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TWI717795B - 影像感測器及其形成方法 - Google Patents

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TWI717795B
TWI717795B TW108127378A TW108127378A TWI717795B TW I717795 B TWI717795 B TW I717795B TW 108127378 A TW108127378 A TW 108127378A TW 108127378 A TW108127378 A TW 108127378A TW I717795 B TWI717795 B TW I717795B
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曹淳凱
盧玠甫
周世培
王子銘
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台灣積體電路製造股份有限公司
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Abstract

本發明的各種實施例關於一種包括光管結構的影像感測 器。光偵測器設置在半導體基底內。閘極電極位於半導體基底之上且與光偵測器相鄰。層級間介電層上覆於半導體基底。導電接點設置在層級間介電層內，以使得導電接點的底表面低於閘極電極的頂表面。光管結構上覆於光偵測器，以使得光管結構的底表面凹入成低於導電接點的頂表面。

Description

影像感測器及其形成方法
本發明實施例是關於影像感測器及其形成方法。
具有影像感測器的積體電路(Integrated Circuit，IC)用於各種各樣的現代電子元件中，例如照相機及手機。互補金屬氧化物半導體(Complementary metal-oxide semiconductor，CMOS)元件已成為普及的IC影像感測器。與電荷耦合元件(charge-coupled device，CCD)相比，CMOS影像感測器因功耗低、尺寸小、資料處理迅速、直接輸出資料及製造成本低而越來越受歡迎。一些類型的CMOS影像感測器包括前側照明式(front-side illuminated，FSI)影像感測器及後側照明式(back-side illuminated，BSI)影像感測器。
在一些實施例中，本申請提供一種影像感測器，所述影像感測器包括：半導體基底；光偵測器(photodetector)，設置在所述半導體基底內；閘極電極，上覆於所述半導體基底且與所述光偵測器相鄰；層級間介電(ILD)層，上覆於所述半導體基底； 導電接點，位於所述層級間介電層內，其中所述導電接點的底表面低於所述閘極電極的頂表面；以及光管(light pipe)結構，上覆於所述光偵測器，其中所述光管結構的底表面凹入成低於所述導電接點的頂表面。
在一些實施例中，本申請提供一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器，所述互補金屬氧化物半導體影像感測器包括：基底；光偵測器，設置在所述基底內；內連線結構，包括層級間介電(ILD)層、上覆於所述層級間介電(ILD)層的金屬間介電(IMD)結構以及在所述金屬間介電結構內的導線，其中所述內連線結構上覆於所述基底且選擇性地電耦合到所述光偵測器；以及光管結構，上覆於所述光偵測器且從所述金屬間介電結構的頂部連續延伸到低於所述內連線結構的最底部導線的底表面的點。
在一些實施例中，本申請提供一種用於形成影像感測器的方法，所述方法包括：在半導體基底中形成光偵測器；在所述光偵測器之上形成內連線結構的下部內連線部分；執行第一移除製程以在所述下部內連線部分中界定上覆於所述光偵測器的第一開口；形成下部蝕刻終止層，從而給所述第一開口加襯，其中所述下部蝕刻終止層在所述第一開口中具有U形；在所述下部蝕刻終止層之上形成所述內連線結構的上部內連線部分；以及形成上覆於所述光偵測器的光管結構，其中所述下部蝕刻終止層的所述U形沿著所述光管結構的側壁及底表面連續延伸。
100、200a、200b、300、400:影像感測器
102:半導體基底
102b:後側表面
102f:前側表面
104:光偵測器
106:浮動擴散節點
107:內連線結構
108:導電接點
109:層級間介電結構
110:轉移電晶體
112:最底部導線
114:下部蝕刻終止結構
114a:第一下部蝕刻終止層
114b:第二下部蝕刻終止層
114bu、118bu:U形區段
114s1、114s2、118s1、118s2:側壁
115:光管結構
115b:底表面
116:上部層級間介電結構
118:上部蝕刻終止結構
118a:第一上部蝕刻終止層
118b:第二上部蝕刻終止層
120:入射輻射
201:內連線介電結構
202:深隔離結構
204a、204b、204c、204d:配線間緩衝層
206a、206c、206d:金屬間介電層
206b:金屬間介電層
206bl:下部區段
208:導電通孔
210a:導電配線層
210b:導電配線層
210c:導電配線層
210d:導電配線層
214a、214b:鈍化層
216:抗反射層
218:接墊介電層
220:接合接墊
222:焊料凸塊
224:微透鏡
226:彩色濾光片
230:側壁間隔件
232:轉移閘極電介質
234:轉移閘極電極
302:接觸區
304:重置電晶體
306:淺隔離結構
402:內連線柱
500、600、700、800、900、1000、1100、1200、1300、1400、1500:剖視圖
702:第一開口
1102:第二開口
1402:光管開口
1600:方法
1602、1604、1606、1608、1610、1612、1614、1616、1618、1620、1622、1624、1626、1628:動作
d1:距離
r1、r2:凹入距離
t1:厚度
tet1:第一厚度
tet2:第二厚度
W1:第一寬度
W2:第二寬度
結合附圖進行閱讀，依據以下詳細說明最透徹地理解本發明的各方面。注意，根據行業中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。事實上，為論述的清晰起見，可任意地增大或減小各種特徵的尺寸。
圖1說明包括光管結構的影像感測器的一些實施例的剖視圖，所述光管結構上覆於光偵測器，其中所述光管結構的底表面延伸成低於最底部導線。
圖2A及圖2B說明圖1所示影像感測器的各種替代實施例的剖視圖，其中所述影像感測器更包括上覆於導電層堆疊的接合接墊(bond pad)。
圖3說明影像感測器的一些實施例的剖視圖，所述影像感測器包括位於光偵測器之上的光管結構且更包括鄰近所述光偵測器的電晶體，其中所述電晶體通過內連線結構電耦合到上覆的接合接墊。
