專利名稱：用于改進(jìn)圖像傳感器的反射率光學(xué)柵格的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種用于改進(jìn)圖像傳感器的反射率光學(xué)柵格的方法和裝置。
背景技術(shù)：
包括照相機(jī)和攝像機(jī)的數(shù)字相機(jī)在便攜式設(shè)備上的持續(xù)使用對圖像傳感器提出了要求。照相機(jī)在便攜式和蓄電池組供電的設(shè)備(諸如，平板計(jì)算機(jī)、智能手機(jī)、膝上型電腦和基于網(wǎng)絡(luò)的視頻播放器)上的使用繼續(xù)增加。早期數(shù)字相機(jī)主要依賴電荷耦合器件(“CXD”)作為圖像傳感器。近來，CMOS圖像傳感器(“CIS”)變得日益流行。CCIS技術(shù)提供與模擬器件相對的數(shù)字器件，并且因?yàn)镃IS使用CMOS晶體管或二極管技術(shù)，附加數(shù)字處理和邏輯電路可以容易地被結(jié)合到成像集成電路中。光聚集的效率(量子效率或“QE”)可以大于通過CCD器件實(shí)現(xiàn)的效率。CIS器件基于光敏二極管，其可以被形成為二極管或者晶體管的一部分，“光敏晶體管”。當(dāng)光電二極管暴露至光時(shí)，電子流與光成比例，并且可以產(chǎn)生指示在給定時(shí)間段內(nèi)接收的光量的電壓信號。然后，該信號被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并且器件上的電路可以輸出該信號。圖像元素(“像素”)的陣列形成在半導(dǎo)體器件上。附加電路可以形成在陣列之外，以例如提供諸如過濾的數(shù)字信號處理、以及圖像處理，并且將接口電路提供給系統(tǒng)。最初的前照式(“FST”)陣列由CIS器件使用。然而，入射到FSI CIS中的光傳感器上的光必須通過多層金屬和電介質(zhì)，其可以吸收或分散入射光(impinging light),從而減小量子效率。在低亮度條件下使用器件的需要導(dǎo)致對高QE的要求。開發(fā)了背照式(“BSI”)CIS器件。通過從半導(dǎo)體襯底的背側(cè)接收入射光，光路徑可以很短并且不存在金屬和電介質(zhì)的插入層。通過使用晶圓減薄并且通`近器件的背側(cè)的表面，大大增加了 QE。BSICIS器件在當(dāng)前產(chǎn)品中日益普遍流行。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種方法，包括:在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上方的像素陣列區(qū)上方形成材料層；使用光刻工藝來圖案化所述材料層以形成光學(xué)柵格，所述光學(xué)柵格位于所述像素陣列區(qū)上方并且在所述像素陣列區(qū)的每個(gè)部分中限定出像素傳感器；在所述光學(xué)柵格上方沉積包含純度至少為99%金屬的純金屬涂層；在所述純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層；圖案化所述純金屬涂層和所述介電層，以在所述光學(xué)柵格的每個(gè)部分的頂部上方和側(cè)壁上方形成反射涂層；以及在所述光學(xué)柵格上方沉積折射率小于約2.0的鈍化層。在該方法中，所述純金屬選自基本由銅和鋁所構(gòu)成的組。在該方法中，形成材料層包括:沉積導(dǎo)體。在該方法中，所述導(dǎo)體選自基本由鋁和銅所構(gòu)成的組。
在該方法中，在所述純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層包括:沉積介電常數(shù)大于約3.8的電介質(zhì)。在該方法中，在所述純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層包括:沉積選自基本由氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁所構(gòu)成的組的材料。在該方法中，在半導(dǎo)體襯底的所述像素陣列區(qū)的背側(cè)上方形成材料層進(jìn)一步包括:形成導(dǎo)體材料層。