本發(fā)明實(shí)施例涉及圖像傳感器件及其制造方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體圖像傳感器用于感測(cè)光?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)、圖像傳感器(cis)和電荷耦合器件(ccd)傳感器被廣泛地應(yīng)用于諸如數(shù)碼相機(jī)或手機(jī)攝像頭的各種應(yīng)用中。這些器件利用襯底內(nèi)的像素陣列，其包含晶體管和光電二極管，晶體管和光電二極管能夠吸收投射向襯底的輻射并將感測(cè)到的輻射轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

背照式(bsi)圖像傳感器件是一種圖像傳感器件。由于晶體管器件尺寸隨著每種技術(shù)生成而縮小，現(xiàn)有的bsi圖像傳感器件開(kāi)始受到與串?dāng)_及光暈相關(guān)問(wèn)題的影響。這些問(wèn)題是由bsi圖像傳感器的相鄰像素之間的不充分隔離引起的。

因此，雖然制造bsi圖像傳感器件的現(xiàn)有方法通常已經(jīng)滿足其預(yù)期目的，但其并未在所有方面令人感到滿意。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種圖像傳感器件，包括：襯底，具有正面和背面；輻射感測(cè)區(qū)，形成于所述襯底中；開(kāi)口，從所述襯底的背面延伸至所述襯底內(nèi)；第一金屬氧化物膜，包含第一金屬，所述第一金屬氧化物膜形成于所述開(kāi)口的內(nèi)表面上；以及第二金屬氧化物膜，包含第二金屬，所述第二金屬氧化物膜形成于所述第一金屬氧化物膜的上方；其中，所述第一金屬的電負(fù)性高于所述第二金屬的電負(fù)性。

在上述圖像傳感器件中，所述第一金屬氧化物膜共形地形成于所述開(kāi)口的內(nèi)表面上。

在上述圖像傳感器件中，所述第一金屬包含鋁。

在上述圖像傳感器件中，所述第二金屬包含鉿。

在上述圖像傳感器件中，所述開(kāi)口具有大于1.5微米的深度。

在上述圖像傳感器件中，每個(gè)所述第一金屬氧化物膜和所述第二金屬氧化物膜的厚度都大于30埃。

在上述圖像傳感器件中，所述第一金屬氧化物膜進(jìn)一步共形地設(shè)置于所述襯底的背面的上方。

在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括位于所述第一金屬氧化物膜與所述開(kāi)口的內(nèi)表面之間的中間層。

在上述圖像傳感器件中，所述中間層包含sio2。

在上述圖像傳感器件中，所述中間層的厚度小于25微米。

在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括形成于所述第二金屬氧化物膜的上方的氧化鉭(ta2o5)層。

根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，還提供了一種圖像傳感器件，包括：襯底，具有正面和背面；輻射感測(cè)區(qū)，形成于所述襯底中；開(kāi)口，從所述襯底的背面延伸至所述襯底；以及膜，具有梯度折射率在所述開(kāi)口的內(nèi)表面的上方的；其中，所述膜包含根據(jù)折射率以依次堆疊的方式交替布置的多層，并且所述多層中更接近所述襯底的層具有比所述多層中遠(yuǎn)離所述襯底的層的折射率更低的折射率。

在上述圖像傳感器件中，所述層均為金屬氧化物層。

在上述圖像傳感器件中，所述層包含氧化鋁層、氧化鉿層和氧化鉭層，所述氧化鋁層比所述氧化鉿層和所述氧化鉭層更接近所述襯底，并且所述氧化鉭層比所述氧化鋁層和所述氧化鉿層更遠(yuǎn)離所述襯底。

在上述圖像傳感器件中，所述開(kāi)口具有大于1.5微米的深度。

在上述圖像傳感器件中，所述多層的每層的厚度都大于30埃。

在上述圖像傳感器件中，所述膜共形地形成于所述襯底的背面的上方。

在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括位于所述膜與所述開(kāi)口的內(nèi)表面之間的中間層。

根據(jù)本發(fā)明的又一些實(shí)施例，還提供了一種制造圖像傳感器件的方法，包括：提供具有正面和背面的襯底；形成鄰近所述正面的輻射感測(cè)區(qū)；從所述背面在所述襯底中形成開(kāi)口，以及形成包含位于所述開(kāi)口的內(nèi)表面上的第一金屬的第一金屬氧化物膜；形成包含位于所述第一金屬氧化膜的上方的第二金屬的第二金屬氧化物膜；其中，所述第一金屬的電負(fù)性大于所述第二金屬的電負(fù)性。

