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的制造方法
【专利说明】在具有类ΟΝΟ结构的背照式图像传感器中形成隐埋式滤色
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[0001]优先权数据
[0002]本申请是2014 年 6 月 18 日提交的标题为“Forming of Buried Color Filtersin a Back Side Illuminated Image Sensor Using an Etching-Stop Layer，，的美国专利申请第14/307,781号的连续申请(代理人案号为TSMC2014-0257/24061.2843)，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
[0003]本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地，涉及半导体图像传感器件及其形成方法。
【背景技术】
[0004]半导体图像传感器被用于感测诸如光的辐射。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)和电荷耦合器件(CCD)传感器被广泛用于各种应用，诸如数码相机或手机摄像头的应用。这些设备利用衬底中的像素(可包括光电二极管和晶体管)阵列来吸收投向衬底的辐射并且将所感测到的辐射转换为电信号。
[0005]背照式(BSI)图像传感器件是图像传感器件的一种类型。这些BSI图像传感器件可用于检测来自背侧的光。与前照式(FSI)图像传感器件相比，BSI图像传感器件具有更好的性能，尤其在低光照条件下。然而，制造BSI图像传感器件的传统方法仍然会导致BSI图像传感器件的特定缺陷。例如，传统BSI图像传感器的制造通常在遮光金属栅格上方的平面上形成滤色器阵列。然而，在金属栅格上方设置滤色器阵列使得光在可被所期望的像素检测到之前经过较长的光学路径。在金属栅格上方设置滤色器阵列还要求滤色器阵列和金属栅格之间的精确对准，因为任何非对准都会引起相邻像素之间不期望的串扰。
[0006]因此，虽然现有的BSI图像传感器件总的来说足以满足它们预期的目的，但它们并不是在每个方面都完全令人满意。
【发明内容】
[0007]为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种半导体图像传感器件，包括:衬底，具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；互连结构，设置在所述衬底的第一侧上方；多个辐射感测区域，位于所述衬底中，所述辐射感测区域被配置为感测从所述第二侧进入所述衬底的辐射；多个阻光结构，设置在所述衬底的第二侧上方；钝化层，涂覆在每一个阻光结构的顶面和侧壁上；以及多个间隔件，设置在所述钝化层的涂覆在所述阻光结构的侧壁上的部分上。
[0008]在该半导体图像传感器件中，所述阻光结构部分地限定多个开口，每一个开口均与对应的一个辐射感测区域垂直对准。
[0009]该半导体图像传感器件还包括:设置在所述开口中的多个滤色器，所述滤色器通过所述钝化层和所述间隔件与所述阻光结构隔开。
[0010]在该半导体图像传感器件中，每一个间隔件的最大横向尺寸在约100埃至约1500埃的范围内。
[0011]在该半导体图像传感器件中，所述钝化层比所述间隔件更透明；以及所述间隔件不具有设置在所述阻光结构的顶面上方的部分。
[0012]在该半导体图像传感器件中，所述钝化层和所述间隔件的材料组成被配置为在所述钝化层和所述间隔件之间存在蚀刻选择性
[0013]在该半导体图像传感器件中，所述钝化层包括第一介电材料；以及所述间隔件均包括金属材料或不同于所述第一介电材料的第二介电材料。
[0014]在该半导体图像传感器件中，所述第一介电材料包括氧化硅；所述第二介电材料包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或氮化钛；以及所述金属材料包括钨、铝铜或铜。
[0015]该半导体图像传感器件还包括:抗反射涂覆(ARC)层，设置在所述衬底的第二侧上方；以及缓冲层，设置在所述ARC层上方，所述阻光结构设置在所述缓冲层上方。
[0016]在该半导体图像传感器件中，所述阻光结构均包括铝。
[0017]根据本发明的另一方面，提供了一种半导体图像传感器件，包括:衬底，具有前侧和与所述前侧相对的背侧；互连结构，设置在所述衬底的前侧上方；多个像素，设置在所述衬底中，所述像素被配置为感测通过所述背侧进入所述衬底的光；多个光反射结构，设置在所述衬底的背侧上方；钝化层，涂覆在每一个光反射结构的顶面和侧壁上；多个间隔件，设置在所述钝化层的涂覆在所述光反射结构的侧壁上的部分上而没有设置在所述光反射结构的顶面上方，其中，所述间隔件和所述钝化层的材料组成被配置为使得所述间隔件和所述钝化层具有充分不同的蚀刻速率；以及多个滤色器，设置在所述光反射结构之间，每一个所述滤色器均与对应的一个像素对准，并且所述滤色器通过所述钝化层和所述间隔件与所述光反射结构隔呙。
[0018]在该半导体图像传感器件中，每一个所述间隔件的最大横向尺寸在约100埃至约1500埃的范围内。
[0019]在该半导体图像传感器件中，所述钝化层比所述间隔件更透明。
[0020]在该半导体图像传感器件中，所述钝化层包括氧化硅；所述间隔件均包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化钛、钨、铝铜或铜；以及所述光反射结构均包括铝。
[0021]该半导体图像传感器件还包括:抗反射涂覆(ARC)层，设置在所述衬底的背侧上方；以及缓冲层，设置在所述ARC层上方，所述光反射结构设置在所述缓冲层上方。
