專利名稱：像素傳感器結(jié)構(gòu)以及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及像素傳感器，更具體涉及具有漏斗狀光導(dǎo)管的像素傳感器。
背景技術(shù)：
一些先進(jìn)的像素傳感器實現(xiàn)了具有微透鏡的垂直光導(dǎo)管，其中微透鏡用于將光聚焦到光導(dǎo)管中。然而，需要一種不具有現(xiàn)有技術(shù)的微透鏡的像素傳感器結(jié)構(gòu)。
發(fā)明中容本發(fā)明提供一種像素傳感器結(jié)構(gòu)，其包括(a)半導(dǎo)體襯底；(b)在所述半導(dǎo)體襯底上的光收集區(qū)域；以及(c)在所述光收集區(qū)域的頂部上的漏斗狀光導(dǎo)管，其中所述漏斗狀光導(dǎo)管包括(i)在所述光收集區(qū)域的頂部上的底部柱狀部分，以及(ii)具有錐形形狀且在所述底部柱狀部分的頂部上并與所述底部柱狀部分直接物理接觸的漏斗狀部分。
本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括以下步驟提供一種結(jié)構(gòu)，其包括(i)半導(dǎo)體襯底，(ii)在所述半導(dǎo)體襯底上的光收集區(qū)域，以及(iii)在所述光收集區(qū)域和所述半導(dǎo)體襯底上的BEOL(后段制程)層；蝕刻所述BEOL層，以便在所述BEOL層中形成漏斗狀空腔，其中所述漏斗狀空腔的截面具有錐形形狀；在所述蝕刻所述BEOL層以便在所述BEOL層中形成所述漏斗狀空腔之后，通過所述漏斗狀空腔進(jìn)一步蝕刻所述BEOL層，以便在所述BEOL層中形成柱狀空腔，其中所述柱狀空腔在所述光收集區(qū)域正上方且在所述漏斗狀空腔正下方；以及在所述柱狀空腔和所述漏斗狀空腔中形成漏斗狀光導(dǎo)管。
本發(fā)明還提供一種光傳感結(jié)構(gòu)，其包括(a)半導(dǎo)體襯底；(b)在所述半導(dǎo)體襯底上的光收集區(qū)域；(c)在所述半導(dǎo)體襯底和所述光收集區(qū)域上的BEOL(后段制程)層；以及(d)在所述光收集區(qū)域的頂部上且在所述BEOL層中的漏斗狀光導(dǎo)管，其中所述漏斗狀光導(dǎo)管包括(i)在所述光收集區(qū)域的頂部上的底部柱狀部分，(ii)具有錐形形狀且在所述底部柱狀部分的頂部上并與所述底部柱狀部分直接物理接觸的漏斗狀部分，以及(iii)在所述底部柱狀部分和所述漏斗狀部分的側(cè)壁上的光發(fā)射層。
本發(fā)明提供一種像素傳感器結(jié)構(gòu)，其不具有現(xiàn)有技術(shù)的微透鏡。
圖1A-1I示出根據(jù)本發(fā)明實施例的通過制造工藝的不同制造步驟的像素傳感器的截面圖。
圖1I’示出圖1I的漏斗狀光導(dǎo)管170a中的光子的路徑。
圖2、3、4和4’示出根據(jù)本發(fā)明實施例的圖1I的像素傳感器的其它實施例。
具體實施例方式
圖1A-1I示出根據(jù)本發(fā)明實施例的通過制造工藝的不同制造步驟的像素傳感器100的截面圖。
參考圖1A，在一個實施例中，制造工藝由半導(dǎo)體襯底110開始。示例性地，該半導(dǎo)體襯底110包括半導(dǎo)體材料如硅Si、鍺Ge等。
接下來，在一個實施例中，如圖1A所示，在半導(dǎo)體襯底110的頂部上形成四個光收集區(qū)域112a、112b、112c和112d。示例性地，通過利用任何常規(guī)方法形成該四個光收集區(qū)域112a、112b、112c和112d。在一個實施例中，該四個光收集區(qū)域112a、112b、112c和112d分別為光電二極管或光柵(photo gate)112a、112b、112c和112d。
接下來，參考圖1B，在一個實施例中，在半導(dǎo)體襯底110以及光電二極管112a、112b、112c和112d的頂部上形成氮化物層116。更具體地，氮化物層116可在圖1A的結(jié)構(gòu)100的頂部上通過氮化硅的CVD(化學(xué)氣相沉積)形成。
接下來，在一個實施例中，在氮化物層116的頂部上形成介電層122。示例性地，介電層122包括電絕緣材料，如USG(未摻雜的硅酸鹽玻璃)。
接下來，在一個實施例中，在介電層122中形成金屬線124。示例性地，該金屬線124包括銅、鋁，或任何其它導(dǎo)電金屬。在一個實施例中，該金屬線124通過采用常規(guī)方法形成。
接下來，在一個實施例中，在介電層122的頂部上形成氮化物層126。示例性地，在介電層122的頂部上通過氮化硅的CVD形成氮化物層126。該介電層122、金屬線124以及氮化物層126合稱為互連層120。
接下來，參考圖1C，在一個實施例中，在彼此頂部上依序形成與互連層120相似的互連層130、140和150，以提供如圖1C所示的互連多層155。該互連多層155也可稱為BEOL(線的后端)層155。在一個實施例中，每個互連層130、140和150的形成與互連層120的形成相似。在一個實施例中，氮化物層126、136和146隔離鄰近的互連層120、130、140和150。
