CN220693264U - 光学结构 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种光学结构。在一些实施例中，光学结构包括：衬底，具有前侧及与前侧相对的后侧；多个影像感测组件，布置于衬底内；以及深沟渠隔离(DTI)结构，设置于相邻的影像感测组件之间。DTI结构自衬底的后侧在衬底内延伸至第一深度且在侧向上环绕所述多个影像感测组件。光学结构还包括形成于衬底的后侧之上的光透射层。所述光透射层包括第一侧及与衬底的后侧相邻的第二侧。光学结构还包括位于光透射层中的隐埋栅格结构，所述隐埋栅格结构自光透射层的第一侧在光透射层内延伸至第二深度。

Description

光学结构
技术领域
本实用新型是有关于一种光学结构。
背景技术
数字相机及其他光学成像装置常常采用光学结构(例如半导体影像传感器)。光学结构可用于对辐射进行感测且将光学影像转换成可被表示为数字影像的数字数据。举例而言，在各种应用(例如数字相机、移动电话、侦测器或类似应用)中广泛使用互补金属氧化物半导体(complementary metal-oxide-semiconductor，CMOS)影像传感器(CMOS imagesensor，CIS)及电荷耦合装置(charge-coupled device，CCD)传感器。光学结构利用光侦测区来感测光，其中光侦测区可包括像素、照明影像传感器(例如后侧照明影像传感器，其可被称为后侧照明式(backside illumination，BSI)影像传感器)或其他类型的影像传感器装置。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种光学结构，包括：衬底，具有前侧及与所述前侧相对的后侧；多个影像感测组件，布置于所述衬底内；深沟渠隔离(DTI)结构，设置于所述多个影像感测组件中相邻的影像感测组件之间，自所述衬底的所述后侧在所述衬底内延伸至第一深度且在侧向上环绕所述多个影像感测组件；光透射层，形成于所述衬底的所述后侧之上，所述光透射层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧，所述第二侧与所述衬底的所述后侧相邻；以及隐埋栅格结构，位于所述光透射层中，所述隐埋栅格结构自所述光透射层的所述第一侧在所述光透射层内延伸至第二深度。
本实用新型实施例提供一种光学结构，包括：衬底，具有前侧及与所述前侧相对的后侧；多个影像感测组件，布置于所述衬底内；隔离结构，位于所述衬底中，环绕所述多个影像感测组件；光透射层，与所述衬底的所述后侧相邻地形成；隐埋栅格结构，形成于所述光透射层中，所述隐埋栅格结构由分别环绕所述多个影像感测组件的外周边的多个隐埋栅格结构区段构成，使得由所述多个隐埋栅格结构区段界定的多个间隙上覆于所述多个影像感测组件上，其中所述隐埋栅格结构包含金属、金属氮化物或其组合；以及上部栅格结构，形成于所述光透射层之上，所述上部栅格结构由分别环绕所述多个影像感测组件的所述外周边的多个上部栅格结构区段构成，使得由所述多个上部栅格结构区段界定的多个开口上覆于所述多个影像感测组件上。
附图说明
通过结合附图阅读以下详细说明，会最佳地理解本揭露的态样。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为使论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。
图1A示出根据一些实施例的包括隐埋栅格结构的光学结构的剖视图。
图1B示出根据一些实施例的包括图1A所示光学结构的影像传感器装置。
图2示出根据一些实施例的用于制造光学结构的方法的流程图。
图3至图11、图12A至图12B、图13A至图13E、图14A至图14C及图15A至图15D示出根据一些实施例的制造光学结构的各个阶段的视图。
图16至图28及图29A至图29D示出根据一些实施例的制造另一光学结构的各个阶段的视图。
具体实施方式
以下揭露内容提供用于实施所提供目标物的不同特征的诸多不同实施例或实例。以下阐述组件及布置的具体实例以简化本揭露。当然，该些仅为实例且不旨在进行限制。举例而言，以下说明中将第一特征形成于第二特征之上或第二特征上可包括其中第一特征与第二特征被形成为直接接触的实施例，且亦可包括其中第一特征与第二特征之间可形成有附加特征进而使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭露可能在各种实例中重复使用参考编号及/或字母。此种重复使用是出于简洁及清晰的目的，而不是自身表示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。
此外，为易于说明，本文中可能使用例如“位于…之下(beneath)”、“位于…下方(below)”、“下部的(lower)”、“位于…上方(above)”、“位于…之上(over)”、“位于…上(on)”、“顶部的(top)”、“上部的(upper)”及类似用语等空间相对性用语来阐述图中所示的一个组件或特征与另一(其他)组件或特征的关系。所述空间相对性用语旨在除图中所绘示的定向外亦囊括装置在使用或操作中的不同定向。设备可具有其他定向(旋转90度或处于其他定向)，且本文中所使用的空间相对性描述语可同样对应地进行解释。
阐述了实例性方法及结构的一些变型。本领域技术人员将易于理解其他实施例的范围内预期存在的可进行的其他润饰。尽管方法实施例可以特定的次序进行阐述，然而各种其他方法实施例可以任何逻辑次序执行且可包括较本文中所阐述的步骤少或多的步骤。在一些图中，可省略其中所示组件或特征的一些参考编号以避免使其他组件或特征混淆；此是为了易于绘示所述图起见。
光侦测装置包括前侧照明式(frontside illumination，FSI)影像传感器、BSI影像传感器，所述FSI影像传感器及所述BSI影像传感器二者皆具有像素传感器阵列或者其他合适的影像传感器设计。影像传感器的一个挑战是相邻的光侦测区或相邻的像素区之间的串扰(crosstalk)。当拟定由一个光侦测区接收的光子最终被邻近的光侦测区错误地接收时，可能会发生光学串扰。光学串扰可能会使影像传感器的效能(例如，分辨率)劣化。随着影像传感器通过发展而变得越来越小，串扰的风险显着增加。
随着影像传感器的发展，量子效率(quantum efficiency，QE)的改善亦是受欢迎的特性。QE是对像素区内的影像感测组件所产生的电性信号有贡献的光子数目对入射于像素区上的光子数目的比率。入射光可能无法穿透过金属材料，或者金属材料对光子不透明。当影像传感器中存在金属结构时，入射于金属结构上的光子可能不会对所产生的电子有所贡献，且因此影像传感器的QE可能会降低。
各种实施例提供一种光学结构，所述光学结构包括隐埋栅格结构以改善相邻的光侦测区之间的光学隔离，进而在不显着牺牲QE的情况下减少串扰。各种实施例提供具有隐埋栅格结构的光学结构以及形成隐埋栅格结构的方法。隐埋栅格结构会减少串扰并改善所得影像感测装置的QE。可基于用户的光学需求而轻易地将隐埋栅格结构嵌入及/或定位于不同的影像感测装置内。另外，隐埋栅格结构可与当前可用的栅格结构结合使用，以在不牺牲QE的情况下进一步减少串扰。
图1A示出根据一些实施例的包括隐埋栅格结构120的光学结构100A的剖视图。光学结构100A至少包括装置衬底110、形成于装置衬底110中的像素区或光侦测区102a、102b、102c(统称为102)、以及其中形成有隐埋栅格结构120的光透射层130。光学结构100A可还包括形成于装置衬底110中的隔离结构140、上部栅格结构150、微透镜160a至160c(统称为160)及彩色滤光片164a至164c(统称为164)。
光学结构100A包括装置衬底110。在一些实施例中，装置衬底110是包含硅的p型半导体衬底(P衬底)或n型半导体衬底(N衬底)。在一些其他替代实施例中，装置衬底110包含其他元素半导体材料，例如：锗；化合物半导体，包括碳化硅、砷化镓、磷化镓、磷化铟、砷化铟及/或锑化铟；合金半导体，包括硅锗(SiGe)、砷磷化镓(GaAsP)、砷化铝铟(AlInAs)、砷化铝镓(AlGaAs)、砷化铟镓(InGaAs)、磷化铟镓(InGaP)、砷磷化铟镓(InGaAsP)、其组合或类似材料。在一些其他实施例中，装置衬底110是绝缘体上半导体(semiconductor oninsulator，SOI)。在一些其他实施例中，装置衬底110可包括磊晶层、梯度半导体层及/或上覆于另一不同类型的半导体层上的半导体层，例如位于硅锗层上的硅层。装置衬底110可包括或可不包括经掺杂区，例如p阱、n阱或其组合。
装置衬底110具有前侧110f(亦被称为前表面)及与前侧110f相对的后侧110b(亦被称为后表面)。装置衬底110包括例如影像感测组件112a、112b及112c(统称为112)，所述影像感测组件112a、112b及112c被布置成与每一光侦测区102对应。影像感测组件112a至112c被配置成对自后侧110b朝向装置衬底110投射的辐射(或辐射波)(例如入射光114)进行感测。入射光114将经由后侧110b(或后表面)进入装置衬底110并被影像感测组件112a至112c中的一或多者侦测到。影像感测组件112a至112c可在装置衬底110内布置成列及/或行。在一些实施例中，每一光侦测区102包括布置成包括一或多列及一或多行的阵列的影像感测组件。举例而言，光侦测区102可包括两行及两列(例如，2×2结构)。应理解，光侦测区102可包括列与行的其他组合，例如一列及两行(例如，2×1结构)或者一列及一行(例如，1×1结构)。在一些实施例中，影像感测组件112a至112c各自包括光二极管。在其他实施例中，影像感测组件112a至112c可包括钉扎层光二极管(pinned layer photodiode)、光闸(photogate)、重设晶体管、源极随耦器晶体管及转移晶体管。影像感测组件112a至112c亦可被称为辐射侦测装置或像素传感器。
光学结构100A还包括光透射层130。光透射层130可形成于装置衬底110的后侧110b之上或与装置衬底110的后侧110b接触。光透射层130具有与装置衬底110相对的后侧130b及面对装置衬底110的后侧110b的前侧130f。光透射层130可包括氧化物介电质(例如氧化硅、氧化铪、旋涂玻璃、经氟化物掺杂的硅酸盐玻璃、未经掺杂的石英玻璃或类似材料)、抗反射涂层(antireflective coating，ARC)、氧化物介电质及/或ARC形成的多层式结构或类似材料。在ARC及氧化物介电质二者皆存在的一些实施例中，氧化物介电质通常布置于ARC之上。光透射层130将装置衬底110与上覆于装置衬底110上的上部栅格结构150间隔开。
光学结构100A还包括隐埋栅格结构120。隐埋栅格结构120形成于光透射层130中。隐埋栅格结构120对由各别的矩形、正方形或彼此邻接的其他形状构成的隔离栅格进行界定。此外，隐埋栅格结构120自大约与光透射层130的后侧130b齐平的位置朝向光透射层130的前侧130f延伸至光透射层130中。隐埋栅格结构120包括隐埋栅格结构区段121a及隐埋栅格结构区段121b。隐埋栅格结构120在侧向上布置于影像感测组件112周围及影像感测组件112之间，以有利地在邻近的影像感测组件112之间提供光学隔离。隐埋栅格结构120有助于阻挡光在邻近的影像感测组件112之间通过，进而有助于减少串扰。在一些实施例中，隐埋栅格结构120可包括金属区段、金属氮化物区段、介电区段、低折射率(“低n”)区段及/或有机区段。低n材料具有较上覆于对应的影像感测组件112上的彩色滤光片164a至164c小的折射率。在一些实施例中，如图1A中所示，隐埋栅格结构120包括金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124。
在一些实施例中，光学结构100A可还包括形成于装置衬底110中的隔离结构140。隔离结构140包括隔离结构区段141a及141b。在一些实施例中，隔离结构140可为深沟渠隔离(deep trench isolation，DTI)结构，例如后侧深沟渠隔离(backside deep trenchisolation，BDTI)结构。隔离结构140对由栅格区段(例如各别的矩形、正方形或彼此邻接的其他形状)构成的衬底隔离栅格进行界定。此外，在一些实施例中，隔离结构140自大约与装置衬底110的后侧110b齐平的位置延伸至装置衬底110中。隔离结构140在侧向上布置于影像感测组件112周围及影像感测组件112之间，以有利地在邻近的影像感测组件112之间提供光学隔离。隔离结构140可包含选自高介电常数(high-k)介电材料、低n材料、金属材料或其多层式组合的隔离材料。在一些实施例中，隔离结构140包括高k介电衬垫142及隔离材料144。隔离材料144可包含例如金属，例如钨、铜、铝或铝铜。作为另外一种选择，隔离材料144可为例如低n材料。在一些实施例中，隔离材料144具有小于约1.6的折射率。此外，在一些实施例中，隔离材料144是介电质(例如氧化物(例如，SiO2)或氧化铪(例如，HfO2))或者是折射率小于硅的材料。
