元中，其中，滤色器的顶部表面位于共同侧壁的上方且位于第一侧壁和第二侧壁的下方。
根据本发明的另一方面，提供一种图像传感器系统，包括：半导体层，具有形成在互连层上方且构造成将光转换成电荷的一个或多个辐射-感测区域；栅极结构，形成在半导体层上方且构造成接收一个或多个滤色器，其中，栅极结构包括：第一单元，具有第一侧壁和共同侧壁；以及第二单元，具有第二侧壁和共同侧壁，共同侧壁短于第一侧壁和第二侧壁；滤色器，设置在第一单元和第二单元中，其中，滤色器的顶部表面位于共同侧壁的上方且位于第一侧壁和第二侧壁的下方；以及微透镜，位于第一单元和第二单元中的每个的上方。
根据本发明的另一方面，提供一种方法，包括：在图像传感器器件的半导体层的上方形成栅极结构，其中，栅极结构包括具有多个单元的第一区域，多个单元具有共同侧壁；在栅极结构的第二区域中设置一个或多个滤色器；使栅极结构的第一区域中的共同侧壁凹陷以形成具有凹陷的共同侧壁的一组单元；以及在一组单元中设置其它滤色器。
附图说明
当阅读附图时，从以下详细描述将更好地理解本公开的各个方面。应注意，根据行业惯例，各种部件未按照比例绘制。事实上，为了清晰例示和讨论，各个部件的尺寸可能被随意增大或减小。
图1是根据一些实施例的背照式图像传感器器件的截面图。
图2是根据一些实施例的构造成接收滤色器的复合材料栅极结构的俯视图。
图3是根据一些实施例的用于在烘干操作之后抑制滤色器的表面变形的方法的流程图。
图4是根据一些实施例的部分制造的图像传感器器件的半导体层上的复合材料栅极结构的截面图。
图5是根据一些实施例的包括具有共同侧壁的一组空置单元的复合材料栅极结构的俯视图。
图6是根据一些实施例的在红色和蓝色滤色器已经设置在复合材料栅极结构的单元中之后的复合材料栅极结构的截面图。
图7是根据一些实施例的在侧壁凹陷工艺之后的复合材料栅极结构的截面图。
图8是根据一些实施例的包括具有凹陷共同侧壁的一群空置单元的复合材料栅极结构的俯视图。
图9是根据一些实施例的包括具有凹陷共同侧壁且填充有绿色滤色器的一组单元的复合材料栅极结构的俯视图。
图10是根据一些实施例的在绿色过滤器已经设置在具有凹陷共同侧壁的单元中之后的复合材料栅极结构的截面图。
图11是根据一些实施例的其滤色器的顶部表面凹陷的复合材料栅极结构的截面图。
图12是根据一些实施例的其滤色器的顶部表面凹陷的复合材料栅极结构的俯视图。
具体实施方式
以下公开提供许多不同实施例或示例，用于实施所提供主题的不同特征。以下描述了部件和装置的具体示例以简化本公开。当然，这些仅仅是示例且不意在限制。例如，在以下描述中第一部件形成在第二部件上方可包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且还可包括附加部件设置在第一部件和第二部件之间使得第一部件和第二部件不直接接触的实施例。
此外，空间相对术语，诸如“下方”、“下面”、“下”、“上方”、“上”等可在本文中使用以易于描述，用于描述如附图所示的一个元件或部件相对于另一元件(或多个元件)或部件(或多个部件)的关系。空间相对术语意在涵盖除了附图中描绘的定向之外的在使用或操作中的器件的不同定位。装置可以其他方式定向(旋转90度或以其他方向)且本文使用的空间相对描述可同样相应地解释。
如本文使用的术语“约”表示给定量的值，其可基于与主题半导体器件相关的特定技术节点改变。基于特定技术节点，术语“约”可表示在例如值的10％-30％(例如，值的±10％、±20％或±30％)内变化的给定量的值。
一种类型的图像传感器器件是背照式图像传感器器件。在背照式图像传感器器件中，滤色器和微透镜位于衬底的背面上(例如，在衬底的电路的相反侧上)，使得图像传感器器件可在最小或无障碍物的情况下收集光。因此，背照式图像传感器器件构造成检测来自衬底的背面的光，而非来自衬底的正面的光，其中在衬底的正面，图像传感器器件的滤色器和微透镜位于衬底的电路和像素之间。与正面照明图像传感器器件相比，背照式图像传感器器件具有在低光照条件下的提高的性能以及更高的量子效率(QE)(例如，光子到电子转换百分数)。
图像传感器器件使用滤色器从入射光线捕获颜色信息。例如，图像传感器器件—通过使用滤色器—能够检测可见光谱中的红色、绿色和蓝色(RGB)区域。包括可填充有滤色器材料的单元的复合材料栅极结构用于将滤色器材料定位在图像传感器器件的像素上。
