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TW201507124A - 固態影像拾取器件及其製造方法，以及電子裝置 - Google Patents

固態影像拾取器件及其製造方法，以及電子裝置 Download PDF

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TW201507124A
TW201507124A TW103126501A TW103126501A TW201507124A TW 201507124 A TW201507124 A TW 201507124A TW 103126501 A TW103126501 A TW 103126501A TW 103126501 A TW103126501 A TW 103126501A TW 201507124 A TW201507124 A TW 201507124A
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蛯子芳樹
山本敦彥
館下八州志
岡崎裕美
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新力股份有限公司
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    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
  • Color Television Image Signal Generators (AREA)
  • Optical Filters (AREA)

Abstract

本發明揭示一種固態影像拾取器件及包含其之方法，該固態影像拾取器件包含：複數個像素；一分離結構，其係沿相鄰於該複數個像素之一邊界線而提供；該分離結構包含提供於自半導體基板之一背表面至對應於一波長之一深度處之一溝槽，該溝槽係沿該邊界線定位；一第一分離層，其提供於該溝槽中；及一第二分離層，其提供於該第一分離層上且對應於該邊界線，該第二分離層經連接至該第一分離層。

Description

固態影像拾取器件及其製造方法，以及電子裝置 [相關申請案之交叉參考]
本申請案主張2013年8月9日申請之日本優先權專利申請案JP2013-166856之權利，該案之全部內容係以引用之方式併入本文。
本發明係關於一種固態影像拾取器件及其製造方法以及包含固態影像拾取器件之電子裝置，該固態影像拾取器件可有利地用作使光自一半導體基板之一背表面側入射在一光電轉換區段上之一背側照明類型的固態影像拾取器件。
如例如日本未審查之專利申請公開案第2009-65098號中指出，背側照明類型的固態影像拾取器件可具有一缺點，這係因為不透明入射光進入相鄰於一目標像素之一像素，從而導致混色。因此，日本未審查之專利申請公開案第2009-65098號中描述其中使一彩色濾光片與另一彩色濾光片分離之一遮蔽部件向下嵌入至半導體基板之背表面側上之一高濃度p+層中之一組態。
然而，在日本未審查之專利申請公開案第2009-65098號中描述之組態中，難以抑制混色，這係因為向下至遮蔽部件嵌入至半導體中之處之深度較淺。
希望提供一種可抑制混色之固態影像拾取器件、其製造方法及包含固態影像拾取器件之電子裝置。
根據本發明之繪示性實施例，提供一種固態影像拾取器件，其包含：複數個像素；一分離結構，其沿相鄰於該複數個像素之一邊界線提供；該分離結構包含提供於自半導體基板之一背表面至對應於一波長之一深度處之一溝槽，該溝槽沿該邊界線定位；一第一分離層，其提供於該溝槽中；及一第二分離層，其提供於該第一分離層上且對應於該邊界線，該第二分離層連接至該第一分離層。
其他繪示性實施例包含一種製造一固態影像拾取器件之方法，該方法包含：提供複數個像素；在自一半導體基板之一背表面向下至對應於一波長之一深度處提供一溝槽，該溝槽沿相鄰於該複數個像素之一邊界線定位；在該半導體基板之該背表面上形成一蓋層，該蓋層具有對應於該溝槽之一開口；藉由將一嵌入式膜嵌入至該溝槽、該開口及該蓋層之至少一部分中在該溝槽中形成一第一分離層且在該開口中形成一第二分離層，其中該第二分離層連接至該第一分離層；移除形成於該蓋層之該部分上之該嵌入式膜；及移除該蓋層。
又其他繪示性實施例包含一種製造一固態影像拾取器件之方法，該方法包含：提供複數個像素；在自一半導體基板之一背表面至對應於一波長之一深度處提供一溝槽，該溝槽沿相鄰於該複數個像素之一邊界線定位；將一嵌入式膜嵌入至該溝槽中且使用該嵌入式膜遮蓋該半導體基板之該背表面；在該嵌入式膜之一上表面上形成一遮罩材料層；拋光該遮罩材料層以在面向該溝槽之一位置處於該嵌入式膜之該上表面上形成一遮罩層；藉由回蝕該嵌入式膜在該溝槽中形成一第一分離層且在該溝槽與該遮罩層之間形成一第二分離層，該第二分離層連接至該第一分離層。
又其他繪示性實施例包含一種包含如本文描述之固態影像拾取 器件之電子裝置。
1‧‧‧固態影像拾取器件
2‧‧‧電子裝置
1A‧‧‧固態影像拾取器件
10‧‧‧像素
10B‧‧‧藍色像素
10G‧‧‧綠色像素
10R‧‧‧紅色像素
11‧‧‧光電轉換元件
11A‧‧‧光接收表面
12‧‧‧彩色濾光片
12A‧‧‧光入射表面
12B‧‧‧藍色濾光片
12G‧‧‧綠色濾光片
12R‧‧‧紅色濾光片
13‧‧‧晶片上透鏡
14‧‧‧半導體基板
14A‧‧‧半導體基板之背表面
14B‧‧‧半導體基板之正面
20‧‧‧分離結構
21‧‧‧溝槽/溝渠
22‧‧‧第一分離層
23‧‧‧第二分離層
23A‧‧‧第二分離層之上表面
24‧‧‧釘扎膜
25‧‧‧絕緣膜
26‧‧‧抗反射膜
31‧‧‧硬遮罩
32‧‧‧蓋層
32A‧‧‧懸垂部分
33‧‧‧開口
33A‧‧‧入口
