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CN111916466B - 图像传感器及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的各种实施例涉及一种包括光管结构的图像传感器。光侦测器设置在半导体衬底内。栅极电极位于半导体衬底之上且与光侦测器相邻。层级间介电层上覆于半导体衬底。导电接点设置在层级间介电层内，以使得导电接点的底表面低于栅极电极的顶表面。光管结构上覆于光侦测器，以使得光管结构的底表面凹入成低于导电接点的顶表面。

Description

图像传感器及其形成方法
技术领域
本发明实施例是涉及图像传感器、互补金属氧化物半导体图像传感器及其形成方法。
背景技术
具有图像传感器的集成电路(Integrated Circuit，IC)用于各种各样的现代电子器件中，例如照相机及手机。互补金属氧化物半导体(Complementary metal-oxidesemiconductor，CMOS)器件已成为普及的IC图像传感器。与电荷耦合器件(charge-coupleddevice，CCD)相比，CMOS图像传感器因功耗低、尺寸小、数据处理迅速、直接输出数据及制造成本低而越来越受欢迎。一些类型的CMOS图像传感器包括前侧照明式(front-sideilluminated，FSI)图像传感器及后侧照明式(back-side illuminated，BSI)图像传感器。
发明内容
在一些实施例中，本申请提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：半导体衬底；光侦测器(photodetector)，设置在所述半导体衬底内；栅极电极，上覆于所述半导体衬底且与所述光侦测器相邻；层级间介电(ILD)层，上覆于所述半导体衬底；导电接点，位于所述层级间介电层内，其中所述导电接点的底表面低于所述栅极电极的顶表面；以及光管(light pipe)结构，上覆于所述光侦测器，其中所述光管结构的底表面凹入成低于所述导电接点的顶表面。
在一些实施例中，本申请提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，所述互补金属氧化物半导体图像传感器包括：衬底；光侦测器，设置在所述衬底内；内连线结构，包括层级间介电(ILD)层、上覆于所述层级间介电(ILD)层的金属间介电(IMD)结构以及在所述金属间介电结构内的导线，其中所述内连线结构上覆于所述衬底且选择性地电耦合到所述光侦测器；以及光管结构，上覆于所述光侦测器且从所述金属间介电结构的顶部连续延伸到低于所述内连线结构的最底部导线的底表面的点。
在一些实施例中，本申请提供一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：在半导体衬底中形成光侦测器；在所述光侦测器之上形成内连线结构的下部内连线部分；执行第一移除工艺以在所述下部内连线部分中界定上覆于所述光侦测器的第一开口；形成下部刻蚀终止层，从而给所述第一开口加衬，其中所述下部刻蚀终止层在所述第一开口中具有U形；在所述下部刻蚀终止层之上形成所述内连线结构的上部内连线部分；以及形成上覆于所述光侦测器的光管结构，其中所述下部刻蚀终止层的所述U形沿着所述光管结构的侧壁及底表面连续延伸。
附图说明
结合附图进行阅读，依据以下详细说明最透彻地理解本发明的各方面。注意，根据行业中的标准惯例，各种特征未按比例绘制。事实上，为论述的清晰起见，可任意地增大或减小各种特征的尺寸。
图1说明包括光管结构的图像传感器的一些实施例的剖视图，所述光管结构上覆于光侦测器，其中所述光管结构的底表面延伸成低于最底部导线。
图2A及图2B说明图1所示图像传感器的各种替代实施例的剖视图，其中所述图像传感器还包括上覆于导电层堆叠的接合接垫(bond pad)。
图3说明图像传感器的一些实施例的剖视图，所述图像传感器包括位于光侦测器之上的光管结构且还包括邻近所述光侦测器的晶体管，其中所述晶体管通过内连线结构电耦合到上覆的接合接垫。
图4到图15说明用于形成图像传感器的方法的一些实施例的一系列剖视图，所述图像传感器包括位于光侦测器之上的光管结构且还包括邻近所述光侦测器的晶体管。
图16说明图4到图15所示方法的一些实施例的方块图。
具体实施方式
本发明提供许多不同的实施例或实例以实施本发明的不同特征。下文阐述组件及排列的具体实例以使本发明简明。当然，这些仅是实例，并不旨在进行限制。举例来说，在以下说明中，第一特征形成在第二特征之上或形成在第二特征上可包括第一特征与第二特征形成为直接接触的实施例，且还可包括额外特征可形成在第一特征与第二特征之间使得第一特征与第二特征不可直接接触的实施例。另外，本发明可在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。此重复是出于简明及清晰目的，本质上并不规定所述的各种实施例及/或配置之间的关系。
此外，为便于说明起见，本文中可使用例如“在…下面”、“低于”、“下部”、“在…上方”、“上部”等空间相对用语来阐述一个元件或特征与另外的元件或特征之间的关系，如图中所说明。除了图中所绘示的定向之外，所述空间相对用语还旨在囊括器件在使用或操作中的不同定向。可以其他方式对设备进行定向(旋转90度或处于其他定向)，且同样地可对本文中所使用的空间相对描述符加以相应地解释。
前侧照明式(FSI)图像传感器可(例如)包括光管结构，所述光管结构分别上覆于光侦测器。所述光管结构被配置成通过全内反射(total internal reflection，TIR)将入射辐射引导到下方的光侦测器，借此提高图像传感器的量子效率(quantum efficiency，QE)。光侦测器设置在半导体衬底内。内连线结构上覆于所述半导体衬底。所述内连线结构包括配线层(例如，水平布线)与通孔层(例如，垂直布线)的交替堆叠，所述交替堆叠设置在内连线介电结构内。
可通过以下步骤形成光管结构：先完全形成或实质上形成内连线结构，再穿过内连线介电结构执行刻蚀工艺(例如，干式刻蚀工艺)，借此在每一光侦测器上方形成开口。随后，可在所述开口中形成光管结构。然而，由于开口深入地延伸到内连线结构中，因此可例如通过具有高功率且因此具有高电场强度的等离子刻蚀来执行所述刻蚀。这可使电子积聚在半导体衬底上，因此会增大暗电流及/或增大图像传感器中所存在的白色像素的数目。此外，来自等离子中的离子的物理轰击可损坏内连线介电结构及/或损坏半导体衬底的结晶结构，因此会降低内连线介电结构的结构完整性及/或进一步增加暗电流及/或白色像素的数目。此外，高功率及长持续时间的刻蚀工艺会导致光管结构的高度大不相同。因此，光管结构各自从内连线结构的顶部延伸到半导体衬底上方的不同的点，这会致使每一光管结构可具有不同的高度。已认识到，光管结构间的高度差可导致光侦测器间存在不均匀性(例如，第一光侦测器可接收到的入射辐射比邻近的第二光侦测器少)且可降低图像传感器的总量子效率。
