專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，特別涉及一種背照式傳感器的感測(cè)元件的隔絕方法及裝置。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體工藝中，背照式傳感器(backside illuminated sensors)用以感測(cè)投射至一基板或感測(cè)層的后表面的暴露光線的量。背照式傳感器可形成于基板中，且光線投射至基板的后表面以到達(dá)至傳感器。然而，朝向一感測(cè)像素的光線也會(huì)具有朝向其他感測(cè)像素的部分光線，上述情況會(huì)導(dǎo)致不同感測(cè)像素之間的光學(xué)和電串音，且尚未有解決方法。因此，在此技術(shù)領(lǐng)域中，有需要一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，以滿足上述需求且克服公知技術(shù)的缺點(diǎn)。特別是有需要改善背照式傳感器及/或相應(yīng)的基板。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。上述半導(dǎo)體裝置的制造方法包括提供一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面，且于上述感測(cè)層的上述前表面中形成多個(gè)前側(cè)溝槽。上述方法可還包括將氧注入上述感測(cè)層中穿過上述前側(cè)溝槽，且將注入的氧退火，以于上述感測(cè)層中形成多個(gè)第一氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)上述第一氧化硅塊狀物設(shè)置大體上相鄰于一各別的上述前側(cè)溝槽，以形成一隔絕物。本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。上述半導(dǎo)體裝置的制造方法半導(dǎo)體裝置的制造方法可包括提供一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面，于上述感測(cè)層的上述前表面中形成多個(gè)前側(cè)溝槽，且將氧注入上述感測(cè)層中穿過上述前側(cè)溝槽，且將注入的氧退火，以于上述感測(cè)層中形成多個(gè)第一氧化硅塊狀物。上述方法可還包括于上述感測(cè)層的上述后表面中形成多個(gè)后側(cè)溝槽，且將氧注入上述感測(cè)層中穿過上述后側(cè)溝槽，且將注入的氧退火，以于上述感測(cè)層中形成多個(gè)第二氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)由垂直對(duì)準(zhǔn)的上述第一氧化硅塊狀物和上述第二氧化硅塊狀物構(gòu)成的族群設(shè)置大體上鄰接一垂直對(duì)準(zhǔn)的其中一個(gè)上述前側(cè)溝槽和其中一個(gè)上述后側(cè)溝槽，以形成一隔絕物。本發(fā)明又另一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體裝置。在一實(shí)施例中，上述半導(dǎo)體裝置可包括一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面，多個(gè)光傳感器，位于上述感測(cè)層中，多個(gè)前側(cè)溝槽，位于該感測(cè)層的上述前表面中。上述半導(dǎo)體裝置可包括多個(gè)氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)上述氧化硅塊狀物大體上鄰接且垂直對(duì)準(zhǔn)于一個(gè)各別的上述前側(cè)溝槽，以形成一隔絕物， 其中每一個(gè)上述光傳感器設(shè)置于兩個(gè)相鄰上述隔絕物之間。本發(fā)明可抑制光電子漏至相鄰像素，且因而降低或大體上消除感測(cè)元件之間的電串音。


圖IA為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。
圖IB為依據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。圖2A為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖，其具有多個(gè)背照傳感器和傳感器隔絕結(jié)構(gòu)。圖2B為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的俯視圖，其具有多個(gè)背照傳感器和傳感器隔絕結(jié)構(gòu)。圖3為依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖，其具有多個(gè)背照傳感器和隔絕結(jié)構(gòu)，上述隔絕結(jié)構(gòu)包括一氧化硅塊狀物，其大體上鄰接于一垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)和后側(cè)溝槽。圖4為形成依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的包括隔絕結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的材料折射系數(shù)。