33B‧‧‧內部部分
34‧‧‧嵌入式膜
34A‧‧‧嵌入式膜之上表面
34B‧‧‧凹痕
35‧‧‧遮罩層
35A‧‧‧遮罩材料層
110‧‧‧像素區段
130‧‧‧電路區段
131‧‧‧列掃描區段
132‧‧‧系統控制區段
133‧‧‧水平選擇區段
134‧‧‧行掃描區段
310‧‧‧光學系統/影像拾取透鏡
311‧‧‧快門器件
312‧‧‧信號處理區段
313‧‧‧驅動區段
314‧‧‧使用者界面
315‧‧‧監視器
D21‧‧‧深度
Dout‧‧‧影像信號
e-‧‧‧電子
L‧‧‧不透明入射光
Lread‧‧‧像素驅動線
Lsig‧‧‧垂直信號線
U1‧‧‧陣列
Vout‧‧‧影像信號
隨附圖式經包含以提供本發明之一進一步理解且併入本說明書中且構成本說明書之一部分。該等圖式繪示實施例且結合說明書以解釋本技術之原理。
圖1係展示關於本發明之一第一實施例之一固態影像拾取器件之一組態實例之一繪示性截面圖。
圖2係展示圖1中展示之固態影像拾取器件之一組態實例之一繪示性平面圖。
圖3係展示按程序順序製造圖1中展示之固態影像拾取器件之一方法之一實例之一繪示性截面圖。
圖4係展示圖3中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖5係展示圖4中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖6係展示圖5中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖7係展示圖6中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖8係展示圖7中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖9係展示圖8中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖10係展示圖9中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖11係展示圖1中展示之固態影像拾取器件之一功能實例之一繪示性截面圖。
圖12係展示關於本發明之一第二實施例之一固態影像拾取器件之一組態實例之一繪示性截面圖。
圖13係展示按程序順序製造圖12中展示之固態影像拾取器件之一方法之一實例之一繪示性截面圖。
圖14係展示圖13中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖15係展示圖14中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖16係展示圖15中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖17係展示圖16中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖18係展示圖17中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖19係展示圖18中之程序之後的一程序之一繪示性截面圖。
圖20係展示圖1或圖12中展示之固態影像拾取器件之一般組態實例之一繪示性功能方塊圖。
圖21係展示關於一應用實例之一電子裝置之一示意組態實例之一繪示性功能方塊圖。
在下文中，將參考隨附圖式詳細描述本發明之實施例。將按以下順序進行描述。
1.第一實施例(一蓋層形成於一半導體基板之一背表面側上、與一溝槽連通之一開口提供在蓋層中且一第一分離層藉由將一嵌入式膜嵌入至溝槽及開口中而形成與一第二分離層成一體之一實例)
2.第二實施例(第一分離層藉由回蝕嵌入式膜而形成與第二分離層成一體之一實例)
3.固態影像拾取器件之一般組態實例
4.應用實例(一電子裝置之一實例)
(第一實施例)
圖1係展示關於本發明之第一實施例之一固態影像拾取器件1之一組態實例之一繪示性截面圖。固態影像拾取器件1可為用於電子裝置之一CMOS影像感測器(諸如一數位相機、一攝影機等等)且具有其中複數個像素10二維地配置在一影像拾取像素區域(一後續描述之像素區段110)中之一組態。一分離結構20沿像素10之間之一邊界線提供。雖然固態影像拾取器件1可具有一背側照明類型的結構或一前側照明類型的結構，但是亦給定具有背側照明類型的結構之一固態影像 拾取器件之描述作為一繪示性實例。
像素10可包含(例如)由光二極體組態之一光電轉換元件11之一光入射側上之一彩色濾光片12及一晶片上透鏡13。像素10可包含(例如)偵測紅色(R)光之一波長之一紅色像素10R、偵測綠色(G)光之一波長之一綠色像素10G及偵測藍色(B)光之一波長之一藍色像素10B。分別應注意，紅色(R)光可為對應於(例如)自近似620nm至近似750nm(包含620nm及750nm)之一波長區域之彩色光；綠色(G)光可為對應於(例如)自近似495nm至近似570nm(包含495nm及570nm)之一波長區域之彩色光；且藍色(B)光可為對應於(例如)自近似450nm至近似495nm(包含450nm及495nm)之一波長區域之彩色光。
紅色像素10R、綠色像素10G及藍色像素10B可為配置在(例如)如圖2中所示之一拜耳(Bayer)陣列中之正方形像素。即，兩個綠色像素10G、一紅色像素10R及一藍色像素10B組態成兩列乘以兩行之一單元陣列U1。綠色像素10G沿單元陣列U1之一對角線配置在一左上側及一右下側上。紅色像素10R及藍色像素10B沿單元陣列U1之另一對角線分別配置在一右手側及一左下側上。分離結構20以一類似晶格形狀沿像素10之間之一邊界線提供。
圖1中繪示之光電轉換元件11(光二極體)可提供在由具有例如近似若干毫米之一厚度之矽(Si)製成之一半導體基板14之一背表面14A側上。光電轉換元件11包含半導體基板14之背表面14A上之一光接收表面11A。
