TWI799057B - 影像感測器積體晶片及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種影像感測器積體晶片及其形成方法。影像感測器積體晶片包括基底、隔離結構、影像感測元件、閘極結構、第一介電層以及反射層。基底包括畫素區。隔離結構設置於基底中且配置在畫素區的相對側。影像感測元件設置於基底的畫素區中。閘極結構設置於基底的畫素區上。第一介電層設置在基底的畫素區上方且覆蓋閘極結構的側壁以及閘極結構的頂面的一部分。反射層設置在第一介電層上。反射層在垂直於基底的表面的第一方向上與影像感測元件重疊且與閘極結構的頂面的所述部分重疊。

Description

影像感測器積體晶片及其形成方法
本發明是有關於一種半導體結構及其形成方法，且特別是有關於一種影像感測器積體晶片及其形成方法。
影像感測器積體電路（integrated circuit，IC）廣泛地用於諸如相機、行動電話、車用鏡頭等裝置中。近年來，相較於電荷耦合裝置（charge-coupled device，CCD）而言，影像感測器互補金屬氧化物半導體（complementary metal-oxide semiconductor，CMOS）影像感測器由於功率消耗低、尺寸小、資料處理快、直接輸出資料以及製造成本低而越來越有優勢。因此，CMOS影像感測器在很大程度上取代了CCD影像感測器。一般而言，CMOS影像感測器可包含前側照明式（front-side illuminated，FSI）影像感測器及背側照明式（back-side illuminated，BSI）影像感測器。
然而，隨著裝置尺寸不斷地縮小，本領域技術人員仍持續改善CMOS影像感測器中相鄰畫素區之間的串擾（cross-talk）以及CMOS影像感測器的量子效率（quantum efficiency，QE）。
本發明提供一種影像感測器積體晶片及其形成方法，其藉由將反射層配置成在垂直於基底的表面的方向上與影像感測元件和閘極結構的頂面的一部分重疊，使得通過影像感測元件的入射輻射（例如入射光）和/或僅通過畫素區而未通過影像感測元件的入射輻射皆能夠自反射層反射至影像感測元件中，如此可藉由反射輻射來進一步提升影像感測器積體晶片的量子效率。除此之外，由於反射層與閘極結構的頂面的一部分重疊，故可減少入射輻射（例如大入射角的入射輻射）穿過閘極結構而被後段製程（back-end of the line，BEoL）中的配線層/結構反射至鄰近的畫素區中，使得相鄰畫素區之間的串擾能夠得到改善。
本發明一實施例提供一種影像感測器積體晶片，其包括基底、隔離結構、影像感測元件、閘極結構、第一介電層以及反射層。基底包括畫素區。隔離結構設置於基底中且配置在畫素區的相對側。影像感測元件設置於基底的畫素區中。閘極結構設置於基底的畫素區上。第一介電層設置在基底的畫素區上方且覆蓋閘極結構的側壁及頂面的一部分。反射層設置在第一介電層上。反射層在垂直於基底的表面的第一方向上與影像感測元件重疊且與閘極結構的頂面的所述部分重疊。
在一些實施例中，影像感測器積體晶片更包括設置在第一介電層中且與反射層直接接觸的反射圖案，其中反射圖案在第一方向上與影像感測元件重疊。
在一些實施例中，反射圖案包括電性浮置的多個虛設通孔。
在一些實施例中，影像感測器積體晶片更包括設置在基底與第一介電層之間以及閘極結構與第一介電層之間的蝕刻停止層，其中虛設通孔包括與反射層接觸的第一端以及與蝕刻停止層接觸的第二端，且第一端的尺寸大於第二端的尺寸。
在一些實施例中，蝕刻停止層包括依序堆疊於基底的表面上的第一材料層和第二材料層，其中第一材料層的材料不同於第二材料層的材料。
在一些實施例中，影像感測器積體晶片更包括第二介電層以及導電接觸件。第二介電層設置在第一介電層以及反射層上。導電接觸件設置在第二介電層中且接觸閘極結構，其中導電接觸件與閘極結構電性連接且與反射層電性隔離。
在一些實施例中，導電接觸件藉由第二介電層與第一介電層和反射層間隔開來。
在一些實施例中，在水平於基底的表面的第二方向上，第二介電層包括設置在導電接觸件與反射層之間以及導電接觸件與第一介電層之間的部分。
在一些實施例中，第二介電層的所述部分與閘極結構接觸。