本申请的各种实施例涉及一种形成光管结构的方法，所述光管结构提高图像传感器的量子效率且减少暗电流及/或白色像素的数目。在一些实施例中，所述方法包括：在光侦测器之上形成内连线结构的下部内连线部分；及随后在所述下部内连线部分中执行第一低功率刻蚀以形成开口。形成下部刻蚀终止层，从而给开口加衬，且所述下部刻蚀终止层在开口中具有U形轮廓。在下部刻蚀终止层及下部内连线部分之上形成内连线介电结构的上部内连线部分。在上部内连线部分中执行第二刻蚀工艺以形成上覆于光侦测器的光管开口。形成上部刻蚀终止层，从而给光管开口的侧壁加衬。执行湿式刻蚀工艺以扩张光管开口且移除上覆于下部刻蚀终止层的上部内连线部分的多余材料。在所述光管开口中形成光管结构，以使得光管结构的底表面低于内连线结构的最底部配线层。使用低功率刻蚀工艺来形成开口并在所述开口内形成下部刻蚀终止层能减少对半导体衬底的结晶结构的损坏，借此减少暗电流及/或图像传感器中白色像素的数目。此外，湿式刻蚀工艺能够形成光管开口，同时避免在进行干式刻蚀工艺期间会发生的等离子损坏，因此减少电子在半导体衬底上的积聚。此外，光管结构的底表面延伸成低于最底部配线层能提高图像传感器中光侦测器间的量子效率及均匀性。
参考图1，提供包括光管结构115的图像传感器100的一些实施例的剖视图，光管结构115上覆于光侦测器104，其中光管结构115的底表面115b延伸成低于最底部导线112。
光管结构115上覆于位于半导体衬底102内的光侦测器104。在一些实施例中，半导体衬底102可以是例如块状衬底(例如，块状硅衬底)、绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)衬底或具有第一掺杂类型(例如，P型)的一些其他适合的衬底。在另外的实施例中，半导体衬底102可包括三层(例如，上覆于氧化物的硅及位于所述氧化物之下的硅)，以使得所述三层中的最顶层是进行了n型掺杂的外延硅。光侦测器104具有与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型(例如，n型)。光侦测器104被配置成吸收入射辐射120(例如，光子)并产生与入射辐射120对应的电信号。在一些实施例中，沿着光侦测器104的边界形成空乏区(例如，由于光侦测器104与半导体衬底102的邻近掺杂区之间的p-n结)。
浮动扩散节点(floating diffusion node)106横向地偏离光侦测器104而设置在半导体衬底102内。浮动扩散节点106位于具有第二掺杂类型(例如，n型)的半导体衬底102内。转移晶体管(transfer transistor)110设置在半导体衬底102之上、横向地位于光侦测器104与浮动扩散节点106之间。转移晶体管110可例如在光侦测器104与浮动扩散节点106之间选择性地形成导电通道，以将光侦测器104中所积聚的电荷转移到浮动扩散节点106。所积聚的电荷可例如由吸收入射辐射120产生。
内连线结构107上覆于半导体衬底102。内连线结构107包括导电通孔(例如，导电接点108)、导线(例如，最底部导线112)及介电层及/或介电结构(例如，下部层级间介电(ILD)结构109)。下部ILD结构109上覆于半导体衬底102及转移晶体管110。导电接点108上覆于浮动扩散节点106，且延伸穿过下部ILD结构109以将浮动扩散节点106电耦合到最底部导线112。在一些实施例中，硅化物可设置在导电接点108与半导体衬底102之间(未示出)。下部刻蚀终止结构114设置在下部ILD结构109与上覆的上部ILD结构116之间。下部刻蚀终止结构114具有直接位于光侦测器104上方的U形轮廓。上部刻蚀终止结构118穿过上部ILD结构116延伸到下部刻蚀终止结构114。
光管结构115从内连线结构107的顶部延伸成低于最底部导线112的底表面。在一些实施例中，光管结构115包含具有第一折射率(例如，大于2.6)的第一介电材料，下部刻蚀终止结构114包含具有第二折射率(例如，大约2.6)的第二介电材料，且上部刻蚀终止结构118包含具有第三折射率(例如，大约2)的第三介电材料。在一些实施例中，第一折射率大于第二折射率及第三折射率。由于第一折射率大于第二折射率及第三折射率，因此入射辐射120被约束到光管结构115中(例如，由于全内反射)且被引导到光侦测器104上。另外，由于第二折射率及第三折射率小于第一折射率，因此设置在直接位于光侦测器104上方的内连线结构107上的大多数入射辐射120被引导到光管结构115并朝向光侦测器104折射。
光管结构115的底表面115b延伸成低于导电接点108的顶表面达距离d1。在一些实施例中，距离d1处于约50埃到1500埃范围内。在一些实施例中，如果距离d1小(例如，小于约50埃)，则光管结构115的高度会减小。这可部分地减少设置在光侦测器104上的入射辐射120，因此会降低图像传感器100的量子效率(QE)。在另外的实施例中，如果距离d1大(例如，大于约1500埃)，则物理轰击(例如，来自在形成光管结构115期间所使用的等离子的离子)可能会损坏内连线结构107及/或损坏半导体衬底102的结晶结构。这可部分地降低内连线结构107的结构完整性，增加光侦测器104中的暗电流及/或图像传感器100中的白色像素。在另外的实施例中，下部ILD结构109包含具有第四折射率(例如，大约1.46)的第四介电材料(例如氧化物，例如氧化硅)，所述第四折射率小于第一折射率。在其他实施例中，上部ILD结构116包含具有第五介电材料的氧化物，所述第五介电材料的折射率大约为1.3。
在一些实施例中，如图1中所见，光管结构115沿着上部刻蚀终止结构118的实质上笔直的内侧壁连续延伸。在另外的实施例中，光管结构115的顶表面与上部刻蚀终止结构118的顶表面实质上对齐。光管结构115的上表面直接接触上部刻蚀终止结构118的底表面。下部刻蚀终止结构114沿着光管结构115的最外侧壁及底表面115b连续延伸且杯形地环绕所述最外侧壁及所述底表面115b。在一些实施例中，光管结构115的最外侧壁横向地位于光侦测器104的外侧壁之间。光管结构115的底表面115b与光侦测器104的顶表面可例如被下部刻蚀终止结构114的下部区段及下部ILD结构109分隔开。光管结构115凹入到下部ILD结构109中，以使得光管结构115的底表面115b低于下部ILD结构109的顶表面。下部ILD结构109沿着光管结构115的最外侧壁及底表面115b连续延伸，且杯形地环绕所述最外侧壁及所述底表面115b。转移晶体管110横向地设置在光管结构115与导电接点108之间。光管结构115的底表面115b横向地设置在转移晶体管110的顶表面上方。光管结构115横向地位于光侦测器104的外侧壁与转移晶体管110之间。
参考图2A，提供根据图1所示图像传感器100的一些替代实施例的图像传感器200a的剖视图，其中接合接垫220上覆于转移晶体管110。
