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TWI708381B - 影像感測器與其形成方法 - Google Patents

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TWI708381B
TWI708381B TW108129066A TW108129066A TWI708381B TW I708381 B TWI708381 B TW I708381B TW 108129066 A TW108129066 A TW 108129066A TW 108129066 A TW108129066 A TW 108129066A TW I708381 B TWI708381 B TW I708381B
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backside
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吳尉壯
楊敦年
洪豐基
劉人誠
施俊吉
周耕宇
江彥廷
楊明憲
陳春元
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本申請案的各種實施例是關於包含複合背側照明（CBSI）結構以增強效能的影像感測器。在一些實施例中，第一溝槽隔離結構延伸至基底的背側中至第一深度，且包括一對第一溝槽隔離區段。光偵測器處於基底中，位於第一溝槽隔離區段之間且與第一溝槽隔離區段鄰接。第二溝槽隔離結構位於第一溝槽隔離區段之間且延伸至基底的背側中至小於第一深度的第二深度。第二溝槽隔離結構包括一對第二溝槽隔離區段。吸收增強結構上覆於光偵測器，位於第二溝槽隔離區段之間，且凹入至半導體基底的背側中。吸收增強結構及第二溝槽隔離結構共同限定CBSI結構。

Description

影像感測器與其形成方法
本發明實施例是有關於一種影像感測器與其形成方法。
具有影像感測器的積體電路(Integrated circuit；IC)廣泛用於現代電子元件中，例如照相機及行動電話。近年來，互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide semiconductor；CMOS)影像感測器已開始廣泛使用，很大程度上取代了電荷耦合元件(charge-coupled device；CCD)影像感測器。與CCD影像感測器相比，CMOS影像感測器由於電力消耗低、尺寸小、資料處理快、資料的直接輸出以及製造成本低而有利。一種類型的CMOS影像感測器為背側照明(backside illuminated；BSI)CMOS影像感測器。
本申請的一些實施例提供一種影像感測器，包括：基底；第一溝槽隔離結構，延伸至所述基底的背側中至第一深度且包括一對第一溝槽隔離區段；光偵測器，處於所述基底中，位於所述第一溝槽隔離區段之間且與所述第一溝槽隔離區段鄰接；第二溝槽 隔離結構，位於所述第一溝槽隔離區段之間，其中所述第二溝槽隔離結構延伸至所述基底的所述背側中至小於所述第一深度的第二深度且包括一對第二溝槽隔離區段；以及吸收增強結構，上覆於所述光偵測器且位於所述第二溝槽隔離區段之間，其中所述吸收增強結構凹入至所述基底的所述背側中。
此外，本申請的其他實施例提供一種影像感測器，包括：基底；溝槽隔離結構，延伸至所述基底的背側表面中至第一深度且包括一對溝槽隔離區段；光偵測器，處於所述基底中，位於所述溝槽隔離區段之間且緊鄰所述溝槽隔離區段；以及介電結構，位於所述基底的所述背側表面上，其中所述介電結構突出至所述背側表面中至小於所述第一深度的第二深度，且其中所述介電結構具有傾斜側壁，所述傾斜側壁上覆於所述光偵測器且自所述背側表面傾斜至所述背側表面與所述第二深度之間的中點。
另外，本申請的其他實施例提供一種用於形成影像感測器的方法，所述方法包括：在基底中形成光偵測器；在所述基底的背側中執行第一蝕刻以形成上覆於所述光偵測器且具有傾斜側壁的吸收增強開口(AEO)；在所述基底的所述背側中執行第二蝕刻以形成鄰接所述AEO的第一隔離溝槽(FIT)；在所述基底的所述背側中執行第三蝕刻以形成第二隔離溝槽(SIT)，所述第二隔離溝槽延伸至所述基底的所述背側中至比所述FIT更大的深度，且其中所述SIT包括包夾於所述光偵測器、所述AEO以及所述FIT之間的相對區段；以及用介電材料填充所述AEO、所述FIT以及所述SIT。
100A、100B、300A、300B、400A、400B、600A、600B、700、900、1000、1100A、1100B、1300、1400A、1400B、1500、1600、1700、1800、1900、2000、2200、2300、2400、2500、2600、2700、2800、3000、3100、3200、3300、3400、3500、3600、3700、3800、3900、4000、4100、4200、4300、4400、4500、4600:截面圖
102:CBSI結構
104:像素感測器
106:半導體基底
106b:背側
106f:前側
106np:奈米多孔層
108:光偵測器
110:背側介電層
112:吸收增強結構
114:像素內溝槽隔離結構
116:像素間溝槽隔離結構
118:輻射
120:彩色濾光片
122:微透鏡
200A、200B、200C、200D、500、800、1200:頂部佈局
302:複合柵格
304:金屬柵格
306:介電質柵格
308:硬式罩幕柵格
312、3302:金屬層
314、314b:背側介電層
314a:第一背側介電層
314c:複合柵格襯裡
316:硬式罩幕層
318:第一背側襯裡
320、320a、320b:第二背側襯裡
1502:第一積體晶片
1504:第二積體晶片
1506:第一內連線結構
1508:轉移電晶體
1510:第一內連線介電層
1512:第一導線
1514:第一通孔
1516:轉移閘極堆疊
1518:浮置擴散區
1520:前側隔離結構
1522:襯墊結構
1524:襯墊開口
1526:襯墊介電質襯裡
1528:襯墊介電層
1529:第二基底
1530:第二內連線結構
1532:邏輯電晶體
1534:第二內連線介電層
1536:第二導線
1538:第二通孔
1540:第三背側襯裡
1542:第一金屬柵格
1544:頂蓋層
1546:蝕刻終止層
1548:突起
1550:基底通孔
1552、1554:TSV襯裡
1602:吸收增強開口
1604、1704、1804、2704:罩幕
1606、1706、1806、2706:蝕刻劑
1702:像素內隔離溝槽
1802:像素間隔離溝槽
2100、2900:方塊圖
2102、2104、2106、2108、2110、2112、2902、2904、2906、2908、2910、2912、2914、2916、2918:步驟
2302:CBSI層
2702:彩色濾光片開口
3102:犧牲介電層
3502:TSV開口
3802:第一襯墊開口
3902:襯墊層
4202:接地開口
A、B、C、D:線
D1:第一深度
D2:第二深度
O:偏移
P:間距
Tss:厚度
Wp、Wti、Wae:寬度
當結合附圖閱讀時，自以下詳細描述最佳地理解本揭露內容的態樣。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。事實上，可出於論述清楚起見而任意地增加或減小各種特徵的尺寸。
圖1A及圖1B示出包括複合背側照明(composite backside illuminated；CBSI)結構以增強效能的影像感測器的各種實施例的截面圖。
圖2A至圖2D示出圖1A及圖1B中的CBSI結構的各種實施例的頂部佈局。
圖3A及圖3B示出圖1A及圖1B的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中影像感測器包括複合柵格。
圖4A及圖4B示出圖1A及圖1B的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中像素內(intra-pixel)溝槽隔離結構鄰接吸收增強結構且自吸收增強結構的外邊緣偏移。
圖5示出圖4A及圖4B中的CBSI結構的一些實施例的頂部佈局。
圖6A及圖6B示出圖4A及圖4B的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中影像感測器包括複合柵格。