在上述方法中，所述第一金屬氧化物膜和所述第二金屬氧化物膜的形成包含：在所述開(kāi)口的內(nèi)表面的上方形成氧化鋁層；以及在所述氧化鋁層的上方形成氧化鉿層。

附圖說(shuō)明

結(jié)合附圖閱讀以下詳細(xì)說(shuō)明，可更好地理解本發(fā)明的各方面。應(yīng)注意到，根據(jù)本行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)慣例，各種部件未按比例繪制。實(shí)際上，為論述清楚，各部件的尺寸可任意增加或減少。

圖1至圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例以各個(gè)操作制造的圖像傳感器的截面圖；

圖8是示出了測(cè)試根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的工藝和圖4a的示例性實(shí)施例制造的器件的白像素的數(shù)目的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖；及

圖9是示出了測(cè)試根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的工藝和圖4b的實(shí)施例制造的器件的白像素的數(shù)目的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下公開(kāi)提供許多不同的實(shí)施例或示例，為實(shí)現(xiàn)所提供的主題不同的特征。下面描述了組件與設(shè)置的具體示例，以便簡(jiǎn)要說(shuō)明本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是示例，并非旨在限制本發(fā)明。例如，在隨后的說(shuō)明中，形成于第二部件上或者上方的第一部件可包含其中所述第一和第二部件形成為直接接觸的實(shí)施例，也同樣可能包含其中在第一和第二部件之間形成另一部件的實(shí)施例，這樣第一和第二部件可不進(jìn)行直接接觸。此外，本發(fā)明可在多個(gè)示例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)明和清楚地進(jìn)行說(shuō)明，而其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

此外，為了便于描述，本文使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，例如“低于”、“下面”、“下方”、“上面”、“上部”等來(lái)描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系?？臻g相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包含除了附圖所示的方向之外使用或操作器件時(shí)的不同方向。該裝置可調(diào)整為其他方向(旋轉(zhuǎn)90度或者面向其他方向)，而其中所使用的空間相關(guān)描述符也可進(jìn)行相應(yīng)的解釋。

盡管為本發(fā)明限定了較寬范圍的數(shù)字范圍和參數(shù)為近似值，在具體示例中所記錄的數(shù)字值盡可能為精確值。但是，任何數(shù)字值都包含某些由相應(yīng)的測(cè)試量度中標(biāo)準(zhǔn)差所造成的固有誤差。此外，文中所使用的術(shù)語(yǔ)“大約”通常表示給定值或范圍內(nèi)的10％、5％、1％或0.5％。或者，術(shù)語(yǔ)“大約”表示位于本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員所理解的平均值的可接受標(biāo)準(zhǔn)誤差范圍內(nèi)。除操作/工作示例，或除明確指出外，本發(fā)明中的諸如材料數(shù)量、時(shí)間長(zhǎng)度、溫度、操作條件、數(shù)量比例及類似內(nèi)容等的所有數(shù)字范圍、數(shù)量、值和百分比應(yīng)理解為依據(jù)術(shù)語(yǔ)“大約”在所有實(shí)例中有所改動(dòng)。因此，除非出現(xiàn)矛盾，本發(fā)明和附屬權(quán)利要求中所述的數(shù)字參數(shù)為能夠按照需要進(jìn)行改動(dòng)的近似值。各數(shù)字參數(shù)至少應(yīng)該按照所報(bào)告的有效數(shù)字，并通過(guò)普通的四舍五入方法進(jìn)行表示。文中的范圍可表示為從一個(gè)端點(diǎn)到另一個(gè)端點(diǎn)，或者兩個(gè)端點(diǎn)之間。文中所公開(kāi)的所有范圍包含端點(diǎn)，除非另有說(shuō)明。

根據(jù)本發(fā)明的圖像傳感器件是背照式(bsi)圖像傳感器件。bsi圖像傳感器件包含電荷耦合器件(ccd)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(cmos)圖像傳感器(cis)、有源像素傳感器(aps)或無(wú)源像素傳感器。圖像傳感器件可包含鄰近像素柵格提供的附加電路和輸入/輸出，以提供提供像素的操作環(huán)境和支持與像素的外部通信。