在該方法中，在所述光學(xué)柵格上方沉積折射率小于約2.0的鈍化層進(jìn)一步包括:沉積富硅電介質(zhì)。在該方法中，在所述光學(xué)柵格上方沉積折射率小于約2.0的鈍化層進(jìn)一步包括:沉積富硅氧化硅。在該方法中，所獲得的光學(xué)柵格的反射率大于95%。在該方法中，在所述光學(xué)柵格上方沉積包含純度至少為99 %金屬的純金屬涂層包括:沉積選自基本由純度至少為99.9%的Al和純度至少為99.9%的Cu所構(gòu)成的組中的材料。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:半導(dǎo)體襯底，具有像素陣列區(qū)，所述像素陣列區(qū)包括設(shè)置在所述襯底中的中的多個(gè)光傳感器，所述光傳感器之一對應(yīng)于所述像素陣列區(qū)中的每個(gè)像素；以及光學(xué)柵格材料，在所述半導(dǎo)體襯底的所述背側(cè)上形成光學(xué)柵格并且限定出所述像素陣列中的每個(gè)像素，其中，所述光學(xué)柵格進(jìn)一步包括:基本材料上方的金屬純度至少為99%的純金屬涂層、以及所述純金屬涂層上方的折射率大于2.0的高k介電材料。在該半導(dǎo)體器件中，所述純金屬涂層選自基本由銅和鋁所構(gòu)成的組。

在該半導(dǎo)體器件中，所述高k介電材料進(jìn)一步包括:介電常數(shù)k大于3.8的介電材料。在該半導(dǎo)體器件中，進(jìn)一步包括:所述光學(xué)柵格上方的鈍化層，所述鈍化層包含折射率小于約2.0的介電材料。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種背照式CIS器件，包括:半導(dǎo)體襯底，具有像素陣列區(qū)，所述像素陣列區(qū)包括在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)表面上形成的多個(gè)光傳感器，每個(gè)所述光傳感器均形成所述像素陣列區(qū)中的像素；光學(xué)柵格材料，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)表面上方，所述光學(xué)柵格材料被圖案化以形成限定所述像素陣列區(qū)中的每個(gè)像素并且在所述半導(dǎo)體襯底上方延伸的光學(xué)柵格，所述光學(xué)柵格具有側(cè)壁和頂部；以及高反射率涂層，形成在所述光學(xué)柵格上方，包含金屬的純度至少為99%的純金屬涂層、以及所述純金屬涂層上方的折射率大于約2.0的高k電介質(zhì)涂層。在該背照式CIS器件中，進(jìn)一步包括:鈍化層，覆蓋所述光學(xué)柵格和所述襯底的背偵牝包含折射率小于約2.0的介電材料。在該背照式CIS器件中，所述純度至少為99%的金屬涂層包含選自由銅和鋁所構(gòu)成的組中的金屬。在該背照式CIS器件中，所述純金屬涂層上方的所述高k電介質(zhì)涂層進(jìn)一步包含選自基本由氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁所構(gòu)成的組中材料。在該背照式CIS器件中，所述光學(xué)柵格材料包含選自基本由銅和鋁所構(gòu)成的組中的導(dǎo)體。


為了更完整地理解示意性實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖對以下說明作出參考，其中:圖1示出在中間處理步驟的結(jié)構(gòu)的橫截面圖，以示出實(shí)施例的使用；圖2在橫截面圖中示出附加處理之后的圖1的結(jié)構(gòu)；圖3在橫截面圖中示出附加處理之后的圖2的結(jié)構(gòu)；圖4在橫截面圖中示出附加處理之后的圖3的結(jié)構(gòu)；圖5在橫截面圖中示出附加處理之后的圖4的結(jié)構(gòu)；圖6在橫截面圖中示出附加處理之后的圖5的結(jié)構(gòu)；圖7在橫截面圖中示出附加處理之后的圖6的結(jié)構(gòu)，示出了實(shí)施例；圖8在橫截面圖中示出圖7的結(jié)構(gòu)的一部分；圖9在橫截面圖中示出圖7的結(jié)構(gòu)的一部分，以示出實(shí)施例的使用；圖10在平面圖中示出圖7的結(jié)構(gòu)；以及圖11在流程圖中示出方法實(shí)施例的步驟。除非另外指出，不同圖中的相應(yīng)數(shù)字和符號通常是指相應(yīng)部件。繪制附圖，以清楚地示出優(yōu)選實(shí)施例的相關(guān)方面并且不必須按比例繪制。