圖4到圖15說明用於形成影像感測器的方法的一些實施例的一系列剖視圖，所述影像感測器包括位於光偵測器之上的光管結構且更包括鄰近所述光偵測器的電晶體。
圖16說明圖4到圖15所示方法的一些實施例的方塊圖。
本發明提供許多不同的實施例或實例以實施本發明的不同特徵。下文闡述構件及排列的具體實例以使本發明簡明。當然，這些僅是實例，並不旨在進行限制。舉例來說，在以下說明中， 第一特徵形成在第二特徵之上或形成在第二特徵上可包括第一特徵與第二特徵形成為直接接觸的實施例，且還可包括額外特徵可形成在第一特徵與第二特徵之間使得第一特徵與第二特徵不可直接接觸的實施例。另外，本發明可在各種實例中重複使用參考編號及/或字母。此重複是出於簡明及清晰目的，本質上並不規定所述的各種實施例及/或配置之間的關係。
此外，為便於說明起見，本文中可使用例如「在…下面」、「低於」、「下部」、「在…上方」、「上部」等空間相對用語來闡述一個構件或特徵與另外的構件或特徵之間的關係，如圖中所說明。除了圖中所繪示的定向之外，所述空間相對用語還旨在囊括元件在使用或操作中的不同定向。可以其他方式對設備進行定向(旋轉90度或處於其他定向)，且同樣地可對本文中所使用的空間相對描述符加以相應地解釋。
前側照明式(FSI)影像感測器可(例如)包括光管結構，所述光管結構分別上覆於光偵測器。所述光管結構被配置成通過全內反射(total internal reflection，TIR)將入射輻射引導到下方的光偵測器，借此提高影像感測器的量子效率(quantum efficiency，QE)。光偵測器設置在半導體基底內。內連線結構上覆於所述半導體基底。所述內連線結構包括配線層(例如，水平佈線)與通孔層(例如，垂直佈線)的交替堆疊，所述交替堆疊設置在內連線介電結構內。
可通過以下步驟形成光管結構：先完全形成或實質上形成內連線結構，再穿過內連線介電結構執行蝕刻製程(例如，乾式蝕刻製程)，借此在每一光偵測器上方形成開口。隨後，可在所 述開口中形成光管結構。然而，由於開口深入地延伸到內連線結構中，因此可例如通過具有高功率且因此具有高電場強度的等離子蝕刻來執行所述蝕刻。這可使電子積聚在半導體基底上，因此會增大暗電流及/或增大影像感測器中所存在的白色像素的數目。此外，來自等離子中的離子的物理轟擊可損壞內連線介電結構及/或損壞半導體基底的結晶結構，因此會降低內連線介電結構的結構完整性及/或進一步增加暗電流及/或白色像素的數目。此外，高功率及長持續時間的蝕刻製程會導致光管結構的高度大不相同。因此，光管結構各自從內連線結構的頂部延伸到半導體基底上方的不同的點，這會致使每一光管結構可具有不同的高度。已認識到，光管結構間的高度差可導致光偵測器間存在不均勻性(例如，第一光偵測器可接收到的入射輻射比鄰近的第二光偵測器少)且可降低影像感測器的總量子效率。
本申請的各種實施例關於一種形成光管結構的方法，所述光管結構提高影像感測器的量子效率且減少暗電流及/或白色像素的數目。在一些實施例中，所述方法包括：在光偵測器之上形成內連線結構的下部內連線部分；及隨後在所述下部內連線部分中執行第一低功率蝕刻以形成開口。形成下部蝕刻終止層，從而給開口加襯，且所述下部蝕刻終止層在開口中具有U形輪廓。在下部蝕刻終止層及下部內連線部分之上形成內連線介電結構的上部內連線部分。在上部內連線部分中執行第二蝕刻製程以形成上覆於光偵測器的光管開口。形成上部蝕刻終止層，從而給光管開口的側壁加襯。執行濕式蝕刻製程以擴張光管開口且移除上覆於下部蝕刻終止層的上部內連線部分的多餘材料。在所述光管開口 中形成光管結構，以使得光管結構的底表面低於內連線結構的最底部配線層。使用低功率蝕刻製程來形成開口並在所述開口內形成下部蝕刻終止層能減少對半導體基底的結晶結構的損壞，借此減少暗電流及/或影像感測器中白色像素的數目。此外，濕式蝕刻製程能夠形成光管開口，同時避免在進行乾式蝕刻製程期間會發生的等離子損壞，因此減少電子在半導體基底上的積聚。此外，光管結構的底表面延伸成低於最底部配線層能提高影像感測器中光偵測器間的量子效率及均勻性。
參考圖1，提供包括光管結構115的影像感測器100的一些實施例的剖視圖，光管結構115上覆於光偵測器104，其中光管結構115的底表面115b延伸成低於最底部導線112。
光管結構115上覆於位於半導體基底102內的光偵測器104。在一些實施例中，半導體基底102可以是例如塊狀基底(例如，塊狀矽基底)、絕緣體上矽(silicon-on-insulator，SOI)基底或具有第一摻雜類型(例如，P型)的一些其他適合的基底。在另外的實施例中，半導體基底102可包括三層(例如，上覆於氧化物的矽及位於所述氧化物之下的矽)，以使得所述三層中的最頂層是進行了n型摻雜的磊晶矽。光偵測器104具有與第一摻雜類型相反的第二摻雜類型(例如，n型)。光偵測器104被配置成吸收入射輻射120(例如，光子)並產生與入射輻射120對應的電信號。在一些實施例中，沿著光偵測器104的邊界形成空乏區(例如，由於光偵測器104與半導體基底102的鄰近摻雜區之間的p-n結)。
浮動擴散節點(floating diffusion node)106橫向地偏離光偵測器104而設置在半導體基底102內。浮動擴散節點106位 於具有第二摻雜類型(例如，n型)的半導體基底102內。轉移電晶體(transfer transistor)110設置在半導體基底102之上、橫向地位於光偵測器104與浮動擴散節點106之間。轉移電晶體110可例如在光偵測器104與浮動擴散節點106之間選擇性地形成導電通道，以將光偵測器104中所積聚的電荷轉移到浮動擴散節點106。所積聚的電荷可例如由吸收入射輻射120產生。
內連線結構107上覆於半導體基底102。內連線結構107包括導電通孔(例如，導電接點108)、導線(例如，最底部導線112)及介電層及/或介電結構(例如，下部層級間介電(ILD)結構109)。下部ILD結構109上覆於半導體基底102及轉移電晶體110。導電接點108上覆於浮動擴散節點106，且延伸穿過下部ILD結構109以將浮動擴散節點106電耦合到最底部導線112。在一些實施例中，矽化物可設置在導電接點108與半導體基底102之間(未示出)。下部蝕刻終止結構114設置在下部ILD結構109與上覆的上部ILD結構116之間。下部蝕刻終止結構114具有直接位於光偵測器104上方的U形輪廓。上部蝕刻終止結構118穿過上部ILD結構116延伸到下部蝕刻終止結構114。
