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TW201924034A - 影像感測裝置、影像感測系統及其形成方法 - Google Patents

影像感測裝置、影像感測系統及其形成方法 Download PDF

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TW201924034A
TW201924034A TW107130323A TW107130323A TW201924034A TW 201924034 A TW201924034 A TW 201924034A TW 107130323 A TW107130323 A TW 107130323A TW 107130323 A TW107130323 A TW 107130323A TW 201924034 A TW201924034 A TW 201924034A
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鄭允瑋
黃胤傑
周俊豪
李國政
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本揭露提供一種在影像感測裝置中在烘烤製程之後減少彩色濾光片之表面形變的方法。表面形變可藉由在烘烤之前增加彩色濾光片的表面積來減少。舉例來說，形成網格結構於影像感測裝置的半導體層之上，其中此網格結構包含第一區，其具有一或多個具有共同側壁的單元；設置一或多個彩色濾光片於此網格結構之第二區之中；凹蝕此網格結構之第一區之中的共同側壁，以形成一組單元，此組單元具有被凹蝕的共同側壁；以及設置其他彩色濾光片於此組單元之中。

Description

影像感測裝置、影像感測系統及其形成方法
本揭露係有關於一種影像感測裝置，且特別有關於一種減少彩色濾光片之表面形變的影像感測裝置。
半導體影像感測器用於感測可見或不可見輻射；例如，舉例來說可見光、紅外線等。互補式金屬氧化物半導體(Complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像感測器(CMOS image sensor，CIS)以及電荷耦合裝置(charge-coupled device，CCD)感測器使用於各種應用中，例如：數位相機、行動電話、平板電腦、護目鏡(goggles)等。畫素陣列在互補式金屬氧化物半導體(CMOS)及互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(CIS)裝置中主要可感測投射進來的輻射以及將其轉換成電子訊號。
本揭露包含一種影像感測裝置，包含：網格結構，此網格結構被配置以接收一或多個彩色濾光片於一半導體層之上，其中此網格結構包含：第一單元，具有第一側壁及共同側壁；以及第二單元，具有第二側壁-此共同側壁較短於此第 一側壁及此第二側壁。此影像感測裝置更包含彩色濾光片，設置於此第一單元及此第二單元之中，其中此彩色濾光片之頂面高於此共同側壁並且低於此第一側壁及此第二側壁。
本揭露亦包含一種影像感測系統，包含：半導體層，具有一或多個輻射感測區形成於互連層之上並且被配置以將光轉換成電荷；以及網格結構，形成於此半導體層之上並且被配置以接收一或多個彩色濾光片，其中此網格結構包含：第一單元，具有第一側壁及共同側壁；以及第二單元，具有第二側壁-此共同側壁較短於此第一側壁及此第二側壁；影像感測系統更包含彩色濾光片，設置於此第一單元及此第二單元之中，其中此彩色濾光片之頂面高於此共同側壁並且低於此第一側壁及此第二側壁；以及微透鏡，於此第一單元及此第二單元之每一個之上。
本揭露亦包含一種影像感測系統之形成方法，包含：形成網格結構於影像感測裝置之半導體層之上，其中此網格結構包含第一區，此第一區具有一或多個具有共同側壁的單元；設置一或多個彩色濾光片於此網格結構之第二區之中；凹蝕此網格結構之此第一區之中的此共同側壁，以形成一組單元，此組單元具有被凹蝕的此共同側壁；以及設置其他彩色濾光片於此組單元之中。
100‧‧‧背照式影像感測裝置
102‧‧‧半導體層
104‧‧‧輻射感測區、畫素
106‧‧‧前側
108‧‧‧背側
110‧‧‧隔離結構
112‧‧‧抗反射塗層
114‧‧‧蓋層
116‧‧‧複合網格結構
118‧‧‧單元
120‧‧‧彩色濾光片
120R‧‧‧紅色彩色濾光片
120B‧‧‧藍色彩色濾光片
120G‧‧‧綠色彩色濾光片
122‧‧‧底層
124‧‧‧頂介電層
126‧‧‧鈍化層
128‧‧‧透明材料層
130‧‧‧微透鏡
132‧‧‧互連結構
134‧‧‧多層互連結構
136‧‧‧層間介電層
138‧‧‧導線
140‧‧‧導孔/接觸件
142‧‧‧感測裝置
300‧‧‧方法
302、304、306‧‧‧步驟
500‧‧‧群組
600‧‧‧區域
900‧‧‧頂面
a、b、c、d‧‧‧側壁
A-B‧‧‧線
C-D‧‧‧線
H1、H2‧‧‧高度
藉由以下的詳述配合所附圖式，可以最佳理解本揭露實施例的觀點。應注意的是，依據在業界的標準慣例，各種部件並未按照比例繪製。事實上，為了討論的明確易懂，各 種部件的尺寸可任意增加或減少。