具體實(shí)施例方式以下詳細(xì)地論述當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施例的制造和使用。然而，將想到，示意性實(shí)施例提供可以在多種特定上下文中具體化的多個(gè)可應(yīng)用發(fā)明思想。所論述的特定實(shí)施例僅示出制造和使用實(shí)施例的特定方式，并且這些實(shí)例不限定本說明書的范圍并且不限定所附權(quán)利要求的范圍。在此的實(shí)施例是示意性實(shí)例，但是不限定本發(fā)明的范圍并且不限定所附權(quán)利要求的范圍。本發(fā)明的實(shí)施例包括用于在BSI CIS器件上形成光學(xué)柵格(optical grid)的方法和裝置。通過增加光學(xué)柵格的反射率，可以改進(jìn)信噪比，可以減少吸收，并且可以減小像素干擾，使得器件QE增加。在實(shí)施例方法中，由傳感器陣列上方的金屬或電介質(zhì)形成光學(xué)柵格。在柵格線上方形成純金屬的涂層。形成諸如高k電介質(zhì)的電介質(zhì)的第二涂層。電介質(zhì)的最終涂層被形成為光學(xué)柵格上方的鈍化層。與用作光學(xué)柵格的傳統(tǒng)金屬相比，這樣形成的光學(xué)柵格具有高反射率和不吸收光的低消光系數(shù)。具體光學(xué)柵格材料的使用防止在像素區(qū)之間的光串?dāng)_并且增加信噪比性能。雖然實(shí)施例關(guān)于特定上下文中的示意性實(shí)例描述，S卩，形成用于BSICIS器件的高反射率光學(xué)柵格，但是實(shí)施例的使用還可以用于在金屬上方提供反射涂層用于其他使用。例如，具體方法和結(jié)構(gòu)可以由前照式CIS傳感器、CCD陣列、或要求金屬的高反射率的其他應(yīng)用使用。具體方法和裝置不限于在此描述的典型處理，并且示意性實(shí)施例不限定所附權(quán)利要求。

圖像傳感器上面的光學(xué)柵格可以通過防止像素到像素光串?dāng)_并且通過改進(jìn)信噪t匕，提供附加性能。在光學(xué)系統(tǒng)中，諸如鋁(Al)和銀(Ag)的金屬是傳統(tǒng)選擇，這是因?yàn)樗鼈兊母叻瓷渎市阅堋＠?，在約550納米波長處的可見光中，Ag顯示出最佳反射率( 98% )，同時(shí)Al顯示出最好性能( 92%)。此外，Al不僅顯示出在紫外線區(qū)處的很好反射率( 93%)，而且在紅外線區(qū)中具有良好性能。結(jié)果，Al被廣泛用于光學(xué)薄膜應(yīng)用。然而，Al還顯示出低耐化學(xué)性(通過例如隨后化學(xué)處理受到損害)并且容易氧化，形成AlOx薄膜。當(dāng)由其他材料覆蓋時(shí)，到Al的附著有時(shí)還小于期望。類似地，Ag在空氣中很容易氧化，以形成AgOx膜(例如，失去光澤)。而且，雖然這些金屬反射特定波長光，但是根據(jù)材料選擇和厚度，特定光還被吸收。對于特定光波長，吸收可以在從30%到100%的范圍。在CIS器件中，該特性可以基本減小到像素陣列的光質(zhì)量/數(shù)量(導(dǎo)致減小QE)。該應(yīng)用的實(shí)施例提供關(guān)于用于BSI CMOS成像傳感器器件的光學(xué)柵格系統(tǒng)的“鏡面”涂層概念。提供了包括金屬和高k電介質(zhì)的涂層，以使光學(xué)柵格的反射率增加到至少95%或更大。這可以大大增加QE、提供給襯底中的光傳感器的光質(zhì)量和光數(shù)量。柵格還將提供改進(jìn)的信噪比性能以及減小的像素到像素串?dāng)_。圖1在橫截面圖中示出在用于形成結(jié)合實(shí)施例的BSI CIS的第一中間處理階段的器件100。如圖1中所示，示出半導(dǎo)體襯底11，背面朝上。為了說明目的，這是任意定向；當(dāng)然，器件可以被旋轉(zhuǎn)。注意，襯底11可以是硅襯底或者其他半導(dǎo)體材料?？