圖1至圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例以各種操作制造的圖像傳感器的截面圖。應(yīng)當(dāng)理解，為了更好地理解本發(fā)明的實(shí)施例，簡(jiǎn)化了圖1至圖7。參考圖1，傳感器件100包含襯底102。襯底102是器件襯底。襯底102可為半導(dǎo)體襯底。襯底102可為摻雜有諸如硼的p型摻雜劑的硅襯底，在這種情況下，襯底102是p型襯底。或者，襯底102可為另一合適的半導(dǎo)體材料。例如，襯底102可為摻雜有諸如磷或砷的n型摻雜劑的硅襯底，在這種情況下，襯底102是n型襯底。襯底102可包括諸如鍺或金剛石的其他元素半導(dǎo)體。襯底102可選擇性地包含化合物襯底和/或合金半導(dǎo)體。進(jìn)一步地，襯底102可包含外延層(epi層)，可以被應(yīng)變以增強(qiáng)性能，并且還可包括絕緣體上硅(soi)結(jié)構(gòu)。

襯底102具有正面104(也稱作前側(cè))和背面106(也稱作背側(cè))。對(duì)于bsi圖像傳感器件，例如圖像傳感器件100而言，入射輻射通過(guò)背面106進(jìn)入襯底102。在一些實(shí)施例中，襯底102具有約100微米到約500微米范圍的厚度。根據(jù)一些實(shí)施例，利用前端工藝制造襯底102。例如，襯底102包含各種區(qū)域，其可包含像素區(qū)域、外圍區(qū)域、接合焊盤(pán)區(qū)域以及劃線區(qū)域。為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，圖1至7僅示出像素區(qū)域的一部分。

像素區(qū)域包含輻射感測(cè)區(qū)域108和摻雜的隔離區(qū)域110。輻射感測(cè)區(qū)域108摻雜有與襯底102的摻雜極性相反的摻雜極性。通過(guò)一次或多次注入工藝或擴(kuò)散工藝形成輻射感測(cè)區(qū)域108。鄰近或靠近襯底102的正面104形成輻射感測(cè)區(qū)域108。盡管圖1示出像素區(qū)域的僅一部分，像素區(qū)域可進(jìn)一步包含固定層光電二極管、光電二極管柵極、復(fù)位晶體管、源極跟隨器晶體管、以及轉(zhuǎn)移晶體管。為了簡(jiǎn)潔起見(jiàn)，本發(fā)明的附圖中未示出上述部件的具體結(jié)構(gòu)。

輻射感測(cè)區(qū)域108可操作地用于感測(cè)從背面106進(jìn)入像素區(qū)域的入射輻射。入射輻射為可見(jiàn)光?；蛘撸肷漭椛淇蔀榧t外線(ir)、紫外線(uv)、x射線、微波、其他合適的類型的射線或其組合。

根據(jù)一些實(shí)施例，摻雜隔離區(qū)域110接近輻射感測(cè)區(qū)域108。鄰近或靠近正面104形成摻雜隔離區(qū)域110。每對(duì)相鄰輻射感測(cè)區(qū)域108由相應(yīng)的摻雜隔離區(qū)域110的一個(gè)彼此分隔開(kāi)。摻雜隔離區(qū)域110摻雜有與襯底102的摻雜極性相同的摻雜極性。在一些實(shí)施例中，摻雜隔離區(qū)域110的摻雜濃度高于襯底102的摻雜濃度。例如，摻雜隔離區(qū)域100的摻雜濃度范圍為約1e16/cm³到約1e20/cm³。通過(guò)一重或多重注入工藝或擴(kuò)散工藝形成摻雜隔離區(qū)域110。

如圖1，根據(jù)一些實(shí)施例，隔離部件112形成于摻雜隔離區(qū)域110內(nèi)。隔離部件112形成于鄰近或靠近襯底102的正面104。在一些實(shí)施例中，隔離部件112用于限定輻射感測(cè)區(qū)域108和摻雜隔離區(qū)域110的預(yù)定區(qū)域。因此，在形成輻射感測(cè)區(qū)域108和摻雜隔離區(qū)域110之前形成隔離部件112。在一些實(shí)施例中，摻雜隔離區(qū)域110與隔離部件112對(duì)準(zhǔn)。

隔離部件112包含淺溝槽隔離(sti)結(jié)構(gòu)和/或硅的局部氧化(locos)結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，根據(jù)設(shè)計(jì)需要和制造考慮，一些有源或無(wú)源部件，例如mosfet或結(jié)電容器，形成于摻雜隔離區(qū)域110內(nèi)。摻雜隔離區(qū)域110內(nèi)的有源或無(wú)源部件被隔離部件112圍繞和保護(hù)。隔離部件112的厚度大于摻雜隔離區(qū)域110內(nèi)的有源或無(wú)源部件的厚度。在一些實(shí)施例中，隔離部件112的厚度范圍為從約100埃到約5000埃。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)在襯底102內(nèi)從正面104形成溝槽和將介電材料填充到溝槽內(nèi)形成隔離部件112。介電材料可包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低k材料或其他合適的介電材料?？蓪?shí)施化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝以平坦化填充溝槽的介電材料的表面。

