半导体图像传感器的制作方法

本发明实施例涉及半导体图像传感器。

背景技术：

数字摄影机及其它成像装置采用图像传感器。图像传感器将光学图像转换为可表示为数字图像的数字数据。一图像传感器包括一像素传感器阵列及支持逻辑电路。阵列的像素传感器是用于测量入射光的单位装置，且支持逻辑电路促进测量读出。常用于光学成像装置中的一图像传感器类型是背照式(bsi)图像传感器。bsi图像传感器制造可整合到常规半导体程序中以降低成本、减小尺寸及提高整合度。此外，bsi图像传感器具有低操作电压、低电力消耗、高量子效率、低读出噪声且允许随机存取。

技术实现要素：

本发明的实施例揭露一种背照式(bsi)图像传感器，其包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；像素传感器，其位于所述衬底中；绝缘结构，其安置于所述背面上的所述衬底上方，所述绝缘结构包括面向所述正面的第一表面及面向所述背面的第二表面，且所述第二表面包括朝向所述正面弯曲的弯曲表面；彩色滤光器，其位于所述背面上的所述衬底上方；及微透镜，其位于所述背面上的所述彩色滤光器上方。

本发明的实施例揭露一种背照式(bsi)图像传感器，其包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；及多个像素传感器，其布置成阵列，且所述像素传感器中的每一个包括：感光装置，其位于所述衬底中；彩色滤光器，其位于所述背面上的所述感光装置上方；及光学结构，其位于所述彩色滤光器上方，其中所述光学结构包括第一侧壁，且所述第一侧壁及大体上与所述衬底的前表面平行的平面形成大于0°的夹角。

本发明的实施例揭露一种背照式(bsi)图像传感器，其包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；像素传感器，其位于所述衬底中；彩色滤光器，其位于所述背面上的所述衬底上方；及多个微透镜，其位于所述彩色滤光器上方，其中所述微透镜中的每一个的底面积小于所述彩色滤光器的顶面积，且所述多个微透镜的所述底面积的总和大于所述彩色滤光器的所述顶面积。

附图说明

从结合附图来解读的以下详细描述最佳地理解本揭露的方面。应注意，根据业界标准做法，各种装置未按比例绘制。事实上，为使讨论清楚，可任意增大或减小各种装置的尺寸。

图1是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图2a到2e是根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的bsi图像传感器的像素传感器的一系列剖面图。

图3是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图4a到4b是根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的bsi图像传感器的像素传感器的一系列剖面图。

图5是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图6a到6b是根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的bsi图像传感器的像素传感器的一系列剖面图。

图7是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图8是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图9是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图10是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图11是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

图12是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器的像素传感器的剖面图。

具体实施方式

以下揭露提供用于实施所提供的主题的不同特征的诸多不同实施例或实例。下文将描述元件及布置的特定实例以简化本揭露。当然，这些仅为实例且不意图具限制性。例如，在以下描述中，“使一第一装置形成于一第二装置上方或一第二装置上”可包括其中形成直接接触的所述第一装置及所述第二装置的实施例，且还可包括其中可形成介于所述第一装置与所述第二装置之间的额外装置使得所述第一装置及所述第二装置可不直接接触的实施例。此外，本揭露可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是为了简化及清楚且其本身不指示所讨论的各种实施例及/或配置之间的关系。

此外，为便于描述，例如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等空间相对术语可在本文中用于描述一元件或装置与另一(些)元件或装置的关系，如图中所绘示。空间相对术语除涵盖图中所描绘的定向之外，还意图涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可依其它方式定向(旋转90度或依其它定向)且还可相应地解译本文所使用的空间相对描述词。

如本文所使用，例如“第一”、“第二”及“第三”的术语描述各种元件、组件、区域、层及/或区段，这些元件、组件、区域、层及/或区段应不受限于这些术语。这些术语可仅用于区分一元件、组件、区域、层或区段与另一元件、组件、区域、层或区段。除非内文明确指示，否则本文所使用的例如“第一”、“第二”及“第三”的术语不隐含一序列或顺序。

如本文所使用，术语“近似”、“大体上”、“实质”及“约”用于描述及解释小变动。当所述术语与一事件或状况一起使用时，所述术语可涉及其中所述事件或状况精确发生的例项以及其中所述事件或状况非常近似发生的例项。例如，当所述术语与一数值一起使用时，所述术语可涉及小于或等于所述数值的±10％的变动范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％。例如，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％或小于或等于±0.05％)，那么所述值可被视为“大体上”相同或相等。例如，“大体上”平行可涉及小于或等于±10°的相对于0°的角变动范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°。例如，“大体上”垂直可涉及小于或等于±10°的相对于90°的角变动范围，例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°或小于或等于±0.05°。

如本文所使用，“微结构”是指形成衬底或彩色滤光器的不均匀或粗糙表面的凹陷或突出结构。如本文所使用，“凹槽”是从另一结构的外围或边缘凹陷的结构，而“突起”是从另一结构的外围或边缘突出的结构。

bsi图像传感器包括像素传感器阵列。通常，bsi图像传感器包括：集成电路，其具有半导体衬底及对应于布置于所述衬底内的所述像素传感器的光二极管；集成电路的后段工艺(beol)金属化层，其安置于所述衬底的正面上方；及光学堆叠，其包括对应于安置于所述衬底的背面上方的像素传感器的彩色滤光器及微透镜。随着bsi图像传感器的大小减小，bsi图像传感器面临诸多挑战。bsi图像传感器的一挑战是相邻像素传感器之间的串音，而bsi图像传感器的另一挑战是光收集。随着bsi图像传感器变得越来越小，用于光收集的表面积变得越来越小，由此降低像素传感器的敏感度。此对于弱光环境来说是个问题。因此，需要增加像素传感器的吸收效率及角响应以提高bsi图像传感器的敏感度。