第1圖係根據一些實施例繪示出背照式影像感測裝置。
第2圖係根據一些實施例繪示出複合網格結構被配置以接收彩色濾光片之上視圖。
第3圖係根據一些實施例繪示出在烘烤步驟之後抑制彩色濾光片之表面形變之方法的流程圖。
第4圖係根據一些實施例繪示出部分製造的影像感測器之半導體層上的複合網格結構之剖面示意圖。
第5圖係根據一些實施例繪示出包含一組具有共同側壁之未被佔用的單元的複合網格結構之上視圖。
第6圖係根據一些實施例繪示出在紅色及藍色彩色濾光片設置於複合網格結構之單元之後之複合網格結構的剖面示意圖。
第7圖係根據一些實施例繪示出在側壁凹蝕製程之後的複合網格結構的剖面示意圖。
第8圖係根據一些實施例繪示出包含具有凹陷的共同側壁之未被佔用的單元之群組的複合網格結構之上視圖。
第9圖係根據一些實施例繪示出包含一組具有凹陷的共同側壁並以綠色彩色濾光片填充的單元的複合網格結構之上視圖。
第10圖係根據一些實施例繪示出在綠色彩色濾光片設置於單元中之後，具有凹陷的共同側壁之複合網結構的剖面示意圖。
第11圖係根據一些實施例繪示出具有凹陷的頂面的彩色 濾光片之複合網格結構的剖面示意圖。
第12圖係根據一些實施例繪示出具有凹陷的頂面的彩色濾光片之複合網格結構的上視圖。
以下提供許多不同的實施例或示範，用於實行本揭露的不同部件。以下描述了組件和配置的具體範例，以簡化本揭露之實施例。當然，這些實施例僅用以例示，並非意圖限制本揭露之範圍。舉例而言，在敘述中第一部件形成於第二部件之上，可能包含形成第一和第二部件直接接觸的實施例，也可能包含額外的部件形成於第一和第二部件之間，使得第一和第二部件不會直接接觸的實施例。
此外，在以下敘述中可使用空間上相對用語，例如「在......之下」、「在......下方」、「較低的」、「在......上方」、「較高的」和其他類似的用語，以便於說明一個(些)元件或部件與另一個(些)元件或部件之間的關係之陳述。此空間相對用語除了包含圖式所繪示之方位，還包含裝置在使用或操作中的不同方位。裝置亦可轉向至其他方位(旋轉90度或在其他方位)，且在此使用的空間相對描述亦依轉向後的方位相應地解讀。
此處所使用的用語「約」，表示所提供之量的數值可基於有關主要半導體裝置的特定技術節點來改變。基於特定的技術節點，用語「約」可表示所提供之量的數值在例如該數值之10%至30%(例如：數值之±10%、±20%、或±30%)。
影像感測裝置的一種型態為背照式影像感測裝置 (back side illuminated image sensor device)。在背照式影像感測裝置中，彩色濾光片(color filter)及微透鏡(micro-lens)設置於基板的背側之上(例如在基板之電路的相反側之上)，使得此影像感測裝置可以最小或無障礙來收集光。因此，背照式影像感測裝置被配置以偵測來自於基板之背側的光，而不是來自於設置影像感測器的彩色濾光片及微透鏡之基板的前側，此前側在基板的電路及畫素之間。相較於前照式影像感測裝置，背照式影像感測裝置在低光狀態下具有改善的性能以及較高的量子效率(quantum efficiency，QE)(例如光電轉換比例)。
影像感測裝置使用彩色濾光片以捕捉來自入射光的色彩資訊。舉例來說，影像感測裝置-藉由使用彩色濾光片-可偵測可見光譜的紅色、綠色、及藍色(RGB)區。包含可被彩色濾光材料填充之單元的複合網格結構(micro-lens)，用於在影像感測裝置之畫素之上設置彩色濾光材料。
一旦以彩色濾光片(例如紅色、綠色、或藍色)填充複合網格結構，執行烘烤(bake)步驟以硬化此彩色濾光材料。隨著此彩色濾光材料硬化，其頂面面積會收縮(shrink)一個量。再者，每個彩色濾光片可展現出不同的收縮量。舉例來說，綠色彩色濾光片可收縮約14%至約18%(例如約14.7%至約18%)，紅色彩色濾光片可收縮約13%至約16%(例如約13.2%至約16.2%)，以及藍色彩色濾光片可收縮約7%至約9%(例如約7.5%至約9%)。隨著彩色濾光片收縮，其頂面變形並且從平坦(flat)變為凸形(convex)。此頂面形變(deformation) 的程度可與收縮量成正比。舉例來說，綠色彩色濾光片之收縮量最大，其相較於紅色或藍色彩色濾光片可更容易受到形變。此外，彩色濾光片之收縮可影響色彩屏蔽均勻性(color shielding uniformity，CSU)，其為橫跨畫素區之色彩均勻性的指標(例如：一種檢測照片之對角線色彩均勻性的指標)。較差的色彩屏蔽均勻性(CSU)可導致影像感測裝置之性能的降低。
根據本揭露的各種實施例所提供之在烘烤製程之後減少彩色濾光片之頂面形變的方法。此可藉由使彩色濾光片擴大至一或多個鄰近的單元並且因而增加彩色濾光片之頂面面積來達成。在一範例中，假設兩個相同顏色的彩色濾光片佔用複合網格結構之兩個鄰近的單元，此鄰近單元之共同側壁可被選擇性凹蝕，使得此兩個彩色濾光片可合併為一個具有較大的頂面面積而延伸橫跨兩個鄰近單元的單一彩色濾光片。此共同的頂面可為，舉例來說，此彩色濾光片之單獨的頂面之尺寸的兩倍。