接下來，參考圖1D，在一個實施例中，在氮化物層156的頂部上形成構(gòu)圖的光致抗蝕劑層160。在一個實施例中，構(gòu)圖的光致抗蝕劑層160通過利用常規(guī)光刻工藝形成。
接下來，參考圖1E，在一個實施例中，將構(gòu)圖的光致抗蝕劑層160用作阻擋掩膜，以蝕刻互連多層155，在氮化物層146處停止，從而在互連多層155中形成漏斗164a、164b、164c和164d。該蝕刻步驟由箭頭162表示且此后稱為蝕刻步驟162。在一個實施例中，各向同性地進(jìn)行該蝕刻步驟162，使得漏斗164a、164b、164c和164d的每個側(cè)壁165a、165b、165c和165d的截面分別具有如圖1E所示的凹面雙曲線的形狀。
接下來，參考圖1F，在一個實施例中，構(gòu)圖的光致抗蝕劑層160用作阻擋掩膜，以進(jìn)一步蝕刻穿過互連多層155，在氮化物層116處停止，從而形成空腔168a、168b、168c和168d。該蝕刻步驟由箭頭166表示且此后稱為蝕刻步驟166。在一個實施例中，蝕刻步驟166是各向異性的蝕刻工藝。因為蝕刻步驟166是各向異性的，所以空腔168a、168b、168c和168d的側(cè)壁169a、169b、169c和169d分別是垂直的。漏斗164a和空腔168a可合稱為漏斗狀管164a、168a。類似地，漏斗164b和空腔168b可合稱為漏斗狀管164b、168b。漏斗164c和空腔168c可合稱為漏斗狀管164c、168c。漏斗164d和空腔168d可合稱為漏斗狀管164d、168d。
接下來，在一個實施例中，通過利用濕法蝕刻步驟去除構(gòu)圖的光致抗蝕劑層160，形成圖1G的結(jié)構(gòu)100?？蛇x地，構(gòu)圖的光致抗蝕劑層160通過利用基于氧的等離子體蝕刻去除。
接下來，參考圖1H，在一個實施例中，利用透明材料填充漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c；和164d、168d(在圖1G中)，以便分別形成漏斗狀光導(dǎo)管170a、170b、170c和170d。示例性地，漏斗狀光導(dǎo)管170a、170b、170c和170d通過以下步驟形成在圖1G的整個結(jié)構(gòu)100(包括在漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d中)的頂部上沉積透明材料，然后通過CMP(化學(xué)機械拋光)步驟拋光以去除漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d外部的多余透明材料。在可選實施例中，利用旋涂的光致抗蝕劑填充漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c；和164d、168d(圖1G中)，然后可通過利用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝去除在漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d外部的多余的光致抗蝕劑。在一個實施例中，旋涂的光致抗蝕劑是透明材料。
在一個實施例中，漏斗狀光導(dǎo)管170a、170b、170c和170d的透明材料具有這樣的折射率(a)其高于環(huán)繞漏斗狀光導(dǎo)管170a、170b、170c和170d的介電層122、132、142和152的材料的折射率，并且(b)但是其低于光電二極管112a、112b、112c和112d上方的氮化物層116的材料的折射率。在一個實施例中，漏斗狀光導(dǎo)管170a、170b、170c和170d的透明材料可以為BPSG(硼磷硅酸鹽玻璃)或氮化硅。
在可選實施例中，利用光反射材料(如鋁)涂覆漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d的側(cè)壁165a、165b、165c、165d、169a、169b、169c和169d，以便在如上所述形成漏斗狀光導(dǎo)管170a、170b、170c和170d之前形成光反射層(未示出)。更具體地，該鋁層通過以下步驟形成通過CVD在圖1G的整個結(jié)構(gòu)100(包括在漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d的側(cè)壁165a、165b、165c、165d、169a、169b、169c和169d上)的頂部上沉積鋁，然后回蝕刻以去除漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d外部的多余的鋁。結(jié)果，在蝕刻步驟之后在側(cè)壁165a、165b、165c、165d、169a、169b、169c和169d上保留鋁層。在該可選實施例中，由于側(cè)壁165a、165b、165c、165d、169a、169b、169c上的鋁層，透明材料的折射率不需要高于介電層122、132、142和152的材料的折射率。