一旦复合材料栅极结构填充有滤色器(例如，红色、绿色或蓝色)，则实施烘干以硬化滤色器材料。随着滤色器材料硬化，其顶部表面积有一些量的收缩。此外，每个滤色器会显示不同的收缩量。例如，绿色滤色器可能收缩约14％至约18％(例如，约14.7％至约18％)，红色滤色器可能收缩13％至约16％(例如，约13.2％至约16.2％)，蓝色滤色器可能收缩约7％至约9％(例如，约7.5％至约9％)。由于滤色器收缩，其顶部表面变形且从平坦变为凸出。顶部表面变形的程度可与收缩量成比例。例如，相比于红色滤色器或蓝色滤色器，收缩最大的绿色滤色器会更易于变形。此外，滤色器收缩会影响颜色屏蔽均匀性(CSU)，颜色屏蔽均匀性是遍布像素区域的颜色均匀性的指示(例如，检查照片对角线上的颜色均匀性的指标)。不良的颜色屏蔽均匀性会导致图像传感器器件的性能下降。
根据此公开的各个实施例提供一种减小在烘干工艺之后滤色器的顶部表面变形的方法。这可通过使滤色器扩展至一个或多个相邻单元并因此增大滤色器的顶部表面面积来实现。在示例中，假设两个相同颜色的滤色器占据复合材料栅极结构的两个相邻单元，相邻单元的共同侧壁可选择性地凹陷，使得这两个滤色器可合并成具有跨越两个相邻单元伸展的更大顶部表面面积的单一滤色器。例如，共同顶部表面可为滤色器的单独顶部表面的两倍的尺寸。
图1是根据本公开的一些实施例的背照式图像传感器器件100的简化截面图。背照式图像传感器器件100包括具有辐射感测区域104的半导体层102。通过示例且非限制性地，半导体层102包括掺杂有p型掺杂剂(诸如硼)的硅材料。替代地，半导体层102可包括掺杂有n型掺杂剂(诸如磷或砷)的硅。半导体层102还可包括其他基本半导体，诸如锗或金刚石。半导体层102可以可选地包括化合物半导体和/或合金半导体。此外，半导体层102可包括外延层，其可应变以提高性能。半导体层102可包括绝缘体上硅(SOI)结构。
半导体层102具有正面(也称作“底部表面”)106和背面(也称作“顶部表面”)108。半导体层102具有从约100μm到约3000μm的厚度。
辐射感测区域或像素104形成在半导体层102中。如本文中所公开，术语“辐射感测区域”和“像素”可交换使用。像素104构造成感测辐射，诸如从背面108照射半导体层102的入射光线。根据本公开的一些实施例，每个辐射感测区域或像素104包括将光子转换成电荷的光电二极管。在本公开的一些实施例中，像素104包括光电二极管、晶体管、放大器、其他类似器件或其组合。像素104在本文中还可称作“辐射检测器件”或“光传感器”。
出于简洁目的，在图1中例示了两个像素104，但是在半导体层102中可实施附加像素104。通过示例且非限制性地，可使用离子注入工艺从正面106在半导体层102上形成像素104。还可通过掺杂剂扩散工艺形成像素104。
像素104通过隔离结构110彼此电隔离。隔离结构110可为蚀刻到半导体层102中且填充有介电材料的沟槽，其中介电材料诸如二氧化硅、氮化硅、氧氮化硅、掺氟硅酸盐玻璃(FSG)、低k介电材料(例如，k值低于3.9的材料)和/或合适的绝缘材料。根据本公开的一些实施例，半导体层102的背面108上的隔离结构110具有防反射涂层(ARC)112。ARC112是能够防止入射光线被反射离开辐射感测区域/像素104的衬垫层。ARC112可包括高k材料(例如，k值高于3.9的材料)，诸如二氧化铪(HfO2)、五氧化二钽(Ta2O5)、二氧化锆(ZrO2)、氧化铝(Al2O3)或任何其他高k材料。可使用溅射工艺、基于化学汽相沉积(CVD)的工艺、基于原子层沉积(ALD)的工艺或任何其他合适的沉积工艺沉积ARC112。在本公开的一些实施例中，ARC112的厚度可为从
Figure GDA0002723977700000061
到
Figure GDA0002723977700000062