如圖1所示，圖像傳感器件100可以進(jìn)一步包含形成于襯底102的正面104的上方的互連結(jié)構(gòu)114?；ミB結(jié)構(gòu)114包含多個(gè)連接至圖像傳感器件100的各個(gè)摻雜部件、電路和輸入/輸出的圖案化的介電層和導(dǎo)電層?；ミB結(jié)構(gòu)114包含層間電介質(zhì)(ild)和多層互連(mli)結(jié)構(gòu)。mli結(jié)構(gòu)包含接觸件、通孔和金屬線。出于闡釋的目的，圖1示出多個(gè)導(dǎo)線116和通孔/接觸件118，應(yīng)當(dāng)理解，導(dǎo)線116和通孔/接觸件118僅是示例性的。導(dǎo)線116和通孔/接觸件118的實(shí)際設(shè)置和配置可以根據(jù)設(shè)計(jì)需要和制造考慮而有所不同。

參考圖2，根據(jù)一些實(shí)施例，緩沖層120形成于互連結(jié)構(gòu)114上。緩沖層120可包含諸如氧化硅的介電材料。或者，緩沖層120可包含氮化硅?？墒褂没瘜W(xué)汽相沉積(cvd)、物理汽相沉積(pvd)或其它適合的沉積技術(shù)沉積緩沖層120。可以通過(guò)cmp工藝平坦化緩沖層120，從而形成平滑的表面。

之后，載體襯底122通過(guò)緩沖層120與襯底102接合。因此，可實(shí)施對(duì)襯底102的背面106的處理。在一些實(shí)施例中，載體襯底122與襯底102相似且包含硅材料?；蛘?，載體襯底122可包含玻璃襯底或其他合適的材料。載體襯底122可通過(guò)分子力(直接接合)、光熔合接合、金屬擴(kuò)散接合、陽(yáng)極接合或其他合適的接合技術(shù)接合到襯底102。緩沖層120提供襯底102和載體襯底122之間的電絕緣。載體襯底122為形成于襯底102的正面104上的各種部件提供保護(hù)。載體襯底122還提供機(jī)械強(qiáng)度和支撐以處理如下論述的襯底102的背面106。

在接合載體襯底122之后，實(shí)施減薄工藝以從背面106減薄襯底102。減薄工藝可包含機(jī)械研磨工藝。之后，將蝕刻化學(xué)物施加于襯底102的背面106上以進(jìn)一步減薄襯底至處于幾微米的數(shù)量級(jí)的厚度。在一些實(shí)施例中，減薄之后，襯底112的厚度范圍為約1微米到約100微米。

常見(jiàn)的圖像傳感器件缺陷包含光學(xué)串?dāng)_、電串?dāng)_和暗電流。當(dāng)圖像像素尺寸以及相鄰圖像像素之間的間隔繼續(xù)縮小時(shí)，這些缺陷越來(lái)越嚴(yán)重。光學(xué)串?dāng)_是指來(lái)自相鄰像素的光子干涉，其降低了像素的光感測(cè)可靠性和精度。暗電流可定義為當(dāng)不存在實(shí)際照明時(shí)而存在的像素電流。換句話說(shuō)，暗電流是指當(dāng)無(wú)光子進(jìn)入光電二極管時(shí)流過(guò)光電二極管的電流。當(dāng)過(guò)量的電流泄漏產(chǎn)生來(lái)自像素的異常高的信號(hào)時(shí)，發(fā)生白像素。在如圖2中所示的所述圖像傳感器件100中，摻雜隔離區(qū)域110具有與輻射感測(cè)區(qū)域108的摻雜極性相反的摻雜極性，以減少暗電流和白像素缺陷。然而，單獨(dú)的摻雜隔離區(qū)域110不足以有效防止暗電流和白像素缺陷。此外，由于輻射感測(cè)區(qū)域108和摻雜隔離區(qū)域100的相似的折射率，摻雜隔離區(qū)域110難以解決光學(xué)串?dāng)_缺陷。