第1圖係根據本揭露之一些實施例繪示出背照式影像感測裝置100之簡化的剖面示意圖。背照式影像感測裝置100包含具有輻射感測區104的半導體層102。作為範例並且不以此為限，半導體層102包含摻雜例如硼(boron)的p型摻質之矽材料。替代地，半導體層102可包含摻雜例如磷(phosphorous)或砷(arsenic)的n型摻質之矽材料。半導體層102也可包含其他元素半導體，例如鍺(germanium)或金剛石(diamond)。半導體層102可選擇性地包含化合物半導體及 /或合金半導體。另外，半導體層102可包含磊晶層，其可被應變以提升效能。半導體層102可包含絕緣體上覆矽(silicon-on-insulator，SOI)結構。
半導體層102具有前側(也稱為底面)106及背側(也稱為頂面)108。半導體層102具有可在約100微米(μm)至約3000微米範圍的厚度。
輻射感測區或畫素104形成於半導體層102中。如此處所揭露，可交換的使用用語「輻射感測區」及「畫素」。畫素104被配置以感測輻射，例如從背側108照射半導體層102的入射光線。根據本揭露之一些實施例，每一個輻射感測區或畫素104包含一個光電二極體(photodiode)，其可將光子(photon)轉換為電荷。在本揭露之一些實施例中，畫素104可包含光電二極體、電晶體(transistor)、放大器(amplifier)、其他相似的裝置、或前述之組合。畫素104在此處也可稱為「輻射偵測裝置(radiation-detection device)」或「光感測器(light-sensor)」。
為了簡化，在第1圖中繪示了的兩個畫素104，但也可在半導體層102中實施額外的畫素104。作為範例並且不以此為限，可從前側106使用離子佈植製程(ion implant process)來形成畫素104於半導體層102之上。畫素104也可藉由摻質擴散製程(dopant diffusion process)來形成。
畫素104具有隔離結構110以將彼此電性隔離。隔離結構110可為蝕刻至半導體層102之內的溝槽，並且以介電材料填充，此介電材料為例如：氧化矽(silicon oxide)、氮化 矽(silicon nitride)、氮氧化矽(silicon oxynitride)、摻氟矽玻璃(fluorine-doped silicate glass，FSG)、低介電常數(low-k)介電材料(例如具有介電常數(k)數值低於3.9的材料)、及/或適合的絕緣材料。根據本揭露之一些實施例，隔離結構110在半導體層102之背側108上，其具有抗反射塗層(anti-reflective coating，ARC)112。抗反射塗層112為襯層(liner layer)，其可防止入射光線從輻射感測區/畫素104反射。抗反射塗層112可包含高介電常數(high-k)介電材料(例如具有介電常數(k)數值高於3.9的材料)，例如：氧化鉿(hafnium oxide，HfO2)、五氧化二鉭(tantalum pentoxide，Ta2O5)、二氧化鋯(zirconium dioxide，ZrO2)、三氧化二鋁(aluminum oxide，Al2O3)、或任何其他高介電常數介電材料。抗反射塗層112可使用濺鍍(sputtering)製程、以化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)為主的製程、以原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)為主的製程、或任何其他適合的沉積製程來沉積。在本揭露之一些實施例中，抗反射塗層112的厚度在約10埃(Å)至約500埃的範圍。
背照式影像感測裝置100也包含蓋層114，其形成於半導體層102之上，例如在抗反射塗層112之上，如第1圖所繪示。在本揭露之一些實施例中，蓋層114可提供平坦的表面，而背照式影像感測裝置100之額外的膜層可形成在其之上。蓋層114可包含介電材料，例如：氧化矽(silicon oxide，SiO2)、氮化矽(silicon nitride，Si3N4)、氮氧化矽(silicon oxy-nitride，SiON)、或任何其他適合的介電材料。另外，蓋層114可使用 化學氣相沉積(CVD)或任何其他適合的沉積技術來沉積。在本揭露之一些實施例中，蓋層114的厚度可在約500埃(Å)至約2000埃的範圍。
再者，背照式影像感測裝置100包含形成於蓋層114之上的複合網格結構116。根據本揭露之一些實施例，複合網格結構116包含單元118以欄(column)及列(row)的方式排列，每一單元118對準至分別的輻射感測區104。如上所述，單元118可接受紅色、綠色、或藍色彩色濾光片120。
