[go: up one dir, main page]

TWI700825B - 半導體元件及其製造方法 - Google Patents

半導體元件及其製造方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI700825B
TWI700825B TW105129366A TW105129366A TWI700825B TW I700825 B TWI700825 B TW I700825B TW 105129366 A TW105129366 A TW 105129366A TW 105129366 A TW105129366 A TW 105129366A TW I700825 B TWI700825 B TW I700825B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
layer
substrate
composite
reflective
forming
Prior art date
Application number
TW105129366A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201711178A (zh
Inventor
鄭允瑋
周俊豪
蔡宗翰
李國政
許永隆
Original Assignee
台灣積體電路製造股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 台灣積體電路製造股份有限公司 filed Critical 台灣積體電路製造股份有限公司
Publication of TW201711178A publication Critical patent/TW201711178A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI700825B publication Critical patent/TWI700825B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/805—Coatings
    • H10F39/8053—Colour filters
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/024—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of coatings or optical elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/18—Complementary metal-oxide-semiconductor [CMOS] image sensors; Photodiode array image sensors
    • H10F39/182—Colour image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/807—Pixel isolation structures
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
    • H10F39/014—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12 of CMOS image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/10—Integrated devices
    • H10F39/12—Image sensors
    • H10F39/199—Back-illuminated image sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/80—Constructional details of image sensors
    • H10F39/806—Optical elements or arrangements associated with the image sensors
    • H10F39/8067—Reflectors

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

一種半導體元件包含基材、元件層、抗反射覆蓋層、數個反射結構、複合格柵結構、鈍化層以及數個彩色濾光片。元件層設於基材上，其中數個溝渠形成於元件層與基材中。抗反射覆蓋層共形覆蓋元件層、基材與溝渠。反射結構分別設於溝渠中的抗反射覆蓋層上。複合格柵結構位於抗反射覆蓋層與反射結構上。複合格柵結構包含數個孔穴貫穿複合格柵結構，且複合格柵結構包含依序堆疊在反射結構上的金屬格柵層與介電格柵層。鈍化層共形覆蓋複合格柵結構。彩色濾光片分別填充孔穴。

Description

半導體元件及其製造方法
本發明實施例是有關於一種半導體元件，且特別是有關於一種半導體感測元件。
半導體影像感測器用以感測光。一般而言，半導體影像感測器包含互補式金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器(CIS)與電荷耦合元件(CCD)感測器，且已廣泛地使用在各種應用中，例如數位靜態相機(DSC)、行動電話相機、數位攝錄影機(DV)與數位攝影機(DVR)應用。這些半導體影像感測器利用一影像感測元件陣列，每個影像感測元件包含光電二極體與其它元件，以吸收光並將所吸收到的光轉換成數位資料或電子訊號。
前照式(FSI)互補式金屬氧化物半導體影像感測器與背照式(BSI)互補式金屬氧化物半導體影像感測器為二種互補式金屬氧化物半導體影像感測器。前照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器操作來檢測從其前面投射之光，而背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器操作來檢測從其背面投射之光。背照式互補式金屬氧化物半導體影像 感測器可縮短光學路徑並增加填充係數(fill factor)，以改善每單位面積之光敏度與量子效率，且可降低光串擾(cross talk)與光響應不均勻。因此，可大幅改善互補式金屬氧化物半導體影像感測器之影像品質。此外，背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器具有高主光線角(chief ray angle)，可允許較短之透鏡高度，而可達成較薄之相機模組。因此，背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器技術逐漸成為主流技術。
然而，傳統背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器及製造背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器之方法無法完全滿足各方面需求。
依照一實施方式，本揭露揭示一種半導體元件。此半導體元件包含基材、元件層、抗反射覆蓋層、數個反射結構、複合格柵結構、鈍化層以及數個彩色濾光片。元件層設於基材上，其中數個溝渠形成在元件層與基材中。抗反射覆蓋層共形覆蓋元件層、基材與溝渠。反射結構分別設於溝渠中的抗反射覆蓋層上。複合格柵結構位於抗反射覆蓋層與反射結構之上。複合格柵結構包含數個孔穴貫穿複合格柵結構，且複合格柵結構包含金屬格柵層與介電格柵層依序堆疊在反射結構上。鈍化層共形覆蓋複合格柵結構。彩色濾光片分別填充孔穴。
依照另一實施方式，本揭露揭示一種半導體元件之製造方法。在此方法中，提供基材。形成元件層於基材上。形成從元件層延伸至基材之數個溝渠。形成抗反射覆蓋層共形覆蓋元件層、基材與溝渠。形成數個反射結構分別位於溝渠中的抗反射覆蓋層上。形成複合結構於抗反射覆蓋層與反射結構上。進行形成複合結構之操作以依序形成金屬層與介電層堆疊在抗反射覆蓋層與反射結構上。形成數個孔穴於複合結構中，並貫穿複合結構，藉以形成複合格柵結構。形成數個彩色濾光片分別填充孔穴。
