CN103681708A - Bsi芯片中的多金属膜叠层 - Google Patents

Bsi芯片中的多金属膜叠层 Download PDF

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Abstract

一种器件包括：半导体衬底；位于半导体衬底中的黑色参考电路；金属焊盘，位于半导体衬底的正面以及下方；以及第一和第二导电层。第一导电层包括：第一部分，穿过半导体衬底以连接至金属焊盘；以及第二部分，在半导体衬底的背面上形成金属屏蔽层。金属屏蔽层与黑色参考电路对准，并且互连第一部分和第二部分以形成连续区域。第二导电层包括在第一导电层的第一部分上方并与其接触的部分，其中，第一导电层的第一部分和第二导电层的该部分形成第一金属焊盘。介电层位于第一导电层的第二部分上面并与其接触。本发明还提供了BSI芯片中的多金属膜叠层。

Description

BSI芯片中的多金属膜叠层
相关申请的交叉参考
本申请是于2012年9月5日提交并且名称为“Multiple Metal Film Stackin BSI Chips”的申请号为13/604,380的以下共同转让的美国专利申请的部分继续申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明一般地涉及半导体技术领域，更具体地来说，涉及半导体器件及其制造方法。
背景技术
背照式(BSI)图像传感器芯片由于在捕捉光子期间的更高效率而代替前照式传感器芯片。在形成BSI图像传感器芯片时，图像传感器和逻辑电路形成在晶圆的半导体衬底中，随后，在硅芯片的正面上形成互连结构。
BSI图像传感器芯片中的图像传感器响应于光子的激发而生成电信号。电信号(诸如，光-电流)的幅度取决于由相应的图像传感器所接收到的入射光的强度。然而，图像传感器具有非光学生成信号，其包括泄漏信号、热生成信号、暗电流等。从而，通过图像传感器所生成的电信号需要被校准，使得从图像传感器的输出信号消除非期望信号。为了消除非光学生成信号，黑色参考图像传感器被形成并且用于生成非光学生成信号。因此，黑色参考图像传感器防止接收光信号。
黑色参考图像传感器被金属屏蔽层覆盖，该金属屏蔽层形成在半导体衬底的背面上，在该半导体衬底中形成图像传感器。而且，在半导体衬底的背面上还形成背面金属焊盘以用于结合或测试。金属屏蔽层和背面金属焊盘中的每个的形成都包括沉积步骤和图案化步骤。因此，在直接位于图像传感器上方的区域中，当形成金属屏蔽层时实施金属沉积和蚀刻步骤，并且当形成背面金属焊盘时实施金属沉积和蚀刻步骤。可以使用等离子体实施沉积步骤和蚀刻步骤。结果，图像传感器会损坏或劣化。
发明内容
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本发明的一方面，提供了一种器件，包括：半导体衬底；黑色参考电路，位于所述半导体衬底中；金属焊盘，位于所述半导体衬底的正面且位于所述半导体衬底下方；第一导电层，包括：第一部分，穿过所述半导体衬底以连接至所述金属焊盘；和第二部分，在所述半导体衬底的背面上形成金属屏蔽层，所述金属屏蔽层与所述黑色参考电路对准，并且互连所述第一部分和所述第二部分以形成连续区域；第二导电层，包括位于所述第一导电层的第一部分上方并与所述第一导电层的第一部分接触的第一部分，其中，所述第一导电层的第一部分和所述第二导电层的第一部分形成第一金属焊盘；以及介电层，位于所述第一导电层的第二部分上方并与所述第一导电层的第二部分接触。
在该器件中，所述第一导电层进一步包括形成金属网格的第三部分，并且所述第二导电层没有延伸到所述金属网格上方。
在该器件中，所述金属网格电连接至所述第一金属焊盘。
在该器件中，所述金属网格和所述金属屏蔽层形成所述第一导电层的连续区域。
该器件进一步包括：与所述金属网格对准的图像传感器。
该器件进一步包括：***电路；以及所述第一导电层的第三部分，形成与所述***电路重叠的附加金属屏蔽层，所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分形成所述第一导电层的连续区域。