背照式图像传感器器件100还包括形成在半导体层102上方，诸如ARC112上方的覆盖层114，如图1中例示。在本公开的一些实施例中，覆盖层114可提供平面表面，背照式图像传感器器件100的附加层可形成在该平面表面上。覆盖层114可包括介电材料，诸如二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、氧氮化硅(SiON)或任何其他合适的介电材料。此外，可使用CVD或任何其他合适的沉积技术沉积覆盖层114。在本公开的一些实施例中，覆盖层114的厚度可在约
Figure GDA0002723977700000063
到约
Figure GDA0002723977700000064
之间。
此外，背照式图像传感器器件100包括形成在覆盖层114上方的复合材料栅极结构116。根据本公开的一些实施例，复合材料栅极结构116包括以行和列设置的单元118，其中每个单元118对齐到相应的辐射感测区域104。如上所提及，单元118可接收红色、绿色或蓝色滤色器120。
图2是根据一些实施例的复合材料栅极结构116的俯视图。复合材料栅极结构116的每个单元118填充有单个滤色器120。通过示例且非限制性地，邻近单元118可填充有相同颜色滤色器。例如，如图2所示，四个相邻单元118可填充有相同的滤色器120，例如，四个相邻单元118具有相同颜色(红色、绿色或蓝色)的过滤器。因此，单元118—为象限的一部分—共享四个侧壁a、b、c和d。在该示例中，每个单元118中的滤色器经由共同侧壁a、b、c和d保持彼此隔离。如图2中描绘的填充有相同滤色器120的单元118的数量是示例性的而不构成限制。因此，填充有相同滤色器120的一组邻近单元118可更多或更少(例如，两个、六个等)。
参考图1，可通过沉积底层122和顶部介电层124以及选择性地蚀刻掉底层和顶部介电层的一些部分以形成单元118来形成复合材料栅极结构116的单元118。通过示例且非限制性地，复合材料栅极结构116可如下所述形成：底层122和顶部介电层124可为沉积在覆盖层114上的毯状件(blanket)。可使用一个或多个光刻和蚀刻操作来图案化底层122和顶部介电层124以形成单元118的侧壁。可实施光刻和蚀刻操作以使复合材料栅极结构116的每个单元118对齐到半导体层102的相应像素104。在一些实施例中，复合材料栅极结构116的每个单元118的侧壁高度可为从约200nm到约1000nm。
单元118的底层122可由钛、钨、铝或铜制成。然而，单元118的底层122可不限于金属且可包括能够反射并朝向辐射感测区域104引导入射可见光的其他合适的材料或材料堆。在本公开的一些实施例中，使用溅射工艺、电镀工艺、蒸发工艺或任何其他合适的沉积方法形成单元118的底层122。根据本公开的一些实施例，每个单元118的底层122的厚度可为从约
Figure GDA0002723977700000071
到约
Figure GDA0002723977700000072
顶部介电层124可包括一个或多个介电层。在一些实施例中，顶部介电层124可保护背照式图像传感器器件100的之前形成的层(例如，底层122和覆盖层114)。顶部介电层124可允许入射光穿过并到达辐射感测区域(或像素)104。顶部介电层124可由透明材料或多种透明材料制成。在本公开的一些实施例中，顶部介电层124可由SiO2、Si3N4、SiON或任何其他合适的透明介电材料形成。根据一些实施例，顶部介电层124可通过CVD或ALD沉积且可具有从约
Figure GDA0002723977700000073
到约
Figure GDA0002723977700000074
的沉积厚度。
单元118还可包括钝化层126，钝化层126置于滤色器120和单元118的侧壁之间(例如，底层122和介电层124)。在本公开的一些实施例中，可通过基于CVD或基于ALD的沉积技术共形地沉积钝化层126。钝化层126可由介电材料形成，诸如SiO2、Si3N4或SiON。此外，钝化层126可具有在约
Figure GDA0002723977700000075
到约
Figure GDA0002723977700000076
之间的厚度。
在一些实施例中，滤色器120的顶部表面可对齐到介电层124上的钝化层126的顶部表面。替代地，滤色器120可形成在介电层124上的钝化层126的顶部表面上。例如且出于解释目的，滤色器120的顶部表面将描述为对齐到介电层124上的钝化层126的顶部表面。