光管結構115從內連線結構107的頂部延伸成低於最底部導線112的底表面。在一些實施例中，光管結構115包含具有第一折射率(例如，大於2.6)的第一介電材料，下部蝕刻終止結構114包含具有第二折射率(例如，大約2.6)的第二介電材料，且上部蝕刻終止結構118包含具有第三折射率(例如，大約2)的第三介電材料。在一些實施例中，第一折射率大於第二折射率及第三折射率。由於第一折射率大於第二折射率及第三折射率，因 此入射輻射120被約束到光管結構115中(例如，由於全內反射)且被引導到光偵測器104上。另外，由於第二折射率及第三折射率小於第一折射率，因此設置在直接位於光偵測器104上方的內連線結構107上的大多數入射輻射120被引導到光管結構115並朝向光偵測器104折射。
光管結構115的底表面115b延伸成低於導電接點108的頂表面達距離d1。在一些實施例中，距離d1處於約50埃到1500埃範圍內。在一些實施例中，如果距離d1小(例如，小於約50埃)，則光管結構115的高度會減小。這可部分地減少設置在光偵測器104上的入射輻射120，因此會降低影像感測器100的量子效率(QE)。在另外的實施例中，如果距離d1大(例如，大於約1500埃)，則物理轟擊(例如，來自在形成光管結構115期間所使用的等離子的離子)可能會損壞內連線結構107及/或損壞半導體基底102的結晶結構。這可部分地降低內連線結構107的結構完整性，增加光偵測器104中的暗電流及/或影像感測器100中的白色像素。在另外的實施例中，下部ILD結構109包含具有第四折射率(例如，大約1.46)的第四介電材料(例如氧化物，例如氧化矽)，所述第四折射率小於第一折射率。在其他實施例中，上部ILD結構116包含具有第五介電材料的氧化物，所述第五介電材料的折射率大約為1.3。
在一些實施例中，如圖1中所見，光管結構115沿著上部蝕刻終止結構118的實質上筆直的內側壁連續延伸。在另外的實施例中，光管結構115的頂表面與上部蝕刻終止結構118的頂表面實質上對齊。光管結構115的上表面直接接觸上部蝕刻終止 結構118的底表面。下部蝕刻終止結構114沿著光管結構115的最外側壁及底表面115b連續延伸且杯形地環繞所述最外側壁及所述底表面115b。在一些實施例中，光管結構115的最外側壁橫向地位於光偵測器104的外側壁之間。光管結構115的底表面115b與光偵測器104的頂表面可例如被下部蝕刻終止結構114的下部區段及下部ILD結構109分隔開。光管結構115凹入到下部ILD結構109中，以使得光管結構115的底表面115b低於下部ILD結構109的頂表面。下部ILD結構109沿著光管結構115的最外側壁及底表面115b連續延伸，且杯形地環繞所述最外側壁及所述底表面115b。轉移電晶體110橫向地設置在光管結構115與導電接點108之間。光管結構115的底表面115b橫向地設置在轉移電晶體110的頂表面上方。光管結構115橫向地位於光偵測器104的外側壁與轉移電晶體110之間。
參考圖2A，提供根據圖1所示影像感測器100的一些替代實施例的影像感測器200a的剖視圖，其中接合接墊220上覆於轉移電晶體110。
影像感測器200a包括上覆於半導體基底102的內連線結構107。深隔離結構202鄰近光偵測器104而設置在半導體基底102內。在一些實施例中，深隔離結構202可以是例如淺溝渠隔離(shallow trench isolation，STI)結構、深溝渠隔離(deep trench isolation，DTI)結構等。在另外的實施例中，深隔離結構202包含介電材料，及/或從半導體基底102的前側表面102f延伸到半導體基底102的後側表面102b。深隔離結構202被配置成電隔離光偵測器104與鄰近的半導體元件(例如，鄰近光偵測器)(未示出)。
轉移電晶體110設置在浮動擴散節點106與光偵測器104之間。在一些實施例中，轉移電晶體110包括上覆於轉移閘極電介質232的轉移閘極電極234，且更包括鄰接轉移閘極電極234以及轉移閘極電介質232的側壁間隔件230。在前述實施例中，可對轉移閘極電極234施加電壓以控制光偵測器104中所積聚的電荷(例如，經由吸收入射輻射)向浮動擴散節點106的轉移。
內連線結構107上覆於半導體基底102的前側表面102f，以使得影像感測器200a可例如被配置成前側照明式(FSI)影像感測器。在一些實施例中，內連線結構107包括設置在內連線介電結構201內的導電接點108、接合接墊220、內連線介電結構201、導電配線層210a到210d及導電通孔208。導電接點108設置在最底部導電配線層210a與浮動擴散節點106之間。導電通孔208設置在導電配線層210a到210d之間。內連線介電結構201包括多個介電層。內連線介電結構201包括下部ILD結構109、下部蝕刻終止結構114、配線間緩衝層204a到204d、上部蝕刻終止結構118、金屬間介電(inter-metal dielectric，IMD)層206a到206d以及鈍化層214a到214b。在一些實施例中，上部蝕刻終止結構118的底表面設置成低於最底部導電配線層210a的上表面。
在一些實施例中，下部ILD結構109(例如)可以是或包含一種或多種介電材料(例如，氧化物、氧化矽、低k值電介質等)，及/或可例如具有處於約2500埃到5000埃範圍內的厚度。如本文中所使用，低k值電介質是介電常數小於3.9的介電材料。在另外的實施例中，下部蝕刻終止結構114(例如)可以是或包含 碳化矽等，及/或可例如具有處於約200埃到500埃範圍內的厚度。在其他實施例中，配線間緩衝層204a到204c可分別(例如)是或包含碳化矽等，及/或可分別(例如)具有處於約200埃到500埃範圍內的厚度。在一些實施例中，上部蝕刻終止結構118及配線間緩衝層204d可分別(例如)是或包含氮化矽，及/或可(例如)具有處於約250埃到750埃範圍內的厚度。在另外的實施例中，IMD層206a到206d可分別(例如)是或包含氧化物、氧化矽、低k值電介質等，及/或可分別(例如)具有處於約1000到3000埃範圍內的厚度。在其他實施例中，鈍化層214a到214b可分別(例如)是或包含氧化物、氧化矽、低k值電介質、氮化矽等，及/或可(例如)具有處於約500埃到2000埃範圍內的厚度。在一些實施例中，導電接點108、導電通孔208以及導電配線層210a到210d(例如)可以是或包含金屬材料，例如銅、鎢、鋁等。
導電通孔208及導電配線層210a到210d延伸穿過內連線介電結構201，且促進下方的接觸區(例如，浮動擴散節點106)及/或下方的半導體元件(例如，轉移電晶體110)與上覆的金屬層(例如，接合接墊220)之間進行電耦合。在一些實施例中，接合接墊220可將最上部導電配線層210d電耦合到設置在外部元件(未示出)上的半導體元件。焊料凸塊222設置在接合接墊220之上，以促進接合接墊220與集成晶片封裝的外部輸入/輸出(input/output，I/O)引腳之間進行耦合。接墊介電層218設置在接合接墊220與最上部導電配線層210d之間。