本發明一實施例提供一種形成影像感測器積體晶片的方法，其包括以下步驟。在基底中形成隔離結構以於基底中界定畫素區。在基底的畫素區內形成影像感測元件。在基底的畫素區上形成閘極結構。在基底的畫素區上方形成覆蓋閘極結構的側壁及頂面的第一介電層。在第一介電層上形成反射層。形成貫穿第一介電層及反射層並暴露出閘極結構的頂面的第一部分的第一開口，其中閘極結構的頂面的不同於第一部分的第二部分在垂直於基底的表面的第一方向上與第一介電層和反射層重疊。於反射層上形成第二介電層，其中第二介電層填入第一開口中。於第二介電層中形成導電接觸件，其中導電接觸件貫穿第一開口中的第二介電層的一部分以接觸閘極結構，且導電接觸件與閘極結構電性連接且與反射層電性隔離。
在一些實施例中，形成影像感測器積體晶片的方法更包括在形成所述反射層之前，於影像感測元件上方的第一介電層中形成多個第二開口。在第一介電層上形成反射層的步驟中，反射層填入多個第二開口中以於第一介電層中形成包括多個虛設通孔的反射圖案。
在一些實施例中，形成影像感測器積體晶片的方法更包括在形成第一介電層之前，於基底的畫素區上形成覆蓋閘極結構的側壁及頂面的蝕刻停止層。在形成第二開口的步驟中，第二開口暴露出蝕刻停止層。
在一些實施例中，蝕刻停止層包括依序形成於基底的畫素區上的第一材料層和第二材料層，且第一材料層的材料不同於第二材料層的材料。
在一些實施例中，電接觸件藉由第二介電層與第一介電層和反射層間隔開來。
在一些實施例中，在水平於基底的表面的第二方向上，第二介電層包括設置在導電接觸件與反射層之間以及導電接觸件與第一介電層之間的部分。
在一些實施例中，第二介電層的所述部分與閘極結構接觸。
基於上述，在上述影像感測器積體晶片及其形成方法中，由於反射層配置成在垂直於基底的表面的方向上與影像感測元件和閘極結構的頂面的一部分重疊，故通過影像感測元件的入射輻射和/或僅通過畫素區而未通過影像感測元件的入射輻射皆能夠自反射層反射至影像感測元件中，如此可藉由反射輻射來進一步提升影像感測器積體晶片的量子效率。除此之外，由於反射層與閘極結構的頂面的一部分重疊，故可減少入射輻射（例如大入射角的入射輻射）穿過閘極結構而被後段製程中的配線層/結構反射至鄰近的畫素區中，使得相鄰畫素區之間的串擾能夠得到改善。
參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。
應當理解，當諸如元件被稱為在另一元件「上」或「連接到」另一元件時，其可以直接在另一元件上或與另一元件連接，或者也可存在中間元件。若當元件被稱為「直接在另一元件上」或「直接連接到」另一元件時，則不存在中間元件。如本文所使用的，「連接」可以指物理及/或電性連接，而「電性連接」或「耦合」可為二元件間存在其它元件。本文中所使用的「電性連接」可包括物理連接（例如有線連接）及物理斷接（例如無線連接）。
本文使用的「約」、「近似」或「實質上」包括所提到的值和在所屬技術領域中具有通常知識者能夠確定之特定值的可接受的偏差範圍內的平均值，考慮到所討論的測量和與測量相關的誤差的特定數量（即，測量系統的限制）。例如，「約」可以表示在所述值的一個或多個標準偏差內，或±30％、±20％、±10％、±5％內。再者，本文使用的「約」、「近似」或「實質上」可依光學性質、蝕刻性質或其它性質，來選擇較可接受的偏差範圍或標準偏差，而可不用一個標準偏差適用全部性質。
使用本文中所使用的用語僅為闡述例示性實施例，而非限制本揭露。在此種情形中，除非在上下文中另有解釋，否則單數形式包括多數形式。
圖1至圖5是本發明一實施例的形成影像感測器積體晶片的方法的剖面示意圖。圖6是本發明一實施例的影像感測器的剖面示意圖。圖7A是本發明一實施例的用來形成光阻圖案的罩幕的俯視示意圖。圖7B是本發明另一實施例的用來形成光阻圖案的罩幕的俯視示意圖。
首先，請參照圖1，在基底100中形成隔離結構102以於基底100中界定畫素區PR1、PR2。基底100可包括第一表面100a（例如前側表面）和第二表面100b（例如後側表面）。隔離結構102可自基底100的第一表面100a延伸至基底100中。隔離結構102可設置於基底100中且配置在畫素區PR1、PR2的相對側。