因此，本揭露提供bsi图像传感器的像素传感器，所述bsi图像传感器包括具有朝向所述bsi传感器的正面突出的弯曲表面的绝缘结构，因此在一些实施例中进一步聚集光。本揭露进一步提供包括光学结构的bsi图像传感器，所述光学结构包括相同于彩色滤光器或微透镜的材料。所述光学结构充当光导，且在一些实施例中，由所述光学结构产生较长光行进距离。因此，吸收更多光子。此外，本揭露进一步提供包括位于一个彩色滤光器上方的多个微透镜的bsi图像传感器，且在一些实施例中，由所述多个微透镜产生较长光行进距离。换句话说，由于光在像素传感器中依大角度行进，所以敏感度及角响应被提高。

图1是根据一些实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器100的像素传感器110的剖面图，且图2a到2e是根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的bsi图像传感器的像素传感器的一系列剖面图。应易于了解，图1及图2a到2e中的相同元件由相同元件符号标示。如图1中所展示，bsi图像传感器100包括衬底102，且衬底102包括(例如)(但不限于)例如一块硅(si)衬底或一绝缘体上覆硅(soi)衬底的一块状半导体衬底。衬底102具有正面102f及与正面102f对置的背面102b。bsi图像传感器100包括通常布置成阵列的多个像素传感器110，且像素传感器110中的每一个包括例如安置于衬底102中的光二极管112的感光装置。换句话说，bsi图像传感器100包括对应于像素传感器110的多个光二极管112。光二极管112在衬底102中布置成行及列且经配置以从入射于其上的光子累积电荷(例如电子)。此外，逻辑装置(例如晶体管114)可安置于正面102f上的衬底102上方且经配置以实现光二极管112的读出。像素传感器110经安置以接收具有一预定波长的光。因此，在一些实施例中，光二极管112可经操作以感测入射光中的可见光。或在一些实施例中，光二极管112可经操作以感测入射光中的红外光(ir)及/或近红外光(nir)。

例如深沟槽隔离(dti)结构的隔离结构120安置于衬底102中，如图1中所展示。在一些实施例中，dti结构120可通过以下操作形成。例如，从衬底102的背面102b执行第一蚀刻。第一蚀刻导致包围光二极管112且介于光二极管112之间的多个深沟槽(图中未展示)。接着，形成例如氧化硅(sio)的绝缘材料以使用例如化学气相沉积(cvd)的任何适合沉积技术填充深沟槽。在一些实施例中，将涂层122加衬于深沟槽的至少侧壁上且接着由绝缘材料124填满深沟槽。涂层122可包括例如钨(w)、铜(cu)或铝铜(alcu)的金属或具有小于硅的折射率(n)的低n材料。低n材料可包括sio或氧化铪(hfo)，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，填充深沟槽的绝缘材料124可包括低n绝缘材料。接着，执行平坦化以去除多余绝缘材料，因此暴露背面102b上的衬底102的表面，且获得包围光二极管112且介于光二极管112之间的dti结构120，如图1中所展示。dti结构120提供相邻像素传感器110之间的光学隔离，由此充当衬底隔离格栅且减少串音。

后段工艺(beol)金属化堆叠130安置于衬底102的正面102f上方。beol金属化堆叠130包括堆叠于层间介电(ild)层134中的多个金属化层132。beol金属化堆叠130的一或多个接点电连接到逻辑装置114。在一些实施例中，ild层134可包括低介电系数材料(即，具有小于3.9的介电系数的介电材料)或氧化物，但本揭露不受限于此。多个金属化层132可包括例如铜(cu)、钨(w)或铝(al)的金属，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构130与例如球栅阵列(bga)的外部连接器(图中未展示)之间。且bsi图像传感器100透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。

参考图1，在一些实施例中，对应于像素传感器110的多个彩色滤光器150安置于衬底102的背面102b上的像素传感器110上方。换句话说，像素传感器110中的每一个包括位于背面102b上的感光装置112上方的彩色滤光器150。此外，在一些实施例中，低n结构140安置于彩色滤光器150之间。在一些实施例中，低n结构140包括格栅结构且彩色滤光器150位于格栅内。因此，低n结构140包围各彩色滤光器150且使彩色滤光器150彼此分离，如图1中所展示。低n结构140可为包括具有小于彩色滤光器150的折射率的折射率的层的复合结构。在一些实施例中，低n结构140可包括具有至少一金属层142及安置于金属层142上方的介电层144的复合堆叠。在一些实施例中，金属层142可包括w、cu或alcu。介电层144包括具有小于彩色滤光器150的折射率的折射率的材料或具有小于si的折射率的折射率的材料，但本揭露不受限于此。归因于低折射率，低n结构140充当光导以将光导引或反射到彩色滤光器150。因此，低n结构140有效增加入射到彩色滤光器150中的光量。此外，归因于低折射率，低n结构140提供相邻彩色滤光器150之间的光学隔离。

各彩色滤光器150安置于对应光二极管112中的每一个上方。彩色滤光器150分配给光的对应色彩或波长，且经配置以滤除除光的分配色彩或波长之外的所有色彩或波长。通常，彩色滤光器150分配交替于红光、绿光及蓝光之间，使得彩色滤光器150包括红色彩色滤光器、绿色彩色滤光器及蓝色彩色滤光器。在一些实施例中，红色彩色滤光器、绿色彩色滤光器及蓝色彩色滤光器布置成拜耳(bayer)马赛克图案，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，对应于各像素传感器110的微透镜160安置于彩色滤光器150上方。应易于了解，各微透镜160的位置及面积对应于彩色滤光器150的位置及面积或像素传感器110的位置及面积，如图1中所展示。