雖然圖1中未展示，但是一轉移電晶體、一選擇電晶體、一調變電晶體、一重設電晶體、一FD(一浮動擴散區：浮動擴散層)、一多層佈線等等提供在圖1中展示之半導體基板14之一正面14B側上。轉移電晶體係經調適以將積累在光電轉換元件11中之電荷轉移至FD之一切換元件。FD經由多層佈線連接至一信號處理區段(未展示)。複數個 像素(例如，四個像素)之間可共用FD。多層佈線經調適以驅動光電轉換元件11且對各自區段執行信號轉移、電壓施加等等。應注意，一支撐基板(未繪示)可黏合至半導體基板14之正面14B側。
圖1中展示之彩色濾光片12可包含(例如)一紅色濾光片12R、一綠色濾光片12G及一藍色濾光片12B。紅色濾光片12R經調適以自光電轉換元件11擷取對應於紅色光之波長區域之一信號。綠色濾光片12G經調適以自光電轉換元件11擷取對應於綠色光之波長區域之一信號。藍色濾光片12B經調適以自光電轉換元件11擷取對應於藍色光之波長區域之一信號。彩色濾光片12之各者(即，紅色濾光片12R、綠色濾光片12G及藍色濾光片12B)可由例如與一顏料混合之一樹脂製成，且可經調整使得紅色光、綠色光或藍色光之目標波長區域中之一光透射比增加且其他波長區域中之光透射比藉由選擇相關的顏料而降低。
圖1中展示之晶片上透鏡13配置在彩色濾光片12之一光入射側上且經調適以將自上面進入之光聚集至光電轉換元件11之光接收表面11A上。
圖1中展示之分離結構20包含一溝槽(或一溝渠)21、一第一分離層22及一第二分離層23。溝槽21係提供於自半導體基板14之背表面14A下至對應於一波長或一波長範圍或其中沿光電轉換元件11之間之一邊界線發生特定色彩光之光電轉換之一深度D21處。第一分離層22提供在溝槽21中。第二分離層23沿彩色濾光片12之間之一邊界線提供、經形成與第一分離層22成一體且係由與第一分離層22相同之材料製成。如本文使用，術語成一體包含(例如)組件形成為一單件、其等接觸、其等連接及/或相關聯且經形成呈一體之組件不能彼此分離。因此，固態影像拾取器件1可減小或完全抑制混色。
第一分離層22經調適以抑制發生在半導體基板14中之混色(主體內混色)且嵌入至溝槽21中。應注意，溝槽21可具有例如近似100nm 之一寬度。
此處，「特定色彩光」可為(例如)紅色光或綠色光。因為(例如)近似2.8μm至近似2.9μm(包含2.8μm及2.9μm)之一深度可有利地吸收幾乎99%的綠色光，所以可藉由在下至其中發生綠色光之光電轉換的深度D21處提供溝槽21來減小或完全抑制發生在半導體基板14中的混色(主體內混色)。
第二分離層23經調適以抑制發生在位於半導體基板14之背表面14A上之上層側(彩色濾光片12側)上的混色(上層混色)。第二分離層23可具有一尖錐形形狀，且寬度可隨著相距第一分離層22之距離而逐漸變狹窄。如本文使用，一錐形形狀可包含(例如)朝一端變得愈來愈小或愈來愈狹窄或愈來愈薄之一形狀。錐形的長度可不斷變化，且可開始及結束於垂直於基板之一方向上的各個距離處。此外，錐形形狀可開始或結束於本文描述之實施例之各個組件及層內或在各個組件及層內變化。其他組件及膜亦可具有錐形形狀。錐形之確切形狀在本文予以繪示性描述，且不受限於該描述。因此，第二分離層23之一側面之一錐形結構用作一波導，以使其可省略晶片上透鏡13之光瞳校正。
第一分離層22及第二分離層23可由(例如)一金屬製成。金屬之實例可包含鎢(W)、銀(Ag)、鋁(Al)、銠(Rh)等等。可使用一高反射比金屬。
替代地，第一分離層22及第二分離層23可由折射率低於彩色濾光片12之材料之一材料製成。此一材料之實例可包含絕緣膜，諸如低介電常數(Low-k)膜等等。
一釘扎膜(具有一負固定電荷之一膜)24及一絕緣膜25可提供於溝槽21之一內表面上(例如，介於溝槽21與第一分離層22之間)。釘扎膜24可由(例如)Ta2O5、HfO2、Al2O3、TiO2等等製成。絕緣膜25可由(例如)SiO2等等製成。
一抗反射膜26可提供於第二分離層23之一正面上。抗反射膜26之材料的實例可包含諸如TiN等等之障壁金屬及諸如SiN、SiON等等之矽化合物。
第二分離層23之一上表面23A可與彩色濾光片12之光入射表面12A齊平(例如，平齊)或位於高於彩色濾光片12之光入射表面12A之一位置(例如，突出超過彩色濾光片12之光入射表面12A之一位置)處，這係因為其可使第二分離層23減小或完全抑制混色。
當第二分離層23之上表面23A位於高於彩色濾光片12之光入射表面12A之位置處時，可在上至第二分離層23之上表面23A處提供抗反射膜26。歸因於此，來自外部之光藉由第二分離層23之上表面23A反射且使得可抑制反射光入射在一透鏡上且抑制反射光入射在一相機上。
例如可以下列方式製造固態影像拾取器件1。
圖3至圖10係展示以程序順序製造固態影像拾取器件1之一方法之一繪示性實例之圖。首先，在半導體基板14中提供光電轉換元件11且拋光半導體基板14之背表面14A以如圖3中所示般形成光電轉換元件11之光接收表面11A。
接著，亦如圖3中所示般在半導體基板14之背表面14A上形成用於溝渠機械加工之一硬遮罩31。
接著，藉由使用硬遮罩31將半導體基板14加工為一溝渠形狀以如圖4中所示般形成溝槽21。溝槽21可提供於自半導體基板14之背表面14A下至對應於一波長或一波長範圍或其中發生特定色彩光(例如，綠色光)之光電轉換之一深度D21處。在提供溝槽21之後，移除硬遮罩31。
此後，如圖5中所示般在溝槽21之內表面及半導體基板14之背表面14A上沈積由Ta2O5、HfO2、Al2O3、TiO2等等製成之釘扎膜24。接 著，形成由SiO2等等製成之絕緣膜25。