依照又一實施方式，本揭露揭示一種半導體元件之製造方法。在此方法中，提供基材。形成元件層於基材上。形成從元件層延伸至基材之數個溝渠。形成抗反射覆蓋層共形覆蓋元件層、基材與溝渠。形成複合結構於抗反射覆蓋層上。形成複合結構之操作包含形成金屬層填充溝渠且位於抗反射覆蓋層上、以及形成介電層堆疊在金屬層上。形成數個孔穴於複合結構中，並貫穿複合結構，藉以形成複合格柵結構。進行形成複合格柵結構之操作以形成複合格柵結構覆蓋溝渠。形成鈍化層共形覆蓋複合格柵結構。形成數個彩色濾光片分別填充孔穴。
100‧‧‧半導體元件
101‧‧‧入射光
102‧‧‧基材
103‧‧‧正面
104‧‧‧元件層
104a‧‧‧光電元件
104b‧‧‧光電元件
104c‧‧‧光電元件
105‧‧‧背面
106‧‧‧抗反射覆蓋層
108‧‧‧反射結構
110‧‧‧複合格柵結構
112‧‧‧鈍化層
114a‧‧‧彩色濾光片
114b‧‧‧彩色濾光片
114c‧‧‧彩色濾光片
116‧‧‧溝渠
118‧‧‧金屬格柵層
120‧‧‧介電格柵層
122a‧‧‧上表面
122b‧‧‧上表面
122c‧‧‧上表面
124‧‧‧頂部
126a‧‧‧微透鏡
126b‧‧‧微透鏡
126c‧‧‧微透鏡
128‧‧‧緩衝層
130‧‧‧孔穴
132‧‧‧厚度
200‧‧‧半導體元件
201‧‧‧入射光
202‧‧‧基材
203‧‧‧正面
204‧‧‧元件層
205‧‧‧背面
206‧‧‧抗反射覆蓋層
208‧‧‧反射結構
210‧‧‧複合格柵結構
212‧‧‧鈍化層
214a‧‧‧彩色濾光片
214b‧‧‧彩色濾光片
214c‧‧‧彩色濾光片
216‧‧‧溝渠
218‧‧‧金屬格柵層
220‧‧‧介電格柵層
222a‧‧‧上表面
222b‧‧‧上表面
222c‧‧‧上表面
224‧‧‧頂部
226a‧‧‧微透鏡
226b‧‧‧微透鏡
226c‧‧‧微透鏡
228‧‧‧孔穴
230‧‧‧厚度
300‧‧‧基材
302‧‧‧元件層
302a‧‧‧光電元件
302b‧‧‧光電元件
302c‧‧‧光電元件
304‧‧‧溝渠
306‧‧‧抗反射覆蓋層
308‧‧‧反射結構
310‧‧‧緩衝層
312‧‧‧金屬層
312a‧‧‧厚度
314‧‧‧介電層
316‧‧‧複合結構
318‧‧‧孔穴
320‧‧‧金屬格柵層
322‧‧‧介電格柵層
324‧‧‧複合格柵結構
326‧‧‧鈍化層
328a‧‧‧彩色濾光片
328b‧‧‧彩色濾光片
328c‧‧‧彩色濾光片
330a‧‧‧上表面
330b‧‧‧上表面
330c‧‧‧上表面
332‧‧‧頂部
334a‧‧‧微透鏡
334b‧‧‧微透鏡
334c‧‧‧微透鏡
336‧‧‧半導體元件
400‧‧‧操作
402‧‧‧操作
404‧‧‧操作
406‧‧‧操作
408‧‧‧操作
410‧‧‧操作
412‧‧‧操作
414‧‧‧操作
416‧‧‧操作
500‧‧‧基材
502‧‧‧元件層
502a‧‧‧光電元件
502b‧‧‧光電元件
502c‧‧‧光電元件
504‧‧‧溝渠
506‧‧‧抗反射覆蓋層
508‧‧‧金屬層
510‧‧‧反射結構
512‧‧‧介電層
514‧‧‧複合結構
516‧‧‧孔穴
518‧‧‧金屬格柵層
520‧‧‧介電格柵層
522‧‧‧複合格柵結構
524‧‧‧鈍化層
526a‧‧‧彩色濾光片
526b‧‧‧彩色濾光片
526c‧‧‧彩色濾光片
528a‧‧‧上表面
528b‧‧‧上表面
528c‧‧‧上表面
530‧‧‧頂部
532a‧‧‧微透鏡
532b‧‧‧微透鏡
532c‧‧‧微透鏡
534‧‧‧半導體元件
600‧‧‧操作
602‧‧‧操作
604‧‧‧操作
606‧‧‧操作
608‧‧‧操作
610‧‧‧操作
612‧‧‧操作
614‧‧‧操作
從以下結合所附圖式所做的詳細描述，可對本揭露之態樣有更佳的了解。需注意的是，根據業界的標準實 務，各特徵並未依比例繪示。事實上，為了使討論更為清楚，各特徵的尺寸都可任意地增加或減少。
〔圖1〕係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件的剖面示意圖。
〔圖2〕係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件的剖面示意圖。
〔圖3A〕至〔圖3J〕係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。
〔圖4〕係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。
〔圖5A〕至〔圖5H〕係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。
〔圖6〕係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。
以下的揭露提供了許多不同實施方式或實施例，以實施所提供之標的之不同特徵。以下所描述之構件與安排的特定實施例係用以簡化本揭露。當然這些僅為實施例，並非用以作為限制。舉例而言，於描述中，第一特徵形成於第二特徵之上方或之上，可能包含第一特徵與第二特徵以直接接觸的方式形成的實施方式，亦可能包含額外特徵可能形成在第一特徵與第二特徵之間的實施方式，如此第一特徵與第二特徵可能不會直接接觸。
在此所使用之用語僅用以描述特定實施方式，而非用以限制所附之申請專利範圍。舉例而言，除非特別限制，否則單數型態之用語「一」或「該」亦可代表複數型態。例如「第一」與「第二」用語用以描述各種元件、區域或層等等，儘管這類用語僅用以區別一元件、一區域或一層與另一元件、另一區域或另一層。因此，在不脫離所請求保護之標的之精神下，第一區亦可稱為第二區，其它的以此類推。此外，本揭露可能會在各實施例中重複參考數字及/或文字。這樣的重複係基於簡化與清楚之目的，以其本身而言並非用以指定所討論之各實施方式及/或配置之間的關係。如在此所使用的，用詞「及/或(and/or)」包含一或多個相關列示項目的任意或所有組合。
在一般背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器中，金屬格柵設於元件層上，且需鈍化層來覆蓋金屬格柵，以隔開金屬格柵與彩色濾光片，藉以防止彩色濾光片損害金屬格柵。接著，彩色濾光片設於並列地設於鈍化層之平坦上表面上。然而，任二相鄰之彩色濾光片彼此重疊，因而造成串擾。此外，鈍化層的存在增加了背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器的厚度、以及背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器之光路徑，且鈍化層並不具有限光能力，而形成光串擾路徑，因而進一步惡化背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器的光串擾。導入埋藏式彩色濾光片陣列(buried color filter array，BCFA)結構來縮短背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器的光路徑。然而，彩 色濾光片覆蓋鈍化層與金屬格柵，且彩色濾光片之突出部分並列地排列，因而造成串擾。
本揭露之實施方式係針對一種半導體元件及製造此半導體元件之方法，其中數個反射結構從元件層延伸至元件層下方的基材；介電格柵層直接設於金屬格柵層上，以在反射結構上形成複合格柵結構；鈍化層共形覆蓋複合格柵結構；以及彩色濾光片填充複合格柵結構之孔穴，因此彩色濾光片較傳統背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器的彩色濾光片接近元件層，藉此可縮短彩色濾光片至元件層的光路徑，並可提升半導體元件的量子效率。其次，由於並無額外層設於金屬格柵層與介電格柵層之間，且反射結構貫穿元件層，因此複合格柵結構與反射結構可有效阻隔光擴散至鄰近光電元件，進而可提升半導體元件的成像性能。
再者，由於可利用單一道蝕刻製程來製作介電格柵層與金屬格柵層，因此可擴大製程窗。而且，由於彩色濾光片之上表面與鈍化層之頂部等高，因此彩色濾光片並不會互相疊合，而可更進一步降低半導體元件之串擾效應、以及提升半導體元件之效能。由於彩色濾光片完全填充複合格柵結構之孔穴，因此介電格柵層可針對不同彩色濾光片材料而調整。
圖1係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件的剖面示意圖。在一些實施方式中，半導體元件100為互補式金屬氧化物半導體影像感測元件，其可操作來感測入射光101。半導體元件100具有正面103與背面105。 在一些實施例中，半導體元件100為背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器，其可操作來感測從其背面105投射之入射光101。