在一些实施例中，光学结构100A可还包括上部栅格结构150。上部栅格结构150可形成于装置衬底110的后侧110b及含有隐埋栅格结构120的光透射层130的后侧130b之上。在一些实施例中，上部栅格结构150接触隐埋栅格结构120。上部栅格结构150可在侧向上布置于影像感测组件112a至112c周围及影像感测组件112a至112c之间以对开口158进行界定，彩色滤光片164a至164c布置于开口158内。在一些实施例中，开口158对应于光侦测区102a至102c且与对应的光侦测区102a至102c的影像感测组件112a至112c呈中心对准。在其他实施例中，开口158相对于对应的光侦测区102a至102c的影像感测组件112a至112c在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)。
在一些实施例中，上部栅格结构150是复合栅格结构，所述复合栅格结构以各种组合包括金属氮化物栅格区段、金属栅格区段、低n栅格区段或介电栅格区段中的一或多者。在一些实施例中，如图1A中所绘示，上部栅格结构150包括依序堆叠于光透射层130之上的金属氮化物栅格区段152、金属栅格区段154及介电栅格区段156。每一栅格区段152、154、156由栅格区段(例如各别的矩形、正方形或其他形状)构成，所述栅格区段彼此邻接以共同构成每一栅格区段152、154、156且环绕相应的影像感测组件112a至112c。每一栅格区段152、154、156亦包括位于栅格区段之间且上覆于影像感测组件112a至112c上的开口158。在一些实施例中，金属氮化物栅格区段152用作障壁层，以防止金属自金属栅格区段154泄漏至光透射层130中。在一些实施例中，金属栅格区段154可包含例如氮化钛、氮化钽或其组合。金属栅格区段154阻挡光在邻近的影像感测组件112a至112c之间通过，以有助于减少串扰。在一些实施例中，金属栅格区段154可为例如钨、铜或铝铜。在一些实施例中，介电栅格区段156包含折射率小于彩色滤光片164a至164c的折射率的材料。由于低折射率，介电栅格区段156充当光导，以将入射光114导向彩色滤光片164a至164c且有效地增大彩色滤光片164a至164c的大小。此外，由于低折射率，介电栅格区段156用于在邻近的光侦测区102a至102c之间提供光学隔离。彩色滤光片164a至164c内的照射至介电栅格区段156的边界的光通常由于折射率而经历全内反射。在一些实施例中，介电栅格区段156是氧化物(例如氧化硅(例如，SiO2)或氧化铪(例如，HfO2))或者是折射率小于硅的材料。在其他实施例中，介电栅格区段156可为例如氮化硅或氮氧化硅。在其他实施例中，上部栅格结构150包括低n栅格区段。在其他实施例中，上部栅格结构150包括介电栅格区段。
彩色滤光片164a至164c布置于光透射层130之上。此外，彩色滤光片164a至164c在上部栅格结构150的开口158内布置于对应的光侦测区102a至102c的影像感测组件112a至112c之上。在一些实施例中，彩色滤光片164a至164c具有与上部栅格结构150的上表面近似齐平的上表面。此外，彩色滤光片164a至164c被分派有对应颜色或波长的光且被配置成将除了所分派的颜色或波长的光之外的所有光过滤掉。彩色滤光片分派通常在红光、绿光及蓝光之间交替进行，使得彩色滤光片164a至164c包括红色滤光片、绿色滤光片及蓝色滤光片。在一些实施例中，彩色滤光片分派根据拜耳滤光片马赛克(Bayer filter mosaic)在红光、绿光及蓝光之间交替进行。
在一些实施例中，介电顶盖层168对上部栅格结构150进行衬垫，进而将彩色滤光片164a至164c与上部栅格结构150间隔开，且与光侦测区102a至102c对应的微透镜160a至160c覆盖彩色滤光片164a至164c。介电顶盖层168可在后续操作期间对栅格区段156提供保护。介电顶盖层168可为与介电栅格区段156相同的材料或不同的材料。介电顶盖层168可包含氧化物(例如氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)或类似材料)。在其他实施例中，介电顶盖层168可为氮化物或氮氧化物(例如氮化硅或氮氧化硅)。在一些实施例中，介电顶盖层168包含与介电栅格区段156相同的材料。在其他实施例中，介电顶盖层168包含与介电栅格区段156的材料不同的材料。在一些实施例中，微透镜160a至160c以对应的光侦测区102a至102c的影像感测组件112a至112c为中心且通常关于以影像感测组件112a至112c为中心的垂直轴对称。在其他实施例中，微透镜160a至160c相对于影像感测组件112a至112c在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)且相对于以影像感测组件112a至112c为中心的垂直轴对称。此外，在一些实施例中，微透镜160a至160c通常悬置于开口158周围的上部栅格结构150上，因此微透镜160a至160c的邻近边缘邻接。
图1B示出根据一些实施例的包括图1A所示光学结构100A的影像传感器装置100B。影像感测组件112a至112c形成于影像传感器装置100B的被称为像素阵列区170(或像素-阵列区)的区中。影像传感器装置100B可还包括在侧向上环绕像素阵列区170的黑位准校正(black level correction，BLC)区172。另外，影像传感器装置100B可还包括结合垫区174。图1B中的虚线171及虚线173表示区170、172及174之间的近似边界，但是应理解，区170、172及174在本文中未按比例绘制且可在装置衬底110的上方及下方在垂直方向上延伸。
光学结构100A可在图1B中所绘示的影像传感器装置100B的像素阵列区170中使用。光学结构100A可在除了图1B所示影像传感器装置100B之外的光学装置中使用。
BLC区172通常包括保持光学黑暗的装置。举例而言，BLC区172可包括数字装置，例如特殊应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)装置、***芯片(system-on-chip，SOC)装置及/或逻辑电路。在一些实施例中，BLC区172包括用于为影像传感器装置100B建立光强度基线的参考像素。
结合垫区174包括形成有影像传感器装置100B的一或多个导电结合垫176的区，使得可建立影像传感器装置100B与外部装置之间的电性连接。除其他事物之外，结合垫区174可含有隔离结构，例如浅沟渠隔离(shallow trench isolation，STI)(未示出)，以有助于将装置衬底110的硅与在结合垫区174中形成的所述一或多个导电结合垫176绝缘。
尽管为了简洁起见而未在本文中示出，然而应理解，影像传感器装置100B亦可包括切割道区。切割道区包括将一个半导体晶粒(例如，包括结合垫区174、BLC区172及像素阵列区170的半导体晶粒)与相邻的半导体晶粒(未示出)隔开的区。在稍后的制作工艺中，在晶粒被封装并作为集成电路芯片出售之前，穿过切割道区对切割道区进行切分以使相邻的晶粒隔开。以不损坏每一晶粒中的半导体装置的方式对切割道区进行切分。
仍参照图1B，在一些实施例中，在装置衬底110的前侧110f之上形成有缓冲层178。在一些实施例中，缓冲层178包含介电材料，例如氧化物(例如氧化硅(SiO2))。作为另外一种选择，缓冲层178可包含氮化物(例如氮化硅(SiN))。可通过化学气相沉积(chemicalvapor deposition，CVD)、物理气相沉积(physical vapor deposition，PVD)或其他合适的技术形成缓冲层178。在一些实施例中，通过化学机械平坦化(chemical mechanicalplanarization，CMP)工艺对缓冲层178进行平坦化以形成光滑表面。除其他事物之外，缓冲层178在装置衬底110与随后形成的内联机装置之间提供电性绝缘。另外，缓冲层178在装置衬底110的附加处理期间提供机械强度及支撑。
仍参照图1B，在一些实施例中，在装置衬底110的后侧110b上的缓冲层178之上形成有层179。层179具有与缓冲层178不同的材料成分。在一些实施例中，在层179与缓冲层178之间存在足够高的蚀刻选择性。换言之，缓冲层178与层179具有实质上不同的蚀刻速率，使得可执行蚀刻工艺来移除缓冲层178及层179中的一者而不影响另一者。在缓冲层178含有氧化硅的一些实施例中，层179可含有氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮氧化硅(SiON)、氮化钛(TiN)或者甚至合适的金属或金属化合物材料，例如钨(W)、铝铜(AlCu)及铜(Cu)。在一些实施例中，层179具有介于自约100埃至约1500埃的范围内的厚度。此厚度范围被配置成使得层179可在后续工艺中作为蚀刻停止层(etch-stop layer，ESL)执行。
在一些实施例中，影像传感器装置100B可还包括第一内联机结构180。第一内联机结构180形成或定位于装置衬底110的前侧110f之上。在一些实施例中，第一内联机结构180形成于层179上或层179之上。第一内联机结构180包括多个图案化的介电层及导电层，所述多个图案化的介电层及导电层在影像传感器装置100B的各种经掺杂特征、电路***及输入/输出之间提供内联机(例如，配线)。在一些实施例中，第一内联机结构180包括层间介电(interlayer dielectric，ILD)结构及多层式内联机(multilayer interconnect，MLI)结构。MLI结构包括接触件、通孔及金属线。出于例示的目的，在图1B中示出多条导电线182及通孔/接触件184，应理解，所示的导电线182及通孔/接触件184仅是示例性的，且导电线182及通孔/接触件184的实际定位及配置可依据设计需要而发生变化。
MLI结构可包含导电材料，例如铝、铝/硅/铜合金、钛、氮化钛、钨、复晶硅、金属硅化物或其组合(被称为铝内联机)。可通过包括PVD(或溅射)、CVD、原子层沉积(atomiclayer deposition，ALD)或其组合的工艺来形成铝内联机。用于形成铝内联机的其他制造技术可包括光刻处理及蚀刻，以对用于垂直连接(例如，通孔/接触件184)及水平连接(例如，导电线182)的导电材料进行图案化。作为另外一种选择，可使用铜多层式内联机来形成金属图案。铜内联机结构可包含铜、铜合金、钛、氮化钛、钽、氮化钽、钨、复晶硅、金属硅化物或其组合。可通过包括CVD、溅射、镀覆或其他合适工艺的技术形成铜内联机结构。
在一些实施例中，影像传感器装置100B可还包括第二内联机结构190。第二内联机结构190可形成或定位于装置衬底110的前侧110f之上。在一些实施例中，第二内联机结构190形成于第一内联机结构180上或第一内联机结构180之上。与第一内联机结构相似，第二内联机结构190包括多个图案化的介电层及导电层，所述多个图案化的介电层及导电层在影像传感器装置100B的各种经掺杂特征、电路***及输入/输出之间提供内联机(例如，配线)。第二内联机结构190包括ILD结构及MLI结构。MLI结构包括接触件、通孔及金属线。出于例示的目的，在图1B中示出多条导电线192及通孔/接触件194，应理解，所示的导电线192及通孔/接触件194仅是示例性的，且导电线192及通孔/接触件194的实际定位及配置可依据设计需要而发生变化。
在一些实施例中，如图1B中所示，第二内联机结构190的所述多条导电线192中的导电线通过柱196或其他连接结构与第一内联机结构180的所述多条导电线182中的导电线电性耦合。在一些实施例中，第一内联机结构180包括***芯片(SOC)装置，且第二内联机结构190包括特殊应用集成电路(ASIC)。