基底100可為任何類型的半導體主體（例如矽、SiGe、SOI等）以及與其相關聯的任何其他類型的半導體層及/或磊晶層。隔離結構102可包括一或多個介電材料。所述介電材料可包括氧化物（例如氧化矽）、正矽酸四乙酯（tetraethyl orthosilicate；TEOS）、氮化物（例如氮化矽、氮氧化矽等）、碳化物（例如碳化矽、碳氧化矽等）或類似者。
接著，在基底100的畫素區PR1、PR2內形成影像感測元件104。影像感測元件104可形成於基底100的畫素區PR1、PR2中的鄰近基底100的第一表面100a的位置處。在一些實施例中，當影像感測器積體晶片用於背側照明式（BSI）影像感測器時，影像感測元件104可將自基底100的第二表面100b朝向基底100的第一表面100a入射的輻射（例如光）轉換為電訊號。
然後，在基底100的畫素區PR1、PR2上形成閘極結構110。閘極結構110可為轉移電晶體、源極隨耦器電晶體、列選擇電晶體及/或重設電晶體中的閘極結構，但本發明不以此為限。閘極結構110可包括閘極110a和閘極間隙壁110b。在一些實施例中，閘極結構110可為轉移電晶體的閘極結構，而閘極110a可為轉移閘極。轉移閘極110a可配置成選擇性地控制電荷載子在影像感測元件104與包括配置於基底100內的摻雜區的浮動擴散井（floating diffusion well）106之間的移動。在一些實施例中，影像感測元件104和浮動擴散井106可配置在閘極結構110的相對兩側。閘極110a可包括任何可作為閘極的材料，例如多晶矽。閘極間隙壁110b可包括任何可作為閘極間隙壁的材料，例如氮化矽。
接著，於基底100的第一表面100a上形成蝕刻停止層120。蝕刻停止層120也可稱為接觸蝕刻停止層（contact etch stop layer，CESL）。蝕刻停止層120覆蓋基底100的畫素區PR1、PR2以及閘極結構110的頂面和側壁。在一些實施例中，蝕刻停止層120可包括依序形成於基底100的第一表面100a上的第一材料層120a和第二材料層120b。第一材料層120a的材料可不同於第二材料層120b的材料。舉例來說，第一材料層120a的材料可為氧化物（例如氧化矽），而第二材料層120b的材料可為氮化物（例如氮化矽）。
然後，在蝕刻停止層120上形成第一介電層130。第一介電層130可共形地形成於蝕刻停止層120上。也就是說，第一介電層130可覆蓋於基底100的畫素區PR1、PR2上方以及閘極結構110的側壁及頂面上方。第一介電層130的材料可包括硼磷矽玻璃（borophosphosilicate glass，BPSG）、摻雜磷的TEOS（PTEOS）或以高密度電漿（high density plasma，HDP）形成的氧化矽。第一介電層130的厚度約為500Å至4000Å。
而後，請參照圖1和圖2，於第一介電層130上形成光阻圖案PR。在一些實施例中，光阻圖案PR可經由以下步驟形成。首先，於第一介電層130上形成光阻材料層（未繪示）。接著，藉由罩幕（例如圖7A所示出的罩幕MS1）對光阻材料層進行圖案化製程（例如微影製程），以形成包括多個開口OP1的光阻圖案PR。舉例來說，圖7A所示出的罩幕MS1包括配置在影像感測元件104上方的多個開口圖案MOP1，其中開口圖案MOP1的位置對應到後續欲形成在光阻圖案PR的開口OP1的位置，故可藉由罩幕MS1對光阻材料層進行微影製程，以形成上述的光阻圖案PR。光阻圖案PR的開口OP1暴露出第一介電層130。罩幕MS1的開口圖案MOP1的尺寸約為0.1μm到0.5μm。開口圖案MOP1的間距約為0.2μm到1μm。圖7A所示出的開口圖案MOP1的形狀為矩形，但本發明不以此為限。在其他實施例中，開口圖案MOP1的形狀可為如正方形、圓形、矩形、菱形、多邊形等形狀。在另一些實施例中，光阻圖案PR也可藉由圖7B所示出的罩幕MS2來形成。圖7B所示出的罩幕MS2與圖7A所示出的罩幕MS1的主要差異在於圖7B所示出的罩幕MS2更包括用於形成光阻擋環（light shielding ring）的環形開口圖案MOP2。環形開口圖案MOP2的位置可在垂直基底100的第一表面100a的方向上與影像感測元件104的邊界對應。罩幕MS2的開口圖案MOP1的尺寸約為0.1μm到0.5μm。開口圖案MOP1的間距約為0.2μm到1μm。環形開口圖案MOP2的尺寸約為0.1μm到1μm。