图像传感器200a包括上覆于半导体衬底102的内连线结构107。深隔离结构202邻近光侦测器104而设置在半导体衬底102内。在一些实施例中，深隔离结构202可以是例如浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)结构、深沟槽隔离(deep trench isolation，DTI)结构等。在另外的实施例中，深隔离结构202包含介电材料，及/或从半导体衬底102的前侧表面102f延伸到半导体衬底102的后侧表面102b。深隔离结构202被配置成电隔离光侦测器104与邻近的半导体器件(例如，邻近光侦测器)(未示出)。
转移晶体管110设置在浮动扩散节点106与光侦测器104之间。在一些实施例中，转移晶体管110包括上覆于转移栅极电介质232的转移栅极电极234，且还包括邻接转移栅极电极234以及转移栅极电介质232的侧壁间隔件230。在前述实施例中，可对转移栅极电极234施加电压以控制光侦测器104中所积聚的电荷(例如，经由吸收入射辐射)向浮动扩散节点106的转移。
内连线结构107上覆于半导体衬底102的前侧表面102f，以使得图像传感器200a可例如被配置成前侧照明式(FSI)图像传感器。在一些实施例中，内连线结构107包括设置在内连线介电结构201内的导电接点108、接合接垫220、内连线介电结构201、导电配线层210a到210d及导电通孔208。导电接点108设置在最底部导电配线层210a与浮动扩散节点106之间。导电通孔208设置在导电配线层210a到210d之间。内连线介电结构201包括多个介电层。内连线介电结构201包括下部ILD结构109、下部刻蚀终止结构114、配线间缓冲层204a到204d、上部刻蚀终止结构118、金属间介电(inter-metal dielectric，IMD)层206a到206d以及钝化层214a到214b。在一些实施例中，上部刻蚀终止结构118的底表面设置成低于最底部导电配线层210a的上表面。
在一些实施例中，下部ILD结构109(例如)可以是或包含一种或多种介电材料(例如，氧化物、氧化硅、低k值电介质等)，及/或可例如具有处于约2500埃到5000埃范围内的厚度。如本文中所使用，低k值电介质是介电常数小于3.9的介电材料。在另外的实施例中，下部刻蚀终止结构114(例如)可以是或包含碳化硅等，及/或可例如具有处于约200埃到500埃范围内的厚度。在其他实施例中，配线间缓冲层204a到204c可分别(例如)是或包含碳化硅等，及/或可分别(例如)具有处于约200埃到500埃范围内的厚度。在一些实施例中，上部刻蚀终止结构118及配线间缓冲层204d可分别(例如)是或包含氮化硅，及/或可(例如)具有处于约250埃到750埃范围内的厚度。在另外的实施例中，IMD层206a到206d可分别(例如)是或包含氧化物、氧化硅、低k值电介质等，及/或可分别(例如)具有处于约1000到3000埃范围内的厚度。在其他实施例中，钝化层214a到214b可分别(例如)是或包含氧化物、氧化硅、低k值电介质、氮化硅等，及/或可(例如)具有处于约500埃到2000埃范围内的厚度。在一些实施例中，导电接点108、导电通孔208以及导电配线层210a到210d(例如)可以是或包含金属材料，例如铜、钨、铝等。
导电通孔208及导电配线层210a到210d延伸穿过内连线介电结构201，且促进下方的接触区(例如，浮动扩散节点106)及/或下方的半导体器件(例如，转移晶体管110)与上覆的金属层(例如，接合接垫220)之间进行电耦合。在一些实施例中，接合接垫220可将最上部导电配线层210d电耦合到设置在外部器件(未示出)上的半导体器件。焊料凸块222设置在接合接垫220之上，以促进接合接垫220与集成芯片封装的外部输入/输出(input/output，I/O)引脚之间进行耦合。接垫介电层218设置在接合接垫220与最上部导电配线层210d之间。
导电接点108上覆于浮动扩散节点106，且可促进浮动扩散节点106处的电荷转移到上覆的金属层(例如，接合接垫220)。在一些实施例中，导电接点108的底表面与半导体衬底102的前侧表面102f对齐，且直接接触所述前侧表面102f。在另外的实施例中，导电接点108的底表面延伸成低于半导体衬底102的前侧表面102f(未示出)。在其他实施例中，导电接点108的底表面高于半导体衬底102的前侧表面102f，且可通过例如硅化物、掺杂硅及/或多晶硅(未示出)电耦合到半导体衬底。光管结构115的底表面115b延伸成低于导电接点108的顶表面。在一些实施例中，不同的导电接点上覆于转移栅极电极234，以使得光管结构115的底表面115b延伸成低于不同的导电接点的顶表面(未示出)。
光管结构115延伸穿过内连线介电结构201且终止在低于最底部导电配线层210a的底表面处。在一些实施例中，光管结构115具有第一宽度W1及第二宽度W2，第一宽度W1大于第二宽度W2。设置在直接位于光侦测器104上方的内连线结构107上的入射辐射被约束到光管结构115中(例如，由于全内反射)且被引导到光侦测器104。光管结构115的底表面115b设置成低于最底部导电配线层210a的底表面达距离d1。因此，位于下部刻蚀终止结构114的底表面与半导体衬底102的前侧表面102f之间的下部ILD结构109的厚度t1减小。这部分地减少下部ILD结构109对入射辐射的反射及/或吸收，因此会提高图像传感器200a的量子效率。
第一宽度W1界定在下部刻蚀终止结构114的相对的侧壁114s1、114s2之间。在一些实施例中，第一宽度W1处于大约1微米到3.5微米范围内。第二宽度W2界定在上部刻蚀终止结构118的相对的侧壁118s1、118s2之间。在一些实施例中，第二宽度W2处于大约1微米到3微米范围内。在另外的实施例中，如果第二宽度W2是1微米或大于1微米，则设置在光侦测器104上的入射辐射将会增加，同时会减少被内连线结构107反射离开光侦测器104的入射辐射。这将部分地提高图像传感器200a的总量子效率。在其他实施例中，如果第二宽度W2是3微米或小于3微米，则设置在光侦测器104上的入射辐射将得以进一步提高，同时降低与形成光管结构115相关联的成本。这将部分地进一步提高图像传感器200a的总量子效率。在一些实施例中，第一宽度W1与第二宽度W2之间的差的绝对值(即，|W1-W2|)小于0.5微米。在另外的实施例中，如果上述差大于例如0.5微米，则可降低光管结构115的结构完整性。
此外，在一些实施例中，光侦测器104可位于光侦测器阵列中，以使得所述阵列包括设置成行及列的多个光侦测器。光管结构直接上覆于所述阵列中的每一光侦测器。光管结构可各自被配置成光管结构115，以使得每一光管结构的底表面延伸穿过内连线介电结构201且终止在低于最底部导电配线层210a的底表面处。这可跨越阵列而部分地提高光侦测器的均匀性(例如，第一光侦测器可与邻近的第二光侦测器接收约相同量的入射辐射)，借此提高图像传感器200a的总量子效率。
抗反射层216接触光管结构115，且被配置成减少内连线结构107反射的入射辐射量。在一些实施例中，抗反射层216(例如)可以是或包含氧化物、高k值电介质、氮化物等。彩色滤光片226设置在抗反射层216之上。彩色滤光片226被配置成透射特定波长的入射辐射，而阻挡其他波长的辐射。此外，微透镜224上覆于彩色滤光片226且被配置成朝向光侦测器104聚焦入射辐射。