梢允褂蒙榛墶㈡N、碳化硅、砷化銦或磷化銦或合金半導(dǎo)體，諸如，碳化硅鍺、磷化銦鎵、砷化銦鎵等。襯底通?？梢允前雽?dǎo)體材料的晶圓。晶圓級處理(“WLP”)可以由實(shí)施例使用并且被預(yù)期為提供附加實(shí)施例，但是這不要求用于所有實(shí)施例。在還有的其他實(shí)施例中，襯底11可以被提供為在絕緣體上的外延層，諸如“SOI”層。半導(dǎo)體材料的晶圓可以接合或堆疊，并且半導(dǎo)體襯底可以是這些層之一。襯底11通常通過晶圓研磨方法減薄，諸如，化學(xué)機(jī)械拋光(“CMP”)、機(jī)械晶圓研磨或半導(dǎo)體蝕刻。在一些實(shí)施例中，在減薄之后，襯底11的厚度可以僅僅為2.0微米或更多。

在圖1中，像素陣列區(qū)31被示出，具有金屬屏蔽區(qū)33、以及外圍區(qū)35。在襯底11的陣列區(qū)31中，示出傳感器13。在該實(shí)例中，示出三個(gè)像素傳感器13。這些可以例如為光電二極管，或者可選地，傳感器可以是光晶體管的源極/漏極區(qū)。注意，在該橫截面圖中，為了簡單起見，僅示出三個(gè)傳感器13 ;然而，在實(shí)際器件中，將提供成千上萬個(gè)或更多像素傳感器的陣列，通常布置為行和列。傳感器13被示出為延伸到襯底11的“前側(cè)”的擴(kuò)散或摻雜區(qū)。襯底可以包括外延層，并且傳感器13可以形成在外延層中。襯底11可以包括被摻雜的P或η型阱，并且傳感器13可以由阱內(nèi)的相反摻雜的擴(kuò)散區(qū)形成。傳感器13可以是光電二極管，并且光電二極管可以包括P-N結(jié)，并且傳感器13可以包括“鉸接(pinned) ”光電二極管。多種其他元件可以包括在每個(gè)傳感器13中，包括晶體管，例如轉(zhuǎn)移晶體管，以輸出對應(yīng)于在米樣周期內(nèi)在光電二極管中收集的光子的電壓。區(qū)域33將通過上面金屬部分屏蔽，并且提供用于傳感器13的“BLC”或黑電平相關(guān)。該區(qū)域?qū)⒉唤邮杖魏喂庾?，并且從而將提供用于感?yīng)操作中的比較，以使能電路從感應(yīng)的電平減去“黑噪聲(black noise)”并且增加像素的性能。襯底11中的區(qū)域35是用于連接并且用于陣列區(qū)之外的附加邏輯功能的像素陣列區(qū)31外部的區(qū)域。在圖1中，隔離區(qū)15可以例如是形成到襯底11中的淺溝槽隔離(“STI”)區(qū)。選擇包括硅(“L0C0S”)隔離的局部氧化。諸如氧化層的層間介電層17被示出在襯底上面。金屬間電介質(zhì)19被示出用于第一金屬層，并且示出金屬I區(qū)25。例如，這可以提供用于將陣列連接至外部焊盤或焊料連接器的導(dǎo)體。示出將金屬I焊盤25連接至未示出的另一層的通孔23。襯底11可以包括多個(gè)層間介電層和金屬間介電層以及金屬層，以提供到傳感器13、到器件上的其他電路、以及到外部連接器的映射和連接。由于器件100的照明來自背側(cè)(或者說是圖1中的頂面)，所以在襯底11的前側(cè)上的傳感器13上方使用多層不會出現(xiàn)問題，該照明朝向襯底11的底面上，如圖1中所示。圖2示出附加處理步驟之后的器件100。在圖2中，諸如抗反射涂層(“ARC”)41的涂層被示出在襯底11的背側(cè)(上表面，如圖2中所示)上面，例如，該涂層可以是有機(jī)材料。諸如氧化物的電介質(zhì)涂層43被示出覆蓋ARC層41。在圖3中，示出在附加處理步驟之后的器件100。在圖3中，在襯底11上方沉積用于形成光學(xué)柵格45的材料層。層45可以例如在傳統(tǒng)上選自用作由電化學(xué)鍍(“ECP”)形成的諸如Al或銅(Cu)的導(dǎo)體的材料。例如，種子層可以被濺射在襯底上，并且其余層可以通過ECP形成。除了金屬材料之外，可以使用諸如消光值1^ > O的介電材料的其他材料。在一個(gè)實(shí)例中，使用鋁(Al)。在圖4中，示出附加處理步驟之后的器件100。在圖4中，光刻膠(“PR”)層47被示出形成在柵格層45之上。PR 47被用于圖案化光學(xué)柵格層45的基本材料，以形成柵格圖案，從相鄰像素區(qū)分離每個(gè)像素區(qū)域。圖5在橫截面圖中示出附加處理步驟之后的器件100。