接著，以光阻圖案PR為罩幕，對第一介電層130進行圖案化製程，以於第一介電層132中形成多個開口132a。在一些實施例中，開口132a可形成於第一介電層132中而未暴露出蝕刻停止層120的頂面，也就是說，開口132a的底面可高於蝕刻停止層120的頂面。在另一些實施例中，開口132a可貫穿第一介電層132並停在蝕刻停止層120的頂面上，也就是說，開口132a的底面可與蝕刻停止層120的頂面共平面。在其他實施例中，開口132a可因過度蝕刻（over etch）而移除一部分的蝕刻停止層120，也就是說，開口132a的底面可低於蝕刻停止層120的頂面。蝕刻停止層120可避免在形成開口132a的製程中傷害到基底100的表面100a，進而防止白畫素（white pixel）或暗電流（dark current）等問題的產生。
然後，請參照圖2和圖3，移除光阻圖案PR並於第一介電層132上形成反射層140。在一些實施例中，反射層140可填入第一介電層132的開口132a中以形成反射圖案145。反射圖案145在垂直於基底100的第一表面100a的第一方向D1上與影像感測元件104重疊，如此可將通過影像感測元件104的入射輻射（例如入射光）反射至影像感測元件104中，以進一步提升影像感測器積體晶片的量子效率。在一些實施例中，反射圖案145可如圖3所示填滿第一介電層132的開口132a，但本發明不以此為限。在其他實施例中，反射圖案145也可形成於第一介電層132的開口132a的側壁和底面上而未填滿開口132a。在一些實施例中，反射層140和反射圖案145可於相同製程中同時形成，也就是說，反射層140和反射圖案145之間不存在不同材料/膜層/結構彼此接觸的介面，但本發明不以此為限。反射層140的材料可包括金屬（例如Al、Cu、Ti、W、Co、Ni、Ta）或金屬氮化物（例如TiN）。反射層140的厚度可約為500Å至4000Å。
而後，請參照圖3和圖4，形成貫穿反射層140、第一介電層132以及蝕刻停止層120並暴露出閘極結構110的頂面的一部分（例如第一部分）的開口OP2（例如開口OP2暴露出閘極110a的頂面），其中閘極結構110的頂面的另一部分（例如不同於第一部分的第二部分）在垂直於基底100的表面100a的第一方向D1上與蝕刻停止層122（包括第一材料層122a和第二材料層122b）、第一介電層134和反射層142重疊。舉例來說，閘極間隙壁110b的頂面在第一方向D1上可與蝕刻停止層122、第一介電層134和反射層142重疊。也就是說，反射層142在垂直於基底100的第一表面100a的第一方向D1上與影像感測元件104重疊且與閘極結構110的頂面的一部分（例如第二部分）重疊。如此一來，通過影像感測元件104的入射輻射和/或僅通過畫素區PR1或畫素區PR2而未通過影像感測元件104的入射輻射皆能夠自反射層142反射至影像感測元件104中，使得影像感測器積體晶片的量子效率能夠進一步提升。舉例來說，由於反射層142在第一方向D1上與影像感測元件104和閘極結構110的頂面的一部分重疊，故可減少入射輻射穿過閘極結構110和/或第一介電層134而被後段製程中的配線層/配線結構（例如圖5所繪示的形成於介電結構170中的通孔180和配線層182）反射至鄰近的畫素區中，使得相鄰畫素區之間的串擾能夠得到改善。除此之外，僅通過畫素區PR1或畫素區PR2而未通過影像感測元件104的入射輻射（例如具有大入射角的入射輻射）也能夠自反射層142反射至影像感測元件104中，使得影像感測器積體晶片的量子效率能夠進一步提升。
接著，請參照圖4和圖5，於反射層142上形成第二介電層150，其中第二介電層150填入開口OP2中。第二介電層150可包括二氧化矽、SiCOH、氟矽酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃（例如硼磷酸鹽矽酸鹽玻璃）或類似者中的一或多者。
