图像传感器、用于图像传感器的半导体结构及其制造方法技术

本公开的各种实施例涉及一种包括电荷释放层的图像传感器。光探测器设置在半导体衬底内。刻蚀停止层上覆在光探测器上。滤色片上覆在刻蚀停止层上。介电栅格结构环绕滤色片。电荷释放层夹置在介电栅格结构与刻蚀停止层之间。电荷释放层环绕滤色片且包含导电材料。电荷释放层直接接触滤色片。荷释放层直接接触滤色片。荷释放层直接接触滤色片。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器、用于图像传感器的半导体结构及其制造方法


[0001]本专利技术的实施例涉及一种图像传感器、用于图像传感器的半导体结构及其制造方法。

技术介绍

[0002]具有图像传感器的集成电路(Integrated Circuit，IC)用于各种各样的现代电子器件(例如，照相机及手机)中。互补金属氧化物半导体(Complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)器件已成为普及的IC图像传感器。与电荷耦合器件(charge-coupled device，CCD)相比，CMOS图像传感器因功耗低、尺寸小、数据处理迅速、直接输出数据及制造成本低而越来越受欢迎。一些类型的CMOS图像传感器包括前侧照明式(front-side illuminated，FSI)图像传感器及后侧照明式(back-side illuminated，BSI)图像传感器。

