TWI889434B

TWI889434B - 影像感測器結構

Info

Publication number: TWI889434B
Application number: TW113124977A
Authority: TW
Inventors: 李世平; 鍾志平; 廖宏魁
Original assignee: 力晶積成電子製造股份有限公司
Priority date: 2024-07-03
Filing date: 2024-07-03
Publication date: 2025-07-01

Abstract

一種影像感測器結構，包括基底、多個光偵測器、多個濾光層、多個微透鏡與遮光層。多個光偵測器位在基底中。多個光偵測器彼此分離。多個濾光層位在基底上，且位在多個光偵測器上方。多個微透鏡位在多個濾光層上。遮光層位在相鄰兩個微透鏡之間。相鄰兩個微透鏡藉由遮光層而彼此分離。

Description

影像感測器結構

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結構。

目前，影像感測器廣泛應用於許多現代電子裝置(如，智慧型手機或數位相機等)。然而，如何有效地防止在影像感測器中產生光學串擾(optical crosstalk)為目前持續努力的目標。

本發明提供一種影像感測器結構，其可有效地防止光學串擾。

本發明提出一種影像感測器結構，包括基底、多個光偵測器、多個濾光層、多個微透鏡與遮光層。多個光偵測器位在基底中。多個光偵測器彼此分離。多個濾光層位在基底上，且位在多個光偵測器上方。多個微透鏡位在多個濾光層上。遮光層位在相鄰兩個微透鏡之間。相鄰兩個微透鏡藉由遮光層而彼此分離。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，影像感測器結構可為背照式影像感測器(backside illuminated image sensor，BSI image sensor)結構或前照式影像感測器(front side illuminated image sensor，FSI image sensor)結構。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，遮光層更可位在相鄰兩個濾光層之間。相鄰兩個濾光層可藉由遮光層而彼此分離。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，更可包括多個介面層。多個介面層位在多個濾光層與基底之間。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，遮光層更可位在相鄰兩個介面層之間。相鄰兩個介面層可藉由遮光層而彼此分離。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，更可包括隔離結構。隔離結構位在基底中。隔離結構位在相鄰兩個光偵測器之間。相鄰兩個光偵測器可藉由隔離結構而彼此分離。遮光層可連接於隔離結構。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，遮光層更可位在隔離結構中。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，更可包括介電層。介電層位在多個濾光層與基底之間。遮光層可連接於介電層。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，更可包括內連線結構。內連線結構位在介電層中。遮光層可連接於內連線結構。

依照本發明的一實施例所述，在上述影像感測器結構中，更包括多個保護層。多個保護層位在多個微透鏡上。

基於上述，在本發明所提出的影像感測器結構中，遮光層位在相鄰兩個微透鏡之間，且相鄰兩個微透鏡藉由遮光層而彼此分離。因此，可藉由遮光層來有效地防止光學串擾。

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。

下文列舉實施例並配合附圖來進行詳細地說明，但所提供的實施例並非用以限制本發明所涵蓋的範圍。為了方便理解，在下述說明中相同的構件將以相同的符號標示來說明。此外，附圖僅以說明為目的，並未依照原尺寸作圖。事實上，為論述清晰起見，可任意增大或減小各種特徵的尺寸。

圖1A至圖1I為根據本發明的一些實施例的影像感測器結構的製造流程剖面圖。圖2為根據本發明的另一些實施例的影像感測器結構的剖面圖。

請參照圖1A，在基底100中形成多個光偵測器102。基底100例如是半導體基底，如矽基底。基底100可具有相對的第一面S1與第二面S2。第一面S1可為基底100的正面與背面中的一者，且第二面S2可為基底100的正面與背面中的另一者。在本實施例中，第一面S1是以基底100的正面為例，且第二面S2是以基底100的背面為例，但本發明並不以此為限。此外，在基底100的第一面S1(如，正面)上可形成有所需的構件(如，電晶體元件與內連線結構等)，於此省略其說明。多個光偵測器102彼此分離。光偵測器102例如是光二極體(photodiode)。