然後，於第二介電層150中形成導電接觸件160，其中導電接觸件160貫穿開口OP2中的第二介電層150的一部分以接觸閘極結構110，且導電接觸件160與閘極結構110電性連接且與反射層142電性隔離。由於第一介電層134和第二介電層150之間的反射層142和反射圖案145是作為反射入射輻射的膜層而未與導電接觸件160及與導電接觸件160電性連接的通孔180和配線層182電性連接，故反射層142可視為虛設的膜層（例如虛設導電層/虛設金屬層），而與反射層142接觸的反射圖案145也可視為虛設圖案（例如虛設通孔）。舉例來說，圖4所示出之反射圖案145可為包括多個虛設通孔的反射圖案145。在一些實施例中，反射層142和/或反射圖案145可為電性浮置的。在一些實施例中，反射圖案145的虛設通孔可包括與反射層142接觸的第一端以及與蝕刻停止層122接觸的第二端，其中虛設通孔於第一端的尺寸大於虛設通孔於第二端的尺寸。
在一些實施例中，導電接觸件160可藉由第二介電層150與第一介電層134和反射層142間隔開來。也就是說，在水平於基底100的第一表面100a的第二方向D2上，第二介電層150可包括設置在導電接觸件160與反射層142之間以及導電接觸件160與第一介電層134之間的部分。在一些實施例中，導電接觸件160可藉由第二介電層150與蝕刻停止層122間隔開來。也就是說，在水平於基底100的第一表面100a的第二方向D2上，第二介電層150可包括設置在導電接觸件160與反射層142之間、導電接觸件160與第一介電層134之間以及導電接觸件160與蝕刻停止層122之間的部分。在上述實施例中，第二介電層150的所述部分與閘極結構110接觸。舉例來說，第二介電層150的所述部分與上述閘極結構110的頂面的第一部分接觸。
然後，請繼續參照圖5，於第二介電層150上形成介電結構170以及形成於介電結構170中的通孔180和配線層182，以形成影像感測器積體晶片10。在一些實施例中，介電結構170可包括依序形成於第二介電層150上的介電層170a、介電層170b和介電層170c。在一些實施例中，通孔180可包括形成於介電層170a中的通孔180a和形成於介電層170b中的通孔180b。在一些實施例中，配線層182可包括形成於介電層170a中且位於導電接觸件160和通孔180a之間的配線層182a、形成於介電層170b中且位於通孔180a和通孔180b之間的配線層182b以及形成於介電層170c中且位於通孔180b上的配線層182c。介電層170a、170b、170c可包括二氧化矽、SiCOH、氟矽酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃（例如，硼磷酸鹽矽酸鹽玻璃）或類似者中的一或多者。通孔180和/或配線層182可包括銅、鎢、釕、鋁及/或類似者。
之後，請參照圖5和圖6，於基底100中形成隔離結構202，其中隔離結構202自基底100的第二表面100b延伸至基底100中。在一些實施例中，隔離結構202可與隔離結構102間隔開來。在另一些實施例中，隔離結構202可接觸隔離結構102。隔離結構202可包括一或多個介電材料。所述介電材料可包括氧化物（例如氧化矽）、正矽酸四乙酯（tetraethyl orthosilicate；TEOS）、氮化物（例如氮化矽、氮氧化矽等）、碳化物（例如碳化矽、碳氧化矽等）或類似者。
接著，請參照圖6，於基底100的第二表面100b上形成多個彩色濾光片204。彩色濾光片204可分別形成於畫素區PR1和畫素區PR2的上方。彩色濾光片204彼此接觸的介面可位於隔離結構202上。彩色濾光片204由允許具有特定波長範圍的輻射（例如光）透射，同時阻擋波長在指定範圍之外的光的材料形成。在一些實施例中，彩色濾光片204可由單體、聚合物或類似者形成。
然後，於彩色濾光片204上形成微透鏡206，以形成影像感測器20。在一些實施例中，可藉由將微透鏡材料沉積於彩色濾光片204上（例如藉由旋塗方法或沉積製程）來形成微透鏡206。在微透鏡材料上方圖案化具有彎曲上表面的微透鏡模板（圖中未繪示）。微透鏡模板可包括使用分佈曝光劑量曝光（例如對於負型光阻，曲率底部處暴露較多光且曲率頂部處暴露較少光）、顯影以及烘烤以形成圓化形狀的光阻材料。接著藉由根據微透鏡模板選擇性地蝕刻微透鏡材料來形成微透鏡206。