導電接點108上覆於浮動擴散節點106，且可促進浮動擴散節點106處的電荷轉移到上覆的金屬層(例如，接合接墊220)。 在一些實施例中，導電接點108的底表面與半導體基底102的前側表面102f對齊，且直接接觸所述前側表面102f。在另外的實施例中，導電接點108的底表面延伸成低於半導體基底102的前側表面102f(未示出)。在其他實施例中，導電接點108的底表面高於半導體基底102的前側表面102f，且可通過例如矽化物、摻雜矽及/或多晶矽(未示出)電耦合到半導體基底。光管結構115的底表面115b延伸成低於導電接點108的頂表面。在一些實施例中，不同的導電接點上覆於轉移閘極電極234，以使得光管結構115的底表面115b延伸成低於不同的導電接點的頂表面(未示出)。
光管結構115延伸穿過內連線介電結構201且終止在低於最底部導電配線層210a的底表面處。在一些實施例中，光管結構115具有第一寬度W1及第二寬度W2，第一寬度W1大於第二寬度W2。設置在直接位於光偵測器104上方的內連線結構107上的入射輻射被約束到光管結構115中(例如，由於全內反射)且被引導到光偵測器104。光管結構115的底表面115b設置成低於最底部導電配線層210a的底表面達距離d1。因此，位於下部蝕刻終止結構114的底表面與半導體基底102的前側表面102f之間的下部ILD結構109的厚度t1減小。這部分地減少下部ILD結構109對入射輻射的反射及/或吸收，因此會提高影像感測器200a的量子效率。
第一寬度W1界定在下部蝕刻終止結構114的相對的側壁114s1、114s2之間。在一些實施例中，第一寬度W1處於大約1微米到3.5微米範圍內。第二寬度W2界定在上部蝕刻終止結構118的相對的側壁118s1、118s2之間。在一些實施例中，第二寬度 W2處於大約1微米到3微米範圍內。在另外的實施例中，如果第二寬度W2是1微米或大於1微米，則設置在光偵測器104上的入射輻射將會增加，同時會減少被內連線結構107反射離開光偵測器104的入射輻射。這將部分地提高影像感測器200a的總量子效率。在其他實施例中，如果第二寬度W2是3微米或小於3微米，則設置在光偵測器104上的入射輻射將得以進一步提高，同時降低與形成光管結構115相關聯的成本。這將部分地進一步提高影像感測器200a的總量子效率。在一些實施例中，第一寬度W1與第二寬度W2之間的差的絕對值(即，|W1-W2|)小於0.5微米。在另外的實施例中，如果上述差大於例如0.5微米，則可降低光管結構115的結構完整性。
此外，在一些實施例中，光偵測器104可位於光偵測器陣列中，以使得所述陣列包括設置成行及列的多個光偵測器。光管結構直接上覆於所述陣列中的每一光偵測器。光管結構可各自被配置成光管結構115，以使得每一光管結構的底表面延伸穿過內連線介電結構201且終止在低於最底部導電配線層210a的底表面處。這可跨越陣列而部分地提高光偵測器的均勻性(例如，第一光偵測器可與鄰近的第二光偵測器接收約相同量的入射輻射)，借此提高影像感測器200a的總量子效率。
抗反射層216接觸光管結構115，且被配置成減少內連線結構107反射的入射輻射量。在一些實施例中，抗反射層216(例如)可以是或包含氧化物、高k值電介質、氮化物等。彩色濾光片226設置在抗反射層216之上。彩色濾光片226被配置成透射特定波長的入射輻射，而阻擋其他波長的輻射。此外，微透鏡224 上覆於彩色濾光片226且被配置成朝向光偵測器104聚焦入射輻射。
參考圖2B，提供根據圖2A所示影像感測器200a的一些替代實施例的影像感測器200b的剖視圖，其中下部蝕刻終止結構114包括第一下部蝕刻終止層114a及第二下部蝕刻終止層114b，第一下部蝕刻終止層114a位於第二下部蝕刻終止層114b之下。第二下部蝕刻終止層114b具有直接位於光偵測器104上方的U形輪廓。下部蝕刻終止結構114上覆於第二最底部導電配線層210b。上部蝕刻終止結構118的底表面設置在最底部導電配線層210a的頂表面上方。上部蝕刻終止結構118在最底部導電配線層210a的頂表面與下部蝕刻終止結構114的頂表面之間具有第一厚度tet1。在一些實施例中，第一厚度tet1處於約125埃到375埃範圍內。此外，上部蝕刻終止結構118在第二最底部導電配線層210b的底表面上方具有第二厚度tet2。在一些實施例中，第二厚度tet2處於約250埃到750埃範圍內。
參考圖3，提供根據圖2A所示影像感測器200a的一些替代實施例的影像感測器300的剖視圖，其中重置電晶體(reset transistor)304設置在浮動擴散節點106與接觸區302之間。在一些實施例中，重置電晶體304包括上覆於重置閘極電介質的重置閘極電極，且更包括鄰接所述重置閘極電極及重置閘極電介質的側壁間隔件。在一些實施例中，接觸區302電耦合到經由內連線結構107供應重置電壓(例如，5伏特)的電源(例如，直流(direct current，DC)電源)。在另外的實施例中，將重置閘極電壓施加到重置閘極電極以將所述重置電壓施加到浮動擴散節點106。導電接 點108、導電配線層210a到210d、導電通孔208及接合接墊220上覆於接觸區302，且可例如被配置成將接觸區302電耦合到電源(未示出)。淺隔離結構306鄰近接觸區302，且被配置成電隔離接觸區302與鄰近的半導體元件、鄰近的接觸區及/或鄰近的源極/汲極區(未示出)。在一些實施例中，淺隔離結構306可(例如)是淺溝渠隔離(STI)結構、深溝渠隔離(DTI)結構等。
參考圖4，提供根據圖3所示影像感測器300的一些替代實施例的影像感測器400的剖視圖，其中下部蝕刻終止結構114包括第一下部蝕刻終止層114a及第二下部蝕刻終止層114b，第一下部蝕刻終止層114a位於第二下部蝕刻終止層114b之下。上部蝕刻終止結構118包括第一上部蝕刻終止層118a及第二上部蝕刻終止層118b，第一上部蝕刻終止層118a位於第二上部蝕刻終止層118b之下。此外，包括導電配線層210a到210d、導電通孔208、接合接墊220及焊料凸塊222的內連線柱402橫向地偏離轉移電晶體110及重置電晶體304。在一些實施例中，接合接墊220通過內連線結構107電耦合到浮動擴散節點106。配線間緩衝層204d設置在接合接墊220與導電通孔208之間。在一些實施例中，配線間緩衝層204d與上部蝕刻終止結構118包含相同的材料。
圖5到圖15說明根據本發明的各方面的形成影像感測器元件的方法的一些實施例的剖視圖500到剖視圖1500。儘管參考一種方法闡述圖5到圖15中所示的剖視圖500到剖視圖1500，但應瞭解，圖5到圖15中所示的結構並不僅限於所述方法，而是可獨立於所述方法而單獨存在。儘管將圖5到圖15闡述為一系列動作，但應瞭解，這些動作並不受限制，在其他實施例中所述動作 的次序可有所變動，且所公開的方法也適用於其他結構。在其他實施例中，可全部或部分地省略所說明及/或所述的一些動作。在一些實施例中，圖5到圖15可例如用於形成圖4所示影像感測器400。
