TWI855815B - 影像感測器 - Google Patents
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Abstract
一種影像感測器，包括以下構件。閘極結構位在基底上。光偵測器與儲存節點分別位在閘極結構的一側與另一側的基底中。介電層位在基底與閘極結構上，且具有位在光偵測器的正上方的第一開口。第一遮光層位在介電層中，且具有位在光偵測器的正上方的第二開口。第一開口位在第二開口的上方。第一遮光層具有朝基底延伸且與基底分離的第一延伸部。第二遮光層位在第一開口的側壁上，且具有位在光偵測器的正上方的第三開口。第二遮光層連接於第一遮光層。第三遮光層位在介電層上，且連接於第二遮光層。第三遮光層位在儲存節點的正上方。
Description
本發明是有關於一種半導體結構，且特別是有關於一種影像感測器。
目前，影像感測器廣泛應用於許多現代電子裝置。然而，當散射光(stray light)照射到儲存節點(storage node)時，會提高寄生光敏感度(parasitic light sensitivity，PLS)，而降低影像品質。因此，如何如降低影像感測器的寄生光敏感度為目前持續努力的目標。
本發明提供一種影像感測器，其可防止散射光照射到儲存節點，進而降低寄生光敏感度。
本發明提出一種影像感測器，包括基底、閘極結構、光偵測器、儲存節點、介電層、第一遮光層、第二遮光層與第三遮光層。閘極結構位在基底上。光偵測器(photodetector)位在閘極結構的一側的基底中。儲存節點位在閘極結構的另一側的基底中。介電層位在基底與閘極結構上。介電層具有位在光偵測器的正上方的第一開口。第一遮光層位在介電層中。第一遮光層具有位在光偵測器的正上方的第二開口。第一開口位在第二開口的上方。第一遮光層具有朝基底延伸的第一延伸部。第一延伸部與基底彼此分離。第二遮光層位在第一開口的側壁上。第二遮光層具有位在光偵測器的正上方的第三開口。第二遮光層連接於第一遮光層。第三遮光層位在介電層上。第三遮光層連接於第二遮光層。第三遮光層位在儲存節點的正上方。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第一遮光層更可位在儲存節點的正上方。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第二遮光層可突出於介電層的頂面。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第三遮光層更可位在閘極結構的正上方。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第一遮光層、第二遮光層與第三遮光層可接地。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括終止層。終止層位在介電層與基底之間以及介電層與閘極結構之間。第一延伸部可連接於終止層。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括光管結構。光管結構位在第三開口中。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，基底可包括畫素區。影像感測器可位在畫素區中。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，第三遮光層可從第二遮光層延伸至畫素區的邊緣區中。
依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器中，更可包括摻雜區。摻雜區位在畫素區的邊緣區的基底中。第一遮光層更可具有第二延伸部。第二延伸部可電性連接於摻雜區。
基於上述，在本發明所提出的影像感測器中，介電層具有位在光偵測器的正上方的第一開口。第一遮光層位在介電層中。第一遮光層具有位在光偵測器的正上方的第二開口。第一開口位在第二開口的上方。第一遮光層具有朝基底延伸的第一延伸部。第二遮光層位在第一開口的側壁上。第二遮光層具有位在光偵測器的正上方的第三開口。第二遮光層連接於第一遮光層。第三遮光層位在介電層上。第三遮光層連接於第二遮光層。第三遮光層位在儲存節點的正上方。因此，可藉由第一遮光層、第二遮光層與第三遮光層來防止散射光照射到儲存節點，藉此可降低影像感測器的寄生光敏感度，進而提升影像品質。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖1為根據本發明的一些實施例的影像感測器的剖面圖。
請參照圖1，影像感測器10包括基底100、閘極結構102、光偵測器104、儲存節點106、介電層108、遮光層110、遮光層112與遮光層114。基底100可包括畫素區R1。影像感測器10可位在畫素區R1中。在一些實施例中，基底100可為半導體基底，如矽基底。在一些實施例中，影像感測器10更可包括多個隔離結構116。在一些實施例中，隔離結構116可為淺溝渠隔離(shallow trench isolation，STI)結構或深溝渠隔離(deep trench isolation，DTI)結構。在一些實施例中，隔離結構116的材料例如氧化矽。
