背照式图像传感器及其制作方法与流程

1.本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种背照式图像传感器及其制作方法。


背景技术：

2.cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器的像素之间存在一定程度的电子串扰及光学串扰。电子串扰是指电子扩散或飘逸到其他像素引起的，光学串扰主要是由于光线入射到相邻的像素引起的。针对光学串扰，现有的背照式图像传感器技术中通常采用增加深隔离沟槽和金属格栅来进行改善。
3.在现有的背照式图像传感器中，通常在深隔离沟槽内填充钨形成深沟槽隔离结构之后，再沉积氧化层覆盖所述深沟槽隔离结构，之后再沉积铝层进行刻蚀形成金属格栅，该制作方法会导致金属格栅的挡光性能不佳，进而导致背照式图像传感器的性能不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器及其制作方法，提高金属格栅的挡光性能，进而改善背照式图像传感器的光学串扰问题，提高背照式图像传感器的性能。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式图像传感器的制作方法，包括以下步骤：
6.提供一衬底，所述衬底包含像素区和非像素区，且所述衬底内形成有位于所述像素区的多个像素电极和位于所述非像素区的多个金属互连层；
7.在所述衬底的像素区内形成多个深隔离沟槽，在所述衬底的非像素区内形成多个第一开口，所述深隔离沟槽位于所述像素电极的上方，所述第一开口位于所述金属互连层的上方；
8.在所述第一开口底部形成第二开口，所述第二开口暴露出部分所述金属互连层；
9.依次形成第一金属材料层与第二金属材料层，所述第一金属材料层填满所述深隔离沟槽与所述第二开口，填充所述第一开口的侧壁及底部，并覆盖所述衬底，所述第二金属材料层覆盖所述第一金属材料层；
10.刻蚀所述第二金属材料层，在所述第一开口内形成金属焊盘；以及
11.刻蚀所述第一金属材料层，在所述像素区内形成深沟槽隔离结构以及位于所述深沟槽隔离结构之上且与所述深沟槽隔离结构相连接的金属格栅，保留所述非像素区内的所述第一金属材料层作为格栅焊盘连接层，靠近所述非像素区的所述金属格栅通过所述格栅焊盘连接层与所述金属焊盘相连接，所述金属焊盘通过所述格栅焊盘连接层与所述金属互连层相连接。
12.可选的，在所述衬底的像素区内形成多个深隔离沟槽，在所述衬底的非像素区内形成多个第一开口的方法包括：
13.形成第一光刻胶层在所述衬底上，图形化所述第一光刻胶层以形成图形化的第一光刻胶层；
14.以图形化的所述第一光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底，在所述非像素区形成多个第一开口，每个所述第一开口位于每个所述金属互连层上方；
15.去除图形化的所述第一光刻胶层；
16.形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶层覆盖所述衬底并填充所述第一开口；图形化所述第二光刻胶层以形成图形化的第二光刻胶层；
17.以图形化的所述第二光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底，在所述像素区形成多个深隔离沟槽，每个所述深隔离沟槽位于每个所述像素电极上方；以及
18.去除图形化的所述第二光刻胶层。
19.可选的，在形成所述第一开口和所述深隔离沟槽之后，在形成所述第二开口之前，所述制作方法还包括：
20.形成介电层，所述介电层覆盖所述第一开口和所述深隔离沟槽的侧壁和底部，并覆盖所述衬底；以及
21.形成保护层在所述介电层上，所述保护层覆盖所述第一开口和所述深隔离沟槽的侧壁和底部。
22.可选的，刻蚀所述第二金属材料层，在所述第一开口内形成金属焊盘的方法包括：
23.形成第三光刻胶层在所述第二金属材料层上，图形化所述第三光刻胶层以形成图形化的第三光刻胶层，图形化的所述第三光刻胶层暴露出所述第一开口内的部分所述第二金属材料层；以及
24.以图形化的所述第三光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二金属材料层以形成所述金属焊盘，所述金属焊盘的侧壁与所述第一开口侧壁上的所述第一金属材料层之间具有间隔。
25.可选的，在刻蚀所述第二金属材料层之后，在刻蚀所述第一金属材料层之前，所述方法还包括：
26.形成硬掩膜层，所述硬掩膜层覆盖所述第一金属材料层与所述金属焊盘。
27.可选的，形成深沟槽隔离结构和所述金属格栅的方法包括：
28.形成第四光刻胶层在所述硬掩膜层上，图形化所述第四光刻胶层以形成图形化的第四光刻胶层，图形化的所述第四光刻胶层暴露出相邻所述浅隔离沟槽之间的区域；