在另一可選實施例中，可首先利用氮化物膜(未示出)涂覆漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d的側(cè)壁165a、165b、165c、165d、169a、169b、169c和169d，以便形成“覆層”，然后氧化物材料或透明聚合物可用于填充如上所述的漏斗狀管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d。
接下來，參考圖1I，在一個實施例中，分別在漏斗狀光導(dǎo)管170a、170b、170c和170d的頂部上形成CFA(濾色陣列)區(qū)域180a、180b、180c和180d。更具體地，CFA區(qū)域180a和180c包括綠色濾光材料，其僅允許綠色光子穿過。CFA區(qū)域180b包括藍(lán)色濾光材料，其僅允許藍(lán)色光子穿過。CFA區(qū)域180d包括紅色濾光材料，其僅允許紅色光子穿過。在一個實施例中，CFA區(qū)域180a、180b、180c和180d如下形成。首先，通過利用任何常規(guī)方法形成綠色CFA區(qū)域180a和180c。然后，以相似的方式，依次形成藍(lán)色CFA區(qū)域180b和紅色CFA區(qū)域180d。所得到的結(jié)構(gòu)100示于1I中。應(yīng)注意，綠色、紅色、藍(lán)色僅用于示例且可使用其它顏色。在一個實施例中，CFA區(qū)域180a、180b、180c和180d的設(shè)置可不同。
在一個實施例中，圖1I的像素傳感器100的操作如下。假定包括藍(lán)色、紅色和綠色光子的光束(未示出)入射到圖1I的結(jié)構(gòu)100的表面186上。CFA區(qū)域180a、180b、180c和180d確保僅僅綠色光子穿過綠色CFA區(qū)域180a和180c，僅僅藍(lán)色光子穿過藍(lán)色CFA區(qū)域180b，以及僅僅紅色光子穿過紅色CFA區(qū)域180d。為了示例，圖1I’示出了圖1I的漏斗狀光導(dǎo)管170a中的光子的路徑。參考圖1I和1I’，穿過CFA區(qū)域180a的一些綠色光子(像光子182)將沿漏斗狀光導(dǎo)管170a向下傳播，到達(dá)光電二極管112a，而不撞擊漏斗狀光導(dǎo)管170a的側(cè)壁165a和169a。穿過CFA區(qū)域180a的其它的一些綠色光子(像光子184)將以可能不同的入射角撞擊側(cè)壁165a和169a。在光子184的示例性情況下，光子184沿著路徑i傳播且以入射角θ(θ是路徑i與稱為法線的虛線n之間的角度，該法線在光子184的入射點處垂直于側(cè)壁165a)撞擊側(cè)壁165a。如果光子184的入射角θ小于臨界角θ0(未示出)，那么該光子184將折射到BEOL層155中。臨界角θ0由數(shù)學(xué)式確定 其中n介電材料是介電層122、132、142和152的材料的折射率，n透明材料是漏斗狀光導(dǎo)管170a的透明材料的折射率。如果光子184的入射角θ大于臨界角θ0，那么光子184將彈回(即，反射)到漏斗狀光導(dǎo)管170a中。然后，光子184可沿著漏斗狀光導(dǎo)管170a向下傳播并到達(dá)光電二極管112a，或以可能不同的入射角(未示出)一次或多次撞擊側(cè)壁165a和169a。如果這些入射角也大于臨界角θ0，那么光子184將沿著漏斗狀光導(dǎo)管170a向下傳播且到達(dá)光電二極管112a。n透明材料越大，臨界角θ0就越小，因此到達(dá)光電二極管112a的綠色光子(像光子184)就越多。穿過藍(lán)色CFA區(qū)域180b的光束的藍(lán)色光子將以相似的方式沿著漏斗狀光導(dǎo)管170b向下傳播且到達(dá)光電二極管112b。穿過紅色CFA區(qū)域180d的光束的紅色光子將以相似的方式沿著漏斗狀光導(dǎo)管170d向下傳播且到達(dá)光電二極管112d。結(jié)果，n透明材料越大，到達(dá)光電二極管112a、112b、112c和112d的光束的光子就越多。應(yīng)注意，以上描述是對于在側(cè)壁165a、165b、165c、165d、169a、169b、169c和169d上沒有光反射涂層的情況。如果漏斗狀導(dǎo)管164a、168a；164b、168b；164c、168c和164d、168d的側(cè)壁165a、165b、165c、165d、169a、169b、169c和169d被涂覆有光反射材料(如鋁)，然后參考圖1H如上所述被填充有透明材料，則無論入射角θ如何，光子184將反射回來。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的像素傳感器200的截面圖。在一個實施例中，除了漏斗264a、264b、264c和264d的每個側(cè)壁265a、265b、265c和265d的截面具有如圖2所示的凸面雙曲線的形狀(分別與圖1I所示的漏斗164a、164b、164c和164d的側(cè)壁165a、165b、165c和165d的凹面雙曲線相反)之外，該像素傳感器200與圖1I的像素傳感器100相似。