第2圖係根據一些實施例，繪示出複合網格結構116的上視圖。複合網格結構116的每一單元118以單一彩色濾光片120來填充。作為範例並且不以此為限，相鄰的單元118可以相同顏色的彩色濾光片來填充。舉例來說，在第2圖中，四個鄰近的單元118可以相同的彩色濾光片120來填充-例如：四個鄰近的單元118具有相同色彩的濾光層(紅色、綠色、或藍色)。因此，單元118-其為四分體(quadrant)之一部分-共用四個側壁a、b、c、及d。在此範例中，每個單元118中的彩色濾光片藉由共同側壁a、b、c、及d來維持彼此相互隔離。以相同的彩色濾光片120填充單元118之數量，如第2圖所示，其為例示性的且並不以此為限。因此，填充相同的彩色濾光片120之一組相鄰的單元118可為更大或更小(例如：2個或6個等)。
參照第1圖，複合網格結構116之單元118可藉由沉積底層122及頂介電層124，並且選擇性蝕刻底層122及頂介電層124之部分來形成單元118。作為範例並且不以此為限，複合網格結構116可以下述方法來形成：可毯覆(blanket)沉積底 層122及頂介電層124於蓋層114之上。可使用一或多道光微影(photolithography)及蝕刻步驟來圖案化底層122及頂介電層124以形成單元118的側壁。可執行光微影及蝕刻步驟，使得複合網格結構116之每個單元118對準至半導體層102之分別的畫素104。在一些實施例中，複合網格結構116之每個單元118的側壁高度可在約200奈米(nm)至約1000奈米的範圍。
單元118的底層122可由鈦(titanium)、鎢(tungsten)、鋁(aluminum)、或銅(copper)所形成。然而，單元118的底層122可不限定於金屬，並且其可包含其他適合的材料或可反射及將入射的可見光導向輻射感測區104的材料堆疊。在本揭露之一些實施例中，單元118的底層122使用濺鍍(sputtering)製程、電鍍(plating)製程、蒸鍍(evaporation)製程、或任何其他適合的沉積方法形成。根據本揭露之一些實施例，每個單元118的底層122之厚度可在約100埃至約3000埃的範圍。
頂介電層124可包含一或多層介電層。在一些實施例中，頂介電層124可保護背照式影像感測裝置100之先形成的膜層(例如底層122及蓋層114)。頂介電層124可讓入射光穿透並到達輻射感測區(或畫素)104。頂介電層124可由一或多種透明材料形成。在本揭露之一些實施例中，頂介電層124可由SiO2、Si3N4、SiON、或任何其他適合的透明介電材料所形成。頂介電層124可藉由化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)來沉積，並且根據一些實施例，其可具有在約1000埃至約3000埃範圍的沉積厚度。
單元118也可包含鈍化層(passivation layer)126，其插入在彩色濾光片120及單元118之側壁(例如底層122及頂介電層124)之間。在本揭露之一些實施例中，鈍化層126可藉由以化學氣相沉積(CVD)為主或以原子層沉積(ALD)為主的沉積技術順應地(comformally)沉積。鈍化層126可由介電材料(例如SiO2、Si3N4、或SiON)所形成。再者，鈍化層126可具有在約375埃至約625埃範圍的厚度。
在一些實施例中，彩色濾光片120的頂面可對齊至頂介電層124上的鈍化層126之頂面。替代地，彩色濾光片120可形成於頂介電層124上的鈍化層126之頂面之上。為了示範和解釋目的，彩色濾光片120之頂面將被繪示為對齊頂介電層124上的鈍化層126之頂面。
參照第1圖，在複合網格結構116之單元118接收其分別的彩色濾光片120之後，透明材料層128可形成於複合網格結構116及彩色濾光片120之上。若彩色濾光片120之頂面對齊至頂介電層124上的鈍化層226之頂面，透明材料層128則可接觸鈍化層126。替代地，若彩色濾光片120之頂面在頂介電層124上的鈍化層126之頂面之上，透明材料層128則可不接觸鈍化層126。在一些範例中，透明材料層128形成為在複合網格結構116之每個單元118之上的微透鏡130。微透鏡130分別對準輻射感測區104並形成，因而在單元118的邊界內(例如包含在每個單元118的側壁內)覆蓋彩色濾光片120之頂面。根據一些實施例，透明材料層128可為藉由化學氣相沉積(CVD)所形成的氧化物。
因為曲率(curvature)的關係，微透鏡130較厚於透明材料層128之其他區域(例如在頂介電層124之上之微透鏡130之間的區域)。舉例來說，參照第1圖，在彩色濾光片120之上(例如在微透鏡130形成之處)的透明材料層128較厚，在微透鏡130之間區域的透明材料層128較薄(例如在頂介電層124之上)。
參照第1圖，背照式影像感測裝置100也可包含互連結構132。互連結構132可包含圖案化的介電層及導電層，其在畫素104及其他組件(第1圖中未繪示)之間形成互連(例如：佈線(wiring))。互連結構132可為，舉例來說，埋置在層間介電層(interlayer dielectric(ILD)layer)136中的一或多個多層互連(multilayer interconnect，MLI)結構134。根據本揭露之一些實施例，多層互連結構134可包含接觸件(contact)/導孔(via)及金屬線。為了說明的目的，多個導線138及導孔/接觸件140係繪示於第1圖中。導線138及導孔/接觸件140的位置及配置，可依據設計需求而改變，其並不侷限於第1圖所示。此外，互連結構132可包含感測裝置142。感測裝置142可為，舉例來說，場效電晶體(field effect transistors，FET)及/或記憶單元之陣列，此記憶單元電性連接至分別的輻射感測區(或畫素)204，並且被配置以讀取在那些區域中所產生之作為光電轉換製程(light-to-charge conversion process)之結果的電子訊號。