閘極結構102位在基底100上。閘極結構102可包括閘極118與閘介電層120。閘極118位在基底100上。在一些實施例中，閘極118可作為轉移閘極(transfer gate)。在一些實施例中，閘極118的材料例如是摻雜多晶矽。閘介電層120位在閘極118與基底100之間。在一些實施例中，閘介電層120的材料例如是氧化矽。在一些實施例中，影像感測器10更可包括間隙壁122。間隙壁122位在閘極結構102的側壁上。在一些實施例中，間隙壁122的材料例如是氮化矽、氧化矽或其組合。
光偵測器104位在閘極結構102的一側的基底100中。在一些實施例中，光偵測器104例如是光二極體(photodiode)。
儲存節點106位在閘極結構102的另一側的基底100中。在一些實施例中，儲存節點106可包括摻雜區。
介電層108位在基底100與閘極結構102上。介電層108具有位在光偵測器104的正上方的開口OP1。在一些實施例中，介電層108可為多層結構。在一些實施例中，介電層108的材料例如是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽(SiON)、氮碳化矽(SiCN)、低介電常數(low-k)材料等材料或其組合。
遮光層110位在介電層108中。遮光層110具有位在光偵測器104的正上方的開口OP2。開口OP1位在開口OP2的上方。遮光層110具有朝基底100延伸的延伸部P1。延伸部P1與基底100彼此分離。在一些實施例中，遮光層110與延伸部P1可為一體成型。在一些實施例中，遮光層110更可位在儲存節點106的正上方。在圖1的剖面圖中，雖然遮光層110分成多個部分，但遮光層110的多個部分可相互連接且可為一體成型。介電層108可填入開口OP2中。在一些實施例中，遮光層110的材料例如是鎢。
遮光層112位在開口OP1的側壁上。遮光層112具有位在光偵測器104的正上方的開口OP3。遮光層112連接於遮光層110。在一些實施例中，遮光層112可突出於介電層108的頂面S1。在一些實施例中，遮光層112的材料例如是鈦、氮化鈦、鋁、鎢、鉑、銅、鉭、氮化鉭或其組合。
遮光層114位在介電層108上。遮光層114連接於遮光層112。遮光層114位在儲存節點106的正上方。遮光層114更可位在閘極結構102的正上方。在一些實施例中，遮光層114可從遮光層112延伸至畫素區R1的邊緣區R2中。在一些實施例中，遮光層114的材料例如是鈦、氮化鈦、鎢、鋁、銅、鉭、氮化鉭或其組合。
在一些實施例中，遮光層110、遮光層112與遮光層114可接地。在一些實施例中，影像感測器10更可包括摻雜區124。摻雜區124位在畫素區R1的邊緣區R2的基底100中。在一些實施例中，摻雜區124可位在相鄰兩個隔離結構116之間。摻雜區124可接地。在一些實施例中，摻雜區124可藉由內連線結構(未示出)來進行接地。在一些實施例中，遮光層110可延伸至畫素區R1的邊緣區R2中，且遮光層110更可具有延伸部P2。在一些實施例中，遮光層110與延伸部P2可為一體成型。遮光層110的延伸部P2可電性連接於摻雜區124，藉此遮光層110、遮光層112與遮光層114可藉由摻雜區124來進行接地，但本發明並不以此為限。在另一些實施例中，遮光層110、遮光層112與遮光層114可藉由其他內連線結構(未示出)來進行接地。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括光管結構126。光管結構126位在開口OP3中。光管結構126可為單層結構或多層結構。在一些實施例中，光管結構126的材料例如是氧化矽、氧化鈦、有機透明層、無機透明層或其組合。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括閘極結構128。閘極結構128位在儲存節點106的一側的基底100上。儲存節點106位在閘極結構102與閘極結構128之間。閘極結構128可包括閘極130與閘介電層132。閘極130位在基底100上。在一些實施例中，閘極130可作為轉移閘極。在一些實施例中，閘極130的材料例如是摻雜多晶矽。閘介電層132位在閘極130與基底100之間。在一些實施例中，閘介電層132的材料例如是氧化矽。在一些實施例中，影像感測器10更可包括間隙壁134。間隙壁134位在閘極結構128的側壁上。在一些實施例中，間隙壁134的材料例如是氮化矽、氧化矽或其組合。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括摻雜區136。摻雜區136位在閘極結構128的一側的基底100中。閘極結構128位在儲存節點106與摻雜區136之間。在一些實施例中，摻雜區136可作為浮置擴散區(floating diffusion region)。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括閘極結構138。閘極結構138位在摻雜區136的一側的基底100上。摻雜區136位在閘極結構128與閘極結構138之間。閘極結構138可包括閘極140與閘介電層142。閘極140位在基底100上。在一些實施例中，閘極140的材料例如是摻雜多晶矽。閘介電層142位在閘極140與基底100之間。在一些實施例中，閘介電層142的材料例如是氧化矽。在一些實施例中，影像感測器10更可包括間隙壁144。間隙壁144位在閘極結構138的側壁上。