圖7示出圖1A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中像素內溝槽隔離結構與吸收增強結構間隔開。
圖8示出圖7中的CBSI結構的一些實施例的頂部佈局。
圖9示出圖7的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中吸收增強結構各自包括多個突起。
圖10示出圖7的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中影像感測器包括複合柵格。
圖11A及圖11B示出圖1A的影像感測器的各種替代實施例的截面圖，其中像素內溝槽隔離結構具有柱狀輪廓且位於吸收增強結構的中心。
圖12示出圖11A及圖11B中的CBSI結構的一些實施例的頂部佈局。
圖13示出圖11A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中CBSI結構各自包括多個吸收增強結構及多個像素內溝槽隔離結構。
圖14A及圖14B示出圖11A及圖11B的影像感測器的一些替代實施例的截面圖，其中影像感測器包括複合柵格。
圖15示出包括CBSI結構以增強效能的3D BSI影像感測器的一些實施例的截面圖。
圖16至圖20示出用於形成包括CBSI結構的影像感測器的方法的一些實施例的截面圖。
圖21示出圖16至圖20的方法的一些實施例的方塊圖。
圖22至圖28示出用於形成包括CBSI結構的影像感測器的方法的一些替代實施例的截面圖，其中影像感測器更包括複合柵格。
圖29示出圖22至圖28的方法的一些實施例的方塊圖。
圖30至圖46示出用於形成包括CBSI結構以增強效能的3D BSI影像感測器的方法的一些實施例的截面圖。
本揭露內容提供用於實施本揭露的不同特徵的多個不同實施例或實例。下文描述組件及配置的特定實例以簡化本揭露內容。當然，此等組件及配置僅為實例且不意欲為限制性的。舉例而言，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或之上形成可包含第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且亦可包含額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本揭露內容可在各種實例中重複附圖標號及/或字母。此重複是出於簡單及清楚的目的，且自身並不指示所論述的各種實施例及/或組態之間的關係。
此外，本文中為易於描述，可使用諸如「下方」、「在...下方」、「下部」、「在...上方」、「上部」以及其類似術語的空間相對術語來描述如圖式中所示出的一個構件或特徵與另一構件或特徵的關係。除圖式中所描繪的定向以外，空間相對術語意欲涵蓋元件在使用或操作中的不同定向。設備可以其他方式定向(旋轉90度或處於其他定向)且本文中所使用的空間相對描述詞可同樣相應地進行解譯。
互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器包括半導體基底，且更包括半導體基底中的像素感測器陣列。像素感測器包括包埋於半導體基底中的個別光偵測器，且更包括配置於半導體基底的表面上的個別像素電晶體。光偵測器經組態以吸收入射輻射且產生對應於入射輻射的電訊號。
由於在半導體業界中的單晶矽晶圓的低成本及普及性，半導體基底通常為單晶矽或包括單晶矽，但不總是如此。然而，單 晶矽對於高波長輻射具有低吸收係數，所述高波長輻射包含(但不限於)近紅外輻射(near infrared radiation；NIR)及紅外輻射。因此，光偵測器對於高波長輻射具有低量子效率，且CMOS影像感測器可不適合用於高波長輻射。另外，半導體業界不斷努力減小像素間距且增加像素密度。然而，隨著像素間距減小，光學效能降低因為像素感測器具有減小的輻射吸收面積。因此，半導體業界正朝著加劇與基於單晶矽的CMOS影像感測器相關的挑戰的方向發展。
本申請案的各種實施例是關於一種包括多個像素感測器的影像感測器，所述像素感測器具有用於增強效能的複合背側照明(CBSI)結構。在一些實施例中，影像感測器包括基底、第一溝槽隔離結構、光偵測器、第二溝槽隔離結構以及吸收增強結構。第一溝槽隔離結構延伸至基底的背側中至第一深度，且包括一對第一溝槽隔離區段。光偵測器處於基底中，位於第一溝槽隔離區段之間且與第一溝槽隔離區段鄰接。第二溝槽隔離結構位於第一溝槽隔離區段之間，且延伸至基底的背側中至小於第一深度的第二深度。第二溝槽隔離結構包括一對第二溝槽隔離區段。吸收增強結構上覆於光偵測器，位於第二溝槽隔離區段之間，且凹入至半導體基底的背側中。吸收增強結構及第二溝槽隔離結構共同限定CBSI結構。
CBSI結構允許輻射不受阻礙地進入基底，且一旦輻射已進入基底，則充當輻射的反射器。舉例而言，在CBSI結構為或包括折射率小於基底的折射率的材料的實施例中，此可藉由全內反射(total internal reflection；TIR)來實現。藉由反射輻射，第二 溝槽隔離結構防止輻射自光偵測器傳遞至鄰近的光偵測器，且因此減少串擾。此外，第二溝槽隔離結構將輻射反射回光偵測器，且因此增加輻射的吸收。吸收增強結構類似地將輻射反射回光偵測器，且因此增加輻射的吸收。然而，吸收增強結構聚焦於已穿過基底但未經吸收且已(例如藉由下伏內連線結構)經反射回基底的背側的輻射部分上。吸收增強結構的傾斜側壁可例如增加TIR的可能性，由此增強反射率且增加反射至光偵測器的輻射量。
參考圖1A，提供包括用於改良影像效能的CBSI結構102的影像感測器的一些實施例的截面圖100A。影像感測器可為例如背側照明(BSI)CMOS影像感測器或一些其他適合的影像感測器。多個像素感測器104處於半導體基底106的前側106f上，且像素感測器104包括半導體基底106中的單個光偵測器108。半導體基底106可為或可包括例如塊狀矽基底、絕緣層上矽(silicon-on-insulator，SOI)基底或一些其他適合的半導體基底。像素感測器104可為例如主動像素感測器(active pixel sensor；APS)或一些其他適合的像素感測器，且光偵測器108可為或可包括例如光電二極體或一些其他適合的光偵測器。在一些實施例中，像素感測器104的間距P為約0.5微米至4.4微米、約0.4微米至2.45微米或約2.45微米至4.4微米。在一些實施例中，像素感測器104的寬度Wp為約0.8微米、0.9微米、1微米、1.1微米或約0.8微米至1.1微米。然而，其他間距及/或寬度適用於像素感測器104。
CBSI結構102獨立於像素感測器104，且上覆於半導體基底106的背側106b上的像素感測器104。此外，CBSI結構102為半導體基底106的背側106b上的背側介電層110的一部分，且 包括單獨的吸收增強結構112及單獨的像素內溝槽隔離結構114。出於示出性目的，散列已在吸收增強結構112、像素內溝槽隔離結構114以及背側介電層110的剩餘部分之間變化。儘管散列中發生變化，但應瞭解吸收增強結構112及像素內溝槽隔離結構114仍為背側介電層110的一部分。背側介電層110可為或可包括例如氧化矽、高k介電質、一些其他適合的介電質或前述的任何組合。高k介電質例如可為具有介電常數大於約3.9、10或20的介電質。
吸收增強結構112突出至半導體基底106的背側106b中，且具有傾斜的側壁。在一些實施例中，吸收增強結構112鄰接光偵測器108及/或具有三角形的底部輪廓。然而，其他底部輪廓為適合的。像素內溝槽隔離結構114鄰接吸收增強結構112且突出至半導體基底106的背側106b中至第一深度D1。第一深度D1例如可為或可包括0.1微米至3.0微米、約0.10微米至1.55微米、約1.55微米至3.0微米、約0.5微米或約0.55微米。然而，其他適合的值適用於第一深度D1。像素內溝槽隔離結構114包括單獨的像素內溝槽隔離區段對(未單獨地標記)，且吸收增強結構112在相應對的像素內溝槽隔離區段之間。
像素間(inter-pixel)溝槽隔離結構116將像素感測器104彼此分隔開，且為背側介電層110的一部分。此外，像素間溝槽隔離結構116突出至半導體基底106的背側106b中至第二深度D2。第二深度D2大於第一深度D1，且例如可為約1微米至5微米、約1微米至3微米、約3微米至5微米、約1.5微米或約2微米。然而，其他適合的值適用於第二深度D2。