請參照圖6所示出的入射輻射L1、L2，由於反射層142配置成在垂直於基底100的表面（例如第一表面100a和/或第二表面100b）的方向上與影像感測元件104和閘極結構110的頂面的一部分重疊，故通過影像感測元件104的入射輻射L1、L2和/或僅通過畫素區PR1或畫素區PR2而未通過影像感測元件104的入射輻射皆能夠自反射層142反射至影像感測元件104中，如此可藉由反射輻射來進一步提升影像感測器20的量子效率。除此之外，由於反射層142設計成與閘極結構110的頂面的一部分重疊，故可減少入射輻射（例如大入射角的入射輻射）穿過閘極結構110而被後段製程中的配線層/配線結構（例如通孔180和/或配線層182）反射至鄰近的畫素區中，使得相鄰畫素區（例如畫素區PR1和畫素區PR2）之間的串擾能夠得到改善。另一方面，反射圖案145設置在影像感測元件104下方，故可有助於通過影像感測元件104的入射輻射L1、L2反射至影像感測元件104中。在一些實施例中，當反射圖案145為包括多個虛設通孔的反射圖案時，反射圖案145可有助於避免輻射反射至鄰近的畫素區中。
綜上所述，在上述實施例中的影像感測器積體晶片及其形成方法中，由於反射層配置成在垂直於基底的表面的方向上與影像感測元件和閘極結構的頂面的一部分重疊，故通過影像感測元件的入射輻射和/或僅通過畫素區而未通過影像感測元件的入射輻射皆能夠自反射層反射至影像感測元件中，如此可藉由反射輻射來進一步提升影像感測器積體晶片的量子效率。除此之外，由於反射層與閘極結構的頂面的一部分重疊，故可減少入射輻射（例如大入射角的入射輻射）穿過閘極結構而被後段製程中的配線層/結構反射至鄰近的畫素區中，使得相鄰畫素區之間的串擾能夠得到改善。
10:影像感測器積體晶片 20:影像感測器 100:基底 100a:第一表面 100b:第二表面 102、202:隔離結構 104:影像感測元件 106:浮動擴散井 110:閘極結構 110a:閘極 110b:閘極間隙壁 120、122:蝕刻停止層 120a、122a:第一材料層 120b、122b:第二材料層 130、132、134:第一介電層 140、142:反射層 145:反射圖案 150:第二介電層 160:導電接觸件 170:介電結構 170a、170b、170c:介電層 180、180a、180b:通孔 182、182a、182b、182c:配線層 204:彩色濾光片 206:微透鏡 D1:第一方向 D2:第二方向 L1、L2:入射輻射 MOP1:開口圖案 MOP2:環形開口圖案 MS1、MS2:罩幕 OP1、OP2、132a:開口 PR1、PR2:畫素區 PR:光阻圖案
圖1至圖5是本發明一實施例的形成影像感測器積體晶片的方法的剖面示意圖。 圖6是本發明一實施例的影像感測器的剖面示意圖。 圖7A是本發明一實施例的用來形成光阻圖案的罩幕的俯視示意圖。 圖7B是本發明另一實施例的用來形成光阻圖案的罩幕的俯視示意圖。
10:影像感測器積體晶片
100:基底
100a:第一表面
100b:第二表面
102:隔離結構
104:影像感測元件
106:浮動擴散井
110:閘極結構
110a:閘極
110b:閘極間隙壁
122:蝕刻停止層
122a:第一材料層
122b:第二材料層
134:第一介電層
142:反射層
145:反射圖案
150:第二介電層
160:導電接觸件
170:介電結構
170a、170b、170c:介電層
180、180a、180b:通孔
182、182a、182b、182c:配線層
D1:第一方向
D2:第二方向
PR1、PR2:畫素區

Claims (13)