在一些实施例中，导电结合垫176在结合垫区174中形成于导电线182的被暴露出的表面上。可通过一或多种沉积工艺及图案化工艺形成导电结合垫176。在一些实施例中，导电结合垫176含有铝。在其他实施例中，导电结合垫176可含有另一合适的金属，例如铜。结合配线(或另一电性内联机组件)可在稍后工艺中贴合至导电结合垫176，且因此导电结合垫176亦可被称为结合垫或导电垫。另外，由于导电结合垫176形成于导电线182上，因此导电结合垫176电性耦合至导电线182且经由导电线182电性耦合至第一内联机结构180的其余部分及第二内联机结构190的其余部分。换言之，可至少部分地经由导电结合垫176在外部装置与影像传感器装置100B之间建立电性连接。
图2示出根据一些实施例的用于制造光学结构的方法200的流程图。
在操作202处，提供衬底。所述衬底可为本文中所阐述的装置衬底或半导体衬底。衬底可具有已形成于其中的光侦测区及/或像素区。
在操作204处，形成环绕光侦测区的隔离结构。隔离结构可为DTI结构，例如BDTI结构。隔离结构可对由栅格区段(例如各别的矩形、正方形或彼此邻接的其他形状)构成的衬底隔离栅格进行界定。
在操作206处，在隔离结构之上形成光透射层。
在操作208处，在隔离结构之上形成隐埋栅格结构。隐埋栅格结构可形成于在衬底之上形成的光透射层中。隐埋栅格结构可对由隐埋栅格区段(例如矩形、正方形或彼此邻接的其他形状)构成的隔离栅格进行界定。
在操作210处，在隐埋栅格结构之上形成上部栅格结构。上部栅格结构可形成于衬底及含有隐埋栅格结构的光透射层之上。上部栅格结构可对其中布置有彩色滤光片的开口进行界定。
在操作212处，在由上部栅格结构界定的开口中形成彩色滤光片。
在操作214处，在彩色滤光片之上形成微透镜。
参照图3至图11、图12A至图12B、图13A至图13E、图14A至图14C及图15A至图15D，提供影像传感器的装置结构在各个制造阶段处的一些实施例的剖视图，以示出图2所示方法。尽管针对方法200阐述图3至图11、图12A至图12B、图13A至图13E、图14A至图14C及图15A至图15D，然而应理解，图3至图11、图12A至图12B、图13A至图13E、图14A至图14C及图15A至图15D中所揭露的结构并非仅限于方法200，而是可作为独立于方法200的结构而单独存在。相似地，尽管针对图3至图11、图12A至图12B、图13A至图13E、图14A至图14C及图15A至图15D阐述所述方法，然而应理解，方法200并非仅限于图3至图11、图12A至图12B、图13A至图13E、图14A至图14C及图15A至图15D中所揭露的结构，而是可独立于图3至图11、图12A至图12B、图13A至图13E、图14A至图14C及图15A至图15D中所揭露的结构而单独存在。
图3至图12B示出根据一些实施例的制造光学结构的各个阶段的剖视侧视图，所述光学结构包括可与图1B所示影像传感器装置100B一起使用的隐埋栅格结构。
图3示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的与操作202对应的中间阶段期间的剖视图300。装置衬底110具有前侧110f及与前侧110f相对的后侧110b。在一些实施例中，如图3中所绘示，装置衬底110具有介于自约1微米(micron，μm)至约10微米的范围内的初始厚度311。在特定实施例中，装置衬底110的初始厚度311介于自约2.5微米至约7微米的范围内。
装置衬底110包括例如影像感测组件112a至112c，影像感测组件112a至112c被布置成分别与光侦测区102a至102c对应。影像感测组件112a至112c可彼此有所不同，以具有不同的接面深度、厚度、宽度等。为简洁起见，在图3中仅示出三个影像感测组件112a至112c，但是应理解，可在装置衬底110中实施任意数目的像素。可通过任何合适的方法形成影像感测组件112a至112c。在一些实施例中，通过自前侧110f对装置衬底110执行植入工艺来形成影像感测组件112a至112c。植入工艺可包括使用例如硼等p型掺杂剂对装置衬底110进行掺杂。在替代实施例中，植入工艺可包括使用例如磷或砷等n型掺杂剂对装置衬底110进行掺杂。在其他实施例中，亦可通过扩散工艺形成影像感测组件112a至112c。
影像感测组件112a至112c通过装置衬底110中的多个间隙而彼此隔开。举例而言，间隙316a将影像感测组件112a与影像感测组件112b隔开，间隙316b将影像感测组件112b与影像感测组件112c隔开，且间隙(未示出)将影像感测组件112a与影像感测组件112a左侧的相邻影像感测组件(未示出)(若存在)隔开。当然，应理解，间隙316a至316b不是装置衬底110中的空隙或开放空间，而是其可为装置衬底110的位于相邻的影像感测组件112a至112c之间的区(半导体材料或介电隔离组件)。
图4示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的与操作204对应的中间阶段期间的剖视图400。如图4中所示，执行图案化工艺以分别在相邻的影像感测组件112a与影像感测组件112b以及相邻的影像感测组件112b与影像感测组件112c之间在装置衬底110的后侧110b内形成沟渠402a及402b(统称为402)。沟渠402包括由装置衬底110界定的侧壁402S及亦由装置衬底110界定的在侧壁402S之间延伸的底表面402B。在一些实施例中，侧壁402S中的一或多者可为渐缩的。在一些实施例中，可通过蚀刻工艺(湿式蚀刻或干式蚀刻)或在光刻图案化之后进行反应性离子蚀刻(reactive ion etching，RIE)来形成沟渠402。在一些实施例中，可通过在装置衬底110的后侧110b上形成掩蔽层404来对装置衬底110进行图案化。然后，在未被掩蔽层404覆盖的区中将装置衬底110暴露于蚀刻剂。蚀刻剂对装置衬底110进行蚀刻以形成沟渠402。在一些实施例中，沟渠402自装置衬底110的后侧110b在装置衬底110内延伸至第一深度406。在一些实施例中，第一深度406介于自约0.5微米至约7微米的范围内。在一些实施例中，沟渠402具有介于自约0.1微米至约0.4微米的范围内的宽度。在图案化工艺之后，可移除掩蔽层404。在一些实施例中，在自影像感测组件112a至112c在侧向上移除的位置处形成沟渠402。在一些实施例中，沟渠402在侧向上环绕影像感测组件112a至112c中的每一者。
图5示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作204对应的中间阶段期间的剖视图500。如图5中所示，在一些实施例中，在装置衬底110之上沉积高k介电衬垫142。高k介电衬垫142对沟渠402的侧壁402S及底表面402B进行衬垫。高k介电衬垫142可用作钝化层且将装置衬底110与随后沉积的隔离材料144(参见图6)隔开。另外，高k介电衬垫142可有助于减轻相邻的光侦测区102之间的串扰。高k介电衬垫142可包含例如氧化铝(Al2O3)、氧化钽(Ta2O5)、氧化铪(HfO2)、氧化铪硅(HfSiO)、氧化铪铝(HfAlO)或氧化铪钽(HfTaO)。高k介电衬垫142可通过气相沉积(例如CVD或PVD)来沉积或者通过热氧化来生长。在一些实施例中，高k介电衬垫142包括多个层。举例而言，高k介电衬垫142包括第一高k介电层及布置于第一高k介电层下方的第二高k介电层。在一些实施例中，高k介电衬垫142可沉积至介于自约10埃至约100埃的范围内的厚度。高k介电衬垫142可为共形层。在一些实施例中，如图5中所示，高k介电衬垫142具有与装置衬底110的后侧110b的侧向表面共面的顶表面，高k介电衬垫142可自装置衬底110的后侧110b之上的沟渠402向上延伸且沿着装置衬底110的后侧110b在侧向上设置。
图6示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作204对应的中间阶段期间的剖视图600。转至图6，使用隔离材料144对沟渠402进行填充以形成隔离结构140。隔离结构140包括隔离结构区段602a、602b(统称为602)。在一些实施例中，隔离结构140可为深沟渠隔离(DTI)结构，例如后侧深沟渠隔离(BDTI)结构。在存在高k介电衬垫142的一些实施例中，隔离结构140包括高k介电衬垫142及隔离材料144。沉积隔离材料144以对沟渠402的未被高k介电衬垫142(若存在)填充的区域进行填充。隔离材料144可为介电材料(例如氧化物材料或氮化物材料，例如氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)或类似材料)。隔离材料144的沉积可涉及各种技术，例如化学气相沉积(CVD)、等离子体增强型化学气相沉积(plasma-enhanced chemical vapor deposition，PECVD)、大气压力化学气相沉积(atmosphericpressure chemical vapor deposition，APCVD)、低压CVD(low-pressure CVD，LPCVD)、高密度等离子体CVD(high density plasma CVD，HDPCVD)、原子层CVD(atomic layer CVD，ALCVD)、次大气压CVD(sub-atmospheric CVD，SACVD)、PVD、原子层沉积(ALD)、溅射及/或其他合适的操作。隔离材料144的折射率可小于硅的折射率。图6中所示的光学结构可为中间结构，且高k介电衬垫142及隔离材料144可经受或可不经受使得所述层的顶表面可被变更的平坦化工艺，如将在图7中所论述。
图7示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作204对应的中间阶段期间的剖视图700。参照图7，在一些实施例中，使隔离材料144经受平坦化工艺(例如，CMP工艺)以形成平坦表面。在一些实施例中，如图7中所示，移除高k介电衬垫142上方的隔离材料144，使得隔离材料144的顶表面与形成于装置衬底110的后侧110b的侧向表面上的高k介电衬垫142的顶表面共面或实质上共面。在其他实施例中，移除高k介电衬垫142上方的隔离材料144的一部分，以对隔离材料144的顶表面进行平坦化，使得隔离材料144的顶表面保留于高k介电衬垫142的顶表面上方，如图6中所示。在替代实施例中，移除隔离材料144及高k介电衬垫142，使得隔离材料144的顶表面及高k介电衬垫142的顶表面二者皆与装置衬底110的后侧110b共面或实质上共面。
图8示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作206对应的中间阶段期间的剖视图800。随后，如图8中所示，在装置衬底110及隔离结构140之上形成光透射层130。光透射层130具有与装置衬底110相对的后侧130b及与装置衬底110的后侧110b面对的前侧130f。光透射层130可包含介电质，例如氧化物(例如氧化硅、氧化铪、旋涂玻璃、经氟化物掺杂的硅酸盐玻璃、未经掺杂的石英玻璃或类似材料)、ARC、氧化物介电质及/或ARC形成的多层式结构或类似材料。光透射层130的材料可与隔离结构140的隔离材料144相同或可与隔离结构140的隔离材料144不同。可通过例如以下各种技术形成光透射层130：化学气相沉积(CVD)、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、大气压力化学气相沉积(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、高密度等离子体CVD(HDPCVD)、原子层CVD(ALCVD)、次大气压CVD(SACVD)、涂覆、旋转涂布、溅射及/或其他合适的工艺。在一些实施例中，光透射层130具有自后侧130b延伸至前侧130f的初始厚度810，所述初始厚度810介于自约500埃至约2000埃的范围内。
在光透射层130的材料与隔离结构140的隔离材料144相同的一些实施例中，可通过相同的沉积工艺形成光透射层130与隔离结构140二者。举例而言，参照图6，在形成于后侧110b的侧向表面上的高k介电衬垫142上方形成的隔离材料144可用作光透射层130。