在一些實施例中，可在基底100中形成隔離結構104。隔離結構104位在基底100中。在本實施例中，隔離結構104可為深溝渠隔離(deep trench isolation，DTI)結構。

接著，在基底100上形成多個濾光層106。在本實施例中，多個濾光層106可形成在基底100的第二面S2(如，背面)上。多個濾光層106位在多個光偵測器102上方。濾光層106可為彩色濾光層，如紅色濾光層、綠色濾光層或藍色濾光層。然後，可在多個濾光層106上形成微透鏡層108。此外，濾光層106與微透鏡層108的形成方法為所屬技術領域具有通常知識者所周知，於此省略其說明。

在一些實施例中，可在多個濾光層106與基底100之間形成介面材料層110。在一些實施例中，介面材料層110的材料例如是氧化矽、高介電常數材料、類光阻材料或其組合。在一些實施例中，介面材料層110的形成方法例如是化學氣相沉積法或旋轉塗佈法。

請參照圖1B，可在微透鏡層108上形成保護材料層112。在一些實施例中，保護材料層112的材料例如是氧化矽。在一些實施例中，保護材料層112的形成方法例如是化學氣相沉積法。

接著，可在保護材料層112上形成硬罩幕材料層114。在一些實施例中，硬罩幕材料層114的材料例如是氮化鈦。在一些實施例中，硬罩幕材料層114的形成方法例如是化學氣相沉積法。

請參照圖1C，可在硬罩幕材料層114上形成圖案化光阻層PR1。在一些實施例中，圖案化光阻層PR1可藉由微影製程來形成。

接著，可利用圖案化光阻層PR1作為罩幕，移除部分硬罩幕材料層114，而形成硬罩幕層114a。在一些實施例中，部分硬罩幕材料層114的移除方法例如是乾式蝕刻法。

請參照圖1D，可移除圖案化光阻層PR1。在一些實施例中，圖案化光阻層PR1的移除方法例如是乾式剝離法(dry stripping)或濕式剝離法(wet stripping)。

請參照圖1E，可利用硬罩幕層114a作為罩幕，移除部分保護材料層112、部分微透鏡層108、部分濾光層106與部分介面材料層110，而形成開口OP1。藉此，可在多個濾光層106上形成多個微透鏡108a，可在多個微透鏡108a上形成多個保護層112a，且可在多個濾光層106與基底100之間形成多個介面層110a。在一些實施例中，開口OP1可暴露出隔離結構104。在一些實施例中，部分保護材料層112、部分微透鏡層108、部分濾光層106與部分介面材料層110的移除方法例如是乾式蝕刻法。

請參照圖1F，可在硬罩幕層114a上形成遮光材料層116。遮光材料層116填入開口OP1。遮光材料層116可具有凹陷R1。凹陷R1可位在相鄰兩個微透鏡108a之間。遮光材料層116可為單層結構或多層結構。在一些實施例中，遮光材料層116的材料例如是金屬、金屬化合物或其組合。在一些實施例中，遮光材料層116的材料例如是氮化鈦。在一些實施例中，遮光材料層116的形成方法例如是原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)法或化學氣相沉積法。

請參照圖1G，可在遮光材料層116上形成填充材料層118。填充材料層118可填入凹陷R1。在一些實施例中，填充材料層118的材料可為有機材料。在一些實施例中，填充材料層118可為有機平坦層(organic planarization layer，OPL)。在一些實施例中，填充材料層118的形成方法例如是旋轉塗佈法。

請參照圖1H，可對填充材料層118進行回蝕刻製程，而在凹陷R1中形成填充層118a。填充層118a可覆蓋位在開口OP1中的部分遮光材料層116。在一些實施例中，回蝕刻製程例如是乾式蝕刻製程。