在本揭露之一些實施例中，互連結構132可為部分製造之積體電路(integrated circuit，IC)或完整製造之積體 電路之頂層，其可包含互連結構、電阻、電晶體、及/或其他半導體裝置的多膜層。因此，互連結構132可包含前端製程(front end of the line，FEOL)及中端製程(middle of the line，MOL)的膜層。更進一步，互連結構132可藉由緩衝層(buffer layer)(第1圖中未繪示)固定至載體基板(carrier substrate)(第1圖中未繪示)，其可提供支撐給在其上製造的結構(例如互連結構132、半導體層102等)。此載體基板可為，舉例來說，矽晶圓、玻璃基板、或任何其他適合的材料。
在本揭露之一些實施例中，可形成半導體層102於矽基板(例如矽晶圓)上，並且後續形成互連結構132於此半導體層102之前側106之上，以製造背照式影像感測裝置100。互連結構132可在其完成之前，經歷多道光微影、蝕刻、沉積、及平坦化步驟。一旦互連結構132形成，如上所述的載體基板可固定至此互連結構132的上部。舉例來說，緩衝層可作為在載體基板及互連結構132之間的黏著介質。矽基板可轉為由上朝下，並且可機械研磨及拋光此矽基板直到露出半導體層102之背側108為止。可接著形成半導體層102之背側108上的淺溝槽隔離(STI)結構，以更進一步電性隔離輻射感測區或畫素104。沿著複合網格結構116之蓋層114可形成於半導體層102之背側108上。
可形成複合網格結構116，使得其之每個單元118對準至分別的輻射感測區或畫素104。複合網格結構116及輻射感測區或畫素104的對齊，可藉由例如以呈現在半導體層102之背側108的對位圖案(alignment mark)為準的光微影步驟來達 成。複合網格結構116的形成可包含沉積及後續使用光微影及蝕刻來圖案化底層122及頂介電層124以形成單元118。鈍化層126隨後沉積在底層122及頂介電層124所曝露的表面之上。彩色濾光片120可填充單元118，並且透明材料層128可沉積在其之上以形成微透鏡130。背照式影像感測裝置100之製造並不侷限於上述的步驟，並且可執行額外的或替代的步驟。
第3圖繪示出設置一或多個彩色濾光片於背照式影像感測裝置之複合網格結構中並具有最小的彩色濾光片之頂面形變之例示性方法300的流程圖。為了範例目的，方法300將在第1圖之背照式影像感測裝置100的上下文中描述。根據一些實施例，方法300使用蝕刻製程，其可凹蝕所選擇之一組單元118之間共用的側壁，使得佔據此組單元118的彩色濾光片具有較大的表面面積。方法300並不侷限於下述的步驟。其他製程步驟可在方法300之不同的步驟之間執行，並且其在此處省略僅是為了明確。
方法300開始於步驟302，其在複合網格結構中設置一或多個彩色濾光片至單元(例如一或多個單元)的子集合(subset)內。第4圖繪示出部分製造的背照式影像感測裝置，例如第1圖之背照式影像感測裝置100。一或多個彩色濾光片可設置於複合網格結構116之單元中。在一些實施例中，彩色濾光片的選擇係基於在烘烤步驟之後表面形變的特徵。舉例來說，展現出低表面形變(例如具有頂面收縮比率小於15)的彩色濾光片可候選為步驟302的彩色濾光片-舉例來說，與展現出高表面形變(例如具有頂面收縮比率大於15)的彩色濾光片 相反。在一些實施例中，步驟302的候選彩色濾光片，舉例來說，可為紅色及藍色彩色濾光片。
參照第5圖中，其為第4圖所示之複合網格結構116之上視圖，紅色彩色濾光片120R及藍色彩色濾光片120B設置於一或多個單元118中。作為範例並且不以此為限，選擇性放置彩色濾光片(例如藍色、紅色、或綠色)至複合網格結構116之單元118之內，可藉由選擇性地覆蓋接收不同的彩色濾光片之複合網格結構116的區域(例如單元118)來達成。舉例來說，當紅色彩色濾光片120R為第一彩色濾光片，其將被導入複合網格結構116之單元118之內，而可在複合網格結構116上設置及圖案化光阻或遮罩層(第5圖中未繪示)，使得圖案化的光阻或遮罩層遮蔽將接收不同彩色濾光片(例如藍色或綠色)的單元118。接續地，複合網格結構116之曝露的單元118可根據需要的設計以紅色彩色濾光片120R填充。可重複此相同的製程以將藍色彩色濾光片120B導入複合網格結構116之一或多個預定的單元118中。在一些實施例中，紅色彩色濾光片120R及藍色彩色濾光片120B覆蓋介電層124之上的部分鈍化層126，如第6圖中區域600所示。在設置紅色彩色濾光片120R及藍色彩色濾光片120B至其分別的單元118之內後，可從複合網格結構116移除光阻或遮罩層。