在一些实施例中，像素传感器110中的每一个包括安置于衬底102的背面102b上方的多个微结构116，如图1中所展示。在一些实施例中，微结构116可通过以下操作形成。将掩模层(图中未展示)安置于背面102b上的衬底102的表面上方，且接着使图案化光阻剂(图中未展示)形成于掩模层上方。接着，从背面102b透过图案化光阻剂及掩模层蚀刻衬底102，且因此使多个微结构116形成于像素传感器110中的每一个内的衬底102的背面102b上方。接着，去除图案化光阻剂及掩模层。在一些实施例中，可采用例如湿式蚀刻的进一步操作。因此，微结构116的上部分及下部分经渐缩或圆化以获得图1中所展示的波形图案。在一些实施例中，微结构116的侧壁及方向或平面dh形成夹角θ1。在一些实施例中，平面dh大体上与衬底102的前表面102s平行。在一些实施例中，夹角θ1介于约48°到约58°之间，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，微结构116可为连续结构且包括图1中所展示的波形轮廓。在一些实施例中，微结构116可包括通过衬底102彼此隔开的离散结构。

在一些实施例中，抗反射涂层(arc)118安置于背面102b上的衬底102上方。且将经保形形成的arc118加衬于微结构116的表面上。在一些实施例中，绝缘结构170安置于衬底102的背面102b上的arc118上方，绝缘材料170包括面向正面102f的第一表面170a及面向背面102b的第二表面170b。绝缘结构170的第一表面170a包括相同于微结构116的轮廓。更重要的是，第二表面170b包括朝向正面102f凹进或弯曲的弯曲表面。

参考图2a到2e，绝缘结构170可通过以下操作形成。例如，将绝缘材料172安置于衬底102的背面102b上的微结构116及arc118(图2a到2e中未展示)上方。如图2a中所展示，绝缘材料172填充微结构116之间的空间，且可对绝缘材料172操作例如cmp的平坦化程序以在衬底102的背面102b上方提供大体上平整或平坦表面。在一些实施例中，绝缘材料172可包括(例如)例如二氧化硅的氧化物，但本揭露不受限于此。

接着，参考图2b，将低n结构140安置于绝缘材料172上方。如上文所提及，低n结构140包括格栅结构，使得彩色滤光器150将定位于格栅内。参考图2c，对绝缘材料172执行蚀刻，且因此形成朝向正面102f凹进或弯曲的弯曲表面。因此，获得绝缘结构170。在剖面图中，绝缘结构170包括覆盖微结构116且具有相同于微结构116的波形图案的第一表面170a。绝缘结构170进一步包括具有朝向正面102f弯曲的弯曲表面的第二表面170b，如图2c中所展示。其后，将彩色滤光器150安置于低n结构140内(如图2d中所展示)，且接着将微透镜160安置于彩色滤光器150中的每一个上方，如图2e中所展示。因此，将绝缘结构170夹置于衬底102与光学结构(其包括彩色滤光器150及微透镜160)之间。且绝缘结构170的第一表面170a面向衬底102，而第二表面170b面向光学结构150/160。另外，安置于第二表面170b上方的彩色滤光器150包括面向微透镜160的平整表面及面向绝缘结构170的弯曲表面。

返回参考图1，入射光l由各彩色滤光器150上方的微透镜160聚集且接着会聚到彩色滤光器150。然而，穿过绝缘结构170的入射光l归因于弯曲第二表面170b而进一步聚集。换句话说，更多光可由光学结构(其包括微透镜160及彩色滤光器150)及绝缘结构170收集。此外，聚集光由微结构116散射或漫射，因此，直接入射光在进入光二极管112时因微结构116而斜射或倾斜。因此，在光二极管112中产生较长光行进距离。此外，光可由dti结构120回射到光二极管112。换句话说，将光拦截于光二极管112中且因此提高像素传感器110的敏感度。另外，由于延长光行进距离，所以可减小光二极管112或衬底102的厚度且因此进一步简化及改进程序。

图3是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器200的像素传感器210的剖面图，且图4a到4b是根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的bsi图像传感器200的像素传感器210的一系列剖面图。应易于了解，图3及图4a到4b中的相同元件由相同元件符号标示。且bsi图像传感器100及bsi图像传感器200中的相同元件可包括相同材料及/或通过相同操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。如图3中所展示，bsi图像传感器200包括衬底202，且衬底202具有正面202f及与正面202f对置的背面202b。bsi图像传感器200包括通常布置成阵列的多个像素传感器210。例如对应于像素传感器210的光二极管212的多个感光装置安置于衬底202中。光二极管112在衬底202中布置成行及列。换句话说，像素传感器210中的每一个包括例如光二极管112的感光装置。此外，例如晶体管214的逻辑装置安置于衬底202的正面202f上方且经配置以实现光二极管212的读出。

例如dti结构的隔离结构220安置于衬底202中，如图3中所展示。在一些实施例中，将涂层222加衬于深沟槽的至少侧壁上且由绝缘材料224填满深沟槽。dti结构220提供相邻像素传感器210之间的光学隔离，由此充当衬底隔离格栅且减少串音。beol金属化堆叠230安置于衬底202的正面202f上方。beol金属化堆叠230包括堆叠于ild层234中的多个金属化层232。beol金属化堆叠230的一或多个接点电连接到逻辑装置214。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构230与例如球栅阵列(bga)的外部连接器(图中未展示)之间。且bsi图像传感器200透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。

参考图3，在一些实施例中，对应于像素传感器210的多个彩色滤光器250安置于衬底202的背面202b上的像素传感器210上方。换句话说，像素传感器210中的每一个包括位于背面202b上的感光装置212上方的彩色滤光器250。此外，在一些实施例中，低n结构240安置于彩色滤光器250之间。如上文所提及，低n结构240包括格栅结构且彩色滤光器250定位于格栅内。因此，低n结构240包围各彩色滤光器250且使彩色滤光器250彼此分离，如图3中所展示。低n结构240可为包括具有小于彩色滤光器250的折射率的折射率的层的复合结构。在一些实施例中，低n结构240可包括具有至少一金属层242及安置于金属层242上方的介电层244的复合堆叠。归因于低折射率，低n结构240充当光导以将光导引或反射到彩色滤光器250。因此，低n结构240有效增加入射到彩色滤光器250中的光量。此外，归因于低折射率，低n结构240提供相邻彩色滤光器250之间的光学隔离。彩色滤光器150中的每一个安置于对应光二极管212中的每一个上方。彩色滤光器250分配给光的对应色彩或波长且经配置以滤除除光的分配色彩或波长之外的所有色彩或波长。