請參照圖1I，可利用填充層118a作為罩幕，移除部分遮光材料層116，而形成遮光層116a。藉此，可在開口OP1中形成遮光層116a。在一些實施例中，在移除部分遮光材料層116的製程中，可同時移除硬罩幕層114a。在一些實施例中，部分遮光材料層116與硬罩幕層114a的移除方法例如是回蝕刻法(如，乾式蝕刻法)。

接著，可移除填充層118a。在一些實施例中，填充層118a的移除方法例如是濕式蝕刻法或乾式蝕刻法。

在本實施例中，可保留保護層112a，但本發明並不以此為限。在另一些實施例中，可藉由蝕刻製程來移除保護層112a。

以下，藉由圖1I來說明本實施例的影像感測器結構10。此外，雖然影像感測器結構10的形成方法是以上述方法為例來進行說明，但本發明並不以此為限。

請參照圖1I，影像感測器結構10包括基底100、多個光偵測器102、多個濾光層106、多個微透鏡108a與遮光層116a。影像感測器結構10可為背照式影像感測器結構或前照式影像感測器結構。在本實施例中，影像感測器結構10是以背照式影像感測器結構為例，但本發明並不以此為限。

多個光偵測器102位在基底100中。多個光偵測器102彼此分離。多個濾光層106位在基底100上，且位在多個光偵測器102上方。多個微透鏡108a位在多個濾光層106上。遮光層116a位在相鄰兩個微透鏡108a之間。相鄰兩個微透鏡108a藉由遮光層116a而彼此分離。因此，遮光層116a可用以阻擋雜散光(stray light)，進而可有效地防止光學串擾。在一些實施例中，遮光層116a更可位在相鄰兩個濾光層106之間。相鄰兩個濾光層106可藉由遮光層116a而彼此分離。在一些實施例中，遮光層116a的上視圖案可為網格狀(grid)。遮光層116a可為單層結構或多層結構。在一些實施例中，遮光層116a的材料例如是金屬、金屬化合物或其組合。在一些實施例中，遮光層116a的材料例如是氮化鈦。

在一些實施例中，影像感測器結構10更可包括多個介面層110a。多個介面層110a位在多個濾光層106與基底100之間。在一些實施例中，遮光層116a更可位在相鄰兩個介面層110a之間。相鄰兩個介面層110a可藉由遮光層116a而彼此分離。

在一些實施例中，影像感測器結構10更可包括隔離結構104。隔離結構104位在基底100中。隔離結構104位在相鄰兩個光偵測器102之間。相鄰兩個光偵測器102可藉由隔離結構104而彼此分離。在一些實施例中，遮光層116a可連接於隔離結構104。在本實施例中，遮光層116a可連接於隔離結構104的頂面S3，但本發明並不以此為限。在另一些實施例中，如圖2所示，遮光層116a更可位在隔離結構104中。

在一些實施例中，影像感測器結構10更包括多個保護層112a。多個保護層112a位在多個微透鏡108a上。在另一些實施例中，影像感測器結構10亦可不包括保護層112a。在本實施例中，多個濾光層106、多個微透鏡108a、遮光層116a、多個介面層110a與多個保護層112a可位在基底100的第二面S2(如，背面)上。

此外，影像感測器結構10中的各構件的詳細內容(如，材料與形成方法等)已於上述實施例進行詳盡地說明，於此不再說明。

基於上述實施例可知，在影像感測器結構10中，遮光層116a位在相鄰兩個微透鏡108a之間，且相鄰兩個微透鏡108a藉由遮光層116a而彼此分離。因此，可藉由遮光層116a來有效地防止光學串擾。

圖3為根據本發明的另一些實施例的影像感測器結構的剖面圖。圖4為根據本發明的另一些實施例的影像感測器結構的剖面圖。

請參照圖1與圖3，圖3的影像感測器結構20與圖1的影像感測器結構10的差異如下。影像感測器結構10為背照式影像感測器結構，而影像感測器結構20為前照式影像感測器結構。在影像感測器結構20中，多個濾光層106、多個微透鏡108a、遮光層116a、多個介面層110a與多個保護層112a可位在基底100的第一面S1(如，正面)上。此外，在影像感測器結構20中，隔離結構104可為淺溝渠隔離(shallow trench isolation，STI)結構。