在圖5中，示出光刻圖案化之后的光刻膠層47，包括使用光學(xué)圖案掩模進(jìn)行暴露、將層47暴露至光或激發(fā)物激光能量、固化或變硬化步驟、以及使光刻膠47顯影以形成所示的圖案。圖6在橫截面圖中示出層45 (光學(xué)柵格材料)的蝕刻步驟之后的器件100。在圖6中，層45被圖案化，以形成具有部 分451、453、455和金屬屏蔽部分48的光學(xué)柵格。其余材料被去除?？梢允褂脗鹘y(tǒng)金屬蝕刻處理，并且然后例如通過PR帶或灰化步驟去除其余光刻膠。光學(xué)柵格451、453、455的每個(gè)部分都連接至其他部分并且限定出(bound)像素區(qū)。圖7在橫截面圖中示出附加處理步驟之后的器件100，以完成示例性實(shí)施例的反射涂層。在圖7中，每個(gè)光學(xué)柵格部分451、455、453都被示出具有第一金屬涂層51、高k電介質(zhì)涂層53，并且然后在整個(gè)襯底上方提供鈍化介電層55，以提供用于器件的光學(xué)優(yōu)化和鈍化。圖8在橫截面圖和特寫鏡頭視圖中示出圖7的光學(xué)柵格453的一部分。例如Al或Cu的純金屬涂層51被提供在光學(xué)柵格部分453的頂部和側(cè)壁上方。該純金屬涂層的純度可以> 99%，并且在一個(gè)實(shí)例中，Al的純度> 99.9%。例如，Al或Cu金屬厚度可以從20納米到100納米。例如，該層可以通過等離子體汽相沉積(“PVD”)處理形成。在形成該涂層之后，在折射率為η(例如，大于2)的純金屬51之上形成高k介電材料53。該高k電介質(zhì)可以是任何高k材料，具有大于約2的折射率，諸如，用于非限定性實(shí)例，基于鉭的氧化物、TaOx、包括TiOx的基于鈦的氧化物、諸如Al2O3的氧化鋁、以及其他類似介電材料。高k電介質(zhì)具有大于二氧化硅或約3.8的介電常數(shù)k。在實(shí)施例中，高k電介質(zhì)可以具有甚至更高的介電常數(shù)k ;例如，大于9.0。高k電介質(zhì)可以具有由CVD或PVD處理沉積的從10納米到100納米的厚度。用于形成純金屬51和介電層53的處理步驟可以分別或一起圖案化這些層，以形成如圖8中所示的結(jié)構(gòu)。最后，在諸如453的光學(xué)柵格部分上方提供鈍化層55。例如，鈍化層可以例如是具有較低折射率η < 2的氧化物，諸如，富硅Si02。該層將不折射或反射，不像層45的光學(xué)柵格部分451、453和455。當(dāng)使用純金屬的涂層、高折射率介電層和鈍化層時(shí)，光學(xué)柵格材料45的反射率大大增加。例如，對于具有純鋁涂層的鋁金屬柵格，反射率可以大于95 %并且可以大于98 %。從而，具體鏡面涂層的使用增加反射率，并且增強(qiáng)用于BSI CIS器件的QE。圖9在橫截面圖中示出實(shí)施例的操作。示出限定出像素區(qū)的光學(xué)柵格材料45的兩個(gè)部分。它們例如是圖7中的453和455。每個(gè)都在光學(xué)柵格部分的側(cè)壁和頂部上具有純金屬涂層和高折射率電介質(zhì)氧化物涂層，以增加反射率。對于示意性實(shí)例，入射到光學(xué)柵格部分453、455上的用于紅色的可見光子(light photon)Ll、用于綠色的L2、用于藍(lán)色的L3被反射到襯底中并且不被吸收，從而增加效率。將光學(xué)柵格材料45放在像素傳感器部分之間通過將光反射到最近的傳感器13并且不反射到鄰近像素區(qū)，改進(jìn)信噪比并且減小像素到像素串?dāng)_。圖10在平面圖中示出襯底11上方的光學(xué)柵格45。由柵格限定出的每個(gè)部分都限定出像素區(qū)102。在實(shí)際器件中提供了成千上萬個(gè)像素。光學(xué)柵格45和金屬的涂層51、以及高k電介質(zhì)53和鈍化層55可以均在晶圓級處理方法中形成，并且可以在鈍化層完成之后，將圖像器件單分出來(singulate)。可選地，可以在晶圓減薄步驟以使背側(cè)照明的襯底變薄之后，處理單個(gè)器件，如上所述。具有上述鏡面涂層實(shí)施例的光學(xué)柵格可以具有到前側(cè)照明器件、以及CCD成像器、以及其他成像應(yīng)用方式，并且實(shí)施例和所附權(quán)利要求預(yù)期超過在此被呈現(xiàn)為實(shí)例的那些的附加應(yīng)用。