图9示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图900。如图9中所示，执行图案化工艺以在光透射层130的后侧130b内形成隐埋栅格(buried grid，BG)沟渠902a、902b(统称为902)。BG沟渠902包括由光透射层130界定的侧壁902S及亦由光透射层130界定的在侧壁902S之间延伸的底表面902B。在一些实施例中，侧壁902S中的一或多者可为渐缩的。在一些实施例中，在自影像感测组件112a至112c在侧向上移除的位置处形成BG沟渠902。在一些实施例中，BG沟渠902在侧向上环绕影像感测组件112a至112c中的每一者。在一些实施例中，可通过蚀刻工艺(湿式蚀刻或干式蚀刻)或在光刻图案化之后进行反应性离子蚀刻(RIE)来形成BG沟渠902。在一些实施例中，可通过在光透射层130的后侧130b上形成掩蔽层904来对光透射层130进行蚀刻。然后在未被掩蔽层904覆盖的区中将光透射层130暴露于蚀刻剂。蚀刻剂对光透射层130进行蚀刻以形成BG沟渠902。BG沟渠902自光透射层130的后侧130b在装置衬底110内延伸至第二深度906。在一些实施例中，第二深度906介于自约200埃至约1000埃的范围内。在一些实施例中，BG沟渠902具有介于自约0.08微米至约0.2微米的范围内的宽度。在图案化工艺之后，可移除掩蔽层904。
图10示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图1000。如图10中所示，在一些实施例中，在装置衬底110之上沉积金属氮化物层122’。金属氮化物层122’对光透射层130的后侧130b、BG沟渠902的侧壁902S及底表面902B进行衬垫。金属氮化物层122’可用作障壁层且将光透射层130与随后沉积的金属层124’(参见图11)隔开。另外，金属氮化物层122’可有助于减轻相邻的影像感测组件112a至112c之间的串扰。金属氮化物层122’可包含例如氮化钛(TiN)或氮化钽。可通过气相沉积(例如CVD、原子层沉积(ALD)或PVD)来沉积金属氮化物层122’。在一些实施例中，可将金属氮化物层122’沉积至介于自约10埃至约100埃的范围内的厚度。金属氮化物层122’可为共形层。在一些实施例中，如图10中所示，金属氮化物层122’可自光透射层130的后侧130b之上的BG沟渠902向上延伸且沿着光透射层130的后侧130b在侧向上设置。
图11示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图1100。转至图11，使用金属层124’对BG沟渠902进行填充。沉积金属层124’以对BG沟渠902的未被金属氮化物层122’(若存在)填充的区域进行填充。若不存在金属氮化物层122’，则可直接在光透射层130的后侧130b上沉积金属层124’。在一些实施例中，金属层124’可选自例如钨、铝、铜或铝铜。金属材料的沉积可涉及各种技术，例如CVD、PECVD、APCVD、LPCVD、HDPCVD、ALCVD、SACVD、PVD、ALD、溅射、镀覆工艺(例如电镀、无电镀覆等)及/或其他合适的操作。图11中所示的剖视图1100可为中间结构，且金属氮化物层122’及金属层124’可经受或可不经受使得所述层的顶表面可被变更的平坦化工艺，如将针对图12A进行论述。
图12A示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图1200。参照图12A，在一些实施例中，使金属层124’及金属氮化物层122’经受平坦化工艺(例如，CMP工艺)以形成平坦表面及隐埋栅格结构120。隐埋栅格结构120包括隐埋栅格结构区段1202a、1202b。在一些实施例中，如图12A中所示，移除金属层124’及金属氮化物层122’的位于光透射层130的后侧130b上方的部分以形成金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124，使得金属氮化物栅格区段122的顶表面及金属栅格区段124的顶表面与光透射层130的后侧130b的顶表面或侧向表面共面或实质上共面。
图12B示出图12A中所示的剖视图1200的沿着光透射层130的后侧130b截取的俯视图1210。光透射层130包括隐埋栅格结构120。在一些实施例中，如图12B中所示，隐埋栅格结构120具有四边形形状。在替代实施例中，隐埋栅格结构120对例如其他形状(例如圆形)进行界定。在一些实施例中，隐埋栅格结构120与隔离结构140在垂直方向上对准且隐埋栅格结构120的宽度“Wa”可与影像感测组件112a至112c的宽度相同或实质上相同。尽管在图12A中被示出为连续的四边形形状，然而隐埋栅格结构120可根据各种设计而具有不连续的图案。隐埋栅格结构120对间隙1212进行界定。当然，应理解，间隙1212不是光透射层130中的空隙或开放空间，而是其可为光透射层130的位于隐埋栅格结构120之间的区。在一些实施例中，隐埋栅格结构120与隔离结构140在垂直方向上对准且间隙1212的宽度“Wa”可与影像感测组件112a至112c的宽度相同或实质上相同。在其他实施例中，隐埋栅格结构120相对于隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，例如如图15B中所示。
图13A至图13E示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的中间阶段期间的剖视图1300。在一些实施例中，在光透射层130的后侧130b之上形成上部栅格结构150。在一些实施例中，上部栅格结构150是复合栅格结构。上部栅格结构150可包括金属区段、金属氮化物区段、介电区段、低n材料区段及/或有机区段。在一些实施例中，自俯视图来看，上部栅格结构150可具有四边形形状或圆形形状。在一些实施例中，上部栅格结构150与隐埋栅格结构120在垂直方向上对准。在一些实施例中，上部栅格结构150与隔离结构140在垂直方向上对准，且上部栅格结构的宽度或直径可与影像感测组件112a至112c的宽度或直径相同或实质上相同。在一些实施例中，上部栅格结构150与隐埋栅格结构120及隔离结构140二者在垂直方向上对准，如图13B至图13E中所示。在其他实施例中，上部栅格结构150相对于隐埋栅格结构120及隔离结构140中的至少一者在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，例如如图15B中所示。
图13A是根据一些实施例的光学结构在制造操作的与操作210对应的中间阶段期间的剖视图1300。图13A绘示出上部栅格结构150的一个实例的形成，其中上部栅格结构150是复合结构。可选地，当欲形成复合栅格时，可在光透射层130上方形成金属氮化物层152’。金属氮化物层152’可包含金属氮化物，例如氮化钛、氮化钽或类似材料。
可在光透射层130之上形成金属层154’，或者若金属氮化物层在先前形成于光透射层130之上，则可在金属氮化物层152’之上形成金属层154’。金属层154’可包含金属，例如铜、钨、铝、铝铜或类似材料。
可在光透射层130之上形成介电层156’，或者若金属层在先前形成于光透射层130之上，则可在金属层154’之上形成介电层156’。介电层156’可包含氧化物，例如氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)或类似材料。在一些其他实施例中，介电层156’可包含有机材料。可通过例如以下各种技术形成介电层156’：CVD、PVD、原子层沉积(ALD)、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、大气压力化学气相沉积(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、高密度等离子体CVD(HDPCVD)、原子层CVD(ALCVD)、次大气压CVD(SACVD)及/或其他合适的操作。
参照图13A及图13B，随后执行光刻操作，其中通过掩蔽层1308对金属氮化物层152’、金属层154’及介电层156’进行图案化，以形成上部栅格结构150。具体而言，金属氮化物层152’、金属层154’及介电层156’分别被图案化成金属氮化物栅格区段152、金属栅格区段154及介电栅格区段156。应注意，自俯视图角度来看，金属氮化物栅格区段152、金属栅格区段154及介电栅格区段156可具有圆形形状或四边形形状。在一些实施例中，如图13B中所示，金属氮化物栅格区段152、金属栅格区段154及介电栅格区段156(其随后将成为上部栅格结构150的一部分)与隔离结构140及隐埋栅格结构120在垂直方向上对准，以改善影像感测组件112中的每一者的布置与对应的上部栅格结构150的布置之间的对准。随后移除掩蔽层1308。
图13C是根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作210对应的中间阶段期间的剖视图1300。参照图13C，在一些实施例中，在光透射层130及上部栅格结构150的被暴露出的表面之上形成介电顶盖层168。因此上部栅格结构150位于介电顶盖层168内部且被介电顶盖层168环绕。在一些实施例中，介电顶盖层168可为共形层。
图13D是根据一些实施例的光学结构在制造操作的与操作212对应的中间阶段期间的剖视图1300。参照图13D，在光透射层130之上形成彩色滤光片164a至164c。在存在上部栅格结构150的一些实施例中，上部栅格结构150位于彩色滤光片164a至164c中。彩色滤光片164a至164c可被形成为对由上部栅格结构150界定的开口进行填充。在不存在上部栅格结构150的一些实施例中，可在光透射层130之上或光透射层130上形成彩色滤光片164a至164c。在一些实施例中，彩色滤光片164a至164c可包含有机介电质，例如聚合物。在一些实施例中，彩色滤光片164a至164c的折射率大于上部栅格结构150(在介电栅格区段156及金属栅格区段154先前形成的情况下至少是介电栅格区段156及金属栅格区段154)的折射率及隐埋栅格结构120的折射率。在一些实施例中，彩色滤光片164a至164c的厚度与上部栅格结构150的高度相同或实质上相同。作为另外一种选择，在一些其他实施例中，彩色滤光片164a至164c的厚度大于上部栅格结构150的高度。
图13E是根据一些实施例的光学结构在制造操作的与操作214对应的中间阶段期间的剖视图1300。参照图13E，在彩色滤光片164a至164c上方形成与影像感测组件112a至112c对应的微透镜160a至160c。在一些实施例中，微透镜160a至160c与影像感测组件112a至112c在垂直方向上对准。在一些实施例中，微透镜160a至160c可为聚光透镜，其可具有半椭圆形形状、半球形形状或其他合适的形状。自俯视图角度来看，微透镜160a至160c的大小可与上部栅格结构150的大小相当。在一些实施例中，微透镜160a至160c可在至少一个方向上自影像感测组件112a至112c在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)。应注意，可通过修改隔离结构140(例如通过移除隔离结构区段602a至602b中的一或多者)及/或修改上部栅格结构150(通过移除上部栅格结构150的一或多个部分)来针对各种光条件对图13A至图13E中所绘示的光学结构进行调谐。
图14A至图14C示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的中间阶段期间的剖视图1400。图14A至图14C绘示出另一实施例，其中上部栅格结构1410形成于包括隐埋栅格结构120的光透射层130的后侧130b之上。上部栅格结构1410包含低折射率材料或低n材料。低n材料具有较彩色滤光片164a至164c的折射率小的折射率。由于低折射率，低n材料将邻近的彩色滤光片164a至164c隔离开且将光引导至彩色滤光片，以增大彩色滤光片164a至164c的有效大小。在一些实施例中，自俯视图来看，上部栅格结构1410可具有四边形形状或圆形形状。在一些实施例中，上部栅格结构1410与隐埋栅格结构120在垂直方向上对准。在一些实施例中，上部栅格结构1410与隔离结构140在垂直方向上对准且上部栅格结构的宽度或直径可与影像感测组件112a至112c或光侦测区102a至102c的宽度或直径相同或实质上相同。在一些实施例中，上部栅格结构1410与隐埋栅格结构120及隔离结构140二者对准。在一些实施例中，上部栅格结构1410相对于隐埋栅格结构120在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，如图14B至图14C中所示。在一些实施例中，上部栅格结构1410相对于隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，同样如图14B至图14C中所示。在一些实施例中，上部栅格结构1410相对于隔离结构140及隐埋栅格结构二者在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，同样如图14B至图14C中所示。
