背照式图像传感器及其形成方法与流程

1.本发明涉及涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，尤其涉及一种背照式图像传感器及其形成方法。


背景技术：

2.目前，cmos图像传感器广泛应用于手机、数码相机、医疗器械、汽车电子、安防监控等多个领域。cmos图像传感器的像元结构也经历了从以往的前照式像元结构往背照式像元结构发展的趋势，现在背照式像元结构基本成为了主流。因为前照式结构，入射光线需要穿过金属互连层及介质层，之后才能到达感光区，入射光在此过程中受到了一定程度的损失。而背照式像元结构入射光可以直接进入到感光区，中间几乎无任何损失，填充因子基本可以达到百分之百，极大的提高了灵敏度性能。
3.在图像传感器中主要存在两种形式的串扰，分别是光学串扰及电子串扰。光串扰主要是由于光线入射到相邻的像素引起的。电子串扰是指电子扩散或漂移到其他像素引起。现有的技术中常用深沟道隔离来改善电子串扰，用金属栅格隔离改善光学串扰。背照式像元基本结构中金属栅格通过导通结构与硅衬底相连接，为此需要额外增加一张光罩版制作导通结构才能实现将金属栅格与硅衬底相连，进而将电荷导出，工艺步骤增多，导致成本增加。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种背照式图像传感器，用以减少工艺步骤，节约成本及改善图像传感器性能。
5.第一方面，本发明提供一种背照式图像传感器，包括：半导体衬底100，所述半导体衬底具有正表面1001和背表面1002；设于所述半导体衬底100内的浅隔离槽101和感光单元102；设于所述半导体衬底100内的深隔离槽103；覆盖所述半导体衬底的正表面的第一介质层200，所述第一介质层200包括金属互连结构201；覆盖所述半导体衬底100的背表面的第二介质层300，所述第二介质层300包括金属栅格301和导通结构500，所述导通结构500的一端与金属栅格301导通，另一端与焊盘结构400导通；焊盘结构400，贯穿所述半导体衬底100和所述第二介质层300，且与所述金属互连结构201连通。
6.本发明提供的背照式图像传感器的有益效果在于，该结构的工艺步骤相比现有结构能够减少一张光罩版的使用，同时能实现金属栅格电势调节，减少工艺步骤，节约成本及改善图像传感器性能。对连接的焊盘可以自由选择，可以是接地的焊盘，可以是接电势的焊盘，此优点在于可以对金属栅格进行电势调节，有利于改善图像传感器性能。
7.可选地，金属栅格301在所述第二介质层300围成对应于所述光电二极管的开口。金属栅格301，主要用于改善光学串扰。
8.可选地，导通结构500的宽度不超过金属栅格301的最大尺寸。
9.可选地，所述第一介质层还包括外围电路202，所述外围电路202用于实现信号传
输或信号处理。
10.可选地，所述深隔离槽(103)和所述浅隔离槽(101)位于不同的所述感光单元(102)之间，用于隔离不同的所述感光单元(102)，所述深隔离槽103在所述浅隔离槽101的竖直方向，且与所述浅隔离槽101之间可以存在空隙，也可以相接。深隔离槽103用于改善电学串扰。
11.第二方面，本发明提供一种背照式图像传感器的形成方法，该方法包括如下步骤：提供半导体衬底100，所述半导体衬底具有正表面和背表面；形成位于所述半导体衬底(100)内的浅隔离槽(101)和感光单元(102)，所述浅隔离槽(101)和感光单元(102)接触半导体衬底(100)的正表面(1001)；形成位于所述半导体衬底(100)内的深隔离槽(103)，所述深隔离槽(103)接触半导体衬底(100)的背表面(1002)；形成覆盖所述半导体衬底的正表面的第一介质层200；形成位于所述第一介质层200的金属互连结构201；形成覆盖所述半导体衬底100的背表面的第二介质层300；通过图形化和淀积金属，形成位于所述第二介质层300的金属栅格301；形成位于所述第二介质层300的导通结构500和焊盘结构400，所述导通结构500的一端与金属栅格301导通，另一端与焊盘结构400导通；所述焊盘结构400贯穿所述半导体衬底100和所述第二介质层300，且与所述金属互连结构201连通。
12.本发明提供的背照式图像传感器的形成方法有益效果在于，该工艺步骤相比现有结构能够减少一张光罩版的使用，同时能实现金属栅格电势调节，减少工艺步骤，节约成本及改善图像传感器性能。对连接的焊盘可以自由选择，可以是接地的焊盘，可以是接电势的焊盘，此优点在于可以对金属栅格进行电势调节，有利于改善图像传感器性能。
13.可选地，所述形成位于所述第二介质层300的导通结构500和焊盘结构400，包括：通过图形化形成贯穿所述半导体衬底(100)和所述第二介质层(300)的第一沟槽，且与所述半导体衬底(100)的正表面(1001)接触；
14.通过图形化形成第二沟槽，所述第二沟槽的第一部分位于所述第一介质层(200)，且与金属互连结构(201)的第一层金属互连层接触，所述第二沟槽的第二部分位于所述第二介质层(300)且与金属栅格(301)相接触；