29.以图形化的所述第四光刻胶层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层以形成图形化的硬掩膜层；
30.去除图形化的所述第四光刻胶层；以及
31.以图形化的所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一金属材料层至暴露出所述保护层，以在所述像素区内形成深沟槽隔离结构以及位于所述深沟槽隔离结构之上且与所述深沟槽隔离结构相连接的金属格栅。
32.可选的，形成所述深沟槽隔离结构与所述金属格栅之后，所述方法还包括：
33.形成第五光刻胶层，所述第五光刻胶层覆盖图形化的所述硬掩膜层与暴露出的所述保护层；
34.图形化所述第五光刻胶层以形成图形化的第五光胶层，图形化的所述第五光刻胶层暴露出所述金属焊盘所在区域；
35.以图形化的所述第五光刻胶层为掩膜，刻蚀图形化的所述硬掩膜层以暴露出所述金属焊盘；以及
36.去除图形化的所述第五光刻胶层。
37.可选的，所述第一金属材料层的材料包含钨，所述第二金属材料层的材料包含铝，所述介电层的材料包含高介电常数材料，所述保护层的材料包含氧化硅，所述硬掩膜层的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。
38.可选的，形成所述深隔离沟槽结构、所述金属格栅以及以及所述格栅焊盘连接层之后，所述制作方法还包括：在所述像素区内形成彩色滤膜，所述彩色滤膜位于所述金属格栅之间并覆盖所述金属格栅。
39.相应的，本发明还提供一种背照式图像传感器，采用如上所述的背照式图像传感器的制作方法制作而成。
40.本发明提供的背照式图像传感器及其制作方法中，形成深沟槽隔离结构与金属格栅相连接的连体式结构，提高了金属格栅的挡光性能，进而改善了背照式图像传感器的光学串扰问题，提高了背照式图像传感器的性能。同时，本发明通过格栅焊盘连接层将金属格栅与金属焊盘相连接，对连接的金属焊盘可以自由选择，可以是接地的金属焊盘，也可以是接电势的金属焊盘，从而可以对所述金属格栅进行电势调节，进一步改善背照式图像传感器的性能。
41.进一步的，采用钨作为金属格栅，与现有技术中采用铝作为金属格栅相比，进一步提高了金属格栅的挡光性能，从而进一步提高了背照式图像传感器的性能。
附图说明
42.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。
43.图1是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的流程图。
44.图2至图11是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的各步骤结构示意图。
45.图12是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的俯视图。
46.附图标记：
47.100-衬底；101-像素电极；102-金属互连层；103-第一开口；104-深隔离沟槽；105-介电层；106-保护层；107-第二开口；108-第一金属材料层；109-第二金属材料层；110-金属焊盘；111-硬掩膜层；112-深沟槽隔离结构；113-金属格栅；114-图形化的硬掩膜层；115-第三开口；116-格栅焊盘连接层；117-彩色滤膜。
具体实施方式
48.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
49.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此
外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
50.图1是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的流程图。
51.如图1所示，所述背照式图像传感器的制作方法包括以下步骤：
52.s1：提供一衬底，所述衬底包含像素区和非像素区，且所述衬底内形成有位于所述像素区的多个像素电极和位于所述非像素区的多个金属互连层；
53.s2：在所述衬底的像素区内形成多个深隔离沟槽，在所述衬底的非像素区内形成多个第一开口，所述深隔离沟槽位于所述像素电极的上方，所述第一开口位于所述金属互连层的上方；
54.s3：在所述第一开口底部形成第二开口，所述第二开口暴露出部分所述金属互连层；
55.s4：依次形成第一金属材料层与第二金属材料层，所述第一金属材料层填满所述深隔离沟槽与所述第二开口，填充所述第一开口的侧壁及底部，并覆盖所述衬底，所述第二金属材料层覆盖所述第一金属材料层；
56.s5：刻蚀所述第二金属材料层，在所述第一开口内形成金属焊盘；