参照图14A，在一些实施例中，在光透射层130以及隐埋栅格结构120的被暴露出的表面之上形成介电顶盖层1404。介电顶盖层1404可在后续蚀刻操作期间用作蚀刻停止层(ESL)。一般而言，在形成例如上部栅格结构时，ESL可提供使蚀刻工艺停止的机制。ESL可由具有与相邻的层或组件不同的蚀刻选择性的介电材料形成。举例而言，介电顶盖层1404具有与低n材料层1406’不同的蚀刻选择性，使得低n材料层1406’以较介电顶盖层1404大的速率被移除。在一些实施例中，介电顶盖层1404可包含以下材料或者可为以下材料：氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅、氧化硅碳、碳氮氧化硅、氮化碳、氧化硅、氧化铪、其组合或类似材料。
仍参照图14A，在光透射层130之上形成低n材料层1406’，或者若介电顶盖层在先前形成于光透射层130之上，则在介电顶盖层1404之上形成低n材料层1406’。在一些实施例中，低n材料层1406’是折射率小于彩色滤光片164a至164c的折射率的透明材料。在一些实施例中，低n材料层1406’是介电质(例如氧化物(例如，SiO2)或氧化铪(例如，HfO2))或者是折射率小于硅的材料。在一些实施例中，低n材料层1406’包含与介电顶盖层1404相同的材料。在其他实施例中，低n材料层1406’包含与介电顶盖层1404的材料不同的材料。可通过例如以下各种技术形成低n材料层1406’：CVD、PVD、原子层沉积(ALD)、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、大气压力化学气相沉积(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、高密度等离子体CVD(HDPCVD)、原子层CVD(ALCVD)、次大气压CVD(SACVD)及/或其他合适的操作。
参照图14B及图14C，随后执行光刻操作，其中通过掩蔽层1408对低n材料层1406’进行图案化，以形成上部栅格结构1410的低n栅格区段1406。具体而言，低n材料层1406’被图案化成低n栅格区段1406。介电顶盖层1404用作光刻及图案化操作的蚀刻停止件。由于低n栅格区段1406的低折射率，上部栅格结构1410用作光导，以将光引导至彩色滤光片164a至164c且有效地增大彩色滤光片164a至164c的大小。此外，由于低折射率，低n栅格区段1406用于提供邻近的影像感测组件112a至112c之间的光学隔离。彩色滤光片164a至164c内的照射至低n栅格区段1406的边界的光通常由于折射率而经历全内反射。随后移除掩蔽层1408。
另外，在一些实施例中，上部栅格结构1410可在至少一个方向上相对于隐埋栅格结构120及/或隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D1”。如图14B中所示，可自隐埋栅格结构120的侧壁902S至低n栅格区段1406的侧壁1406S对量“D1”进行量测。在一些实施例中，量“D1”介于自约0微米至约±0.2微米的范围内。尽管上部栅格结构1410在远离影像感测组件112b的中心线1420的方向上在侧向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，上部栅格结构1410可朝向影像感测组件112b的中心线1420偏移。在传入光的主光线角度不正交或不垂直的情况下，上部栅格结构1410的偏移可有助于改善像素效率。
此外，在一些实施例中，隐埋栅格结构120可在至少一个方向上相对于隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D2”。可自隔离结构140的沟渠402a的侧壁402S至隐埋栅格结构120的侧壁902S对量“D2”进行量测。在一些实施例中，量“D2”介于自约0微米至约±0.2微米的范围内。尽管隐埋栅格结构120在朝向影像感测组件112b的中心线1420的方向上在侧向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，隐埋栅格结构120可在侧向上远离影像感测组件112b的中心线1420偏移。在传入光的主光线角度不正交或不垂直的情况下，隐埋栅格结构120的偏移亦可有助于改善像素效率。
参照图14C，在光透射层130之上形成彩色滤光片164a至164c。在存在上部栅格结构1410的一些实施例中，上部栅格结构1410位于彩色滤光片164a至164c中。在存在介电顶盖层1404的一些实施例中，彩色滤光片164a至164c可形成于介电顶盖层1404之上或介电顶盖层1404上。在不存在介电顶盖层1404的一些实施例中，彩色滤光片164a至164c可形成于光透射层130之上或光透射层130上。
仍参照图14C，在彩色滤光片164a至164c上方形成微透镜160a至160c。在一些实施例中，如图14C中所绘示，由于上部栅格结构1410的侧向偏移，微透镜160b的中心线1430相对于对应的影像感测组件112b的中心线1420偏置开。应注意，可通过修改隔离结构140(例如通过移除隔离结构区段602a至602b中的一或多者)及/或修改上部栅格结构1410(通过移除上部栅格结构1410的一或多个部分)来针对各种光条件对图14A至图14C中所绘示的光学结构进行调谐。
图15A至图15D示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的中间阶段期间的剖视图1500。图15A至图15D绘示出一种光学结构，其中上部栅格结构1510形成于包括隐埋栅格结构120的光透射层130的后侧130b之上。上部栅格结构1510包含氧化物材料。在一些实施例中，氧化物材料具有较彩色滤光片164a至164c的折射率小的折射率。由于低折射率，氧化物材料将邻近的彩色滤光片164a至164c隔离开且将光引导至彩色滤光片164a至164c，以增大彩色滤光片164a至164c的有效大小。在一些实施例中，自俯视图来看，上部栅格结构1510可具有四边形形状或圆形形状。在一些实施例中，上部栅格结构1510与隐埋栅格结构120在垂直方向上对准。在一些实施例中，上部栅格结构1510与隔离结构140在垂直方向上对准且上部栅格结构1510的宽度或直径可与影像感测组件112或光侦测区102的宽度或直径相同或实质上相同。在一些实施例中，上部栅格结构1510与隐埋栅格结构120及隔离结构140二者对准。在一些实施例中，上部栅格结构1510相对于隐埋栅格结构120在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，如图15B至图15D中所示。在一些实施例中，上部栅格结构1510相对于隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，同样如图15B至图15D中所示。在一些实施例中，上部栅格结构1510相对于隐埋栅格结构120及隔离结构140二者在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，同样如图15B至图15D中所示。
转至图15A，在光透射层130之上或光透射层130上形成氧化物材料层1506’。在一些实施例中，氧化物材料层1506’具有较彩色滤光片164a至164c的折射率小的折射率。在一些实施例中，氧化物材料层1506’是介电质(例如氧化物(例如，SiO2)或氧化铪(例如，HfO2))或者是折射率小于硅的氧化物材料。可通过例如以下各种技术形成氧化物材料层1506’：CVD、PVD、原子层沉积(ALD)、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、大气压力化学气相沉积(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、高密度等离子体CVD(HDPCVD)、原子层CVD(ALCVD)、次大气压CVD(SACVD)及/或其他合适的操作。
仍参照图15A，随后执行光刻操作，其中通过掩蔽层1508对氧化物材料层1506’进行图案化，以形成图15B中所示的上部栅格结构1510的氧化物栅格区段1506。应注意，自俯视图角度来看，上部栅格结构1510可具有圆形形状或四边形形状。随后移除掩蔽层1508。
在一些实施例中，上部栅格结构1510与隔离结构140及隐埋栅格结构120在垂直方向上对准，以改善影像感测组件112a至112c中的每一者的布置与对应的上部栅格结构1510的布置之间的对准。在其他实施例中，如图15C及图15D中所示，上部栅格结构1510可在至少一个方向上相对于隐埋栅格结构120及/或隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D3”。可自隐埋栅格结构120的侧壁902S至上部栅格结构1510的侧壁1506S对量“D3”进行量测。在一些实施例中，量“D3”介于自约0微米至约±0.2微米的范围内。尽管上部栅格结构1510在远离影像感测组件112b的中心线1420的方向上在侧向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，上部栅格结构1510可朝向影像感测组件112b的中心线1420在侧向上偏移。
此外，在一些实施例中，隐埋栅格结构120可在至少一个方向上相对于隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D4”。可自隔离结构140的沟渠402的侧壁402S至隐埋栅格结构120的侧壁902S对量“D4”进行量测。在一些实施例中，量“D4”为自约0微米至约±0.2微米。在一些实施例中，量“D3”大于量“D4”。尽管隐埋栅格结构120在朝向影像感测组件112b的中心线1420的方向上在侧向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，隐埋栅格结构120可远离影像感测组件112b的中心线1420在侧向上偏移。
参照图15B，在一些实施例中，光刻操作不仅对氧化物材料层1506’进行图案化，而且亦移除光透射层130的后侧130b的一部分，以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分1512。通过在光透射层130中形成凹陷部分1512，可减小光透射层130的厚度，因此进一步减少邻近的像素胞元之间的光学串扰。凹陷部分1512具有由“D5”表示的厚度，所述厚度是在z方向上进行量测。可通过自光透射层130的初始厚度810减去光透射层130的凹陷厚度1530来计算厚度“D5”。在一些实施例中，量“D5”为自约0埃至约500埃。另外，在隐埋栅格结构120相对于上部栅格结构1510偏移或偏置开的一些实施例中，光刻操作移除隐埋栅格结构120的一部分，以在隐埋栅格结构120中形成凹口(notch)1520。在一些实施例中，光刻操作移除金属氮化物栅格区段122的一部分、金属栅格区段124的一部分或金属氮化物栅格区段122的一部分及金属栅格区段124的一部分二者。在一些实施例中，如图15B中所示，凹口1520由金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124二者进行界定。在一些实施例中，凹口1520可具有在z方向上量测的厚度(所述厚度由“D5”表示)以及在x方向上量测的宽度(所述宽度由“D6”表示)。在一些实施例中，量“D5”为自约0埃至约500埃且量“D6”为自约0埃至约500埃。在一些实施例中，凹口1520的侧壁由金属栅格区段124界定且凹口1520的底表面由金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124界定。在一些实施例中，如图15B中所示，上部栅格结构1510的侧壁1506S由氧化物栅格区段1506以及光透射层130的一部分界定，且侧壁1506S’亦由氧化物栅格区段1506以及金属栅格区段124的一部分界定。