参考图2B，提供根据图2A所示图像传感器200a的一些替代实施例的图像传感器200b的剖视图，其中下部刻蚀终止结构114包括第一下部刻蚀终止层114a及第二下部刻蚀终止层114b，第一下部刻蚀终止层114a位于第二下部刻蚀终止层114b之下。第二下部刻蚀终止层114b具有直接位于光侦测器104上方的U形轮廓。下部刻蚀终止结构114上覆于第二最底部导电配线层210b。上部刻蚀终止结构118的底表面设置在最底部导电配线层210a的顶表面上方。上部刻蚀终止结构118在最底部导电配线层210a的顶表面与下部刻蚀终止结构114的顶表面之间具有第一厚度tet1。在一些实施例中，第一厚度tet1处于约125埃到375埃范围内。此外，上部刻蚀终止结构118在第二最底部导电配线层210b的底表面上方具有第二厚度tet2。在一些实施例中，第二厚度tet2处于约250埃到750埃范围内。
参考图3，提供根据图2A所示图像传感器200a的一些替代实施例的图像传感器300的剖视图，其中复位晶体管(reset transistor)304设置在浮动扩散节点106与接触区302之间。在一些实施例中，复位晶体管304包括上覆于复位栅极电介质的复位栅极电极，且还包括邻接所述复位栅极电极及复位栅极电介质的侧壁间隔件。在一些实施例中，接触区302电耦合到经由内连线结构107供应复位电压(例如，5伏特)的电源(例如，直流(directcurrent，DC)电源)。在另外的实施例中，将复位栅极电压施加到复位栅极电极以将所述复位电压施加到浮动扩散节点106。导电接点108、导电配线层210a到210d、导电通孔208及接合接垫220上覆于接触区302，且可例如被配置成将接触区302电耦合到电源(未示出)。浅隔离结构306邻近接触区302，且被配置成电隔离接触区302与邻近的半导体器件、邻近的接触区及/或邻近的源极/漏极区(未示出)。在一些实施例中，浅隔离结构306可(例如)是浅沟槽隔离(STI)结构、深沟槽隔离(DTI)结构等。
参考图4，提供根据图3所示图像传感器300的一些替代实施例的图像传感器400的剖视图，其中下部刻蚀终止结构114包括第一下部刻蚀终止层114a及第二下部刻蚀终止层114b，第一下部刻蚀终止层114a位于第二下部刻蚀终止层114b之下。上部刻蚀终止结构118包括第一上部刻蚀终止层118a及第二上部刻蚀终止层118b，第一上部刻蚀终止层118a位于第二上部刻蚀终止层118b之下。此外，包括导电配线层210a到210d、导电通孔208、接合接垫220及焊料凸块222的内连线柱402横向地偏离转移晶体管110及复位晶体管304。在一些实施例中，接合接垫220通过内连线结构107电耦合到浮动扩散节点106。配线间缓冲层204d设置在接合接垫220与导电通孔208之间。在一些实施例中，配线间缓冲层204d与上部刻蚀终止结构118包含相同的材料。
图5到图15说明根据本发明的各方面的形成图像传感器器件的方法的一些实施例的剖视图500到剖视图1500。尽管参考一种方法阐述图5到图15中所示的剖视图500到剖视图1500，但应了解，图5到图15中所示的结构并不仅限于所述方法，而是可独立于所述方法而单独存在。尽管将图5到图15阐述为一系列动作，但应了解，这些动作并不受限制，在其他实施例中所述动作的次序可有所变动，且所公开的方法也适用于其他结构。在其他实施例中，可全部或部分地省略所说明及/或所述的一些动作。在一些实施例中，图5到图15可例如用于形成图4所示图像传感器400。
如图5的剖视图500中所示，提供半导体衬底102，且在半导体衬底102的前侧表面102f上形成深隔离结构202及浅隔离结构306。在一些实施例中，半导体衬底102(例如)可以是块状衬底(例如，块状硅衬底)、绝缘体上硅(SOI)衬底或一些其他适合的衬底。在一些实施例中，在形成深隔离结构202及浅隔离结构306之前，执行第一植入工艺以对具有第一掺杂类型(例如，P型)的半导体衬底102进行掺杂。在一些实施例中，形成深隔离结构202及/或浅隔离结构306的工艺可包括：1)选择性地刻蚀半导体衬底102以在半导体衬底102中形成从半导体衬底102的前侧表面102f延伸到半导体衬底102中的沟槽；以及2)使用介电材料来填充(例如，通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)、原子层沉积(atomic layer deposition，ALD)、热氧化、溅射等)所述沟槽。在另外的实施例中，通过以下操作来选择性地刻蚀半导体衬底102：在半导体衬底102的前侧表面102f上形成掩蔽层(未示出)，且随后将半导体衬底102暴露于刻蚀剂，所述刻蚀剂被配置成选择性地移除半导体衬底102的未遮蔽部分。在其他实施例中，所述介电材料可包括氧化物(例如，氧化硅)、氮化物等。
图5中还示出，在半导体衬底102中形成光侦测器104。光侦测器104是半导体衬底102的具有与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型(例如，N型)的区。在一些实施例中，可通过选择性离子植入工艺来形成光侦测器104，所述选择性离子植入工艺利用半导体衬底102的前侧表面102f上的掩蔽层(未示出)来将离子选择性地植入到半导体衬底102中。此外，在半导体衬底102的前侧表面102f之上形成转移晶体管110及复位体管304。在一些实施例中，形成转移晶体管110及/或复位晶体管304的工艺包括在半导体衬底102的前侧表面102f上沉积及/或生长(例如，通过CVD、PVD、ALD、热氧化、溅射等)栅极介电层。接下来，可在所述栅极介电层上沉积栅极电极层。随后，将栅极介电层及栅极电极层图案化(例如，通过光刻/刻蚀工艺)以分别形成栅极电介质及栅极电极。此外，可例如通过以下步骤形成间隔件：1)在半导体衬底102的前侧表面102f、栅极电介质及栅极电极之上沉积(例如，通过CVD、PVD、ALD、溅射等)间隔件层；以及2)回蚀间隔件层以从水平表面移除间隔件层。在另外的实施例中，所述间隔件层可包含氮化物、氧化物或一些其他的电介质。在另外的实施例中，所述栅极电极层可包含例如多晶硅、铝等。在其他实施例中，栅极介电层可包含例如氧化物、高k值电介质等。
图5中还展示，在半导体衬底102中在与复位晶体管304相对的侧上形成接触区302及浮动扩散节点106。在一些实施例中，接触区302及浮动扩散节点106是半导体衬底102的具有第二掺杂类型(例如，N型)的区。在一些实施例中，可通过选择性离子植入工艺来形成接触区302及浮动扩散节点106，所述选择性离子植入工艺利用设置在半导体衬底102的前侧表面102f上的掩蔽层(未示出)来将n型掺杂剂(例如，磷)选择性地植入到半导体衬底102中。此外，在半导体衬底102的前侧表面102f之上形成下部层级间介电(ILD)结构109。在一些实施例中，下部ILD结构109(例如)可以是或包含一种或多种介电材料，例如氧化物、氧化硅、低k值电介质等，及/或可例如具有处于约2500埃到5000埃范围内的厚度。下部ILD结构109的形成可(例如)包括沉积，后续接着进行平坦化以使下部ILD结构109的顶表面平整。