[0022]根据本发明的又一方面，提供了一种制造半导体图像传感器件的方法，包括:提供包括像素区域、外围区域和接合焊盘区域的衬底，所述像素区域包括多个感光像素，所述衬底具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧；将所述衬底的第一侧接合至载体衬底；在接合之后从所述第二侧处减薄所述衬底；在减薄之后，在所述衬底的第二侧上方形成多个光反射结构，所述光反射结构部分地限定多个开口，每一个开口均与对应的一个像素对准；在所述光反射结构的每一个上涂覆第一层；在所述第一层上涂覆第二层，所述第二层和所述第一层具有不同的材料组成；用第三层填充所述开口，所述第三层和所述第二层具有不同的材料组成；去除所述接合焊盘区域中的所述衬底的一部分；此后在所述接合焊盘区域中形成接合焊盘；此后蚀刻所述第三层，所述第二层在蚀刻所述第三层期间用作第一蚀刻停止层；以及此后蚀刻所述第二层，所述第一层在蚀刻所述第二层期间用作第二蚀刻停止层。
[0023]该方法还包括:在蚀刻所述第二层之后，在所述开口中形成多个滤色器。
[0024]在该方法中，使用干蚀刻工艺来执行所述第二层的蚀刻，从而形成设置在所述光反射结构的侧壁上方的多个间隔件，所述间隔件是所述第二层在蚀刻所述第二层之后遗留的部分。
[0025]在该方法中，以下列方式执行所述第一层的形成、所述第二层的形成和所述第三层的形成:所述第一层包括氧化硅；所述第二层包括氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、氮化钛、钨、铝铜或铜；以及所述第三层包括氧化硅。
[0026]该方法还包括:在所述衬底和所述光反射结构之间形成抗反射涂覆(ARC)层和缓冲层。
【附图说明】
[0027]当阅读附图时，可以根据以下详细的描述来更好地理解本发明的各个方面。注意，根据工业的标准实践，各种附图没有按比例绘制。实际上，为了讨论的清楚，各种部件的尺寸可以任意地增加或减小。
[0028]图1至图26是根据一些实施例的处于各个制造阶段的图像传感器件的一部分的简化截面图。
[0029]图27和图28是均示出根据一些实施例的制造图像传感器件的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030]以下公开提供了许多不同的用于实施本发明主题的不同特征的实施例或实例。以下描述部件或配置的具体实例以简化本发明。当然，这些仅仅是实例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成为直接接触的实施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件形成附件部件使得第一部件和第二部分没有直接接触的实施例。此外，本发明可以在各个实例中重复参考标号和/或字母。这些重复是为了简化和清楚，其本身并不表示所讨论的各个实施例和/或结构之间的关系。
[0031]此外，为了易于描述，可以使用空间相对术语(诸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述图中所示一个元件或部件与另一个元件或部件的关系。除图中所示的定向之外，空间相对术语还包括设备在使用或操作过程中的不同定向。装置可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他定向)，本文所使用的空间相对描述可因此进行类似的解释。
[0032]图1至图26是根据本发明各个方面的处于各个制造阶段的BSI图像传感器件30的简化示意性截面侧视图。图像传感器件30包括像素的阵列或栅格，用于感测和记录朝着图像传感器件30的背侧导向的辐射(诸如光)的强度。图像传感器件30可包括电荷耦合器件(CCD)、互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)、有源像素传感器(APS)或无源像素传感器。图像传感器件30还包括设置为与像素栅格相邻的附加电路和输入/输出，用于为像素提供操作环境并支持与像素的外部通信。应该理解，为了更好地理解本发明的发明概念而简化了图2至图6，并且可以不按比例绘制。
[0033]参照图1，图像传感器件30包括器件衬底32。在所示实施例中，器件衬底32包括掺有P型掺杂物(诸如硼)的硅材料(例如，P型衬底)。可选地，器件衬底32可包括另一种适当的半导体材料。例如，器件衬底32可包括掺有η型掺杂物(诸如磷或砷)的硅(η型衬底)。器件衬底32还可以包括诸如锗和金刚石的其他元素半导体。器件衬底32可任选地包括化合物半导体和/或合金半导体。此外，器件衬底32可包括取向附生层(外延层)，可以发生应变以增强性能，以及可以包括绝缘体上硅(SOI)衬底。
[0034]器件衬底32具有前侧(也称为前面)34和背侧(也称为背面)36。器件衬底32还具有初始厚度38，其在约100微米(um)至约3000um的范围内。在本实施例中，初始厚度38在约500um至约lOOOum的范围内。
[0035]在器件衬底32中形成辐射感测区域，例如，像素40、41和42。像素40至42被配置为感测从背侧36朝向器件衬底32投射的辐射(或辐射波)，诸如，入射光43。光43可以穿过背侧36(或背面)进入器件衬底32，并且可以被像素40至42中的一个或多个检测至IJ。在本实施例中，像素40至42均包括光电二极管。在其他实施例中，像素40至42可包括固定层光电二极管、光栅、复位晶体管、源极跟随器晶体管和传输晶体管。像素40至42还可以被称为辐射检测器件或光传感器。
[0036]像素40至42可以相互不同以具有不同的结深度、厚度、宽度等。为了简化，在图1中仅示出了三个像素40至42，但应该理解，可以在器件衬底32中实现任何数量的像素。在所示实施例中，通过在器件衬底32上从前侧34实施注入工艺46来形成像素40至42。注入工艺46包括用诸如硼的p型掺杂物来掺杂器件衬底32。在可选实施例中，注入工艺46可包括用诸如磷或砷的η型掺杂物来掺杂器件衬底32。在其他实施例中，还可以通过扩散工艺来形成像素40至42。
[0037]像素40至42通过器件衬底32中的多个间隙而相互分隔。例如，间隙45将像素40与其左侧相邻的像素(未示出)分隔，间隙46分隔像素40和4