圖5為依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖，其具有另一個(gè)隔絕結(jié)構(gòu)， 上述隔絕結(jié)構(gòu)包括一氧化硅塊狀物，其大體上鄰接于一垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)和后側(cè)溝槽。其中，附圖標(biāo)記說明如下100a、100b 方法；102a、104a、106a、108a、110a、102b、104b、106b、108b、110b、112b、114b 步驟；200 半導(dǎo)體裝置；210 半導(dǎo)體基板；220 感測(cè)元件；230 多層內(nèi)連線；240 層間介電質(zhì)；250 光線；260 傳感器隔絕物；270 保護(hù)層；300、300a、300b 隔絕物；302、302a、302b 摻雜塊狀物；304 前側(cè)溝槽；306 后側(cè)溝槽；304a、306a 填充材料；500 傳感器隔絕結(jié)構(gòu)；502a 第一摻雜塊狀物；502b 第二摻雜塊狀物；502 第三摻雜塊狀物；W 寬度；D 深度。
具體實(shí)施例方式以下以各實(shí)施例詳細(xì)說明并伴隨著

的范例，做為本發(fā)明的參考依據(jù)。在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分皆使用相同的圖號(hào)。且在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可擴(kuò)大，并以簡(jiǎn)化或是方便標(biāo)示。再者，附圖中各元件的部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖中未示出或描述的元件，為所屬技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員所知的形式。請(qǐng)參考附圖，圖IA和圖IB為依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的包括一隔絕結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的制造方法的流程圖。圖2A和圖2B分別為包括傳感器隔絕結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的概略部分剖面圖和俯視圖。圖3顯示依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的包括傳感器隔絕結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置更詳細(xì)的剖面圖。且圖4為形成依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的包括隔絕結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的材料折射系數(shù)。圖5為依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的包括一隔絕結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體裝置的剖面圖。上述半導(dǎo)體裝置可包括一集成電路(IC)芯片、系統(tǒng)單芯片(SoC)或上述的一部分，其可包括多種無源和有源微電子元件，例如電阻、電容、電感、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(CMOS)、雙載子晶體管(BJT)、 橫向擴(kuò)散MOS晶體管(LDMOS)、高功率MOS晶體管、鰭狀場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)或其他類型的晶體管。請(qǐng)參考圖1A，一方法IOOa起始于步驟102a，提供一基板，其具有一前表面和一后表面，例如形成于例如光傳感器的感測(cè)元件中的感測(cè)層。接著進(jìn)行方法IOOa的步驟104a， 于感測(cè)層中形成多個(gè)前側(cè)溝槽，且穿過前表面。然后如步驟106a所示，于感測(cè)層中注入例如氧的一摻質(zhì)，例如穿過前側(cè)溝槽。在步驟108a中，對(duì)感測(cè)層中的注入摻質(zhì)(例如氧)退火，以形成多個(gè)摻雜塊狀物(例如氧化硅塊狀物)，每一個(gè)摻雜塊狀物大體上鄰接及/或垂直對(duì)準(zhǔn)于一各別的前側(cè)溝槽。每一個(gè)前側(cè)溝槽和摻雜塊狀物形成一隔絕物，其可有助于隔絕位于感測(cè)層中的感測(cè)元件。可選擇性進(jìn)行方法IOOa的步驟IlOa (顯示為虛線)，于感測(cè)層中形成多個(gè)后側(cè)溝槽，且穿過后表面，且于一實(shí)施例中，后側(cè)溝槽垂直對(duì)準(zhǔn)于相應(yīng)的前側(cè)溝槽，以使每一個(gè)摻雜塊狀物大體上鄰接一垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)溝槽和后側(cè)溝槽。上述每一前側(cè)溝槽、摻雜塊狀物和后側(cè)溝槽形成另一隔絕物，其可有助于隔絕位于感測(cè)層中的感測(cè)元件。請(qǐng)參考圖1B，一方法IOOb起始于步驟102b，提供一基板，其具有一前表面和一后表面，例如形成于例如光傳感器的感測(cè)元件中的感測(cè)層。接著進(jìn)行方法IOOb的步驟104b， 于感測(cè)層的前表面中形成多個(gè)前側(cè)溝槽。然后如步驟106b所示，于感測(cè)層中注入例如氧的一第一摻質(zhì)，例如穿過前側(cè)溝槽。