此外，在接触区302及浮动扩散节点106之上、在下部ILD结构109内形成导电接点108。在一些实施例中，导电接点108是通过单镶嵌工艺来形成。在一些实施例中，导电接点108形成在转移晶体管110及复位晶体管304之上(未示出)。在一些实施例中，单镶嵌工艺包括：将介电层及/或介电结构(例如，下部ILD结构109)图案化以使其具有用于单个导电特征层(例如，接点层、通孔层或配线层)的开口；及使用导电材料来填充所述开口以形成所述单个导电特征层。在另外的实施例中，执行平坦化工艺(例如，化学机械平坦化(chemicalmechanical planarization，CMP)工艺)以使得ILD结构109的顶表面与导电接点108的顶表面对齐。另外，在下部ILD结构109之上形成配线间缓冲层204a，且在配线间缓冲层204a之上形成金属间介电(IMD)层206a。在一些实施例中，可例如利用CVD、PVD、ALD及/或溅射来形成ILD结构109、配线间缓冲层204a及/或IMD层206a。在其他实施例中，配线间缓冲层204a(例如)可以是或包含碳化硅等，及/或可例如具有处于约200埃到500埃范围内的厚度。在另外的实施例中，IMD层206a(例如)可以是或包含氧化物、氧化硅、低k值电介质等，及/或可例如具有处于约1000埃到3000埃范围内的厚度。
如图6的剖视图600中所示，在下部ILD结构109之上形成最底部导电配线层210a。在一些实施例中，例如通过单镶嵌工艺形成最底部导电配线层210a。在一些实施例中，最底部导电配线层210a(例如)可以是或包含金属材料，例如铜、钨、铝等。
如图7的剖视图700中所示，在IMD层206a之上形成第一下部刻蚀终止层114a。随后，执行刻蚀工艺以在光侦测器104上方界定第一开口702。在一些实施例中，所述刻蚀工艺包括：在第一下部刻蚀终止层114a之上形成掩蔽层；将位于掩蔽层下边的层选择性地暴露于一种或多种刻蚀剂；及移除所述掩蔽层(未示出)。在一些实施例中，所述刻蚀工艺移除ILD结构109的一部分，以使得ILD结构109的上表面凹入成低于最底部导电配线层210a的底表面达凹入距离r1。在一些实施例中，凹入距离r1例如处于大约500埃到2000埃范围内。ILD结构109的厚度t1界定在ILD结构109的上表面与半导体衬底102的顶表面之间。在一些实施例中，厚度t1例如处于大约500埃到2000埃范围内。减小位于光侦测器104之上的ILD结构109的厚度t1可例如增加光侦测器104可接收到的入射辐射量，借此提高光侦测器104的量子效率。
在一些实施例中，用于形成第一开口702的刻蚀工艺可(例如)是低功率干式刻蚀工艺(例如，所述低功率刻蚀工艺可具有处于约200到400瓦(W)范围内的低功率)。此外，低功率刻蚀工艺中所利用的所述一种或多种刻蚀剂(例如)可以是或包含氟系化学品(例如，八氟环丁烷(C4F8)、六氟环丁烯(C4F6))、氩、氦等。使用低功率干式刻蚀工艺及所述一种或多种刻蚀剂会减少对半导体衬底102的损坏及/或减少电子在半导体衬底102上的积聚。这会部分地减少暗电流的存在及/或光侦测器104中白色像素的存在。
如图8的剖视图800中所示，在第一下部刻蚀终止层114a之上且在第一开口(图7所示702)内形成第二下部刻蚀终止层114b。在一些实施例中，第一下部刻蚀终止层114a及第二下部刻蚀终止层114b界定下部刻蚀终止结构114。在另外的实施例中，第一下部刻蚀终止层114a及第二下部刻蚀终止层114b分别包含碳化硅，且分别形成有处于约200埃到500埃范围内的厚度。第二下部刻蚀终止层114b具有直接上覆于光侦测器104的U形区段114bu。
如图9的剖视图900中所示，在下部刻蚀终止结构114之上形成第二IMD层206b。在一些实施例中，第二IMD层206b与IMD层206a包含相同的材料。第二IMD层206b填充第二下部刻蚀终止层114b的U形区段(图8所示114bu)。第二IMD层206b的形成可(例如)包括沉积，后续接着进行平坦化以使第二IMD层206b的顶表面平整。
如图10的剖视图1000中所示，在半导体衬底102之上形成内连线结构107的导电层及介电层。内连线介电结构201包括配线间缓冲层204a到204d、IMD层206a到206d、钝化层214a到214b及第一上部刻蚀终止层118a。在一些实施例中，内连线介电结构201内的介电层分别可例如由CVD、PVD、ALD、热氧化、溅射等来形成。在一些实施例中，第一上部刻蚀终止层118a(例如)可以是或包含氮化硅，及/或可例如形成有处于约250埃到750埃范围内的厚度。内连线结构107的导电层包括形成在内连线介电结构201内的导电配线层210a到210d及导电通孔208。在一些实施例中，导电配线层210a到210d及/或导电通孔208可例如由单镶嵌工艺或双镶嵌工艺形成。在一些实施例中，双镶嵌工艺包括：沉积介电层；将所述介电层图案化使其具有用于两个导电特征层(例如，通孔层及配线层)的开口；及使用导电材料来填充所述开口以形成所述两个导电特征层。所述介电层可例如与内连线介电结构201中的层中的一者对应。在另外的实施例中，在内连线柱402之上形成接合接垫220。在接合接垫220与最上部导电配线层210d之间形成接垫介电层218。在接合接垫220之上形成焊料凸块222。内连线柱402横向地偏离转移晶体管110及复位晶体管304。在一些实施例中，接合接垫220、接垫介电层218及焊料凸块222可形成在转移晶体管110及/或复位晶体管304上方(未示出)。
在一些实施例中，形成接合接垫220及接垫介电层218的工艺可包括：1)将钝化层214a到214b及第一上部刻蚀终止层118a图案化，以界定接合接垫开口(未示出)；2)使用接垫介电层218给接合接垫开口加衬；3)选择性地刻蚀(例如，通过掩蔽层(未示出))接垫介电层218以形成暴露出最上部导电配线层210d的上表面的开口，并从接合接垫开口的侧壁移除接垫介电层218；4)在接垫介电层218之上选择性地形成接合接垫220，以使得接合接垫220的侧壁横向地偏离接合接垫开口的侧壁达非零距离。在一些实施例中，可通过在接垫介电层218之上形成接合接垫220并随后通过掩蔽层(未示出)选择性地刻蚀接合接垫220来实现上述工艺中的步骤4)。
如图11的剖视图1100中所示，执行刻蚀工艺以在位于光侦测器104上方的内连线介电结构201中界定第二开口1102。在一些实施例中，所述刻蚀工艺包括：在第一上部刻蚀终止层118a之上形成掩蔽层；将位于掩蔽层下边的层选择性地暴露于一种或多种刻蚀剂；及随后移除所述掩蔽层(未示出)。在一些实施例中，所述刻蚀工艺移除第二IMD层206b的一部分及第二下部刻蚀终止层114b的一部分，以使得第二IMD层206b的上表面凹入成低于最底部导电配线层210a的顶表面达凹入距离r2。在一些实施例中，凹入距离r2处于大约100埃到400埃范围内。