接著，亦如圖5中所示般在半導體基板14之背表面14A側上形成蓋層32。此時，蓋層32在溝槽21上被切割為區段且不會連接在一起而跨過溝槽21。因此，在蓋層32中形成與溝槽21連通之一開口33。蓋層32之材料之實例可包含由SiO2、Ta2O5等等製成之其他氧化物膜。
在形成蓋層32之一程序中，可在蓋層32之一端上形成使開口33之一入口33A變狹窄之一懸垂部分32A。懸垂部分32A經形成以向下懸垂至開口33之入口33A中。因此，開口33形成為直徑自入口33A朝一內部部分33B增加之形狀。隨後將描述其理由。
在形成蓋層32之後，如圖6中所示般可藉由例如一化學氣相沈積(CVD)方法或一離子層沈積(ALD)方法將一嵌入式膜34嵌入至溝槽21及開口33中。因此，第一分離層22形成於溝槽21中且第二分離層23形成於開口33中。第二分離層23經形成與第一分離層22成一體且係以此方式由與第一分離層22相同之材料製成。
此處，如上所述，在形成蓋層32之程序中，使開口33之入口33A變狹窄之懸垂部分32A可形成於蓋層32之該端上。因此，在將嵌入式膜34嵌入至溝槽21及開口33中之一程序中，在塑形懸垂部分32A之後可容易使第二分離層23形成為寬度隨著相距第一分離層22之距離增加而逐漸變狹窄之尖錐形形狀。
類似於上文提及之第一分離層22及第二分離層23，嵌入式膜34之材料之實例可包含諸如鎢(W)、銀(Ag)、鋁(Al)、銠(Rh)等等之金屬。此外，類似於上文提及之第一分離層22及第二分離層23，亦可製造折射率低於彩色濾光片12之材料(諸如低k膜等等)之材料之嵌入式膜34。在該兩種情況下，膜沈積程序與上文相同。
在沈積嵌入式膜34之後，例如如圖7中所示般可藉由回蝕或化學機械拋光(CMP)移除形成於蓋層32上之嵌入式膜34之一部分。
接著，如圖8中所示般藉由使用氟化氫(Hf)之一濕式程序移除蓋層32及硬遮罩31。因此，第二分離層23被帶至其自半導體基板14之背表面14A突出之一狀態。此時，釘扎膜24保留在半導體基板14之背表面14A上。
接著，如圖9中所示般在第二分離層23之一曝露表面上形成抗反射膜26。
在形成抗反射膜26之後，如圖10中所示般在藉由第二分離層23分割之一區域中形成彩色濾光片12。最後，在彩色濾光片12上安置晶片上透鏡13。圖1中展示之固態影像拾取器件1之形成係透過上文提及之程序而完成。
在固態影像拾取器件1中，當光經由晶片上透鏡13進入光電轉換元件11時，光行進穿過光電轉換元件11且在行進穿過光電轉換元件11時紅色、綠色及藍色之全部彩色光經歷光電轉換。此處，分離結構20係沿像素10之間之邊界線提供。分離結構20之第一分離層22係沿光電轉換元件11之間之邊界線提供於溝槽21中。溝槽21可提供於自半導體基板14之背表面14A下至對應於一波長或一波長範圍或其中發生特定色彩光(例如，綠色光)之光電轉換之一深度D21處。因此，抑制產生於所關注的像素10之光電轉換元件11中之電子e-流至相鄰像素10中且如圖11中繪示般抑制發生於半導體基板14中之混色(主體內混色)。此外，分離結構20之第二分離層23係沿彩色濾光片12之間之一邊界線提供、經形成與第一分離層22成一體，且係由與第一分離層22相同之材料製成。因此，由第二分離層23反射不透明入射光L且抑制不透明入射光L混合至相鄰像素10中，且因此亦如圖11中繪示般抑制發生於位於半導體基板14之背表面14A(光接收表面11A)上之上層側(彩色濾光片12側)上之混色(主體內混色)。
在本實施例之固態影像拾取器件1中，分離結構20之第一分離層 22係沿光電轉換元件11之間之邊界線提供於溝槽21中，且溝槽21係提供於自半導體基板14之背表面14A下至對應於一波長或一波長範圍或其中如上所述發生特定色彩光之光電轉換之一深度D21處。此外，分離結構20之第二分離層23沿彩色濾光片12之間之邊界線提供與第一分離層22成一體且係由與第一分離層22相同之材料製成。因此，可藉由憑藉第一分離層22抑制發生於半導體基板14中之混色(主體內混色)且藉由憑藉第二分離層23抑制發生於位於半導體基板14之背表面14A(光接收表面11A)上之上層側(彩色濾光片12側)上之混色(上層主體內混色)來確定抑制混色。
進一步言之，因為第二分離層23形成為寬度隨著相距第一分離層22之距離逐漸變狹窄之尖錐形形狀，所以第二分離層23之側面之錐形結構用作波導以可省略晶片上透鏡13之光瞳校正。
此外，在本實施例中，在自半導體基板14之背表面14A提供溝槽21之後，具有與溝槽21連通之開口33之蓋層32形成在半導體基板14之背表面14A側上，且第一分離層22及第二分離層23藉由將嵌入式膜34嵌入至溝槽21及開口33中而形成。因此，容易形成與第一分離層22成一體之第二分離層23且製造與第一分離層22之材料相同之第二分離層23。此外，可藉由自對準以高位置精度形成第二分離層23，且可獲得不受生產容限影響之特性。
進一步言之，在形成蓋層32之程序中，懸垂部分32A形成於蓋層32之端上以使開口33之入口33A變狹窄。因此，在塑形懸垂部分32A之後可容易使第二分離層23形成為寬度隨著相距第一分離層22之距離逐漸變狹窄之尖錐形形狀。
(第二實施例)
圖12係展示關於本發明之第二實施例之一固態影像拾取器件1之一組態實例之一繪示性截面圖。本發明經組態使得抗反射膜26放置在 第二分離層23之上表面23A上以藉由第二分離層23之上表面23A反射來自外部之光，藉此抑制反射光入射在透鏡且因此入射在相機上。惟上文提及之點以外，固態影像拾取器件1A具有與關於上文提及之第一實施例之固態影像拾取器件1相同之組態、功能及效果。
例如可以下列方式製造固態影像拾取器件1A。
圖13至圖19係展示以程序順序製造固態影像拾取器件1A之一方法之一繪示性實例之圖。首先，在半導體基板14中提供光電轉換元件11且拋光半導體基板14之背表面14A以如圖13中所示般形成光電轉換元件11之光接收表面11A。
接著，亦如圖13中所示般在半導體基板14之背表面14A上形成用於溝渠機械加工之硬遮罩31。
