后側照光的半導體裝置的制作方法

專利名稱：后側照光的半導體裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種半導體裝置，且特別涉及一種半導體影像感測裝置。
背景技術：
在半導體領域中，后側照光傳感器(backside-illuminated sensors)用于感測照射在基底后側表面的光線。上述后側照光傳感器也可形成于基底的前側，此時基底需經薄化而使得照射于基底的后側光可抵達傳感器。然而，經薄化的基底將可能劣化傳感器的感測能力。舉例來說，長波長的光線可能會穿透傳感器而無法造成有效的吸收。因此，便需要改善后側照光傳感器及其應用的基底。

發明內容
有鑒于此，本發明提供了一種后側照光的半導體裝置，包括半導體基底，具有前側表面與后側表面；感測元件，位于該半導體裝置的前側表面上；以及反光層，設置于該半導體基底之上，其中該反光層具有面對該感測元件的反射面，而該反射面大體對應該感測元件80％的表面，其中該反光層用以反射朝向該后側表面以及穿透該感測元件的光線。
在前述裝置中，該反光層可反射照射透過該感測元件區域的光線80％以上。該反光層也可反射至少照射于其上的光線30％以上。該反光層具有介于50埃至20微米的厚度。該反光層擇自由金屬、介電材料以及上述材料的組合所組成族群。金屬材料擇自由鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、金屬硅化物以及上述材料的組合所組成族群。介電材料擇自由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電常數介電材料及上述材料所組成的組群。上述介電材料的反射率低于半導體基底的反射率。該反光層可為多膜層結構。該反光層可設置于或共構于多膜層內連物結構中。該反光層可包括部分的多膜層內連物。該感測元件擇自由互補型金屬氧化物半導體(CMOS)傳感器、電耦合裝置(CCD)傳感器、有源型像素傳感器、無源型像素傳感器或上述傳感器的組合。該傳感器可包括設置于該反光層下方的感光區。該感光區可具有介于1014～1021原子/每平方厘米的摻雜濃度。該感光區可大體對應該感測元件的像素區的10～80％。該感光區包括N型摻雜區及/或P型摻雜區。
因此，本發明提供了一種后側照光的半導體裝置。該半導體裝置包括半導體基底，具有前側表面與后側表面；多個感測元件，位于該半導體裝置的前側表面上；以及多個金屬反射構件，設置于這些感測元件之上，以反射朝向該半導體基底后側表面的光線以及分別通過這些感測元件的光線80％以上。這些金屬反射構件擇自由鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、金屬硅化物以及上述材料的組合所組成族群。金屬反射構件則可設置于位于半導體基底前側表面的多膜層內連物中并順應其設置。這些金屬反射構件可為部分的多膜層內連物。這些金屬反射構件可設置于該多膜層內連物內的一個或多個膜層內。
本發明提供了一種后側照光的半導體裝置。該半導體裝置包括半導體基底，具有前側表面與后側表面；多個感測元件，位于該半導體裝置的前側表面上；以及介電反射層，設置于覆蓋這些感測元件上的層間介電層中，以反射朝向該半導體基底后側表面的光線以及分別通過這些感測元件的光線80％以上。該介電反射擇自由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電常數介電材料及上述材料所組成的組群。
本發明還提供一種后側照光的半導體裝置，包括半導體基底，具有前側表面與后側表面；感測元件，位于該半導體基底的前側表面上，其中該感測元件包括感光區；以及反光層，設置于該感測區之上，其中該反光層反射光線至該感光區。
本發明的后側照光的半導體裝置中的反光層可反射照射透過該感測元件區域的光線80％以上，反光層也可反射至少照射于其上的光線30％以上。