在影像感測器的操作期間，影像感測器自半導體基底106 的背側106b接收輻射118。輻射118例如可為或可包括高波長輻射或其他適合的輻射。高波長輻射包含850奈米輻射及940奈米輻射(統稱為NIR輻射)及/或具有波長超過約850奈米或940奈米的輻射。輻射118照射於光偵測器108上且藉由光偵測器108吸收，由此生成允許成像的電訊號。CBSI結構102及像素間溝槽隔離結構116減少像素感測器104之間的串擾，且增加輻射118的吸收，由此提高影像感測器的量子效率及效能。假設像素感測器104的寬度Wp約為一個微米，模擬表明，與不具有像素內溝槽隔離結構114的影像感測器相比，CBSI結構102可例如對於850奈米輻射及940奈米輻射分別提高約3.3%及約0.3%的量子效率。
一旦輻射118已進入半導體基底106，CBSI結構102允許輻射118不受阻礙地進入半導體基底106，且充當輻射118的反射器。舉例而言，在CBSI結構102為或包括折射率小於半導體基底106的折射率的材料的實施例中，此可藉由TIR來實現。舉例而言，因為氧化矽的折射率小於單晶矽的折射率，所以CBSI結構102可為或可包括氧化矽且半導體基底106可為或可包括單晶矽。依照司乃耳定律(Snell's Law)，對於輻射118自半導體基底106行進至CBSI結構102的部分，TIR發生在CBSI結構102處，但對於輻射118自CBSI結構102行進至半導體基底106的部分，TIR並不發生。
藉由反射輻射118，像素內溝槽隔離結構114防止輻射118在像素感測器104之間通過，且因此減少串擾。此外，像素內溝槽隔離結構114將輻射118反射回光偵測器108，且因此增加輻射118的吸收。吸收增強結構112類似地將輻射118反射回光偵 測器108，且因此增加輻射118的吸收。然而，吸收增強結構112聚焦於已穿過半導體基底106但未經吸收且已經自下伏內連線結構(未繪示)反射回半導體基底106的背側106b的輻射118的部分上。吸收增強結構112的傾斜側壁可例如增加對於輻射118的此等部分的TIR的可能性。
在一些實施例中，半導體基底106包括沿半導體基底106的背側106b的奈米多孔層106np以進一步增強輻射118的吸收。奈米多孔層106np相對於半導體基底106的剩餘部分具有相對較高的奈米孔密集度，且例如可為或可包括奈米多孔矽或一些其他適合的材料。奈米孔的高密集度有效地降低奈米多孔層106np的帶隙，且因此增加半導體基底106沿半導體基底106的背側106b及在吸收增強結構112處的吸收係數。
類似於CBSI結構102，像素間溝槽隔離結構116充當輻射118的反射器。舉例而言，在像素間溝槽隔離結構116為或包括折射率小於半導體基底106的折射率的材料的實施例中，反射可藉由TIR來實現。另外或替代地，反射可藉由反射材料(例如金屬或一些其他適合的反射材料)來實現。藉由反射輻射118，像素間溝槽隔離結構116防止輻射118在像素感測器104之間通過，且因此減少串擾。此外，像素間溝槽隔離結構116將輻射118反射回光偵測器108，且因此增加輻射118的吸收。
在一些實施例中，彩色濾光片120及/或微透鏡122堆疊在像素感測器104及背側介電層110的上方。為易於示出，僅將彩色濾光片120的一些標記為120，且僅將微透鏡122的一些標記為122。彩色濾光片120透射指定波長的輻射118，同時阻擋未指 定波長的輻射118。舉例而言，彩色濾光片120中的一者可透射紅色波長的輻射，同時阻擋藍色波長的輻射，然而彩色濾光片120中的另一者可透射藍色波長的輻射，同時阻擋紅色波長的輻射。微透鏡122將輻射118聚焦於光偵測器108上，且因此增強輻射118的吸收。
參考圖1B，提供圖1A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖100B，其中吸收增強結構112的底部輪廓為平坦的。然而，其他輪廓為適合的。
參考圖2A，提供圖1A及圖1B中的CBSI結構102中的任一者的一些實施例的頂部佈局200A。舉例而言，圖1A及圖1B中的CBSI結構的截面圖可沿線A截取。為清楚起見，頂部佈局200A分別示出吸收增強結構112及像素內溝槽隔離結構114，且進一步示出吸收增強結構112及像素內溝槽隔離結構114的組合。應瞭解，此為對應於圖1A及圖1B中的CBSI結構102的組合。
像素內溝槽隔離結構114具有方形環形佈局且吸收增強結構112具有菱形佈局。然而，其他佈局為適合的。在一些實施例中，像素內溝槽隔離結構114的寬度Wti為約0.05微米至1.00微米、約0.05微米至0.50微米、約0.5微米至1.0微米、約0.17微米或約0.12微米。在一些實施例中，吸收增強結構112的寬度Wae為約0.05微米至1.0微米、約0.05微米至0.50微米、約0.5微米至1.0微米。然而，其他適合的值適用於寬度Wti、Wae。
參考圖2B至圖2D，提供圖2A的CBSI結構102的各種替代實施例的頂部佈局200B至頂部佈局200D。在圖2B中，像素內溝槽隔離結構114具有菱形環形佈局，且在圖2C及圖2D中， 像素內溝槽隔離結構114具有不同的十字形佈局。然而，額外佈局為適合的。
參考圖3A，提供圖1A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖300A，其中影像感測器包括在半導體基底106的背側106b上的複合柵格302。複合柵格302容納彩色濾光片120，且微透鏡122上覆於彩色濾光片120及複合柵格302。複合柵格302包括金屬柵格304、介電質柵格306以及硬式罩幕柵格308。在替代實施例中，省略硬式罩幕柵格308。介電質柵格306上覆於金屬柵格304，且硬式罩幕柵格308上覆於介電質柵格306。
金屬層312、背側介電層314以及硬式罩幕層316分別限定金屬柵格304、介電質柵格306以及硬式罩幕柵格308。金屬層312例如可為或可包括鎢、鋁銅、氮化鈦、一些其他適合的金屬或前述的任何組合。在一些實施例中，金屬層312包括氮化鈦層，且更包括上覆於氮化鈦層的鎢層。在替代實施例中，金屬層312包括頂部氮化鈦層及底部氮化鈦層，且更包括在頂部氮化鈦層與底部氮化鈦層之間的鋁銅層。在替代實施例中，金屬層312包括頂部氮化鈦層及鋁銅層，而非底部氮化鈦層。背側介電層314可為或可包括例如氧化矽及/或一些其他適合的介電質。硬式罩幕層316可為或可包括例如氮化矽及/或一些其他適合的介電質。
第一背側襯裡318及第二背側襯裡320裝襯於背側介電層314的下側，且經配置以使得第二背側襯裡320在第一背側襯裡318與背側介電層314之間。此外，第一背側襯裡318及第二背側襯裡320將背側介電層314與CBSI結構102分隔開，且與背側介電層314一起限定像素間溝槽隔離結構116。第一背側襯裡 318及/或CBSI結構102可為或可包括例如氧化矽及/或一些其他適合的介電質。在一些實施例中，第一背側襯裡318及/或CBSI結構102為或包括相同的材料及/或相同沈積物。第二背側襯裡320可為或可包括例如氧化鉿、氧化鉭、一些其他適合的高k介電質或前述的任何組合。
參考圖3B，提供圖3A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖300B，其中吸收增強結構112的底部輪廓為平坦的。然而，其他輪廓為適合的。
參考圖4A及圖4B，提供圖1A及圖1B的影像感測器的一些替代實施例的截面圖400A、截面圖400B，其中像素內溝槽隔離結構114鄰接吸收增強結構112，且自吸收增強結構112的外邊緣偏移一偏移O。假設像素感測器104具有約一個微米的寬度Wp，模擬表明，與不具有像素內溝槽隔離結構114的影像感測器相比，CBSI結構102可例如對於850奈米輻射及940奈米輻射分別提高約6.3%及約2.8%的量子效率。
參考圖5，提供圖4A及圖4B中的CBSI結構102中的任一者的一些實施例的頂部佈局500。舉例而言，圖4A及圖4B中的CBSI結構的截面圖可沿線B截取。除了偏離O以外，頂部佈局500與所描述的圖2A的頂部佈局200A相同。因此，像素內溝槽隔離結構114具有方形環形佈局且吸收增強結構112具有菱形佈局。然而，其他佈局為適合的。舉例而言，像素內溝槽隔離結構114可具有圖2B至圖2D的任一者中的佈局。
參考圖6A及圖6B，提供圖4A及圖4B的影像感測器的一些替代實施例的截面圖600A、截面圖600B，其中影像感測器包 括在半導體基底106的背側106b上的複合柵格302。除了偏離O以外，截面圖600A、截面圖600B與所描述的圖3A的截面圖300A及圖3B的截面圖300B相同。
