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TWI773355B - 影像感測器及其製造方法 - Google Patents

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TWI773355B
TWI773355B TW110119965A TW110119965A TWI773355B TW I773355 B TWI773355 B TW I773355B TW 110119965 A TW110119965 A TW 110119965A TW 110119965 A TW110119965 A TW 110119965A TW I773355 B TWI773355 B TW I773355B
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isolation structure
light
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image sensor
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Inventor
李柏叡
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晶相光電股份有限公司
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Abstract

一種影像感測器，包括一基板；光電二極體，設置於上述基板中，且靠近上述基板的第一端；以及儲存節點，設置於上述基板中並相鄰於光電二極體，且靠近上述基板的第一端。上述影像感測器更包括設置於上述基板中以及儲存節點上方的第一隔離結構；設置於第一隔離結構中的第一遮光結構；設置於上述基板的第二端上方的層間介電層，其中第二端相對於第一端；以及設置於層間介電層上方的透鏡結構。

Description

影像感測器及其製造方法
本揭露係有關於一種影像感測器，特別係有關於一種具有隔離結構的影像感測器。
一般而言，互補式金氧半(complementary metal oxide semiconductor,CMOS)影像感測器由主動像素(active pixel)與週邊電路(periphery circuit)組成。主動像素的功能包括光子收集、光電子轉換(photon-electron transformation)、電子收集、以及經由源極隨耦器(source follower)輸出電壓。週邊電路則進行訊號處理。
傳統的CMOS影像感測器使用滾動式快門(rolling shutter)。然而，對於高速移動的物體，使用滾動式快門的CMOS影像感測器會存在影像失真(distortion)的問題。因此，全局快門(global shutter)被發展以解決這種問題。全局快門的像素會在同一時間曝光且訊號會被儲存在儲存節點(storage node,SN)中，因此能夠獲得未失真之高速物體的影像。
然而，當CMOS感測器被以高光強度照射時，洩漏(leakage)到儲存節點的光線將無法被忽略，因為這些洩漏之光線造成的訊號與像素之光電二極體(potodiode,PD)所轉換的訊號是可比的(comparable)，因此會干擾到儲存節點。這種問題被稱為寄生光敏(parasitic light sensitivity,PLS)或是全局快門效率(global shutter efficiency,GSE)。因此，需要一種新的影像感測器結構來解決這種問題。
本揭露實施例提供一種影像感測器。上述影像感測器包括一基板；光電二極體，設置於上述基板中，且靠近上述基板的第一端；以及儲存節點，設置於上述基板中並相鄰於光電二極體，且靠近上述基板的第一端。上述影像感測器更包括設置於上述基板中以及儲存節點上方的第一隔離結構；設置於第一隔離結構中的第一遮光結構；設置於上述基板的第二端上方的層間介電層，其中第二端相對於第一端；以及設置於層間介電層上方的透鏡結構。
本揭露實施例提供一種影像感測器的製造方法。上述影像感測器的製造方法包括提供一半導體結構，上述半導體結構包括一基板以及上述基板之第一端下方的金屬間介電層，其中上述基板包括靠近第一端的光電二極體以及靠近第一端且相鄰於光電二極體的儲存節點。上述影像感測器的製造方法更包括自上述基板的第二端在上述基板中形成第一溝槽，其中第二端與第一端相對，且 第一溝槽位於儲存節點上方；在第一溝槽中形成第一隔離結構；在第一隔離結構中形成第二溝槽；以及在第二溝槽中形成第一遮光結構。