在一些实施例中，像素传感器210中的每一个包括安置于衬底202的背面202b上方的多个微结构216，如图3中所展示。在一些实施例中，微结构216经渐缩或圆化以获得图3中所展示的波形图案。如上文所提及，微结构216的侧壁及方向或平面dh形成夹角θ1。在一些实施例中，平面dh大体上与衬底202的前表面202s平行。在一些实施例中，夹角θ1可介于约48°到约58°之间，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，微结构216可为连续结构且包括图3中所展示的波形轮廓。在一些实施例中，微结构216可包括通过衬底202彼此隔开的离散结构。

在一些实施例中，arc218安置于背面202b上的衬底202上方。且将经保形形成的arc218加衬于微结构216的表面上。在一些实施例中，绝缘结构270安置于衬底202的背面202b上的arc218上方，绝缘结构270包括面向正面202f的第一表面270a及面向背面202b的第二表面270b。绝缘结构270可通过图2a到2e中所提及及描绘的操作获得，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，第一表面270a在剖面图中包括相同于微结构216的波形图案。在一些实施例中，第二表面270b包括具有图3中所展示的大体上平坦或平整表面，但本揭露不受限于此。例如，在一些实施例中，第二表面270b可包括图1中所展示的弯曲表面。

在一些实施例中，像素传感器210中的每一个包括位于背面202b上的彩色滤光器250上方的光学结构252。在一些实施例中，光学结构252包括第一侧壁252a，且第一侧壁252a及大体上与衬底202的前表面202s平行的平面dh形成大于0°的夹角θ2。例如(但不限于)，夹角θ2可介于约35°到约55°之间。在一些实施例中，光学结构252及彩色滤光器250包括相同材料，且光学结构252朝向背面202b突出，如图3中所展示。

参考图4a，光学结构252可通过以下操作形成。例如，将绝缘结构270安置于背面202b上的衬底202上方且接着安置低n结构240。另外，在一些实施例中，可在安置低n结构240之后执行蚀刻操作以形成弯曲第二表面。接着，将彩色滤光器材料安置于低n结构240内。在一些实施例中，彩色滤光器材料覆盖低n结构240。随后，对彩色滤光器材料执行塑形操作。塑形操作可包括例如掩模及微影操作的任何适合操作，因此，为简洁起见，省略所述细节。在执行塑形操作之后，获得定位于低n结构240内的彩色滤光器250且获得分别位于彩色滤光器250及低n结构240两者上方的光学结构252。换句话说，形成光学结构252中的每一个以覆盖彩色滤光器250中的一个及低n结构240的顶面的一部分。此外，光学结构252中的每一个包括相同于其下方彩色滤光器250的材料。

返回参考图3，归因于彩色滤光器250上方的光学结构252而漫射进入光学结构252及彩色滤光器250的光l且因此获得较长光行进距离。更重要的是，归因于光学结构252，bsi图像传感器200中不再需要微透镜。因此，减小光学堆叠的高度且改进角响应。仍参考图3，光l在进入光二极管212时不仅由光学结构252漫射，且还因光学结构252及微结构216而斜射或倾斜，且因此获得较长光行进距离。因此，增加光二极管212的吸收。此外，由于光可由dti结构220回射到光二极管212，所以可认为光被拦截于光二极管212内，如图3中所展示。因此，吸收更多光子且提高bsi图像传感器200的敏感度。另外，由于延长光行进距离，所以可减小光二极管212或衬底202的厚度且因此进一步简化及改进程序。

图5是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器300的像素传感器310的剖面图，且图6a到6b是根据一或多个实施例中的本揭露的方面所构造的各种制造阶段中的bsi图像传感器300的像素传感器310的一系列剖面图。应易于了解，图5及图6a到6b中的相同元件由相同元件符号标示。且bsi图像传感器300及bsi图像传感器100/200中的相同元件可包括相同材料及/或通过相同操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。如图5中所展示，bsi图像传感器300包括衬底302，且衬底302具有正面302f及与正面302f对置的背面302b。bsi图像传感器300包括通常布置成阵列的多个像素传感器310。例如对应于像素传感器310的光二极管312的多个感光装置安置于衬底302中。光二极管312在衬底302中布置成行及列。换句话说，像素传感器310中的每一个包括例如光二极管312的感光装置。此外，例如晶体管314的逻辑装置安置于衬底302的正面302f上方且经配置以实现光二极管312的读出。

例如dti结构的隔离结构320安置于衬底302中，如图5中所展示。在一些实施例中，将涂层322加衬于深沟槽的至少侧壁上且由绝缘材料324填满深沟槽。dti结构320提供相邻像素传感器310之间的光学隔离，由此充当衬底隔离格栅且减少串音。beol金属化堆叠330安置于衬底302的正面302f上方。beol金属化堆叠330包括堆叠于ild层334中的多个金属化层332。beol金属化堆叠330的一或多个接点电连接到逻辑装置314。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构330与例如球栅阵列(bga)的外部连接器(图中未展示)之间。且bsi图像传感器300透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。

在一些实施例中，像素传感器310中的每一个包括安置于衬底302的背面302b上方的多个微结构316，如图5中所展示。在一些实施例中，微结构316经渐缩或圆化以获得图5中所展示的波形图案。如上文所提及，微结构316的侧壁及方向或平面dh形成夹角θ1(如图1中所展示)。在一些实施例中，平面dh大体上与衬底302的前表面302s平行。在一些实施例中，夹角θ1可介于约48°到约58°之间，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，微结构316可为连续结构且包括图5中所展示的波形轮廓。在一些实施例中，微结构316可包括通过衬底302彼此隔开的离散结构。