参照图15C，在一些实施例中，在光透射层130的被暴露出的侧向表面(例如，凹陷表面130r)、上部栅格结构1510及隐埋栅格结构120的被暴露出的部分(例如，对凹口1520进行界定的金属栅格区段124及金属氮化物栅格区段122)之上形成介电顶盖层1540。因此上部栅格结构1510位于介电顶盖层1540内部且被介电顶盖层1540环绕。在一些实施例中，介电顶盖层1540可为共形层。关于介电顶盖层1540的附加细节参照介电顶盖层168进行阐述且在本文中不再予以赘述。
参照图15D，在光透射层130之上形成彩色滤光片164a至164c。在存在上部栅格结构1510的一些实施例中，上部栅格结构1510形成于彩色滤光片164a至164c之间。在存在介电顶盖层1540的一些实施例中，彩色滤光片164a至164c可形成于介电顶盖层1540之上或介电顶盖层1540上。在不存在介电顶盖层1540的一些实施例中，彩色滤光片164a至164c可形成于光透射层130之上或光透射层130上。在一些实施例中，彩色滤光片164a至164c的折射率大于上部栅格结构1510的折射率及/或隐埋栅格结构120的折射率。在一些实施例中，彩色滤光片164a至164c的厚度与上部栅格结构1510的高度相同或实质上相同。作为另外一种选择，在一些其他实施例中，彩色滤光片164a至164c的厚度大于上部栅格结构1510的高度。
仍参照图15D，在彩色滤光片164a至164c上方形成微透镜160a至160c。在一些实施例中，如图15D中所绘示，由于上部栅格结构1510的偏移，微透镜160b的中心线1430相对于对应的影像感测组件112b的中心线1420偏置开。应注意，可通过修改隔离结构140(例如通过移除隔离结构区段602a至602b中的一或多者)及/或修改上部栅格结构1510(通过移除上部栅格结构1510的一或多个部分)而针对各种光条件对图15A至图15D中所绘示的光学结构进行调谐。
参照图16至图28及图29A至图29D，提供影像传感器的光学结构在各个制造阶段的一些实施例的剖视图，以示出图2所示方法。尽管针对方法200阐述图16至图28及图29A至图29D，然而应理解，图16至图28及图29A至图29D中所揭露的结构并非仅限于方法200，而是可作为独立于方法200的结构而单独存在。相似地，尽管针对图16至图28及图29A至图29D阐述方法200，然而应理解，方法200并非仅限于图16至图28及图29A至图29D中所揭露的结构，而是可独立于图16至图28及图29A至图29D中所揭露的结构而单独存在。
图16至图28示出根据一些实施例的制造光学结构的各个阶段的剖视侧视图，所述光学结构包括可与图1B所示影像传感器装置100B一起使用的隐埋栅格结构。在开始时应注意，图16至图28中所绘示的光学结构与图3至图12B中所绘示的光学结构相似。然而，亦应注意，图16至图25中所绘示的光学结构被修改以适应2×2像素阵列。
图16示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的与操作202对应的中间阶段期间的剖视图1600。装置衬底110具有前侧110f及与前侧110f相对的后侧110b。装置衬底110包括例如影像感测组件112a1、112a2、112b1、112b2、112c1及112c2，影像感测组件112a1、112a2、112b1、112b2、112c1及112c2分别被布置成与光侦测区102a、102b及102c对应。为简洁起见，在图16中仅示出六个影像感测组件112a1至112c2，然而应理解，可在装置衬底110中实施任意数目的影像感测组件。可通过任何合适的方法形成影像感测组件112a1至112c2。
影像感测组件112a1至112c2通过装置衬底110中的多个间隙而彼此隔开。举例而言，间隙1616a将影像感测组件112a1与影像感测组件112a2隔开，间隙1616b将影像感测组件112a2与影像感测组件112b1隔开，间隙1616c将影像感测组件112b1与影像感测组件112b2隔开，间隙1616d将影像感测组件112b2与影像感测组件112c1隔开，且间隙1616e将影像感测组件112c1与影像感测组件112c2隔开。当然，应理解，间隙1616a至1616e不是装置衬底110中的空隙或开放空间，而是可为装置衬底110的位于相邻的影像感测组件之间的区(半导体材料或介电隔离组件)。
图17示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的与操作204对应的中间阶段期间的剖视图1700。如图17中所示，执行图案化工艺以在装置衬底110的后侧110b内形成沟渠1702a至1702e(统称为1702)。沟渠1702a形成于相邻的影像感测组件112a1与影像感测组件112a2之间，沟渠1702b形成于相邻的影像感测组件112a2与影像感测组件112b1之间，沟渠1702c形成于相邻的影像感测组件112b1与影像感测组件112b2之间，沟渠1702d形成于相邻的影像感测组件112b2与影像感测组件112c1之间，且沟渠1702e形成于相邻的影像感测组件112c1与影像感测组件112c2之间。沟渠1702包括由装置衬底110界定的侧壁402S及亦由装置衬底110界定的在侧壁402S之间延伸的底表面402B。在一些实施例中，可通过在装置衬底110的后侧110b上形成掩蔽层1704来对装置衬底110进行蚀刻。然后在未被掩蔽层1704覆盖的区中将装置衬底110暴露于蚀刻剂。沟渠1702自装置衬底110的后侧110b延伸至装置衬底110内的第一深度406。在蚀刻工艺之后，可移除掩蔽层1704。在自影像感测组件112a1至112c2在侧向上移除的位置处形成沟渠1702。在一些实施例中，沟渠1702在侧向上环绕影像感测组件112a1至112c2中的每一者。关于沟渠1702的附加细节参照图4所示沟渠402进行阐述且在本文中不再予以赘述。
图18示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作204对应的中间阶段期间的剖视图1800。如图18中所示，在一些实施例中，在装置衬底110之上沉积高k介电衬垫142。高k介电衬垫142对沟渠1702的侧壁402S及底表面402B进行衬垫。高k介电衬垫142可用作钝化层且将装置衬底110与随后沉积的隔离材料144(参见图19)隔开。另外，高k介电衬垫142可有助于减轻相邻的影像感测组件112a1至112c2之间的串扰。高k介电衬垫142可为共形层。在一些实施例中，如图18中所示，高k介电衬垫142具有与装置衬底110的后侧110b的侧向表面共面的顶表面，高k介电衬垫142可自装置衬底110的后侧110b之上的沟渠1702向上延伸且沿着装置衬底110的后侧110b在侧向上设置。关于高k介电衬垫142的附加细节参照图5进行阐述且在本文中不再予以赘述。
图19示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作204对应的中间阶段期间的剖视图1900。转至图19，使用隔离材料144对沟渠1702进行填充以形成隔离结构140。隔离结构140包括多个隔离结构区段1904a至1904e，每一隔离结构区段1904a至1904e由对应的沟渠界定(参见图18)。在一些实施例中，隔离结构140可为深沟渠隔离(DTI)结构，例如后侧深沟渠隔离(BDTI)结构。在存在高k介电衬垫142的一些实施例中，每一隔离结构区段1904a至1904e包括高k介电衬垫142及隔离材料144。沉积隔离材料144以对沟渠1702的未被高k介电衬垫142(若存在)填充的区域进行填充。图19中所示的光学结构可为中间结构，且高k介电衬垫142及隔离材料144可经受或可不经受使得所述层的顶表面可被变更的平坦化工艺，如将在图20中进行论述。关于隔离结构140的附加细节参照图6进行阐述且在本文中不再予以赘述。
图20示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作204对应的中间阶段期间的剖视图2000。在一些实施例中，使隔离材料144经受平坦化工艺(例如，CMP工艺)以形成平坦表面。在一些实施例中，如图20中所示，移除高k介电衬垫142上方的隔离材料144，使得隔离材料144的顶表面与形成于装置衬底110的后侧110b的侧向表面上的高k介电衬垫142的顶表面共面或实质上共面。在其他实施例中，移除高k介电衬垫142上方的隔离材料144的一部分，以对隔离材料144的顶表面进行平坦化，使得隔离材料144的顶表面保留于高k介电衬垫142的顶表面上方，如图20中所示。在替代实施例中，移除隔离材料144及高k介电衬垫142，使得隔离材料144的顶表面及高k介电衬垫142的顶表面二者皆与装置衬底110的后侧110b共面或实质上共面。
参照图20，在2×2像素阵列设计中，光侦测区102b包括影像感测组件112b1及112b2。隔离结构区段1904b及隔离结构区段1904c对光侦测区102b的包括影像感测组件112b1的第一区进行界定，且隔离结构区段1904b及隔离结构区段1904d对光侦测区102b的包括影像感测组件112b2的第二区进行界定。隔离结构区段1904b及隔离结构区段1904d对光侦测区102b进行界定。在一些实施例中，可移除隔离结构区段1904c以修改隔离结构140的光学性质。亦可移除隔离结构区段1904c以适应与图12A中所示的设计相似的单个像素设计。
图21示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作206对应的中间阶段期间的剖视图2100。如图21中所示，在装置衬底110及隔离结构140之上形成光透射层130。光透射层130具有与装置衬底110相对的后侧130b及与装置衬底110的后侧110b面对的前侧130f。关于光透射层130的附加细节参照图8进行阐述且在本文中不再予以赘述。
在光透射层130的材料与隔离结构140的隔离材料144相同的一些实施例中，可通过相同的沉积工艺形成光透射层130及隔离结构140二者。举例而言，参照图19，在形成于后侧110b的侧向表面上的高k介电衬垫142上方形成的隔离材料144可用作光透射层130。
图22示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图2200。如图22中所示，执行图案化工艺以在光透射层130的后侧130b内形成隐埋栅格(BG)沟渠2202a至2202e(统称为2202)。BG沟渠2202包括由光透射层130界定的侧壁902S及亦由光透射层130界定的在侧壁902S之间延伸的底表面902B。在一些实施例中，可通过在光透射层130的后侧130b上形成掩蔽层2204来对光透射层130进行蚀刻。然后在未被掩蔽层2204覆盖的区中将光透射层130暴露于蚀刻剂。蚀刻剂对光透射层130进行蚀刻以形成BG沟渠2202。BG沟渠2202自光透射层130的后侧130b延伸至装置衬底110内的第二深度906。在蚀刻工艺之后，可移除掩蔽层2204。在一些实施例中，在自影像感测组件112a1至112c2在侧向上移除的位置处形成BG沟渠2202。在一些实施例中，BG沟渠2202在侧向上环绕影像感测组件112a1至112c2中的每一者。在一些实施例中，BG沟渠2202在侧向上偏移(例如，沿着x轴)以与影像感测组件112a1至112c2中的一或多者局部地交叠。关于BG沟渠2202的附加细节参照图9中的BG沟渠902进行阐述且在本文中不再予以赘述。
图23示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图2300。如图23中所示，在一些实施例中，在装置衬底110之上沉积金属氮化物层122’。金属氮化物层122’对光透射层130的后侧130b、BG沟渠2202的侧壁902S及底表面902B进行衬垫。金属氮化物层122’可用作障壁层且将光透射层130与随后沉积的金属层124’(参见图24)隔开。另外，金属氮化物层122’可有助于减轻相邻的影像感测组件112a1至112c2之间的串扰。金属氮化物层122’可为共形层。在一些实施例中，如图23中所示，金属氮化物层122’具有与光透射层130的后侧130b的侧向表面共面的顶表面，金属氮化物层122’可自光透射层130的后侧130b之上的BG沟渠2202向上延伸且沿着光透射层130的后侧130b在侧向上设置。关于金属氮化物层122’的附加细节参照图10进行阐述且在本文中不再予以赘述。