如步驟302之結果，選擇數量的單元118(例如在複合網格結構116中)係剩下未被佔用的(例如不具有彩色濾光片)。在一些實施例中，未被佔用的單元118聚集在一起以形成多組單元，其包含二、四、六、或任何偶數數量的單元118。 根據以上所描述，第5圖繪示出例示性之在複合網格結構116中未被佔用的單元118之群組500。在設置紅色彩色濾光片120R及藍色彩色濾光片120B至複合網格結構116中之後，群組500包含聚集在一起的四個未被佔用的單元118。如上所述，紅色彩色濾光片120R及藍色彩色濾光片120B可設置於複合網格結構116之內，使其覆蓋其分別的單元118之鈍化層126。然而，由於單元118之群組500在先前為光阻或遮罩層所覆蓋，鈍化層126保持露出單元118之群組500。
再者，群組500之每個單元118與群組中的其他兩個單元至少共用兩個側壁。舉例來說，在第5圖中，群組500中的單元共用側壁a、b、c、及d。為了繪示的目的，第5圖繪示出四個未被佔用的單元118在群組500中聚集在一起。然而並非限制於此，群組500可包含較少或額外的單元。另外，單元之額外的群組，例如群組500，有可能橫跨複合網格結構116。在一些實施例中，單元之未被佔用的群組之尺寸及/或數量-在步驟302之後-可取決於影像感測裝置之設計及/或規格(specification)。第6圖-其為穿過線A-B之剖面-繪示出群組500之兩鄰近之空的單元118之間的共用側壁d。
在參照第3圖中，方法300繼續至步驟304，使用蝕刻製程以凹蝕群組500(第5圖中所示)中單元118之共同側壁a、b、c、及d。在一些實施例中，以及參照第5、6圖中，影像感測器之曝露至蝕刻製程的區域包含紅色彩色濾光片120R及藍色彩色濾光片120B之頂面，以及在群組500中未被佔用之單元118之共同側壁a、b、c、及d。
在步驟304中，使用彩色濾光片120R及120B作為遮罩層，使得下方在複合網格結構116中的單元118之側壁不會被凹蝕。另一方面，單元118之任何曝露的側壁(例如未被彩色濾光片佔用)受到步驟304的蝕刻製程將會被凹蝕。舉例來說，第7圖繪示出在步驟304之蝕刻製程之後第6圖中部份製造的結構，其中鄰近之單元118之間的共同側壁d被凹蝕。側壁d之凹蝕後的高度H2較短於其原本的高度H1。在一些實施例中，步驟304的蝕刻製程為定時的，使得高度H2與高度H1之比值小於0.9。舉例來說，若曝露的側壁受到定時的步驟304之蝕刻製程，其高度將減少至少10%。此10%或更多的高度減少，確保了當填充單元118時此凹陷的側壁將會陷入在彩色濾光片之下。如上所述，並且參照第5圖，可在步驟304之蝕刻製程中以相似的方式凹蝕群組500中的單元118之共同側壁a、b、及c。舉例來說，第8圖繪示出凹陷的共同側壁a、b、c、及d。
在一些實施例中，步驟304之蝕刻製程可部分移除鈍化層126之曝露的部分；舉例來說並參照第7圖，鈍化層126之曝露的部分包含側壁d之頂面及側表面以及單元118之底面。作為範例並且不以此為限，在方法300之下一個步驟(例如步驟306)之前可執行在可使用的單元118之內之鈍化層126之新的沉積，以覆蓋鈍化層126之任何蝕刻的部分。
在參照第3圖中，方法300繼續至步驟306，其中第三彩色濾光片設置於複合網格結構116之未被占用的單元118中。如上所討論，此第三彩色濾光片可為綠色彩色濾光片，其在烘烤過程中展現出最高度的表面形變。在一些實施例中，由 於凹陷的共同側壁a、b、c、及d(第8圖中所示)，允許綠色彩色濾光片120G擴大至複合網格結構116中群組500之一個以上未被占用的單元118-其頂面高於凹蝕後的高度H2。換句話說，凹陷的側壁a、b、c、及d允許了綠色彩色濾光片120G擴大至群組500之所有的單元，並且形成具有擴大的共同表面積之單一的綠色彩色濾光片120G。再者，高度H2與高度H1之比值小於0.9，確保了此凹陷的側壁將會陷入在綠色彩色濾光片120G之下，如前所述。舉例來說，在第9圖中，其為在步驟306之後的複合網格結構116之上視圖，綠色彩色濾光片120G設置於複合網格結構116中，橫跨群組500之所有單元118。意即，綠色彩色濾光片120G可相較於紅色及藍色彩色濾光片(例如120R及120B)佔用複合網格結構116上之較大的表面積。在第10圖中，其為第9圖沿著線C-D的剖面示意圖，根據一些實施例，綠色彩色濾光片120G之頂面900低於高度H1並高於高度H2。
在一些實施例中，執行烘烤步驟以硬化彩色濾光片。後續的蝕刻製程凹蝕了彩色濾光片(例如紅色彩色濾光片120R、藍色彩色濾光片120B、及綠色彩色濾光片120G)的頂面，使得具有紅色及藍色彩色濾光片之單元的鈍化層126在介電層124之區域之上曝露，如第11圖所示。根據第11圖，綠色彩色濾光片120G的頂面低於紅色及藍色彩色濾光片120R及120B之頂面。第12圖繪示出在前述的蝕刻製程之後的複合網格結構116之上視圖。
在一些實施例中，方法300並不侷限於綠色彩色濾 光片。舉例來說，可凹蝕複合網格結構之任何部分之任何數量的單元(例如偶數數量的單元)之側壁，以提供較大的表面積給任何的彩色濾光片，上述任何的彩色濾光片取決於影像感測裝置之設計，以及在烘烤製程之後此彩色濾光片之表面的特性其收縮量。