為簡明起見，相似的區(qū)域和層將具有相同的參考標(biāo)號。在一個實施例中，通過利用化學(xué)物質(zhì)或另一化學(xué)物質(zhì)的變化的組分的蝕刻來分別形成漏斗264a、264b、264c和264d的凸面雙曲線的側(cè)壁265a、265b、265c和265d。在一個實施例中，通過聚合RIE工藝(例如具有CHF3或C4F8的碳氟化合物的化學(xué)物質(zhì))形成漏斗264a、264b、264c和264d的凸面雙曲線側(cè)壁265a、265b、265c和265d，然后通過非聚合RIE工藝(CF4或CHF3/O2或C4F8/O2)形成光導(dǎo)管的下部。
在一個實施例中，像素傳感器200的操作與如上所述圖1I的像素傳感器100的操作相似。更具體地，當(dāng)光束(未示出)入射到結(jié)構(gòu)200的表面286上時，穿過CFA區(qū)域180a、180b、180c和180d的光束的大多數(shù)光子將分別到達(dá)光電二極管112a、112b、112c和112d。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的像素傳感器300的截面圖。在一個實施例中，除了漏斗364a、364b、364c和364d的每個側(cè)壁365a、365b、365c和365d的截面是如圖3所示的傾斜直線之外，像素傳感器300與圖1I的像素傳感器100相似。在一個實施例中，通過利用化學(xué)物質(zhì)或另一化學(xué)物質(zhì)的變化的組分的蝕刻來分別形成漏斗364a、364b、364c和364d的直側(cè)壁365a、365b、365c和365d。在一個實施例中，通過聚合RIE工藝(例如具有CHF3或C4F8的碳氟化合物的化學(xué)物質(zhì))形成直的漏斗364a、364b、364c和364d，然后通過非聚合RIE工藝(CF4或CHF3/O2或C4F8/O2)形成光導(dǎo)管的下部。在一個實施例中，也可通過各向異性的RIE以形成非錐形光導(dǎo)管(包括下部)，隨后通過濺射蝕刻(例如在Ar中)以形成光導(dǎo)管的錐形上部，形成直的漏斗364a、364b、364c和364d。
在一個實施例中，像素傳感器300的操作與如上所述的圖1I的像素傳感器100的操作相似。更具體地，當(dāng)光束(未示出)入射到結(jié)構(gòu)300的表面386上時，穿過CFA區(qū)域180a、180b、180c和180d的光束的大多數(shù)光子將分別到達(dá)光電二極管112a、112b、112c以及112d。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的像素傳感器400的截面圖。在一個實施例中，除了漏斗狀光導(dǎo)管168a、480a；168b、480b；168c、480c和168d、480d的形成之外，像素傳感器400的形成與圖1H的結(jié)構(gòu)100的形成相似。更具體地，利用透明材料填充漏斗狀光導(dǎo)管168a、480a；168b、480b；168c、480c和168d、480d的空腔168a、168b、168c和168d，然后沿著被填充的空腔168a、168b、168c和168d向下回蝕刻該透明材料。接下來，在一個實施例中，通過利用任何常規(guī)方法，在漏斗164a、164b、164c和164d中分別形成CFA漏斗狀區(qū)域480a、480b、480c和480d，得到圖4的結(jié)構(gòu)400。更具體地，用綠色濾光材料填充漏斗164a和164c以形成僅允許綠色光子穿過的綠色CFA漏斗狀區(qū)域480a和480c。然后，用藍(lán)色濾光材料填充漏斗164b以形成僅允許藍(lán)色光子穿過的藍(lán)色CFA漏斗狀區(qū)域480b。然后，用紅色濾光材料填充漏斗164d以形成僅允許紅色光子穿過的紅色CFA漏斗狀區(qū)域480d。
在一個實施例中，圖4的像素傳感器400的操作與圖1I的像素傳感器100的操作相似。應(yīng)注意，CFA漏斗狀區(qū)域480a、480b、480c和480d起兩個作用(a)濾色區(qū)域的作用(與圖1I的CFA區(qū)域180a、180b、180c和180d的作用相似)以及(b)漏斗狀區(qū)域的作用(與圖1I的已被填充的漏斗164a、164b、164c和164d的作用相似)。
圖4’示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的像素傳感器400’的截面圖。在一個實施例中，除了分別在CFA漏斗狀區(qū)域480a、480b、480c和480d的頂部上形成微透鏡490a、490b、490c和490d之外，像素傳感器400′的形成與圖4的像素傳感器400的形成相似。微透鏡490a、490b、490c和490d用于將光分別聚焦到CFA漏斗狀區(qū)域480a、480b、480c和480d中。應(yīng)注意，可將微透鏡490a、490b、490c和490d應(yīng)用到所有實施例，包括具有或不具有濾色陣列的實施例(像圖1I的CFA區(qū)域180a、180b、180c和180d)。