参考图1，在复合材料栅极结构116的单元118接收其相应的滤色器120之后，在复合材料栅极结构116和滤色器120上方可形成透明材料层128。如果滤色器120的顶部表面对齐到介电层124上方的钝化层126的顶部表面，则透明材料层128可与钝化层126接触。替代地，如果滤色器120的顶部表面位于介电层124上方的钝化层126的顶部表面上方，则透明材料层128可不与钝化层126接触。在一些示例中，透明材料层128在复合材料栅极结构116的每个单元118上方形成微透镜130。微透镜130与相应的辐射感测区域104对齐且形成为使得它们覆盖单元118的边界内(例如，包含在每个单元118的侧壁内)的滤色器120的顶部表面。根据一些实施例，透明材料层128可为通过CVD沉积的氧化物。
微透镜130由于其曲率而厚于透明材料层128的其他区域(例如，在介电层124上方的微透镜130之间的区域)。例如，参考图1，透明材料层128厚于滤色器120(例如，微透镜130形成处)且薄于微透镜130之间的区域(例如，介电层124上方)。
参考图1，背照式图像传感器器件100还可包括互连结构132。互连结构132可包括图案化介电层和在像素104与其他部件(图1中未示出)之间形成互连件(例如，导线)的导电层。互连结构132可例如为嵌入层间介电(ILD)层136中的一个或多个多层互连(MLI)结构134。根据本公开的一些实施例，MLI结构134可包括触点/通孔和金属线。出于例示目的，在图1中示出多个导电线138和通孔/触点140。导电线138和通孔/触点140的位置和构造可根据设计需要改变且不限于图1的描绘。此外，互连结构132可包括感测器件142。感测器件142可例如为场效应晶体管(FET)和/或存储单元的阵列，其电连接至相应的辐射感测区域(或像素)104且构造成读取由于光到电转换处理而在这些区域中产生的电信号。
在本公开的一些实施例中，互连结构132可为部分制造的集成电路(IC)或完全制造的IC的顶层，其可包括多层互连件、电阻、晶体管和/或其他半导体器件。因此，互连结构132可包括前段制程(FEOL)和中段制程(MOL)层。此外，互连结构132可经由缓冲层(图1中未示出)附接到载体衬底(图1中未示出)，载体衬底为制造在其上的结构(例如，互连层132、半导体层102等)提供支撑。载体衬底可例如为硅晶圆、玻璃衬底或任何其他合适的材料。
在本公开的一些实施例中，为了制造背照式图像传感器器件100，半导体层102可形成在硅衬底(例如，硅晶圆)上，且互连结构132可随后形成在半导体层102的正面106上方。互连结构132在完成之前可经历多个光刻、蚀刻、沉积和平坦化操作。一旦形成互连结构132，如上所讨论，载体衬底可附接至互连结构132的顶部。例如，缓冲层可充当载体衬底与互连结构132之间的粘合媒介。硅衬底可倒置翻转，且硅衬底可被机械研磨和抛光，直到露出半导体层102的背面108。半导体层102的背面108上的隔离结构110可随后形成以进一步电隔离辐射感测区域或像素104。覆盖层114以及复合材料栅极结构116可形成在半导体层102的背面108上。
复合材料栅极结构116可形成为使得其单元118中的每个对齐到相应的辐射感测区域或像素104。可通过光刻操作例如基于呈现在半导体层102的背面108上的对齐标记实现复合材料栅极结构116和辐射感测区域或像素104的对齐。复合材料栅极结构116的形成可包括沉积并随后使用光刻和蚀刻操作图案化底层122和介电层124以形成单元118。钝化层126随后沉积在底层122和介电层124的暴露表面的上方。滤色器120可填充单元118，且透明材料层128可沉积在其上以形成微透镜130。背照式图像传感器器件100的制造不限于以上所述的操作且可实施附加或替代操作。
图3是用于将一个或多个滤色器设置在背照式图像传感器器件的复合材料栅极结构中以实现滤色器的最小顶部表面变形的示例性方法300的流程图。出于示例目的，方法300将以图1的背照式图像传感器器件100为背景描述。根据一些实施例，方法300利用蚀刻工艺，蚀刻工艺能够在选定的一组单元118之间使共享侧壁凹陷，使得占据该组单元118的滤色器具有更大的表面面积。方法300不限于以下描述的操作。在方法300的各个操作之间可实施其他制造操作且出于简洁目的省略了这些操作。