在一些实施例中，arc318安置于背面302b上的衬底302上方。且将经保形形成的arc318加衬于微结构316的表面上。在一些实施例中，绝缘结构370安置于衬底302的背面302b上的arc318上方。绝缘结构370包括面向正面302f的第一表面370a及面向背面302b的第二表面370b。绝缘结构370可通过图2a到2e中所提及及描绘的操作获得，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，第一表面370a在剖面图中包括相同于微结构316的波形图案。在一些实施例中，第二表面370b包括具有图5中所展示的大体上平坦或平整表面，但本揭露不受限于此。例如，在一些实施例中，第二表面370b可包括图1中所展示的弯曲表面。

参考图5，在一些实施例中，对应于像素传感器310的多个彩色滤光器350安置于衬底302的背面302b上的像素传感器310上方。换句话说，像素传感器310中的每一个包括位于背面302b上的感光装置312上方的彩色滤光器350。此外，在一些实施例中，低n结构340安置于彩色滤光器350之间。在一些实施例中，低n结构340包括格栅结构且彩色滤光器350定位于格栅内。因此，低n结构340包围各彩色滤光器350且使彩色滤光器350彼此分离，如图5中所展示。低n结构340可为包括具有小于彩色滤光器350的折射率的折射率的层的复合结构。在一些实施例中，低n结构340可包括具有至少一金属层342及安置于金属层342上方的介电层344的复合堆叠。归因于低折射率，低n结构340充当光导以将光导引或反射到彩色滤光器350。因此，低n结构340有效增加入射到彩色滤光器350中的光量。此外，归因于低折射率，低n结构340提供相邻彩色滤光器350之间的光学隔离。

彩色滤光器350中的每一个安置于对应光二极管312中的每一个上方。彩色滤光器350分配给光的对应色彩或波长且经配置以滤除除光的分配色彩或波长之外的所有色彩或波长。在一些实施例中，对应于各像素传感器310的微透镜360安置于彩色滤光器350上方。应易于了解，各微透镜360的位置及面积对应于彩色滤光器350或像素传感器310的位置及面积，如图5中所展示。

在一些实施例中，像素传感器310中的每一个包括夹置于背面302b上的彩色滤光器350与微透镜360之间的光学结构362。在一些实施例中，光学结构362包括第一侧壁362a，且第一侧壁362a及平面dh形成大于0°的夹角θ3。例如(但不限于)，夹角θ3可介于约35°到约55°之间。在一些实施例中，光学结构362及微透镜360可包括相同材料，且光学结构362中的每一个朝向正面302f突出，如图5中所展示。

参考图6a，光学结构362可通过以下操作形成。例如，将绝缘结构370安置于背面302b上的衬底302上方且接着安置低n结构340。另外，在一些实施例中，可在安置低n结构340之后执行蚀刻操作以形成弯曲第二表面。接着，将彩色滤光器350安置于低n结构340内。随后，可执行蚀刻操作以在彩色滤光器350中的每一个中形成凹槽354，如图6b中所展示。换句话说，彩色滤光器350中的每一个包括朝向正面302f凹陷或凹进的凹槽354。在形成凹槽354之后，安置微透镜360及光学结构362。因此，安置光学结构362以填充凹槽354，同时将微透镜360安置于光学结构362、彩色滤光器350及低n结构340上方，如图5中所展示。

返回参考图5，归因于微透镜360与彩色滤光器350之间的光学结构362而聚集进入微透镜360的光l，但光l接着由光学结构362漫射，且因此获得较长光行进距离。接着，如图5中所展示，由光学结构362漫射的光l在进入光二极管312时因微结构316而斜射或倾斜，且因此获得较长光行进距离。因此，增加光二极管312的吸收。此外，由于光可由dti结构320回射到光二极管312，所以可认为光被拦截于光二极管312内，如图5中所展示。因此，吸收更多光子且提高bsi图像传感器300的敏感度。另外，由于延长光行进距离，所以可减小光二极管312或衬底302的厚度且因此进一步简化及改进程序。

图7是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器400的像素传感器410的剖面图。应注意，bsi图像传感器400及bsi图像传感器100/200/300中的相同元件可包括相同材料及/或通过相同操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。如图7中所展示，bsi图像传感器400包括衬底402，且衬底402具有正面402f及与正面402f对置的背面402b。bsi图像传感器400包括通常布置成阵列的多个像素传感器410。例如对应于像素传感器410的光二极管412的多个感光装置安置于衬底402中。光二极管412在衬底402中布置成行及列。换句话说，像素传感器410中的每一个包括例如光二极管412的感光装置。此外，例如晶体管414的逻辑装置安置于衬底402的正面402f上方且经配置以实现光二极管412的读出。

例如dti结构的隔离结构420安置于衬底402中，如图7中所展示。在一些实施例中，将涂层422加衬于深沟槽的至少侧壁上且由绝缘材料424填满深沟槽。dti结构420提供相邻像素传感器410之间的光学隔离，由此充当衬底隔离格栅且减少串音。beol金属化堆叠430安置于衬底402的正面402f上方。beol金属化堆叠430包括堆叠于ild层434中的多个金属化层432。beol金属化堆叠430的一或多个接点电连接到逻辑装置414。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构430与例如球栅阵列(bga)的外部连接器(图中未展示)之间。且bsi图像传感器400透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。

在一些实施例中，像素传感器410中的每一个包括安置于衬底402的背面402b上方的多个微结构416，如图7中所展示。在一些实施例中，微结构416经渐缩或圆化以获得图7中所展示的波形图案。如上文所提及，微结构416的侧壁及方向或平面dh形成夹角θ1。在一些实施例中，平面dh大体上与衬底402的前表面402s平行。在一些实施例中，夹角θ1可介于约48°到约58°之间，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，微结构416可为连续结构且包括图7中所展示的波形轮廓。在一些实施例中，微结构416可包括通过衬底402彼此隔开的离散结构。