參考圖7，提供圖1A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖700，其中像素內溝槽隔離結構114與吸收增強結構112分隔開。假設像素感測器104具有約一個微米的寬度Wp，模擬表明，與不具有像素內溝槽隔離結構114的影像感測器相比，CBSI結構102可例如對於850奈米輻射及940奈米輻射分別提高約6.3%及約2.8%的量子效率。如上關於圖1A所述，像素內溝槽隔離結構114包括單獨的像素內溝槽隔離區段對(未單獨地標記)。在圖7的影像感測器替代實施例中，像素內溝槽隔離結構114的邊緣鄰接吸收增強結構112的邊緣，而吸收增強結構112完全保持在相應對的像素內溝槽隔離區段之間。
參考圖8，提供圖7中的CBSI結構102中的任一者的一些實施例的頂部佈局800。舉例而言，圖7中的CBSI結構的截面圖可沿線C截取。頂部佈局800與所描述的圖2A的頂部佈局200A相同，不同之處在於吸收增強結構112與像素內溝槽隔離結構114分隔開。因此，像素內溝槽隔離結構114具有方形環形佈局且吸收增強結構112具有菱形佈局。然而，其他佈局為適合的。舉例而言，像素內溝槽隔離結構114可具有方形環形佈局或圍繞吸收增強結構112的一些其他適合的環形佈局。
參考圖9，提供圖7的影像感測器的一些替代實施例的截面圖900，其中吸收增強結構112各自具有多個突起。舉例而言，如所示出，吸收增強結構112各自具有兩個帶有三角形輪廓的突 起。然而，超過兩個突起及/或其他突起輪廓為適合的。
參考圖10，提供圖7的影像感測器的一些替代實施例的截面圖1000，其中影像感測器包括在半導體基底106的背側106b上的複合柵格302。截面圖900與所描述的圖3A的截面圖300A及圖3B的截面圖300B相同，不同之處在於像素內溝槽隔離結構114與吸收增強結構112分隔開。在替代實施例中，吸收增強結構112各自具有多個突起，在圖9中繪示所述多個突起的實例。
參考圖11A，提供圖1A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖1100A，其中像素內溝槽隔離結構114具有柱狀輪廓且位於吸收增強結構112的中心。然而，其他輪廓為適合的。假設像素感測器104具有約一個微米的寬度Wp，模擬表明，與不具有像素內溝槽隔離結構114的影像感測器相比，CBSI結構102可例如對於850奈米輻射及940奈米輻射分別提高約2.2%及約0.8%的量子效率。
參考圖11B，提供圖11A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖1100B，其中像素內溝槽隔離結構114的底部輪廓為三角形。然而，其他輪廓為適合的。舉例而言，在在像素內溝槽隔離結構114為或包括折射率小於半導體基底106的折射率的材料的實施例中，像素內溝槽隔離結構114的底部處的傾斜側壁可提高TIR。因此，已穿過半導體基底106而未經吸收且已自下伏內連線結構(未繪示)反射回半導體基底106的背側106b的輻射更可能藉由像素內溝槽隔離結構114反射回光偵測器108。此又提高光偵測器108的量子效率。
參考圖12，提供圖11A及圖11B中的CBSI結構102中 的任一者的一些實施例的頂部佈局1200。舉例而言，圖11A及圖11B中的CBSI結構的截面圖可沿線D截取。頂部佈局1200與所描述的圖2A的頂部佈局200A相同，不同之處在於像素內溝槽隔離結構114具有方形佈局且位於吸收增強結構112的中心。然而，其他佈局為適合的。在一些實施例中，增加像素內溝槽隔離結構114的寬度Wti增加在850奈米輻射及/或940奈米輻射處的量子效率。
參考圖13，提供圖11A的影像感測器的一些替代實施例的截面圖1300，其中CBSI結構102各自包括多個吸收增強結構112及多個像素內溝槽隔離結構114。舉例而言，如所示出，CBSI結構102各自包括兩個吸收增強結構112及兩個像素內溝槽隔離結構114。然而，超過兩個吸收增強結構112及/或超過兩個像素內溝槽隔離結構114為適合的。吸收增強結構112及像素內溝槽隔離結構114成對，使得每一對具有吸收增強結構及像素內溝槽隔離結構。此外，每一對與所示出且描述的圖11A及/或圖12的CBSI結構102相同。
雖然使用圖11A中的像素內溝槽隔離結構114的實施例示出圖13，但圖11B中的像素內溝槽隔離結構114的實施例亦為適合的。因此，如圖11B中所示出，應瞭解，像素內溝槽隔離結構114的底部輪廓可替代地為三角形。其他底部輪廓亦為適合的。
參考圖14A及圖14B，提供圖11A及圖11B的影像感測器的一些替代實施例的截面圖1400A、截面圖1400B，其中影像感測器包括在半導體基底106的背側106b上的複合柵格302。截面圖1400A及截面圖1400B與所描述的圖3A的截面圖300A及圖 3B的截面圖300B相同，不同之處在於像素內溝槽隔離結構114具有柱狀輪廓且位於吸收增強結構112的中心。另外，雖然圖14A及圖14B示出CBSI結構102為各自具有單個像素內溝槽隔離結構114及單個吸收增強結構112，但在替代實施例中，CBSI結構102可各自具有兩個或大於兩個像素內溝槽隔離結構114及兩個或大於兩個吸收增強結構112。關於圖13示出且描述此類組態的實例。
參考圖15，提供包括CBSI結構102的三維(three-dimension；3D)BSI影像感測器的一些實施例的截面圖1500。3D BSI影像感測器包括結合在一起的第一積體晶片1502及第二積體晶片1504。第一積體晶片1502包括第一基底106、第一內連線結構1506以及多個轉移電晶體1508。為易於示出，僅將轉移電晶體1508中的一者標記為1508。
第一內連線結構1506及轉移電晶體1508在第一基底106的前側，且轉移電晶體1508在第一內連線結構1506與第一基底106之間。第一內連線結構1506包括第一內連線介電層1510，且更包括多個第一導線1512及多個第一通孔1514。為易於示出，僅將第一導線1512中的一些標記為1512，且僅將第一通孔1514中的一些標記為1514。第一導線1512及第一通孔1514為導電的，且交替堆疊於第一內連線介電層1510中以限定導電路徑。轉移電晶體1508包括單獨的轉移閘極堆疊1516及單獨的源極/汲極區。轉移電晶體1508的第一源極/汲極區由第一基底106中的光偵測器108限定，且轉移電晶體1508的第二源極/汲極區由第一基底106中的浮置擴散(floating diffusion；FD)區1518限定。為易於 示出，僅將轉移閘極堆疊1516中的一個標記為1516，僅將光偵測器108中的一個標記為108，且僅將FD區1518中的一個標記為1518。
在一些實施例中，前側隔離結構1520延伸至第一基底106中。為易於示出，僅將前側隔離結構1520的一個區段標記為1520。在一些實施例中，前側隔離結構1520分離轉移電晶體1508及/或鄰接襯墊結構1522。襯墊結構1522藉由襯墊開口1524暴露，且藉由襯墊介電質襯裡1526及襯墊介電層1528包圍。前側隔離結構1520可為或可包括例如淺溝槽隔離(shallow trench isolation；STI)結構或一些其他適合的隔離結構。
第二積體晶片1504包括第二基底1529、第二內連線結構1530以及多個邏輯電晶體1532。為易於示出，僅將邏輯電晶體1532的一些標記為1532。第二積體晶片1504結合至第一積體晶片1502，使得第一內連線結構1506及第二內連線結構1530在第一基底106與第二基底1529之間。第二積體晶片1504可例如包括影像訊號處理(image signal processing；ISP)電路、讀取及/或寫入電路或用於讀出光偵測器108的一些其他適合的電路。
第二內連線結構1530及邏輯電晶體1532在第二基底1529的前側上，且邏輯電晶體1532在第二內連線結構1530與第二基底1529之間。第二內連線結構1530包括第二內連線介電層1534，且更包括多個第二導線1536及多個第二通孔1538。為易於示出，僅將第二導線1536中的一些標記為1536，且僅將第二通孔1538中的一些標記為1538。第二導線1536及第二通孔1538為導電的，且交替堆疊於第二內連線介電層1534中以限定導電路徑。