根據本揭露之各種實施例提供了減少在烘烤製程之後之彩色濾光片之表面形變。可藉由凹蝕網格結構之所選擇之部分的側壁，使得佔據這些部分的彩色濾光片可在具有凹陷的側壁之單元中擴大並增加其表面積來減少表面形變。所提出的方法並不侷限於複合網格結構之單一彩色濾光片或特定區域。使用光微影或蝕刻步驟以在複合網格結構之所選擇的區域執行凹蝕步驟。舉例來說，光微影或蝕刻步驟可隔離複合網格結構之多個部分，並且蝕刻複合網格結構之所選擇的區域中鄰近的單元之共同側壁。
在一些實施例中，一種影像感測裝置，包含：網格結構，此網格結構被配置以接收一或多個彩色濾光片於半導體層之上，其中此網格結構包含：第一單元，具有第一側壁及共同側壁；以及第二單元，具有第二側壁以及此共同側壁-此共同側壁較短於此第一側壁及此第二側壁。此影像感測裝置更包含彩色濾光片，設置於此第一單元及此第二單元之中，其中此彩色濾光片之頂面高於此共同側壁並且低於此第一側壁及此第二側壁。在一些實施例中，半導體層包含一或多個感測區，此一或多個感測區被配置以感測從此網格結構進入此半導體層之輻射。在一些實施例中，共同側壁較短於此第一側壁及 此第二側壁至少10%。在一些實施例中，一種影像感測裝置，更包含：透明材料，於此網格結構之上，其中此透明材料形成微透鏡於此第一單元及此第二單元之上。在一些實施例中彩色濾光片包含綠色彩色濾光片。在一些實施例中，第一側壁、此共同側壁、以及此第二側壁中的每一個包含底層及頂介電層，此共同側壁較短於此第一側壁及此第二側壁至少10%。在一些實施例中，影像感測裝置，更包含：其他彩色濾光片於第三單元之中，其中此其他彩色濾光片不同於在第一單元及第二單元之中的彩色濾光片，以及其中此其他彩色濾光片之頂面面積小於在此第一單元及此第二單元之中的彩色濾光片之頂面面積。
在一些實施例中，一種影像感測系統，包含：半導體層，具有一或多個輻射感測區形成於互連層之上並且被配置以將光轉換成電荷；以及網格結構，形成於此半導體層之上並且被配置以接收一或多個彩色濾光片，其中此網格結構包含：第一單元，具有第一側壁及共同側壁；以及第二單元，具有第二側壁以及此共同側壁-此共同側壁較短於此第一側壁及此第二側壁。影像感測系統更包含彩色濾光片，設置於此第一單元及此第二單元之中，其中此彩色濾光片之頂面高於此共同側壁並且低於此第一側壁及此第二側壁；以及微透鏡，於此第一單元及此第二單元之每一個之上。在一些實施例中，此共同側壁之高度小於第一側壁及第二側壁之高度的90%。在一些實施例中，此互連層包含後端線路層、中端線路層、前端線路層、或前述之組合。在一些實施例中，此第一單元及此第二單元之每一個分別對準此半導體層之一或多個輻射感測區之輻 射感測區。在一些實施例中，此網格結構被配置以引導光至半導體層之一或多個輻射感測區。
在一些實施例中，一種影像感測系統之形成方法，包含：形成網格結構於影像感測裝置之半導體層之上，其中此網格結構包含第一區，此第一區具有一或多個具有共同側壁的單元；設置一或多個彩色濾光片於此網格結構之第二區之中；凹蝕此網格結構之此第一區之中的此共同側壁，以形成一組單元，此組單元具有被凹蝕的此共同側壁；以及設置其他彩色濾光片於此組單元之中。在一些實施例中，上述凹蝕此共同側壁的步驟包含乾蝕刻製程，此乾蝕刻製程凹蝕此共同側壁至少10%。在一些實施例中，上述凹蝕此共同側壁的步驟減少此共同側壁至少10%之高度。在一些實施例中，設置此一或多個彩色濾光片的步驟包含遮蔽網格結構之第一區。在一些實施例中，此其他彩色濾光片包含綠色彩色濾光片。在一些實施例中，此一或多個彩色濾光片包含紅色彩色濾光片或藍色彩色濾光片。在一些實施例中，此網格結構包含頂鈍化層，其中凹蝕在此第一區之中的共同側壁時，此頂鈍化層被部分蝕刻。在一些實施例中，一種影像感測系統之形成方法，更包含執行烘烤步驟以硬化此其他彩色濾光片。
值得注意的是，「實施方式」的段落意欲用於解釋申請專利範圍，而非以「發明摘要」的段落來解釋。「發明摘要」可陳述一或多個但並非所有設想的例示性實施例，其並非用來限制附加的申請專利範圍。
前述概述了一些實施例的部件，使得本揭露所屬 技術領域中具有通常知識者可以更加理解本揭露實施例的觀點。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應可理解，他們可以輕易使用本揭露實施例作為基礎，設計或修改其他的製程或是結構，以達到與在此介紹的實施例相同的目的及/或優點。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者也應理解，此類等效的結構並不悖離本揭露實施例的精神與範疇，並且在不悖離本揭露實施例的精神與範疇的情況下，在此可以做各種的改變、取代和替換。因此，本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。

Claims (20)