在步驟108b中，對(duì)感測(cè)層中的注入第一摻質(zhì)(例如氧) 退火，以形成多個(gè)第一摻雜塊狀物(例如氧化硅塊狀物)，每一個(gè)第一摻雜塊狀物大體上鄰接及/或垂直對(duì)準(zhǔn)一各別的前側(cè)溝槽。接著進(jìn)行方法IOOb的步驟110b，于感測(cè)層中形成多個(gè)后側(cè)溝槽，且穿過后表面，且于一實(shí)施例中，相應(yīng)的前側(cè)溝槽與后側(cè)溝槽垂直對(duì)準(zhǔn)。然后如步驟112b所示，于感測(cè)層中注入例如氧的一第二摻質(zhì)，例如穿過后側(cè)溝槽。在步驟114b 中，對(duì)感測(cè)層中的注入第二摻質(zhì)(例如氧)退火，以形成多個(gè)第二摻雜塊狀物(例如氧化硅塊狀物)，每一個(gè)第二摻雜塊狀物大體上鄰接及/或垂直對(duì)準(zhǔn)一各別的后側(cè)溝槽。以使每一個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)的第一和第二摻雜塊狀物大體上鄰接一垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)溝槽和后側(cè)溝槽，且上述每一前側(cè)溝槽、第一摻雜塊狀物、第二摻雜塊狀物和后側(cè)溝槽形成又另一隔絕物，其可有助于隔絕位于感測(cè)層中的感測(cè)元件。請(qǐng)參考圖2A，其顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置200的剖面圖，其具有多個(gè)背照式傳感器(backside illuminated sensors)和傳感器隔絕物。請(qǐng)參考圖2B，其顯示依據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置200的俯視圖，其具有形成于半導(dǎo)體裝置后側(cè)的多個(gè)背照式傳感器(backside illuminated sensors)和傳感器隔絕物。為了簡(jiǎn)明起見，在圖2A的一些元件不會(huì)顯示于圖2B中?，F(xiàn)在以圖2A和2B描述半導(dǎo)體裝置200。半導(dǎo)體裝置200包括一半導(dǎo)體基板210，其也可視為一感測(cè)層。半導(dǎo)體基板210 可包括硅。半導(dǎo)體基板210可額外包括例如鍺及/或鉆石的其他元素半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體基板210也可包括例如碳化硅、鍺化硅、砷化銦及/或磷化銦的化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體基板 210可包括例如SiGe、SiGeC, GaAsP及/或feJnP的合金半導(dǎo)體。半導(dǎo)體基板210可包括多種P型摻雜區(qū)及/或η型摻雜區(qū)。在不同步驟和技術(shù)中可使用例如離子注入法或擴(kuò)散法的一工藝進(jìn)行所有摻雜步驟。半導(dǎo)體基板210可包括常用的隔絕物，以分隔形成于半導(dǎo)體基板210中不同的元件。半導(dǎo)體基板210可包括例如一外延層、一絕緣層上覆硅(SOI)結(jié)構(gòu)或上述組合的其他元件。半導(dǎo)體裝置200可包括形成于半導(dǎo)體基板210中的感測(cè)元件220 (或感測(cè)像素)。 在一實(shí)施例中，感測(cè)元件220可各自包括一感光線區(qū)，其可為利用例如擴(kuò)散法或離子注入法的一方法，于半導(dǎo)體基板210中形成具有η型及/或ρ型摻質(zhì)的一摻雜區(qū)。在一實(shí)施例中，感光線區(qū)的摻質(zhì)濃度可介于1014atomS/Cm3至1021atomS/Cm3之間。感測(cè)元件220可包括光二極管、互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(CM0Q圖像傳感器、電荷耦合元件(CCD)傳感器、有源傳感器、無源傳感器及/或上述組合。就其本身而論，感測(cè)元件220可包括常用及 /或先進(jìn)的圖像傳感器。感測(cè)元件220可包括設(shè)置于一傳感器陣列或其他適當(dāng)結(jié)構(gòu)中的多個(gè)像素。可設(shè)計(jì)上述多個(gè)像素具有多種感測(cè)類型。舉例來說，感測(cè)元件的一個(gè)族群為CMOS 圖像傳感器，且感測(cè)元件的另一個(gè)族群為有源傳感器。此外，感測(cè)元件220可包括彩色圖像傳感器及/或單色圖像傳感器。在一實(shí)施例中，設(shè)計(jì)半導(dǎo)體裝置200以在應(yīng)用期間接收直射至半導(dǎo)體基板210背面的光線(或輻射線)250，其可消除由例如柵極物或金屬線的其他物體形成的光徑阻擋物，且可感光線區(qū)對(duì)光線的暴露程度為最大?？杀』雽?dǎo)體基板210， 以使光線可直接穿過其后表面以有效地到達(dá)感測(cè)元件220。半導(dǎo)體裝置200可還包括耦接至感測(cè)元件220的一多層內(nèi)連線(MLI) 230，以使感測(cè)元件220對(duì)照光線(圖像輻射)產(chǎn)生適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。可于半導(dǎo)體基板210上形成多層內(nèi)連線(MLI) 230，且設(shè)置于感測(cè)元件220上方的前表面上。多層內(nèi)連線(MLI) 230可包括例如金屬的導(dǎo)電材料。