在一些实施例中，用于形成第二开口1102的刻蚀工艺可(例如)是高功率干式刻蚀工艺(例如，所述高功率干式刻蚀工艺可具有处于约1000到2500瓦范围内的高功率)。此外，高功率干式刻蚀工艺中所利用的所述一种或多种刻蚀剂(例如)可以是或包含氟系化学品(例如，八氟环丁烷(C4F8)、六氟环丁烯(C4F6))、氩、氦等。下部刻蚀终止结构114及/或第二IMD层206b的厚度及配置在所述高功率刻蚀工艺期间减少电子在半导体衬底102上的积聚及/或减小对半导体衬底102的结晶结构的损坏。这会部分地减少暗电流的存在及/或光侦测器104中白色像素的存在。
如图12的剖视图1200中所示，在第一上部刻蚀终止层118a之上且在第二开口(图11所示1102)内形成第二上部刻蚀终止层118b。在一些实施例中，第一上部刻蚀终止层118a及第二上部刻蚀终止层118b界定上部刻蚀终止结构118。在另外的实施例中，第一上部刻蚀终止层118a及第二上部刻蚀终止层118b分别包含氮化硅，及/或分别形成有处于约250埃到750埃范围内的厚度。第二上部刻蚀终止层118b具有直接上覆于光侦测器104的U形区段118bu。
如图13的剖视图1300中所示，执行刻蚀工艺以移除上部刻蚀终止结构118的底部区段且暴露出第二IMD层206b。在一些实施例中，所述刻蚀工艺包括：在第二上部刻蚀终止层118b之上形成掩蔽层；根据所述掩蔽层将第二上部刻蚀终止层118b选择性地暴露于一种或多种刻蚀剂；及随后移除所述掩蔽层(未示出)。在替代实施例中，所述刻蚀工艺包括回蚀且因此不依赖于掩蔽层。所述刻蚀工艺暴露出第二IMD层206b的下部区段206bl的上表面。
在一些实施例中，用于移除U形区段(图12所示118bu)的下部区段的刻蚀工艺(例如)可以是低功率干式刻蚀工艺(例如，所述低功率干式刻蚀工艺可具有处于约200到400瓦范围内的低功率)。此外，较低功率刻蚀工艺中所利用的所述一种或多种刻蚀剂(例如)可以是或包含氟代甲烷(例如，CHF、CHF3等)等。使用低功率干式刻蚀工艺及所述一种或多种刻蚀剂能减少电子在半导体衬底102上的积聚。这会部分地减少暗电流的存在及/或光侦测器104中白色像素的存在。此外，第二上部刻蚀终止层118b可被配置成保护内连线介电结构201免受低功率干式刻蚀工艺的影响，借此减少所述一种或多种刻蚀剂的离子对内连线介电结构201中的介电层的物理轰击。
如图14的剖视图1400中所示，执行刻蚀工艺以移除第二IMD层206b的下部区段(图13所示206bl)，借此界定光管开口1402。在一些实施例中，所述刻蚀工艺是湿式刻蚀工艺。此外，所述湿式刻蚀工艺可例如利用一种或多种刻蚀剂(例如，氟化氢)。在一些实施例中，第二上部刻蚀终止层118b覆盖焊料凸块222，以使得在湿式刻蚀工艺期间，第二上部刻蚀终止层118b覆盖焊料凸块222及接合接垫220且保护焊料凸块222及接合接垫220免受所述一种或多种刻蚀剂的影响。此外，所述湿式刻蚀工艺能够形成光管开口1402，同时避免在干式刻蚀工艺期间可能会发生的等离子损坏，借此进一步减少电子在半导体衬底102上的积聚。
如图15的剖视图1500中所示，在光管开口(图14所示1402)内形成光管结构115。光管结构115的底表面115b延伸成低于最底部导电配线层210a的底表面达距离d1。在一些实施例中，距离d1处于约50埃到1500埃范围内。在一些实施例中，如果距离d1小(例如，小于约50埃)，则光管结构115的高度减小。这可部分地减少设置在光侦测器104上的入射辐射120，因此会降低图像传感器100的量子效率(QE)。在另外的实施例中，如果距离d1大(例如，大于约1500埃)，则物理轰击(例如，由形成光管结构115期间所使用的等离子的离子所致)可损坏内连线结构107及/或半导体衬底102的结晶结构。这可部分地降低内连线结构107的结构完整性，增加光侦测器104中的暗电流及/或图像传感器100中白色像素的数目。在一些实施例中，低功率干式刻蚀工艺及下部刻蚀终止结构114便于高程度地控制光管结构115的高度。此外，可完成此工艺来获得多个光管结构115，以使得每一光管结构115可例如具有大约相同的高度。
图15中还示出，在形成光管结构115之后，执行移除工艺以移除在接合接垫220之上及/或围绕接合接垫220的第二上部刻蚀终止层118b。在一些实施例中，所述移除工艺包括：在第二上部刻蚀终止层118b之上形成掩蔽层；根据所述掩蔽层执行刻蚀工艺；及随后移除所述掩蔽层(未示出)。在另外的实施例中，所述移除工艺包括减小上覆于钝化层214a到214b的第二上部刻蚀终止层118b的厚度。此外，在光管结构115之上形成抗反射层216。在抗反射层216之上形成彩色滤光片226(例如，红色滤光片、蓝色滤光片、绿色滤光片等)。此外，在彩色滤光片226之上形成微透镜224。
图16说明根据本发明的形成图像传感器器件的方法1600，所述图像传感器器件包括位于光侦测器之上的光管结构及邻近所述光侦测器的晶体管。尽管将方法1600说明及/或阐述为一系列动作或事件，但应了解，所述方法并不仅限于所说明的排序或动作。因此，在一些实施例中，可与所说明的不同的次序实施及/或可同时地实施所述动作。此外，在一些实施例中，可将所说明的动作或事件细分为多个动作或事件，可与其他动作或子动作在不同的时间或同时地实施所述多个动作或事件。在一些实施例中，可省略一些所说明的动作或事件，且可包括其他未说明的动作或事件。
在动作1602处，在半导体衬底中形成光侦测器，且在半导体衬底之上形成多个像素器件(pixel devices)。图5说明与动作1602的一些实施例对应的剖视图500。
在动作1604处，在半导体衬底之上形成层间介电(inter-layer dielectric，ILD)结构。图5说明与动作1604的一些实施例对应的剖视图500。
在动作1606处，在半导体衬底之上形成导电接点，以使得所述导电接点穿过ILD结构延伸到像素器件。图5说明与动作1606的一些实施例对应的剖视图500。
在动作1608处，在ILD结构之上形成第一刻蚀终止层及第一金属间介电(IMD)层。图5说明与动作1608的一些实施例对应的剖视图500。
在动作1610处，在导电接点之上形成最底部导电配线层，所述最底部导电配线层凹入到第一IMD层中。图6说明与动作1610一些实施例对应的剖视图600。
在动作1612处，在最底部导电配线层及第一IMD层之上形成第二刻蚀终止层。图7说明与动作1612的一些实施例对应的剖视图700。
在动作1614处，执行第一刻蚀工艺以在光侦测器上方界定第一开口，以使得第一刻蚀工艺移除ILD结构的一部分。图7说明与动作1614的一些实施例对应的剖视图700。
在动作1616处，在第一开口中形成与第二刻蚀终止层具有相同材料的另一刻蚀终止层，以使得第二刻蚀终止层包括所述另一刻蚀终止层且在光侦测器上方具有U形。图8说明与动作1616的一些实施例对应的剖视图800。
在动作1618处，在半导体衬底之上形成介电层、刻蚀终止层、导电通孔及导电配线层。图9及图10说明与动作1618的一些实施例对应的剖视图900及剖视图1000。
在动作1620处，执行第二刻蚀工艺以直接在第二刻蚀终止层的U形上方形成第二开口。图11说明与动作1620的一些实施例对应的剖视图1100。
在动作1622处，在第二开口中形成最顶部刻蚀终止层。图12说明与动作1622的一些实施例对应的剖视图1200。