该器件进一步包括：***电路；所述第一导电层的第三部分，形成与所述***电路重叠的附加金属屏蔽层；以及第二金属焊盘，包括：所述第一导电层的第四部分，穿过所述半导体衬底；和所述第二导电层的第二部分，位于所述第一导电层的第四部分上方并与所述第一导电层的第四部分接触，其中，所述附加金属屏蔽层电连接至所述第二金属焊盘并与所述第一金属焊盘断开电连接。
根据本发明的另一方面，提供了一种器件，包括：半导体衬底；金属焊盘，位于所述半导体衬底的正面上且位于所述半导体衬底下方；金属线，位于所述半导体衬底的所述正面；第一导电层，包括：第一部分，穿过所述半导体衬底以连接至所述金属焊盘；第二部分，位于所述半导体衬底上方并与其间隔开；第三部分，形成导电塞，以与所述半导体衬底物理接触，所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分形成所述第一导电层的连续区域；第四部分，穿过所述半导体衬底以连接至所述金属线，所述第四部分与所述第一导电层的第一部分、第二部分和第三部分断开物理连接；以及第二导电层，包括：第一部分，位于所述第一导电层的第一部分上方并与所述第一导电层的第一部分接触，并且与所述第一导电层的第一部分一起形成第一金属焊盘；以及第二部分，位于所述第一导电层的第四部分上方并与所述第一导电层的第四部分接触，并且与所述第一导电层的第四部分一起形成第二金属焊盘，其中，所述第一金属焊盘和所述第二金属焊盘相互电连接。
该器件进一步包括：缓冲氧化物层，位于所述第一导电层的第二部分和所述半导体衬底之间，所述导电塞穿过所述缓冲氧化物层。
该器件进一步包括：p阱区，位于所述半导体衬底中并与所述导电塞接触；硅化物区，位于所述半导体衬底的正面；层间介电层(ILD)，位于所述半导体衬底的所述正面；以及接触塞，位于所述ILD中并且与所述金属线接触，所述第一金属焊盘和所述第二金属焊盘通过所述p阱区、所述硅化物区以及所述接触塞相互电连接。
该器件进一步包括：位于所述半导体衬底中的黑色参考电路，其中，所述第一导电层包括与所述黑色参考电路重叠的部分，并且所述第二导电层没有延伸到所述黑色参考电路上方。
在该器件中，所述第一导电层包括：导电势垒层；含金属层，位于所述导电势垒层上方；以及导电蚀刻停止层，位于所述含金属层上方。
该器件进一步包括有源图像传感器阵列，其中，所述第一导电层延伸到所述图像传感器阵列上方，以形成金属网格。
在该器件中，所述第二导电层不与所述有源图像传感器阵列重叠。
在该器件中，所述第一导电层包括钨，并且所述第二导电层包括铝合金。
根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：形成穿过半导体衬底的第一开口和第二开口；在所述半导体衬底的背面上形成缓冲氧化物层；图案化所述缓冲氧化物层，以形成第三开口；在所述半导体衬底的背面上以及所述缓冲氧化物层上方形成第一导电层，其中，所述第一导电层包括：第一部分和第二部分，延伸到所述第一开口和所述第二开口中，以分别形成第一金属焊盘和第二金属焊盘的下部；以及第三部分，延伸到所述第三开口中，以与所述半导体衬底接触，其中，所述第三部分形成导电塞；在所述第一导电层上方形成第二导电层；实施第一图案化步骤，以去除所述第二导电层的第一部分和第二部分，所述第一导电层被用作蚀刻停止层，其中，所述第二导电层的第一部分与所述导电塞重叠，并且所述第二导电层的第二部分位于图像传感器区中，并且保留部分所述第二导电层以形成所述第一金属焊盘和第二金属焊盘的上部；以及实施第二图案化步骤，以图案化所述图像传感器区中的所述第一导电层从而形成金属网格，其中，在所述第二图案化步骤之后，所述第一导电层的第三部分通过所述第一导电层的未图案化部分连续地连接至所述第一导电层的第一部分，并且与所述第一导电层的第二部分断开连接。
在该方法中，所述半导体衬底包括：p阱区，位于所述半导体衬底中并与所述导电塞接触；硅化物区，位于所述半导体衬底的正面；层间介电层(ILD)，位于所述半导体衬底的正面；以及接触塞，在所述ILD中，所述第二金属焊盘通过所述p阱区、所述硅化物区以及所述接触塞电连接至所述第一金属焊盘。