方法300开始于操作302，其中一个或多个滤色器设置在复合材料栅极结构的单元(例如，一个或多个单元)的子集中。图4示出了部分制造的背照式图像传感器器件，诸如图1的背照式图像传感器器件100。一个或多个滤色器可设置在复合材料栅极结构116的单元中。在一些实施例中，滤色器的选择基于烘干工艺之后的表面变形特性。例如，显示低表面变形(例如，顶部表面收缩百分比低于15)的滤色器可为操作302的候选—相对而言，例如，则针对显示高表面变形(例如，顶部表面收缩百分比大于15)的滤色器。在一些实施例中，用于操作302的候选滤色器为例如红色和蓝色滤色器。
参考图5，其为图4所示的复合材料栅极结构116的俯视图，红色滤色器120R和蓝色滤色器120B设置在一个或多个单元118中。通过示例且非限制性地，可通过选择性地覆盖复合材料栅极结构116的接收不同滤色器的区域(例如，单元118)来实现将滤色器(例如，蓝色、红色或绿色)选择性地放置在复合材料栅极结构116的单元118中。例如，如果红色滤色器120R是将被引入复合材料栅极结构116的单元118中的第一滤色器，则可设置光刻胶或掩蔽层(图5中未示出)并将其图案化到复合材料栅极结构116上，使得图案化的光刻胶或掩蔽层掩蔽将接收不同滤色器(例如，蓝色或绿色)的单元118。随后，根据期望设计，可将复合材料栅极结构116的暴露单元118填充红色滤色器120R。可重复相同工艺以在复合材料栅极结构116的一个或更多个预定单元118中引入蓝色滤色器120B。在一些实施例中，红色滤色器120R和蓝色滤色器120B覆盖介电层124上的钝化层126的一些部分，如图6中区域600所示。在红色和蓝色滤色器设置到其相应的单元118中之后，可从复合材料栅极结构116中移除光刻胶或掩蔽层。
由于操作302，选定数量的单元118(例如，在复合材料栅极结构116中)左侧空置(例如，无滤色器)。在一些实施例中，空置单元118聚在一起以形成包括两个、四个、六个或甚至任何数量的单元118的单元组。基于以上描述，图5示出了复合材料栅极结构116中的空置单元118的示例性组500。组500包括在红色滤色器120R和蓝色滤色器120B已经设置在复合材料栅极结构116中之后聚在一起的四个空置单元118。如上所讨论，红色滤色器120R和蓝色滤色器120B已经设置在复合材料栅极结构116中，使得它们覆盖其相应单元118的钝化层126。然而，钝化层126保持从单元118的组500暴露，这是由于这些单元之前被光刻胶或掩蔽层覆盖。
进一步地，组500的每个单元118与该组中的两个其他单元共享至少两个侧壁。例如，在图5中，组500中的单元共享侧壁a、b、c和d。出于例示目的，图5示出了在组500中聚在一起的四个空置单元118。然而这是非限制性的，且组500可包括更少单元或附加单元。此外，单元的附加组，诸如组500，可能遍布复合材料栅极结构116。在一些实施例中，空置单元组的大小和/或数量—在操作302之后—可取决于图像传感器器件的设计和/或规格。图6为沿图5的线A-B截取的截面图，其示出了组500的两个相邻空单元118之间的暴露共同侧壁。
参考图3，方法300由操作304继续，其中使用蚀刻工艺使组500中的单元118的共同侧壁a、b、c和d凹陷(如图5所示)。在一些实施例中，并且参照图5和图6，图像传感器的暴露于蚀刻工艺的区域包括滤色器120R和120B的顶部表面以及组500中的空置单元118的共同侧壁a、b、c和d。
在操作304中，滤色器120R和120B用作掩蔽层，使得复合材料栅极结构116中的下面的单元118的侧壁不凹陷。另一方面，经受操作304的蚀刻工艺的单元118(例如，未被滤色器占据)的任何暴露侧壁将凹陷。例如，图7示出了在操作304的蚀刻工艺之后图6的部分制造结构，其中相邻单元118之间的共同侧壁已经凹陷。侧壁d的凹陷高度H2短于其原始高度H1。在一些实施例中，对操作304的蚀刻工艺进行定时使得高度比H2/H1小于0.9。例如，如果暴露侧壁经受定时的操作304的蚀刻工艺，则其高度将减小至少10％。10％或更大的高度减小确保当填充单元118时凹陷侧壁将浸没在滤色器下方。如上所讨论，且参照图5，组500内的单元118的共同侧壁a、b和c在操作304的蚀刻工艺中可类似地凹槽。例如，图8示出了凹陷的共同侧壁a、b、c和d。
