[发明专利]降低串扰和提高量子效率的图像传感器结构

说明书

技术领域

本发明总的来说涉及半导体领域，更具体地，涉及减低串扰和提高量子效率的图像传感器结构。

背景技术

互补金属氧化物半导体图像传感器通常利用形成在半导体衬底的像素区域阵列内的一系列光电二极管，以在光撞击光电二极管时进行感测。在每个像素区域内与每个光电二极管相邻可以形成转移晶体管，以在期望时间传送由光电二极管内的感测光所生成的信号。这种光电二极管和转移二极管允许通过在期望时间操作转移晶体管来在期望时间捕获图像。

通常可以在前照式结构和背照式结构中形成互补金属氧化物半导体图像传感器。在前照式结构中，光从图像传感器的形成转移晶体管的“前”侧穿过光电二极管。然而，迫使光在到达光电二极管之前穿过任何上覆的金属层、介电层并经过转移晶体管会产生加工和/或操作间题，因为金属层、介电层和转移晶体管不一定必须是半透明且容易允许光穿过。

在背照式结构中，转移晶体管、金属层和介电层形成在衬底的前侧上，光从衬底的“背”侧穿过光电二极管，使得光在到达转移晶体管、介电层或金属层之前撞击光电二极管。这种结构可以降低制造图像传感器及其操作的复杂度。

然而，互相相邻的像素区域会干扰彼此的操作，这已知为串扰。当光从一个像素区域进入相邻的像素区域时会出现串扰，从而使得相邻的像素区域感测到光。这种串扰会降低图像传感器的精度和量子效率。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底，包括像素区域，像素区域结合光电二极管；栅格，设置在衬底之上，栅格具有限定腔的壁，腔与像素区域垂直对准；以及滤色器，设置在栅格的壁之间的腔中。

优选地，栅格是金属。

更优选地，金属是钨。

更优选地，金属是铝和铜中的一种。

优选地，栅格包括低折射率材料。

更优选地，低折射率材料是氧化物。

优选地，栅格设置在背照式膜的上方。

优选地，滤色器包括聚合物。

优选地，微透镜设置在滤色器的顶面上方和与滤色器相邻的栅格的壁的顶面上方。

优选地，栅格被配置为将光导向光电二极管。

优选地，栅格被配置为抑制光学串扰。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底，包括像素区域，每个像素区域都结合光电二极管；栅格，设置在衬底之上，栅格具有限定腔的壁，每个腔都与一个像素区域垂直对准；滤色器，设置在每个腔中；以及微透镜，设置在每个滤色器之上。

优选地，栅格包括一种金属和一种低折射率介电材料。

优选地，滤色器的顶面与邻近滤色器的所述栅格的壁的顶面基本共面。

优选地，栅格抑制结合到相邻像素区域中的光电二极管之间的光学串扰。

根据本发明的又一方面，提供了一种制造半导体器件的方法，包括：在半导体器件的像素区域中形成光电二极管；在衬底上方沉积覆盖栅格层；对覆盖栅格层进行图案化以形成栅格，栅格具有限定腔的壁，腔垂直设置在像素区域上方；以及用滤色器填充所述腔。

优选地，该方法进一步包括：在滤色器的顶面上方沉积微透镜。

优选地，该方法进一步包括：在与滤色器相邻的栅格的壁的顶面上方沉积微透镜。

优选地，在衬底上方沉积覆盖栅格层包括沉积金属。

优选地，在衬底上方沉积覆盖栅格层包括沉积钨。

附图说明

为了更加完整地理解本公开及其优点，现在结合附图进行以下描述，其中：

图1是具有金属栅格形式的图像传感器结构的示例性半导体器件的截面。

图2是图1的栅格的俯视图。

图3是填充可变颜色的滤色器的示例性栅格的顶部的截面；以及

图4a-4g示意性示出了形成具有图1金属栅格形式的图像传感器结构的半导体器件的方法实施例。

具体实施方式

下面详细讨论目前优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本公开提供了许多可以在各种具体环境中具体化的可应用发明概念。所讨论的具体实施例只是说明性的而不限制本公开的范围。

在具体环境(即，半导体器件)下参照优选实施例描述本公开。然而，本公开的概念同样应用于其他半导体结构或电路。