如圖1所示，半導體元件100包含基材102、元件層104、抗反射覆蓋層106、數個反射結構108、複合格柵結構110、鈍化層112、以及數個彩色濾光片，例如彩色濾光片114a、114b與114c。基材102為半導體基材，且可由單晶半導體材料或化合物半導體材料所組成。舉例而言，可使用矽、鍺或玻璃來作為基材102之材料。
元件層104設於基材102上方。在一些實施例中，元件層104之材料包含矽。舉例而言，元件層104之材料可包含磊晶矽。請再次參照圖1，數個溝渠116形成於元件層104與基材102中。每個溝渠116從元件層104之頂部延伸至基材102。在一些實施例中，每個溝渠116為深溝渠。溝渠116將元件層104分成數個光電元件104a、104b與104c，其中溝渠116將這些光電元件104a、104b與104c彼此分隔開。在一些實施例中，光電元件104a、104b與104c為光電二極體。
如圖1所示，抗反射覆蓋層106共形覆蓋元件層104、基材102與溝渠116。抗反射覆蓋層106配置以防止光擴散至相鄰之光電元件104a、104b與104c。舉例而言，抗反射覆蓋層106可由氧化矽所組成。
反射結構108設於抗反射覆蓋層106上並分別填充溝渠116。反射結構108可由金屬或介電材料所組成。 在一些示範實施例中，反射結構108由介電材料所組成，且每個反射結構108為深溝渠隔離(DTI)結構。舉例而言，每個反射結構108可具有從約0.1微米至約2.5微米的高度。
在一些實施例中，如圖1所示，半導體元件100可選擇性地包含緩衝層128。緩衝層128設於抗反射覆蓋層106與反射結構108上，且位於抗反射覆蓋層106與複合格柵結構110之間。緩衝層128適合用以增加複合格柵結構110與抗反射覆蓋層106之間的附著力。舉例而言，緩衝層128可由介電層，例如二氧化矽所組成。
複合格柵結構110設於緩衝層128上，且位於抗反射覆蓋層106與反射結構108的上方。如圖1所示，複合格柵結構110對應覆蓋反射結構108。複合格柵結構110包含數個孔穴130，這些孔穴130形成在複合格柵結構110中且貫穿複合格柵結構110，因此孔穴130可暴露出緩衝層128的多個部分。在一些實施例中，每個孔穴130具有梯形剖面。在特定實施例中，每個孔穴130具有矩形剖面。孔穴130可周期性地排列。根據半導體元件100的需求，可修改孔穴130之間的間距、以及每個孔穴130之深度、長度與寬度。
在一些實施例中，複合格柵結構110包含金屬格柵層118與介電格柵層120。金屬格柵層118設於緩衝層128上，且介電格柵層120堆疊在金屬格柵層118上。金屬格柵層118與介電格柵層120依序堆疊在反射結構108上。如圖1所示，緩衝層128隔開金屬格柵層118與反射結構108。孔穴130依序穿過介電格柵層120與金屬格柵層118。 在一些實施例中，金屬格柵層118由金屬或金屬合金，例如鎢或鋁銅合金所組成。金屬格柵層118與反射結構108可由相同材料所組成，或者可由不同材料所組成。舉例而言，金屬格柵層118可具有從約500Å至約5000Å的厚度132。在一些實施例中，介電格柵層120由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。
請再次參照圖1，鈍化層112共形覆蓋複合格柵結構110，因此鈍化層112覆蓋緩衝層128被孔穴130所暴露出的部分。鈍化層112適合用來保護複合格柵結構110，使其免於受到彩色濾光片114a、114b與114c的侵蝕。在一些實施例中，鈍化層112由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。
彩色濾光片114a、114b與114c設於鈍化層112上，且分別填充複合格柵結構110之孔穴130。彩色濾光片114a、114b與114c可依序排列。在一些示範實施例中，彩色濾光片114a、114b與114c包含紅色彩色濾光片、藍色彩色濾光片與綠色彩色濾光片。在一些實施例中，如圖1所示，彩色濾光片114a、114b與114c之上表面122a、122b與122c與鈍化層112之頂部124等高。
在一些實施例中，如圖1所示，半導體元件100可選擇性地包含數個微透鏡126a、126b與126c。微透鏡126a、126b與126c分別覆蓋彩色濾光片114a、114b與114c之上表面122a、122b與122c。
由於介電格柵層120係直接設於金屬格柵層118上而形成複合格柵結構110，且彩色濾光片114a、114b 與114c填充複合格柵結構110之孔穴130，因此彩色濾光片114a、114b與114c較傳統半導體元件的彩色濾光片接近元件層104，因而從彩色濾光片114a、114b與114c到孔穴130下方之元件層104具有較短之光路徑，因此可提升半導體元件100之量子效率。其次，由於並無額外層設於金屬格柵層118與介電格柵層120之間，且反射結構108貫穿元件層104，因此複合格柵結構110與反射結構108可有效阻隔光擴散至鄰近光電元件104a、104b與104c，進而可提升半導體元件100的成像性能。再者，由於彩色濾光片114a、114b與114c之上表面122a、122b與122c與鈍化層112之頂部124等高，因此複合格柵結構110與鈍化層112可有效隔離彩色濾光片114a、114b與114c，且彩色濾光片114a、114b與114c不會彼此疊合，故可進一步降低半導體元件100的串擾效應、以及提升半導體元件100之效能。
圖2係繪示依照本發明之各實施方式的一種半導體元件的剖面示意圖。在一些實施方式中，半導體元件200為互補式金屬氧化物半導體影像感測元件，其可操作來感測入射光201。半導體元件200具有正面203與背面205。在一些實施例中，半導體元件200為背照式互補式金屬氧化物半導體影像感測器，其可操作來感測從其背面205投射之入射光201。
如圖2所示，半導體元件200包含基材202、元件層204、抗反射覆蓋層206、數個反射結構208、複合格柵結構210、鈍化層212、以及數個彩色濾光片，例如彩色 濾光片214a、214b與214c。基材202為半導體基材，且可由單晶半導體材料或化合物半導體材料所組成。舉例而言，可使用矽、鍺或玻璃來作為基材202之材料。
元件層204設於基材202上方。在一些實施例中，元件層204之材料包含矽，例如磊晶矽。請再次參照圖2，數個溝渠216形成於元件層204與基材202中。每個溝渠216從元件層204之頂部延伸至基材202。在一些實施例中，每個溝渠216為深溝渠。溝渠216將元件層204分成數個光電元件204a、204b與204c，其中溝渠216將這些光電元件204a、204b與204c彼此分隔開。在一些實施例中，光電元件204a、204b與204c為光電二極體。
如圖2所示，抗反射覆蓋層206共形覆蓋元件層204、基材202與溝渠216。抗反射覆蓋層206配置以防止光擴散至相鄰之光電元件204a、204b與204c。舉例而言，抗反射覆蓋層206可由氧化矽所組成。
反射結構208設於抗反射覆蓋層206上並分別填充溝渠216。反射結構208可由金屬或介電材料所組成。在一些示範實施例中，反射結構208由介電材料所組成，且每個反射結構208為深溝渠隔離結構。舉例而言，每個反射結構208可具有從約0.1微米至約2.5微米的高度。
複合格柵結構210設於抗反射覆蓋層206與反射結構208上。如圖2所示，複合格柵結構210對應覆蓋反射結構208。複合格柵結構210包含數個孔穴228，這些孔穴228形成在複合格柵結構210中且貫穿複合格柵結構210， 因此孔穴228可暴露出抗反射覆蓋層206的多個部分。在一些實施例中，每個孔穴228具有梯形剖面。在特定實施例中，每個孔穴228具有矩形剖面。孔穴228可周期性地排列。根據半導體元件200的需求，可修改孔穴228之間的間距、以及每個孔穴228之深度、長度與寬度。
在一些實施例中，複合格柵結構210包含金屬格柵層218與介電格柵層220。金屬格柵層218設於抗反射覆蓋層206與反射結構208上。在一些示範實施例中，金屬格柵層218與反射結構208同時形成且一體成型，因此金屬格柵層218直接接觸反射結構208。金屬格柵層218與反射結構208由相同材料所組成。介電格柵層220堆疊在金屬格柵層218上。孔穴228依序穿過介電格柵層220與金屬格柵層218。在一些實施例中，金屬格柵層218與反射結構208由金屬或金屬合金，例如鎢或鋁銅合金所組成。舉例而言，金屬格柵層218可具有從約500Å至約5000Å的厚度230。在一些實施例中，介電格柵層220由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。