100:半導體結構
102:第一像素
104:第二像素
110:基板
120:金屬間介電層
130:鈍化層
142,144:光電二極體
152,154:儲存節點
162,164:隔離結構
172,174:遮光結構
182,184:透鏡結構
190:層間介電層
201:光子
202:電子
203:光子
362,364:隔離結構
412,414:濾色片
512,514:光導管
610:遮光結構
1010,1110,1310:溝槽
1562:隔離結構
本揭露自後續實施方式及附圖可更佳理解。須強調的是，依據產業之標準作法，各種特徵並未按比例繪製，並僅用於說明之目的。事實上，各種特徵之尺寸可能任意增加或減少以清楚論述。
第1圖至第8圖係根據本揭露各種實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。
第9圖至第16圖係根據本揭露實施例所示，形成影像感測器之一部分的中間階段的截面圖。
以下之揭露提供許多不同實施例或範例，用以實施本揭露之不同特徵。本揭露之各部件及排列方式，其特定範例敘述於下以簡化說明。理所當然的，這些範例並非用以限制本揭露。舉例來說，若敘述中有著第一特徵成形於第二特徵之上或上方，其可能包含第一特徵與第二特徵以直接接觸成形之實施例，亦可能包含有附加特徵形成於第一特徵與第二特徵之間，而使第一特徵與第二特徵間並非直接接觸之實施例。此外，本揭露可在多種範例中重複 參考數字及/或字母。該重複之目的係為簡化及清晰易懂，且本身並不規定所討論之多種實施例及/或配置間之關係。
進一步來說，本揭露可能會使用空間相對術語，例如「在...下方」、「下方」、「低於」、「在...上方」、「高於」及類似詞彙，以便於敘述圖式中一個元件或特徵與其他元件或特徵間的關係。除了圖式所描繪之方位外，空間相對術語亦欲涵蓋使用中或操作中之裝置其不同方位。設備可能會被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，而此處所使用之空間相對術語則可相應地進行解讀。此外，本揭露並不限於所示之動作或事件之順序，因為一些動作可以不同之順序發生及/或與其他動作或事件同時發生。此外，並非所有出示之動作或事件皆為實施根據本揭露之方法所必需的。
CMOS影像感測器通常可分為前照式(frontside illumination,FSI)與後照式(backside illumination,BSI)影像感測器。在FSI影像感測器中，入射光線必須先經過金屬間介電層(intermetal dielectric,IMD)與其中的互連(interconnection)結構，才會抵達基板中的光電二極體。而BSI影像感測器的金屬間介電層則是設置於基板的另一側。因此，在BSI影像感測器中，光線並不會經過金屬間介電層與其中的互連結構。本揭露所提供的實施例與圖式均以BSI影像感測器作為範例，但應注意的是，本揭露之發明構思同樣可應用於FSI影像感測器。
一般而言，使用全局快門之影像感測器的像素包括光電二極體、轉移閘極(transfer gate)、儲存節點、全局轉移閘極 (global transfer gate)、浮動擴散(floating diffusion,FD)元件、重置電晶體、源極隨耦器等。光電二極體所轉換的電子經由設置在光電二極體與儲存節點之間的轉移閘極傳送到儲存節點，其中儲存節點可為光電二極體或電容結構。接著，儲存節點的電子可經由設置於儲存節點與浮動擴散元件之間的全局轉移閘極傳送到浮動擴散元件，其中浮動擴散元件可為電容結構。之後，可藉由源極隨耦器讀取浮動擴散元件以建立影像感測器所感測的影像。重置電晶體可用於重置像素。
然而，如上所述，洩漏到儲存節點的光線會對儲存節點造成干擾。舉例來說，在基板之對應光電二極體的區域中，由光子所轉換的電子可能會擴散到儲存節點，並因而造成電性串擾(electrical crosstalk)，或者，直接入射儲存節點的光線會造成光學串擾(optical crosstalk)。為了解決這些串擾問題，本揭露各種實施例提供新的CMOS影像感測器結構，以抑制上述電性串擾與光學串擾，並改善CMOS影像感測器的性能。