  1. 一種影像感測器積體晶片，包括：基底，包括畫素區；隔離結構，設置於所述基底中且配置在所述畫素區的相對側；影像感測元件，設置於所述基底的所述畫素區中；閘極結構，設置於所述基底的所述畫素區上；第一介電層，設置在所述基底的所述畫素區上方且覆蓋所述閘極結構的側壁及頂面的一部分；反射層，設置在所述第一介電層上，所述反射層在垂直於所述基底的表面的第一方向上與所述影像感測元件重疊且與所述閘極結構的所述頂面的所述部分重疊；反射圖案，設置在所述第一介電層中且與所述反射層直接接觸，所述反射圖案在所述第一方向上與所述影像感測元件重疊，其中所述反射圖案包括多個虛設通孔，所述虛設通孔為電性浮置的，且相鄰的兩個所述虛設通孔被所述第一介電層間隔開來；以及蝕刻停止層，設置在所述基底與所述第一介電層之間以及所述閘極結構與所述第一介電層之間，其中所述虛設通孔包括與所述反射層接觸的第一端以及與所述蝕刻停止層接觸的第二端，且所述第一端的尺寸大於所述第二端的尺寸。
  2. 如請求項1所述的影像感測器積體晶片，其中所述蝕刻停止層包括依序堆疊於所述基底的所述表面上的第一材料層和 第二材料層，且所述第一材料層的材料不同於所述第二材料層的材料。
  3. 如請求項1所述的影像感測器積體晶片，更包括：第二介電層，設置在所述第一介電層以及所述反射層上；以及導電接觸件，設置在所述第二介電層中且接觸所述閘極結構，其中所述導電接觸件與所述閘極結構電性連接且與所述反射層電性隔離。
  4. 如請求項3所述的影像感測器積體晶片，其中所述導電接觸件藉由所述第二介電層與所述第一介電層和所述反射層間隔開來。
  5. 如請求項3所述的影像感測器積體晶片，其中在水平於所述基底的所述表面的第二方向上，所述第二介電層包括設置在所述導電接觸件與所述反射層之間以及所述導電接觸件與所述第一介電層之間的部分。
  6. 如請求項5所述的影像感測器積體晶片，其中所述第二介電層的所述部分與所述閘極結構接觸。
  7. 一種形成影像感測器積體晶片的方法，包括：在基底中形成隔離結構以於所述基底中界定畫素區；在所述基底的所述畫素區內形成影像感測元件；在所述基底的所述畫素區上形成閘極結構；在所述基底的所述畫素區上方形成覆蓋所述閘極結構的側壁 及頂面的第一介電層；在所述第一介電層上形成反射層；形成貫穿所述第一介電層及所述反射層並暴露出所述閘極結構的所述頂面的第一部分的第一開口，其中所述閘極結構的所述頂面的不同於所述第一部分的第二部分在垂直於所述基底的表面的第一方向上與所述第一介電層和所述反射層重疊；於所述反射層上形成第二介電層，其中所述第二介電層填入所述第一開口中；以及於所述第二介電層中形成導電接觸件，其中所述導電接觸件貫穿所述第一開口中的所述第二介電層的一部分以接觸所述閘極結構，且所述導電接觸件與所述閘極結構電性連接且與所述反射層電性隔離。
  8. 如請求項7所述的形成影像感測器積體晶片的方法，更包括：在形成所述反射層之前，於所述影像感測元件上方的所述第一介電層中形成多個第二開口，在所述第一介電層上形成所述反射層的步驟中，所述反射層填入多個所述第二開口中以於所述第一介電層中形成包括多個虛設通孔的反射圖案。
  9. 如請求項8所述的形成影像感測器積體晶片的方法，更包括：在形成所述第一介電層之前，於所述基底的所述畫素區上形 成覆蓋所述閘極結構的所述側壁及所述頂面的蝕刻停止層，其中在形成所述第二開口的步驟中，所述第二開口暴露出所述蝕刻停止層。
  10. 如請求項9所述的形成影像感測器積體晶片的方法，其中所述蝕刻停止層包括依序形成於所述基底的所述畫素區上的第一材料層和第二材料層，且所述第一材料層的材料不同於所述第二材料層的材料。
  11. 如請求項7所述的形成影像感測器積體晶片的方法，其中所述導電接觸件藉由所述第二介電層與所述第一介電層和所述反射層間隔開來。
  12. 如請求項7所述的形成影像感測器積體晶片的方法，其中在水平於所述基底的所述表面的第二方向上，所述第二介電層包括設置在所述導電接觸件與所述反射層之間以及所述導電接觸件與所述第一介電層之間的部分。
  13. 如請求項12所述的形成影像感測器積體晶片的方法，其中所述第二介電層的所述部分與所述閘極結構接觸。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN118053884A (zh) * 2022-11-16 2024-05-17 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 背照式图像传感器及其形成方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202034536A (zh) * 2019-03-08 2020-09-16 力晶科技股份有限公司 30078 新竹科學工業園區力行一路12號 影像感測器及其製造方法
