Cmos圖像傳感器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)
[0001]相關(guān)申請
[0002]本申請要求2014年3月27日提交的美國臨時(shí)申請第61/971，445號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及背照式圖像傳感器及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0004]半導(dǎo)體圖像傳感器用于感測光。通常，半導(dǎo)體圖像傳感器包括互補(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，它們被廣泛用于各種應(yīng)用，諸如，數(shù)碼相機(jī)(DSC)、手機(jī)攝像頭、數(shù)碼攝像機(jī)(DV)和數(shù)字視頻錄像機(jī)(DVR)應(yīng)用。這些半導(dǎo)體圖像傳感器利用圖像傳感器元件的陣列，每個圖像傳感器元件均包括光電二極管和其他元件以吸收光并且將感測的光轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或電信號。
[0005]背照式(BSI)CMOS圖像傳感器是CMOS圖像傳感器的一種類型。BSI CMOS圖像傳感器可用于檢測從它們背側(cè)投射的光。BSI CMOS圖像傳感器可縮短光學(xué)路徑并且增加填充因子，以改進(jìn)每單位面積的光靈敏度和量子效率并且可以減少串?dāng)_和光響應(yīng)不均勻性。因此，可以顯著提高CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量。此外，BSI CMOS圖像傳感器具有大的主光線角度，這可形成較低的透鏡高度，從而可以實(shí)現(xiàn)較薄的相機(jī)模塊。因此，BSICM0S圖像傳感器技術(shù)變成主流的技術(shù)。
[0006]然而，雖然現(xiàn)有的BSI CMOS圖像傳感器通常足以滿足其預(yù)定目的，但不是在所有方面都完全令人滿意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于感測入射光的半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體器件包括:襯底；器件層，位于襯底上并且包括多個感光區(qū)域；半導(dǎo)體層，覆蓋器件層并且具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，第一表面鄰近器件層，并且半導(dǎo)體層包括位于第二表面上的多個微結(jié)構(gòu)；以及濾色鏡層，位于半導(dǎo)體層的第二表面上。
[0008]優(yōu)選地，每個微結(jié)構(gòu)都具有三角形、梯形或弧形的截面形狀。
[0009]優(yōu)選地，任何兩個鄰近的微結(jié)構(gòu)都相互鄰接。
[0010]優(yōu)選地，任何兩個鄰近的微結(jié)構(gòu)都相互分離。
[0011]優(yōu)選地，每個微結(jié)構(gòu)都具有大于λ/2.5的高度，并且任何兩個鄰近的微結(jié)構(gòu)之間的間距都大于λ/2，λ表示入射光的波長。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括:提供襯底，在襯底的表面上順序形成器件層和半導(dǎo)體層，半導(dǎo)體層具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，第一表面鄰近器件層；在半導(dǎo)體層的第二表面上形成多個微結(jié)構(gòu)；以及在半導(dǎo)體層的第二表面上形成濾色鏡層。
[0013]優(yōu)選地，提供襯底的操作包括:由硅或鍺形成半導(dǎo)體層。
[0014]優(yōu)選地，使用光刻工藝和蝕刻工藝來執(zhí)行形成微結(jié)構(gòu)的操作。
[0015]優(yōu)選地，執(zhí)行形成微結(jié)構(gòu)的操作以使每個微結(jié)構(gòu)都具有三角形、梯形或弧形的截面形狀。
[0016]優(yōu)選地，執(zhí)行形成微結(jié)構(gòu)的操作，以使任何兩個鄰近的微結(jié)構(gòu)相互鄰接。
[0017]優(yōu)選地，執(zhí)行形成微結(jié)構(gòu)的操作，以使任何兩個鄰近的微結(jié)構(gòu)相互分離。
[0018]優(yōu)選地，在形成微結(jié)構(gòu)的操作和形成濾色鏡層的操作之間，還包括:形成介電層以覆蓋半導(dǎo)體層的第二表面，其中，介電層具有平坦表面，然后執(zhí)行形成濾色鏡層的操作以在平坦表面上形成濾色鏡層。
[0019]優(yōu)選地，該方法還包括:在濾色鏡層上形成多個微透鏡。
[0020]根據(jù)一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括:提供第一襯底，所述第一襯底具有第一表面和與第一表面相對的第二表面；在第一襯底的第二表面上形成多個微結(jié)構(gòu)；形成介電層以覆蓋第一襯底的第二表面；將第二襯底接合至介電層；在第一襯底的第一表面上形成器件層；將第三襯底接合至器件層；去除第二襯底和介電層以露出第一襯底的第二表面；以及在第一襯底的第二表面上形成濾色鏡層。
[0021]優(yōu)選地，提供第一襯底的操作包括提供第一層和堆疊在第一層上的第二層，以及執(zhí)行形成微結(jié)構(gòu)的操作以在第二層上形成微結(jié)構(gòu)。