第1圖係根據本揭露實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。在第1圖所示的實施例中，半導體結構100包括形成在基板110、金屬間介電層(IMD)120以及鈍化(passivation)層130之中/之上的第一像素102與第二像素104。第一像素102包括光電二極體142、儲存節點152、隔離結構162、遮光(light shielding)結構172以及透鏡結構182。第二像素104包括光電二極體144、儲存節點154、隔離結構164、遮光結構174以及透鏡結構184。在一 些實施例中，第一像素102及第二像素104更包括基板110(及/或隔離結構162、164)與透鏡結構182、184之間的層間介電(interlayer dielectric,ILD)層190。
應注意的是，為使說明簡化，一些元件在本文的圖式中被省略。舉例來說，在金屬間介電層120中，可包括具有複數金屬層的互連結構(包含金屬線與通孔等)與各種元件，例如轉移閘極、全局轉移閘極、重置電晶體、源極隨耦器等。此外，浮動擴散元件可被設置於基板110中。
光電二極體142與儲存節點152設置於基板110中並彼此相鄰，而光電二極體144與儲存節點154設置於基板110中並彼此相鄰。如第1圖所示，光電二極體142、144以及儲存節點152、154靠近基板110的第一端，該第一端在第1圖中顯示為基板110的「底部」並與下方之金屬間介電層120相鄰。
如上所述，本揭露的圖式並未顯示轉移閘極、全局轉移閘極以及浮動擴散元件等元件。在一些實施例中，浮動擴散元件可被設置於基板110中，且位於儲存節點152遠離光電二極體142的一側以及儲存節點154遠離光電二極體144的一側。轉移閘極可被設置在金屬間介電層120中，並位於光電二極體142(或光電二極體144)與儲存節點152(或儲存節點154)之間；而全局轉移閘極可被設置在金屬間介電層120中，並位於儲存節點152(或儲存節點154)與浮動擴散元件之間。
基板110可為半導體基板，例如矽基板。此外，上述 半導體基板亦可為元素半導體，包括鍺(Ge)；化合物半導體，包括碳化矽(SiC)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、砷化銦(InAs)及/或銻化銦(InSb)；合金半導體，包括矽鍺合金(SiGe)、磷砷鎵合金(GaAsP)、砷鋁銦合金(AlInAs)、砷鋁鎵合金(AlGaAs)、砷銦鎵合金(GaInAs)、磷銦鎵合金(GaInP)及/或磷砷銦鎵合金(GaInAsP)或上述材料之組合。此外，基板110也可以是絕緣層上半導體(semiconductor on insulator,SOI)基板。
金屬間介電層120可包括一或多種介電材料，例如SiO2、Si3N4、SiN、SiON、SiOC、SiOCN、正矽酸乙酯(TEOS)氧化物、未摻雜之矽酸鹽玻璃或摻雜之氧化矽，例如硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、氟矽酸鹽玻璃(FSG)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼摻雜之矽玻璃(BSG)、他合適之介電材料、或其組合。鈍化層130可包括AlN、Al2O3、AlON、SiN、SiO2、SiON、Si3N4、或其組合。
仍舊參照第1圖，第一像素102包括設置於基板110中的隔離結構162，其中隔離結構162位於儲存節點152上方。第二像素104包括設置於基板110中的隔離結構164，其中隔離結構164位於儲存節點154上方。在一些實施例中，以俯視圖來看，隔離結構162及隔離結構164分別完全覆蓋儲存節點152及儲存節點154。第一像素102更包括設置於隔離結構162之中且位於儲存節點152上方的遮光結構172。第二像素104更包括設置於隔離結構164之中且位於儲存節點154上方的遮光結構174。
藉由隔離結構162，入射至基板110之對應光電二極 體142的區域的光子所激發的電子，將會被隔離結構162所阻擋而無法擴散到儲存節點152。如第1圖所示，光子201入射至基板110中並激發出電子202，且電子202朝儲存節點152擴散。然而，電子202卻被隔離結構162所阻擋而無法進入儲存節點152。同樣地，光子所激發的電子會被隔離結構164所阻擋而無法擴散到儲存節點154。如此一來，得以降低影像感測器的電性串擾，並改善寄生光敏所造成的性能下降。