CBSI結構102及像素間溝槽隔離結構116延伸至第一基底106的背側中。CBSI結構102上覆於光偵測器108，且像素間溝槽隔離結構116分離光偵測器108。為易於示出，僅將像素間溝槽隔離結構116的三個示出區段中的一個標記為116。CBSI結構102及像素間溝槽隔離結構116例如可如關於前述圖式中的任一者所示出及描述(例如圖1A或圖6B)。像素間溝槽隔離結構116由第一背側襯裡318、一對第二背側襯裡320a、第二背側襯裡320b、第三背側襯裡1540以及第一金屬柵格1542限定。在一些實施例中，CBSI結構102由第一背側襯裡318、所述對第二背側襯裡320a、第二背側襯裡320b、第三背側襯裡1540或前述的任何組合限定。在替代實施例中，CBSI結構102獨立於此等襯裡318、襯裡320a、襯裡320b、襯裡1540。第一背側襯裡318及第三背側襯裡1540可為或可包括例如氧化矽及/或一些其他適合的介電質，且/或第二背側襯裡320a、第二背側襯裡320b可為或可包括例如高k介電質及/或一些其他適合的介電質。
頂蓋層1544覆蓋第一金屬柵格1542且蝕刻終止層1546、金屬層312、背側介電層314b，以及硬式罩幕層316堆疊於頂蓋層1544上方。頂蓋層1544例如可為或可包括氧化矽及/或一些其他適合的介電質，且/或蝕刻終止層1546例如可為或可包括氮化矽及/或一些其他適合的介電質。金屬層312、背側介電層314b以及硬式罩幕層316限定第二金屬柵格304、介電質柵格306以及硬式罩幕柵格308(統稱為複合柵格302)。此外，金屬層312限定延伸至第一基底106中的突起1548。為易於示出，僅將兩個示出的突起1548中的一個標記為1548。
複合柵格襯裡314c裝襯於複合柵格302上，且彩色濾光片120凹入至複合柵格襯裡314c上方的複合柵格302中。微透鏡122進一步上覆於彩色濾光片120。基底通孔(through substrate via；TSV)1550經由第一基底106及第一內連線結構1506突出至第二內連線結構1530，且在第一基底106處由一對TSV襯裡1552、TSV襯裡1554包圍。所述對的第一TSV襯裡1552例如可為或可包括氧化矽及/或一些其他適合的介電質，而所述對的第二TSV襯裡1554例如可為或可包括氮化矽及/或一些其他適合的介電質。
雖然圖15為使用圖1A中的CBSI結構102的實施例示出，但應瞭解前述圖式中的任一者中的CBSI結構102的實施例在替代實施例中為適合的。舉例而言，圖15的3D BSI影像感測器可替代地具有圖1B或圖7中的CBSI結構102的實施例。
參考圖16至圖20，提供用於形成包括CBSI結構的影像感測器的方法的一些實施例的一系列截面圖1600至截面圖2000。截面圖1600至截面圖2000示出使用圖1A的影像感測器的方法，但亦可用於形成圖1B、圖4A、圖4B、圖7、圖9、圖11A、圖11B以及圖13中的任一者中的影像感測器。
如由圖16的截面圖1600所示出，像素感測器104形成於半導體基底106的前側106f上，且在一些實施例中，半導體基底106隨後變薄以減小半導體基底106的厚度Tss。像素感測器104包括在半導體基底106中的單個光偵測器108，且在一些實施例中，更包括在半導體基底106的前側106f上的單個電晶體(未繪示)。電晶體可例如用於讀出光偵測器108及/或可例如包括轉移電晶體、復位電晶體、選擇電晶體、源極隨耦器電晶體、一些其 他適合的電晶體或前述的任何組合。厚度Tss可例如為約3.0微米至4.0微米、約3.5微米至4.0微米或在薄化完成時約3.5微米至4.0微米。然而，其他厚度為適合的。
亦由圖16的截面圖1600所示出，半導體基底106的背側106b經圖案化以形成吸收增強開口1602。吸收增強開口1602獨立於且分別上覆於像素感測器104。吸收增強開口1602形成為三角形輪廓，但其他輪廓為適合的。舉例而言，吸收增強開口1602可形成為具有與圖1A、圖1B、圖7、圖9、圖11A、圖11B或圖13中的任一者中的吸收增強結構112匹配的輪廓及/或具有與圖2A至圖2D、圖5、圖8以及圖12中的任一者中的吸收增強結構112匹配的頂部佈局。
在一些實施例中，圖案化藉由蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程來執行。蝕刻製程可例如包括：1)在半導體基底106的背側106b上形成罩幕1604；2)在罩幕1604就位的情況下，將一或多個蝕刻劑1606施加至背側106b；以及3)剝離罩幕1604。罩幕1604可為或可包括例如光阻、氮化矽、一些其他適合的罩幕材料或前述的任何組合。
如由圖17的截面圖1700所示出，半導體基底106的背側106b進一步圖案化以形成像素內隔離溝槽1702。像素內隔離溝槽1702獨立於像素感測器104且與吸收增強開口1602(參見圖16)鄰接及/或交疊。像素內隔離溝槽1702可形成為具有與圖1A、圖1B、圖7、圖9、圖11A、圖11B或圖13中的任一者中的像素內溝槽隔離結構114匹配的輪廓及/或具有與圖2A至圖2D、圖5、圖8以及圖12中的任一者中的像素內溝槽隔離結構114匹配的頂 部佈局。在替代實施例中，像素內隔離溝槽1702在形成吸收增強開口1602(參見圖16)之前形成。
在一些實施例中，圖案化藉由蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程來執行。蝕刻製程可例如包括：1)在半導體基底106的背側106b上形成罩幕1704；2)在罩幕1704就位的情況下，將一或多個蝕刻劑1706施加至背側106b；以及3)剝離罩幕1704。罩幕1704可為或可包括例如光阻、氮化矽、一些其他適合的罩幕材料或前述的任何組合。
如由圖18的截面圖1800所示出，半導體基底106的背側106b進一步圖案化以形成像素間隔離溝槽1802。像素間隔離溝槽1802將像素感測器104彼此分隔開，且可例如具有柵格形的頂部佈局或一些其他適合的頂部佈局。
在一些實施例中，圖案化藉由蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程來執行。蝕刻製程可例如包括：1)在半導體基底106的背側106b上形成罩幕1804；2)在罩幕1804就位的情況下，將一或多個蝕刻劑1806施加至背側106b；以及3)剝離罩幕1804。罩幕1804可為或可包括例如光阻、氮化矽、氧化矽、一些其他適合的罩幕材料或前述的任何組合，及/或剝離可例如藉由氫氧化四甲銨(tetramethylammonium hydroxide；TMAH)蝕刻劑及/或一些其他適合的蝕刻劑來執行。
如由圖19的截面圖1900所示出，背側介電層110形成為覆蓋半導體基底106的背側106b，且進一步填充像素間隔離溝槽1802(參見圖18)、像素內隔離溝槽1702(參見圖17)以及吸收增強開口1602(參見圖16)。背側介電層110限定像素內隔離 溝槽1702及吸收增強開口1602中的CBSI結構102，且進一步限定像素間隔離溝槽1802中的像素間溝槽隔離結構116。背側介電層110可為或可包括例如氧化矽、高k介電質、一些其他適合的介電質或前述的任何組合。在一些實施例中，背側介電層110為或包含折射率小於半導體基底106的折射率的材料以促進TIR。
在用於形成背側介電層110的一些實施例中包括：1)沈積背側介電層110；以及2)對背側介電層110的上部表面或頂部表面執行平坦化。沈積可例如藉由化學氣相沈積(chemical vapor deposition；CVD)、物理氣相沈積(physical vapor deposition；PVD)、濺鍍、熱氧化、一些其他適合的沈積製程或前述的任何組合來執行。平坦化可例如藉由化學機械研磨(chemical mechanical polish；CMP)或一些其他適合的平坦化製程來執行。
如由圖20的截面圖2000所示出，彩色濾光片120及微透鏡122堆疊形成於背側介電層110上。為易於示出，僅將彩色濾光片120的一些標記為120，且僅將微透鏡122的一些標記為122。
儘管參考方法描述圖16至圖20中繪示的截面圖1600至截面圖2000，但應瞭解，圖16至圖20中繪示的結構不限於所述方法，而是可以獨立於所述方法。儘管圖16至圖20描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作並非限制性的，而在其他實施例中，可改變動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可全部或部分地省略所示出及/或描述的一些動作。
參考圖21，提供圖16至圖20的方法的一些實施例的方塊圖2100。
在2102處，提供基底及光偵測器，其中光偵測器處於基底中。參見例如圖16。
在2104處，在基底的背側中執行第一蝕刻以限定具有傾斜側壁的吸收增強開口，其中開口上覆於光偵測器。參見例如圖16。