如圖5的剖視圖500中所示，提供半導體基底102，且在半導體基底102的前側表面102f上形成深隔離結構202及淺隔離結構306。在一些實施例中，半導體基底102(例如)可以是塊狀基底(例如，塊狀矽基底)、絕緣體上矽(SOI)基底或一些其他適合的基底。在一些實施例中，在形成深隔離結構202及淺隔離結構306之前，執行第一植入製程以對具有第一摻雜類型(例如，P型)的半導體基底102進行摻雜。在一些實施例中，形成深隔離結構202及/或淺隔離結構306的製程可包括：1)選擇性地蝕刻半導體基底102以在半導體基底102中形成從半導體基底102的前側表面102f延伸到半導體基底102中的溝渠；以及2)使用介電材料來填充(例如，通過化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)、熱氧化、濺射等)所述溝渠。在另外的實施例中，通過以下操作來選擇性地蝕刻半導體基底102：在半導體基底102的前側表面102f上形成遮蔽層(未示出)，且隨後將半導體基底102暴露於蝕刻劑，所述蝕刻劑被配置成選擇性地移除半導體基底102的未遮蔽部分。在其他實施例中，所述介電材料可包括氧化物(例如，氧化矽)、氮化物等。
圖5中還示出，在半導體基底102中形成光偵測器104。光偵測器104是半導體基底102的具有與第一摻雜類型相反的第 二摻雜類型(例如，N型)的區。在一些實施例中，可通過選擇性離子植入製程來形成光偵測器104，所述選擇性離子植入製程利用半導體基底102的前側表面102f上的遮蔽層(未示出)來將離子選擇性地植入到半導體基底102中。此外，在半導體基底102的前側表面102f之上形成轉移電晶體110及重置電晶體304。在一些實施例中，形成轉移電晶體110及/或重置電晶體304的製程包括在半導體基底102的前側表面102f上沉積及/或生長(例如，通過CVD、PVD、ALD、熱氧化、濺射等)閘極介電層。接下來，可在所述閘極介電層上沉積閘極電極層。隨後，將閘極介電層及閘極電極層圖案化(例如，通過光刻/蝕刻製程)以分別形成閘極電介質及閘極電極。此外，可例如通過以下步驟形成間隔件：1)在半導體基底102的前側表面102f、閘極電介質及閘極電極之上沉積(例如，通過CVD、PVD、ALD、濺射等)間隔件層；以及2)回蝕間隔件層以從水平表面移除間隔件層。在另外的實施例中，所述間隔件層可包含氮化物、氧化物或一些其他的電介質。在另外的實施例中，所述閘極電極層可包含例如多晶矽、鋁等。在其他實施例中，閘極介電層可包含例如氧化物、高k值電介質等。
圖5中還展示，在半導體基底102中在與重置電晶體304相對的側上形成接觸區302及浮動擴散節點106。在一些實施例中，接觸區302及浮動擴散節點106是半導體基底102的具有第二摻雜類型(例如，N型)的區。在一些實施例中，可通過選擇性離子植入製程來形成接觸區302及浮動擴散節點106，所述選擇性離子植入製程利用設置在半導體基底102的前側表面102f上的 遮蔽層(未示出)來將n型摻雜劑(例如，磷)選擇性地植入到半導體基底102中。此外，在半導體基底102的前側表面102f之上形成下部層級間介電(ILD)結構109。在一些實施例中，下部ILD結構109(例如)可以是或包含一種或多種介電材料，例如氧化物、氧化矽、低k值電介質等，及/或可例如具有處於約2500埃到5000埃範圍內的厚度。下部ILD結構109的形成可(例如)包括沉積，後續接著進行平坦化以使下部ILD結構109的頂表面平整。
此外，在接觸區302及浮動擴散節點106之上、在下部ILD結構109內形成導電接點108。在一些實施例中，導電接點108是通過單鑲嵌製程來形成。在一些實施例中，導電接點108形成在轉移電晶體110及重置電晶體304之上(未示出)。在一些實施例中，單鑲嵌製程包括：將介電層及/或介電結構(例如，下部ILD結構109)圖案化以使其具有用於單個導電特徵層(例如，接點層、通孔層或配線層)的開口；及使用導電材料來填充所述開口以形成所述單個導電特徵層。在另外的實施例中，執行平坦化製程(例如，化學機械平坦化(chemical mechanical planarization，CMP)製程)以使得ILD結構109的頂表面與導電接點108的頂表面對齊。另外，在下部ILD結構109之上形成配線間緩衝層204a，且在配線間緩衝層204a之上形成金屬間介電(IMD)層206a。在一些實施例中，可例如利用CVD、PVD、ALD及/或濺射來形成ILD結構109、配線間緩衝層204a及/或IMD層206a。在其他實施例中，配線間緩衝層204a(例如)可以是或包含碳化矽等，及/或可例如具有處於約200埃到500埃範圍內的厚 度。在另外的實施例中，IMD層206a(例如)可以是或包含氧化物、氧化矽、低k值電介質等，及/或可例如具有處於約1000埃到3000埃範圍內的厚度。
如圖6的剖視圖600中所示，在下部ILD結構109之上形成最底部導電配線層210a。在一些實施例中，例如通過單鑲嵌製程形成最底部導電配線層210a。在一些實施例中，最底部導電配線層210a(例如)可以是或包含金屬材料，例如銅、鎢、鋁等。
如圖7的剖視圖700中所示，在IMD層206a之上形成第一下部蝕刻終止層114a。隨後，執行蝕刻製程以在光偵測器104上方界定第一開口702。在一些實施例中，所述蝕刻製程包括：在第一下部蝕刻終止層114a之上形成遮蔽層；將位於遮蔽層下邊的層選擇性地暴露於一種或多種蝕刻劑；及移除所述遮蔽層(未示出)。在一些實施例中，所述蝕刻製程移除ILD結構109的一部分，以使得ILD結構109的上表面凹入成低於最底部導電配線層210a的底表面達凹入距離r1。在一些實施例中，凹入距離r1例如處於大約500埃到2000埃範圍內。ILD結構109的厚度t1界定在ILD結構109的上表面與半導體基底102的頂表面之間。在一些實施例中，厚度t1例如處於大約500埃到2000埃範圍內。減小位於光偵測器104之上的ILD結構109的厚度t1可例如增加光偵測器104可接收到的入射輻射量，借此提高光偵測器104的量子效率。
在一些實施例中，用於形成第一開口702的蝕刻製程可(例如)是低功率乾式蝕刻製程(例如，所述低功率蝕刻製程可具有處於約200到400瓦(W)範圍內的低功率)。此外，低功率蝕刻製程中所利用的所述一種或多種蝕刻劑(例如)可以是或包 含氟系化學品(例如，八氟環丁烷(C4F8)、六氟環丁烯(C4F6))、氬、氦等。使用低功率乾式蝕刻製程及所述一種或多種蝕刻劑會減少對半導體基底102的損壞及/或減少電子在半導體基底102上的積聚。這會部分地減少暗電流的存在及/或光偵測器104中白色像素的存在。