57.s6：刻蚀所述第一金属材料层，在所述像素区内形成深沟槽隔离结构以及位于所述深沟槽隔离结构之上且与所述深沟槽隔离结构相连接的金属格栅，保留所述非像素区的所述第一金属材料层作为格栅焊盘连接层，靠近所述非像素区的所述金属格栅通过所述格栅焊盘连接层与所述金属焊盘相连接，所述金属焊盘通过所述格栅焊盘连接层与所述金属互连层相连接。
58.图2至图11是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的各步骤结构示意图，图12是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的俯视图。接下来，将结合图1与图2～图12对本发明一实施例所提供的背照式图像传感器的制作方法进行详细说明。
59.在步骤s1中，请参照图2所示，提供一衬底100，所述衬底100包含像素区a和非像素区b，且所述衬底100内形成有位于所述像素区a的多个像素电极101和位于所述非像素区b的多个金属互连层102。
60.其中，所述衬底100的材料可以为硅、锗、锗硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等，也可以是绝缘体上硅，绝缘体上锗；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等iii-v族化合物。在本实施例中，所述衬底100的材料优选为硅。
61.所述衬底100包含像素区a和非像素区b，所述非像素区b包围所述像素区a(请参考图12所示)。在所述衬底100内形成有多个像素电极101与多个金属互连层102，所述像素电极101位于所述像素区a内，所述金属互连层102位于所述非像素区b内，图2至图11中仅示出了一个所述金属互连层102。可以采用本领域技术人员公知的制作方法形成所述像素电极101与所述金属互连层102，本发明对此不作赘述。
62.在步骤s2中，请参照图3所示，在所述衬底100的像素区a内形成多个深隔离沟槽104，在所述衬底100的非像素区b内形成多个第一开口103，所述深隔离沟槽104位于所述像素电极101的上方，所述第一开口103位于所述金属互连层102的上方。
63.具体的，首先在所述衬底100的非像素区b内形成多个第一开口103。请参考图2所
示，在所述衬底100的非像素区b内形成所述第一开口103。示例性的，首先，形成第一光刻胶层(未图示)在所述衬底100上，图形化所述第一光刻胶层，例如对所述第一光刻胶层进行曝光与显影，形成图形化的第一光刻胶层，图形化的第一光刻胶层暴露出预定形成第一开口103的区域。接着，以图形化的所述第一光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底100，在所述非像素区b内形成多个第一开口103，每个所述第一开口103均位于每个所述金属互连层102上方，也就是说，所述第一开口103与所述金属互连层102一一对应。最后，去除图形化的所述第一光刻胶层。
64.接着在所述衬底100的像素区a内形成多个深隔离沟槽104。请参考图3所示，首先，形成第二光刻胶层(未图示)，所述第二光刻胶层覆盖所述衬底100并填充所述第一开口103，图形化所述第二光刻胶层，例如对所述第二光刻胶层进行曝光与显影，形成图形化的第二光刻胶层，图形化的所述第二光刻胶层暴露出预定形成深隔离沟槽104的区域。接着，以图形化的所述第二光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底100，在所述像素区a内形成多个深隔离沟槽104，每个所述深隔离沟槽104均位于每个所述像素电极101上方，即所述深隔离沟槽104与所述像素电极101一一对应。最后，去除图形化的所述第二光刻胶层。
65.本实施例中，先形成所述第一开口103，再形成所述深隔离沟槽104。在其他实施例中，也可以先形成所述深隔离沟槽104，再形成所述第一开口103，或者也可以采用其他的方式形成所述第一开口103与所述深隔离沟槽104，本发明对此不作限定。
66.接着，请参考图4所示，形成介电层105，所述介电层105覆盖所述第一开口103和所述深隔离沟槽104的侧壁和底部，并覆盖所述衬底100。本实施例中，所述介电层105的材料包含高介电常数材料，例如氧化铪、氧化铝或氧化钽，可以采用化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)、热氧化、电镀、化学镀或其组合的方法形成所述介电层105。
67.之后形成保护层106在所述介电层105上，所述保护层106覆盖所述介电层105，且所述保护层106仅覆盖所述第一开口103与所述隔离沟槽104的侧壁和底部。本实施例中，所述保护层106的材料包含氧化硅，可以采用化学气相沉积、物理气相沉积等方法形成所述保护层106。