在2106處，在基底的背側中執行第二蝕刻以限定像素內隔離溝槽，其中像素內隔離溝槽鄰接吸收增強開口。參見例如圖17。
在2108處，在基底的背側中執行第三蝕刻以形成像素間隔離溝槽，其中像素間隔離溝槽包括一對區段，且其中光偵測器、像素內隔離溝槽以及吸收增強開口包夾於區段之間。參見例如圖18。
在2110處，形成覆蓋基底的背側的背側介電層，且進一步填充像素間隔離溝槽及像素內隔離溝槽以及吸收增強開口以形成CBSI結構及像素間溝槽隔離結構。參見例如圖19。像素內隔離溝槽(亦即，像素內溝槽隔離結構)中的CBSI結構的部分防止輻射自像素感測器之間通過，且將離開光偵測器的輻射反射回光偵測器。類似地，吸收增強開口(亦即，吸收增強結構)中的CBSI結構的部分將離開光偵測器的輻射反射回光偵測器。CBSI結構可例如藉由TIR實現反射且具有減少串擾、增加吸收以及增加量子效率的效果。
在2112處，在背側介電層上形成彩色濾光片及微透鏡。參見例如圖20。
雖然圖21的方塊圖2100在本文中示出且描述為一系列 動作或事件，但應瞭解，不應以限制性意義來解釋此類動作或事件的所示出次序。舉例而言，除本文中所示出及/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其他動作或事件以不同次序及/或同時出現。此外，並非可需要所有經示出的動作以實施本文中描述的一或多個態樣或實施例，且本文中所描繪的動作中的一或多者可在一或多個單獨動作及/或階段中進行。
參考圖22至圖28，提供用於形成包括CBSI結構的影像感測器的方法的一些替代實施例的一系列截面圖2200至截面圖2800，其中影像感測器更包括複合柵格。此外，在CBSI結構之後形成像素間溝槽隔離結構。截面圖2200至截面圖2800示出使用圖3A的影像感測器的方法，但亦可用於形成圖3B、圖6A、圖6B、圖10、圖14A以及圖14B中的任一者中的影像感測器。
如由圖22的截面圖2200所示出，像素感測器104形成於半導體基底106的前側106f上，且在一些實施例中，半導體基底106變薄。此外，半導體基底106的背側106b經圖案化以形成吸收增強開口1602及像素內隔離溝槽1702。吸收增強開口1602及像素內隔離溝槽1702可例如關於圖16及圖17所描述及/或可例如關於圖16及圖17所描述形成。
如由圖23的截面圖2300所示出，形成覆蓋半導體基底106的背側106b的CBSI層2302，且進一步填充吸收增強開口1602(參見圖22)及像素內隔離溝槽1702(參見圖22)。CBSI層2302例如可為或可包括氧化矽及/或一些其他適合的介電質。此外，CBSI層2302可例如具有小於半導體基底106的折射率的折射率。在一些實施例中，CBSI層2302藉由CVD、PVD、熱氧化、 一些其他適合的沈積製程或前述的任何組合形成。
如由圖24的截面圖2400所示出，在CBSI層2302(參見圖23)中執行平坦化直至達到半導體基底106以形成CBSI結構102。此外，半導體基底106的背側106b經圖案化以形成像素間隔離溝槽1802。像素間隔離溝槽1802將像素感測器104彼此分隔開，且可例如關於圖18所描述形成。平坦化可例如藉由CMP或一些其他適合的平坦化製程執行。
如由圖25的截面圖2500所示出，形成第一背側襯裡318、第二背側襯裡320以及第一背側介電層314a。第一背側襯裡318及第二背側襯裡320裝襯於像素間隔離溝槽1802(參見圖24)，且第一背側介電層314a填充第一背側襯裡318及第二背側襯裡320上方的像素間隔離溝槽1802。第一背側襯裡318、第二背側襯裡320以及第一背側介電層314a共同限定像素間隔離溝槽1802中的像素間溝槽隔離結構116。第一背側襯裡318及/或第一背側介電層314a可為或可包括例如氧化矽及/或一些其他適合的介電質。在一些實施例中，第一背側襯裡318及第一背側介電層314a為相同材料。第二背側襯裡320可為或可包括例如高k介電質及/或一些其他適合的介電質。
第一背側襯裡318及第二背側襯裡320可例如藉由CVD、PVD、熱氧化、一些其他適合的沈積製程或前述的任何組合來形成。第一背側介電層314a可例如藉由沈積第一背側介電層314a且隨後在第一背側介電層314a中執行平坦化來形成。平坦化可例如藉由CMP或一些其他適合的平坦化製程執行。
在替代實施例中，省略在圖23處的CBSI層2302的形成 及在圖24處的平坦化。在此類替代實施例中，第一背側襯裡318及第二背側襯裡320裝襯於吸收增強開口1602(參見圖22)及像素內隔離溝槽1702(參見圖22)。此外，第一背側介電層314a填充在第一背側襯裡318及第二背側襯裡320上方的吸收增強開口1602及像素內隔離溝槽1702。因此，在替代實施例中，CBSI結構102可例如藉由第一背側襯裡318、第二背側襯裡320以及第一背側介電層314a限定。
如由圖26的截面圖2600所示出，金屬層312、第二背側介電層314b及硬式罩幕層316(統稱為複合柵格膜)堆疊形成於第一背側介電層314a上。
如由圖27的截面圖2700所示出，金屬層312、第二背側介電層314b以及硬式罩幕層316經圖案化以限定複合柵格302且形成上覆於像素感測器104的彩色濾光片開口2702。在一些實施例中，圖案化藉由蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程來執行。蝕刻製程可例如包括：1)在硬式罩幕層316上形成罩幕2704；2)在罩幕2704就位的情況下，施加一或多個蝕刻劑2706；以及3)剝離罩幕2704。
如由圖28的截面圖2800所示出，形成覆蓋硬式罩幕層316且裝襯於彩色濾光片開口2702(參見圖27)的複合柵格襯裡314c。此外，形成填充複合柵格襯裡314c上方的彩色濾光片開口2702的彩色濾光片120且微透鏡122形成於彩色濾光片120上。複合柵格襯裡314c可為或可包括例如氧化矽及/或一些其他適合的介電質。
儘管參考方法描述圖22至圖28中繪示的截面圖2200至 截面圖2800，但應瞭解，圖22至圖28中繪示的結構不限於所述方法，而是可以獨立於所述方法。儘管圖22至圖28描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作並非限制性的，而在其他實施例中，可改變動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可全部或部分地省略所示出及/或描述的一些動作。
參考圖29，提供圖22至圖28的方法的一些實施例的方塊圖2900。
在2902處，提供基底及光偵測器，其中光偵測器處於基底中。參見例如圖22。
在2904處，在基底的背側中執行第一蝕刻以限定具有傾斜側壁的吸收增強開口，其中開口上覆於光偵測器。參見例如圖22。
在2906處，在基底的背側中執行第二蝕刻以限定像素內隔離溝槽，其中像素內隔離溝槽鄰接吸收增強開口。參見例如圖22。
在2908處，形成覆蓋基底的背側的第一介電層，且進一步填充吸收增強開口及像素內隔離溝槽。參見例如圖23。
在2910處，在第一介電層中執行平坦化直至基底以在吸收增強開口及像素內隔離溝槽中形成CBSI結構。參見例如圖24。CBSI結構用作反射器以使用例如TIR將輻射限置於基底。藉由限制輻射，CBSI結構減少串擾、增加吸收以及增加量子效率。
在2912處，在基底的背側中執行第三蝕刻以形成像素間隔離溝槽，其中像素間隔離溝槽包括一對區段，且其中光偵測器及CBSI結構包夾於區段之間。參見例如圖24。
在2914處，沈積覆蓋基底的背側的第二介電層，且進一步填充像素間隔離溝槽。參見例如圖25。
在2916處，在第二介電層中執行平坦化以平化第二介電層的上部表面或頂部表面且在像素間隔離溝槽中形成像素間溝槽隔離結構。參見例如圖25。
在2918處，在第二介電層上形成複合柵格、彩色濾光片以及微透鏡。參見例如圖26至圖28。
雖然圖29的方塊圖2900在本文中示出且描述為一系列動作或事件，但應瞭解，不應以限制性意義來解釋此類動作或事件的所示出次序。舉例而言，除本文中所示出及/或所描述的動作或事件之外，一些動作可與其他動作或事件以不同次序及/或同時出現。此外，並非可需要所有經示出的動作以實施本文中描述的一或多個態樣或實施例，且本文中所描繪的動作中的一或多者可在一或多個單獨動作及/或階段中進行。
參考圖30至圖46，提供用於形成包括CBSI結構的3D BSI影像感測器的方法的一些實施例的一系列截面圖3000至截面圖4600。截面圖3000至截面圖4600示出使用圖15的3D BSI影像感測器的方法，但亦可用於形成3D BSI影像感測器的替代實施例，所述替代實施例具有前述圖式中的任一者中的CBSI結構的實施例。