技术实现思路

[0003]本申请的一些实施例提供一种图像传感器，包括：半导体衬底；光探测器，设置在所述半导体衬底内；刻蚀停止层，上覆在所述光探测器上；滤色片，上覆在所述刻蚀停止层上；介电栅格结构，环绕所述滤色片；以及电荷释放层，夹置在所述介电栅格结构与所述刻蚀停止层之间，其中所述电荷释放层环绕所述滤色片且包含导电材料，且其中所述电荷释放层直接接触所述滤色片。
[0004]此外，本申请的其他实施例提供一种用于图像传感器的半导体结构，包括：集成电路，包括载体衬底、半导体衬底及内连结构，其中所述内连结构设置在所述半导体衬底与所述载体衬底之间，且其中光探测器设置在所述半导体衬底中；介电栅格结构，上覆在所述半导体衬底上；滤色片，凹陷到所述介电栅格结构中且分别上覆在所述光探测器上，其中所述滤色片具有比所述介电栅格结构的折射率大的折射率；以及电荷释放层，设置在所述介电栅格结构与所述半导体衬底之间，其中所述电荷释放层在横向上环绕所述滤色片，其中所述电荷释放层的顶表面位于所述半导体衬底的顶表面上方且所述电荷释放层的底表面在垂直方向上位于所述内连结构与所述半导体衬底的所述顶表面之间。
[0005]另外，本申请的其他实施例提供一种制造用于图像传感器的半导体结构的方法，所述方法包括：在半导体衬底内形成光探测器；在所述半导体衬底上形成内连结构，其中所述内连结构具有导电配线层；对所述半导体衬底进行刻蚀，以在所述半导体衬底中界定第一开口；在所述半导体衬底及所述内连结构之上沉积刻蚀停止层及电荷释放层，其中所述电荷释放层上覆在所述刻蚀停止层上，且其中所述电荷释放层及所述刻蚀停止层对所述第一开口的至少一部分进行衬垫；在所述第一开口中形成导电接触件，其中所述导电接触件延伸穿过所述电荷释放层及所述半导体衬底以接触所述导电配线层；在所述光探测器之上沉积栅格介电层；对所述栅格介电层及所述电荷释放层进行刻蚀，直到到达所述刻蚀停止层的上表面，其中对所述栅格介电层进行刻蚀界定介电栅格结构及上覆在所述光探测器上的多个滤色片开口；以及在所述多个滤色片开口中沉积多个滤色片。
follower transistor)、复位晶体管(reset transistor)、电荷释放晶体管等)。像素器件可通过内连结构电耦合到光探测器。滤色片及介电栅格结构分别设置在半导体衬底的后侧表面上且上覆在光探测器上。介电栅格结构在横向上环绕滤色片。介电栅格结构通过介电栅格结构的全内反射(total internal reflection)来增加灵敏度(例如，量子效率(quantum efficiency，QE))并减少串扰(cross-talk)。然而，根据介电栅格结构的形成方式而定，介电栅格结构也可降低从图像传感器产生的黑色图像和/或暗色图像的品质。
[0019]在一些实施例中，可通过向上覆在光探测器上的一个或多个介电层中执行刻蚀工艺(例如，干式刻蚀工艺)来形成介电栅格结构。这会暴露出刻蚀停止层的上表面且界定上覆在光探测器上的多个滤色片开口。执行沉积工艺以在刻蚀停止层的上表面之上在所述多个滤色片开口中沉积滤色片。然而，在执行刻蚀工艺之后，电荷载流子(例如，电子)可能陷获在介电栅格结构中。这部分地可能是由于刻蚀工艺和/或沉积工艺而造成。陷获的电荷载流子保留在介电栅格结构中，且可降低从图像传感器产生的图像的可靠性和/或精确度。举例来说，如果从图像传感器产生的图像被认为是黑色图像和/或暗色图像，那么陷获的电荷载流子可能导致在黑色图像和/或暗色图像中出现灰色。此外，陷获的电荷载流子可增加图像传感器中的暗电流(dark current)和/或白色像素的数目。此外，紫外(UV)固化工艺不能从介电栅格结构移除陷获的电荷载流子。
[0020]在一些替代实施例中，本申请涉及一种防止陷获的电荷载流子累积在介电栅格结构中的介电栅格结构。举例来说，为移除图像传感器中的陷获的电荷载流子，电荷释放层可位于介电栅格结构下面。电荷释放层形成在介电栅格结构与刻蚀停止层之间。对介电栅格结构及电荷释放层执行刻蚀工艺，直到暴露出刻蚀停止层的上表面，从而界定多个滤色片开口。执行沉积工艺以在所述多个滤色片开口中沉积滤色片，从而使得电荷释放层及介电栅格结构在横向上环绕滤色片。在执行沉积工艺期间和/或在执行沉积工艺之后，通过电荷释放层将可能陷获在介电栅格结构中的电荷载流子(例如，电子)释放。举例来说，电荷释放层可电耦合到地，从而使得电荷载流子从介电栅格结构行进(travel)到地。这会部分地增加从图像传感器产生的图像的可靠性和/或精确度、从自图像传感器产生的暗色图像(例如，黑色图像)去除灰色、减少图像传感器中的暗电流、和/或减少图像传感器中的白色像素的数目。
[0021]参照图1A，提供包括环绕滤色片116的电荷释放层112的图像传感器100的一些实施例的剖视图。
[0022]在半导体衬底102内设置有光探测器104。在一些实施例中，半导体衬底102包含任何类型的半导体本体(例如，单晶硅/CMOS块、硅锗(silicon-germanium，SeGe)、绝缘体上硅(silicon on insulator，SOI)等)和/或具有第一掺杂类型(例如，p型掺杂)。光探测器104被配置成将电磁辐射118(例如，光子)转换成电信号。举例来说，光探测器104可从电磁辐射118产生电子-空穴(electron-hole)对。光探测器104包含与第一掺杂类型相反的第二掺杂类型(例如，n型掺杂)。在一些实施例中，第一掺杂类型是p型且第二掺杂类型是n型，反之亦然。在半导体衬底102的后侧表面102bs上上覆有堆叠的介电层108。堆叠的介电层108可包括一个或多个氧化层，且被配置成保护半导体衬底102的后侧表面102bs。
[0023]在堆叠的介电层108上上覆有刻蚀停止层110且在刻蚀停止层110上上覆有电荷释放层112。在电荷释放层112上上覆有介电栅格结构114。电荷释放层112可包含导电材料，例
如氮化钛。介电栅格结构114及电荷释放层112环绕滤色片116。介电栅格结构114是折射率小于滤色片116的折射率的介电材料。由于较低的折本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器，其特征在于，包括：半导体衬底；光探测器，设置在所述半导体衬底内；刻蚀停止层，上覆在所述光探测器上；滤色片，上覆在所述刻蚀停止层上；介电栅格结构，环绕所述滤色片；以及电荷释放层，夹置在所述介电栅格结构与所述刻蚀停止层之间，其中所述电荷释放层环绕所述滤色片且包含导电材料，且其中所述电荷释放层直接接触所述滤色片。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，其中所述电荷释放层电耦合到接地垫。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，其中所述滤色片的底表面直接接触所述刻蚀停止层的顶表面，且其中所述介电栅格结构直接接触所述滤色片的相对的侧壁。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，其中当从上方看时，所述电荷释放层具有环形状，所述环形状直接接触所述滤色片的外周边。5.一种用于图像传感器的半导体结构，其特征在于，包括：集成电路，包括载体衬底、半导体衬底及内连结构，其中所述内连结构设置在所述半导体衬底与所述载体衬底之间，且其中光探测器设置在所述半导体衬底中；介电栅格结构，上覆在所述半导体衬底上；滤色片，凹陷到所述介电栅格结构中且分别上覆在所述光探测器上，其中所述滤色片具有比所述介电栅格结构的折射率大的折射率；以及电荷释放层，设置在所述介电栅格结构与所述半导体衬底之间，其中所述电荷释放层在横向上环绕所述滤色片，其中所述电荷释放层的顶表面位于所述半导体衬底的顶表面上方且所述电荷释放层的底表面在垂直方向上位于所述内连结构与所述半导体衬底的所述顶表面之间。6.根据权利要求5所述的半导体结构，其特征在于，还包括：导电接触件，从所述半导体衬底的所述顶表面上方延伸到所述内连结构中的导电配线层，其中所述电荷释放层从所述光探测器之上连续地延伸以直接接触所述导电接触件的侧壁。7.根据权利要求5所述的半导体结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏庆忠，卢玠甫，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：