請再次參照圖2，鈍化層212共形覆蓋複合格柵結構210，因此鈍化層212覆蓋抗反射覆蓋層206被孔穴228所暴露出的部分。鈍化層212適合用來保護複合格柵結構210，使其免於受到彩色濾光片214a、214b與214c的侵蝕。在一些實施例中，鈍化層212由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。
彩色濾光片214a、214b與214c設於鈍化層212上，且分別填充複合格柵結構210之孔穴228。彩色濾光片214a、214b與214c可依序排列。在一些示範實施例中，彩色濾光片214a、214b與214c包含紅色彩色濾光片、藍色彩色濾光片與綠色彩色濾光片。在一些實施例中，如圖2所示，彩色濾光片214a、214b與214c之上表面222a、222b與222c與鈍化層212之頂部224等高。
在一些實施例中，如圖2所示，半導體元件200可選擇性地包含數個微透鏡226a、226b與226c。微透鏡226a、226b與226c分別覆蓋彩色濾光片214a、214b與214c之上表面222a、222b與222c。
由於介電格柵層220係直接設於金屬格柵層218上而形成複合格柵結構210，且彩色濾光片214a、214b與214c填充複合格柵結構210之孔穴228，因此彩色濾光片214a、214b與214c較傳統半導體元件的彩色濾光片接近元件層204，因而從彩色濾光片214a、214b與214c到孔穴228下方之元件層204具有較短之光路徑，因此可提升半導體元件200之量子效率。此外，由於介電格柵層220係直接設於金屬格柵層218上，且反射結構208貫穿元件層204，因此複合格柵結構210與反射結構208可有效阻隔光擴散至鄰近光電元件204a、204b與204c，進而可提升半導體元件200的成像性能。再者，由於彩色濾光片214a、214b與214c之上表面222a、222b與222c與鈍化層212之頂部224等高，因此複合格柵結構210與鈍化層212可有效隔離彩色濾光片 214a、214b與214c，且彩色濾光片214a、214b與214c不會彼此疊合，故可進一步降低半導體元件200的串擾效應、以及提升半導體元件200之效能。
圖3A至圖3J係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。如圖3A所示，提供基材300。基材300為半導體基材，且可由單晶半導體材料或化合物半導體材料所組成。舉例而言，可使用矽、鍺或玻璃來作為基材300之材料。
請再次參照圖3A，利用例如沉積技術、磊晶技術或接合技術，形成元件層302於基材300上。在一些實施例中，形成元件層302之操作包含以矽形成元件層302。舉例而言，元件層302可由磊晶矽所形成。
如圖3B所示，形成數個溝渠304於元件層302與基材300中。在一些實施例中，進行形成溝渠304之操作以形成數個深溝渠。形成溝渠304之操作包含移除部分之元件層302以及部分之基材300，其中基材300之此部分位於元件層302之此部分下方，因此每個溝渠304從元件層302之頂部延伸至基材300。在一些示範實施例中，利用微影製程與蝕刻製程進行形成溝渠304的操作。舉例而言，蝕刻製程可為乾蝕刻製程或濕蝕刻製程。於形成溝渠304之操作後，可將元件層302分成數個光電元件302a、302b與302c，其中溝渠304將這些光電元件302a、302b與302c彼此分隔開。在一些實施例中，光電元件302a、302b與302c為光電二極體。
如圖3C所示，形成抗反射覆蓋層306共形覆蓋元件層302、基材300與溝渠304。抗反射覆蓋層306形成以覆蓋光電元件302a、302b與302c。可利用沉積技術，例如化學氣相沉積(CVD)技術，進行形成抗反射覆蓋層306之操作。抗反射覆蓋層306可由氧化矽所組成。
如圖3D所示，利用沉積技術，例如化學氣相沉積技術、物理氣相沉積(PVD)技術、或電漿輔助化學氣相沉積(PECVD)技術，形成數個反射結構308於溝渠304中的抗反射覆蓋層306上。形成反射結構308的操作包含形成反射結構308分別填充溝渠304。反射結構308可由金屬或介電材料所組成。在一些示範實施例中，反射結構308由介電材料所組成，且每個反射結構308形成為深溝渠隔離結構。舉例而言，每個反射結構308可形成以具有從約0.1微米至約2.5微米的高度。
在一些實施例中，如圖3E所示，可選擇性地形成緩衝層310於抗反射覆蓋層306與反射結構308上、並覆蓋抗反射覆蓋層306與反射結構308。可利用沉積技術，例如化學氣相沉積技術，進行形成緩衝層310的操作。舉例而言，緩衝層310可由介電層，例如二氧化矽所組成。
請同時參照圖3F與圖3G，形成複合結構316於抗反射覆蓋層306與反射結構308上方之緩衝層310上。在一些實施例中，形成複合結構316的操作包含形成金屬層312覆蓋抗反射覆蓋層306與反射結構308上方之緩衝層310，如圖3F所示。金屬層312由金屬或金屬合金，例如鎢 或鋁銅合金所組成。金屬層312與反射結構308可由相同材料所組成，或者可由不同材料所組成。此外，可利用不同沉積製程來進行形成反射結構308之操作與形成金屬層312之操作。可利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術來製作金屬層312。在一些示範實施例中，金屬層312形成以具有從約500Å至約5000Å的厚度312a。形成複合結構316的操作更包含形成介電層314堆疊在金屬層312上，如圖3G所示。介電層314可例如由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。可利用例如化學氣相沉積技術來製作介電層314。
請同時參照圖3G與圖3H，形成數個孔穴318於複合結構316中，藉以完成複合格柵結構324。舉例而言，可利用微影技術與蝕刻技術來進行形成孔穴318的操作。形成孔穴318的操作包含移除複合結構316之介電層314的一部分與金屬層312的一部分，以分別形成介電格柵層322與金屬格柵層320，並暴露出部分之緩衝層310。孔穴318貫穿複合結構316，且對應暴露出光電元件302a、302b與302c上方之緩衝層310的部分。介電格柵層322形成以堆疊在金屬格柵層320上，以形成複合格柵結構324，其中複合格柵結構324形成以覆蓋溝渠304與反射結構308。在一些實施例中，如圖3H所示，每個孔穴318形成以具有梯形剖面。在特定實施例中，每個孔穴318形成以具有矩形剖面。孔穴318可周期性地排列。
在一些示範實施例中，利用單一道蝕刻製程進行移除介電層314之一部分與金屬層312之一部分的操作， 因此可擴大製程窗。在特定實施例中，利用不同蝕刻製程來進行移除介電層314之一部分與金屬層312之一部分的操作，且在蝕刻金屬層312之此部分的操作中可利用介電格柵層322作為蝕刻罩幕。
如圖3I所示，形成鈍化層326共形覆蓋複合格柵結構324，因此鈍化層326覆蓋緩衝層310被孔穴318所暴露的部分。可利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術來進行形成鈍化層326的操作。在一些實施例中，鈍化層326由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。
如圖3J所示，形成數個彩色濾光片328a、328b與328c於鈍化層326上，且分別填充孔穴318。彩色濾光片328a、328b與328c可依序排列。在一些示範實施例中，彩色濾光片328a、328b與328c形成以包含紅色彩色濾光片、藍色彩色濾光片與綠色彩色濾光片。在一些實施例中，進行形成彩色濾光片328a、328b與328c的操作，以形成分別具有上表面330a、330b與330c的彩色濾光片328a、328b與328c，其中上表面330a、330b與330c與鈍化層326之頂部332等高。由於彩色濾光片328a、328b與328c形成於孔穴318中，因此介電格柵層322的厚度可針對彩色濾光片328a、328b與328c的高度需求而調整。
請再次參照圖3J，可選擇性地形成微透鏡334a、334b與334c分別覆蓋彩色濾光片328a、328b與328c之上表面330a、330b及330c，藉以完成半導體元件336。