在一實(shí)施例中，可使用例如鋁、鋁/硅/銅合金、鈦、氧化鈦、鎢、多晶硅、金屬硅化物或上述組合的金屬且可做為鋁內(nèi)連線?？衫冒ㄎ锢須庀喑练e法(PVD)(或?yàn)R鍍法)、化學(xué)氣相沉積法(CVD)或上述組合的一工藝形成鋁內(nèi)連線。形成金屬內(nèi)連線的其他工藝可包括光刻工藝和蝕刻工藝，以圖案化上述導(dǎo)電材料做為垂直連接物(介層孔插塞和接觸孔插塞)和水平連接物(導(dǎo)線)。接著可使用例如熱退火的其他工藝以形成金屬硅化物。在多層內(nèi)連線中的金屬硅化物可包括鎳硅化物、鈷硅化物、鎢硅化物、鉭硅化物、鈦硅化物、鉬硅化物、鉺硅化物、鈀硅化物或上述組合。在其他實(shí)施例中，可使用銅內(nèi)連線，且銅內(nèi)連線可包括銅、銅合金、鈦、氧化鈦、鎢、多晶硅、金屬硅化物或上述組合。可利用包括化學(xué)氣相沉積法(CVD)、濺鍍法、電鍍法、或其他適合的工藝形成銅內(nèi)連線。半導(dǎo)體裝置200可還包括層間介電質(zhì)(以下簡(jiǎn)稱ILD)240，以隔絕沉積于其中的多層內(nèi)連線(MLI)230。ILD 240可包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亞胺、旋涂玻璃(S0G)、摻氟硅玻璃(FSG)、摻碳的氧化硅(carbon dopedsilicon oxide)、黑鉆石 (Black Diamond )(應(yīng)用材料公司，加州Santa Clara)、干燥凝膠(Xerogel)、氣凝膠(Aerogel)、非晶氟化碳(amorphous fluorinatedcarbon)、聚對(duì)二甲苯(Parylene)、BCB(bis-benzocyclobutenes)、SiLK 介電樹月旨結(jié)構(gòu)(Dow Chemical,Midland,Michigan)及 /或上述組合?？衫冒ㄐ糠?、化學(xué)氣相沉積法(CVD)、濺鍍法、電鍍法、或其他適合的一工藝形成ILDM0?？捎诎ɡ珉p鑲嵌工藝或單鑲嵌工藝的鑲嵌工藝的一結(jié)合工藝形成多層內(nèi)連線(MLI) 230 ^P ILD 240。半導(dǎo)體裝置200可還包括形成于半導(dǎo)體基板210中的傳感器隔絕物沈0，其可用以通過隔絕朝向每一個(gè)感測(cè)元件的光線(輻射或信號(hào))以降低或大體上消除感測(cè)元件之間的光學(xué)及/或電串音現(xiàn)象，且可使散布至其他感測(cè)元件中的光線減到最少。因此，可降低或大體上消除不同感測(cè)像素之間光學(xué)及/或電串音現(xiàn)象，上述感測(cè)像素可將圖像輻射信號(hào)轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，且可改善裝置的量子效率因子(quantum efficiency (QE) factor)?？稍O(shè)置傳感器隔絕物260垂直介于ILD 240和半導(dǎo)體基板210的后表面之間(圖 2A)。在朝向后表面的俯視圖中，也可設(shè)置傳感器隔絕物260水平介于相鄰的感測(cè)元件220 之間(圖2B)。如圖2B所示，在一實(shí)施例中，可由多個(gè)方形物構(gòu)成傳感器隔絕物沈0，且每一個(gè)方形物包括一個(gè)感測(cè)元件220。傳感器隔絕物260可具有薄且深的尺寸，以占據(jù)較少面積的半導(dǎo)體基板210，且可提供足夠的隔絕功能。如圖2A和圖2B所示，可設(shè)置傳感器隔絕物260介于兩個(gè)相鄰的感測(cè)元件之間，且在一實(shí)施例中，傳感器隔絕物260的寬度W可介于 0. Iym至0.5 μ m之間。傳感器隔絕物260可垂直延伸使其大體上介于后表面和ILD 240之間。在一實(shí)施例中，可垂直延伸傳感器隔絕物260 (深度D)至半導(dǎo)體基板210厚度的100 %。 在其他實(shí)施例中，可垂直延伸傳感器隔絕物260至小于半導(dǎo)體基板210厚度的100%。在一實(shí)施例中，為了照度和圖像效能，半導(dǎo)體基板210的厚度可介于1.(^111至5.(^111之間，且傳感器隔絕物260的厚度也可介于Ι.Ομπι至5.0μπι之間，但并非限于本范圍。傳感器隔絕物260可還包括連接或不連接的多個(gè)部分，且以一結(jié)構(gòu)形式設(shè)置，以大體上消除兩個(gè)相鄰的感測(cè)元件之間的串音。舉例來說，可設(shè)計(jì)傳感器隔絕物沈0以包括一柵欄結(jié)構(gòu)，其具有介于相鄰的感測(cè)元件之間且圍繞每一個(gè)感測(cè)元件的多個(gè)桿狀物。半導(dǎo)體裝置200可還包括設(shè)置于多層內(nèi)連線(MLI) 230和ILD 240上方的保護(hù)層270。半導(dǎo)體裝置200可還包括與貼在半導(dǎo)體基板210的后表面上的一透明或反射層， 以提供半導(dǎo)體基板210的機(jī)械支撐強(qiáng)度，且選擇允許背照式光線(backside-illuminated light)穿過半導(dǎo)體基板210。為了彩色圖像的應(yīng)用，半導(dǎo)體裝置200也可包括彩色濾光片， 介于感測(cè)元件220和半導(dǎo)體基板210的后表面之間。半導(dǎo)體裝置200可包括多個(gè)微透鏡， 介于感測(cè)元件220和半導(dǎo)體基板210的后表面之間，如果使用彩色濾光片的話，微透鏡可介于彩色濾光片和半導(dǎo)體基板210的后表面之間，以使背照式光線(backside-illuminated light)可對(duì)焦于感光線區(qū)上?？