68.在步骤s3中，请参照图5所示，在所述第一开口103底部形成第二开口107，所述第二开口107暴露出部分所述金属互连层102。
69.具体的，可以在所述保护层106上形成掩膜层(例如光刻胶层)，图形化所述掩膜层暴露出所述保护层106上预定形成所述第二开口的区域。接着，以图形化的所述掩膜层为掩膜，依次刻蚀所述保护层106、所述介电层105以及所述衬底100，至暴露出所述金属互连层102。最后，去除图形化的所述掩膜层。
70.所述第二开口107位于所述第一开口103的底部，且所述第二开口107的截面宽度远小于所述第一开口103的截面宽度。
71.在步骤s4中，请参照图6所示，形成第一金属材料层108与第二金属材料层109，所述第一金属材料层108填满所述深隔离沟槽104与所述第二开口107，填充所述第一开口103的侧壁及底部，并覆盖所述衬底100，所述第二金属材料层109覆盖所述第一金属材料层108。
72.所述第一金属材料层108的材料包含钨，所述第二金属材料层109的材料包含铝，
可以采用化学气相沉积、物理气相沉积等方法形成所述第一金属材料层108与第二金属材料层109。
73.在步骤s5中，请参照图7所示，刻蚀所述第二金属材料层109，在所述第一开口103内形成金属焊盘110。
74.具体的，形成第三光刻胶层(未图示)在所述第二金属材料层109上，图形化所述第三光刻胶层以形成图形化的第三光刻胶层，图形化的所述第三光刻胶层暴露出所述第一开口103内的部分所述第二金属层。接着，以图形化的所述第三光刻胶层为掩膜，刻蚀所述第二金属材料层109以形成所述金属焊盘110，所述金属焊盘110的侧壁与所述第一开口103的侧壁上的所述第一金属材料层108之间具有间隔，即所述金属焊盘110只有底部与所述第一金属材料层108相连接。
75.接着，请参考图8所示，形成硬掩膜层111，所述硬掩膜层111覆盖所述第一金属材料层108与所述金属焊盘110，所述硬掩膜层111还填充所述金属焊盘110侧壁上与所述第一金属材料层108之间的间隙。本实施例中，所述硬掩膜层111的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合，所述硬掩膜层111可以为单层，也可以为多层。
76.在步骤s6中，请参照图11所示，刻蚀所述第一金属材料层108，在所述像素区a内形成深沟槽隔离结构112以及位于所述深沟槽隔离结构112之上且与所述深沟槽隔离结构112相连接的金属格栅113，保留所述非像素区b的所述第一金属材料层108作为格栅焊盘连接层116，靠近所述非像素区b的所述金属格栅113通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属焊盘110相连接，所述金属焊盘110通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属互连层102相连接。
77.具体的，首先，请参考图9所示，形成第四光刻胶层(未图示)在所述硬掩膜层111上，图形化所述第四光刻胶层以形成图形化的光刻胶层，图形化的所述第四光刻胶层暴露出相邻所述浅隔离沟槽104之间的区域；以图形化的所述第四光刻胶层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层110以形成图形化的硬掩膜层114；接着，去除图形化的所述第四光刻胶层；接着以图形化的所述硬掩膜层114为掩膜，刻蚀所述第一金属材料层108至暴露出所述保护层106，以在所述像素区a内形成深沟槽隔离结构112以及位于所述深沟槽隔离结构112之上且与所述深沟槽隔离结构112相连接的金属格栅113。
78.接着，请参考图10所示，形成第五光刻胶层(未图示)，所述第五光刻胶层覆盖图形化的所述硬掩膜层114与暴露出的所述保护层106；图形化所述第五光刻胶层以形成图形化的第五光胶层，图形化的所述第五光刻胶层暴露出所述金属焊盘110所在区域；以图形化的所述第五光刻胶层为掩膜，刻蚀图形化的所述硬掩膜层114形成第三开口115，所述第三开口115暴露出所述金属焊盘110；最后去除图形化的所述第五光刻胶层。
79.所述第一金属材料层108填充在所述深隔离沟槽104之内并覆盖所述深隔离沟槽104，形成深沟槽隔离结构112以及位于所述深沟槽隔离结构112之上且与所述深沟槽隔离结构112相连接的金属格栅113。本发明形成深沟槽隔离结构112与金属格栅113相连接的连体式结构，提高了金属格栅113的挡光性能，进而改善了背照式图像传感器的光学串扰问题，提高了背照式图像传感器的性能。进一步的，所述第一金属材料层108的材料包含钨，采用钨作为所述金属格栅113和所述深沟槽隔离结构112，与现有技术中采用铝作为金属格栅相比，进一步提高了金属格栅113的挡光性能，从而进一步提高了背照式图像传感器的性