請參照圖4與圖3A至圖3J，圖4係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。此方法始於操作400，以提供基材300。在操作402中，形成元件層302於基材300上，如圖3A所示。可利用例如沉積技術、磊晶技術或接合技術，進行形成元件層302的操作。
在操作404中，如圖3B所示，利用微影製程與蝕刻製程，形成數個溝渠304於元件層302與基材300中。舉例而言，蝕刻製程可為乾蝕刻製程或濕蝕刻製程。在一些實施例中，進行形成溝渠304之操作以形成數個深溝渠。形成溝渠304之操作包含移除部分之元件層302以及部分之基材300，其中基材300之此部分位於元件層302之此部分下方，因此每個溝渠304從元件層302延伸至基材300。於形成溝渠304之操作後，可將元件層302分成數個光電元件302a、302b與302c，其中溝渠304將這些光電元件302a、302b與302c彼此分隔開。
在操作406中，如圖3C所示，利用沉積技術，例如化學氣相沉積技術，形成抗反射覆蓋層306共形覆蓋元件層302、基材300與溝渠304。抗反射覆蓋層306形成以覆蓋光電元件302a、302b與302c。
在操作408中，如圖3D所示，利用沉積技術，例如化學氣相沉積技術、物理氣相沉積技術、或電漿輔助化學氣相沉積技術，形成數個反射結構308於溝渠304中的抗反射覆蓋層306上。形成反射結構308的操作包含形成反射結構308分別填充溝渠304。在一些示範實施例中，每個反 射結構308形成為深溝渠隔離結構。舉例而言，每個反射結構308可形成以具有從約0.1微米至約2.5微米的高度。如圖3E所示，可利用沉積技術，例如化學氣相沉積技術，選擇性地形成緩衝層310於抗反射覆蓋層306與反射結構308上、並覆蓋抗反射覆蓋層306與反射結構308。
在操作410中，請同時參照圖3F與圖3G，形成複合結構316於抗反射覆蓋層306與反射結構308上方之緩衝層310上。在一些實施例中，形成複合結構316的操作包含形成金屬層312覆蓋抗反射覆蓋層306與反射結構308上方之緩衝層310，如圖3F所示。可利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術來製作金屬層312。在一些示範實施例中，金屬層312形成以具有從約500Å至約5000Å的厚度312a。如圖3G所示，形成複合結構316的操作更包含利用例如化學氣相沉積技術來形成介電層314堆疊在金屬層312上。
在操作412中，請同時參照圖3G與圖3H，利用微影技術與蝕刻技術，形成數個孔穴318於複合結構316中，藉以完成複合格柵結構324。形成孔穴318的操作包含移除複合結構316之介電層314的一部分與金屬層312的一部分，以分別形成介電格柵層322與金屬格柵層320，並暴露出部分之緩衝層310。孔穴318對應暴露出光電元件302a、302b與302c上方之緩衝層310的部分。介電格柵層322形成以堆疊在金屬格柵層320上，以形成複合格柵結構 324，其中複合格柵結構324形成以覆蓋溝渠304與反射結構308。
在一些示範實施例中，利用單一道蝕刻製程進行移除介電層314之一部分與金屬層312之一部分的操作。在特定實施例中，利用不同蝕刻製程來進行移除介電層314之一部分與金屬層312之一部分的操作，且在蝕刻金屬層312之此部分的操作中可利用介電格柵層322作為蝕刻罩幕。
在操作414中，如圖3I所示，形成鈍化層326共形覆蓋複合格柵結構324，因此鈍化層326形成以覆蓋緩衝層310被孔穴318所暴露的部分。可利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術來進行形成鈍化層326的操作。
在操作416中，如圖3J所示，形成數個彩色濾光片328a、328b與328c於鈍化層326上，且分別填充孔穴318。在一些示範實施例中，彩色濾光片328a、328b與328c形成以包含紅色彩色濾光片、藍色彩色濾光片與綠色彩色濾光片。在一些實施例中，進行形成彩色濾光片328a、328b與328c的操作，以形成分別具有上表面330a、330b與330c的彩色濾光片328a、328b與328c，其中上表面330a、330b與330c與鈍化層326之頂部332等高。請再次參照圖3J，可選擇性地形成微透鏡334a、334b與334c分別覆蓋彩色濾光片328a、328b與328c之上表面330a、330b及330c，藉以完成半導體元件336。
圖5A至圖5H係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法之各個中間階段的剖面示意圖。如圖5A所示，提供基材500。基材500為半導體基材，且可由單晶半導體材料或化合物半導體材料所組成。舉例而言，可使用矽、鍺或玻璃來作為基材500之材料。
請再次參照圖5A，利用例如沉積技術、磊晶技術或接合技術，形成元件層502於基材500上。在一些實施例中，形成元件層502之操作包含以矽形成元件層502。舉例而言，元件層502可由磊晶矽所形成。
如圖5B所示，形成數個溝渠504於元件層502與基材500中。在一些實施例中，進行形成溝渠504之操作以形成數個深溝渠。形成溝渠504之操作包含移除部分之元件層502以及部分之基材500，其中基材500之此部分位於元件層502之此部分下方，因此每個溝渠504從元件層502之頂部延伸至基材500。在一些示範實施例中，利用微影製程與蝕刻製程進行形成溝渠504的操作。舉例而言，蝕刻製程可為乾蝕刻製程或濕蝕刻製程。於形成溝渠504之操作後，可將元件層502分成數個光電元件502a、502b與502c，其中溝渠504將這些光電元件502a、502b與502c彼此分隔開。在一些實施例中，光電元件502a、502b與502c為光電二極體。
如圖5C所示，形成抗反射覆蓋層506共形覆蓋元件層502、基材500與溝渠504。抗反射覆蓋層506形成以覆蓋光電元件502a、502b與502c。可利用沉積技術，例如 化學氣相沉積技術，進行形成抗反射覆蓋層506之操作。抗反射覆蓋層506可由氧化矽所組成。
請同時參照圖5D與圖5E，形成複合結構514於抗反射覆蓋層506上。在一些實施例中，形成複合結構514的操作包含形成金屬層508覆蓋抗反射覆蓋層506，如圖5D所示。部分之金屬層508填充溝渠504，以形成數個反射結構510分別位於溝渠504中。金屬層508由金屬或金屬合金，例如鎢或鋁銅合金所組成。可利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術來製作金屬層508。如圖5E所示，形成複合結構514的操作更包含形成介電層512堆疊在金屬層508上。介電層512可例如由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。可利用例如化學氣相沉積技術來製作介電層512。
請同時參照圖5E與圖5F，形成數個孔穴516於複合結構514中，藉以完成複合格柵結構522。舉例而言，可利用微影製程與蝕刻製程來進行形成孔穴516的操作。形成孔穴516的操作包含移除複合結構514之介電層512的一部分與金屬層508的一部分，以分別形成介電格柵層520與金屬格柵層518，並暴露出部分之抗反射覆蓋層506。舉例而言，金屬格柵層518形成以具有從約500Å至約5000Å的厚度518a。孔穴516貫穿複合結構514，且對應暴露出光電元件502a、502b與502c上方之抗反射覆蓋層506的部分。介電格柵層520形成以堆疊在金屬格柵層518上，以形成複合格柵結構522，其中複合格柵結構522形成以覆蓋溝渠504與反射結構510。在一些實施例中，如圖5F所示，每個 孔穴516形成以具有梯形剖面。在特定實施例中，每個孔穴516形成以具有矩形剖面。孔穴516可周期性地排列。
在一些實施例中，反射結構510為金屬層508填充在溝渠504中的部分，而金屬格柵層518為金屬層508位於反射結構510與部分之抗反射覆蓋層506上的其餘部分。因此，反射結構510與金屬格柵層518由相同材料所組成，且利用相同沉積製程來進行形成反射結構510之操作以及形成金屬格柵層518之操作，因此可簡化形成反射結構510與金屬格柵層518的製程。
在一些示範實施例中，利用單一道蝕刻製程來進行移除介電層512之一部分與金屬層508之一部分的操作，因此可擴大製程窗。在特定實施例中，請再次參照圖5E與圖5F，利用不同蝕刻製程來進行移除介電層512之一部分與金屬層508之一部分的操作，且在蝕刻金屬層508之此部分的操作中可利用介電格柵層520作為蝕刻罩幕。
