[發(fā)明專利]降低串?dāng)_和提高量子效率的圖像傳感器結(jié)構(gòu)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210309512.7
• 申請(qǐng)日: 2012-08-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103426890A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡雙吉;楊敦年;劉人誠(chéng);洪豐基;林政賢;王文德
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;孫征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明總的來(lái)說(shuō)涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及減低串?dāng)_和提高量子效率的圖像傳感器結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器通常利用形成在半導(dǎo)體襯底的像素區(qū)域陣列內(nèi)的一系列光電二極管，以在光撞擊光電二極管時(shí)進(jìn)行感測(cè)。在每個(gè)像素區(qū)域內(nèi)與每個(gè)光電二極管相鄰可以形成轉(zhuǎn)移晶體管，以在期望時(shí)間傳送由光電二極管內(nèi)的感測(cè)光所生成的信號(hào)。這種光電二極管和轉(zhuǎn)移二極管允許通過(guò)在期望時(shí)間操作轉(zhuǎn)移晶體管來(lái)在期望時(shí)間捕獲圖像。

通常可以在前照式結(jié)構(gòu)和背照式結(jié)構(gòu)中形成互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器。在前照式結(jié)構(gòu)中，光從圖像傳感器的形成轉(zhuǎn)移晶體管的“前”側(cè)穿過(guò)光電二極管。然而，迫使光在到達(dá)光電二極管之前穿過(guò)任何上覆的金屬層、介電層并經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)移晶體管會(huì)產(chǎn)生加工和/或操作間題，因?yàn)榻饘賹印⒔殡妼雍娃D(zhuǎn)移晶體管不一定必須是半透明且容易允許光穿過(guò)。

在背照式結(jié)構(gòu)中，轉(zhuǎn)移晶體管、金屬層和介電層形成在襯底的前側(cè)上，光從襯底的“背”側(cè)穿過(guò)光電二極管，使得光在到達(dá)轉(zhuǎn)移晶體管、介電層或金屬層之前撞擊光電二極管。這種結(jié)構(gòu)可以降低制造圖像傳感器及其操作的復(fù)雜度。

然而，互相相鄰的像素區(qū)域會(huì)干擾彼此的操作，這已知為串?dāng)_。當(dāng)光從一個(gè)像素區(qū)域進(jìn)入相鄰的像素區(qū)域時(shí)會(huì)出現(xiàn)串?dāng)_，從而使得相鄰的像素區(qū)域感測(cè)到光。這種串?dāng)_會(huì)降低圖像傳感器的精度和量子效率。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底，包括像素區(qū)域，像素區(qū)域結(jié)合光電二極管；柵格，設(shè)置在襯底之上，柵格具有限定腔的壁，腔與像素區(qū)域垂直對(duì)準(zhǔn)；以及濾色器，設(shè)置在柵格的壁之間的腔中。

優(yōu)選地，柵格是金屬。

更優(yōu)選地，金屬是鎢。

更優(yōu)選地，金屬是鋁和銅中的一種。

優(yōu)選地，柵格包括低折射率材料。

更優(yōu)選地，低折射率材料是氧化物。

優(yōu)選地，柵格設(shè)置在背照式膜的上方。

優(yōu)選地，濾色器包括聚合物。

優(yōu)選地，微透鏡設(shè)置在濾色器的頂面上方和與濾色器相鄰的柵格的壁的頂面上方。

優(yōu)選地，柵格被配置為將光導(dǎo)向光電二極管。

優(yōu)選地，柵格被配置為抑制光學(xué)串?dāng)_。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：襯底，包括像素區(qū)域，每個(gè)像素區(qū)域都結(jié)合光電二極管；柵格，設(shè)置在襯底之上，柵格具有限定腔的壁，每個(gè)腔都與一個(gè)像素區(qū)域垂直對(duì)準(zhǔn)；濾色器，設(shè)置在每個(gè)腔中；以及微透鏡，設(shè)置在每個(gè)濾色器之上。

優(yōu)選地，柵格包括一種金屬和一種低折射率介電材料。

優(yōu)選地，濾色器的頂面與鄰近濾色器的所述柵格的壁的頂面基本共面。

優(yōu)選地，柵格抑制結(jié)合到相鄰像素區(qū)域中的光電二極管之間的光學(xué)串?dāng)_。

根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：在半導(dǎo)體器件的像素區(qū)域中形成光電二極管；在襯底上方沉積覆蓋柵格層；對(duì)覆蓋柵格層進(jìn)行圖案化以形成柵格，柵格具有限定腔的壁，腔垂直設(shè)置在像素區(qū)域上方；以及用濾色器填充所述腔。

優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括：在濾色器的頂面上方沉積微透鏡。

優(yōu)選地，該方法進(jìn)一步包括：在與濾色器相鄰的柵格的壁的頂面上方沉積微透鏡。

優(yōu)選地，在襯底上方沉積覆蓋柵格層包括沉積金屬。

優(yōu)選地，在襯底上方沉積覆蓋柵格層包括沉積鎢。

附圖說(shuō)明

為了更加完整地理解本公開(kāi)及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖進(jìn)行以下描述，其中：

圖1是具有金屬柵格形式的圖像傳感器結(jié)構(gòu)的示例性半導(dǎo)體器件的截面。

圖2是圖1的柵格的俯視圖。

圖3是填充可變顏色的濾色器的示例性柵格的頂部的截面；以及

圖4a-4g示意性示出了形成具有圖1金屬柵格形式的圖像傳感器結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)討論目前優(yōu)選實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本公開(kāi)提供了許多可以在各種具體環(huán)境中具體化的可應(yīng)用發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施例只是說(shuō)明性的而不限制本公開(kāi)的范圍。

在具體環(huán)境(即，半導(dǎo)體器件)下參照優(yōu)選實(shí)施例描述本公開(kāi)。然而，本公開(kāi)的概念同樣應(yīng)用于其他半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)或電路。