该方法进一步包括：在所述第二图案化步骤之后，在所述第一导电层和所述第二导电层上方形成介电层；平坦化所述介电层；在所述介电层上方形成滤色器和微透镜；以及在形成所述滤色器和所述微透镜之后，去除所述介电层覆盖所述第一金属焊盘和所述第二金属焊盘的部分。
该方法进一步包括：在所述第二图案化步骤之后且在形成所述介电层之前，探测所述第一金属焊盘和所述第二金属焊盘。
该方法进一步包括：在形成所述滤色器和所述微透镜之后，探测所述第一金属焊盘和所述第二金属焊盘。
附图说明
为了更完整地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下说明书作为参考，其中：
图1至图8是根据一些示例性实施例的在制造金属屏蔽层和背面金属焊盘的中间阶段的截面图，其中，在背照式(BSI)图像传感器芯片中形成金属屏蔽层和背面金属焊盘。
图9至图17是根据一些示例性实施例的制造图像传感器芯片的中间阶段的截面图。
图18示出根据一些实施例的测试结构的俯视图；
图19示出根据一些实施例的图像传感器芯片的俯视图，其中，金属焊盘连接至金属屏蔽层和金属网格(metal grid)；以及
图20示出根据一些实施例的图像传感器芯片的俯视图，其中，第一金属焊盘连接至金属屏蔽层，并且第二金属焊盘连接至金属网格。
具体实施方式
以下详细地论述本发明的实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供多个可以在各种具体环境中实现的可应用发明思想。所论述的具体实施例是示意性的，并且没有限定本发明的范围。
根据多种示例性实施例提供在背照式(BSI)图像传感器芯片中形成金属屏蔽层和背面金属焊盘的多金属薄膜方案。示出了形成金属屏蔽层和背面金属焊盘的中间阶段。论述实施例的变型例。在各个附图和所有的示意性实施例中，类似参考标号用于指定类似的元件。
图1至图8示出了根据一些示例性实施例的制造金属屏蔽层和背面金属焊盘的中间阶段的截面图。图1示出可以是未切割的晶圆22的一部分的图像传感器芯片20。图像传感器芯片20包括半导体衬底26。半导体衬底26可以是晶体硅衬底或由其他半导体材料所形成的半导体衬底。在通篇描述中，表面26A被称为半导体衬底26的正面，并且表面26B被称为半导体衬底26的背面。在半导体衬底26中形成图像传感器24(包括24A和24B)。图像传感器24被配置成将光信号(光子)转换为电信号，并且可以是光敏二极管或光敏MOS晶体管。因此，相应的晶圆22可以是图像传感器晶圆。在一些示例性实施例中，图像传感器24从正面26A延伸到半导体衬底26中。图像传感器24A和24B的结构可以相互相同。
正面互连结构28形成在半导体衬底26上方，并且用于电互连图像传感器芯片20中的器件。正面互连结构28包括：层间介电层(ILD)31、介电层30以及介电层30中的金属线(或焊盘)32和通孔34。虽然附图中未示出，但是在ILD31中形成接触塞。在通篇描述中，相同介电层30中的金属线和金属焊盘32统称为金属层。正面互连结构28包括金属层，该金属层包括M1、M2等，其中，金属层M1是互连结构28的底部金属层。在一些示例性实施例中，介电层30中的下层由具有例如小于约3.0的低k值的低k介电材料形成。例如，介电层30中的上层可以由低k介电材料或k值大于3.9或大于约4.5的非低k介电材料形成。在互连结构28上方形成钝化层38。钝化层38可以由k值大于3.9的非低k介电材料形成。在一些实施例中，钝化层38包括氧化硅层和氧化硅层上的氮化硅层。
图像传感器芯片20包括有源图像传感器像素区域100和区域200。区域200包括黑色参考像素区和***电路区，其中，黑色参考电路区和***电路区还被示出为图19和图20中的区域428和430。有源图像传感器像素区100包括形成在其中的有源图像传感器24A，该有源图像传感器24A用于通过感测到的光生成电信号。虽然未示出图像传感器24A的具体细节，但是可以存在形成有源图像传感器像素阵列的多个图像传感器24A，其中，整个有源图像传感器像素阵列位于有源图像传感器像素区100中。区域200中的黑色参考像素区包括形成在其中的黑色参考图像传感器24B，该黑色参考图像传感器24B用于生成参考黑色电平信号。***区域包括用于处理像素信号的逻辑器件。类似地，虽然未示出图像传感器24B的具体细节，但是可以存在形成黑色电平参考像素阵列的多个图像传感器24B。整个黑色电平参考像素阵列位于区域200中。