在上述實施例中，參考圖1A-1I，存在四個光電二極管112a、112b、112c以及112d。通常，像素傳感器100可具有N個光電二極管，其中N是正整數(shù)。
在上述實施例中，參考圖1E，蝕刻步驟162在互連層140的氮化物層146處停止。在可選實施例中，在將氮化物層146暴露于周圍環(huán)境之前蝕刻步驟162停止。在另一可選實施例中，蝕刻步驟162蝕刻貫穿氮化物層146且在氮化物層136處停止。通常，蝕刻步驟162可在互連多層155中的任何位置處停止。
在上述實施例中，漏斗164a、164b、164c和164d的側(cè)壁(圖1G)，漏斗264a、264b、264c和264d的側(cè)壁(圖2)，以及漏斗364a、364b、364c和364d的側(cè)壁(圖3)具有雙曲線的形狀?？蛇x地，它們具有拋物線形狀。
雖然為了示例的目的在此描述了本發(fā)明的具體實施例，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，許多修改和改變將變得顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求旨在包括落入本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的所有這些修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種像素傳感器結(jié)構(gòu)，包括(a)半導(dǎo)體襯底；(b)在所述半導(dǎo)體襯底上的光收集區(qū)域；以及(c)在所述光收集區(qū)域的頂部上的漏斗狀光導(dǎo)管，其中所述漏斗狀光導(dǎo)管包括(i)在所述光收集區(qū)域的頂部上的底部柱狀部分，以及(ii)具有錐形形狀且在所述底部柱狀部分的頂部上并與所述底部柱狀部分直接物理接觸的漏斗狀部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管的頂部上的濾色區(qū)域。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的結(jié)構(gòu)，還包括在所述濾色區(qū)域的頂部上的微透鏡。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管的頂部上的微透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀部分的第一水平截面的面積大于所述底部柱狀部分的第二水平截面的面積。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀部分的截面具有凹面形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中所述凹面形狀具有雙曲線形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的結(jié)構(gòu)，其中所述凹面形狀具有拋物線形狀。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀部分的截面具有凸面形狀。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其中所述凸面形狀具有雙曲線形狀。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的結(jié)構(gòu)，其中所述凸面形狀具有拋物線形狀。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀部分的截面具有直線的形狀。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，還包括在所述光收集區(qū)域和所述半導(dǎo)體襯底的頂部上的BEOL(后段制程)層，其中所述漏斗狀光導(dǎo)管存在于所述BEOL層中，以及其中所述BEOL層包括M個互連層，M是正整數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀部分僅存在于所述M個互連層中的一個互連層中。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀部分存在于所述M個互連層中的K個互連層中，其中K是整數(shù)，且其中1＜K＜M。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀光導(dǎo)管包括透明材料，所述透明材料的折射率大于所述BEOL層的材料的折射率。