圖11在流程圖中示出方法實(shí)施例。在圖11中，在步驟61中，在襯底的背側(cè)上方形成限定像素區(qū)的材料的光學(xué)柵格。在步驟63，通過在光學(xué)柵格材料上方沉積純金`屬涂層來繼續(xù)該方法。在步驟65，在純金屬涂層之上沉積折射率大于2的高k電介質(zhì)涂層。在步驟67，涂層被圖案化，以在光學(xué)柵格的每個(gè)部分的頂部和側(cè)壁上留下具有高反射率涂層的光學(xué)柵格。在步驟69，在光學(xué)柵格材料和反射涂層上方形成富硅介電材料的鈍化層。除了在此描述的示例性結(jié)構(gòu)之外，襯底還可以包括其他器件，包括在襯底的另一部分中形成的有源晶體管、二極管、電容器、電感器、電阻器、雙極和MOSFET器件、存儲器單元、模擬器件、過濾器、收發(fā)器等。而且，在用于蝕刻襯底、層間電介質(zhì)、導(dǎo)體、在上層中形成的附加器件的在此描述的具體蝕刻步驟之后，封裝材料可以設(shè)置在襯底上方，以形成完整微電子組件，諸如，集成電路、太陽能電池、處理器等。實(shí)施例的使用有利地提供高反射率光學(xué)柵格材料。實(shí)施例與現(xiàn)有半導(dǎo)體處理兼容。用于實(shí)施例的方法使用現(xiàn)有金屬沉積、圖案化、蝕刻、以及去除處理，而不需要重組或改變化學(xué)物質(zhì)或裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，一種方法包括:在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上方的像素陣列區(qū)上方形成材料層；使用光刻處理圖案化該層材料，以形成光學(xué)柵格，光學(xué)柵格位于像素陣列區(qū)上方并且限定像素陣列區(qū)的每個(gè)部分中的像素傳感器；在光學(xué)柵格上方沉積純金屬涂層，純金屬涂層包括純度至少為99%的金屬；在純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層；圖案化純金屬涂層和介電層，以在光學(xué)柵格的每個(gè)部分的頂部上方和側(cè)壁上方形成反射涂層；以及在光學(xué)柵格上方沉積鈍化層，鈍化層具有小于約2.0的折射率。在又一個(gè)實(shí)施例中，以上方法進(jìn)一步包括:該純金屬是銅和鋁中之一。在又一個(gè)實(shí)施例中，形成材料層包括沉積導(dǎo)體。在又一實(shí)施例中，導(dǎo)體是鋁和銅之一。在還有的另一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括:通過沉積介電常數(shù)大于約3.8的電介質(zhì)，在純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層。在還有的另一個(gè)實(shí)施例中，該方法包括:通過沉積選自氧化鉭、氧化鈦、以及氧化鋁中的一個(gè)，在純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層。在又一個(gè)實(shí)施例中，以上方法包括:在半導(dǎo)體襯底的像素陣列區(qū)的背側(cè)上方形成一層材料，進(jìn)一步包括形成一層導(dǎo)體材料。在又一個(gè)可選實(shí)施例中，該方法包括:通過沉積富娃電介質(zhì)，在光學(xué)柵格上方沉積鈍化層，鈍化層具有小于約2.0的折射率。在又一個(gè)實(shí)施例中，在光學(xué)柵格上方沉積鈍化層，鈍化層具有小于約2.0的折射率，進(jìn)一步包括沉積富硅氧化硅。在還有的另一個(gè)實(shí)施例中，所獲得的光學(xué)柵格的反射率大于95 %。在還有的另一個(gè)實(shí)施例中，在光學(xué)柵格上方沉積純金屬涂層，純金屬涂層是純度至少為99%的金屬，包括沉積純度至少為99.9%的Al或Cu。 