在动作1624处，执行移除工艺以暴露出第二刻蚀终止层的上表面且界定光管开口。图13及图14说明与动作1624的一些实施例对应的剖视图1300及剖视图1400。
在动作1626处，在所述光管开口中形成光管结构。图15说明与动作1626的一些实施例对应的剖视图1500。
在动作1628处，在所述光管结构之上形成抗反射层、彩色滤光片及微透镜。图15说明与动作1628的一些实施例对应的剖视图1500。
因此，在一些实施例中，本申请提供一种图像传感器器件，所述图像传感器器件包括位于光侦测器之上的光管结构及邻近所述光侦测器的晶体管。光管结构的底表面低于内连线结构中的最底部导线的底表面。
在一些实施例中，本申请提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：半导体衬底；光侦测器，设置在所述半导体衬底内；栅极电极，上覆于所述半导体衬底且与所述光侦测器相邻；层级间介电(ILD)层，上覆于所述半导体衬底；导电接点，位于所述层级间介电层内，其中所述导电接点的底表面低于所述栅极电极的顶表面；以及光管结构，上覆于所述光侦测器，其中所述光管结构的底表面凹入成低于所述导电接点的顶表面。
在一些实施例中，所述光管结构的外侧壁横向地位于所述光侦测器的外侧壁之间。在一些实施例中，所述的图像传感器还包括：金属间介电(IMD)结构，上覆于所述层级间介电层；导线，上覆于所述导电接点且位于所述金属间介电结构内；以及导电通孔，位于所述金属间介电结构内，其中所述导电通孔位于所述导线之间；其中所述光管结构的所述底表面低于最底部导线。在一些实施例中，所述金属间介电结构包括下部刻蚀终止层，其中所述下部刻蚀终止层夹置在所述层级间介电层与所述光管结构之间。在一些实施例中，所述金属间介电结构包括上部刻蚀终止层，所述上部刻蚀终止层从所述金属间介电结构的顶表面连续延伸成低于所述最底部导线的顶表面，且其中所述光管结构具有水平侧壁区段、在所述水平侧壁区段之上的第一垂直侧壁区段以及在所述水平侧壁区段之下的第二垂直侧壁区段。在一些实施例中，所述上部刻蚀终止层具有邻接所述光管结构的所述第一垂直侧壁区段的第一侧壁，且还具有邻接所述光管结构的所述第二垂直侧壁区段的第二侧壁。在一些实施例中，所述光管结构具有两个分离的宽度，其中所述光管结构的宽度从顶部到底部增大。在一些实施例中，所述栅极电极的顶表面低于所述光管结构的所述底表面。在一些实施例中，所述光管结构的所述底表面低于所述层级间介电层的顶表面。
在一些实施例中，本申请提供一种互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，所述互补金属氧化物半导体图像传感器包括：衬底；光侦测器，设置在所述衬底内；内连线结构，包括层级间介电(ILD)层、上覆于所述层级间介电(ILD)层的金属间介电(IMD)结构以及在所述金属间介电结构内的导线，其中所述内连线结构上覆于所述衬底且选择性地电耦合到所述光侦测器；以及光管结构，上覆于所述光侦测器且从所述金属间介电结构的顶部连续延伸到低于所述内连线结构的最底部导线的底表面的点。
在一些实施例中，所述金属间介电结构包括多个刻蚀终止层及多个介电层，其中下部刻蚀终止层具有直接位于所述光侦测器上方的U形轮廓，且其中所述U形轮廓沿着所述光管结构的外侧壁及底表面连续延伸。在一些实施例中，所述金属间介电结构包括上部刻蚀终止层，所述上部刻蚀终止层从所述金属间介电结构的所述顶部延伸到所述下部刻蚀终止层，且其中所述上部刻蚀终止层位于所述光管结构与所述多个介电层之间。在一些实施例中，所述光管结构具有第一宽度及第二宽度，所述第二宽度上覆于所述第一宽度，且其中所述第一宽度大于所述第二宽度。在一些实施例中，所述光管结构具有第一折射率，所述第一折射率大于所述上部刻蚀终止层的第二折射率，且其中所述第二折射率小于所述下部刻蚀终止层的第三折射率。在一些实施例中，所述的互补金属氧化物半导体图像传感器还包括：转移晶体管，上覆于所述衬底且横向地偏离所述光侦测器；其中所述内连线结构包括位于所述层级间介电层内的导电接点，其中所述导电接点的底表面低于所述转移晶体管的顶表面，且所述光管结构的底表面延伸成低于所述导电接点的顶表面。在一些实施例中，所述光管结构的所述底表面位于所述导电接点的所述顶表面与所述转移晶体管的所述顶表面之间。
在一些实施例中，本申请提供一种用于形成图像传感器的方法，所述方法包括：在半导体衬底中形成光侦测器；在所述光侦测器之上形成内连线结构的下部内连线部分；执行第一移除工艺以在所述下部内连线部分中界定上覆于所述光侦测器的第一开口；形成下部刻蚀终止层，从而给所述第一开口加衬，其中所述下部刻蚀终止层在所述第一开口中具有U形；在所述下部刻蚀终止层之上形成所述内连线结构的上部内连线部分；以及形成上覆于所述光侦测器的光管结构，其中所述下部刻蚀终止层的所述U形沿着所述光管结构的侧壁及底表面连续延伸。
在一些实施例中，形成所述下部内连线部分包括在所述半导体衬底之上形成最底部导线，且其中所述光管结构的底表面延伸成低于所述最底部导线。在一些实施例中，所述第一移除工艺包括对所述下部内连线部分执行干式刻蚀，且其中形成所述光管结构包括对所述上部内连线部分执行湿式刻蚀。在一些实施例中，形成所述光管结构包括：在所述内连线结构中执行干式刻蚀以界定上覆于所述光侦测器的光管开口；沿着所述内连线结构的侧壁在所述光管开口内形成上部刻蚀终止层；对所述内连线结构执行湿式刻蚀工艺以扩展所述光管开口；以及在所述光管开口中形成所述光管结构。
上述内容概述了数个实施例的特征，以使所属领域的技术人员可更好地理解本发明的各方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易地使用本发明作为设计或修改其他工艺及结构以实现与本文中所介绍的实施例相同的目的及/或达成相同的优势的基础。所属领域的技术人员还应意识到这些等效构造并不背离本发明的精神及范围，且其可在不背离本发明的精神及范围的情况下在本文中做出各种变化、代替及变动。

Claims (22)

1.一种图像传感器，包括：
半导体衬底；
光侦测器，设置在所述半导体衬底内；
栅极电极，上覆于所述半导体衬底且与所述光侦测器相邻；
层级间介电层，上覆于所述半导体衬底；
导电接点，位于所述层级间介电层内，其中所述导电接点的底表面低于所述栅极电极的顶表面；
光管结构，上覆于所述光侦测器，其中所述光管结构的底表面凹入成低于所述导电接点的顶表面，其中所述光管结构具有两个分离的宽度，其中所述光管结构的宽度从顶部到底部增大；以及
金属间介电结构，上覆于所述层级间介电层，其中所述金属间介电结构包括下部刻蚀终止层，所述下部刻蚀终止层从所述导电接点的上方连续延伸，沿着所述光管结构的侧壁，到低于所述光管结构的所述底表面的点。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述光管结构的外侧壁横向地位于所述光侦测器的外侧壁之间。
3.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
导线，上覆于所述导电接点且位于所述金属间介电结构内；以及
导电通孔，位于所述金属间介电结构内，其中所述导电通孔位于所述导线之间，