接著，藉由使用硬遮罩31將半導體基板14加工為一溝渠形狀以如圖14中所示般形成溝槽21。溝槽21可提供於自半導體基板14之背表面14A下至對應於一波長或一波長範圍或其中沿光電轉換元件11之間之邊界線發生特定色彩光(例如，綠色光)之光電轉換之一深度D21處。
此後，移除硬遮罩31且亦如圖14中所示般在溝槽21之內表面及半導體基板14之背表面14A上沈積由Ta2O5、HfO2、Al2O3、TiO2等等製成之釘扎膜24。接著，可形成由SiO2等等形成之絕緣膜25，其具有例如近似10nm之一厚度。
接著，可將嵌入式膜34嵌入至溝槽21中且可用嵌入式膜34(例如藉由如圖15中所示之CVD方法或ALD方法)遮蓋半導體基板14之背表面14A側(絕緣膜25之正面)。此時，在面向溝槽21之一位置處於嵌入式膜34之一上表面34A中形成一緩慢彎曲之凹痕34B。例如，凹痕34B可具有近似50nm至近似100nm(包含50nm及100nm)之一厚度且可具有近似60nm至近似70nm(包含60nm及70nm)之一深度。
類似於上文提及之第一分離層22及第二分離層23，嵌入式膜34之材料之實例可包含諸如鎢(W)、銀(Ag)、鋁(Al)、銠(Rh)等等之金屬。替代地，類似於上文提及之第一分離層22及第二分離層23，嵌入式膜34亦可由折射率低於彩色濾光片12之材料(諸如低k膜等等)之材料製成。在該兩種情況下，膜沈積程序與上文相同。
在沈積嵌入式膜34之後，如圖16中所示般，在嵌入式膜34之上表面34A上形成一遮罩材料層35A。類似於抗反射膜26之材料，遮罩材料層35A之材料的實例可包含諸如TiN等等之障壁金屬及諸如SiN、SiON等等之矽化合物。
當在形成遮罩材料層35A之後對嵌入式膜34執行CMP拋光時，遮罩材料層35A保留在嵌入式膜34之上表面34A中的凹痕34B中。如圖17中所示般，以此方式，在面向溝槽21之一位置處(凹痕34B中)，於嵌入式膜34之上表面34A上形成一遮罩層35。
當在形成遮罩層35之後回蝕嵌入式膜34時，移除未自遮罩層35曝露之嵌入式膜34之一部分。因此，如圖18中所示，第一分離層22形成於溝槽21中，且第二分離層23形成於溝槽21與遮罩層35之間。第二分離層23經形成與第一分離層22成一體，且係由與第一分離層22相同之材料製成。遮罩層35保留在第二分離層23之上表面23A上。
在回蝕嵌入式膜34之一程序中，嵌入式膜34之更靠近嵌入式膜34之上表面34A之一部分(一較淺部分)的處理時間與其他部分相比更長，且蝕刻量更大。因此，第二分離層23經形成為寬度隨著相距第一分離層22之距離逐漸變狹窄的尖錐形形狀。
遮罩層35遮蓋第二分離層23之上表面23A。因此，類似於抗反射膜26之材料，可藉由使用(例如)諸如TiN等等之障壁金屬及諸如SiN、SiON等等之矽化合物作為遮罩層35之材料，使遮罩層35亦用作抗反射膜26。
此後，如圖19所示般，在由第二分離層23分割之一區域中形成彩色濾光片12。最後，在彩色濾光片12上安置晶片上透鏡13。圖12中展示之固態影像拾取器件1A之形成係透過上文提及之程序而完成。
在本實施例中，在由半導體基板14之背表面14A形成溝槽21之後，將嵌入式膜34嵌入至溝槽21中且用嵌入式膜34遮蓋半導體基板14之背表面14A側，且接著在面向溝槽21之位置處於嵌入式膜34之上表面34A上形成遮罩層35。此後，在溝槽21中形成第一分離層22且藉由回蝕嵌入式膜34在溝槽21與遮罩層35之間形成第二分離層23。因此，易於形成與第一分離層22成一體之第二分離層23且製造與第一分離層22之材料相同之第二分離層23。此外，可易於藉由自對準而以高位置精度形成第二分離層23且可獲得不受生產容限影響之特性。
此外，在回蝕嵌入式膜34之程序中，因為遮罩層35經安置以遮蓋第二分離層23之上表面23A，所以可使遮罩層35亦用作抗反射膜26。
進一步言之，在回蝕嵌入式膜34之程序中，因為第二分離層23形成為寬度隨著相距第一分離層22之距離逐漸變狹窄之尖錐形形狀，所以第二分離層23之側面之錐形結構用作波導以可省略晶片上透鏡13之光瞳校正。
(固態影像拾取器件之一般組態)
圖20係繪示上文提及之實施例中描述之固態影像拾取器件1(1A)之一般組態實例之一功能方塊圖。固態影像拾取器件1(1A)可包含像素區段110作為一影像拾取像素區域，且包含一電路區段130，其包含例如一列掃描區段131、一水平選擇區段133、一行掃描區段134及一系統控制區段132。電路區段130可提供於像素區段110之一周邊區域中或藉由與像素區段110層疊而提供(於面向像素區段110之一區域中)。
像素區段110可包含(例如)複數個像素10，其等二維地配置成一矩陣。例如，一像素驅動線Lread(具體言之，一列選擇線及一重設控制線)可佈線至每個像素列之像素10，且一垂直信號線Lsig可佈線至每個像素行之像素10。像素驅動線Lread經調適以傳輸用於自所關注之像素讀出一信號之一驅動信號。各像素驅動線Lread之一端連接至對應於各像素列之列掃描區段131之各輸出端。
列掃描區段131可為由一移位暫存器、一位址解碼器等等組態來以(例如)列為單位驅動像素區段110之各像素10之一像素驅動區段。輸出自已由列掃描區段131選擇性地掃描之像素列中之各自像素10之信號經由各自垂直信號線Lsig供應至水平選擇區段133。水平選擇區段133係由經提供用於每個垂直信號線Lsig之一放大器、一水平選擇開關等等組態。
行掃描區段134係由一移位暫存器、一位址解碼器等等組態以在掃描水平選擇區段133之各自水平選擇開關時按順序驅動其等。經由各自垂直信號線Lsig傳輸自各自像素10之信號按順序供應至水平信號線135且經由相關水平信號線135輸出。