如圖8的剖視圖800中所示，在第一下部蝕刻終止層114a之上且在第一開口(圖7所示702)內形成第二下部蝕刻終止層114b。在一些實施例中，第一下部蝕刻終止層114a及第二下部蝕刻終止層114b界定下部蝕刻終止結構114。在另外的實施例中，第一下部蝕刻終止層114a及第二下部蝕刻終止層114b分別包含碳化矽，且分別形成有處於約200埃到500埃範圍內的厚度。第二下部蝕刻終止層114b具有直接上覆於光偵測器104的U形區段114bu。
如圖9的剖視圖900中所示，在下部蝕刻終止結構114之上形成第二IMD層206b。在一些實施例中，第二IMD層206b與IMD層206a包含相同的材料。第二IMD層206b填充第二下部蝕刻終止層114b的U形區段(圖8所示114bu)。第二IMD層206b的形成可(例如)包括沉積，後續接著進行平坦化以使第二IMD層206b的頂表面平整。
如圖10的剖視圖1000中所示，在半導體基底102之上形成內連線結構107的導電層及介電層。內連線介電結構201包括配線間緩衝層204a到204d、IMD層206a到206d、鈍化層214a到214b及第一上部蝕刻終止層118a。在一些實施例中，內連線介電結構201內的介電層分別可例如由CVD、PVD、ALD、熱氧化、 濺射等來形成。在一些實施例中，第一上部蝕刻終止層118a(例如)可以是或包含氮化矽，及/或可例如形成有處於約250埃到750埃範圍內的厚度。內連線結構107的導電層包括形成在內連線介電結構201內的導電配線層210a到210d及導電通孔208。在一些實施例中，導電配線層210a到210d及/或導電通孔208可例如由單鑲嵌製程或雙鑲嵌製程形成。在一些實施例中，雙鑲嵌製程包括：沉積介電層；將所述介電層圖案化使其具有用於兩個導電特徵層(例如，通孔層及配線層)的開口；及使用導電材料來填充所述開口以形成所述兩個導電特徵層。所述介電層可例如與內連線介電結構201中的層中的一者對應。在另外的實施例中，在內連線柱402之上形成接合接墊220。在接合接墊220與最上部導電配線層210d之間形成接墊介電層218。在接合接墊220之上形成焊料凸塊222。內連線柱402橫向地偏離轉移電晶體110及重置電晶體304。在一些實施例中，接合接墊220、接墊介電層218及焊料凸塊222可形成在轉移電晶體110及/或重置電晶體304上方(未示出)。
在一些實施例中，形成接合接墊220及接墊介電層218的製程可包括：1)將鈍化層214a到214b及第一上部蝕刻終止層118a圖案化，以界定接合接墊開口(未示出)；2)使用接墊介電層218給接合接墊開口加襯；3)選擇性地蝕刻(例如，通過遮蔽層(未示出))接墊介電層218以形成暴露出最上部導電配線層210d的上表面的開口，並從接合接墊開口的側壁移除接墊介電層218；4)在接墊介電層218之上選擇性地形成接合接墊220，以使得接合接墊220的側壁橫向地偏離接合接墊開口的側壁達非零距 離。在一些實施例中，可通過在接墊介電層218之上形成接合接墊220並隨後通過遮蔽層(未示出)選擇性地蝕刻接合接墊220來實現上述製程中的步驟4)。
如圖11的剖視圖1100中所示，執行蝕刻製程以在位於光偵測器104上方的內連線介電結構201中界定第二開口1102。在一些實施例中，所述蝕刻製程包括：在第一上部蝕刻終止層118a之上形成遮蔽層；將位於遮蔽層下邊的層選擇性地暴露於一種或多種蝕刻劑；及隨後移除所述遮蔽層(未示出)。在一些實施例中，所述蝕刻製程移除第二IMD層206b的一部分及第二下部蝕刻終止層114b的一部分，以使得第二IMD層206b的上表面凹入成低於最底部導電配線層210a的頂表面達凹入距離r2。在一些實施例中，凹入距離r2處於大約100埃到400埃範圍內。
在一些實施例中，用於形成第二開口1102的蝕刻製程可(例如)是高功率乾式蝕刻製程(例如，所述高功率乾式蝕刻製程可具有處於約1000到2500瓦範圍內的高功率)。此外，高功率乾式蝕刻製程中所利用的所述一種或多種蝕刻劑(例如)可以是或包含氟系化學品(例如，八氟環丁烷(C4F8)、六氟環丁烯(C4F6))、氬、氦等。下部蝕刻終止結構114及/或第二IMD層206b的厚度及配置在所述高功率蝕刻製程期間減少電子在半導體基底102上的積聚及/或減小對半導體基底102的結晶結構的損壞。這會部分地減少暗電流的存在及/或光偵測器104中白色像素的存在。
如圖12的剖視圖1200中所示，在第一上部蝕刻終止層118a之上且在第二開口(圖11所示1102)內形成第二上部蝕刻 終止層118b。在一些實施例中，第一上部蝕刻終止層118a及第二上部蝕刻終止層118b界定上部蝕刻終止結構118。在另外的實施例中，第一上部蝕刻終止層118a及第二上部蝕刻終止層118b分別包含氮化矽，及/或分別形成有處於約250埃到750埃範圍內的厚度。第二上部蝕刻終止層118b具有直接上覆於光偵測器104的U形區段118bu。
如圖13的剖視圖1300中所示，執行蝕刻製程以移除上部蝕刻終止結構118的底部區段且暴露出第二IMD層206b。在一些實施例中，所述蝕刻製程包括：在第二上部蝕刻終止層118b之上形成遮蔽層；根據所述遮蔽層將第二上部蝕刻終止層118b選擇性地暴露於一種或多種蝕刻劑；及隨後移除所述遮蔽層(未示出)。在替代實施例中，所述蝕刻製程包括回蝕且因此不依賴於遮蔽層。所述蝕刻製程暴露出第二IMD層206b的下部區段206bl的上表面。
在一些實施例中，用於移除U形區段(圖12所示118bu)的下部區段的蝕刻製程(例如)可以是低功率乾式蝕刻製程(例如，所述低功率乾式蝕刻製程可具有處於約200到400瓦範圍內的低功率)。此外，較低功率蝕刻製程中所利用的所述一種或多種蝕刻劑(例如)可以是或包含氟代甲烷(例如，CHF、CHF3等)等。使用低功率乾式蝕刻製程及所述一種或多種蝕刻劑能減少電子在半導體基底102上的積聚。這會部分地減少暗電流的存在及/或光偵測器104中白色像素的存在。此外，第二上部蝕刻終止層118b可被配置成保護內連線介電結構201免受低功率乾式蝕刻製程的影響，借此減少所述一種或多種蝕刻劑的離子對內連線介電 結構201中的介電層的物理轟擊。
如圖14的剖視圖1400中所示，執行蝕刻製程以移除第二IMD層206b的下部區段(圖13所示206bl)，借此界定光管開口1402。在一些實施例中，所述蝕刻製程是濕式蝕刻製程。此外，所述濕式蝕刻製程可例如利用一種或多種蝕刻劑(例如，氟化氫)。在一些實施例中，第二上部蝕刻終止層118b覆蓋焊料凸塊222，以使得在濕式蝕刻製程期間，第二上部蝕刻終止層118b覆蓋焊料凸塊222及接合接墊220且保護焊料凸塊222及接合接墊220免受所述一種或多種蝕刻劑的影響。此外，所述濕式蝕刻製程能夠形成光管開口1402，同時避免在乾式蝕刻製程期間可能會發生的等離子損壞，借此進一步減少電子在半導體基底102上的積聚。