图像传感器芯片20进一步包括金属焊盘区300，其中，形成背面金属焊盘。在一些示例性实施例中，在金属焊盘区300中形成浅沟槽隔离(STI)区40。在可选实施例中，可能不存在在所示金属焊盘区300中所形成的STI区。STI区40可以从半导体衬底26的正面26A延伸到半导体衬底26中。而且，金属焊盘32A位于金属焊盘区300中。金属焊盘32A可以位于互连结构28的任何金属层中，诸如，金属层M1、金属层M2等。
接下来，参考图2，上下翻转晶圆22，并且晶圆22的正面通过粘合剂45附接至载体43。因此，图1所示的每个部件的顶面变为图2中的底面，并且反之亦然。在翻转之后，半导体衬底26面朝上。然后实施背面研磨以减薄半导体衬底26，例如直到晶圆22的厚度小于约30μm或者小于约5μm。标记所得到的半导体衬底26的背面26B。由于半导体衬底26具有很小的厚度，光可以从背面26B进入半导体衬底26，以到达图像传感器24A。
在减薄的步骤之后，在半导体衬底26的背面26B上形成底部抗反射涂层(BARC)42。在一些实施例中，BARC42包括氮氧化硅(SiON)，但是可以使用其他材料。然后，如图3所示，BARC42用于蚀刻半导体衬底26，使得形成开口46。在蚀刻步骤中，BARC42用于减少从半导体衬底26的反射的效果。在STI区40位于金属焊盘区300中的实施例中，所得到的开口穿过STI区40，STI区40的剩余部分环绕开口46。在蚀刻半导体衬底26和STI区40之后，如图4所示，继续蚀刻，以蚀刻诸如ILD31的介电层，直到到达金属焊盘32A。
图4还示出缓冲氧化物层48的形成和图案化。例如，缓冲氧化物层48可以由氧化硅形成，但是可以使用其他介电材料。缓冲氧化物层48的厚度可以介于约
Figure BDA00003348046200071
和约
Figure BDA00003348046200072
之间。在缓冲氧化物层48的图案化之后，去除缓冲氧化物层48位于开口46的底部处的部分，并且缓冲氧化物层48的侧壁部分保留在开口46的侧壁上。
图4还示出第一导电层56、以及第一导电层56上方的第二导电层58的形成。第一导电层56和第二导电层58具有足够高的蚀刻选择性，使得在导电层58的随后图案化中，导电层56可以用作蚀刻停止层。在一些示例性实施例中，导电层56包括势垒/粘合层50、势垒/粘合层50上方的含金属层52以及含金属层52上方的导电蚀刻停止层54。含金属层52可以包括钨、钨合金、铝、铜、铝铜合金(AlCu)等。在这些实施例中，蚀刻停止层54具有适当蚀刻选择性，并且用于停止导电层58的蚀刻。在一些示例性实施例中，势垒/粘合层50包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、或它们的多层。导电蚀刻停止层54可以包括钛、氮化钛、钽、氮化钽、铝、铜、镍、钨和/或与导电层58具有足够蚀刻选择性的其他金属材料。势垒/粘合层50的厚度可以介于约
Figure BDA00003348046200081
和约
Figure BDA00003348046200082
之间。含金属层52的厚度可以在约
Figure BDA00003348046200083
和约
Figure BDA00003348046200084
之间。导电蚀刻停止层54的厚度可以介于约
Figure BDA00003348046200085
和约
Figure BDA00003348046200086
之间。应该理解，在通篇描述中所述的尺寸仅为实例，并且可以被改变为不同值。
在图4所示的示意性实施例中，导电层56包括三层。在可选实施例中，导电层56是单层、双层或者可以包括三个以上的层。例如，导电层56可以是由选自钛、氮化钛、钽、氮化钽等的材料形成的单层。单层可以具有与金属焊盘32A接触的底面、以及与含导电层58接触的其顶面。在这些实施例中，单层的厚度可以接近示例性层50、52和54的总厚度。可选地，导电层56可以包括：由钛、氮化钛、钽、氮化钽等所形成的底层以及由选自与导电蚀刻停止层54的候选材料相同的材料形成的上层。在这些实施例中，底层的厚度可以等于层50和52的总厚度，或者可选地，底层和顶层的厚度可以相互接近，其中，底层和顶层的总厚度接近层50、52和54的总厚度。