在一些实施例中，操作304的蚀刻工艺可部分地去除钝化层126的暴露部分；例如，且参考图7，钝化层126的暴露部分包括侧壁d的顶部表面和侧表面以及单元118的底部表面。通过示例且非限制性地，可实施到可用单元118中的钝化层126的新沉积以恢复钝化层126的任何蚀刻部分，然后进行方法300的下一个操作(例如，操作306)。
参照图3，方法300由操作306继续，其中第三滤色器设置在复合材料栅极结构116的空置单元118中。如上所讨论，第三滤色器可为绿色滤色器，因为其在烘干期间显示最高水平的表面变形。在一些实施例中，由于凹陷共同侧壁a、b、c和d(图8中示出)，允许绿色滤色器120G扩展到复合材料栅极结构116中的组500的多余一个空置单元118—条件是其顶部表面高于凹陷高度H2。换句话说，凹陷侧壁a、b、c和d允许绿色滤色器120G扩展到组500的所有单元且形成具有扩大的共同表面面积的单一绿色滤色器120G。此外，小于0.9的高度比H2/H1确保凹陷侧壁将浸没在绿色滤色器120G下方，如之前所讨论。例如，在图9中，图9为在操作306之后的复合材料栅极结构116的俯视图，绿色滤色器120G设置在复合材料栅极结构116中且遍及组500的所有单元118。这意味着与红色滤色器和蓝色滤色器(例如，120R和120B)相比，滤色器120G可在复合材料栅极结构116上占据更大的表面面积。在图10中，图10为沿图9的线C-D截取的截面图，根据一些实施例，绿色滤色器120G的顶部表面900低于高度H1且高于高度H2。
在一些实施例中，实施烘干以硬化滤色器。随后的蚀刻工艺使滤色器(例如，120R、120G和120B)的顶部表面凹陷，使得具有红色滤色器和蓝色滤色器的单元的钝化层126暴露在介电层124的区域上方，如图11所示。根据图11，绿色滤色器120G的顶部表面低于红色滤色器120R和蓝色滤色器120B的顶部表面。图12为在前述蚀刻工艺之后的复合材料栅极结构116的俯视图。
在一些实施例中，方法300不限于绿色滤色器。例如，基于图像传感器设计和特性以及烘干工艺之后滤色器的表面的收缩量，复合材料栅极结构的任何部分的任何数量的单元(例如，偶数个单元)的侧壁可凹陷以提供用于任何滤色器的更大的表面面积。
根据本公开的各个实施例提供一种减小在烘干工艺之后滤色器的表面变形的方法。可通过使复合材料栅极结构的选定部分的侧壁凹陷以使占据这些部分的滤色器能够在具有凹陷侧壁的单元中扩展并扩大其表面面积来减小这种变形。所提议的方法不限于单一滤色器或复合材料栅极结构的特定区域。使用光刻和蚀刻操作在复合材料栅极结构的选定区域中实施凹陷。例如，光刻和蚀刻操作可隔离复合材料栅极结构的一些部分并蚀刻复合材料栅极结构的选定区域内的相邻单元的共同侧壁。
在一些实施例中，一种图像传感器器件包括构造成在半导体层上方接收一个或多个滤色器的栅极结构，其中，栅极结构包括具有第一侧壁和共同侧壁的第一单元、具有第二侧壁和所述共同侧壁的第二单元—共同侧壁短于第一侧壁和第二侧壁。图像传感器器件进一步包括设置在第一单元和第二单元中的滤色器，其中滤色器的顶部表面位于共同侧壁的上方以及第一侧壁和第二侧壁的下方。
在一些实施例中，图像传感器系统包括：半导体层，半导体层具有形成在互联层上方且构造成将光转换成电荷的一个或多个辐射-感测区域；以及栅极结构，栅极结构形成在半导体层上方且构造成接收一个或多个滤色器，其中栅极结构包括具有第一侧壁和共同侧壁的第一单元和具有第二侧壁和所述共同侧壁的第二单元—共同侧壁短于第一侧壁和第二侧壁。图像传感器系统进一步包括设置在第一单元和第二单元中的滤色器，其中滤色器的顶部表面位于共同侧壁的上方以及第一侧壁和第二侧壁的下方；以及位于第一单元和第二单元中的每个的上方的微透镜。
在一些实施例中，一种方法包括：在图像传感器器件的半导体层的上方形成栅极结构，其中栅极结构包括具有多个单元的第一区域，其中多个单元具有共同侧壁；将一个或多个滤色器设置在栅极结构的第二区域中；使栅极结构的第一区域中的共同侧壁凹陷以形成具有凹陷的共同侧壁的一组单元；以及在该组单元中设置另一滤色器。