如圖15的剖視圖1500中所示，在光管開口(圖14所示1402)內形成光管結構115。光管結構115的底表面115b延伸成低於最底部導電配線層210a的底表面達距離d1。在一些實施例中，距離d1處於約50埃到1500埃範圍內。在一些實施例中，如果距離d1小(例如，小於約50埃)，則光管結構115的高度減小。這可部分地減少設置在光偵測器104上的入射輻射120，因此會降低影像感測器100的量子效率(QE)。在另外的實施例中，如果距離d1大(例如，大於約1500埃)，則物理轟擊(例如，由形成光管結構115期間所使用的等離子的離子所致)可損壞內連線結構107及/或半導體基底102的結晶結構。這可部分地降低內連線結構107的結構完整性，增加光偵測器104中的暗電流及/或影像感測器100中白色像素的數目。在一些實施例中，低功率乾式蝕刻 製程及下部蝕刻終止結構114便於高程度地控制光管結構115的高度。此外，可完成此製程來獲得多個光管結構115，以使得每一光管結構115可例如具有大約相同的高度。
圖15中還示出，在形成光管結構115之後，執行移除製程以移除在接合接墊220之上及/或圍繞接合接墊220的第二上部蝕刻終止層118b。在一些實施例中，所述移除製程包括：在第二上部蝕刻終止層118b之上形成遮蔽層；根據所述遮蔽層執行蝕刻製程；及隨後移除所述遮蔽層(未示出)。在另外的實施例中，所述移除製程包括減小上覆於鈍化層214a到214b的第二上部蝕刻終止層118b的厚度。此外，在光管結構115之上形成抗反射層216。在抗反射層216之上形成彩色濾光片226(例如，紅色濾光片、藍色濾光片、綠色濾光片等)。此外，在彩色濾光片226之上形成微透鏡224。
圖16說明根據本發明的形成影像感測器元件的方法1600，所述影像感測器元件包括位於光偵測器之上的光管結構及鄰近所述光偵測器的電晶體。儘管將方法1600說明及/或闡述為一系列動作或事件，但應瞭解，所述方法並不僅限於所說明的排序或動作。因此，在一些實施例中，可與所說明的不同的次序實施及/或可同時地實施所述動作。此外，在一些實施例中，可將所說明的動作或事件細分為多個動作或事件，可與其他動作或子動作在不同的時間或同時地實施所述多個動作或事件。在一些實施例中，可省略一些所說明的動作或事件，且可包括其他未說明的動作或事件。在動作1602處，在半導體基底中形成光偵測器，且在半導體基底之上形成多個像素元件(pixel devices)。圖5說明與 動作1602的一些實施例對應的剖視圖500。
在動作1604處，在半導體基底之上形成層間介電(inter-layer dielectric，ILD)結構。圖5說明與動作1604的一些實施例對應的剖視圖500。
在動作1606處，在半導體基底之上形成導電接點，以使得所述導電接點穿過ILD結構延伸到像素元件。圖5說明與動作1606的一些實施例對應的剖視圖500。
在動作1608處，在ILD結構之上形成第一蝕刻終止層及第一金屬間介電(IMD)層。圖5說明與動作1608的一些實施例對應的剖視圖500。
在動作1610處，在導電接點之上形成最底部導電配線層，所述最底部導電配線層凹入到第一IMD層中。圖6說明與動作1610一些實施例對應的剖視圖600。
在動作1612處，在最底部導電配線層及第一IMD層之上形成第二蝕刻終止層。圖7說明與動作1612的一些實施例對應的剖視圖700。
在動作1614處，執行第一蝕刻製程以在光偵測器上方界定第一開口，以使得第一蝕刻製程移除ILD結構的一部分。圖7說明與動作1614的一些實施例對應的剖視圖700。
在動作1616處，在第一開口中形成與第二蝕刻終止層具有相同材料的另一蝕刻終止層，以使得第二蝕刻終止層包括所述另一蝕刻終止層且在光偵測器上方具有U形。圖8說明與動作1616的一些實施例對應的剖視圖800。
在動作1618處，在半導體基底之上形成介電層、蝕刻終 止層、導電通孔及導電配線層。圖9及圖10說明與動作1618的一些實施例對應的剖視圖900及剖視圖1000。
在動作1620處，執行第二蝕刻製程以直接在第二蝕刻終止層的U形上方形成第二開口。圖11說明與動作1620的一些實施例對應的剖視圖1100。
在動作1622處，在第二開口中形成最頂部蝕刻終止層。圖12說明與動作1622的一些實施例對應的剖視圖1200。
在動作1624處，執行移除製程以暴露出第二蝕刻終止層的上表面且界定光管開口。圖13及圖14說明與動作1624的一些實施例對應的剖視圖1300及剖視圖1400。
在動作1626處，在所述光管開口中形成光管結構。圖15說明與動作1626的一些實施例對應的剖視圖1500。
在動作1628處，在所述光管結構之上形成抗反射層、彩色濾光片及微透鏡。圖15說明與動作1628的一些實施例對應的剖視圖1500。
因此，在一些實施例中，本申請提供一種影像感測器元件，所述影像感測器元件包括位於光偵測器之上的光管結構及鄰近所述光偵測器的電晶體。光管結構的底表面低於內連線結構中的最底部導線的底表面。
在一些實施例中，本申請提供一種影像感測器，所述影像感測器包括：半導體基底；光偵測器，設置在所述半導體基底內；閘極電極，上覆於所述半導體基底且與所述光偵測器相鄰；層級間介電(ILD)層，上覆於所述半導體基底；導電接點，位於所述層級間介電層內，其中所述導電接點的底表面低於所述閘極 電極的頂表面；以及光管結構，上覆於所述光偵測器，其中所述光管結構的底表面凹入成低於所述導電接點的頂表面。
在一些實施例中，所述光管結構的外側壁橫向地位於所述光偵測器的外側壁之間。在一些實施例中，所述的影像感測器更包括：金屬間介電(IMD)結構，上覆於所述層級間介電層；導線，上覆於所述導電接點且位於所述金屬間介電結構內；以及導電通孔，位於所述金屬間介電結構內，其中所述導電通孔位於所述導線之間；其中所述光管結構的所述底表面低於最底部導線。在一些實施例中，所述金屬間介電結構包括下部蝕刻終止層，其中所述下部蝕刻終止層夾置在所述層級間介電層與所述光管結構之間。在一些實施例中，所述金屬間介電結構包括上部蝕刻終止層，所述上部蝕刻終止層從所述金屬間介電結構的頂表面連續延伸成低於所述最底部導線的頂表面，且其中所述光管結構具有水平側壁區段、在所述水平側壁區段之上的第一垂直側壁區段以及在所述水平側壁區段之下的第二垂直側壁區段。在一些實施例中，所述上部蝕刻終止層具有鄰接所述光管結構的所述第一垂直側壁區段的第一側壁，且更具有鄰接所述光管結構的所述第二垂直側壁區段的第二側壁。在一些實施例中，所述光管結構具有兩個分離的寬度，其中所述光管結構的寬度從頂部到底部增大。在一些實施例中，所述閘極電極的頂表面低於所述光管結構的所述底表面。在一些實施例中，所述光管結構的所述底表面低於所述層級間介電層的頂表面。
在一些實施例中，本申請提供一種互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器，所述互補金屬氧化物半導體影像感測器 包括：基底；光偵測器，設置在所述基底內；內連線結構，包括層級間介電(ILD)層、上覆於所述層級間介電(ILD)層的金屬間介電(IMD)結構以及在所述金屬間介電結構內的導線，其中所述內連線結構上覆於所述基底且選擇性地電耦合到所述光偵測器；以及光管結構，上覆於所述光偵測器且從所述金屬間介電結構的頂部連續延伸到低於所述內連線結構的最底部導線的底表面的點。