15.通过淀积填充所述第一沟槽和第二沟槽，并在所述第二介质层300表面形成金属层；对所述金属层进行图形化，形成第二介质层300的导通结构500和焊盘结构400。
16.可选地，所述形成位于所述半导体衬底100内的深隔离槽103，包括：通过对所述半导体衬底背表面进行图形化形成位于所述半导体衬底100内的深隔离槽103。
17.可选地，所述形成位于所述第二介质层300的金属栅格301，包括：通过淀积及图形化形成位于所述第二介质层300的金属栅格301。
18.可选地，通过多晶硅的淀积、图形化刻蚀形成位于所述第一介质层200正表面的外围电路202，所述外围电路202用于实现信号传输或信号处理。
19.本发明提供的形成方法的有益效果可以参见上述结构部分的描述，综上可见，该背照式图像传感器不但能减少光罩版的使用，同时能实现金属隔离栅电势调节，减少工艺步骤，节约成本及改善图像传感器性能。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使
用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1a和图1b为现有技术提供的一种图像传感器结构的形成方法示意图；
22.图2为本发明实施例提供的一种图像传感器结构示意图；
23.图3为本发明实施例提供的一种图像传感器的形成方法流程示意图；
24.图4为本发明实施例提供的图像传感器的各个工艺制备阶段示意图。
25.元件标号说明
26.100半导体衬底
27.1001半导体衬底的正表面
28.1002半导体衬底的背表面
29.101浅隔离槽
30.102感光单元
31.103深隔离槽
32.200第一介质层
33.201金属互连结构
34.202外围电路
35.300第二介质层
36.301金属栅格
37.400焊盘结构
38.500导通结构
具体实施方式
39.目前来说，已有的一种背照式图像传感器的形成方法如图1a和图1b所示。图1a中(a)所示的结构中包括位于半导体衬底正表面的浅隔离槽101、感光单元102(如光电二极管(photo diode，pd))、其他晶体管(图中未示出)、金属互连结构201，以及位于半导体衬底背表面的深隔离槽103，上述背照式图像传感器的形成过程不再通过图例一一示出。
40.基于此结构的工艺器件，进一步通过第一图形化，形成沟槽a，如图1a中(a)所示。接着，通过第二图形化，形成沟槽b，如图1中(b)所示。然后，对沟槽a和沟槽b进行金属淀积，如图1a中(c)所示，然后经过第三图形化，同时形成导通结构500和金属栅格301，导通结构500与金属栅格301导通，如图1a中(d)所示。
41.之后，通过如图1b中(e)所示的第四图形化，形成沟槽c。经过第五图形化形成沟槽d，如图1b中(f)所示，再经过图1b中(g)所示的金属淀积和图1b中(e)所示第六图形化形成图1b中(f)所示焊盘400。可见图1中共经历了六次刻蚀才形成图像传感器件。
42.为了减少工艺步骤，节约成本及改善图像传感器性能，本发明提供一种新的背照式图像传感器的制作方法，该方法在实现将导通结构500与半导体衬底100相连接的前提下，节省光罩版制作，而且还可以对金属栅格进行电势调节。
43.为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也
涵盖在本发明的保护范围内。
44.需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
45.根据本发明的发明目的，本发明提供一种背照式图像传感器，如图2所示，包括：
46.半导体衬底100，所述半导体衬底具有正表面1001和背表面1002。
47.设于所述半导体衬底100内的浅隔离槽101和感光单元102，且所述浅隔离槽101和感光单元102接触半导体衬底100的正表面1001。
48.设于所述半导体衬底100内的深隔离槽103，且所述深隔离槽103接触半导体衬底100的背表面1002。
49.覆盖所述半导体衬底的正表面的第一介质层200，所述第一介质层200包括金属互连结构201。
50.覆盖所述半导体衬底100的背表面的第二介质层300，所述第二介质层300包括金属栅格301和导通结构500，所述导通结构500的一端与金属栅格301导通，另一端与焊盘结构400(pad)导通。可选地，金属栅格301在所述第二介质层300围成对应于所述光电二极管的开口，改善光学串扰。所述深隔离槽103和所述浅隔离槽101位于不同的所述感光单元102之间，用于隔离不同的所述感光单元102，所述深隔离槽103在所述浅隔离槽101的竖直方向，且与所述浅隔离槽101之间可以存在空隙也可以相接。深隔离槽103用于改善电学串扰。
51.可选地，导通结构500的宽度不超过金属栅格301的最大尺寸。
52.焊盘结构400，贯穿所述半导体衬底100和所述第二介质层300，且与所述金属互连结构201连通。焊盘结构400和导通结构500材料可以是金属、金属化合物或金属硅化物中的任意一种或多种。