為了讓本發明的上述和其它目的、特征、和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，并配合附圖，作詳細說明如下。


圖1至圖3分別顯示了多種半導體裝置，這些半導體裝置包括多個依據本發明實施例所制成的后側照光傳感器。
其中，附圖標記說明如下100、200、300 半導體裝置；110 半導體基底；120、120a、120b、120c 感測元件；130 反光層；130a、130b、130c 介電反光構件；130d 反光表面；140 多膜層內連物；142 第一金屬層；142a、142b 導線構件；144 第二金屬層；144a、144b 導線構件；144c 假金屬構件；150 光線。
具體實施例方式
圖1顯示了依據本發明實施例中建構有多個后側照光的傳感器的半導體裝置100的剖面圖。
在此，半導體裝置包括半導體基底110。半導體基底110可包括元素態半導體，例如硅、鍺、或鉆石。半導體基底110也可包括化合物半導體，例如碳化硅、砷化鎵、砷化銦、磷化銦。半導體基底110也可包括多個P型摻雜區及/或N型摻雜區。上述摻雜區可通過如離子布植或擴散方式在不同工藝中形成。半導體基底110也可包括橫向的絕緣構件，用以隔離形成在基底上的不同裝置。
半導體裝置100可包括多個形成在半導體基底110前側表面上的感測元件120。在一個實施例中，感測元件可設置于前側表面上并延伸于半導體基底110中。這些感測元件120可分別包括感光區(或光子感應區)，其可為通過如擴散或離子布植的方法形成于半導體基底110內且具有N型及或P型摻質的摻雜區。感光區可具有介于1014～1021原子/每平方厘米的摻雜濃度。感光區可具有對應于相關感測元件10～80％的表面區，因而用于接收抵達其上的照光。感測元件120例如為感測二極管、互補型金屬氧化物半導體(CMOS)影像傳感器、電耦合裝置(CCD)傳感器、有源型像素傳感器、無源型像素傳感器及/或其它經擴散或其它方式形成于基底110中的傳感器。如前所述，感測元件120可包括公知及/或未來發展的影像感測裝置。感測元件120可包括采用感測陣列或其它適當方式所設置的多個像素，其中這些感測像素可具有不同感測方式。舉例來說，這些感測像素可包括部分的CMOS感測像素與部分的無源型傳感器。再者，感測元件120可包括彩色影像傳感器及/或單色影像傳感器。感測元件120還可包括或耦接其它構件，例如一個電子電路構件，并在連接后操作感測元件120并對應照光而產生適當反應。在操作時，半導體裝置100用于接收射向半導體基板110后側表面的光線150，由于不存在有柵極構件與金屬線等會對于光路造成阻礙等對象，因而對于照光而言可得到最大的照射效果。半導體基底110可經由薄化而使得照射于其后側表面的光線有效地抵達感測元件120。
半導體裝置100還可包括形成于半導體基底110前側表面的反光層130。反光層130可設置于形成于半導體基底110上感測元件120之上，用以使得朝向半導體基底110的后側表面的光線以及穿透感測元件120后的光線可經反射而至感測元件120處，因而改善其感測度。經由適當設計與設置，反光層130可使得后側的照射可有效地反射至感測區。在一個實施例中，可使得通過感測區的80％以上之后側照射光可有效地經反射而回照。在一個實施例中，反光層130對于后側照射光具有大體30％以上的反射率。反光層130可具有面對對應感測元件的反射表面，且該反射表面約占對應的相關感測元件表面大體80％以上。反光層130可具有介于50埃至20微米的厚度。反光層130可較為靠近感測元件120，用以最佳化其效率與表現。在一個實施例中，反光層130形成于金屬內連物及/或層間介電層(ILD)中。反光層130可具有連續反射表面以反光后側照射光至多個感測元件120處。或者，反光層130可包括多個反光的分隔/連接構件，其經圖案化并設置于相同膜層或分散設置于不同膜層中。舉例來說，反光層130的一部分可設置于第一金屬層中，而其它部分則可設置于第二金屬層中。在其它范例中，對應于感測區的反射表面可包括一個或一個以上的反射構件。