其中所述光管结构的所述底表面低于最底部导线。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述下部刻蚀终止层垂直地夹置在所述层级间介电层的上表面与所述光管结构的所述底表面之间。
5.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述金属间介电结构包括上部刻蚀终止层，所述上部刻蚀终止层从所述金属间介电结构的顶表面连续延伸到低于所述最底部导线的顶表面，且其中所述光管结构具有水平侧壁区段、在所述水平侧壁区段之上的第一垂直侧壁区段以及在所述水平侧壁区段之下的第二垂直侧壁区段。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述上部刻蚀终止层具有邻接所述光管结构的所述第一垂直侧壁区段的第一侧壁，且还具有邻接所述光管结构的所述第二垂直侧壁区段的第二侧壁。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述栅极电极的顶表面低于所述光管结构的所述底表面。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述光管结构的所述底表面低于所述层级间介电层的顶表面。
9.一种互补金属氧化物半导体图像传感器，包括：
衬底；
光侦测器，设置在所述衬底内；
内连线结构，包括层级间介电层、上覆于所述层级间介电层的金属间介电结构以及在所述金属间介电结构内的导线，其中所述内连线结构上覆于所述衬底且选择性地电耦合到所述光侦测器；
光管结构，上覆于所述光侦测器，且从所述金属间介电结构的顶部连续延伸到低于所述内连线结构的最底部导线的底表面的点，其中所述光管结构具有两个分离的宽度，其中所述光管结构的宽度从顶部到底部增大；以及
下部刻蚀终止层，设置在所述金属间介电结构内，其中所述下部刻蚀终止层具有位于所述光侦测器上方的U形轮廓，且其中所述U形轮廓沿着所述光管结构的外侧壁及底表面连续延伸。
10.根据权利要求9所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述下部刻蚀终止层从所述最底部导线的顶表面连续延伸到低于所述最底部导线的所述底表面。
11.根据权利要求9所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述金属间介电结构包括上部刻蚀终止层，所述上部刻蚀终止层从所述金属间介电结构的所述顶部延伸到所述下部刻蚀终止层。
12.根据权利要求11所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述光管结构具有第一折射率，所述第一折射率大于所述上部刻蚀终止层的第二折射率，且其中所述第二折射率小于所述下部刻蚀终止层的第三折射率。
13.根据权利要求9所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，还包括：
转移晶体管，上覆于所述衬底且横向地偏离所述光侦测器；
其中所述内连线结构包括位于所述层级间介电层内的导电接点，其中所述导电接点的底表面低于所述转移晶体管的顶表面，且所述光管结构的底表面延伸成低于所述导电接点的顶表面。
14.根据权利要求13所述的互补金属氧化物半导体图像传感器，其中所述光管结构的所述底表面位于所述导电接点的所述顶表面与所述转移晶体管的所述顶表面之间。
15.一种形成图像传感器的方法，所述方法包括：
在半导体衬底中形成光侦测器；
在所述光侦测器之上形成内连线结构的下部内连线部分；
执行第一移除工艺，以在所述下部内连线部分中界定上覆于所述光侦测器的第一开口；
形成下部刻蚀终止层，从而给所述第一开口加衬，其中所述下部刻蚀终止层在所述第一开口中具有U形；
在所述下部刻蚀终止层之上形成所述内连线结构的上部内连线部分；以及
形成上覆于所述光侦测器的光管结构，其中所述下部刻蚀终止层的所述U形沿着所述光管结构的侧壁及底表面连续延伸，其中所述光管结构具有两个分离的宽度，其中所述光管结构的宽度从顶部到底部增大。
16.根据权利要求15所述的形成图像传感器的方法，其中形成所述下部内连线部分包括在所述半导体衬底之上形成最底部导线，且其中所述光管结构的底表面延伸成低于所述最底部导线。
17.根据权利要求15所述的形成图像传感器的方法，其中所述第一移除工艺包括对所述下部内连线部分执行干式刻蚀，且其中形成所述光管结构包括对所述上部内连线部分执行湿式刻蚀。
18.根据权利要求15所述的形成图像传感器的方法，其中形成所述光管结构包括：
在所述内连线结构中执行干式刻蚀以界定上覆于所述光侦测器的光管开口；
沿着所述内连线结构的侧壁在所述光管开口内形成上部刻蚀终止层；
对所述内连线结构执行湿式刻蚀工艺以扩展所述光管开口；以及
在所述光管开口中形成所述光管结构。
19.一种图像传感器，包括：
半导体衬底；
光侦测器，设置在所述半导体衬底内；
转移晶体管，上覆于所述衬底且横向地偏离所述光侦测器；
内连线结构，包括层级间介电层、上覆于所述层级间介电层的金属间介电结构、在所述金属间介电结构内的导线，以及在所述层级间介电层内的导电接点，其中所述内连线结构上覆于所述半导体衬底且电耦合到所述转移晶体管，其中所述金属间介电结构包括下部刻蚀终止层及上部刻蚀终止层，所述下部刻蚀终止层从所述导线的最底部导线上方水平延伸到所述光侦测器的外侧壁，所述上部刻蚀终止层从所述所述金属间介电结构的顶部延伸到低于所述导线的所述最底部导线的顶表面的点，其中所述上部刻蚀终止层包括第一材料，所述下部刻蚀终止层包括不同于所述第一材料的第二材料，且其中所述导电接点从所述层级间介电层的顶表面延伸到低于所述转移晶体管的顶表面的点；以及
光管结构，设置在内连线结构内且上覆于所述光侦测器，其中所述光管结构的底表面在所述导电接点的顶表面与所述转移晶体管的顶表面之间垂直隔开，其中所述上部刻蚀终止层沿所述光管结构的相对侧壁连续延伸并与所述光管结构的所述相对侧壁接触，且其中所述下部刻蚀终止层设置在所述光管结构与所述层级间介电层之间，其中所述光管结构具有两个分离的宽度，其中所述光管结构的宽度从顶部到底部增大。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述光管结构的宽度在朝向所述半导体衬底的方向上从所述内连线结构的顶表面离散地增加。
21.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述光管结构的折射率分别大于所述上部刻蚀终止层的折射率和所述下部刻蚀终止层的折射率。
22.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述下部刻蚀终止层包括在第二内侧壁上的第一内侧壁，其中所述第二内侧壁在朝向所述光管结构的方向上从所述第一内侧壁横向偏移，其中所述第一内侧壁接触所述上部刻蚀终止层的侧壁，所述第二内侧壁接触所述光管结构的侧壁。
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