53.可选地，第一介质层还包括外围电路202、电容和驱动电路等(图中未示出)，所述外围电路202用于实现信号传输或信号处理。一种可能的设计方案中，外围电路202可以是传输晶体管、复位晶体管、行选晶体管及源跟随器晶体。
54.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面进一步结合图3示出了一种背照式图像传感器结构的形成方法流程示意图，本发明中，感光单元102可以形成在存储节点304的凹槽结构完成之后，也可以形成于凹槽结构形成之前。下文以感光单元形成于凹槽结构形成之后为例进行说明，图4中的各个图分别示出了该示例下各个工艺制备阶段的阶段性成果示意图。
55.参见图3，本发明实施例提供的背照式图像传感器结构的形成方法包括如下步骤：
56.s301，提供半导体衬底100，所述半导体衬底具有正表面1001和背表面1002。
57.如图4所示，半导体衬底100可以是n型或p型硅衬底。所述半导体衬底202的材料包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟中的一种或多种组合，所述半导体衬底100还可以为绝缘体上的硅半导体衬底或者绝缘体上的锗半导体衬底。
58.s302，形成位于所述半导体衬底100内的浅隔离槽101和感光单元102，所述浅隔离槽101和感光单元102接触半导体衬底100的正表面1001。
59.可选地，多晶硅303可以是氮化硅、碳化硅、氮氧化硅或碳氮化硅中的任意一种或多种。可选地，采用离子注入工艺对所述半导体衬底100进行离子注入形成所述感光单元
102，离子注入工艺的注入能量可以为为120kev～200kev，感光单元102可以为光电二极管。
60.s303，形成位于所述半导体衬底100内的深隔离槽103，所述深隔离槽103接触半导体衬底100的背表面1002。
61.可选地，通过对所述半导体衬底100进行图形化形成位于所述半导体衬底100内的深隔离槽103。
62.s304，形成覆盖所述半导体衬底的正表面1001的第一介质层200。
63.s305，形成位于所述第一介质层200的金属互连结构201。
64.需要说明的是，金属互连结构201的层数不局限于示意图4中所示意的三层，可以是更多或者更少的层。
65.可选地，还包括s306，通过多晶硅的淀积、图形化刻蚀形成位于所述第一介质层200的正表面1001的外围电路202。所述外围电路202用于实现信号传输或信号处理。
66.s307，形成覆盖所述半导体衬底100的背表面1002的第二介质层300。
67.s308，形成位于所述第二介质层300的金属栅格301。
68.示意性地，如图4中的(a)所示，通过一次图形化和金属淀积在第二介质层300形成金属栅格301。
69.s309，形成位于所述第二介质层300的导通结构500和焊盘结构400。
70.该步骤中，一种可能的实现，如图4中的(b)所示，通过一次图形化形成贯穿所述半导体衬底100和所述第二介质层300的第一沟槽。如图4中的(c)所示，通过一次图形化形成第二沟槽，即刻穿所述第二介质层300直至与金属互连结构201的第一层金属互连层接触，也就是说所述第二沟槽的第一部分位于所述第二介质层300中，且与金属互连结构201的第一层金属互连层接触，所述第二沟槽的第二部分位于所述第二介质层300，且与金属栅格301相接触。如图4中的(d)所示，通过淀积填充所述第一沟槽和第二沟槽，并在所述第二介质层(300)表面形成金属层。对所述第二介质层300表面的金属层进行一次图形化，如图4中的(e)所示，形成第二介质层300的导通结构500和焊盘结构400。导通结构500的一端与金属栅格301导通，另一端与焊盘结构400导通；所述焊盘结构400贯穿所述半导体衬底100和所述第二介质层300，且与所述金属互连结构201连通。
71.另外，本实施例还可以对光罩版进行结构优化设计，在工艺上根据前端第一层金属m1201所在介质层的厚度，对导通结构500所在介质层的厚度进行调节，实现焊盘与m1的导通以及导通结构500与金属栅格的导通。因为前端金属m1所在介质层与导通结构500介质层的组成成分基本相同，所以刻蚀工艺上不会额外增加工艺难度，且刻蚀工艺调节易于实现。
72.可见，图4所示的该结构上述工艺步骤包括四步图形化，相比图1所示的结构形成方法中的六步图形化，能够减少两张光罩版的使用，同时能实现金属栅格电势调节，减少工艺步骤，节约成本及改善图像传感器性能。对连接的焊盘结构400可以自由选择，可以是接地的焊盘(pad)，可以是接电势的焊盘(pad)，此优点在于可以对金属栅格进行电势调节，有利于改善图像传感器性能。
73.以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
74.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
75.对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。