反光層130可包括用于半導體裝置100中的功能元件，例如接觸物、介層物與金屬導線等。這些功能性構件除了其本身功能外，其經由適當設置后則可有效地反射光線。舉例來說，可經由重新設置金屬導線且/或加寬的而無須改變其原始功能。反光層130可包金屬、介電材料、其它工藝/制造用料及/或其組合。反光層130可采用如鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、金屬硅化物或其組合等金屬。或者，反光層130可采用如氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、低介電常數材料、或其組合的介電材料。在一個實施例中，反光層130中的介電層可具有少于2的消光系數。在另一個實施例中，反光層130中的可包括具有彎曲表面反光構件，用以聚焦并有效反射光線。反光層130可包括具有堆疊多重膜層結構的反光構件，例如為包括插入在兩個第二類型膜層間的第一類型膜層的三明治結構。
半導體裝置100可包括形成于半導體基底110與感測元件120之上的多膜層內連物140。多膜層內連物140可沿著反光層130而設置。半導體裝置100還可包括黏附于半導體基底110的背面的透光層(未顯示)，用以機械地支撐半導體裝置100并光學地允許后側照射光通過。半導體裝置100還可包括設置于半導體基底110后側表面的彩色濾光層(未顯示)，用以應用于彩色顯像。再者，半導體裝置100還包括多個微透鏡(未顯示)，其設置于半導體基底110后側表面，或者在使用彩色濾光層時介于彩色濾光層與半導體基底的后側表面間，還或者在使用于半導體基底的后側表面與彩色濾光層之上，以使得后側照光可聚焦至感測區。反光層130可通過應用具有較高反射率的材料及/或采用堆疊型多膜層結構以更加改善其反射率。堆疊型多膜層結構可經過設計與設置，使得其中個別膜層的厚度與反射系數皆經過良好調整而使得來自不同膜層的反射光可建設性地干涉并因而加強反射光。個別膜層的反射系數需經過仔細的挑選或調較以最大化來自于堆疊型多膜層結構的反射。反光層130可通過多種工藝所制成，并可通過整合如雙鑲嵌工藝的傳統制成技術所制成。反光層130的制作方法例如為化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、原子層沉積法、電鍍法、旋轉涂布法、以及其它適當程序。上述方法也可搭配如研磨/平坦化、蝕刻、光刻以及熱工藝等其它工藝一起應用。值得注意的，可最佳化所采用工藝步驟的配方而得到所期望的反射系數與厚度。
請參照圖2，顯示了依據本發明的另一個實施例的設置有多個后側照光傳感器的半導體裝置200。半導體裝置200可包括半導體基底110、如感測元件120a、120b與120c的多個感測元件120，以及如彩色濾光層與微透鏡等大體相似于半導體裝置100中所應用構件的其它適當構件。
半導體裝置200包括多膜層內連物140與反光層130。多膜層內連物140可包括至少一內連物層。舉例來說，圖2所示的多膜層內連物包括兩個金屬層，例如第一金屬層142以及第二金屬層144。第一金屬層142包括導線構件142a與142b，而第二金屬層144則包括導線構件144a、144b與假(dummy)金屬構件144c。多膜層內連物140內可設置有垂直介層物(未圖示)并將其連接于第一金屬層142與半導體基底110之間。多膜層內連物140內還可設置有垂直介層物(未圖示)并將的連接于不同金屬膜層間，例如連接于第一金屬層142與第二金屬層144之間。除了作為一般電性連接用途之外，多膜層內連物140也可設計并作為部分的反光層130。舉例來說，導線構件142a可于設置并加寬它，以有效地反射后側照射光至對應的感測元件120a。在另一個范例中，多膜層內連物140可包括多重金屬構件(形成于同一膜層或不同膜層之中)，例如解說用的導線構件142b與144b，經過設置后其可使得所形成的結合結構(在范例中的142b與144b)可有效地反射后側照射光至對應的感測元件120b。在另一個范例中，多膜層內連物140可包括假結構(dummy structure)，例如假金屬層144c，以使得其或其與其它構件(在本實施例中的142b)的結合可有效地反射后側照射光至對應的感測元件120c。在另一個實施例中，可更額外地采用接觸/介層構件以單獨地或經結合其它構件后用于加強光反射。經過設計，所有反光構件較佳地為緊密靠近于感測區，用以有效地反射光線。