在又一個(gè)實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件包括:半導(dǎo)體襯底，具有包括設(shè)置在襯底中的多個(gè)光傳感器的像素陣列區(qū)，光傳感器中的一個(gè)對應(yīng)于像素陣列區(qū)中的每個(gè)像素；光學(xué)柵格材料，在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上形成光學(xué)柵格并且限定出(bound)像素陣列中的每個(gè)像素，其中，光學(xué)柵格進(jìn)一步包括:在金屬純度至少為99%的基本材料上方的純金屬涂層、以及折射率大于2.0的純金屬涂層上方的高k介電材料。在還有的另一個(gè)實(shí)施例中，純金屬涂層是銅和鋁之一。在進(jìn)一步實(shí)施例中，在高k介電材料上方的器件中，進(jìn)一步形成介電常數(shù)k大于3.8的介電材料。在還有的另一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括在光學(xué)柵格上方的鈍化層，鈍化層包括折射率小于約2.0的介電材料。在又一個(gè)實(shí)施例中，一種背照式CIS器件包括:半導(dǎo)體襯底，具有像素陣列區(qū)，包括在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)表面上形成的多個(gè)光傳感器，每個(gè)光傳感器都形成像素陣列區(qū)中的像素；光學(xué)柵格材料，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)表面上方，光學(xué)柵格材料被圖案化以形成限定像素陣列區(qū)中的每個(gè)像素并且在半導(dǎo)體襯底上方延伸的光學(xué)柵格，光學(xué)柵格具有側(cè)壁和頂部；以及高反射率涂層，形成在光學(xué)柵格上方，包括:純度至少為99%的純金屬涂層、以及在折射率大于約2.0的純金屬涂層上方的高k介電層。在還有的另一個(gè)實(shí)施例中，背照式CIS器件包括:鈍化層，覆蓋光學(xué)柵格和襯底的背側(cè)，包括折射率小于約2.0的介電材料。在進(jìn)一步實(shí)施例中，背照式CIS器件包括:金屬涂層，純度至少為99%，進(jìn)一步包括銅和鋁之一。在CIS器件的還有的另一個(gè)實(shí)施例中，純金屬涂層上方的高k電介質(zhì)涂層包括:氧化鉭、氧化鈦、或氧化鋁。在又一個(gè)實(shí)施例中，光學(xué)柵格材料上方的CIS器件包括選自銅和鋁的導(dǎo)體。雖然詳細(xì)地描述了示意性實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)該理解，可以在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在此可以作出多種改變、替換和更改。例如，可以選擇可選材料、注入量和溫度。而且，本申請的范圍不旨在限于說明書中描述的處理、機(jī)器、制造、以及事務(wù)、裝置、方法和步驟的結(jié)合的特定實(shí)施例。由于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本公開可以很容易地想到，目前存在的或者隨后開發(fā)的執(zhí)行與這里所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或者完成與這里所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的結(jié)果的處理、機(jī)器、制造，事物、手段、方法和步驟的組合可以根據(jù)本發(fā)明被利用。從而，所附權(quán)利要求旨在包括在這種處理、機(jī)器、制造，事物、手段、方法或步驟的結(jié)合的范圍 內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括: 在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)上方的像素陣列區(qū)上方形成材料層； 使用光刻工藝來圖案化所述材料層以形成光學(xué)柵格，所述光學(xué)柵格位于所述像素陣列區(qū)上方并且在所述像素陣列區(qū)的每個(gè)部分中限定出像素傳感器； 在所述光學(xué)柵格上方沉積包含純度至少為99%金屬的純金屬涂層； 