衫门c常用技術(shù)相容和結(jié)合的多種工藝形成傳感器隔絕物 260。在本發(fā)明實(shí)施例公開的半導(dǎo)體裝置及其制造方法中，所應(yīng)用的背照式光線 (backside-illuminated light)可不限于可見光束，也可延伸至例如紅外線或紫外線的其他光學(xué)光線。因此，可適當(dāng)?shù)剡x擇及設(shè)計(jì)傳感器隔絕物沈0以有效地折射及/吸收相應(yīng)的輻射光束。因此，在本發(fā)明一實(shí)施例中，提供一背照式(kickside-illuminated)半導(dǎo)體裝置。在一實(shí)施例中，上述半導(dǎo)體裝置包括一基板，其具有一前表面和一后表面，且具有形成于基板中的多個(gè)感測(cè)元件。設(shè)計(jì)且組成每一個(gè)此些感測(cè)元件以接收直射至后表面的光線。半導(dǎo)體裝置200可還包括一傳感器隔絕物，形成于基板中，以隔絕感測(cè)元件避免產(chǎn)生光學(xué)及/或電串音現(xiàn)象。在一實(shí)施例中，可設(shè)置傳感器隔絕物水平介于此些感測(cè)元件的兩個(gè)相鄰的感測(cè)元件之間，且垂直介于后表面和前表面之間。請(qǐng)參考圖3和圖4，顯示本發(fā)明實(shí)施例的具有多背照式傳感器的一半導(dǎo)體裝置中的隔絕物300(例如隔絕物300a和300b)的詳細(xì)放大圖，依據(jù)圖IA的半導(dǎo)體裝置的制造方法IOOa形成上述隔絕物300a和300b。上述半導(dǎo)體裝置包括一半導(dǎo)體基板或一感測(cè)層 210，其具有一前表面和一后表面，且具有形成于半導(dǎo)體基板或感測(cè)層210中的多個(gè)感測(cè)元件。一多層內(nèi)連線(MLI) 230和一 ILD 240結(jié)構(gòu)，設(shè)置于半導(dǎo)體基板或感測(cè)層210的前表面的上方。并且如前所述，在使用半導(dǎo)體裝置時(shí)，一光線(或輻射線)250直射至半導(dǎo)體基板或感測(cè)層210的后表面。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，隔絕物300a可包括一摻雜區(qū)或摻雜塊狀物30 ，其大體上鄰接一各別的前側(cè)溝槽304及/或垂直對(duì)準(zhǔn)一各別的前側(cè)溝槽304，且隔絕物300b可包括一摻雜區(qū)或摻雜塊狀物302b，其大體上與前側(cè)溝槽304和后側(cè)溝槽306垂直對(duì)準(zhǔn)?？梢砸惶畛洳牧?0 填充前側(cè)溝槽304，可以一填充材料306a填充后側(cè)溝槽306。圖4顯示用以形成依據(jù)本發(fā)明不同實(shí)施例的包括填充材料30 、填充材料306a、 摻雜區(qū)或摻雜塊狀物302a/302b和半導(dǎo)體基板或感測(cè)層210的半導(dǎo)體裝置的材料折射系數(shù)和隔絕功能。如圖3和圖4所示，隔絕物300a可包括一前側(cè)溝槽304和一摻雜塊狀物302a，且隔絕物300b可包括一前側(cè)溝槽304、一摻雜塊狀物302b和一后側(cè)溝槽306?？梢岳缈諝?、一介電材料、一不透明材料、一金屬材料或上述組合的一適當(dāng)材料填充前側(cè)溝槽和后側(cè)溝槽。且可以一適當(dāng)材料摻入摻雜塊狀物，以使有效折射相應(yīng)的輻射光束。上述介電材料可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電常數(shù)(low-k)材料或上述組合?？衫靡幌盗械墓に嚥襟E形成上述前側(cè)溝槽和后側(cè)溝槽。在一實(shí)施例中，可使用常用或先進(jìn)工藝圖案化半導(dǎo)體基板(感測(cè)層)210，以于前側(cè)和后表面中形成多個(gè)溝槽。舉例來說，可于半導(dǎo)體基板(感測(cè)層)210的前表面上施加一光致抗蝕劑層，且利用一光刻工藝圖案化光致抗蝕劑層。可用例如一等離子體蝕刻工藝的一異向性蝕刻技術(shù)，以穿過圖案化光致抗蝕劑層的開口，以蝕刻半導(dǎo)體基板(感測(cè)層)210且形成多個(gè)溝槽。然后以一介電材料、一不透明材料或上述組合的一適當(dāng)材料填充溝槽。在其他實(shí)施例中，溝槽可保持空缺狀態(tài)。在一實(shí)施例中，前側(cè)溝槽304和后側(cè)溝槽306可包括形成于半導(dǎo)體基板210中的淺溝槽隔絕(STI)物，淺溝槽隔絕(STI)物包括填入的一介電材料的淺溝槽隔絕凹陷，上述介電材料例如為折射系數(shù)為1. 46的二氧化硅。在其他實(shí)施例中，淺溝槽隔絕(STI)物的介電材料可包括氮化硅、氮氧化硅、摻氟硅玻璃(FSG)及/或常用的一低介電常數(shù)(low-k)材料。隔絕物300 (例如隔絕物300a或300b)可包括具有適當(dāng)摻質(zhì)的各別的摻雜塊狀物 302 (例如摻雜塊狀物30 或302b)，且可用例如離子注入法的常用的方法形成隔絕物300。 在一實(shí)施例中，摻雜塊狀物302可包括退火的氧摻雜區(qū)，以形成大體上鄰接一前側(cè)溝槽304 的一氧化硅塊狀物(例如摻雜塊狀物302a)，或形成大體上鄰接垂直對(duì)準(zhǔn)的一前側(cè)溝槽304 和一后側(cè)溝槽306的一氧化硅塊狀物(例如摻雜塊狀物302b)。