多膜層內連物140可包括公知內連物結構，因而可通過公知方法所制成。在一個實施例中，多膜層內連物140可利用鋁技術所制成。在另一個實施例中，多膜層內連物140可利用銅工藝所制成。應用鋁技術所制成的多膜層內連物140可包括鋁、鋁硅銅合金、鈦、氮化鈦、鎢、金屬硅化物或其組合。應用鋁技術所制成的多膜層內連物可包括多膜層結構。舉例來說，多膜層結構可包括含如鈦/氮化鈦材料的阻障/黏著層以及含鋁合金的鋁膜層。接觸介層構件可包括相似的阻障黏著膜層以及鎢塞。應用鋁技術所制成的多膜層內連物可通過濺鍍、化學氣相沉積或上述方法的組合方法所形成。也可采用如光刻與蝕刻的其它工藝以圖案化用于垂直連接(介層物與接觸物)以及水平連接(金屬導線)的金屬材料。應用銅工藝所制成的多膜層內連物可包括銅、銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、金屬硅化物、鉭鈷磷或其結合。銅工藝所制成的多膜層內連物可采用雙鑲嵌工藝，例如為溝槽先行形成或介層物先行形成的工藝。在上述雙鑲嵌工藝中，則可采用電鍍與化學機械研磨等工藝。
在此，反光層130還可包括用于鄰近結構與半導體工藝用的其它金屬材料。舉例來說，其可為制造半導體裝置200時的所需采用的半導體工藝所應用的適當金屬材料。在多膜層內連物140結構中還可設置有介電材料并填入于介于金屬構件間的空隙中。其所應用的介電材料大體相似于半導體裝置100中所采用的公知層間介電材料。舉例來說，介電材料可包括如碳摻雜氧化硅以及氟摻雜氧化硅的氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電常數材料、或上述材料的組合以及或其它適當材料。
請參照圖3，顯示了依據本發明另一個實施例的具有多個后側照光傳感器的半導體裝置300的剖面圖。半導體裝置300包括半導體基底110、多個感測元件120，例如感測元件120a、120b、與120b，以及如彩色濾光層、微透鏡與內連物等大體相似于半導體裝置200內構件的其它適當構件。
在此，半導體裝置300還包括設置于并整合于層間介電層中的介電反光層130。介電反光層130具有低于半導體基底110的反射率且具有不同于鄰近層間介電層的反射率。介電反光層130可包括如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、低介電常數材料、其它適當介電材料或上述材料的組合等介電材料。介電反光層130可包括多個圖案化的反光表面，例如介電反光構件130a、130b以及130c，及/或具有連續的反光表面，如反光表面130d。介電反光層130可包括堆疊的多膜層結構。堆疊的多膜層結構可經由設計而使得各膜層具有適當厚度與反射率，用以改善反光效果。舉例來說，可經由調整堆疊的多膜層結構的厚度而使得反射光形成建設性干涉。此外，可更可仔細挑選或調整各別膜層的反射率，用以最佳化上述多膜層的反射情形。
此外，也可采用如薄膜光學的公知技術以改善反射效果。在一個實施例中，介電反光層130可具有包括第一介電材料的第一膜層、第二介電材料的第二膜層以及第三介電材料的第三膜層的三明治結構，例如圖3所示的反光構件130a、130b與130c。在另一個實施例中，介電反光層130包括雙膜層結構，例如介電反光層130d。介電反光層130可通過如化學氣相沉積法、物理氣相沉積法、熱氧化法、原子層沉積、旋轉涂布、其它適當工藝或上述方法的組合所形成。也可搭配如化學機械研磨的其它工藝技術。在一個實施例中，可通過化學機械研磨程序的調整以最小化碟盤效應與腐蝕效應，用以產生平坦表面。