在所述純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層； 圖案化所述純金屬涂層和所述介電層，以在所述光學(xué)柵格的每個(gè)部分的頂部上方和側(cè)壁上方形成反射涂層；以及 在所述光學(xué)柵格上方沉積折射率小于約2.0的鈍化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述純金屬選自基本由銅和鋁所構(gòu)成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，形成材料層包括:沉積導(dǎo)體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述導(dǎo)體選自基本由鋁和銅所構(gòu)成的組。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層包括:沉積介電常數(shù)大于約3.8的電介質(zhì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述純金屬涂層上方沉積折射率大于約2.0的介電層包括:沉積選自基本由氧化鉭、氧化鈦、氧化鋁所構(gòu)成的組的材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在半導(dǎo)體襯底的所述像素陣列區(qū)的背側(cè)上方形成材料層進(jìn)一步包括:形成導(dǎo)體材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，在所述光學(xué)柵格上方沉積折射率小于約2.0的鈍化層進(jìn)一步包括:沉積富娃電介質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在所述光學(xué)柵格上方沉積折射率小于約2.0的鈍化層進(jìn)一步包括:沉積富硅氧化硅。
10.一種背照式CIS器件,包括: 半導(dǎo)體襯底，具有像素陣列區(qū)，所述像素陣列區(qū)包括在所述半導(dǎo)體襯底的前側(cè)表面上形成的多個(gè)光傳感器，每個(gè)所述光傳感器均形成所述像素陣列區(qū)中的像素； 光學(xué)柵格材料，設(shè)置在所述半導(dǎo)體襯底的背側(cè)表面上方，所述光學(xué)柵格材料被圖案化以形成限定所述像素陣列區(qū)中的每個(gè)像素并且在所述半導(dǎo)體襯底上方延伸的光學(xué)柵格，所述光學(xué)柵格具有側(cè)壁和頂部；以及 高反射率涂層，形成在所述光學(xué)柵格上方，包含金屬的純度至少為99%的純金屬涂層、以及所述純金屬涂層上方的折射率大于約2.0的高k電介質(zhì)涂層。
全文摘要
一種用于圖像傳感器的改進(jìn)的折射率光學(xué)柵格。在一個(gè)實(shí)施例中，一種背照式CIS器件包括半導(dǎo)體襯底，具有像素陣列區(qū)，像素陣列區(qū)包括在半導(dǎo)體襯底的前側(cè)表面上形成的多個(gè)光傳感器，每個(gè)光傳感器均在像素陣列區(qū)中形成像素；光學(xué)柵格材料，設(shè)置在半導(dǎo)體襯底的背側(cè)表面上方，光學(xué)柵格材料被圖案化以形成限定出像素陣列區(qū)中的每個(gè)像素并且在半導(dǎo)體襯底上方延伸的光學(xué)柵格，光學(xué)柵格具有側(cè)壁和頂部；以及高反射率涂層，形成在光學(xué)柵格上方，包含金屬純度至少為99％的純金屬涂層、以及反射系數(shù)大于約2.0的純金屬涂層上方的高k電介質(zhì)涂層。還公開了多種方法。本發(fā)明還提供了一種用于改進(jìn)圖像傳感器的反射率光學(xué)柵格的方法和裝置。
文檔編號H01L27/146GK103227178SQ201210193759
公開日2013年7月31日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月31日
發(fā)明者張簡旭珂, 陳科維, 王英郎 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司