于半導(dǎo)體基板(感測(cè)層)210中，例如穿過前側(cè)溝槽304，注入例如氧的一摻質(zhì)。將半導(dǎo)體基板(感測(cè)層)210中注入的摻質(zhì)(例如氧)退火，以形成多個(gè)摻雜塊狀物302 (例如氧化硅塊狀物)，且每一個(gè)摻雜塊狀物302鄰接及/或垂直對(duì)準(zhǔn)于一各別的前側(cè)溝槽。每一個(gè)前側(cè)溝槽和摻雜塊狀物的組合形成例如隔絕物300a的一隔絕物，其可有助于隔絕位于感測(cè)層中的感測(cè)元件。可選擇性于感測(cè)層中形成多個(gè)后側(cè)溝槽306，且穿過后表面，且于一實(shí)施例中，后側(cè)溝槽垂直對(duì)準(zhǔn)于相應(yīng)的前側(cè)溝槽，以使每一個(gè)摻雜塊狀物302大體上鄰接垂直對(duì)準(zhǔn)的一前側(cè)溝槽和一后側(cè)溝槽。上述每一前側(cè)溝槽、摻雜塊狀物和后側(cè)溝槽形成另一隔絕物，其可有助于隔絕位于感測(cè)層中的感測(cè)元件。摻雜塊狀物302的功能至少為在電性上和光學(xué)上隔絕每一個(gè)感測(cè)元件。且在一實(shí)施例中，可在介于lOnatoms/cm3至1018atomS/Cm3之間的一摻質(zhì)濃度(標(biāo)準(zhǔn))下，且在介于 800°C至1500°C之間的一退火溫度下形成摻雜塊狀物302。在又另一實(shí)施例中，可在低于 K^atoms/cm3的一摻質(zhì)濃度(標(biāo)準(zhǔn))下，且在低于1350°C的一退火溫度下，在折射系數(shù)(N) 約為4. 6的半導(dǎo)體基板中形成折射系數(shù)(N)約介于4. 4至4. 6的摻雜塊狀物302。在一實(shí)施例中，摻雜塊狀物302的水平寬度可介于0. 1 μ m至0. 5 μ m之間，且摻雜塊狀物302的垂直厚度可介于1. 0 μ m至5. 0 μ m之間。在另一實(shí)施例中，可使用其他摻質(zhì)以改變基板的折射系數(shù)，以于傳感器隔絕物中形成摻雜區(qū)。如圖3所示，可形成隔絕物300b以具有與半導(dǎo)體基板210相同的垂直厚度或深度，隔絕物300b含摻雜塊狀物302b，或者可形成不具有與半導(dǎo)體基板210相同的垂直厚度或深度的隔絕物300a，隔絕物300a含摻雜塊狀物30加。換言之，可依想要的半導(dǎo)體裝置形成具有均一深度或不均一深度的摻雜塊狀物302。本發(fā)明實(shí)施例的氧化硅的摻雜塊狀物302有助于抑制光電子漏至相鄰像素，且因而降低或大體上消除感測(cè)元件之間的電串音。此外，摻雜塊狀物的折射系數(shù)(N)比用以捕捉隔絕物300之間的光線的半導(dǎo)體基板(感測(cè)層)(如圖4中的空白箭頭所示)的折射系數(shù)(N)低(例如半導(dǎo)體基板(感測(cè)層)的折射系數(shù)(N)為4. 6，而摻雜塊狀物折射系數(shù)(N) 為4.幻，以降低或大體上消除感測(cè)元件之間的光學(xué)串音，可同時(shí)改善半導(dǎo)體(感測(cè))裝置的量子效率因子(quantumefficiencHQE) factor)。此外，因?yàn)檠趸杈哂猩鲜鰞?yōu)點(diǎn)，不需完全氧化基板以形成摻雜塊狀物，因此允許較低的注入摻質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)和退火溫度，因而可降低工藝成本且可改善工藝良率。請(qǐng)參考圖5，其顯示依據(jù)圖IB的半導(dǎo)體裝置的制造方法IOOb形成的本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖，其包括一傳感器隔絕結(jié)構(gòu)500。在本實(shí)施例中，上述半導(dǎo)體裝置包括一半導(dǎo)體基板或一感測(cè)層210，其具有一前表面和一后表面，且具有形成于半導(dǎo)體基板或感測(cè)層210中的多個(gè)感測(cè)元件220。傳感器隔絕結(jié)構(gòu)500光學(xué)上和電性上隔絕感測(cè)元件 220。多層內(nèi)連線(MLI)和ILD結(jié)構(gòu)設(shè)置于半導(dǎo)體基板或感測(cè)層210的前表面的上方。 并且如前述的不同實(shí)施例所述，在使用半導(dǎo)體裝置時(shí)，光線(或輻射線)可直射至半導(dǎo)體基板或感測(cè)層210的后表面。依據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，傳感器隔絕結(jié)構(gòu)500可包括鄰接一各別的前側(cè)溝槽的一第一摻雜區(qū)或摻雜塊狀物50 和鄰接一各別的后側(cè)溝槽的一第二摻雜區(qū)或摻雜塊狀物 502b。第一摻雜塊狀物50 和第二摻雜塊狀物502b的組合提供一第三摻雜塊狀物502，其
9大體上鄰接垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)溝槽304和后側(cè)溝槽306。且垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)溝槽304、第一摻雜塊狀物50 、第二摻雜塊狀物502b和后側(cè)溝槽306的組合包括傳感器隔絕結(jié)構(gòu)500。可以一填充材料30 填充前側(cè)溝槽304，可以一填充材料306a填充后側(cè)溝槽 306。類似于前述的實(shí)施例，可利用一系列的工藝步驟形成上述前側(cè)溝槽和后側(cè)溝槽(例如光刻和蝕刻工藝)。并且可以例如空氣、一介電材料、一不透明材料、一金屬材料或上述組合的一適當(dāng)材料填充前側(cè)溝槽和后側(cè)溝槽，且可以一適當(dāng)材料摻入摻雜區(qū)，以使有效折射相應(yīng)的輻射光束。上述介電材料可包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電常數(shù)(low-k)材料或上述組合。