另一方面，藉由遮光結構172，可防止光子直接入射至儲存節點152。如第1圖所示，朝儲存節點152入射的光子203被遮光結構172所阻擋，因此無法進入儲存節點152。同樣地，遮光結構174可防止光子直接入射至儲存節點154。如此一來，得以降低影像感測器的光學串擾，並改善寄生光敏所造成的性能下降。
如上所述，藉由本揭露實施例所提供的隔離結構(例如：隔離結構162、164)，可有效地降低電性串擾，且藉由本揭露實施例所提供的遮光結構(例如：遮光結構172、174)，可有效地降低光學串擾。如此一來，可以大幅地抑制寄生光敏所造成的性能下降，並因而改善影像感測器的性能。
在一些實施例中，隔離結構162及164為深溝槽隔離(deep trench isolation,DTI)結構。隔離結構162及164可包括一或多種介電材料，例如SiO2、Si3N4、SiN、SiON、SiOC、SiOCN、Al2O3、MgO、Sc2O3、HfO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO、HfTiO、HfZrO、LaO、ZrO、TiO2、ZnO2、ZrO2、AlSiN3、SiC、Ta2O5、 TEOS氧化物、未摻雜之矽酸鹽玻璃、BPSG、FSG、PSG、BSG、其他合適之介電材料、或其組合。在一些實施例中，隔離結構162及164為低折射率(refractive index)介電材料(例如：折射率小於約1.46的介電材料)，例如碳摻雜氧化物、SiCOH、其他合適之低折射率材料、或其組合。在這些實施例中，隔離結構162及164更能反射電子，使得電子更不容易擴散到儲存節點。
遮光結構172及174可包括高吸光係數(extinction coefficient)材料，例如氮化矽、氮化鎢、金屬、金屬氮化物、金屬氧化物、油墨(例如：黑色油墨或其他合適之非透明的油墨)、模制化合物(molding compound)(例如：黑色模制化合物或其他合適之非透明的模制化合物)、防焊材料(solder mask)(例如：黑色防焊材料或其他合適之非透明的防焊材料)、環氧樹脂、其他合適之材料、或其組合。
仍舊參照第1圖，第一像素102及第二像素104包括層間介電層190，且分別包括透鏡結構182及透鏡結構184。層間介電層190設置於基板110(以及隔離結構162、164)與透鏡結構182及184之間。層間介電層190可包括與金屬間介電層120相同或相似的材料，為使說明簡化，此處不再贅述。
透鏡結構182及184可為微透鏡(micro lens)，且設置於層間介電層190上方。在一些實施例中，透鏡結構182及184的中心可分別對準光電二極體142及144的中心。如此一來，透鏡結構182及184可更加確實地把光聚集到光電二極體142及144。透鏡結 構182及184的材料可為透光材料，例如石英、熔融石英(fused silica)、磷化鎵、氟化鈣、矽、光學玻璃(optical glass)、透明塑膠(transparent plastic)、其他合適的材料、或其組合。透鏡結構182及184可經由光阻熱回流法(photoresist thermal reflow)、雷射書寫法(laser writing)、灰階光罩法(gray mask)、非接觸壓模成形(non-contact compression molding)、其他合適的方法，或其組合來形成。
第2圖係根據本揭露實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。應注意的是，因為第2圖中的一些特徵與第1圖相同或相似，因此在本文中使用相同的參考符號進行標示。第2圖具有與第1圖相同的特徵。具體來說，第2圖同樣具有隔離結構162、164以及遮光結構172、174。
與第1圖相比，第2圖之遮光結構172、174具有不同的位置。如第1圖所示，第1圖之遮光結構172、174位於隔離結構162、164中靠近儲存節點152、154的位置。換句話說，在第1圖中，遮光結構172、174靠近基板的第一端，也就是靠近金屬間介電層120。另一方面，如第2圖所示，第2圖之遮光結構172、174位於隔離結構162、164中遠離儲存節點152、154的位置。換句話說，在第2圖中，遮光結構172、174靠近基板的第二端，該第二端在第2圖中顯示為基板110的「頂部」並與上方之層間介電層190相鄰。