在另一個實施例中，可通過化學機械研磨程序的調整而產生適度的碟盤效應，用以產生曲化表面而有效且適用于聚焦反射。介電反光層130與多膜層內連物140經結合后可達到最大反射。在一個實施例中，介電反光構件130b與導線構件142b(電性功能導線/接觸物/介層物或假金屬線)經結合而提至對應的感測元件120的反射情形。在另一個實施例中，介電反光構件130c與位于不同階層中的其它介電反光構件130d經結合后可對于對應的感測元件120c提供較佳的反射效果。此外，依據本發明的實施例，也可采用其它用于改善反射的適當結合情形與結合方式。
如前所述，在半導體基底前側上形成感測元件、反光層、保護層與其它結構后可更工藝處理半導體基底110的后側表面。舉例來說，可經由薄化后側表面以使得照射光可有效地抵達感測區。半導體基底厚度的降低可采用化學機械研磨及/或蝕刻等工藝。半導體基底110的后側表面還可由具有足夠厚度與機械強度的透光膜層所保護，用以支撐與保護半導體基底110。
在前述揭示的結構與方法中，在應用上照射光并非限定于可見光束，并可為其它光學光，例如紅外線、紫外線或其它適當射線光束等。如此，經由挑選與設計，反光層130將可有效地反射對應的射線光束。
雖然本發明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發明，任何本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，當可作各種的修改與變更，因此本發明的保護范圍當視所附的權利要求所界定的范圍為準。
權利要求
1.一種后側照光的半導體裝置，包括半導體基底，具有前側表面與后側表面；感測元件，位于該半導體裝置的前側表面上；以及反光層，設置于該半導體基底之上，其中該反光層具有面對該感測元件的反射面，而該反射面大體對應該感測元件80％的表面。
2.根據權利要求1所述的后側照光的半導體裝置，其中該感測元件包括有源型像素傳感器或無源型像素傳感器。
3.根據權利要求1所述的后側照光的半導體裝置，其中該反光層對于后側照射光具有至少30％的反射率。
4.根據權利要求1所述的后側照光的半導體裝置，其中該反光層具有介于50埃～20微米的厚度。
5.根據權利要求1所述的后側照光的半導體裝置，其中該反光層包括金屬或介電材料。
6.根據權利要求5所述的后側照光的半導體裝置，其中該介電材料具有低于2的消光系數。
7.根據權利要求1所述的后側照光的半導體裝置，其中該反光層具有多膜層結構。
8.一種后側照光的半導體裝置，包括半導體基底，具有前側表面與后側表面；感測元件，位于該半導體基底的前側表面上，其中該感測元件包括感光區；以及反光層，設置于該感測區之上，其中該反光層反射光線至該感光區。
9.根據權利要求8所述的后側照光的半導體裝置，其中該感光區具有介于1014～1021原子/每平方厘米的摻雜濃度。
10.根據權利要求8所述的后側照光的半導體裝置，其中該感光區大體對應該感測元件的像素區的10～80％。
11.根據權利要求8所述的后側照光的半導體裝置，其中該感光區包括N型摻雜區或P型摻雜區。
全文摘要
一種后側照光的半導體裝置，包括半導體基底，具有前側表面與后側表面；感測元件，位于該半導體裝置的前側表面上；以及反光層，設置于該感測元件之上，設置于該半導體基底之上，其中該反光層具有面對該感測元件的反射面，而該反射面大體對應該感測元件80％的表面，其中該反光層用以反射朝向該后側表面以及穿透該感測元件的光線。因此，本發明的后側照光的半導體裝置中的反光層可反射照射透過該感測元件區域的光線80％以上，反光層也可反射至少照射于其上的光線30％以上。
文檔編號H01L31/0216GK1897287SQ200610100018
公開日2007年1月17日 申請日期2006年6月29日 優先權日2005年6月30日
發明者許慈軒, 伍壽國, 楊敦年 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司