在一些实施例中，arc418安置于背面402b上的衬底402上方。且将经保形形成的arc418加衬于微结构416的表面上。在一些实施例中，绝缘结构470安置于衬底402的背面402b上的arc418上方，绝缘结构470包括面向正面402f的第一表面470a及面向背面402b的第二表面470b。绝缘结构470可通过图2a到2e中所提及及描绘的操作获得，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，第一表面470a在剖面图中包括相同于微结构416的波形图案。在一些实施例中，第二表面470b包括具有图7中所展示的大体上平坦表面，但本揭露不受限于此。例如，在一些实施例中，第二表面470b可包括图1中所展示的弯曲表面。

参考图7，在一些实施例中，对应于像素传感器410的多个彩色滤光器450安置于衬底402的背面402b上的像素传感器410上方。换句话说，像素传感器410中的每一个包括位于背面402b上的感光装置412上方的彩色滤光器450。此外，在一些实施例中，低n结构440安置于彩色滤光器450之间。在一些实施例中，低n结构440包括格栅结构且彩色滤光器450定位于格栅内。因此，低n结构440包围各彩色滤光器450且使彩色滤光器450彼此分离，如图7中所展示。低n结构440可为包括具有小于彩色滤光器450的折射率的折射率的层的复合结构。在一些实施例中，低n结构440可包括具有至少一金属层442及安置于金属层442上方的介电层444的复合堆叠。归因于低折射率，低n结构440充当光导以将光导引或反射到彩色滤光器450。因此，低n结构440有效增加入射到彩色滤光器450中的光量。此外，归因于低折射率，低n结构440提供相邻彩色滤光器450之间的光学隔离。彩色滤光器450中的每一个安置于对应光二极管412中的每一个上方。彩色滤光器450分配给光的对应色彩或波长且经配置以滤除除光的分配色彩或波长之外的所有色彩或波长。

在一些实施例中，像素传感器410中的每一个包括安置于彩色滤光器450及低n结构440上方的光学结构460。在一些实施例中，光学结构460包括用于形成微透镜的材料。换句话说，光学结构460可包括微透镜。在一些实施例中，光学结构460包括第一侧壁460a，且第一侧壁460a及平面dh形成大于0°的夹角θ4。在一些实施例中，第一侧壁460a及彩色滤光器450形成夹角θ4。在一些实施例中，夹角θ4可介于约35°到约55°之间，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，光学结构460朝向背面402b突出，如图7中所展示。

如图7中所展示，归因于安置于彩色滤光器450上方的光学结构460，进入微透镜460的光l因光学结构460而斜射或倾斜。此外，光l接着在进入光二极管412时因微结构416而斜射或倾斜且因此获得较长光行进距离。因此，增加光二极管412的吸收。此外，由于光可由dti结构420回射到光二极管412，所以可认为光被拦截于光二极管412内，如图7中所展示。因此，吸收更多光子且提高bsi图像传感器400的敏感度。另外，由于延长光行进距离，所以可减小光二极管412或衬底402的厚度且因此进一步简化及改进程序。

参考图7及图8，其是根据一些实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器400的像素传感器410的剖面图。应注意，在一些实施例中，光学结构460的所有侧壁及平面dh(或彩色滤光器450)可形成相同夹角θ4，如图7中所展示，且因此将所有侧壁指称第一侧壁460a。另外，第一侧壁460a接触以形成顶点460c1，如图7中所展示。然而，在一些实施例中，光学结构460可包括第一侧壁460a及第二侧壁460b。第一侧壁460a及平面dh(或彩色滤光器450)形成夹角θ4，第二侧壁460b及平面dh(或彩色滤光器450)形成夹角θ5，且夹角θ5不同于夹角θ4。在一些实施例中，夹角θ5大于夹角θ4。此外，第一侧壁460a及第二侧壁460b接触以形成顶点460c2，如图8中所展示。

参考图9，其是根据一些实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器400的多个像素传感器410的剖面图。如所属领域的技术人员所熟知，像素传感器410布置成阵列的行及列，因此，存在定位于阵列的中心区域中的像素传感器410及还存在定位于阵列的外围及边缘区域中的像素传感器410。更重要的是，进入像素传感器410的光可包括取决于像素传感器410的位置的不同入射角。因此，在一些实施例中，由第二侧壁460b及平面dh(或彩色滤光器450)形成的夹角θ5是可调谐的。在一些实施例中，定位于阵列的中心区域中的(若干)像素传感器410c可仅包括第一侧壁460a及夹角θ4，且定位于中心区域周围的(若干)像素传感器410p1可包括第一侧壁460a及第二侧壁460b。更重要的是，当像素传感器410定位成越来越远离中心区域时，像素传感器410的夹角θ5变得越来越大。如图9中所展示，定位于阵列的外围或边缘区域处的像素传感器410p2的夹角θ5大于定位于像素传感器410c与像素传感器410p2之间的像素传感器410p1的夹角θ5。在一些实施例中，定位于阵列的边缘区域处的像素传感器410p2的夹角θ5可为90°，但本揭露不受限于此。另外，顶点460c还可根据本揭露的一些实施例来调谐。例如，定位于阵列的中心区域中的像素传感器410c的顶点460c1还定位于光学结构460的中心中，但当像素传感器410定位成越来越远离中心区域时，顶点460c2变得越来越远离中心区域。如上文所提及，由于进入像素传感器410的光可包括取决于像素传感器410的位置的不同入射角，所以夹角θ5可调谐使得第一侧壁460a提供足够大表面来导引入射光。因此，光l接着在进入光二极管412时因微结构416而斜射或倾斜且因此获得较长光行进距离。