第3圖係根據本揭露實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。應注意的是，因為第3圖中的一些特徵與第2圖相同或 相似，因此在本文中使用相同的參考符號進行標示。
在第3圖中，第一像素102更包括隔離結構362，而第二像素104更包括隔離結構364。隔離結構362設置於基板110中並與隔離結構162連接。隔離結構362圍繞隔離結構162且部分圍繞儲存節點152。隔離結構364設置於基板110中並與隔離結構164連接。隔離結構364圍繞隔離結構164且部分圍繞儲存節點154。在一些實施例中，隔離結構362可為隔離結構162的一部分，而隔離結構364可為隔離結構164的一部分。隔離結構362、364可包括與隔離結構162、164相同或相似的材料，為使說明簡化，此處不再贅述。
與隔離結構162、164相比，隔離結構362、364更加地深入基板110，且部分圍繞儲存節點152、154。因此，具有第二組隔離結構(例如：隔離結構362、364)的半導體結構100，能更有效地防止電子擴散到儲存節點(例如：儲存節點152、154)中。如此一來，得以進一步地降低電性串擾，並改善影像感測器的性能。
在一些實施例中，隔離結構362、364並未圍繞隔離結構162、164，而是僅僅圍繞儲存節點152、154。
第4圖係根據本揭露實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。應注意的是，因為第4圖中的一些特徵與第3圖相同或相似，因此在本文中使用相同的參考符號進行標示。
在第4圖的實施例中，第一像素102更包括設置於層間介電層190與透鏡結構182之間的濾色片(color filter)412，而第二像素104更包括設置於層間介電層190與透鏡結構184之間的 濾色片414。濾色片412及414是由允許透射具有一特定波長範圍之輻射(例如：光)，並同時阻斷該特定波長範圍以外之輻射的材料所形成的。
第5圖係根據本揭露實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。應注意的是，因為第5圖中的一些特徵與第3圖相同或相似，因此在本文中使用相同的參考符號進行標示。在第5圖所示的實施例中，第一像素102更包括設置於層間介電層190之中以及基板110與透鏡結構182之間的光導管(light pipe)512，而第二像素104更包括設置於層間介電層190之中以及基板110與透鏡結構184之間的光導管514。
光導管(例如：光導管512、514)被配置為形成全反射，以輔助透鏡結構(例如：透鏡結構182、184)將入射光聚集到光電二極體(例如：光電二極體142、144)。光導管512、514可包括高折射率材料，例如聚甲基丙烯酸甲酯(polymethyl methacrylate,PMMA)、全氟環丁基(perfluorocyclobutyl,PFCB)聚合物、聚亞醯胺、環氧樹脂、其他適當之材料、或其組合。在一些實施例中，光導管512、514的折射率高於層間介電層190。在第5圖所示的實施例中，光導管512、514被繪製為上寬下窄，但本揭露不限於此，光導管可具有任何適當的形狀。
第6圖係根據本揭露實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。應注意的是，因為第6圖中的一些特徵與第5圖相同或相似，因此在本文中使用相同的參考符號進行標示。
與第5圖相比，第6圖更包括設置於光導管之間的遮光結構。舉例來說，遮光結構610設置於光導管512與光導管514之間。遮光結構610可包括與遮光結構172(或遮光結構174)相同或相似的材料，為使說明簡化，此處不再贅述。具有第二組遮光結構(例如：遮光結構610)的半導體結構100，可更有效地防止光線入射到儲存節點(例如：儲存節點152、154)中。如此一來，得以進一步地降低光學串擾，並改善影像感測器的性能。
第7圖及第8圖係根據本揭露實施例所示，影像感測器之一部分的截面圖。應注意的是，因為第7圖及第8圖中的一些特徵與第3圖相同或相似，因此在本文中使用相同的參考符號進行標示。如第7圖及第8圖所示，遮光結構(例如：遮光結構172、174)具有較大的尺寸。
在第7圖所示的實施例中，形成在隔離結構162、164中的遮光結構172、174，佔據了隔離結構162、164大部分的空間，例如佔據了70%至90%的空間。在第8圖所示的實施例中，遮光結構172、174不僅佔據了隔離結構162、164大部分的空間，還進一步延伸到隔離結構362、364中。因此，遮光結構172及174分別部分地圍繞儲存節點152及154。