如圖5G所示，形成鈍化層524共形覆蓋複合格柵結構522，因此鈍化層524覆蓋抗反射覆蓋層506被孔穴516所暴露的部分。可利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術來進行形成鈍化層524的操作。在一些實施例中，鈍化層524由氧化矽、氮化矽或氮氧化矽所組成。
如圖5H所示，形成數個彩色濾光片526a、526b與526c於鈍化層524上，且分別填充孔穴516。彩色濾光片526a、526b與526c可依序排列。在一些示範實施例中，彩色濾光片526a、526b與526c形成以包含紅色彩色濾光片、 藍色彩色濾光片與綠色彩色濾光片。在一些實施例中，進行形成彩色濾光片526a、526b與526c的操作，以形成分別具有上表面528a、528b與528c的彩色濾光片526a、526b與526c，其中上表面528a、528b與528c與鈍化層524之頂部530等高。由於彩色濾光片526a、526b與526c形成於孔穴516中，因此介電格柵層520的厚度可針對彩色濾光片526a、526b與526c的高度需求而調整。
請再次參照圖5H，可選擇性地形成微透鏡532a、532b與532c分別覆蓋彩色濾光片526a、526b與526c之上表面528a、528b與528c，藉以完成半導體元件534。
請參照圖6與圖5A至圖5H，圖6係繪示依照各實施方式之一種半導體元件之製造方法的流程圖。此方法始於操作600，以提供基材500。在操作602中，形成元件層502於基材500上，如圖5A所示。可利用例如沉積技術、磊晶技術或接合技術，進行形成元件層502的操作。
在操作604中，如圖5B所示，利用微影製程與蝕刻製程，形成數個溝渠504於元件層502與基材500中。舉例而言，蝕刻製程可為乾蝕刻製程或濕蝕刻製程。在一些實施例中，進行形成溝渠504之操作以形成數個深溝渠。形成溝渠504之操作包含移除部分之元件層502以及部分之基材500，其中基材500之此部分位於元件層502之此部分下方，因此每個溝渠504從元件層502延伸至基材500。於形成溝渠504之操作後，可將元件層502分成數個光電元件 502a、502b與502c，其中溝渠504將這些光電元件502a、502b與502c彼此分隔開。
在操作606中，如圖5C所示，利用沉積技術，例如化學氣相沉積技術，形成抗反射覆蓋層506共形覆蓋元件層502、基材500與溝渠504。
在操作608中，請同時參照圖5D與圖5E，形成複合結構514於抗反射覆蓋層506上。在一些實施例中，如圖5D所示，形成複合結構514的操作包含利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術，來形成金屬層508覆蓋抗反射覆蓋層506。部分之金屬層508填充溝渠504，以形成數個反射結構510分別位於溝渠504中。如圖5E所示，形成複合結構514的操作更包含利用例如化學氣相沉積技術，來形成介電層512堆疊在金屬層508上。
在步驟610中，請同時參照圖5E與圖5F，利用微影製程與蝕刻製程形成數個孔穴516於複合結構514中，藉以完成複合格柵結構522。形成孔穴516的操作包含移除複合結構514之介電層512的一部分與金屬層508的一部分，以分別形成介電格柵層520與金屬格柵層518，並暴露出部分之抗反射覆蓋層506。舉例而言，金屬格柵層518形成以具有從約500Å至約5000Å的厚度518a。孔穴516貫穿複合結構514，且對應暴露出光電元件502a、502b與502c上方之抗反射覆蓋層506的部分。介電格柵層520形成以堆疊在金屬格柵層518上，以形成複合格柵結構522，其中複合格柵結構522形成以覆蓋溝渠504與反射結構510。
在一些實施例中，反射結構510為金屬層508填充在溝渠504中的部分，而金屬格柵層518為金屬層508位於反射結構510與部分之抗反射覆蓋層506上的其餘部分。因此，反射結構510與金屬格柵層518由相同材料所組成，且利用相同沉積製程來進行形成反射結構510之操作以及形成金屬格柵層518之操作。
在一些示範實施例中，利用單一道蝕刻製程來進行移除介電層512之一部分與金屬層508之一部分的操作。在特定實施例中，請再次參照圖5E與圖5F，利用不同蝕刻製程來進行移除介電層512之一部分與金屬層508之一部分的操作，且在蝕刻金屬層508之此部分的操作中可利用介電格柵層520作為蝕刻罩幕。
在操作612中，如圖5G所示，形成鈍化層524共形覆蓋複合格柵結構522，因此鈍化層524覆蓋抗反射覆蓋層506被孔穴516所暴露的部分。可利用例如化學氣相沉積技術或物理氣相沉積技術來進行形成鈍化層524的操作。
在操作614中，如圖5H所示，形成數個彩色濾光片526a、526b與526c於鈍化層524上，且分別填充孔穴516。在一些示範實施例中，彩色濾光片526a、526b與526c形成以包含紅色彩色濾光片、藍色彩色濾光片與綠色彩色濾光片。在一些實施例中，進行形成彩色濾光片526a、526b與526c的操作，以形成分別具有上表面528a、528b與528c的彩色濾光片526a、526b與526c，其中上表面528a、528b與528c與鈍化層524之頂部530等高。請再次參照圖5H，可 選擇性地形成微透鏡532a、532b與532c分別覆蓋彩色濾光片526a、526b與526c之上表面528a、528b與528c，藉以完成半導體元件534。
依照一實施方式，本揭露揭示一種半導體元件。此半導體元件包含基材、元件層、抗反射覆蓋層、數個反射結構、複合格柵結構、鈍化層以及數個彩色濾光片。元件層設於基材上，其中數個溝渠形成在元件層與基材中。抗反射覆蓋層共形覆蓋元件層、基材與溝渠。反射結構分別設於溝渠中的抗反射覆蓋層上。複合格柵結構位於抗反射覆蓋層與反射結構之上。複合格柵結構包含數個孔穴貫穿複合格柵結構，且複合格柵結構包含金屬格柵層與介電格柵層依序堆疊在反射結構上。鈍化層共形覆蓋複合格柵結構。彩色濾光片分別填充孔穴。
依照另一實施方式，本揭露揭示一種半導體元件之製造方法。在此方法中，提供基材。形成元件層於基材上。形成從元件層延伸至基材之數個溝渠。形成抗反射覆蓋層共形覆蓋元件層、基材與溝渠。形成數個反射結構分別位於溝渠中的抗反射覆蓋層上。形成複合結構於抗反射覆蓋層與反射結構上。進行形成複合結構之操作以依序形成金屬層與介電層堆疊在抗反射覆蓋層與反射結構上。形成數個孔穴於複合結構中，並貫穿複合結構，藉以形成複合格柵結構。形成數個彩色濾光片分別填充孔穴。
依照又一實施方式，本揭露揭示一種半導體元件之製造方法。在此方法中，在此方法中，提供基材。形成 元件層於基材上。形成從元件層延伸至基材之數個溝渠。形成抗反射覆蓋層共形覆蓋元件層、基材與溝渠。形成複合結構於抗反射覆蓋層上。形成複合結構之操作包含形成金屬層填充溝渠且位於抗反射覆蓋層上、以及形成介電層堆疊在金屬層上。形成數個孔穴於複合結構中，並貫穿複合結構，藉以形成複合格柵結構。進行形成複合格柵結構之操作以形成複合格柵結構覆蓋溝渠。形成鈍化層共形覆蓋複合格柵結構。形成數個彩色濾光片分別填充孔穴。
上述已概述數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可更了解本揭露之態樣。熟習此技藝者應了解到，其可輕易地利用本揭露作為基礎，來設計或潤飾其他製程與結構，以實現與在此所介紹之實施方式相同之目的及/或達到相同的優點。熟習此技藝者也應了解到，這類對等架構並未脫離本揭露之精神和範圍，且熟習此技藝者可在不脫離本揭露之精神和範圍下，在此進行各種之更動、取代與替代。
100‧‧‧半導體元件
101‧‧‧入射光
102‧‧‧基材
103‧‧‧正面
104‧‧‧元件層
104a‧‧‧光電元件
104b‧‧‧光電元件
104c‧‧‧光電元件
105‧‧‧背面
106‧‧‧抗反射覆蓋層
108‧‧‧反射結構
110‧‧‧複合格柵結構
112‧‧‧鈍化層
114a‧‧‧彩色濾光片
114b‧‧‧彩色濾光片
114c‧‧‧彩色濾光片
116‧‧‧溝渠
118‧‧‧金屬格柵層
120‧‧‧介電格柵層
122a‧‧‧上表面
122b‧‧‧上表面
122c‧‧‧上表面
124‧‧‧頂部
126a‧‧‧微透鏡
126b‧‧‧微透鏡
126c‧‧‧微透鏡
128‧‧‧緩衝層
130‧‧‧孔穴
132‧‧‧厚度

Claims (10)

