[发明专利]半导体装置及其制作方法

说明书

本公开涉及一种半导体装置，包括光敏元件的阵列和栅格。栅格布置在光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离。栅格包括光学隔离部分和在光学隔离部分上方的电介质部分，电介质部分限定了向开口外侧以一角度倾斜的侧壁。本公开还涉及一种形成半导体装置的方法。

技术领域

本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及一种半导体装置及其制作方法。

背景技术

图像传感器可用于感测辐射(例如，光辐射，包括但局限于可见光、红外线、紫外线等)。对于图像传感器来说，随着像素密度的升高，每个像素的尺寸减小，并且每个像素中的光敏元件接收光信号的面积也会减小，这使得转换得到的光生载流子变少、输出信号变小、信噪比变大。

发明内容

本公开的一个目的是提供一种能够提高了图像传感器的入射光的利用率，并进而提高图像传感器的量子效率、信噪比等的技术。

根据本公开的第一方面，提供了一种半导体装置，包括光敏元件的阵列和栅格。栅格被布置在光敏元件的阵列上，并且对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离。栅格包括光学隔离部分和在光学隔离部分上方的电介质部分，电介质部分限定了向开口外侧以一角度倾斜的侧壁。

根据本公开的一些实施例，电介质部分的顶部的截面为三角形或梯形。

根据本公开的一些实施例，半导体装置还包括填充在栅格的开口内的光学材料。

根据本公开的一些实施例，在光学材料与侧壁之间的界面处，光学材料的折射率大于电介质部分的材料的折射率，并且侧壁的倾斜角度被配置为使得从半导体装置外部入射到该界面上的光线被向光敏元件全反射。

根据本公开的一些实施例，光学隔离部分由不透明材料制成。

根据本公开的一些实施例，栅格还包括覆盖光学隔离部分的侧面的第二电介质部分。

根据本公开的一些实施例，所述电介质部分和所述第二电介质部分由相同的电介质材料制成。根据本公开的一些实施例，所述电介质部分和所述第二电介质部分由不同的电介质材料制成。

根据本公开的一些实施例，电介质部分包括主体部和覆盖部，该覆盖部覆盖主体部的表面，并且覆盖部和主体部由不同的电介质材料制成。

根据本公开的一些实施例，第二电介质部分与电介质部分的主体部和覆盖部中的一个由相同的电介质材料制成，或者第二电介质部分的材料与电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料都不相同，或者第二电介质部分包括电介质部分的主体部和覆盖部二者的材料。

根据本公开的一些实施例，半导体装置还包括微透镜的阵列，其设置在光学材料的上方。

根据本公开的第二方面，提供了一种制作半导体装置的方法，包括：在半导体衬底中形成光敏元件的阵列；和在半导体衬底中的光敏元件的阵列上形成栅格，该栅格对每个光敏元件分别限定了用于接收光的开口，并将每个光敏元件与相邻的光敏元件光学隔离，其中，所述栅格包括光学隔离部分和在光学隔离部分上方的电介质部分，电介质部分限定了向开口外侧以一角度倾斜的侧壁。

根据本公开的一些实施例，在光敏元件的阵列上形成栅格包括：在半导体衬底上形成光学隔离材料层；对光学隔离材料层进行图案化处理，以去除光学隔离材料层在光敏元件上方的部分，从而形成光学隔离部分，该光学隔离部分的图案对应于栅格的图案并且限定了开口；在光学隔离材料层和半导体衬底上形成电介质层；和对所述电介质层进行图案化处理，以去除所述电介质层的在光敏元件上方的部分，保留在光学隔离部分上方的部分并且形成向开口外侧以一角度倾斜的侧壁，从而形成电介质部分。

根据本公开的一些实施例，对所述电介质部分进行的图案化处理使其顶部的截面成为三角形或梯形。