根据本发明的一个方面，提供一种图像传感器器件，包括：栅极结构，构造成在半导体层上方接收一个或多个滤色器，其中，栅极结构包括：第一单元，具有第一侧壁和共同侧壁；以及第二单元，具有第二侧壁和共同侧壁，共同侧壁短于第一侧壁和第二侧壁；以及滤色器，设置在第一单元和第二单元中，其中，滤色器的顶部表面位于共同侧壁的上方且位于第一侧壁和第二侧壁的下方。
根据发明的一个实施例，半导体层包括构造成感测从栅极结构进入半导体层的辐射的一个或多个感测区域。
根据发明的一个实施例，共同侧壁比第一侧壁和第二侧壁短至少10％。
根据发明的一个实施例，图像传感器器件进一步包括：位于栅极结构上方的透明材料，其中，透明材料在第一单元和第二单元上方形成微透镜。
根据发明的一个实施例，滤色器包括绿色滤色器。
根据发明的一个实施例，第一侧壁、共同侧壁和第二侧壁中的每个包括底层和顶部介电层，其中共同侧壁比第一侧壁和第二侧壁短至少10％。
根据发明的一个实施例，图像传感器器件进一步包括：位于第三单元中的其它滤色器，其中，其它滤色器不同于第一单元和第二单元中的滤色器，且其中，其它滤色器的顶部表面面积小于设置在第一单元和第二单元中的滤色器的顶部表面面积。
根据本发明的另一方面，提供一种图像传感器系统，包括：半导体层，具有形成在互连层上方且构造成将光转换成电荷的一个或多个辐射-感测区域；栅极结构，形成在半导体层上方且构造成接收一个或多个滤色器，其中，栅极结构包括：第一单元，具有第一侧壁和共同侧壁；以及第二单元，具有第二侧壁和共同侧壁，共同侧壁短于第一侧壁和第二侧壁；滤色器，设置在第一单元和第二单元中，其中，滤色器的顶部表面位于共同侧壁的上方且位于第一侧壁和第二侧壁的下方；以及微透镜，位于第一单元和第二单元中的每个的上方。
根据发明的一个实施例，共同侧壁的高度小于第一侧壁和第二侧壁的高度的90％。
根据发明的一个实施例，互连层包括衬垫层的后端、衬垫层的中间、衬垫层的前端或其组合。
根据发明的一个实施例，第一单元和第二单元中的每个与半导体层的一个或多个辐射-感测区域的相应的辐射-感测区域对齐。
根据发明的一个实施例，栅极结构构造成将光引导到半导体层的一个或多个辐射-感测区域。
根据本发明的另一方面，提供一种方法，包括：在图像传感器器件的半导体层的上方形成栅极结构，其中，栅极结构包括具有多个单元的第一区域，多个单元具有共同侧壁；在栅极结构的第二区域中设置一个或多个滤色器；使栅极结构的第一区域中的共同侧壁凹陷以形成具有凹陷的共同侧壁的一组单元；以及在一组单元中设置其它滤色器。
根据发明的一个实施例，使共同侧壁凹陷包括使共同侧壁凹陷至少10％的干蚀刻工艺。
根据发明的一个实施例，使共同侧壁凹陷将共同侧壁的高度减小至少10％。
根据发明的一个实施例，设置一个或多个滤色器包括掩蔽栅极结构的第一区域。
根据发明的一个实施例，其它滤色器包括绿色滤色器。
根据发明的一个实施例，一个或多个滤色器包括红色滤色器或蓝色滤色器。
根据发明的一个实施例，栅极结构包括顶部钝化层，当使第一区域中的共同侧壁凹陷时部分蚀刻顶部钝化层。
根据发明的一个实施例，方法进一步包括实施烘干以硬化其它滤色器。
应当领会，本公开的具体实施方式而非摘要意在用于解释权利要求。本公开的摘要部分可陈述一个或更多，但并非预期全部示例性实施例，并且因此并不意在限制附加权利要求。
以上公开概括了若干实施例的特征以使本领域中的技术人员可更好地理解本公开的一些方面。本领域中的技术人员将领会，其可容易地使用本公开作为用于设计或修改其他工艺和结构以执行相同目的和/或实现本文介绍的实施例的相同优势的基础。本领域中的技术人员还将意识到，这种等同构造不背离本公开的精神和范围，且它们在本文中可进行各种改变、替代和更改而不背离附加权利要求的精神和范围。

Claims (20)

1.一种图像传感器器件，包括：
栅极结构，构造成在半导体层上方接收一个或多个滤色器，其中，所述栅极结构包括：
第一单元，具有第一侧壁和共同侧壁；以及
第二单元，具有第二侧壁和所述共同侧壁，所述共同侧壁短于所述第一侧壁和所述第二侧壁；以及
滤色器，设置在所述第一单元和所述第二单元中，其中，所述滤色器的顶部表面位于所述共同侧壁的上方且位于所述第一侧壁和所述第二侧壁的下方。