系統控制區段132經調適以接收自外部施加之一時脈信號及用於指導一操作模式之資料等等且輸出諸如固態影像拾取器件1(1A)之內部資訊等等之資料。系統控制區段132亦包含產生各種時序信號之時序產生器且基於由所關注之時序產生器產生之各種時序信號控制列掃描區段131、水平選擇區段133、行掃描區段134等等之驅動。
(應用實例)
關於上文提及之實施例之固態影像拾取器件1(1A)可適用於具有影像拾取功能之全部類型的電子裝置，包含(例如)諸如數位相機、攝影機等等之相機系統、具有影像拾取功能之行動電話等等。圖21係展示一電子裝置2(一相機)之一示意組態實例作為其之一實例之一圖。 電子裝置2可為經調適以(例如)擷取一靜態影像及/或捕獲一移動影像之一攝影機且可包含(例如)固態影像拾取器件1(1A)、一光學系統(一影像拾取透鏡)310、一快門器件311、驅動固態影像拾取器件1(1A)及快門器件311之一驅動區段313(包含上文提及之電路區段130)、一信號處理區段312、一使用者界面314及一監視器315。
光學系統310經調適以將影像光(入射光)自一物件導引至固態影像拾取器件1(1A)之像素區段110。此光學系統310可由複數個光學透鏡組態。快門器件311經調適以控制固態影像拾取器件1(1A)之一光施加週期及一遮蔽週期。驅動區段313經調適以控制固態影像拾取器件1(1A)之一轉移操作及快門器件311之一快門操作。信號處理區段312經調適以對自固態影像拾取器件1(1A)輸出之信號執行各種信號處理。一影像信號Dout在經歷信號處理之後輸出至監視器315。替代地，影像信號Dout可儲存於諸如一記憶體等等之一記憶體媒體中。在使用者界面314中，一拍攝場景之設計(動態範圍之設計、(兆赫射線、可見光線、紫外線、X射線等等)之波長之設計)係可行的，且該設計(透過使用者界面314輸入之一輸入信號)被發送至驅動區段313且藉由固態影像拾取器件1(1A)基於輸入信號執行所要影像拾取。
雖然已藉由給定實施例描述本發明，但是本發明不限於上文提及之實施例且可以多種方式修改。雖然(例如)在上文提及之實施例中，已具體藉由給定固態影像拾取器件1及1A之組態進行描述，但是無須包含上文提及之實施例中描述之全部構成元件，且亦可包含除上文提及之元件以外之一(或若干)元件。
此外，上文提及之實施例中描述之各自層之材料及厚度及/或各自層之膜沈積方法及膜沈積條件等等不具確定性，且可採用其他材料及厚度及/或可採用其他膜沈積方法及膜沈積條件。
可由本發明之上述例示性實施例達成至少以下繪示性組態。
[1]一種固態影像拾取器件，其包含：複數個像素；一分離結構，其沿相鄰於該複數個像素之一邊界線提供；該分離結構包含提供於自半導體基板之一背表面至對應於一波長之一深度處之一溝槽，該溝槽沿該邊界線定位；一第一分離層，其提供於該溝槽中；及一第二分離層，其提供於該第一分離層上且對應於該邊界線，該第二分離層連接至該第一分離層。
[2]如1之固態影像拾取器件，其中該第二分離層具有一錐形形狀使得該第二分離層之一寬度隨著相距該第一分離層之一距離增加而降低。
[3]如2之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之該錐形形狀之一側反射光使得在該光接觸該像素中相鄰於該第二分離層之該錐形形狀之該側之一光電轉換元件之一光接收表面之前聚集該光。
[4]如2之固態影像拾取器件，其進一步包含一抗反射層，該抗反射層提供於該半導體基板之該背表面上且延伸至該溝槽中使得該抗反射層接觸該第一分離層之側表面及一下表面。
[5]如4之固態影像拾取器件，其中該抗反射層接觸該第二分離層之側表面。
[6]如5之固態影像拾取器件，其中各像素進一步包含一彩色濾光片，其配置在該半導體基板之該背表面側上以面向該光電轉換元件，且該分離結構經提供相鄰於該彩色濾光片。
[7]如6之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之一上表面處於與相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一光入射表面相同之一高度處。
[8]如6之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之一上表面高於相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一光入射表面。
[9]如6之固態影像拾取器件，其中該抗反射層延伸至該第二分離 層之一上表面，且其中該第二分離層之一上表面高於相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一光入射表面。
[10]如2之固態影像拾取器件，其中該第二分離層係由與該第一分離層相同之材料製成。
[11]如6之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之一折射率低於相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一折射率。
[12]如1之固態影像拾取器件，其進一步包含具有一負固定電荷之一膜及一絕緣膜，其等各者提供在該溝槽與該第一分離層之間。
[13]一種製造一固態影像拾取器件之方法，該方法包括：提供複數個像素；自一半導體基板之一背表面向下至對應於一波長之一深度處提供一溝槽，該溝槽沿相鄰於該複數個像素之一邊界線定位；在該半導體基板之該背表面上形成一蓋層，該蓋層具有對應於該溝槽之一開口；藉由將一嵌入式膜嵌入至該溝槽、該開口及該蓋層之至少一部分中在該溝槽中形成一第一分離層且在該開口中形成一第二分離層，其中該第二分離層連接至該第一分離層；移除形成於該蓋層之該部分上之該嵌入式膜；及移除該蓋層。
[14]如13之製造一固態影像拾取器件之方法，其中該第二分離層具有一錐形形狀使得該第二分離層之一寬度隨著相距該第一分離層之一距離增加而降低。