參考圖3，在襯底102的背面106上執(zhí)行蝕刻工藝，以形成多個(gè)開(kāi)口124(或溝槽/凹槽)。蝕刻工藝包含干蝕刻工藝。在執(zhí)行蝕刻工藝之前可形成蝕刻掩模(例如硬掩模，此處未示出)。每個(gè)開(kāi)口124在襯底102的背面106上具有寬度w1。寬度w1可小于或大體上等于摻雜隔離區(qū)域110的寬度。開(kāi)口124可具有矩形、梯形或其他合適的形狀。在一些實(shí)施中，每個(gè)開(kāi)口124延伸超過(guò)襯底102的厚度的一半，但并未到達(dá)隔離部件112。因此，由隔離部件112圍繞的有源或無(wú)源部件不受由蝕刻工藝帶來(lái)的損傷。在一些實(shí)施例中，從襯底102的背面106測(cè)量的開(kāi)口124的深度范圍為約1微米到約100微米。開(kāi)口124的深度可經(jīng)由時(shí)間控制予以調(diào)整，而無(wú)需使用蝕刻停止層。這些開(kāi)口124用于形成深溝槽隔離(dti)結(jié)構(gòu)，其將在下文中詳細(xì)論述。在完成開(kāi)口124的形成時(shí)，襯底102內(nèi)的dti結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面124'被暴露。

參考圖4a，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，高k膜126形成于dti結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面124'的上方。在一些實(shí)施例中，如從高k膜126的局部放大部分可以看出，包含sio2的薄中間層125能夠作為粘合促進(jìn)層施加于襯底102和高k膜126之間。中間層125的厚度優(yōu)選小于約25埃。在一些實(shí)施例中，中間層125的厚度可以為約20埃。高k膜126可進(jìn)一步覆蓋背面106。在示例性實(shí)施例中，高k膜126在內(nèi)表面124'的一側(cè)上有效地具有較高的總表面負(fù)電荷，其高于傳統(tǒng)介電膜的總表面負(fù)電荷。有效表面負(fù)電荷誘導(dǎo)dti結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面124'的另一側(cè)上的有效表面正電荷。由于開(kāi)口124形成過(guò)程中造成的損壞，誘導(dǎo)的有效表面正電荷湮沒(méi)固有地存在于內(nèi)表面124'附近的帶負(fù)電的結(jié)晶缺陷。因此，高k膜126的這種配置減少了圖像感測(cè)器件100內(nèi)的暗電流和/或白像素。

根據(jù)一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例，高k膜126是包含xo高k層和yo高k層的高k金屬氧化物。x和y是元素周期表中的兩個(gè)元素，o是氧。更具體地，xo高k層和yo高k層可為以下物質(zhì)中的至少兩個(gè)的組合：氧化鉿、氧化鋁、氧化鋯、氧化鎂、氧化鈣、氧化釔、氧化鉭、氧化鍶、氧化鈦、氧化鑭、氧化鋇或能夠利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體沉積技術(shù)形成高k膜的其他金屬氧化物。此外，根據(jù)x和y的電負(fù)性相對(duì)于它們的氧化物的形式確定xo高k層和yo高k層的順序配置。例如，x和y中具有較高電負(fù)性的元素設(shè)置為更接近襯底102。在另一方面，x和y中具有較低電負(fù)性的元素設(shè)置為更遠(yuǎn)離襯底102。以這種連接，高k膜126表現(xiàn)出電負(fù)性梯度，具有高電負(fù)性元素的化合物接近襯底102和具有低電負(fù)性元素的化合物遠(yuǎn)離襯底102。

在示例性實(shí)施例中，梯度高k膜126由氧化鋁(al2o3)層126_1和氧化鉿(hfo2)層126_2制成。在一些實(shí)施中，氧化鋁(al2o3)層126_1的厚度可高于30埃。在一些實(shí)施中，氧化鋁(al2o3)層126_1的厚度可為約60埃。在一些實(shí)施例中，氧化鉿(hfo2)層126_2的厚度可高于30埃。在一些實(shí)施例中，氧化鉿(hfo2)層126_2的厚度可為約60埃。

氧化鋁(al2o3)層126_1中的鋁相比于氧化鉿(hfo2)層126_2中的鉿具有朝向其自身吸引電子(或電子密度)的較強(qiáng)趨勢(shì)。高k層的這種梯度配置能夠有助于減輕引起暗電流和白像素的結(jié)晶缺陷。更具體地，相比于現(xiàn)有的單層介電膜，具有以依次堆疊的方式交替布置的高k層的配置(即，氧化鋁(al2o3)層126_1位于薄中間層125上和進(jìn)一步地氧化鉿(hfo2)層126_2位于氧化鋁(al2o3)層126_1上)能夠極大減少暗電流和白像素。