  1. 一種半導體元件，包含：一基材；一元件層，設於該基材上，其中複數個溝渠形成於該元件層與該基材中；一抗反射覆蓋層，共形覆蓋該元件層、該基材與該些溝渠；複數個反射結構，分別設於該些溝渠中之該抗反射覆蓋層上，其中該些反射結構由金屬所組成；一複合格柵結構，位於該抗反射覆蓋結構與該些反射結構上，其中該複合格柵結構包含複數個孔穴貫穿該複合格柵結構，且該複合格柵結構包含一金屬格柵層以及一介電格柵層依序堆疊在該些反射結構上；一鈍化層，共形覆蓋該複合格柵結構；以及複數個彩色濾光片分別填充該些孔穴。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中該金屬格柵層與該些反射結構由相同材料所組成。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中該金屬格柵層直接接觸該些反射結構。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，更包含一緩衝層設於該抗反射覆蓋層與該些反射結構上，且位於該抗反射覆蓋層與該金屬格柵層之間。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體元件，其中該些彩色濾光片之上表面與該鈍化層之一頂部等高。
  6. 一種半導體元件之製造方法，該方法包含：提供一基材；形成一元件層於該基材上；形成複數個溝渠從該元件層延伸至該基材；形成一抗反射覆蓋層共形覆蓋該元件層、該基材與該些溝渠；形成複數個反射結構分別位於該些溝渠中之該抗反射覆蓋層上，其中該些反射結構由金屬所組成；形成一複合結構於該抗反射覆蓋層與該些反射結構上，其中進行形成該複合結構以依序形成一金屬層與一介電層堆疊在該抗反射覆蓋層與該些反射結構上；形成複數個孔穴於該複合結構中，並貫穿該複合結構，藉以形成一複合格柵結構；形成一鈍化層共形覆蓋該複合格柵結構；以及形成複數個彩色濾光片分別填充該些孔穴。
  7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中形成該些孔穴包含利用單一道蝕刻製程移除部分之該介電層與部分之該金屬層。
  8. 如申請專利範圍第6項之方法，其中利用不同沉積製程進行形成該些反射結構與形成該金屬層。
  9. 一種半導體元件之製造方法，該方法包含：提供一基材；形成一元件層於該基材上；形成複數個溝渠從該元件層延伸至該基材；形成一抗反射覆蓋層共形覆蓋該元件層、該基材與該些溝渠；形成一複合結構於該抗反射覆蓋層上，其中形成該複合結構包含形成一金屬層填充該些溝渠且位於該抗反射覆蓋層上、以及形成一介電層堆疊在該金屬層上；形成複數個孔穴於該複合結構中，並貫穿該複合結構，藉以形成一複合格柵結構，其中進行形成該複合格柵結構以形成該複合格柵結構覆蓋該些溝渠；形成一鈍化層共形覆蓋該複合格柵結構；以及形成複數個彩色濾光片分別填充該些孔穴。
  10. 如申請專利範圍第9項之方法，其中形成該些孔穴包含利用單一道蝕刻製程移除部分之該介電層與部分之該金屬層。
TW105129366A 2015-09-10 2016-09-09 半導體元件及其製造方法 TWI700825B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/850,727 2015-09-10
US14/850,727 US9786704B2 (en) 2015-09-10 2015-09-10 CMOS image sensor structure with crosstalk improvement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201711178A TW201711178A (zh) 2017-03-16
TWI700825B true TWI700825B (zh) 2020-08-01

Family

ID=58237154

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW105129366A TWI700825B (zh) 2015-09-10 2016-09-09 半導體元件及其製造方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9786704B2 (zh)
CN (1) CN106531750B (zh)
TW (1) TWI700825B (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10483310B2 (en) * 2017-03-03 2019-11-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Isolation structure for reducing crosstalk between pixels and fabrication method thereof
US10181490B2 (en) * 2017-04-03 2019-01-15 Omnivision Technologies, Inc. Cross talk reduction for high dynamic range image sensors
US10269844B2 (en) 2017-06-27 2019-04-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Structure and formation method of light sensing device
US10319768B2 (en) * 2017-08-28 2019-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Image sensor scheme for optical and electrical improvement
US10510788B2 (en) 2017-10-31 2019-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor image sensor
CN107845652A (zh) * 2017-11-02 2018-03-27 德淮半导体有限公司 一种图像传感器及其形成方法
CN107946329A (zh) * 2017-11-03 2018-04-20 武汉新芯集成电路制造有限公司 一种导光隔离结构的制备方法及像素晶圆
TWI674668B (zh) * 2018-02-09 2019-10-11 美商豪威科技股份有限公司 用於高動態範圍影像感測器之減少串擾
KR102606735B1 (ko) * 2018-06-19 2023-11-28 에스케이하이닉스 주식회사 반사 방지층 내에 매립된 그리드 패턴들을 갖는 이미지 센서
CN108807443B (zh) * 2018-07-16 2024-05-07 昆山思特威集成电路有限公司 一种具有嵌入式彩色滤色片阵列的图像传感器
KR102662144B1 (ko) 2018-09-07 2024-05-07 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
KR102589608B1 (ko) 2018-10-22 2023-10-16 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 이의 제조 방법
US11031434B2 (en) 2018-10-31 2021-06-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Self aligned grids in BSI image sensor
CN109585481B (zh) * 2018-12-03 2021-04-06 德淮半导体有限公司 图像传感器结构及其制备方法
CN110061020B (zh) * 2019-04-25 2021-09-14 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法、工作方法
US11201124B2 (en) * 2019-07-29 2021-12-14 Omnivision Technologies, Inc. Semiconductor devices, semiconductor wafers, and methods of manufacturing the same
CN110379828B (zh) * 2019-08-06 2021-09-14 德淮半导体有限公司 图像传感器的形成方法