應注意的是，本揭露並不限於上述實施例。第1圖至第8圖所示之實施例可彼此重新組合而產生新的實施例，且這些新的實施例均為本揭露所涵蓋。舉例來說，不同的像素可具有不同的結構，例如不同的遮光結構尺寸、不同的遮光結構位置、以及是否 具有第二組隔離結構(例如：隔離結構362、364)等。或者，一個像素可同時具有濾色片與光導管。
第9圖至第16圖係根據本揭露實施例所示，形成影像感測器之一部分的中間階段的截面圖。為使說明簡化，第9圖至第16圖使用與第1圖至第8圖相同的參考符號，且僅顯示了第一像素102。
在第9圖中，提供了一半導體結構，上述半導體結構包括基板110、金屬間介電層120、鈍化層130、光電二極體142以及儲存節點152。如上所述，在基板110及金屬間介電層120中，可包括具有複數金屬層的互連結構(包含金屬線與通孔等)與各種元件，例如轉移閘極、全局轉移閘極、重置電晶體、源極隨耦器、浮動擴散元件等。
可藉由各種半導體製程形成上述各種結構與上述各種元件，例如磊晶(epitaxy)製程、微影製程(photolithography)、沉積製程、蝕刻製程、摻雜製程、平坦化製程等。平坦化製程可包括化學機械研磨(chemical mechanical polishing,CMP)製程。摻雜製程可包括離子佈植(ion implantation)製程。
磊晶製程可包括化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)、低壓化學氣相沉積(Low-Pressure CVD,LPCVD)、低溫化學氣相沉積(Low-Temperature CVD,LTCVD)、快速熱化學氣相沉積(Rapid-Thermal CVD,RTCVD)、電漿增強型化學氣相沉積(plasma enhanced CVD, PECVD)、高密度電漿化學氣相沉積(high density plasma CVD,HDPCVD)、金屬有機化學氣相沉積(metal organic CVD,MOCVD)、分子束磊晶(molecular beam epitaxy,MBE)、液相磊晶(liquid phase epitaxy,LPE)、氣相磊晶(vapor phase epitaxy,VPE)、原子層磊晶(atomic layer epitaxy,ALE)、其他合適之磊晶製程、或其組合。
微影製程包括光阻(photoresist)塗佈(例如：自旋塗佈(spin-on coating))、軟烤、光罩對準、曝光、曝後烤、顯影光阻、沖洗(rinsing)、乾燥(例如：硬烤)。或者，微影製程可藉由其他適當的方法來執行或取代，例如無光罩微影(maskless photolithography)、電子束寫入(electron-beam writing)、以及離子(ion-beam writing)束寫入。蝕刻製程包括乾式蝕刻、濕式蝕刻、反應式離子蝕刻(reactive ion ion etching,RIE)、及/或其他合適之製程。
沉積製程可包括物理氣相沉積(physical vapor deposition,PVD)製程、化學氣相沉積(CVD)製程、塗佈製程、其他合適之製程、或其組合。物理氣相沉積製程可包括濺鍍(sputter)製程、蒸鍍(evaporation)製程、脈衝雷射沉積製程。化學氣相沉積製程可包括低壓化學氣相沉積(LPCVD)製程、低溫化學氣相沉積(LTCVD)製程、快速熱化學氣相沉積(RTCVD)製程、電漿增強型化學氣相沉積(PECVD)製程、高密度電漿化學氣相沉積(HDPCVD)製程、金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)製程、遠程電 漿化學氣相沉積(remote plasma CVD,RPCVD)製程、原子層沉積(atomic layer deposition,ALD)製程、電鍍(plating)、其他合適之製程、及/或其組合。
在第10圖中，於儲存節點152上方的基板110中形成溝槽1010。可藉由合適之微影製程與蝕刻製程在基板110中形成溝槽1010。在第11圖中，於溝槽1010中進一步形成溝槽1110，其中溝槽1110部分圍繞儲存節點152。可藉由合適之微影製程與蝕刻製程在溝槽1010中形成溝槽1110。