在一些實施例中，所述金屬間介電結構包括多個蝕刻終止層及多個介電層，其中下部蝕刻終止層具有直接位於所述光偵測器上方的U形輪廓，且其中所述U形輪廓沿著所述光管結構的外側壁及底表面連續延伸。在一些實施例中，所述金屬間介電結構包括上部蝕刻終止層，所述上部蝕刻終止層從所述金屬間介電結構的所述頂部延伸到所述下部蝕刻終止層，且其中所述上部蝕刻終止層位於所述光管結構與所述多個介電層之間。在一些實施例中，所述光管結構具有第一寬度及第二寬度，所述第二寬度上覆於所述第一寬度，且其中所述第一寬度大於所述第二寬度。在一些實施例中，所述光管結構具有第一折射率，所述第一折射率大於所述上部蝕刻終止層的第二折射率，且其中所述第二折射率小於所述下部蝕刻終止層的第三折射率。在一些實施例中，所述的互補金屬氧化物半導體影像感測器更包括：轉移電晶體，上覆於所述基底且橫向地偏離所述光偵測器；其中所述內連線結構包括位於所述層級間介電層內的導電接點，其中所述導電接點的底表面低於所述轉移電晶體的頂表面，且所述光管結構的底表面延伸成低於所述導電接點的頂表面。在一些實施例中，所述光管結 構的所述底表面位於所述導電接點的所述頂表面與所述轉移電晶體的所述頂表面之間。
在一些實施例中，本申請提供一種用於形成影像感測器的方法，所述方法包括：在半導體基底中形成光偵測器；在所述光偵測器之上形成內連線結構的下部內連線部分；執行第一移除製程以在所述下部內連線部分中界定上覆於所述光偵測器的第一開口；形成下部蝕刻終止層，從而給所述第一開口加襯，其中所述下部蝕刻終止層在所述第一開口中具有U形；在所述下部蝕刻終止層之上形成所述內連線結構的上部內連線部分；以及形成上覆於所述光偵測器的光管結構，其中所述下部蝕刻終止層的所述U形沿著所述光管結構的側壁及底表面連續延伸。
在一些實施例中，形成所述下部內連線部分包括在所述半導體基底之上形成最底部導線，且其中所述光管結構的底表面延伸成低於所述最底部導線。在一些實施例中，所述第一移除製程包括對所述下部內連線部分執行乾式蝕刻，且其中形成所述光管結構包括對所述上部內連線部分執行濕式蝕刻。在一些實施例中，形成所述光管結構包括：在所述內連線結構中執行乾式蝕刻以界定上覆於所述光偵測器的光管開口；沿著所述內連線結構的側壁在所述光管開口內形成上部蝕刻終止層；對所述內連線結構執行濕式蝕刻製程以擴展所述光管開口；以及在所述光管開口中形成所述光管結構。
上述內容概述了數個實施例的特徵，以使所屬領域的技術人員可更好地理解本發明的各方面。所屬領域的技術人員應瞭解，其可容易地使用本發明作為設計或修改其他製程及結構以實 現與本文中所介紹的實施例相同的目的及/或達成相同的優勢的基礎。所屬領域的技術人員還應意識到這些等效構造並不背離本發明的精神及範圍，且其可在不背離本發明的精神及範圍的情況下在本文中做出各種變化、代替及變動。
100:影像感測器
102:半導體基底
104:光偵測器
106:浮動擴散節點
107:內連線結構
108:導電接點
109:層級間介電結構
110:轉移電晶體
112:最底部導線
114:下部蝕刻終止結構
115:光管結構
115b:底表面
116:上部層級間介電結構
118:上部蝕刻終止結構
120:入射輻射
t1:厚度
d1:距離

Claims (10)

  1. 一種影像感測器，包括：半導體基底；光偵測器，設置在所述半導體基底內；閘極電極，上覆於所述半導體基底且與所述光偵測器相鄰；層級間介電層，上覆於所述半導體基底；導電接點，位於所述層級間介電層內，其中所述導電接點的底表面低於所述閘極電極的頂表面；以及光管結構，上覆於所述光偵測器，其中所述光管結構的底表面凹入成低於所述導電接點的頂表面。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述光管結構的外側壁橫向地位於所述光偵測器的外側壁之間。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的影像感測器，更包括：金屬間介電結構，上覆於所述層級間介電層；導線，上覆於所述導電接點且位於所述金屬間介電結構內；以及導電通孔，位於所述金屬間介電結構內，其中所述導電通孔位於所述導線之間，其中所述光管結構的所述底表面低於最底部導線。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述光管結構具有兩個分離的寬度，其中所述光管結構的寬度從頂部到底部增大。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述閘極電極的頂表面低於所述光管結構的所述底表面。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的影像感測器，其中所述光管結構的所述底表面低於所述層級間介電層的頂表面。
  7. 一種互補金屬氧化物半導體影像感測器，包括：基底；光偵測器，設置在所述基底內；內連線結構，包括層級間介電層、上覆於所述層級間介電層的金屬間介電結構以及在所述金屬間介電結構內的導線，其中所述內連線結構上覆於所述基底且選擇性地電耦合到所述光偵測器；以及光管結構，上覆於所述光偵測器，且從所述金屬間介電結構的頂部連續延伸到低於所述內連線結構的最底部導線的底表面的點，其中所述光管結構的寬度從頂部到底部增大。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的互補金屬氧化物半導體影像感測器，其中所述金屬間介電結構包括多個蝕刻終止層及多個介電層，其中下部蝕刻終止層具有直接位於所述光偵測器上方的U形輪廓，且其中所述U形輪廓沿著所述光管結構的外側壁及底表面連續延伸。
  9. 一種形成影像感測器的方法，所述方法包括：在半導體基底中形成光偵測器；在所述光偵測器之上形成內連線結構的下部內連線部分；執行第一移除製程，以在所述下部內連線部分中界定上覆於所述光偵測器的第一開口；形成下部蝕刻終止層，從而給所述第一開口加襯，其中所述 下部蝕刻終止層在所述第一開口中具有U形；在所述下部蝕刻終止層之上形成所述內連線結構的上部內連線部分；以及形成上覆於所述光偵測器的光管結構，其中所述下部蝕刻終止層的所述U形沿著所述光管結構的側壁及底表面連續延伸。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的形成影像感測器的方法，其中所述第一移除製程包括對所述下部內連線部分執行乾式蝕刻，且其中形成所述光管結構包括對所述上部內連線部分執行濕式蝕刻。
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