傳感器隔絕結(jié)構(gòu)500可包括具有適當(dāng)摻質(zhì)的摻雜塊狀物50 和502b，且可用例如離子注入法的常用的方法形成傳感器隔絕結(jié)構(gòu)500。在一實(shí)施例中，摻雜塊狀物502可包括退火的氧摻雜區(qū)，以形成大體上鄰接垂直對(duì)準(zhǔn)的一前側(cè)溝槽304和一后側(cè)溝槽306的一氧化硅塊狀物?？捎诟袦y(cè)層中注入例如氧的一第一摻質(zhì)，例如穿過前側(cè)溝槽。然后，對(duì)感測(cè)層中的注入第一摻質(zhì)(例如氧)退火，以形成多個(gè)第一摻雜塊狀物502a (例如氧化硅塊狀物)，每一個(gè)第一摻雜塊狀物50 大體上鄰接及/或垂直對(duì)準(zhǔn)于一各別的前側(cè)溝槽304。接著，于感測(cè)層中形成多個(gè)后側(cè)溝槽306，且穿過后表面，且于一實(shí)施例中，相應(yīng)的前側(cè)溝槽與后側(cè)溝槽垂直對(duì)準(zhǔn)。然后，于感測(cè)層中注入例如氧的一第二摻質(zhì)，例如穿過后側(cè)溝槽306。接著， 對(duì)感測(cè)層中的注入第二摻質(zhì)(例如氧)退火，以形成對(duì)應(yīng)于后側(cè)溝槽306的多個(gè)第二摻雜塊狀物502b (例如氧化硅塊狀物)，每一個(gè)第二摻雜塊狀物502b大體上鄰接及/或垂直對(duì)準(zhǔn)于一各別的后側(cè)溝槽。每一個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)的第一和第二摻雜塊狀物的組合大體上鄰接每一個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)溝槽和后側(cè)溝槽，且上述每一個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)的前側(cè)溝槽、第一摻雜塊狀物、 第二摻雜塊狀物和后側(cè)溝槽的組合形成例如傳感器隔絕結(jié)構(gòu)500的一隔絕物，其可有助于隔絕位于感測(cè)層中的感測(cè)元件?？衫蒙鲜龅念愃频膿诫s濃度和氧退火溫度形成摻雜塊狀物50 和502b，以具有類似于前述的折射系數(shù)。摻雜塊狀物(包括摻雜塊狀物50 和 502b)的寬度和厚度尺寸可類似于前述摻雜塊狀物302的尺寸。本發(fā)明實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體裝置的制造方法。在一實(shí)施例中，上述方法可包括提供一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面，且于上述感測(cè)層的上述前表面中形成多個(gè)前側(cè)溝槽。上述方法可還包括將氧注入上述感測(cè)層中穿過上述前側(cè)溝槽，且將注入的氧退火， 以于上述感測(cè)層中形成多個(gè)第一氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)上述第一氧化硅塊狀物設(shè)置大體上相鄰于一各別的上述前側(cè)溝槽，以形成一隔絕物。在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體裝置的制造方法可包括提供一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面，于上述感測(cè)層的上述前表面中形成多個(gè)前側(cè)溝槽，且將氧注入上述感測(cè)層中穿過上述前側(cè)溝槽，且將注入的氧退火，以于上述感測(cè)層中形成多個(gè)第一氧化硅塊狀物。上述方法可還包括于上述感測(cè)層的上述后表面中形成多個(gè)后側(cè)溝槽，且將氧注入上述感測(cè)層中穿過上述后側(cè)溝槽，且將注入的氧退火，以于上述感測(cè)層中形成多個(gè)第二氧化硅塊狀物， 其中每一個(gè)由垂直對(duì)準(zhǔn)的上述第一氧化硅塊狀物和上述第二氧化硅塊狀物構(gòu)成的族群設(shè)置大體上鄰接一垂直對(duì)準(zhǔn)的其中一個(gè)上述前側(cè)溝槽和其中一個(gè)上述后側(cè)溝槽，以形成一隔絕物。本發(fā)明實(shí)施例也提供一種半導(dǎo)體裝置。在一實(shí)施例中，上述半導(dǎo)體裝置可包括一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面，多個(gè)光傳感器，位于上述感測(cè)層中，多個(gè)前側(cè)溝槽，位于該感測(cè)層的上述前表面中。上述半導(dǎo)體裝置可包括多個(gè)氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)上述氧化硅塊狀物大體上鄰接且垂直對(duì)準(zhǔn)于一個(gè)各別的上述前側(cè)溝槽，以形成一隔絕物，其中每一個(gè)上述光傳感器設(shè)置于兩個(gè)相鄰上述隔絕物之間。有助益地，傳感器隔絕物的聚集的溝槽和鄰接的摻雜區(qū)可具有光學(xué)上和電性上隔絕每一個(gè)感測(cè)元件的功能，可同時(shí)改善感測(cè)裝置的量子效率因子(QE factor)?？梢粤私獾氖?，可進(jìn)行額外的工藝以完成制造半導(dǎo)體裝置。舉例來說，這些額外的工藝可包括沉積保護(hù)層、形成接觸孔插塞、形成內(nèi)連線結(jié)構(gòu)(例如提供電性內(nèi)連線的線和介層孔插塞、金屬層和介電層)。為了簡(jiǎn)化起見，在此不敘述這些額外的工藝。