2.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述半导体层包括构造成感测从所述栅极结构进入所述半导体层的辐射的一个或多个感测区域。
3.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述共同侧壁比所述第一侧壁和所述第二侧壁短至少10％。
4.根据权利要求1所述的图像传感器器件，进一步包括：
位于所述栅极结构上方的透明材料，其中，所述透明材料在所述第一单元和所述第二单元上方形成微透镜。
5.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述滤色器包括绿色滤色器。
6.根据权利要求1所述的图像传感器器件，其中，所述第一侧壁、所述共同侧壁和所述第二侧壁中的每个包括底层和顶部介电层，其中所述共同侧壁比所述第一侧壁和所述第二侧壁短至少10％。
7.根据权利要求1所述的图像传感器器件，进一步包括：
位于第三单元中的其它滤色器，其中，所述其它滤色器不同于所述第一单元和所述第二单元中的所述滤色器，且其中，所述其它滤色器的顶部表面面积小于设置在所述第一单元和所述第二单元中的所述滤色器的顶部表面面积。
8.一种图像传感器系统，包括：
半导体层，具有形成在互连层上方且构造成将光转换成电荷的一个或多个辐射-感测区域；
栅极结构，形成在所述半导体层上方且构造成接收一个或多个滤色器，其中，所述栅极结构包括：
第一单元，具有第一侧壁和共同侧壁；以及
第二单元，具有第二侧壁和所述共同侧壁，所述共同侧壁短于所述第一侧壁和所述第二侧壁；
滤色器，设置在所述第一单元和所述第二单元中，其中，所述滤色器的顶部表面位于所述共同侧壁的上方且位于所述第一侧壁和所述第二侧壁的下方；以及
微透镜，位于所述第一单元和所述第二单元中的每个的上方。
9.根据权利要求8所述的图像传感器系统，其中，所述共同侧壁的高度小于所述第一侧壁和所述第二侧壁的高度的90％。
10.根据权利要求8所述的图像传感器系统，其中，所述互连层包括衬垫层的后端、所述衬垫层的中间、所述衬垫层的前端或其组合。
11.根据权利要求8所述的图像传感器系统，其中，所述第一单元和所述第二单元中的每个与所述半导体层的所述一个或多个辐射-感测区域的相应的辐射-感测区域对齐。
12.根据权利要求8所述的图像传感器系统，其中，所述栅极结构构造成将光引导到所述半导体层的所述一个或多个辐射-感测区域。
13.一种形成图像传感器系统的方法，包括：
在图像传感器器件的半导体层的上方形成栅极结构，其中，所述栅极结构包括具有多个单元的第一区域，所述多个单元具有共同侧壁；
在所述栅极结构的第二区域中设置一个或多个滤色器；
使所述栅极结构的所述第一区域中的所述共同侧壁凹陷以形成具有凹陷的共同侧壁的一组单元；以及
在所述一组单元中设置其它滤色器。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，使所述共同侧壁凹陷包括使所述共同侧壁凹陷至少10％的干蚀刻工艺。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，使所述共同侧壁凹陷将所述共同侧壁的高度减小至少10％。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，设置所述一个或多个滤色器包括掩蔽所述栅极结构的所述第一区域。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述其它滤色器包括绿色滤色器。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述一个或多个滤色器包括红色滤色器或蓝色滤色器。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，所述栅极结构包括顶部钝化层，当使所述第一区域中的所述共同侧壁凹陷时部分蚀刻所述顶部钝化层。
20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括实施烘干以硬化所述其它滤色器。
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