导电层58可以由AlCu形成，但是可以使用其他金属材料和合金。例如，导电层58的厚度可以介于约
Figure BDA00003348046200087
和约
Figure BDA00003348046200088
之间。在形成导电层58之后，形成包括例如SiON的BARC层60。
接下来，参考图5，实施图案化步骤，以从有源图像传感器像素区域100和区域200去除导电层58的部分。保留导电层58位于金属焊盘区300中的部分。在图案化步骤中，导电层56(例如，导电层56中的蚀刻停止层54)用作蚀刻停止层，并且不蚀刻导电层56(包括蚀刻停止层54)，但是稍微过蚀刻会导致蚀刻停止层54的减薄。
参考图6，形成附加BARC层62。在器件区100和200中，在导电层54上形成BARC层62。在器件区300中，BARC层62形成在BARC层60的剩余部分上，并且器件区300中的所得到的组合BARC层此后被称为BARC层60/62。
图7示出了导电层56的进一步图案化，其中，BARC层62用于减少从导电层56的反射的影响。可以实施蚀刻，直到暴露缓冲氧化物层48或BARC层42。在图案化步骤中，防止蚀刻区域200和金属焊盘区300，并且不蚀刻其中的多层。将导电层56在器件区200中的剩余部分用作金属屏蔽(此后被称为金属屏蔽层57)。金属屏蔽层57用于阻挡通过黑色参考图像传感器24B以其他方式接收的光。在一些实施例中，保留导电层56在有源图像传感器像素区100中的一些部分，以形成金属网格66。蚀刻导电层56在金属网格66之间的部分以形成开口68。有源图像传感器24A与金属网格66之间的开口68对准。在可选实施例中，去除器件区100中的整个导电层56。
图8示出钝化层70的形成。在一些实施例中，例如，钝化层70包括氧化硅层和氧化硅层上方的氮化硅层，但是可以使用其他材料。图案化钝化层70，并且钝化层70的剩余部分保护器件区100和200，并且去除器件区300的钝化层70，使得暴露导电层58。而且，还从器件区300去除BARC层60和62的一些部分。在器件区300中，其中的导电层58和56的一部分共同用作背面金属焊盘72，该背面金属焊盘72电连接至金属焊盘32A。背面金属焊盘72可以用于将BSI芯片20接合至其他器件或芯片，或者可以用于在芯片20的测试中进行探测。
在随后工艺中，形成包括滤色器(未示出)、微透镜(未示出)等的BSI芯片20的剩余部件。滤色器和微透镜中的每个都可以与有源图像传感器24A中的一个对准。因此，有源图像传感器24A可以接收被过滤的光。
在实施例中，在图案化下面的金属层56之前，沉积导电层58。然后，从器件区100和200去除导电层58位于器件区200中的部分。在导电层58的形成和图案化中，由于还没有图案化导电层56，所以通过导电层56来保护图像传感器24以防止损坏，通过导电层58的沉积和蚀刻中的等离子体会导致其损坏。而且，由于在导电层58的图案化期间没有暴露缓冲氧化物层48，并且当图案化导电层56时最多被蚀刻一次，所以可以减小缓冲氧化物层48的厚度而没有关注被过蚀刻。减小缓冲氧化物层48的厚度导致由缓冲氧化物层48导致的阶梯高度的期望减小。阶梯高度的减小有益于微透镜和滤色器的随后形成。
图9至图17示出根据可选实施例的BSI图像传感器芯片20(以及各个晶圆22)的形成的中间阶段的截面图。除非另外指出，否则这些实施例中的部件的材料和形成方法与在图1至图8所示的实施例中的类似参考标号指定的类似部件基本相同。因此，可以在图1至图8所示的实施例的论述中找到关于在图9至图17所示的部件的形成工艺和材料的具体细节。
参考图9，形成为晶圆22的一部分的图像传感器芯片20的初始结构。图像传感器芯片20包括有源图像传感器像素区100，该有源图像传感器像素区100包括其中的有源图像传感器24A。图像传感器芯片20还包括金属焊盘区300和衬底连接区400。虽然在图9中未示出，但是如图19和图20的428所示，图像传感器20还包括包含在其中的黑色参考图像传感器的黑色参考电路。黑色参考图像传感器可以基本与图8中的24B相同。