[15]如14之製造一固態影像拾取器件之方法，其中該第二分離層之該錐形形狀之一側反射光使得在該光接觸該像素中與該第二分離層之該錐形形狀之該側相鄰之一光電轉換元件之一光接收表面之前聚集該光。
[16]如14之製造一固態影像拾取器件之方法，其進一步包含一抗反射層，該抗反射層提供於該半導體基板之該背表面上且延伸至該溝槽中使得該抗反射層接觸該第一分離層之側表面及一下表面。
[17]如16之製造一固態影像拾取器件之方法，其中該抗反射層接觸該第二分離層之側表面。
[18]如17之製造一固態影像拾取器件之方法，其中各像素進一步包含一彩色濾光片，其配置在該半導體基板之該背表面側上以面向該光電轉換元件，且該分離結構經提供相鄰於該彩色濾光片。
[19]一種製造一固態影像拾取器件之方法，該方法包含：提供複數個像素；在自一半導體基板之一背表面至對應於一波長之一深度處提供一溝槽，該溝槽沿相鄰於該複數個像素之一邊界線定位；將一嵌入式膜嵌入至該溝槽中且使用該嵌入式膜遮蓋該半導體基板之該背表面；在該嵌入式膜之一上表面上形成一遮罩材料層；拋光該遮罩材料層以在面向該溝槽之一位置處於該嵌入式膜之該上表面上形成一遮罩層；藉由回蝕該嵌入式膜在該溝槽中形成一第一分離層且在該溝槽與該遮罩層之間形成一第二分離層，該第二分離層連接至該第一分離層。
[20]一種電子裝置，其包含如1之固態影像拾取器件。
進一步言之，可達成來自本發明之上述例示性實施例之至少以下組態。
(1)一種固態影像拾取器件，其包含：像素；及一分離結構，其沿該等像素之間之一邊界線提供，其中該等像素各者包含一光電轉換元件，其提供於一半導體基板中，及一彩色濾光片，其配置於該半導體基板之一背表面側上以面向該光電轉換元件，及該分離結構包含一溝槽，其提供於自半導體基板之一背表面向下至對應於其中 沿該等光電轉換元件之間之一邊界線發生特定色彩光之光電轉換之一波長之一深度處，一第一分離層，其提供於該溝槽中，及一第二分離層，其沿該等彩色濾光片之間之一邊界線提供、與該第一分離層成一體且由與該第一分離層相同之材料製成。
(2)如(1)之固態影像拾取器件，其中該特定色彩光係綠色光。
(3)如(1)或(2)之固態影像拾取器件，其中該第一分離層及該第二分離層係由金屬製成。
(4)如(1)或(2)之固態影像拾取器件，其中該第一分離層及該第二分離層係由折射率低於一彩色濾光片之一材料之一材料製成。
(5)如(1)至(4)中任一項之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之一上表面與該彩色濾光片之一光入射表面齊平或位於高於該彩色濾光片之該光入射表面之一位置處。
(6)如(1)至(5)中任一項之固態影像拾取器件，其進一步包含提供於該第二分離層之一上表面上之一抗反射膜。
(7)如(1)至(6)中任一項之固態影像拾取器件，其中該第二分離層具有一尖錐形形狀，其具有隨著相距該第一分離層之一距離增加而逐漸變狹窄之一寬度。
(8)如(1)至(7)中任一項之固態影像拾取器件，其進一步包含提供於該溝槽之一內表面上之一釘扎膜。
(9)一種製造一固態影像拾取器件之方法，其包含：在一半導體基板中提供一光電轉換元件且自該半導體基板之一背表面向下至對應於其中沿該等光電轉換元件之間之一邊界線發生特定色彩光之光電轉換之一波長之一深度處提供一溝槽； 在該半導體基板之一背表面側上形成一蓋層且在該蓋層中提供與該溝槽連通之一開口；藉由將一嵌入式膜嵌入至該溝槽及該開口中在該溝槽中形成一第一分離層且在該開口中形成一第二分離層、形成與該第一分離層成一體之該第二分離層且製造與該第一分離層之材料相同之該第二分離層；移除形成於該蓋層上之該嵌入式膜之一部分；移除該蓋層；及在由該第二分離層分割之一區域中形成一彩色濾光片。
(10)如(9)之製造一固態影像拾取器件之方法，其中在形成該蓋層時，在該蓋層之一端上形成使該溝槽之一入口變狹窄之一懸垂部分，及在將該嵌入式膜嵌入至該溝槽及該開口中時，在塑形該懸垂部分之後該第二分離層形成為具有隨著相距該第一分離層之距離逐漸變狹窄之一寬度之一尖錐形形狀。
(11)一種製造一固態影像拾取器件之方法，其包含：在一半導體基板中提供一光電轉換元件且自該半導體基板之一背表面向下至對應於其中沿該等光電轉換元件之間之一邊界線發生特定色彩光之光電轉換之一波長之一深度處提供一溝槽；將一嵌入式膜嵌入至該溝槽中且用該嵌入式膜遮蓋該半導體基板之一背表面側；在該嵌入式膜之一上表面上形成一遮罩材料層且藉由拋光該遮罩材料層在面向該溝槽之一位置處於該嵌入式膜之該上表面上形成一遮罩層；藉由回蝕該嵌入式膜而在該溝槽中形成一第一分離層且在該溝槽與該遮罩層之間形成一第二分離層，且形成與該第一分離層成一體 之該第二分離層並製造與該第一分離層之材料相同之該第二分離層；及在由該第二分離層分割之一區域中形成一彩色濾光片。
(12)如(11)之製造一固態影像拾取器件之方法，其中在回蝕該嵌入式膜時，安置該遮罩層以遮蓋該第二分離層之一上表面。
(13)如(12)之製造一固態影像拾取器件之方法，其中安置該遮罩層以亦用作一抗反射膜。
(14)如(11)至(13)中任一項之製造一固態影像拾取器件之方法，其中在回蝕該嵌入式膜時，該第二分離層形成為具有隨著相距該第一分離層之距離逐漸變狹窄之一寬度之一尖錐形形狀。
(15)一種電子裝置，其包含一固態影像拾取器件，其中該固態影像拾取器件包含像素；及一分離結構，其沿該等像素之間之一邊界線提供，該等像素各者包含一光電轉換元件，其提供於一半導體基板中，及一彩色濾光片，其配置於該半導體基板之一背表面側上以面向該光電轉換元件，及該分離結構包含一溝槽，其提供於自半導體基板之一背表面向下至對應於其中沿該等光電轉換元件之間之一邊界線發生特定色彩光之光電轉換之一波長之一深度處，一第一分離層，其提供於該溝槽中，及 一第二分離層，其沿該等彩色濾光片之間之一邊界線提供、與該第一分離層成一體且由與該第一分離層相同之材料製成。