图10到12是根据一或多个实施例中的本揭露的方面的bsi图像传感器500的像素传感器510的剖面图。应注意，bsi图像传感器500及bsi图像传感器100/200/300/400中的相同元件可包括相同材料及/或通过相同操作形成，因此，为简洁起见，省略所述细节。如图10到12中所展示，bsi图像传感器500包括衬底502，且衬底502具有正面502f及与正面502f对置的背面502b。bsi图像传感器500包括通常布置成阵列的多个像素传感器510。对应于像素传感器510的多个光二极管512安置于衬底502中。光二极管512在衬底502中布置成行及列。此外，例如晶体管514的逻辑装置安置于衬底502的正面502f上方且经配置以实现光二极管512的读出。

例如dti结构的隔离结构520安置于衬底502中，如图10到12中所展示。在一些实施例中，将涂层522加衬于深沟槽的至少侧壁上且由绝缘材料524填满深沟槽。dti结构520提供相邻像素传感器510之间的光学隔离，由此充当衬底隔离格栅且减少串音。beol金属化堆叠530安置于衬底502的正面502f上方。beol金属化堆叠530包括堆叠于ild层534中的多个金属化层532。beol金属化堆叠530的一或多个接点电连接到逻辑装置514。在一些实施例中，另一衬底(图中未展示)可安置于金属化结构530与例如球栅阵列(bga)的外部连接器(图中未展示)之间。且bsi图像传感器500透过外部连接器电连接到其它装置或电路，但本揭露不受限于此。

在一些实施例中，像素传感器510中的每一个包括安置于衬底502的背面502b上方的多个微结构516，如图10到12中所展示。在一些实施例中，微结构516经渐缩或圆化以获得图10中所展示的波形图案。如上文所提及，微结构516的侧壁及大体上与衬底502的前表面502s平行的方向或平面dh形成图1中所展示的夹角θ1，且夹角θ1可介于约48°到约58°之间，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，微结构516可为连续结构且包括图10到12中所展示的波形轮廓。在一些实施例中，微结构516可包括通过衬底502彼此隔开的离散结构。

在一些实施例中，arc518安置于背面502b上的衬底502上方。且将经保形形成的arc518加衬于微结构516的表面上。在一些实施例中，绝缘结构570安置于衬底502的背面502b上的arc518上方，绝缘结构570包括面向正面502f的第一表面570a及面向背面502b的第二表面570b。绝缘结构570可通过图2a到2e中所提及及描绘的操作获得，因此，为简洁起见，省略所述细节。在一些实施例中，第一表面570a在剖面图中包括相同于微结构516的波形图案。在一些实施例中，第二表面570b包括具有图10到12中所展示的大体上平坦表面，但本揭露不受限于此。例如，在一些实施例中，第二表面570b可包括图1中所展示的弯曲表面。

参考图10到12，在一些实施例中，对应于像素传感器510的多个彩色滤光器550安置于衬底502的背面502b上的像素传感器510上方。此外，在一些实施例中，低n结构540安置于彩色滤光器550之间。在一些实施例中，低n结构540包括格栅结构且彩色滤光器550定位于格栅内。因此，低n结构540包围各彩色滤光器550且使彩色滤光器550彼此分离，如图10中所展示。低n结构540可为包括具有小于彩色滤光器550的折射率的折射率的层的复合结构。在一些实施例中，低n结构540可包括具有至少一金属层542及安置于金属层542上方的介电层544的复合堆叠。归因于低折射率，低n结构540充当光导以将光导引或反射到彩色滤光器550。因此，低n结构540有效增加入射到彩色滤光器550中的光量。此外，归因于低折射率，低n结构540提供相邻彩色滤光器550之间的光学隔离。彩色滤光器550中的每一个安置于对应光二极管512中的每一个上方。彩色滤光器550分配给光的对应色彩或波长且经配置以滤除除光的分配色彩或波长之外的所有色彩或波长。

在一些实施例中，各像素传感器510包括安置于背面502b上的彩色滤光器550上方的多个光学结构560。在一些实施例中，光学结构560包括用于形成微透镜的材料。换句话说，光学结构560可包括微透镜560。应易于了解，一个像素传感器510的多个微透镜560的数量、位置及面积对应于下方彩色滤光器550，如图10到12中所展示。例如，多个微透镜560中的每一个的底面积小于其下方彩色滤光器550的顶面积。在一些实施例中，多个微透镜560中的每一个的宽度大体上等于像素传感器510的宽度的一半，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，多个微透镜560的底面积的总和大于多个微透镜560下方的彩色滤光器550的顶面积。在一些实施例中，多个微透镜560a中的至少一个覆盖低n结构540的一部分，如图10到12中所展示。

在一些实施例中，微透镜560中的每一个包括棱镜形状，如图10中所展示。棱镜形微透镜560a分别包括第一侧壁562a，且第一侧壁562a及大体上与衬底502的前表面502s平行的平面dh形成大于0°的夹角θ6。在一些实施例中，第一侧壁562a及彩色滤光器550形成夹角θ6。在一些实施例中，夹角θ6可介于约35°到约55°之间，但本揭露不受限于此。在一些实施例中，微透镜560a朝向背面502b突出，如图10中所展示。另外，微透镜560a的高度取决于像素大小及夹角θ6。

在一些实施例中，微透镜560中的每一个包括半圆形形状，如图11中所展示。半圆形微透镜560b分别包括朝向背面502b的弯曲表面。在一些实施例中，微透镜560中的每一个包括半液滴形状或半椭圆形形状，如图12中所展示。半液滴形或半椭圆形微透镜560c分别包括朝向背面502b的弯曲表面。此外，微透镜560c中的每一个包括半长轴，半长轴及彩色滤光器550的法向向量形成夹角θ7，且夹角θ7介于约0°到约45°之间。另外，微透镜560b或560c的高度取决于像素大小及夹角θ7。