图24示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图2400。如图24中所示，使用金属层124’对BG沟渠2202进行填充。沉积金属层124’以对BG沟渠2202的未被金属氮化物层122’(若存在)填充的区域进行填充。剖视图2400可为中间结构，且金属氮化物层122’及金属层124’可经受或可不经受使得所述层的顶表面可被变更的平坦化工艺，如将针对图25进行论述。关于金属层124’的附加细节参照图11进行阐述且在本文中不再予以赘述。
图25示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的亦与操作208对应的中间阶段期间的剖视图2500。在一些实施例中，使金属层124’及金属氮化物层122’经受平坦化工艺(例如，CMP工艺)以形成平坦表面及隐埋栅格结构120。隐埋栅格结构120包括多个隐埋栅格结构区段2504a至2504e，每一隐埋栅格结构区段2504a至2504e由对应的BG沟渠2202a至2202e界定(参见图23)。在一些实施例中，如图25中所示，移除金属层124’及金属氮化物层122’的位于光透射层130的后侧130b上方的部分以形成金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124，使得金属氮化物栅格区段122的顶表面及金属栅格区段124的顶表面与光透射层130的后侧130b的顶表面或侧向表面共面或实质上共面。
图26示出根据一些实施例的包括隐埋栅格结构120的光学结构的剖视图2600。图26所示光学结构将图25中所绘示的隐埋栅格结构120及隔离结构140与图13E中所绘示的上部栅格结构150合并于一起。可使用图13A至图13E中所绘示的操作在隐埋栅格结构120之上形成上部栅格结构150，且在本文中不再对相关说明予以赘述。首先，与图13A相似，在隐埋栅格结构120之上形成毯覆层152’、154’及156’。接下来，与图13B相似，将毯覆层152’、154’及156’暴露于光刻操作，以对毯覆层152’、154’及156’进行图案化，进而形成上部栅格结构150的金属氮化物栅格区段152、金属栅格区段154及介电栅格区段156。在一些实施例中，光刻操作不仅对毯覆层152’、154’及156’进行图案化，而且亦移除光透射层130的后侧130b的被暴露出的部分以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分2612。凹陷部分2612具有由“D7”表示的厚度，所述厚度是在z方向上进行量测。可通过自光透射层130的初始厚度810减去光透射层130的凹陷厚度2630来计算厚度“D7”。在一些实施方案中，量“D7”为自约0埃至约500埃。
另外，在隐埋栅格结构120相对于上部栅格结构150在侧向上偏移或偏置开的一些实施例中，光刻操作移除隐埋栅格结构120的一部分，以在隐埋栅格结构120中形成凹口2620。举例而言，由于上部栅格结构150的侧向偏移或偏置而在图案化期间被局部暴露出的隐埋栅格结构区段2504b及2504d具有形成于其中的凹口2620。在图案化期间被完全暴露出的隐埋栅格结构区段2504a、2504c及2504e的厚度减小凹陷部分2612的厚度“D7”。在一些实施例中，光刻操作移除金属氮化物栅格区段122的一部分、金属栅格区段124的一部分或金属氮化物栅格区段122的一部分及金属栅格区段124的一部分二者。在一些实施例中，如图26中所示，凹口2620由金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124二者界定。在一些实施例中，凹口2620可具有在z方向上量测的厚度(所述厚度由“D7”表示)以及在x方向上量测的宽度(所述宽度由“D8”表示)。在一些实施例中，量“D7”为自约0埃至约500埃且量“D8”为自约0埃至约500埃。在一些实施例中，凹口2620的侧壁由金属栅格区段124界定且凹口1520的底表面由金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124界定。
在一些实施例中，上部栅格结构150与隔离结构140及隐埋栅格结构120在垂直方向上对准，以改善影像感测组件112a1至112c2中的每一者的布置与对应的上部栅格结构150的布置之间的对准。在其他实施例中，如图26中所示，上部栅格结构150可在至少一个方向上相对于隐埋栅格结构120及/或隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D9”。可自隐埋栅格结构120的侧壁902S至上部栅格结构150的侧壁2606S对量“D9”进行量测。举例而言，如图26中所示，可自隐埋栅格结构区段2504b的侧壁902S至上部栅格结构150的侧壁2606S对量“D9”进行量测。在一些实施例中，量“D9”为自约0微米至约±0.2微米。尽管上部栅格结构150在远离影像感测组件112b1的中心线2630的方向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，上部栅格结构150可朝向影像感测组件112b1的中心线2630偏移。
此外，在一些实施例中，隐埋栅格结构120可在至少一个方向上相对于隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D10”。可自沟渠402a的侧壁402S至隐埋栅格结构120的侧壁902S对量“D10”进行量测。举例而言，如图26中所示，可自隐埋栅格结构区段2504b的侧壁902S至隔离结构区段1904b的侧壁402S对量“D10”进行量测。在一些实施例中，量“D10”为自约0微米至约±0.2微米。在一些实施例中，量“D9”大于量“D10”。尽管隐埋栅格结构120在朝向影像感测组件112b1的中心线2630的方向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，隐埋栅格结构120可远离影像感测组件112b1的中心线2630偏移。
在一些实施例中，与图13C及图15C相似，在光透射层130的被暴露出的侧向表面(例如凹陷表面130r)、上部栅格结构1510及隐埋栅格结构120的被暴露出的部分(例如对凹口1520进行界定的金属栅格区段124及金属氮化物栅格区段122)之上形成介电顶盖层1540。因此，上部栅格结构1510位于介电顶盖层1540内部且被介电顶盖层1540环绕。在光透射层130之上形成彩色滤光片164a至164c。然后在彩色滤光片164a至164c上方形成微透镜160a至160c。应注意，可通过修改隔离结构140(例如通过移除隔离结构区段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部栅格结构150(通过移除上部栅格结构150的一或多个部分)而针对各种光条件对图26中所绘示的光学结构进行调谐。
图27示出根据一些实施例的包括隐埋栅格结构120的光学结构的剖视图2700。图27所示光学结构将图25中所绘示的隐埋栅格结构120及隔离结构140与图15C及图15D中所绘示的上部栅格结构1510合并于一起。图27所示光学栅格结构与图26所示光学栅格结构相似，不同的是图26所示上部栅格结构150被上部栅格结构1510替换。可使用图15A至图15D中所绘示的操作在隐埋栅格结构120之上形成上部栅格结构1510，且在本文中不再对相关说明予以赘述。首先，与图15A相似，在隐埋栅格结构120之上形成氧化物材料层，例如氧化物材料层1506’。接下来，与图15A相似，将氧化物材料层1506’暴露于光刻操作，以对氧化物材料层1506’进行图案化且形成上部栅格结构1510的氧化物栅格区段1506。在一些实施例中，光刻操作不仅对氧化物材料层1506’进行图案化，而且亦移除光透射层130的后侧130b的被暴露出的部分，以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分2612，如前面所阐述。凹陷部分2612具有由“D7”表示的厚度，所述厚度是在z方向上进行量测。另外，在隐埋栅格结构120相对于上部栅格结构1510偏移或偏置开的一些实施例中，光刻操作移除隐埋栅格结构120的一部分，以在隐埋栅格结构120中形成凹口2620，如前面所阐述。应注意，可通过修改隔离结构140(例如通过移除隔离结构区段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部栅格结构1510(通过移除上部栅格结构1510的一或多个部分)而针对各种光条件对图27中所绘示的光学结构进行调谐。
图28示出根据一些实施例的包括隐埋栅格结构120的光学结构的剖视图2800。图28所示光学结构将图25中所绘示的隐埋栅格结构120及隔离结构140与图14B及图14C中所绘示的上部栅格结构1410合并于一起。可使用图14A至图14C中所绘示的操作在隐埋栅格结构120之上形成上部栅格结构1410，且在本文中不再对相关说明予以赘述。首先，与图14A相似，在光透射层130的后侧130b之上形成介电顶盖层，例如介电顶盖层1404。接下来，若介电顶盖层在先前形成于光透射层130之上，则在介电顶盖层1404之上形成低n材料层，例如低n材料层1406’。接下来，与图14B相似，将低n材料层1406’暴露于光刻操作以对低n材料层1406’进行图案化且形成低n材料栅格区段1406，低n材料栅格区段1406构成上部栅格结构1410。在一些实施例中，介电顶盖层1404在光刻操作期间用作蚀刻停止件，以保护光透射层130的后侧130b不被蚀刻。与图14C相似，在光透射层130之上形成彩色滤光片164a至164c。然后在彩色滤光片164a至164c上方形成微透镜160a至160c。隐埋栅格结构120及/或上部栅格结构1410可如前面所阐述般偏移或偏置开。应注意，可通过修改隔离结构140(例如通过移除隔离结构区段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部栅格结构1410(通过移除上部栅格结构1410的一或多个部分)而针对各种光条件对图28中所绘示的光学结构进行调谐。
图29A至图29D示出根据一些实施例的光学结构在制造操作的中间阶段期间的剖视图2900，所述光学结构可与图1B所示影像传感器装置100B一起使用。参照图29A至图29D，在一些实施例中，在光透射层130的后侧130b之上形成上部栅格结构2910。在一些实施例中，上部栅格结构2910是复合栅格结构。上部栅格结构2910可包括金属区段、金属氮化物区段、介电区段、低n材料及/或有机区段。在一些实施例中，自俯视图来看，上部栅格结构2910可具有四边形形状或圆形形状。在一些实施例中，上部栅格结构2910与隐埋栅格结构120在垂直方向上对准。在一些实施例中，上部栅格结构2910与隔离结构140在垂直方向上对准。在一些实施例中，上部栅格结构2910与隐埋栅格结构120及隔离结构140二者对准。在一些实施例中，上部栅格结构2910相对于隐埋栅格结构120及隔离结构140中的至少一者在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，例如如图29B中所示。
参照图29A，图29A绘示出上部栅格结构2910的一个实例的形成，其中上部栅格结构2910是复合结构。可选地，当欲形成复合栅格时，随后在光透射层130上方形成金属氮化物层152’。在光透射层130之上形成金属层154’，或者若金属氮化物层在先前形成于光透射层130之上，则在金属氮化物层152’之上形成金属层154’。
随后执行光刻操作，其中通过掩蔽层2908对金属氮化物层152’及金属层154’进行图案化以形成上部栅格结构2910。具体而言，将金属氮化物层152’及金属层154’暴露于光刻操作，以将金属氮化物层152’及金属层154’分别图案化成金属氮化物栅格区段152及金属栅格区段154，金属氮化物栅格区段152与金属栅格区段154构成上部栅格结构2910。应注意，自俯视图角度来看，金属氮化物栅格区段152及金属栅格区段154可具有圆形形状或四边形形状。另外，金属氮化物栅格区段152及金属栅格区段154(其随后将成为上部栅格结构2910的一部分)可相对于隔离结构140及隐埋栅格结构120在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)，以改善影像感测组件112a1至112c2中的每一者的布置与对应的上部栅格结构2910的布置之间的对准。随后移除掩蔽层2908。