在一些實施例中，間隙壁144的材料例如是氮化矽、氧化矽或其組合。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括摻雜區146。摻雜區146位在閘極結構138的一側的基底100中。閘極結構138位在摻雜區136與摻雜區146之間。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括閘極結構148。閘極結構148位在光偵測器104的一側的基底100上。光偵測器104位在閘極結構102與閘極結構148之間。閘極結構148可包括閘極150與閘介電層152。閘極150位在基底100上。在一些實施例中，閘極150的材料例如是摻雜多晶矽。閘介電層152位在閘極150與基底100之間。在一些實施例中，閘介電層152的材料例如是氧化矽。在一些實施例中，影像感測器10更可包括間隙壁154。間隙壁154位在閘極結構148的側壁上。在一些實施例中，間隙壁154的材料例如是氮化矽、氧化矽或其組合。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括摻雜區156。摻雜區156位在閘極結構148的一側的基底100中。閘極結構148位在光偵測器104與摻雜區156之間。在一些實施例中，光偵測器104、儲存節點106、摻雜區136、摻雜區146與摻雜區156可位在相鄰兩個隔離結構116之間。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括終止層158。在一些實施例中，終止層158可為接觸窗蝕刻終止層(contact etch stop layer，CESL)。終止層158位在介電層108與基底100之間以及介電層108與閘極結構102之間。在一些實施例中，終止層158更可位在介電層108與閘極結構128之間、介電層108與閘極結構138之間以及介電層108與閘極結構148之間。在一些實施例中，延伸部P1可連接於終止層158。在一些實施例中，延伸部P1與基底100可藉由終止層158而彼此分離。在一些實施例中，延伸部P2可穿過終止層158而電性連接於摻雜區124。在一些實施例中，終止層158的材料例如是氮化矽或氮氧化矽。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括內連線結構160、內連線結構162、內連線結構164、內連線結構166、內連線結構168與內連線結構170中的至少一者。內連線結構160、內連線結構162、內連線結構164、內連線結構166、內連線結構168與內連線結構170可分別電性連接於閘極118、閘極130、閘極140、摻雜區146、閘極150與摻雜區156。在一些實施例中，內連線結構160、內連線結構162、內連線結構164、內連線結構166、內連線結構168與內連線結構170可分別穿過終止層158而電性連接於閘極118、閘極130、閘極140、摻雜區146、閘極150與摻雜區156。在一些實施例中，內連線結構160、內連線結構162、內連線結構164、內連線結構166、內連線結構168與內連線結構170可分別包括接觸窗(contact)、導線、通孔(via)或其組合。在一些實施例中，內連線結構160的材料、內連線結構162的材料、內連線結構164的材料、內連線結構166的材料、內連線結構168的材料與內連線結構170的材料例如是鎢、鋁、銅、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或其組合。
在一些實施例中，影像感測器10更可包括平坦層172、彩色濾光層174與微透鏡176中的至少一者。平坦層172位在遮光層112、遮光層114與光管結構126上。在一些實施例中，平坦層172的材料可為透光材料，如光阻材料、氧化矽或氮氧化矽等。彩色濾光層174位在平坦層172上。微透鏡176位在彩色濾光層174上。在一些實施例中，彩色濾光層174與微透鏡176可位在光偵測器104的正上方。
基於上述實施例可知，在影像感測器10中，介電層108具有位在光偵測器104的正上方的開口OP1。遮光層110位在介電層108中。遮光層110具有位在光偵測器104的正上方的開口OP2。開口OP1位在開口OP2的上方。遮光層110具有朝基底100延伸的延伸部P1。遮光層112位在開口OP1的側壁上。遮光層112具有位在光偵測器104的正上方的開口OP3。遮光層112連接於遮光層110。遮光層114位在介電層108上。遮光層114連接於遮光層112。遮光層114位在儲存節點106的正上方。因此，可藉由遮光層110、遮光層112與遮光層114來防止散射光照射到儲存節點106，藉此可降低影像感測器10的寄生光敏感度，進而提升影像品質。
圖2為根據本發明的另一些實施例的影像感測器的剖面圖。
請參照圖1與圖2，圖2的影像感測器20與圖1的影像感測器10的差異如下。在圖2的影像感測器20中，彩色濾光層174可填入開口OP3，且位在開口OP3中的彩色濾光層174可用以作為光管結構使用，同時加強濾光的效果。在一些實施例中，影像感測器20可不包括圖1中的光管結構126與平坦層172。此外，在圖1的影像感測器10與圖2的影像感測器20中，相同的構件使用相同的標號表示，於此省略其說明。