能。
80.在步骤s6中，仅刻蚀所述像素区b的部分所述硬掩膜层111与所述第一金属材料层108以及所述非像素区b内的部分图形化的所述硬掩膜层114，保留其余区域内的所述第一金属材料层108作为格栅焊盘连接层116，靠近所述非像素区b的所述金属格栅113通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属焊盘110相连接，所述金属焊盘110通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属互连层102相连接。
81.接着，请参考图11所示，在所述像素区a内形成彩色滤膜117，所述彩色滤膜117位于所述金属格栅113之间并覆盖所述金属格栅113。所述彩色滤膜117可以有效提高所述金属格栅113的挡光性能，从而进一步提高了背照式图像传感器的性能。
82.请参考图12所示，在所述非像素区b内形成有多个金属焊盘110，所述金属格栅113可以通过格栅焊盘连接层116与其中一个或几个所述金属焊盘110相连接。与所述金属格栅113连接的金属焊盘110可以接地，也可以接电势，从而可以对所述金属格栅113进行电势调节，以此改善背照式图像传感器的性能。
83.本发明提供的背照式图像传感器及其制作方法中，衬底100包含像素区a和非像素区b，且所述衬底100内形成有位于所述像素区a的多个像素电极101和位于非像素区b的多个金属互连层102；在所述衬底100的像素区a内形成多个深隔离沟槽104，在所述衬底100的非像素区b内形成多个第一开口103，所述深隔离沟槽104位于所述像素电极101上方，所述第一开口103位于所述金属互连层102上方；在所述第一开口103底部形成第二开口107，所述第二开口107暴露出部分所述金属互连层102；依次形成第一金属材料层108与第二金属材料层109，所述第一金属材料层108填满所述深隔离沟槽104与所述第二开口107，填充所述第一开口103的侧壁及底部，并覆盖所述衬底100，所述第二金属材料层109覆盖所述第一金属材料层108；刻蚀所述第二金属材料层109，在所述第一开口103内形成金属焊盘110；刻蚀所述第一金属材料层108，在所述像素区b内形成深沟槽隔离结构112以及位于所述深沟槽隔离结构112之上且与所述深沟槽隔离结构112相连接的金属格栅113，保留所述非像素区b内的所述第一金属材料层108作为格栅焊盘连接层116，靠近所述非像素区b的所述金属格栅113通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属焊盘110相连接，所述金属焊盘110通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属互连层102相连接。
84.本发明形成深沟槽隔离结构112与金属格栅113相连接的连体式结构，提高了金属格栅113的挡光性能，进而改善了背照式图像传感器的光学串扰问题，提高了背照式图像传感器的性能。
85.同时，本发明通过所述格栅焊盘连接层116将所述金属格栅113与所述金属焊盘110相连接，对连接的金属焊盘110可以自由选择，可以是接地的金属焊盘110，也可以是接电势的金属焊盘110，从而可以对所述金属格栅113进行电势调节，进一步改善背照式图像传感器的性能。
86.进一步的，采用钨作为金属格栅113，与现有技术中采用铝作为金属格栅相比，进一步提高了金属格栅113的挡光性能，从而进一步提高了背照式图像传感器的性能。
87.相应的，本发明还提供一种背照式图像传感器，采用如上所述的背照式图像传感器的制作方法制作而成。请参考图11与图12所示，所述背照式图像传感器包括：
88.衬底100，所述衬底100包含像素区a和非像素区b，所述衬底100内形成有位于所述
像素区a的多个像素电极101和位于所述非像素区b的多个金属互连层102；
89.深沟槽隔离结构112，位于所述像素区a的所述衬底100内，所述深沟槽隔离结构112位于所述像素电极101上方；
90.金属格栅113，位于所述像素区a的所述衬底100上，所述金属格栅113位于所述深沟槽隔离结构112上方且与所述深沟槽隔离结构112相连接；
91.金属焊盘110，位于在所述非像素区b的所述衬底100内，所述金属焊盘110位于所述金属互连层102上方，所述金属焊盘110通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属互连层102相连接，且靠近所述非像素区b的所述金属格栅113通过所述格栅焊盘连接层116与所述金属焊盘110相连接。
92.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。