在第12圖中，於溝槽1010及溝槽1110中形成隔離結構162及隔離結構362。可藉由合適之微影製程、蝕刻製程以及沉積製程在溝槽1010及溝槽1110中沉積材料，以及藉由平坦化製程移除多餘的材料來形成隔離結構162及隔離結構362。隔離結構162及隔離結構362的材料已敘述於前文，此處不再贅述。在一些實施例中，隔離結構362形成於溝槽1110之中以及溝槽1010的側壁上，如第12圖所述，隔離結構362圍繞隔離結構162且部分圍繞儲存節點152。在其他實施例中，隔離結構362僅形成在溝槽1110中，因此隔離結構362僅部分圍繞儲存節點152，且並未圍繞隔離結構162。
在第13圖中，於隔離結構162及/或隔離結構362中形成溝槽1310。可藉由合適之微影製程與蝕刻製程在隔離結構162及/或隔離結構362中形成溝槽1310。在第14圖中，於溝槽1310中形成遮光結構172。可藉由合適之微影製程、蝕刻製程以及沉積製程在溝槽1310中形成遮光結構172。遮光結構172的材料已敘述於 前文，此處不再贅述。
可藉由調整蝕刻製程來控制溝槽1310的深度，以控制遮光結構172的位置，例如第1圖及第2圖所示之遮光結構172的不同位置。此外，可藉由調整沉積製程以控制遮光結構172的尺寸，例如第3圖及第7圖所示之遮光結構172的不同尺寸。進一步地，可藉由調整蝕刻製程與沉積製程以控制遮光結構172的不同形狀，例如第3圖、第7圖及第8圖所示遮光結構172的不同形狀。
在第15圖中，於溝槽1310的剩餘部分中形成隔離結構1562。可藉由合適之微影製程、蝕刻製程以及沉積製程在溝槽1310的剩餘部分中沉積材料，以及藉由平坦化製程移除多餘的材料來形成隔離結構1562。隔離結構1562可具有與隔離結構162相同或相似的材料，且可作為隔離結構162的一部分。
在第16圖中，於基板110的第二端上方形成層間介電層190，以及於層間介電層190上方形成透鏡結構182。可藉由合適之微影製程、蝕刻製程以及沉積製程在基板110上方形成層間介電層190。層間介電層190的材料已敘述於前文，此處不再贅述。在第16圖中，第15圖之隔離結構1562視為隔離結構162的一部分。
可藉由沉積製程、鑄模(casting)等方法在層間介電層190上方形成透鏡結構的材料層，接著以微影製程與蝕刻製程圖案化材料層以形成透鏡結構182，其中透鏡結構的材料可為石英、磷化鎵、氟化鈣、矽、其他合適的材料、或其組合。或者，可藉由雷射書寫法、灰階光罩法、網版印刷(screen printing)、浮雕鑄造 (relief casting)、光阻迴流法、微射出成型(micro injection molding)、非接觸壓模成形、熱凸印(hot embossing)、其他合適的方法、或其組合來形成透鏡結構182。
應理解的是，可在第9圖至第16圖所示的操作之前、之中或之後執行附加操作。此外，第9圖至第16圖所示之操作的順序可被改變，且一些操作可被替換或省略。舉例來說，形成溝槽1110以及形成隔離結構362的操作可被省略，以形成如第1圖及第2圖所示的半導體結構。
此外，可執行用於形成濾色片(例如：濾色片412)、光導管(例如：光導管512)、以及第二組遮光結構(例如：遮光結構610)的附加操作，以形成如第4圖至第5圖所示的半導體結構。可藉由合適的微影製程、蝕刻製程以及沉積製程在層間介電層190上形成濾色片412，以及在層間介電層190中形成光導管512與遮光結構610。除此之外，可進一步形成附加的隔離結構，例如淺溝槽隔離(shallow trench isolation,STI)結構或深溝槽隔離結構，以分隔不同的元件及/或不同的像素。
本揭露提供一種嶄新的影像感測器結構，包括設置於儲存節點上方的隔離結構與遮光結構。隔離結構可阻擋入射至基板之光子所激發的電子，使得電子無法擴散到儲存節點。藉此，得以降低影像感測器的電性串擾。另一方面，遮光結構可防止光子直接入射至儲存節點。藉此，得以降低影像感測器的光學串擾。如此一來，可以大幅地抑制寄生光敏所造成的性能下降，並因而改善影 像感測器的性能。
前述內文概述多項實施例或範例之特徵，如此可使於本技術領域中具有通常知識者更佳地瞭解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應當理解他們可輕易地以本揭露為基礎設計或修改其他製程及結構，以完成相同之目的及/或達到與本文介紹之實施例或範例相同之優點。本技術領域中具有通常知識者亦需理解，這些等效結構並未脫離本揭露之精神及範圍，且在不脫離本揭露之精神及範圍之情況下，可對本揭露進行各種改變、置換以及變更。