圖8是示出了測(cè)試根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和圖4a的示例性實(shí)施例的工藝制造的器件的白像素的數(shù)目的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖。從圖8可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)比較，其中氧化鉿(hfo2)或氧化鋁(al2o3)中的單層形成于圖像傳感器件的背面的上方，由氧化鉿(hfo2)層126_2和氧化鋁(al2o3)層126_1構(gòu)成的梯度高k膜126顯著較少了白像素的數(shù)目，從而極大提高了圖像傳感器件100的像素性能。

可利用cvd工藝或pvd工藝沉積高k金屬氧化物。cvd工藝可為包含icpecvd、低壓化學(xué)汽相沉積(pecvd)或帶有或不帶有等離子體的原子層沉積(ald)的等離子體增強(qiáng)化學(xué)汽相沉積(pecvd)。通過(guò)改變包含各種流速和功率參數(shù)的工藝參數(shù)，這些工藝有利于負(fù)電荷的積聚且在膜沉積之后可涉及處理步驟，以增加負(fù)電荷。生成的高k金屬氧化物膜可具有帶有帶負(fù)電的間隙氧原子和/或自由/斷開(kāi)的金屬氧化物鍵的富氧組合物，其中二者使得負(fù)電荷積聚。

圖4b示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，形成于襯底102的背面106和dti結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面124'的上方的梯度高k膜126。與圖4a相似，如從梯度高k膜126的局部放大部分可以看出，由例如sio2組成的薄中間層125能夠作為粘合促進(jìn)層施加于襯底102和梯度高k膜126之間。中間層125的厚度優(yōu)選小于約25埃。在一些實(shí)施例中，中間層125的厚度可以為約20埃。梯度高k膜126可以共形地覆蓋背面106，包含以共形的方式覆蓋開(kāi)口124的內(nèi)表面124'。梯度高k膜126由氧化鋁(al2o3)層126_1、氧化鉿(hfo2)層126_2和氧化鉭(ta2o5)層126_3構(gòu)成。在一些實(shí)施中，氧化鋁(al2o3)層126_1的厚度可大于約10到30埃。在一些實(shí)施中，氧化鋁(al2o3)層126_1的厚度可為約31到60埃。在一些實(shí)施例中，氧化鉿(hfo2)層126_2的厚度可為約10到30埃。在一些實(shí)施例中，氧化鉿(hfo2)層126_2的厚度可為約31到60埃。在一些實(shí)施中，氧化鉭(ta2o5)層126_3的厚度可大于約10到30埃。在一些實(shí)施中，氧化鉭(ta2o5)層126_3的厚度可為約31到60埃。

氧化鉭(ta2o5)層126_3具有約2.2的折射率，其高于氧化鉿(hfo2)層126_2的折射率(約2)；且氧化鉿(hfo2)層126_2的折射率高于氧化鋁(al2o3)層126_1的折射率(約1.6)。而且，氧化鋁(al2o3)層126_1的折射率高于薄中間層125的折射率(約1.4-1.5)。薄中間層125、氧化鋁(al2o3)層126_1、氧化鉿(hfo2)層126_2和氧化鉭(ta2o5)層126_3的堆疊層通常形成抗反射涂覆(arc)，其中高折射率材料和低折射率材料以依次堆疊的方式交替設(shè)置。梯度高k膜126顯著增加了進(jìn)入輻射感測(cè)區(qū)域108的量子效率(qe)、光質(zhì)量、光量且減少了像素間的光學(xué)串?dāng)_。

圖9是示出了測(cè)試根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和圖4b的實(shí)施例中的工藝制造的器件的白像素的數(shù)目的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的示意圖。從圖9，可以看出與現(xiàn)有技術(shù)比較，由氧化鉭(ta2o5)層126_3、氧化鉿(hfo2)層126_2和氧化鋁(al2o3)層126_1構(gòu)成的梯度高k膜126顯著降低了約400nm到約600nm的波長(zhǎng)帶上的反射率，從而極大增加了qe并減少了像素間的光學(xué)串?dāng)_。

之后，參考圖5，根據(jù)一些實(shí)施例，介電材料128設(shè)置于襯底102的背面106的上方。介電材料128填充開(kāi)口124的剩余空間。在一些實(shí)施例中，介電材料128包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、旋涂玻璃(sog)、低k電介質(zhì)或另一合適的介電材料?？赏ㄟ^(guò)cvd、pvd或另一合適的沉積技術(shù)沉積介電材料128。在一些實(shí)施例中，減薄并平坦化開(kāi)口124外側(cè)的介電材料128的一部分。在以下論述中，開(kāi)口124和梯度高k膜126的各部分及開(kāi)口124內(nèi)的介電材料128統(tǒng)稱為深溝槽隔離結(jié)構(gòu)130。