如由圖30的截面圖3000所示出，第一積體晶片1502及第二積體晶片1504前側至前側結合在一起。第一積體晶片1502及第二積體晶片1504可例如關於圖15所描述。所述結合可例如藉由熔化結合(fusion bonding)、混合結合(hybrid bonding)或一 些其他適合的結合製程執行。
如由圖31的截面圖3100所示出，第一積體晶片1502的第一基底106變薄以減小第一基底106的厚度Tss。厚度Tss可例如減小至約2.5微米或一些其他適合的厚度。亦示出，犧牲介電層3102形成於第一基底106的背側上。犧牲介電層3102例如可為或可包括氧化矽及/或一些其他適合的介電質。
如由圖32的截面圖3200所示出，第一基底106的背側經圖案化以形成吸收增強開口1602及上覆於光偵測器108的像素內隔離溝槽1702，且進一步形成分隔光偵測器108的像素間隔離溝槽1802。圖案化可例如根據關於圖16至圖18所示出的及描述的動作來執行。此外，犧牲介電層3102(參見圖31)藉由例如蝕刻製程、清潔製程或一些其他適合的移除製程來移除。
如由圖33的截面圖3300所示出，第一背側襯裡318、一對第二背側襯裡320a、第二背側襯裡320b、第三背側襯裡1540以及金屬層3302堆疊形成於第一基底106的背側上，從而填充吸收增強開口1602(參見圖32)、像素內隔離溝槽1702(參見圖32)以及像素間隔離溝槽1802(參見圖32)。此在吸收增強開口1602及像素內隔離溝槽1702中形成CBSI結構102，且進一步在像素間隔離溝槽1802中形成像素間溝槽隔離結構116及在像素間隔離溝槽1802中形成第一金屬柵格1542。應注意，由於吸收增強開口1602及像素內隔離溝槽1702的尺度，在吸收增強開口1602及像素內隔離溝槽1702中繪示第一背側襯裡318、所述對第二背側襯裡320a、第二背側襯裡320b、以及第三背側襯裡1540為不切實際的。因此，CBSI結構102的散列已改變且表示第一背側襯裡 318、第二背側襯裡320a、第二背側襯裡320b中的一個或兩個、第三背側襯裡1540或前述的任何組合。
在替代實施例中，在形成第一背側襯裡318之前，用介電材料填充吸收增強開口1602及像素內隔離溝槽1702。舉例而言，介電材料可在形成第一背側襯裡318之前沈積及平面化。圖23及圖24繪示此情況的實例。
如由圖34的截面圖3400所示出，在金屬層3302中執行回蝕以使金屬層3302的頂部表面凹陷至第三背側襯裡1540的頂部表面下方。回蝕亦可例如使第三背側襯裡1540變薄。另外，在回蝕之後，形成覆蓋第三背側襯裡1540及第一金屬柵格1542的頂蓋層1544。在一些實施例中，頂蓋層1544的形成包括沈積頂蓋層1544且隨後在頂蓋層中執行平坦化。然而，其他製程為適合的。
如由圖35的截面圖3500所示出，在第一基底106的背側上執行圖案化製程以形成TSV開口3502。圖案化製程可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。此外，形成覆蓋頂蓋層1544且裝襯於TSV開口3502的一對TSV襯裡1552、TSV襯裡1554。
如由圖36的截面圖3600所示出，在第一基底106的背側上執行圖案化製程以將TSV開口3502延伸至第二積體晶片1504的第二內連線結構1530。圖案化製程可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。
如由圖37的截面圖3700所示出，藉由導電材料填充TSV開口3502(參見圖36)以在TSV開口3502中形成TSV 1550。用於填充TSV開口3502的製程可例如包括沈積填充TSV開口3502 的導電層且在導電層中執行平坦化。另外，形成覆蓋TSV 1550、頂蓋層1544以及TSV襯裡1552、TSV襯裡1554的蝕刻終止層1546。
如由圖38的截面圖3800所示出，在第一基底106的背側上執行圖案化製程以形成第一襯墊開口3802。圖案化製程可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。此外，形成覆蓋蝕刻終止層1546且裝襯於第一襯墊開口3802的襯墊介電質襯裡1526。
如由圖39的截面圖3900所示出，在第一基底106的背側上執行圖案化製程以將第一襯墊開口3802延伸至第一積體晶片1502的第一內連線結構1506。圖案化製程可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。此外，形成覆蓋襯墊介電質襯裡1526且裝襯於襯墊介電質襯裡1526上方的第一襯墊開口3802(作為延伸的)的襯墊層3902。
如由圖40的截面圖4000所示出，襯墊層3902經圖案化成襯墊結構1522。圖案化亦可例如使襯墊介電質襯裡1526變薄及/或可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。此外，形成填充襯墊結構1522上方的第一襯墊開口3802(參見圖39)的襯墊介電層1528。
如由圖41的截面圖4100所示出，圖案化襯墊介電層1528以部分移除至襯墊結構1522的側面的襯墊介電層1528的部分。圖案化可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。
如由圖42截面圖4200所示出，使襯墊介電層1528及襯 墊介電質襯裡1526凹入直至位於第一襯墊開口3802(參見圖39)。凹入可例如藉由平坦化及/或回蝕執行。平坦化可例如藉由CMP及/或一些其他適合的平坦化製程來執行。當凹入至少部分藉由CMP執行時，在圖41處的圖案化可例如減小CMP負載。
如由圖43的截面圖4300所示出，在第一基底106的背側上執行圖案化製程以形成暴露第一基底106的接地開口4302。圖案化可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。
如由圖44的截面圖4400所示出，金屬層312在蝕刻終止層1546、襯墊介電層1528以及襯墊介電質襯裡1526上方形成且進一步填充接地開口4302(參見圖43)。此外，背側介電層314b及硬式罩幕層316在金屬層312上方堆疊形成。
如由圖45的截面圖4500所示出，金屬層312、背側介電層314b以及硬式罩幕層316經圖案化以形成限定彩色濾光片開口2702的複合柵格302。圖案化可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。此外，形成裝襯於複合柵格302的複合柵格襯裡314c。
如由圖46的截面圖4600所示出，襯墊介電層1528及複合柵格襯裡314c經圖案化以形成第二襯墊開口1524。圖案化可例如藉由微影/蝕刻製程或一些其他適合的圖案化製程執行。此外，彩色濾光片120形成於彩色濾光片開口2702(參見圖45)中且微透鏡122形成於彩色濾光片120上。
儘管參考方法描述圖30至圖46中繪示的截面圖3000至截面圖4600，但應瞭解，圖30至圖46中繪示的結構不限於所述 方法，而是可以獨立於所述方法。儘管圖30至圖46描述為一系列動作，但應瞭解，此等動作並非限制性的，而在其他實施例中，可改變動作的次序，且所揭露的方法亦適用於其他結構。在其他實施例中，可全部或部分地省略所示出及/或描述的一些動作。
在一些實施例中，本申請案提供一種影像感測器，所述影像感測器包含：基底；第一溝槽隔離結構，延伸至基底的背側中至第一深度且包含一對第一溝槽隔離區段；光偵測器，處於基底中，位於第一溝槽隔離區段之間且與第一溝槽隔離區段鄰接；第二溝槽隔離結構，位於第一溝槽隔離區段之間，其中第二溝槽隔離結構延伸至基底的背側中至小於第一深度的第二深度且包含一對第二溝槽隔離區段；以及吸收增強結構，上覆於光偵測器且位於第二溝槽隔離區段之間，其中吸收增強結構凹入至基底的背側中。在一些實施例中，吸收增強結構鄰接第二溝槽隔離結構，其中吸收增強結構的底部表面為平坦的且自第二溝槽隔離區段中的一者延伸至第二溝槽隔離區段中的另一者。在一些實施例中，吸收增強結構具有傾斜側壁。在一些實施例中，吸收增強結構與第二溝槽隔離結構分隔開且具有三角形輪廓。在一些實施例中，吸收增強結構與第二溝槽隔離結構交疊且具有帶有三角形輪廓的向下突起。在一些實施例中，吸收增強結構及第二溝槽隔離結構包含介電材料，所述介電材料的折射率小於基底的折射率。在一些實施例中，第二溝槽隔離結構具有為方形環形的頂部佈局。在一些實施例中，第二溝槽隔離結構具有為十字形的頂部佈局。在一些實施例中，吸收增強結構具有為方形或菱形的頂部佈局。