[0022]優(yōu)選地，該方法在接合第二襯底的操作和形成器件層的操作之間，還包括去除第一層。
[0023]優(yōu)選地，提供第一襯底的操作包括由不同的材料形成第一層和第二層。
[0024]優(yōu)選地，在形成器件層的操作和接合第三襯底的操作之間，還包括:形成鈍化層以覆蓋器件層；以及平坦化鈍化層。
[0025]優(yōu)選地，執(zhí)行形成微結(jié)構(gòu)的操作以使任何兩個鄰近的微結(jié)構(gòu)都相互鄰接。
[0026]優(yōu)選地，執(zhí)行形成微結(jié)構(gòu)的操作以使任何兩個鄰近的微結(jié)構(gòu)都相互分離。
【附圖說明】
[0027]當(dāng)閱讀附圖時(shí)，根據(jù)以下詳細(xì)的描述最佳地理解本發(fā)明的各個方面。注意，根據(jù)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個部件沒有按比例繪制。事實(shí)上，為了討論的清楚，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0028]圖1是根據(jù)各個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。
[0029]圖2A是根據(jù)各個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層的放大示意性截面圖。
[0030]圖2B是根據(jù)各個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體層的放大示意性截面圖。
[0031]圖3A至圖3D是根據(jù)各個實(shí)施例的示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法的中間階段的示意性截面圖。
[0032]圖4是根據(jù)各個實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
[0033]圖5A至圖5F是根據(jù)各個實(shí)施例的示出用于制造半導(dǎo)體器件的方法的中間階段的示意性截面圖。
[0034]圖6是根據(jù)各個實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下公開提供了許多不同的用于實(shí)施所提供主題的不同特征的實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述部件或配置的具體實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)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為直接接觸的實(shí)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可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可以在各個實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號和/或字母。這些重復(fù)是為了簡化和清楚，其本身并不表示所討論的各個實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個或多個列出項(xiàng)的任何組合和所有組合。
[0036]在典型的BSI CMOS圖像傳感器中，在從圖像傳感器背側(cè)投射并且穿過濾色鏡層的光進(jìn)入濾色鏡層和下面的器件層之間的半導(dǎo)體層之前，光碰撞半導(dǎo)體層的平坦表面，并且大部分光被半導(dǎo)體層的平坦表面反射。因此，BSI CMOS圖像傳感器的量子效率由于半導(dǎo)體層較大的光反射和器件層中的低光吸收而降低。
[0037]本發(fā)明的實(shí)施例旨在提供一種半導(dǎo)體器件以及用于制造該半導(dǎo)體器件的方法，其中，濾色鏡層和器件層之間的半導(dǎo)體層具有其上形成有微結(jié)構(gòu)的表面，使得大多數(shù)光被微結(jié)構(gòu)折射，進(jìn)入半導(dǎo)體層并且被器件層吸收。因此，由于低反射和高吸收而顯著增強(qiáng)了半導(dǎo)體器件的量子效率。
[0038]圖1是根據(jù)各個實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件100是CMOS圖像傳感器器件，其可以用于感測入射光128。半導(dǎo)體器件100具有前側(cè)130和背側(cè)132。在特定實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件100是BSI CMOS圖像傳感器器件，其用于感測從其背側(cè)132投射的入射光128。如圖1所示，半導(dǎo)體器件100包括襯底102、器件層106、半導(dǎo)體層IlOa以及濾色鏡層122。襯底102是半導(dǎo)體襯底。襯底102由單晶半導(dǎo)體材料或化合物半導(dǎo)體材料組成。在一些實(shí)例中，襯底102是硅襯底。在一些實(shí)施例中，鍺或玻璃也可以被用作襯底102的材料。
[0039]在一些實(shí)施例中，器件層106設(shè)置在襯底102的表面104上。在可選實(shí)施例中，鈍化層(未示出)被附加形成在器件層106和襯底102之間。器件層106包括感光區(qū)域108。在一些實(shí)例中，每個感光區(qū)域108都包括包含圖像傳感器元件的像素，其中，圖