基於上述實施例可知，在影像感測器20中，可藉由遮光層110、遮光層112與遮光層114來防止散射光照射到儲存節點106，藉此可降低影像感測器20的寄生光敏感度，進而提升影像品質。
圖3為根據本發明的另一些實施例的影像感測器的剖面圖。
請參照圖2與圖3，圖3的影像感測器30與圖2的影像感測器20的差異如下。在圖3的影像感測器30中，彩色濾光層174僅位在開口OP3中。光可藉由微透鏡176導入由彩色濾光層174所構成的光管結構，藉此可同時達到光導以及濾光的效果。此外，在圖2的影像感測器20與圖3的影像感測器30中，相同構件使用相同的標號表示，於此省略其說明。
基於上述實施例可知，在影像感測器30中，可藉由遮光層110、遮光層112與遮光層114來防止散射光照射到儲存節點106，藉此可降低影像感測器30的寄生光敏感度，進而提升影像品質。
綜上所述，在上述實施例的影像感測器中，介電層具有位在光偵測器的正上方的第一開口。第一遮光層位在介電層中。第一遮光層具有位在光偵測器的正上方的第二開口。第一開口位在第二開口的上方。第一遮光層具有朝基底延伸的第一延伸部。第二遮光層位在第一開口的側壁上。第二遮光層具有位在光偵測器的正上方的第三開口。第二遮光層連接於第一遮光層。第三遮光層位在介電層上。第三遮光層連接於第二遮光層。第三遮光層位在儲存節點的正上方。因此，可藉由第一遮光層、第二遮光層與第三遮光層來防止散射光照射到儲存節點，藉此可降低影像感測器的寄生光敏感度，進而提升影像品質。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:影像感測器
100:基底
102,128,138,148:閘極結構
104:光偵測器
106:儲存節點
108:介電層
110,112,114:遮光層
116:隔離結構
118,130,140,150:閘極
120,132,142,152:閘介電層
122,134,144,154:間隙壁
124,136,146,156:摻雜區
126:光管結構
158:終止層
160,162,164,166,168,170:內連線結構
172:平坦層
174:彩色濾光層
176:微透鏡
OP1,OP2,OP3:開口
P1,P2:延伸部
R1:畫素區
R2:邊緣區
S1:頂面
圖1為根據本發明的一些實施例的影像感測器的剖面圖。
圖2為根據本發明的另一些實施例的影像感測器的剖面圖。
圖3為根據本發明的另一些實施例的影像感測器的剖面圖。
10:影像感測器
100:基底
102,128,138,148:閘極結構
104:光偵測器
106:儲存節點
108:介電層
110,112,114:遮光層
116:隔離結構
118,130,140,150:閘極
120,132,142,152:閘介電層
122,134,144,154:間隙壁
124,136,146,156:摻雜區
126:光管結構
158:終止層
160,162,164,166,168,170:內連線結構
172:平坦層
174:彩色濾光層
176:微透鏡
OP1,OP2,OP3:開口
P1,P2:延伸部
R1:畫素區
R2:邊緣區
S1:頂面
Claims (10)
- 一種影像感測器，包括： 基底； 閘極結構，位在所述基底上； 光偵測器，位在所述閘極結構的一側的所述基底中； 儲存節點，位在所述閘極結構的另一側的所述基底中； 介電層，位在所述基底與所述閘極結構上，且具有位在所述光偵測器的正上方的第一開口； 第一遮光層，位在所述介電層中，且具有位在所述光偵測器的正上方的第二開口，其中所述第一開口位在所述第二開口的上方，所述第一遮光層具有朝所述基底延伸的第一延伸部，且所述第一延伸部與所述基底彼此分離； 第二遮光層，位在所述第一開口的側壁上，具有位在所述光偵測器的正上方的第三開口，其中所述第二遮光層連接於所述第一遮光層；以及 第三遮光層，位在所述介電層上，且連接於所述第二遮光層，其中所述第三遮光層位在所述儲存節點的正上方。
- 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第一遮光層更位在所述儲存節點的正上方。
- 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第二遮光層突出於所述介電層的頂面。
- 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第三遮光層更位在所述閘極結構的正上方。
- 如請求項1所述的影像感測器，其中所述第一遮光層、所述第二遮光層與所述第三遮光層接地。
- 如請求項1所述的影像感測器，更包括： 終止層，位在所述介電層與所述基底之間以及所述介電層與所述閘極結構之間，其中所述第一延伸部連接於所述終止層。
- 如請求項1所述的影像感測器，更包括： 光管結構，位在所述第三開口中。
- 如請求項1所述的影像感測器，其中所述基底包括畫素區，且所述影像感測器位在所述畫素區中。
- 如請求項8所述的影像感測器，其中所述第三遮光層從所述第二遮光層延伸至所述畫素區的邊緣區中。
- 如請求項8所述的影像感測器，更包括： 摻雜區，位在所述畫素區的邊緣區的所述基底中，其中 所述第一遮光層更具有第二延伸部，且 所述第二延伸部電性連接於所述摻雜區。
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