根據本發明的一些實施例，其中所述吸收增強結構鄰 接所述第二溝槽隔離結構，且其中所述吸收增強結構的底部表面為平坦的且自所述第二溝槽隔離區段中的一者延伸至所述第二溝槽隔離區段中的另一者。
根據本發明的一些實施例，其中所述吸收增強結構具有傾斜側壁。
根據本發明的一些實施例，其中所述吸收增強結構與所述第二溝槽隔離結構分隔開且具有三角形輪廓。
根據本發明的一些實施例，其中所述吸收增強結構與所述第二溝槽隔離結構交疊且具有帶有三角形輪廓的向下突起。
根據本發明的一些實施例，其中所述吸收增強結構及所述第二溝槽隔離結構包括介電材料，所述介電材料的折射率小於所述基底的折射率。
根據本發明的一些實施例，其中所述第二溝槽隔離結構具有為方形環形的頂部佈局。
根據本發明的一些實施例，其中所述第二溝槽隔離結構具有為十字形的頂部佈局。
根據本發明的一些實施例，其中所述吸收增強結構具有為方形或菱形的頂部佈局。
在一些實施例中，本申請案提供一種影像感測器，所述影像感測器包含：基底；溝槽隔離結構，延伸至基底的背側表面中至第一深度且包含一對溝槽隔離區段；光偵測器，處於基底中，位於第一溝槽隔離區段之間且緊鄰第一溝槽隔離區段；以及介電結構，位於基底的背側表面上，其中介電結構突出至背側表面中至小於 第一深度的第二深度，且其中所述介電結構具有傾斜側壁，所述傾斜側壁上覆於光偵測器且自背側表面傾斜至背側表面與第二深度之間的中點。在一些實施例中，介電結構的寬度自基底的背側表面至中點減小且自中點至第二深度為實質上均勻的。在一些實施例中，介電結構的底部輪廓為M形。在一些實施例中，傾斜側壁在中點處相接。在一些實施例中，介電結構具有圍繞傾斜側壁且上覆於光偵測器的環形部分，其中環形部分具有第二深度。
根據本發明的一些實施例，其中所述介電結構的寬度自所述基底的所述背側表面至所述中點減小且自所述中點至所述第二深度為實質上均勻的。
根據本發明的一些實施例，其中所述介電結構的底部輪廓為M形。
根據本發明的一些實施例，其中所述傾斜側壁在所述中點處相接。
根據本發明的一些實施例，其中所述介電結構具有圍繞所述傾斜側壁且上覆於所述光偵測器的環形部分，且其中所述環形部分具有所述第二深度。
在一些實施例中，本申請案提供一種用於形成影像感測器的方法，所述方法包含：在基底中形成光偵測器；在基底的背側中執行第一蝕刻以形成上覆於光偵測器且具有傾斜側壁的吸收增強開口(absorption enhancement opening；AEO)；在基底的背側中執行第二蝕刻以形成鄰接AEO的第一隔離溝槽(first isolation trench；FIT)；在基底的背側中執行第三蝕刻以形成第二隔離溝槽 (second isolation trench；SIT)，所述第二隔離溝槽延伸至基底的背側中至比FIT更大的深度，且其中SIT包含包夾於光偵測器、AEO以及FIT之間的相對區段；以及用介電材料填充AEO、FIT以及SIT。在一些實施例中，AEO具有三角形輪廓，且其中FIT具有為方形環形的頂部佈局。在一些實施例中，經由AEO在基底中執行第二蝕刻，使得AEO與FIT交疊。在一些實施例中，AEO及SIT具有為方形及/或菱形的頂部佈局。在一些實施例中，當完成第一蝕刻時，吸收增強開口具有等腰梯形輪廓。在一些實施例中，填充包含：在AEO、FIT以及SIT中沈積介電層，且進一步覆蓋基底的背側，其中介電層包含介電材料；以及在介電層中執行平坦化。
根據本發明的一些實施例，其中所述AEO具有三角形輪廓，且其中所述FIT具有為方形環形的頂部佈局。
根據本發明的一些實施例，其中經由所述AEO在所述基底中執行所述第二蝕刻，使得所述AEO與所述FIT交疊。
根據本發明的一些實施例，其中所述AEO及所述SIT具有為方形及/或菱形的頂部佈局。
根據本發明的一些實施例，其中當完成所述第一蝕刻時，所述吸收增強開口具有等腰梯形輪廓。
根據本發明的一些實施例，其中所述填充包括：在所述AEO、所述FIT以及所述SIT中沈積介電層，且進一步覆蓋所述基底的所述背側，其中所述介電層包括所述介電材料；以及在所述介電層中執行平坦化。
前文概述若干實施例的特徵以使得所屬領域中具通常知識者可更佳地理解本揭露內容的態樣。所屬領域中具通常知識者 應理解，其可易於使用本揭露內容作為設計或修改用於實現本文中所引入的實施例的相同目的及/或達成相同優點的其他方法及結構的基礎。所屬領域中具通常知識者亦應認識到，此類等效構造並不脫離本揭露內容的精神及範疇，且所屬領域中具通常知識者可在不脫離本揭露內容的精神及範疇的情況下在本文中進行作出改變、替代及更改。
100A:截面圖
102:CBSI結構
104:像素感測器
106:半導體基底
106b:背側
106f:前側
106np:奈米多孔層
108:光偵測器
110:背側介電層
112:吸收增強結構
114:像素內溝槽隔離結構
116:像素間溝槽隔離結構
118:輻射
120:彩色濾光片
122:微透鏡
D1:第一深度
D2:第二深度
P:間距
Wp:寬度

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，包括：基底；第一溝槽隔離結構，延伸至所述基底的背側中至第一深度且包括一對第一溝槽隔離區段；光偵測器，處於所述基底中，位於所述第一溝槽隔離區段之間且與所述第一溝槽隔離區段鄰接；第二溝槽隔離結構，位於所述第一溝槽隔離區段之間，其中所述第二溝槽隔離結構延伸至所述基底的所述背側中至小於所述第一深度的第二深度且包括一對第二溝槽隔離區段；以及吸收增強結構，上覆於所述光偵測器且位於所述第二溝槽隔離區段之間，其中所述吸收增強結構凹入至所述基底的所述背側中。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述吸收增強結構鄰接所述第二溝槽隔離結構，且其中所述吸收增強結構的底部表面為平坦的且自所述第二溝槽隔離區段中的一者延伸至所述第二溝槽隔離區段中的另一者。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述吸收增強結構具有傾斜側壁。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述吸收增強結構與所述第二溝槽隔離結構分隔開且具有三角形輪廓。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述吸收增強結構與所述第二溝槽隔離結構交疊且具有帶有三角形輪廓的向下突起。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述第二溝槽隔離結構具有為方形環形或十字形的頂部佈局。
  7. 一種影像感測器，包括：基底；溝槽隔離結構，延伸至所述基底的背側表面中至第一深度且包括一對溝槽隔離區段；光偵測器，處於所述基底中，位於所述溝槽隔離區段之間且緊鄰所述溝槽隔離區段；以及介電結構，位於所述基底的所述背側表面上，其中所述介電結構突出至所述背側表面中至小於所述第一深度的第二深度，且其中所述介電結構具有傾斜側壁，所述傾斜側壁上覆於所述光偵測器且自所述背側表面傾斜至所述背側表面與所述第二深度之間的中點。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的影像感測器，其中所述介電結構的寬度自所述基底的所述背側表面至所述中點減小且自所述中點至所述第二深度為實質上均勻的。
  9. 一種用於形成影像感測器的方法，所述方法包括：在基底中形成光偵測器；在所述基底的背側中執行第一蝕刻以形成上覆於所述光偵測器且具有傾斜側壁的吸收增強開口(AEO)；在所述基底的所述背側中執行第二蝕刻以形成鄰接所述AEO的第一隔離溝槽(FIT)；在所述基底的所述背側中執行第三蝕刻以形成第二隔離溝槽(SIT)，所述第二隔離溝槽延伸至所述基底的所述背側中至比所述 FIT更大的深度，且其中所述SIT包括包夾於所述光偵測器、所述AEO以及所述FIT之間的相對區段；以及用介電材料填充所述AEO、所述FIT以及所述SIT。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的用於形成影像感測器的方法，其中所述AEO具有三角形輪廓，且其中所述FIT具有為方形環形的頂部佈局。
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