熟習此項技術者應瞭解可取決於設計需求及其他因素發生各種修改、組合、子組合及變更，只要該等修改、組合、子組合及變更屬於隨附申請專利範圍或其等之等效物之範疇。
1‧‧‧固態影像拾取器件
10‧‧‧像素
10B‧‧‧藍色像素
10G‧‧‧綠色像素
10R‧‧‧紅色像素
11‧‧‧光電轉換元件
11A‧‧‧光接收表面
12‧‧‧彩色濾光片
12A‧‧‧光入射表面
12B‧‧‧藍色濾光片
12G‧‧‧綠色濾光片
12R‧‧‧紅色濾光片
13‧‧‧晶片上透鏡
14‧‧‧半導體基板
14A‧‧‧半導體基板之背表面
14B‧‧‧半導體基板之正面
20‧‧‧分離結構
21‧‧‧溝槽/溝渠
22‧‧‧第一分離層
23‧‧‧第二分離層
23A‧‧‧第二分離層之上表面
24‧‧‧釘扎膜
25‧‧‧絕緣膜
26‧‧‧抗反射膜
D21‧‧‧深度

Claims (20)

  1. 一種固態影像拾取器件，其包括：複數個像素；一分離結構，其係沿相鄰於該複數個像素之一邊界線而提供；該分離結構包含提供於自半導體基板之一背表面至對應於一波長之一深度處之一溝槽，該溝槽係沿該邊界線定位，一第一分離層，其提供於該溝槽中，及一第二分離層，其提供於該第一分離層上且對應於該邊界線，該第二分離層經連接至該第一分離層。
  2. 如請求項1之固態影像拾取器件，其中該第二分離層具有一錐形形狀，使得該第二分離層之一寬度隨著相距該第一分離層之一距離增加而降低。
  3. 如請求項2之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之該錐形形狀的一側反射光，使得在該光接觸該像素中相鄰於該第二分離層之該錐形形狀之該側之一光電轉換元件之一光接收表面之前，該光聚集。
  4. 如請求項2之固態影像拾取器件，進一步包括一抗反射層，該抗反射層提供於該半導體基板之該背表面上且延伸至該溝槽中，使得該抗反射層接觸該第一分離層之側表面及一下表面。
  5. 如請求項4之固態影像拾取器件，其中該抗反射層接觸該第二分離層之側表面。
  6. 如請求項5之固態影像拾取器件，其中各像素進一步包含一彩色濾光片，其經配置於該半導體基板之該背表面側上以面向該光電轉換元件，且該分離結構經提供相鄰於該彩色濾光片。
  7. 如請求項6之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之一上表面處於與相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一光入射表面相同之一高度處。
  8. 如請求項6之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之一上表面高於相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一光入射表面。
  9. 如請求項6之固態影像拾取器件，其中該抗反射層延伸至該第二分離層之一上表面，且其中該第二分離層之一上表面高於相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一光入射表面。
  10. 如請求項2之固態影像拾取器件，其中該第二分離層係由與該第一分離層相同之材料製成。
  11. 如請求項6之固態影像拾取器件，其中該第二分離層之一折射率低於相鄰於該第二分離層之該等彩色濾光片之一折射率。
  12. 如請求項1之固態影像拾取器件，進一步包括具有一負固定電荷之一膜及一絕緣膜，其等各者係提供於該溝槽與該第一分離層之間。
  13. 一種製造一固態影像拾取器件之方法，該方法包括：提供複數個像素；在自一半導體基板之一背表面向下至對應於一波長之一深度處提供一溝槽，該溝槽係沿相鄰於該複數個像素之一邊界線定位；在該半導體基板之該背表面上形成一蓋層，該蓋層具有對應於該溝槽之一開口；藉由將一嵌入式膜嵌入至該溝槽、該開口及該蓋層之至少一部分中，而在該溝槽中形成一第一分離層，且在該開口中形成一第二分離層，其中該第二分離層經連接至該第一分離層；移除形成於該蓋層之該部分上之該嵌入式膜；及 移除該蓋層。
  14. 如請求項13之製造一固態影像拾取器件之方法，其中該第二分離層具有一錐形形狀，使得該第二分離層之一寬度隨著相距該第一分離層之一距離增加而減少。
  15. 如請求項14之製造一固態影像拾取器件之方法，其中該第二分離層之該錐形形狀的一側反射光，使得在該光接觸該像素中與該第二分離層之該錐形形狀之該側相鄰之一光電轉換元件之一光接收表面之前，該光聚集。
  16. 如請求項14之製造一固態影像拾取器件之方法，進一步包括一抗反射層，該抗反射層提供於該半導體基板之該背表面上且延伸至該溝槽中，使得該抗反射層接觸該第一分離層之側表面及一下表面。
  17. 如請求項16之製造一固態影像拾取器件之方法，其中該抗反射層接觸該第二分離層之側表面。
  18. 如請求項17之製造一固態影像拾取器件之方法，其中各像素進一步包含一彩色濾光片，其係配置於該半導體基板之該背表面側上以面向該光電轉換元件，且該分離結構經提供相鄰於該彩色濾光片。
  19. 一種製造一固態影像拾取器件之方法，該方法包括：提供複數個像素；在自一半導體基板之一背表面至對應於一波長之一深度處提供一溝槽，該溝槽係沿相鄰於該複數個像素之一邊界線定位；將一嵌入式膜嵌入至該溝槽中，且使用該嵌入式膜來遮蓋該半導體基板之該背表面；在該嵌入式膜之一上表面上形成一遮罩材料層；拋光該遮罩材料層，以在面向該溝槽之一位置處，於該嵌入 式膜之該上表面上形成一遮罩層；藉由回蝕該嵌入式膜而在該溝槽中形成一第一分離層，且在該溝槽與該遮罩層之間形成一第二分離層，該第二分離層經連接至該第一分離層。
  20. 一種電子裝置，其包括如請求項1之固態影像拾取器件。
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