GB2586889B (en) * 2019-08-26 2022-11-02 Rockley Photonics Ltd Method of manufacturing a III-V based optoelectronic device
CN111312654B (zh) 2019-12-02 2022-06-28 武汉新芯集成电路制造有限公司 半导体器件及其制造方法
CN111029352B (zh) * 2019-12-02 2022-07-01 武汉新芯集成电路制造有限公司 半导体器件及其制造方法
US11152520B1 (en) * 2020-05-07 2021-10-19 Globalfoundries U.S. Inc. Photodetector with reflector with air gap adjacent photodetecting region
KR102824308B1 (ko) * 2020-07-07 2025-06-25 삼성전자주식회사 이미지 센서
US12027554B2 (en) * 2021-01-08 2024-07-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Composite deep trench isolation structure in an image sensor
US12514009B2 (en) * 2022-04-12 2025-12-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Isolation structure configured to reduce cross talk in image sensor
US20230411540A1 (en) * 2022-06-16 2023-12-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Semiconductor device and method of making
CN115663004A (zh) * 2022-11-04 2023-01-31 上海微阱电子科技有限公司 背照式像元结构及其制备方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060163451A1 (en) * 2005-01-25 2006-07-27 Park Young-Hoon Image sensor and method of fabrication
TW201349471A (zh) * 2012-05-21 2013-12-01 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
TW201405782A (zh) * 2012-07-18 2014-02-01 豪威科技股份有限公司 具有具三角形截面之金屬格柵之影像感測器
TW201411823A (zh) * 2012-09-05 2014-03-16 台灣積體電路製造股份有限公司 在背照式影像感測器晶片內形成多層金屬膜堆疊的方法及背照式影像感測器裝置
TW201436183A (zh) * 2013-03-14 2014-09-16 台灣積體電路製造股份有限公司 影像感測器裝置及其製造方法
TW201513324A (zh) * 2013-09-27 2015-04-01 Sony Corp 影像拾取元件及其製造方法，以及電子裝置
TW201624615A (zh) * 2014-12-30 2016-07-01 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體元件及其製造方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012227478A (ja) * 2011-04-22 2012-11-15 Panasonic Corp 固体撮像装置
US9591242B2 (en) * 2013-01-31 2017-03-07 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Black level control for image sensors
US9425228B2 (en) * 2013-11-29 2016-08-23 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited Image sensor with reduced optical path

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060163451A1 (en) * 2005-01-25 2006-07-27 Park Young-Hoon Image sensor and method of fabrication
TW201349471A (zh) * 2012-05-21 2013-12-01 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體裝置及其製造方法
TW201405782A (zh) * 2012-07-18 2014-02-01 豪威科技股份有限公司 具有具三角形截面之金屬格柵之影像感測器
TW201411823A (zh) * 2012-09-05 2014-03-16 台灣積體電路製造股份有限公司 在背照式影像感測器晶片內形成多層金屬膜堆疊的方法及背照式影像感測器裝置
TW201436183A (zh) * 2013-03-14 2014-09-16 台灣積體電路製造股份有限公司 影像感測器裝置及其製造方法
TW201513324A (zh) * 2013-09-27 2015-04-01 Sony Corp 影像拾取元件及其製造方法，以及電子裝置
TW201624615A (zh) * 2014-12-30 2016-07-01 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體元件及其製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106531750B (zh) 2019-07-30
US9786704B2 (en) 2017-10-10
TW201711178A (zh) 2017-03-16
CN106531750A (zh) 2017-03-22
US20170077157A1 (en) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI700825B (zh) 半導體元件及其製造方法
TWI698990B (zh) 互補式金屬氧化物半導體影像感測器結構及其製造方法
CN104934452B (zh) 固态成像装置
CN102893400B (zh) 固体摄像装置及其制造方法
CN103378114B (zh) 减少图像传感器中的串扰的设备和方法
CN101971339B (zh) 用于图像传感器的光导阵列
TWI701821B (zh) 半導體元件及其製造方法
KR20150037897A (ko) 고체 촬상 장치, 고체 촬상 장치의 제조 방법 및 전자 기기
TWI525804B (zh) 影像感測器裝置及其製造方法
CN105280652A (zh) 在具有类ono结构的背照式图像传感器中形成隐埋式滤色器
CN104952892A (zh) Cmos图像传感器结构
KR102581170B1 (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
US20150130001A1 (en) Image sensor and method for manufacturing thereof
CN105826331A (zh) 采用背照式深沟槽隔离的背照式图像传感器的制作方法
KR20200030851A (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
TWI555185B (zh) 半導體元件及其製造方法
KR102424772B1 (ko) 후면 조사형 이미지 센서 및 그 제조 방법
TW201628170A (zh) 半導體元件及其製造方法
KR20070030455A (ko) 이미지 센서 제조방법