在一些實(shí)施例中，反射柵格(未示出)可形成于襯底102的上方，從而防止入射輻射傳輸至深溝槽隔離結(jié)構(gòu)內(nèi)，以減少光學(xué)串?dāng)_缺陷。例如，反射柵格可形成于介電材料128上。每個(gè)反射柵格可與相應(yīng)的深溝槽隔離結(jié)構(gòu)130的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，反射柵格可由金屬材料構(gòu)成，諸如鋁、鎢、銅、鉭、鈦、其合金或其組合。每個(gè)反射柵格可具有矩形、倒梯形、倒三角形或另一合適的形狀?？赏ㄟ^(guò)合適的沉積工藝形成反射柵格并且之后圖案化反射柵格。沉積工藝包含電鍍、濺射、cvd、pvd或其他合適的沉積技術(shù)。cvd工藝可為pecvd，包含icpecvd、lpcvd或帶有或不帶有等離子體的ald。

之后，參考圖6，根據(jù)一些實(shí)施例，透明填充層134沉積于襯底102的背面106的上方。透明填充層134可由氧化硅、氮化硅或合適的聚合物制成，且可通過(guò)合適的技術(shù)例如cvd、pvd或其組合形成。在一些實(shí)施例中，透明填充層134具有介于約10埃到約1000埃的厚度范圍。在一些實(shí)施例中，透明填充層134作為圖像傳感器件100的抗反射層?？狗瓷鋵佑糜跍p少透射向圖像傳感器件100的背面106的入射輻射。

之后，參考圖7，根據(jù)一些實(shí)施例，濾色層136形成于透明填充層134的上方。濾色層136支持具有特定波長(zhǎng)范圍的入射輻射的濾除，其可對(duì)應(yīng)于特定顏色的光，例如紅色、綠色或藍(lán)色。濾色層136可用于使僅具有預(yù)定顏色的光到達(dá)輻射感測(cè)區(qū)域108。之后，微透鏡層138可形成于濾色層136的上方以將入射輻射導(dǎo)向輻射感測(cè)區(qū)域。微透鏡層138可以各種布置設(shè)置并且具有各種形狀，這取決于微透鏡層138所用的材料的折射率和/或微透鏡層138與輻射感測(cè)區(qū)域108之間的距離。可選地，濾色層136和微透鏡層138的位置可顛倒，從而微透鏡層138可設(shè)置于襯底102的背面106和濾色層138之間。

描述用于形成圖像傳感器件的機(jī)制的實(shí)施例。由以依次堆疊的方式交替布置的不同負(fù)電荷和折射率的材料構(gòu)成的梯度高k膜，能夠顯著減少暗電流和白像素缺陷，并進(jìn)一步提高qe。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種圖像傳感器件。該圖像傳感器件包括：具有正面和背面的襯底；形成于該襯底內(nèi)的輻射感測(cè)區(qū)；從該襯底的背面延伸至該襯底的開(kāi)口；包含第一金屬的第一金屬氧化物膜，該第一金屬氧化物膜形成于該襯底的內(nèi)表面上；及包含第二金屬的第二金屬氧化物膜，該第二金屬氧化物膜形成于該第一金屬氧化物膜的上方；其中，該第一金屬的電負(fù)性高于該第二金屬的電負(fù)性。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了一種圖像傳感器件。該圖像傳感器件包含：具有正面和背面的襯底；形成于該襯底內(nèi)的輻射感測(cè)區(qū)；從該襯底的背面延伸至該襯底的開(kāi)口；及位于該開(kāi)口的內(nèi)表面的上方的具有梯度折射率的膜；其中，該膜包含根據(jù)折射率以依次堆疊的方式交替設(shè)置的多層，且更接近該襯底的多層中的層具有低于遠(yuǎn)離該襯底的多層中的一層的折射率的折射率。

本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種制造圖像傳感器件的方法。該方法包括：提供具有正面和背面的襯底；形成接近該正面的輻射感測(cè)區(qū)；從該背面在該襯底內(nèi)形成開(kāi)口；及形成包含位于所述開(kāi)口的內(nèi)表面上的第一金屬的第一金屬氧化物膜；形成包含位于所述第一金屬氧化膜的上方的第二金屬的第二金屬氧化物膜；其中，所述第一金屬的電負(fù)性高于所述第二金屬的電負(fù)性。