  1. 一種影像感測裝置，包括：一網格結構，該網格結構被配置以接收一或多個彩色濾光片於一半導體層之上，其中該網格結構包括：一第一單元，具有一第一側壁及一共同側壁；一第二單元，具有一第二側壁，並且該共同側壁較短於該第一側壁及該第二側壁；以及一彩色濾光片，設置於該第一單元及該第二單元之中，其中該彩色濾光片之一頂面高於該共同側壁並且低於該第一側壁及該第二側壁。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該半導體層包括一或多個感測區，該一或多個感測區被配置以感測從該網格結構進入該半導體層之輻射。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該共同側壁較短於該第一側壁及該第二側壁至少10%。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，更包括：一透明材料，於該網格結構之上，其中該透明材料形成一微透鏡於該第一單元及該第二單元之上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該彩色濾光片包括一綠色彩色濾光片。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，其中該第一側壁、該共同側壁、以及該第二側壁中的每一個包括一底層及一頂介電層，該共同側壁較短於該第一側壁及該第二側壁至少10%。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測裝置，更包括：一其他彩色濾光片於一第三單元之中，其中該其他彩色濾光片不同於在該第一單元及該第二單元之中的該彩色濾光片，以及其中該其他彩色濾光片之一頂面面積小於在該第一單元及該第二單元之中的該彩色濾光片之該頂面面積。
  8. 一種影像感測系統，包括：一半導體層，具有一或多個輻射感測區形成於一互連層之上並且被配置以將光轉換成電荷；以及一網格結構，形成於該半導體層之上並且被配置以接收一或多個彩色濾光片，其中該網格結構包括：一第一單元，具有一第一側壁及一共同側壁；一第二單元，具有一第二側壁，並且該共同側壁較短於該第一側壁及該第二側壁；一彩色濾光片，設置於該第一單元及該第二單元之中，其中該彩色濾光片之一頂面高於該共同側壁並且低於該第一側壁及該第二側壁；以及一微透鏡，於該第一單元及該第二單元之每一個之上。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測系統，其中該共同側壁之高度小於該第一側壁及該第二側壁之高度的90%。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測系統，其中該互連層包括一後端線路層、一中端線路層、一前端線路層、或前述之組合。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測系統，其中該第一單元及該第二單元之每一個分別對準該半導體層之該一或多 個輻射感測區之一輻射感測區。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之影像感測系統，其中該網格結構被配置以引導光至該半導體層之該一或多個輻射感測區。
  13. 一種影像感測系統之形成方法，包括：形成一網格結構於一影像感測裝置之一半導體層之上，其中該網格結構包括一第一區，該第一區具有一或多個具有一共同側壁的單元；設置一或多個彩色濾光片於該網格結構之一第二區之中；凹蝕該網格結構之該第一區之中的該共同側壁，以形成一組單元，該組單元具有被凹蝕的該共同側壁；以及設置一其他彩色濾光片於該組單元之中。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測系統之形成方法，其中上述凹蝕該共同側壁的步驟包括一乾蝕刻製程，該乾蝕刻製程凹蝕該共同側壁至少10%。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測系統之形成方法，其中上述凹蝕該共同側壁的步驟減少該共同側壁至少10%之高度。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測系統之形成方法，其中設置該一或多個彩色濾光片的步驟包括遮蔽該網格結構之該第一區。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測系統之形成方法，其中該其他彩色濾光片包括一綠色彩色濾光片。
  18. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測系統之形成方法， 其中該一或多個彩色濾光片包括一紅色彩色濾光片或一藍色彩色濾光片。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測系統之形成方法，其中該網格結構包括一頂鈍化層，其中凹蝕在該第一區之中的該共同側壁時，該頂鈍化層被部分蝕刻。
  20. 如申請專利範圍第13項所述之影像感測系統之形成方法，更包括執行一烘烤步驟以硬化該其他彩色濾光片。
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