雖然本發(fā)明已以實(shí)施例公開如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，包括下列步驟 提供一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面； 于該感測(cè)層的該前表面中形成多個(gè)前側(cè)溝槽； 將氧注入該感測(cè)層中穿過所述多個(gè)前側(cè)溝槽；將注入的氧退火，以于該感測(cè)層中形成多個(gè)第一氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)所述第一氧化硅塊狀物設(shè)置相鄰于其中一個(gè)各別的所述前側(cè)溝槽，以形成多個(gè)隔絕物；以及提供多個(gè)光傳感器，每一個(gè)所述光傳感器設(shè)置于兩個(gè)所述隔絕物之間。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括于該感測(cè)層的該后表面中形成多個(gè)后側(cè)溝槽，其中每一個(gè)所述第一氧化硅塊狀物鄰接于其中一個(gè)所述前側(cè)溝槽和其中一個(gè)所述后側(cè)溝槽。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，還包括 于該感測(cè)層的該后表面中形成多個(gè)后側(cè)溝槽；將氧注入該感測(cè)層中穿過所述多個(gè)后側(cè)溝槽；以及將注入的氧退火，以于該感測(cè)層中形成多個(gè)第二氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)所述第二氧化硅塊狀物設(shè)置相鄰于其中一個(gè)各別的所述后側(cè)溝槽和其中一個(gè)所述第一氧化硅塊狀物。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中將氧注入該感測(cè)層中的步驟于介于lOnatoms/cm3至1018atoms/cm3之間的一摻質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中將注入的氧退火的步驟于介于 800°C至1500°C之間的一退火溫度下進(jìn)行。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置的制造方法，其中將氧注入該感測(cè)層中的步驟于低于K^atoms/cm3的一摻質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)下進(jìn)行，且注入的氧退火的步驟于低于1350°C的一退火溫度 下進(jìn)行。
7.一種半導(dǎo)體裝置，包括一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面； 多個(gè)光傳感器，位于該感測(cè)層中； 多個(gè)前側(cè)溝槽，位于該感測(cè)層的該前表面中；以及多個(gè)氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)所述氧化硅塊狀物鄰接且垂直對(duì)準(zhǔn)于其中一個(gè)各別的所述前側(cè)溝槽，以形成一隔絕物，其中每一個(gè)所述光傳感器設(shè)置于兩個(gè)所述隔絕物之間。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中每一個(gè)所述氧化硅塊狀物的折射系數(shù)介于 4. 4至4. 6之間，且以折射系數(shù)為1. 46的二氧化硅填充所述前側(cè)溝槽和所述后側(cè)溝槽，且該感測(cè)層包括折射系數(shù)為4. 6的結(jié)晶硅。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，其中所述氧化硅塊狀物的寬度介于0.Ιμπι至 0. 5 μ m之間，且所述氧化硅塊狀物的厚度介于1. 0 μ m至5. 0 μ m之間。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體裝置，還包括多個(gè)后側(cè)溝槽，位于該感測(cè)層的該后表面中，其中每一個(gè)所述氧化硅塊狀物鄰接垂直對(duì)準(zhǔn)的其中一個(gè)所述前側(cè)溝槽和其中一個(gè)所述后側(cè)溝槽。
全文摘要
本發(fā)明提供一種背照式傳感器的隔絕感測(cè)元件及其制造方法。在一實(shí)施例中，上述半導(dǎo)體裝置的制造方法包括提供一感測(cè)層，其具有一前表面和一后表面，且于上述感測(cè)層的上述前表面中形成多個(gè)前側(cè)溝槽。上述方法可還包括將氧注入上述感測(cè)層中穿過上述前側(cè)溝槽，且將注入的氧退火，以于上述感測(cè)層中形成多個(gè)第一氧化硅塊狀物，其中每一個(gè)上述第一氧化硅塊狀物設(shè)置大體上相鄰于一各別的上述前側(cè)溝槽，以形成一隔絕物。本發(fā)明可抑制光電子漏至相鄰像素，且因而降低或大體上消除感測(cè)元件之間的電串音。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102214664SQ20101025469
公開日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者伍壽國(guó), 曾建賢, 蕭茹雄, 蔡昆佑, 鄭乃文 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司