根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供了一種圖像傳感器件，包括：襯底，具有正面和背面；輻射感測(cè)區(qū)，形成于所述襯底中；開(kāi)口，從所述襯底的背面延伸至所述襯底內(nèi)；第一金屬氧化物膜，包含第一金屬，所述第一金屬氧化物膜形成于所述開(kāi)口的內(nèi)表面上；以及第二金屬氧化物膜，包含第二金屬，所述第二金屬氧化物膜形成于所述第一金屬氧化物膜的上方；其中，所述第一金屬的電負(fù)性高于所述第二金屬的電負(fù)性。

在上述圖像傳感器件中，所述第一金屬氧化物膜共形地形成于所述開(kāi)口的內(nèi)表面上。

在上述圖像傳感器件中，所述第一金屬包含鋁。

在上述圖像傳感器件中，所述第二金屬包含鉿。

在上述圖像傳感器件中，所述開(kāi)口具有大于1.5微米的深度。

在上述圖像傳感器件中，每個(gè)所述第一金屬氧化物膜和所述第二金屬氧化物膜的厚度都大于30埃。

在上述圖像傳感器件中，所述第一金屬氧化物膜進(jìn)一步共形地設(shè)置于所述襯底的背面的上方。

在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括位于所述第一金屬氧化物膜與所述開(kāi)口的內(nèi)表面之間的中間層。

在上述圖像傳感器件中，所述中間層包含sio2。

在上述圖像傳感器件中，所述中間層的厚度小于25微米。

在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括形成于所述第二金屬氧化物膜的上方的氧化鉭(ta2o5)層。

根據(jù)本發(fā)明的另一些實(shí)施例，還提供了一種圖像傳感器件，包括：襯底，具有正面和背面；輻射感測(cè)區(qū)，形成于所述襯底中；開(kāi)口，從所述襯底的背面延伸至所述襯底；以及膜，具有梯度折射率在所述開(kāi)口的內(nèi)表面的上方的；其中，所述膜包含根據(jù)折射率以依次堆疊的方式交替布置的多層，并且所述多層中更接近所述襯底的層具有比所述多層中遠(yuǎn)離所述襯底的層的折射率更低的折射率。

在上述圖像傳感器件中，所述層均為金屬氧化物層。

在上述圖像傳感器件中，所述層包含氧化鋁層、氧化鉿層和氧化鉭層，所述氧化鋁層比所述氧化鉿層和所述氧化鉭層更接近所述襯底，并且所述氧化鉭層比所述氧化鋁層和所述氧化鉿層更遠(yuǎn)離所述襯底。

在上述圖像傳感器件中，所述開(kāi)口具有大于1.5微米的深度。

在上述圖像傳感器件中，所述多層的每層的厚度都大于30埃。

在上述圖像傳感器件中，所述膜共形地形成于所述襯底的背面的上方。

在上述圖像傳感器件中，進(jìn)一步包括位于所述膜與所述開(kāi)口的內(nèi)表面之間的中間層。

根據(jù)本發(fā)明的又一些實(shí)施例，還提供了一種制造圖像傳感器件的方法，包括：提供具有正面和背面的襯底；形成鄰近所述正面的輻射感測(cè)區(qū)；從所述背面在所述襯底中形成開(kāi)口，以及形成包含位于所述開(kāi)口的內(nèi)表面上的第一金屬的第一金屬氧化物膜；形成包含位于所述第一金屬氧化膜的上方的第二金屬的第二金屬氧化物膜；其中，所述第一金屬的電負(fù)性大于所述第二金屬的電負(fù)性。

在上述方法中，所述第一金屬氧化物膜和所述第二金屬氧化物膜的形成包含：在所述開(kāi)口的內(nèi)表面的上方形成氧化鋁層；以及在所述氧化鋁層的上方形成氧化鉿層。

前述內(nèi)容概述了多個(gè)實(shí)施例的特征，從而使得本領(lǐng)域的技術(shù)人員能較好地理解本發(fā)明的所述方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，其可以輕松地將本發(fā)明作為基礎(chǔ)，用于設(shè)計(jì)或修改其它工藝或結(jié)構(gòu)，從而達(dá)成與本文實(shí)施例所介紹的相同目的和/實(shí)現(xiàn)相同的優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識(shí)到，這種等效結(jié)構(gòu)并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且其可以進(jìn)行各種更改、替換和變更而不背離本發(fā)明的精神和范圍。

此外，本應(yīng)用的范圍并不旨在限制于本說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)成分、方式、方法和步驟的特定實(shí)施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容中迅速了解當(dāng)前存在或以后開(kāi)發(fā)的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)成分、方式、方法或步驟，它們與此處描述的根據(jù)本發(fā)明使用的相應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行的功能或取得的結(jié)果大體上相同。因此，附圖旨在包含其范圍內(nèi)的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)成分、方式、方法或步驟。