半导体装置及其制作方法制造方法及图纸

本公开涉及一种半导体装置，包括光敏元件的阵列和栅格，栅格布置在光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，其中，栅格包括光吸收部分和在光吸收部分上方的光反射部分。本公开还涉及一种半导体装置的制作方法。

Semiconductor Device and Its Fabrication Method

The present disclosure relates to a semiconductor device comprising an array of photosensitive elements and a grid arranged on an array of photosensitive elements, and each photosensitive element is separately limited to an opening for receiving light, wherein the grid comprises an optical absorption part and a light reflection part above the optical absorption part. The present disclosure also relates to a manufacturing method of a semiconductor device.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制作方法
本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及一种半导体装置及其制作方法。
技术介绍
图像传感器可用于感测辐射(例如，光辐射，包括但局限于可见光、红外线、紫外线等)，从而生成对应的电信号。具体来说，图像传感器上包括多个像素，每个像素感测图像的某一区域中的光的强度，并且每个像素所感测到的光的强度被组合起来来得到图像。因此，希望尽可能避免入射光在相邻的像素之间逃逸从而引起串扰，同时还希望尽可能增加每个像素接收到的入射光的利用率，从而增加每个像素产生的光生载流子的数目并增加QE和信噪比。
技术实现思路
本公开的一个目的是提供一种能够减少像素之间的串扰和增加入射光的利用率的技术。根据本公开的第一方面，提供了一种半导体装置，包括光敏元件的阵列；和栅格，其布置在光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，其中，所述栅格包括光吸收部分和在光吸收部分上方的光反射部分。根据本公开的第二方面，提供了一种制作半导体装置的方法，其特征在于包括：在半导体衬底中形成光敏元件的阵列；和在所述光敏元件的阵列上形成栅格，该栅格对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，其中，所述栅格包括光吸收部分和在光吸收部分上方的光反射部分。通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的结构的示图。图2是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的尺寸的示图。图3是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的制造方法的流程图。图4A到图4C是示出了制作图1所示的半导体装置的各个步骤时的半导体装置的截面的示例的示意图。图5是示意性地示出根据本公开的实施例的另一个半导体装置的结构的示图。注意，在以下说明的实施例中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的专利技术并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。如图1所示，其示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的结构的示图。如图1所示，根据本公开的该实施例的半导体装置10包括半导体衬底101、形成在半导体衬底101中的光敏元件102的阵列和形成在衬底101和光敏元件102上的栅格104。衬底101可以由一元半导体材料(诸如，硅或锗等)或化合物半导体材料(诸如碳化硅、硅锗、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟和/或锑化铟)或其组合构成。根据本公开的实施例的半导体装置的衬底中可以形成用于感测光的光敏元件102，因此，该半导体装置可以被配置为图像传感器，而每个光敏元件102对应于图像传感器的一个像素。栅格104对于每个光敏元件102分别限定了用于接收光的开口。在半导体衬底101与栅格104之间，还具有中间层103。中间层103的作用包括保护光敏元件和减少或防止在半导体衬底101的表面上的反射。中间层103的材料可以包括各种高k介质、硅的氧化物、硅的氮化物、硅的氮氧化物、硅的氧氮化物、透明金属氧化物(例如，氧化钛TaO)中的一个或多个。另外，可选的光学材料105可以被填充在该开口中。例如，光学材料105可以包括滤光材料(例如，各种染料、颜料、色素)，用来对进入开口的光进行滤波，从而提取经过滤的波长。一般来说，相邻的像素中的滤光材料可以分别对应于例如R、G、B三元色，从而形成彩色的图像传感器10。另外，光学材料105还可以包括电介质材料，用来对开口进行填充、对光敏元件102和栅格104等进行保护等。另外，光学材料105还可以是本领域技术人员可以想到的任何光学材料。此外，在光学材料105上方，半导体装置10还可以包括可选的微透镜106，用来对入射光进行会聚和准直等。如图1所示，在根据本公开的实施例的半导体装置10中，栅格104包括光吸收部分1041和在光吸收部分上方的光反射部分1042。光吸收部分1041可以将入射到其上的光吸收掉，光反射部分1042可以反射入射到其上的光。光吸收部分1041和光反射部分1042都能够防止进入一个像素的开口的光从其穿过并到达相邻的像素的开口中，从而加强每个像素与相邻的像素的光学隔离，减少相邻的像素之间的串扰。另外，在半导体衬底101与栅格104之间可能会存在光可能从其通过的空隙107(例如，由于中间层104的厚度而产生的空隙)，并且穿过空隙的光会进入相邻的像素并引起串扰。由于光吸收部分1041可以防止入射到其上的光向半导体衬底101反射并穿过空隙，所以可以进一步减小像素之间的串扰。同时，在光吸收部分1041上方的光反射部分1042可以反射入射到其上的光，经反射的光可以到达衬底101中的光敏元件102，从而增加了像素接收到的入射光的利用率，并增加每个像素产生的光生载流子的数目并增加QE和信噪比。此外，由于光反射部分1042在光吸收部分1041上方，因此光反射部分1042与衬底101的距离较远并且半导体衬底101与栅格104之间空隙相对于光反射部分1042上的点的投影面积更小，所以由光反射部分1042反射的光更不容易进入该空隙。即使由光反射部分1042反射的光进入了该空隙，由于该光的方向相对于衬底101的角度较大，所以更难以从空隙穿过。另外，因为该空隙的两侧分别是半导体衬底101和栅格104的光吸收部分1041，所以进入空隙的光也会被光吸收部分1041吸收，从而无法到达相邻的像素。因此，虽然光反射部分1042会产生反射光，但是这些反射光不会显著地增加像素之间的串扰。另外，由于光吸收部分1041在光反射部分1042下方，因此光吸收部分1041与衬底101的距离较近，所以入射到光吸收部分1041上的入射光的强度较低。因此，虽然光吸收部分1041吸收了一部分入射光，但是这不会显著地减小入射光的利用率。此外，如本领域技术人员可以理解的，在减小像素的串扰与增加入射光的利用率之间存在折衷，并且本领域技术人员可以根据实际需要和设计要求等来确定光吸收部分1041和光反射部分1042之间的关系。接下来对栅格104的尺寸、栅格104的开口的宽度和空隙107的高度之间的关系进行讨论。图2是示意性地示出根据本公开的实施例的半导体装置的尺寸的示图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其特征在于包括：光敏元件的阵列；和栅格，其布置在光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，其中，所述栅格包括光吸收部分和在光吸收部分上方的光反射部分。

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于包括：光敏元件的阵列；和栅格，其布置在光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，其中，所述栅格包括光吸收部分和在光吸收部分上方的光反射部分。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述光吸收部分由光吸收材料制成。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述光吸收部分包括主体部分和覆盖在主体部分表面的光吸收材料层。4.根据权利要求2-3中任一项所述的半导体装置，其特征在于，所述光吸收材料包括窄带隙半导体材料、碳和TiN中的一个或多个。5.根据权利要求4中任一项所述的半导体装置，其特征在于，窄带隙半导体材料包括锗、锗硅或砷化镓中的一个或多个。6....

【专利技术属性】
技术研发人员：冉春明，孟俊生，李志伟，黄仁德，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32