在一些實施例中，影像感測器結構20更可包括介電層120。介電層120位在多個濾光層106與基底100之間。在一些實施例中，介電層120可位在多個介面層110a與基底100之間。遮光層116a可連接於介電層120。介電層120可為單層結構或多層結構。在一些實施例中，介電層120的材料例如是氧化矽、氮化矽或其組合。

在一些實施例中，影像感測器結構20更可包括內連線結構122。內連線結構122位在介電層120中。在一些實施例中，內連線結構122的材料例如是銅、鋁、鎢、鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦或其組合。

在本實施例中，如圖3所示，遮光層116a可連接於介電層120的頂面S4，但本發明並不以此為限。在另一些實施例中，如圖4所示，遮光層116a可延伸至介電層120中，且遮光層116a可連接於內連線結構122。

此外，在圖1至圖4中，相同或相似的構件以相同的符號表示，且省略其說明。

綜上所述，在上述實施例的的影像感測器結構中，遮光層位在相鄰兩個微透鏡之間，且相鄰兩個微透鏡藉由遮光層而彼此分離。因此，可藉由遮光層來有效地防止光學串擾。

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, 20: 影像感測器結構 100: 基底 102: 光偵測器 104: 隔離結構 106: 濾光層 108: 微透鏡層 108a: 微透鏡 110: 介面材料層 110a: 介面層 112: 保護材料層 112a: 保護層 114: 硬罩幕材料層 114a: 硬罩幕層 116: 遮光材料層 116a: 遮光層 118: 填充材料層 118a: 填充層 120: 介電層 122: 內連線結構 OP1: 開口 PR1: 圖案化光阻層 R1: 凹陷 S1: 第一面 S2: 第二面 S3, S4: 頂面

圖1A至圖1I為根據本發明的一些實施例的影像感測器結構的製造流程剖面圖。圖2為根據本發明的另一些實施例的影像感測器結構的剖面圖。圖3為根據本發明的另一些實施例的影像感測器結構的剖面圖。圖4為根據本發明的另一些實施例的影像感測器結構的剖面圖。

10:影像感測器結構

100:基底

102:光偵測器

104:隔離結構

106:濾光層

108a:微透鏡

110a:介面層

112a:保護層

116a:遮光層

OP1:開口

S1:第一面

S2:第二面

S3:頂面

Claims

一種影像感測器結構，包括：基底；多個光偵測器，位在所述基底中，且彼此分離；多個濾光層，位在所述基底上，且位在多個所述光偵測器上方；多個微透鏡，位在多個所述濾光層上；遮光層，位在相鄰兩個所述微透鏡之間，其中相鄰兩個所述微透鏡藉由所述遮光層而彼此分離，且所述遮光層直接接觸所述微透鏡的側壁以及所述濾光層的側壁；以及隔離結構，位在所述基底中，且位在相鄰兩個所述光偵測器之間，其中相鄰兩個所述光偵測器藉由所述隔離結構而彼此分離，所述遮光層連接於所述隔離結構，且所述遮光層更位在所述隔離結構中。
如請求項1所述的影像感測器結構，其中所述影像感測器結構包括背照式影像感測器結構或前照式影像感測器結構。
如請求項1所述的影像感測器結構，其中所述遮光層更位在相鄰兩個所述濾光層之間，且相鄰兩個所述濾光層藉由所述遮光層而彼此分離。
如請求項1所述的影像感測器結構，更包括：多個介面層，位在多個所述濾光層與所述基底之間。
如請求項4所述的影像感測器結構，其中所述遮光層更位在相鄰兩個所述介面層之間，且相鄰兩個所述介面層藉由所述遮光層而彼此分離。
如請求項1所述的影像感測器結構，更包括：多個保護層，位在多個所述微透鏡上。