100:半導體結構
102:第一像素
104:第二像素
110:基板
120:金屬間介電層
130:鈍化層
142,144:光電二極體
152,154:儲存節點
162,164:隔離結構
172,174:遮光結構
182,184:透鏡結構
190:層間介電層
362,364:隔離結構

Claims (12)

  1. 一種影像感測器，包括：一基板，包括具有一基板底部表面的一第一端以及具有一基板頂部表面的一第二端，其中上述第二端相對於上述第一端；一光電二極體，設置於上述基板中，且靠近上述基板的上述第一端；一儲存節點，設置於上述基板中並相鄰於上述光電二極體，且靠近上述基板的上述第一端；一第一隔離結構，設置於上述基板中以及上述儲存節點上方，其中在一俯視圖中，上述第一隔離結構的一最底部表面的投影完全覆蓋上述儲存節點；一第二隔離結構，設置於上述基板中，上述第二隔離結構圍繞上述第一隔離結構的側壁並留下上述第一隔離結構的上述最底部表面自上述第二隔離結構露出，且沿著上述第一隔離結構的側壁向上述第一端延伸，使得上述第二隔離結構部分圍繞上述儲存節點；一第一遮光結構，設置於上述第一隔離結構與上述第二隔離結構中，上述第一遮光結構在上述第二隔離結構中延伸並部分圍繞上述儲存節點，其中上述第一遮光結構在上述第二端的一頂部表面與上述基板頂部表面共平面；一層間介電層，設置於上述基板的上述第二端上方；以及一透鏡結構，設置於上述層間介電層上方。
  2. 如請求項1之影像感測器，更包括一濾色片，上述 濾色片設置於上述層間介電層與上述透鏡結構之間。
  3. 如請求項1之影像感測器，更包括一第一光導管，上述第一光導管設置於上述層間介電層中以及上述透鏡結構與上述基板之間。
  4. 如請求項3之影像感測器，更包括一第二遮光結構，上述第二遮光結構設置於上述層間介電層中，以及上述第一光導管與相鄰的一第二光導管之間。
  5. 如請求項1之影像感測器，更包括一浮動擴散元件，設置於上述基板中並相鄰於上述儲存節點，且靠近上述基板的上述第一端。
  6. 如請求項5之影像感測器，更包括：一金屬間介電層，設置於上述基板之上述第一端下方；以及一鈍化層，設置於上述金屬間介電層下方。
  7. 如請求項1之影像感測器，其中上述透鏡結構的中心對準上述光電二極體的中心。
  8. 一種影像感測器的製造方法，包括：提供一半導體結構，上述半導體結構包括一基板以及上述基板之一第一端下方的一金屬間介電層，其中上述基板包括具有一基板底部表面的上述第一端以及具有一基板頂部表面的一第二端，其中上述第二端相對於上述第一端，且上述基板包括靠近上述第一端的一光電二極體以及靠近上述第一端且相鄰於上述光電二極體的一儲存節點； 自上述基板的上述第二端在上述基板中形成一第一溝槽，其中上述第一溝槽位於上述儲存節點上方；在上述第一溝槽中形成一第三溝槽，其中上述第三溝槽向上述第一端延伸得深於上述第一溝槽，使得上述第三溝槽部分圍繞上述儲存節點；在上述第三溝槽中形成一第二隔離結構，其中上述第二隔離結構部分圍繞上述儲存節點；在上述第一溝槽中形成一第一隔離結構，其中在一俯視圖中，上述第一隔離結構的一最底部表面的投影完全覆蓋上述儲存節點，且上述第一隔離結構的側壁被上述第二隔離結構所圍繞，並且留下上述第一隔離結構的上述最底部表面自上述第二隔離結構露出；在上述第一隔離結構與上述第二隔離結構中形成一第二溝槽，其中上述第二溝槽在上述第二隔離結構中延伸並部分圍繞上述儲存節點；以及在上述第二溝槽中形成一第一遮光結構，其中上述第一遮光結構在上述第二隔離結構中延伸並部分圍繞上述儲存節點，且上述第一遮光結構在上述第二端的一頂部表面與上述基板頂部表面共平面。
  9. 如請求項8之影像感測器的製造方法，更包括：在基板之上述第二端上方形成一層間介電層；以及在上述層間介電層上方形成一透鏡結構。
  10. 如請求項9之影像感測器的製造方法，更包括：在上述層間介電層上方形成一濾光片，其中上述濾光片位於上述 層間介電層與上述透鏡結構之間。
  11. 如請求項9之影像感測器的製造方法，更包括：在上述層間介電層中形成一光導管，其中上述光導管位於上述基板與上述鏡片結構之間。
  12. 如請求項11之影像感測器的製造方法，更包括：在上述層間介電層中形成一第二遮光結構，其中上述第二遮光結構位於上述第一遮光結構上方並相鄰於上述光導管。
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