17.根據(jù)權(quán)利要求1的結(jié)構(gòu)，還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管的側(cè)壁上的光反射層。
18.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，包括以下步驟提供一種結(jié)構(gòu)，其包括(i)半導(dǎo)體襯底，(ii)在所述半導(dǎo)體襯底上的光收集區(qū)域，以及(iii)在所述光收集區(qū)域和所述半導(dǎo)體襯底上的BEOL(后段制程)層；蝕刻所述BEOL層，以便在所述BEOL層中形成漏斗狀空腔，其中所述漏斗狀空腔的截面具有錐形形狀；在所述蝕刻所述BEOL層以便在所述BEOL層中形成所述漏斗狀空腔之后，通過所述漏斗狀空腔進(jìn)一步蝕刻所述BEOL層，以便在所述BEOL層中形成柱狀空腔，其中所述柱狀空腔在所述光收集區(qū)域正上方且在所述漏斗狀空腔正下方；以及在所述柱狀空腔和所述漏斗狀空腔中形成漏斗狀光導(dǎo)管。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管的頂部上形成濾色區(qū)域。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括在所述濾色區(qū)域的頂部上形成微透鏡的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管區(qū)域的頂部上形成微透鏡的步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述蝕刻所述BEOL層以便在所述BEOL層中形成漏斗狀空腔是各向同性的蝕刻。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中所述通過所述漏斗狀空腔進(jìn)一步蝕刻所述BEOL層以便在所述BEOL層中形成柱狀空腔是各向異性的蝕刻。
24.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述在所述柱狀空腔和所述漏斗狀空腔中形成所述漏斗狀光導(dǎo)管包括利用其折射率大于所述BEOL層的材料的折射率的透明材料填充所述漏斗狀空腔和所述柱狀空腔。
25.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中所述在所述柱狀空腔和所述漏斗狀空腔中形成所述漏斗狀光導(dǎo)管包括以下步驟在所述柱狀空腔和所述漏斗狀空腔的側(cè)壁上形成光反射層；以及在進(jìn)行所述形成所述光反射層之后，利用透明材料填充所述漏斗狀空腔和所述柱狀空腔。
26.一種像素傳感結(jié)構(gòu)，包括(a)半導(dǎo)體襯底；(b)在所述半導(dǎo)體襯底上的光收集區(qū)域；(c)在所述半導(dǎo)體襯底和所述光收集區(qū)域上的BEOL(后段制程)層；以及(d)在所述光收集區(qū)域的頂部上且在所述BEOL層中的漏斗狀光導(dǎo)管，其中所述漏斗狀光導(dǎo)管包括(i)在所述光收集區(qū)域的頂部上的底部柱狀部分，(ii)具有錐形形狀且在所述底部柱狀部分的頂部上并與所述底部柱狀部分直接物理接觸的漏斗狀部分，以及(iii)在所述底部柱狀部分和所述漏斗狀部分的側(cè)壁上的光反射層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管的頂部上的濾色區(qū)域。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的結(jié)構(gòu)，還包括在所述濾色區(qū)域的頂部上的微透鏡。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管的頂部上的微透鏡。
30.根據(jù)權(quán)利要求26的結(jié)構(gòu)，其中所述漏斗狀部分的第一水平截面的面積大于所述底部柱狀部分的第二水平截面的面積。
全文摘要
一種光傳感結(jié)構(gòu)及其形成方法。所述結(jié)構(gòu)包括(a)半導(dǎo)體襯底和(b)在所述半導(dǎo)體襯底上的光收集區(qū)域。所述結(jié)構(gòu)還包括在所述光收集區(qū)域的頂部上的漏斗狀光導(dǎo)管。所述漏斗狀光導(dǎo)管包括(i)在所述光收集區(qū)域的的頂部上的底部柱狀部分，以及(ii)具有錐形形狀且在所述底部柱狀部分的頂部上并與所述底部柱狀部分直接物理接觸的漏斗狀部分。所述結(jié)構(gòu)還包括在所述漏斗狀光導(dǎo)管的頂部上的濾色區(qū)域。
文檔編號H01L21/70GK1983610SQ200610164118
公開日2007年6月20日 申請日期2006年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月16日
發(fā)明者R·J·拉塞爾, J·W·阿基森, J·P·甘比諾, R·K·萊迪 申請人:國際商業(yè)機器公司