在一些实施例中，光刻操作不仅对金属氮化物层152’及金属层154’进行图案化，而且亦移除光透射层130的后侧130b的被暴露出的部分以形成由凹陷表面130r界定的凹陷部分2912。凹陷部分2912具有由“D11”表示的厚度，所述厚度是在z方向上进行量测。
另外，在隐埋栅格结构120相对于上部栅格结构2910偏移或偏置开的一些实施例中，光刻操作移除隐埋栅格结构120的一部分，以在隐埋栅格结构120中形成凹口2920。举例而言，由于上部栅格结构2910的侧向偏移或偏置而在图案化期间被局部地暴露出的隐埋栅格结构区段2504b及2504d具有形成于其中的凹口2920。在图案化期间被完全暴露出的隐埋栅格结构区段2504a、2504c及2504e的厚度减小凹陷部分2912的厚度“D11”。可通过自光透射层130的初始厚度810减去光透射层130的凹陷厚度1530来计算厚度“D11”。在一些实施例中，量“D11”介于自约0埃至约500埃的范围内。
在一些实施例中，光刻操作移除金属氮化物栅格区段122的一部分、金属栅格区段124的一部分或金属氮化物栅格区段122的一部分及金属栅格区段124的一部分二者。在一些实施例中，如图29B中所示，凹口2920由金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124二者界定。在一些实施例中，凹口2920可具有在z方向上量测的厚度(所述厚度由“D11”表示)以及在x方向上量测的宽度(所述宽度由“D12”表示)。在一些实施例中，量“D11”为自约0埃至约500埃且量“D12”为自约0埃至约500埃。在一些实施例中，凹口2920的侧壁由金属栅格区段124界定且凹口2920的底表面由金属氮化物栅格区段122及金属栅格区段124二者界定。
在一些实施例中，上部栅格结构2910与隔离结构140及隐埋栅格结构120在垂直方向上对准，以改善影像感测组件112a1至112c2中的每一者的布置与对应的上部栅格结构2910的布置之间的对准。在其他实施例中，如图29B中所示，上部栅格结构2910可在至少一个方向上相对于隐埋栅格结构120及/或隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D13”。可自隐埋栅格结构120的侧壁902S至上部栅格结构2910的侧壁2910S对量“D13”进行量测。举例而言，如图29B中所示，可自隐埋栅格结构区段2504b的侧壁902S至上部栅格结构2910的侧壁2910S对量“D13”进行量测。在一些实施例中，量“D13”为自约0微米至约±0.2微米。尽管上部栅格结构2910在朝向影像感测组件112b1的中心线2630的方向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，上部栅格结构2910可远离影像感测组件112b1的中心线2630偏移。
此外，在一些实施例中，隐埋栅格结构120可在至少一个方向上相对于隔离结构140在侧向上偏移或偏置开(例如，沿着x轴)量“D14”。可自沟渠402a的侧壁402S至隐埋栅格结构120的侧壁902S对量“D14”进行测量。举例而言，如图29B中所示，可自隐埋栅格结构区段2504b的侧壁902S至隔离结构区段1904b的侧壁402S对量“D14”进行测量。在一些实施例中，量“D14”为自约0微米至约±0.2微米。在一些实施例中，量“D13”大于量“D14”。尽管隐埋栅格结构120在远离影像感测组件112b1的中心线2630的方向上偏移，然而应注意，依据所期望的光学性质而定，隐埋栅格结构120可朝向影像感测组件112a2的中心线2630偏移。
转至图29C，在上部栅格结构2910及光透射层130的凹陷表面130r之上形成介电层2950。介电层2950可包含氧化物，例如氧化硅(SiO2)、氧化铪(HfO2)或类似材料。在一些实施例中，介电层2950包含与隔离材料144相同的材料。在其他实施例中，介电层2950包含与隔离材料144的材料不同的材料。介电层2950的沉积可涉及各种技术，例如CVD、等离子体增强型化学气相沉积(PECVD)、大气压力化学气相沉积(APCVD)、低压CVD(LPCVD)、高密度等离子体CVD(HDPCVD)、原子层CVD(ALCVD)、次大气压CVD(SACVD)、PVD、原子层沉积(ALD)、溅射及/或其他合适的操作。介电层2950的折射率可小于硅的折射率。在沉积之后，可将介电层2950暴露于平坦化工艺。在一些实施例中，介电层2950具有介于自约3500埃至约6000埃的范围内的厚度2960。
转至图29D，可在介电层2950之上形成彩色滤光片164a至164c。然后在彩色滤光片164a至164c上方形成微透镜160a至160c。应注意，可通过修改隔离结构140(例如通过移除隔离结构区段1904a至1904e中的一或多者)及/或修改上部栅格结构2910(通过移除上部栅格结构2910的一或多个部分)而针对各种光条件对图29A至图29D中所绘示的光学结构进行调谐。
根据实施例，提供一种光学结构。所述光学结构包括：衬底，具有前侧及与所述前侧相对的后侧；多个影像感测组件，布置于所述衬底内；以及深沟渠隔离(DTI)结构，设置于相邻的影像感测组件之间。所述DTI结构自所述衬底的所述后侧在所述衬底内延伸至第一深度且在侧向上环绕所述多个影像感测组件。所述光学结构还包括形成于所述衬底的所述后侧之上的光透射层。所述光透射层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧，且所述第二侧与所述衬底的所述后侧相邻。所述光学结构还包括位于所述光透射层中的隐埋栅格结构，所述隐埋栅格结构自所述光透射层的所述第一侧在所述光透射层内延伸至第二深度。在实施例中，所述隐埋栅格结构包括被金属氮化物区段环绕的金属区段。在实施例中，所述金属区段包含钨且所述金属氮化物区段包含氮化钛。在实施例中，所述光学结构还包括自所述光透射层的所述第一侧向上延伸的上部栅格结构。在实施例中，所述上部栅格结构相对于所述隐埋栅格结构在侧向上偏置开。在实施例中，所述隐埋栅格结构与所述DTI结构在垂直方向上对准。在实施例中，所述隐埋栅格结构相对于所述DTI结构偏置开。在实施例中，所述上部栅格结构的中心线与所述隐埋栅格结构的中心线在垂直方向上对准。在实施例中，所述隐埋栅格结构的所述中心线与所述DTI结构的中心线在垂直方向上对准。在实施例中，所述光学结构还包括形成于所述衬底的所述后侧之上的彩色滤光片层以及位于所述彩色滤光片层之上的微透镜。所述彩色滤光片层形成于由所述上部栅格结构界定的开口中。
根据另一实施例，提供一种光学结构。所述光学结构包括：衬底，具有前侧及与所述前侧相对的后侧；多个影像感测组件，布置于所述衬底内；隔离结构，位于所述衬底中，环绕所述影像感测组件；光透射层，与所述衬底的所述后侧相邻地形成；以及隐埋栅格结构，形成于所述光透射层中。所述隐埋栅格结构包括分别环绕所述多个影像感测组件的外周边的多个隐埋栅格结构区段，使得由所述隐埋栅格结构区段界定的多个间隙上覆于所述多个影像感测组件上。所述隐埋栅格结构包含金属、金属氮化物或其组合。所述光学结构还包括形成于所述光透射层之上的上部栅格结构。所述上部栅格结构包括分别环绕所述多个影像感测组件的所述外周边的多个上部栅格结构区段，使得由所述上部栅格结构区段界定的多个开口上覆于所述多个影像感测组件上。所述光学结构还包括布置于所述开口中的彩色滤光片。在实施例中，所述隐埋栅格结构相较于所述上部栅格结构更靠近所述隔离结构。在实施例中，所述上部栅格结构的高度大于所述隐埋栅格结构的高度。在实施例中，所述隐埋栅格结构与所述上部栅格结构包含相同的材料。在实施例中，所述隐埋栅格结构及所述上部栅格结构包含钨及氮化钛。
根据又一实施例，提供一种形成光学结构的方法。所述方法包括在衬底中形成多个影像感测组件，所述衬底具有前侧及与所述前侧相对的后侧。所述方法还包括形成设置于相邻的影像感测组件之间的深沟渠隔离(DTI)结构，其中所述DTI结构环绕所述多个影像感测组件。所述方法还包括在所述衬底的所述后侧上形成光透射层，所述光透射层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧，所述第二侧与所述衬底的所述后侧相邻。所述方法还包括在所述光透射层中形成隐埋栅格结构，所述隐埋栅格结构自所述光透射层的所述第一侧在所述光透射层内延伸至第二深度。通过以下方法形成所述隐埋栅格结构：在所述光透射层中形成沟渠；在所述沟渠中沉积金属氮化物层；以及使用金属材料对所述沟渠进行填充。在实施例中，所述隐埋栅格结构由分别环绕所述多个影像感测组件的外周边的多个隐埋栅格结构区段构成，使得由所述隐埋栅格结构区段界定的多个间隙上覆于所述多个影像感测组件上。在实施例中，所述方法还包括对所述隐埋栅格结构进行平坦化，使得所述金属氮化物层的上表面及所述金属层的上表面与所述光透射层的所述第一侧共面。在实施例中，形成所述DTI结构包括：在所述衬底内形成自所述衬底的所述后侧延伸至第一深度的DTI沟渠；在所述DTI沟渠的侧壁及底表面之上沉积高k介电衬垫；以及使用隔离材料对所述DTI沟渠进行填充。所述隔离材料在所述衬底的所述后侧上方延伸一厚度。在实施例中，所述光透射层与所述隔离材料由相同的材料构成。
以上概述了若干实施例的特征，以使本领域技术人员可更佳地理解本揭露的态样。本领域技术人员应理解，他们可容易地使用本揭露作为设计或修改其他工艺及结构的基础来施行与本文中所介绍的实施例相同的目的及/或达成与本文中所介绍的实施例相同的优点。本领域技术人员亦应认识到，此种等效构造并不背离本揭露的精神及范围，而且他们可在不背离本揭露的精神及范围的条件下对其作出各种改变、取代及变更。

Claims (10)

1.一种光学结构，其特征在于，包括：
衬底，具有前侧及与所述前侧相对的后侧；
多个影像感测组件，布置于所述衬底内；
深沟渠隔离结构，设置于所述多个影像感测组件中相邻的影像感测组件之间，自所述衬底的所述后侧在所述衬底内延伸至第一深度且在侧向上环绕所述多个影像感测组件；
光透射层，形成于所述衬底的所述后侧之上，所述光透射层包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧，所述第二侧与所述衬底的所述后侧相邻；以及
隐埋栅格结构，位于所述光透射层中，所述隐埋栅格结构自所述光透射层的所述第一侧在所述光透射层内延伸至第二深度。
2.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，所述隐埋栅格结构包括被金属氮化物区段环绕的金属区段。
3.根据权利要求1所述的光学结构，其特征在于，还包括自所述光透射层的所述第一侧向上延伸的上部栅格结构。
4.根据权利要求3所述的光学结构，其特征在于，所述上部栅格结构相对于所述隐埋栅格结构在侧向上偏置开。
5.根据权利要求4所述的光学结构，其特征在于，所述隐埋栅格结构与所述深沟渠隔离结构在垂直方向上对准。
6.根据权利要求5所述的光学结构，其特征在于，所述隐埋栅格结构相对于所述深沟渠隔离结构偏置开。
7.根据权利要求3所述的光学结构，其特征在于，还包括：
彩色滤光片层，形成于所述衬底的所述后侧之上，其中所述彩色滤光片层形成于由所述上部栅格结构界定的开口中；以及
微透镜，位于所述彩色滤光片层之上。
8.一种光学结构，其特征在于，包括：
衬底，具有前侧及与所述前侧相对的后侧；
多个影像感测组件，布置于所述衬底内；
隔离结构，位于所述衬底中，环绕所述多个影像感测组件；
光透射层，与所述衬底的所述后侧相邻地形成；
隐埋栅格结构，形成于所述光透射层中，所述隐埋栅格结构由分别环绕所述多个影像感测组件的外周边的多个隐埋栅格结构区段构成，使得由所述多个隐埋栅格结构区段界定的多个间隙上覆于所述多个影像感测组件上，其中所述隐埋栅格结构包含金属、金属氮化物或其组合；以及
上部栅格结构，形成于所述光透射层之上，所述上部栅格结构由分别环绕所述多个影像感测组件的所述外周边的多个上部栅格结构区段构成，使得由所述多个上部栅格结构区段界定的多个开口上覆于所述多个影像感测组件上。
9.根据权利要求8所述的光学结构，其特征在于，所述隐埋栅格结构相较于所述上部栅格结构更靠近所述隔离结构。
10.根据权利要求9所述的光学结构，其特征在于，所述上部栅格结构的高度大于所述隐埋栅格结构的高度。
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