如图10到12中所展示，归因于安置于一个彩色滤光器550上方的多个微透镜560而斜射或倾斜进入微透镜560的光l。此外，光l接着在进入光二极管512时因微结构516而斜射或倾斜且因此获得较长光行进距离。因此，增加光二极管512的吸收。此外，由于光可由dti结构520回射到光二极管512，所以可认为光被拦截于光二极管512内，如图10到12中所展示。因此，吸收更多光子且提高bsi图像传感器500的敏感度。另外，由于延长光行进距离，所以可减小光二极管512或衬底502的厚度且因此进一步简化及改进程序。

因此，本揭露提供bsi图像传感器的像素传感器，所述bsi图像传感器包括具有朝向所述bsi传感器的正面突出的弯曲表面的绝缘结构，因此在一些实施例中进一步聚集光。本揭露进一步提供包括光学结构的bsi图像传感器，所述光学结构包括相同于彩色滤光器或微透镜的材料。所述光学结构充当光导，且在一些实施例中，因所述光学结构而在光二极管中产生较长光行进距离。因此，吸收更多光子。此外，本揭露因此进一步提供包括位于一个彩色滤光器上方的多个微透镜的bsi图像传感器，且在一些实施例中，因所述多个微透镜而在光二极管中产生较长光行进距离。换句话说，由于光在像素传感器中依大角度行进，所以改进敏感度及角响应。

在一些实施例中，提供一种bsi图像传感器。所述bsi图像传感器包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；像素传感器，其位于所述衬底中；绝缘结构，其安置于所述背面上的所述衬底上方；彩色滤光器，其位于所述背面上的所述衬底上方；及微透镜，其位于所述背面上的所述彩色滤光器上方。所述结缘结构包括面向所述正面的第一表面及面向所述背面的第二表面，且所述第二表面包括朝向所述正面弯曲的弯曲表面。

在一些实施例中，提供一种bsi图像传感器。所述bsi图像传感器包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；及多个像素传感器，其布置成阵列。所述像素传感器中的每一个包括：感光装置，其位于所述衬底中；彩色滤光器，其位于所述背面上的所述感光装置上方；及光学结构，其位于所述彩色滤光器上方。所述光学结构包括第一侧壁，且所述第一侧壁及大体上与所述衬底的前表面平行的平面形成大于0°的夹角。

在一些实施例中，提供一种bsi图像传感器。所述bsi图像传感器包括：衬底，其包括正面及与所述正面对置的背面；像素传感器，其位于所述衬底中；彩色滤光器，其位于所述背面上的所述衬底上方；及多个微透镜，其位于所述彩色滤光器上方。所述多个微透镜中的每一个的底面积小于所述彩色滤光器的顶面积，且所述多个微透镜的所述底面积的总和大于所述彩色滤光器之所述顶面积。

上文已概述若干实施例的结构，使得所属领域的技术人员可更好理解本揭露的方面。所属领域的技术人员应了解，其可容易地使用本揭露作为设计或修改用于实施相同目的及/或达成本文所引入的实施例的相同优点的其它程序及结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到，这些等效构造不应背离本揭露的精神及范围，且其可在不背离本揭露的精神及范围的情况下对本文作出各种改变、取代及更改。

符号说明

100背照式(bsi)图像传感器

102衬底

102b背面

102f正面

102s前表面

110像素传感器

112光二极管/感光装置

114晶体管/逻辑装置

116微结构

118抗反射涂层(arc)

120深沟槽隔离(dti)结构

122涂层

124绝缘材料

130后段工艺(beol)金属化堆叠/金属化结构

132金属化层

134层间介电(ild)层

140低n结构

142金属层

144介电层

150彩色滤光器

160微透镜

170绝缘结构

170a第一表面

170b第二表面

172绝缘材料

200bsi图像传感器

202衬底

202b背面

202f正面

202s前表面

210像素传感器

212光二极管/感光装置

214晶体管/逻辑装置

216微结构

218arc

220dti结构

222涂层

224绝缘材料

230beol金属化堆叠/金属化结构

232金属化层

234ild层

240低n结构

242金属层

244介电层

250彩色滤光器

252光学结构

252a第一侧壁

270绝缘结构

270a第一表面

270b第二表面

300bsi图像传感器

302衬底

302b背面

302f正面

302s前表面

310像素传感器

312光二极管/感光装置

314晶体管/逻辑装置

316微结构

318arc

320dti结构

322涂层

324绝缘材料

330beol金属化堆叠/金属化结构

332金属化层

334ild层

340低n结构

342金属层

344介电层

350彩色滤光器

354凹槽

360微透镜

362光学结构

362a第一侧壁

370绝缘结构

370a第一表面

370b第二表面

400bsi图像传感器

402衬底

402b背面

402f正面

402s前表面

410像素传感器

410c像素传感器

410p1像素传感器

410p2像素传感器

412光二极管/感光装置

414晶体管/逻辑装置

416微结构

418arc

420dti结构

422涂层

424绝缘材料

430beol金属化堆叠/金属化结构

432金属化层

434ild层

440低n结构

442金属层

444介电层

450彩色滤光器

460光学结构/微透镜

460a第一侧壁

460b第二侧壁

460c顶点

460c1顶点

460c2顶点

470绝缘结构

470a第一表面

470b第二表面

500bsi图像传感器

502衬底

502b背面

502f正面

502s前表面

510像素传感器

512光二极管

514晶体管/逻辑装置

516微结构

518arc

520dti结构

522涂层

524绝缘材料

530beol金属化堆叠/金属化结构

532金属化层

534ild层

540低n结构

542金属层

544介电层

550彩色滤光器

560光学结构/微透镜

560a微透镜

560b微透镜

560c微透镜

562a第一侧壁

570绝缘结构

570a第一表面

570b第二表面

dh平面

l入射光

θ1夹角

θ2夹角

θ3夹角

θ4夹角

θ5夹角

θ6夹角

θ7夹角