CN113383431A (zh) * 2019-03-19 2021-09-10 索尼半导体解决方案公司 传感器芯片、电子设备和测距装置
WO2021215337A1 (ja) * 2020-04-20 2021-10-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
TW202147594A (zh) * 2020-05-29 2021-12-16 日商索尼半導體解決方案公司 攝像元件及攝像裝置
CN113811999A (zh) * 2019-06-07 2021-12-17 索尼半导体解决方案公司 摄像元件和摄像装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7982177B2 (en) 2008-01-31 2011-07-19 Omnivision Technologies, Inc. Frontside illuminated image sensor comprising a complex-shaped reflector
JP5428509B2 (ja) 2009-05-11 2014-02-26 ソニー株式会社 ２次元固体撮像装置、及び、２次元固体撮像装置における偏光光データ処理方法
JP2017152511A (ja) * 2016-02-24 2017-08-31 ソニー株式会社 撮像装置
JP2018186211A (ja) * 2017-04-27 2018-11-22 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US10680024B2 (en) * 2017-08-17 2020-06-09 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Concave reflector for complementary metal oxide semiconductor image sensor (CIS)
JP7362198B2 (ja) * 2018-07-18 2023-10-17 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子、測距モジュール、および、電子機器
KR102810495B1 (ko) * 2019-10-30 2025-05-22 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 수광 소자, 거리 측정 모듈, 및, 전자 기기
US20230326944A1 (en) * 2020-09-10 2023-10-12 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW202034536A (zh) * 2019-03-08 2020-09-16 力晶科技股份有限公司 30078 新竹科學工業園區力行一路12號 影像感測器及其製造方法
CN113383431A (zh) * 2019-03-19 2021-09-10 索尼半导体解决方案公司 传感器芯片、电子设备和测距装置
CN113811999A (zh) * 2019-06-07 2021-12-17 索尼半导体解决方案公司 摄像元件和摄像装置
WO2021215337A1 (ja) * 2020-04-20 2021-10-28 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 固体撮像素子および電子機器
TW202147594A (zh) * 2020-05-29 2021-12-16 日商索尼半導體解決方案公司 攝像元件及攝像裝置

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