在衬底26以及衬底连接区400中形成P阱区402和p+区404。P阱区402和p+区404可以相互接触。在一些实施例中，P阱区402的p型杂质浓度介于约1014/cm3和约1017/cm3之间，并且p+区404的P型杂质浓度介于约1019/cm3和约1021/cm3之间。硅化物区406形成在p+区404的表面处。接触塞34B形成在ILD32中，并且连接至硅化物区406。可以包括金属焊盘部分的金属线32B被形成为连接至接触塞34B。因此，金属线32B电连接至P阱区402。金属线32B可以位于金属层M1中，但是其还可以位于其他金属层中。
接下来，参考图10，图像传感器芯片20进行上下翻转，并且通过粘合剂45附接至载体43。然后，对半导体衬底26的背面实施背面研磨。在背面研磨之后，在衬底26的剩余部分的背面上暴露P阱区402。接下来，在衬底26的背面上形成BARC层42，然后，图案化BARC层42和衬底26。从而，在器件区300中形成开46。在一些实施例中，开口46通过形成P阱区402和p+区404的衬底26的部分相互间隔开。开口46穿过衬底26和STI区40，并且通过开口46暴露ILD31。接下来，缓冲氧化物层48被形成，并且延伸到开口46中。从而，暴露的衬底26的侧壁被缓冲氧化物层48覆盖。
仍然如图10所示，在形成缓冲氧化物层48之后，图案化缓冲氧化物层48和下面的BARC层42，以在器件区400中形成开口410。因此，P阱区402暴露于开口410中。还去除缓冲氧化物层48位于开口46的底部处的部分，由此金属焊盘32A和金属线32B的金属部分暴露于开口46中。
图11示出第一导电层56的形成。在一些实施例中，第一导电层56包括导电势垒/粘合层50、含金属层5、以及导电蚀刻停止层54。在含金属层52由不同于随后形成的导电层58(图12)的材料的材料形成的实施例中，可以省略蚀刻停止层54的形成，并且层52和58(图12)可以相互接触。层50、52和54包括位于缓冲氧化物层48的顶面上方的部分以及延伸到开口46和410(图10)中的部分。第一导电层56延伸到开口410(图10)中的部分形成导电塞413。势垒/粘合层50还与P阱区402接触，并且从而形成与P阱区402的肖特基接触。图12示出还延伸到开口46中的第二导电层58和BARC层60的形成。导电层58和含金属层52从而相互电连接。
参考图13，图案化导电层58和BARC层60，其中，BARC层60用于在相应的光刻胶(未示出)的曝光期间减少反射。作为图案化的结果，从器件区100和400去除导电层58和BARC层60。因此，形成金属焊盘412(包括412A和412B)。金属焊盘412A和412B中的每个都包括第一导电层56的部分和第二导电层58的部分。
图14示出第一导电层56的进一步图案化。在图案化步骤中，蚀刻互连金属焊盘412A和412B的第一导电层56的部分，在第一导电层56中形成开口416。开口416还可以形成环绕金属焊盘412B的完整环形(full ring)(如图18所示)。因此，不再通过第一导电层56直接电连接金属焊盘412A和412B。然而，金属焊盘412A和412B保持通过由箭头418所示的电路径电连接。因此，金属焊盘412A和412B被用于探测导电塞413和P阱区402之间的肖特基接触。在图像传感器芯片20的制造工艺期间可以实时地实施探测。如图14所示，当使得探针卡422的探针管脚420与金属焊盘412A和412B接触时，可以通过探针管脚420测量肖特基接触的I-V曲线。
图18示出示例性测试结构424的俯视图，其包括以交替布局中定位的多个金属焊盘412A和412B。测试结构424可以形成在图像传感器芯片20中或者相应晶圆22的划线中。可以通过图18中的平面交叉线14-14截取图14中的截面图。如图18所示，通过接触塞413将每个金属焊盘412A都电连接至相邻的金属焊盘412B。因此，多个金属焊盘412A和412B串联地电连接以形成菊链。金属焊盘412A和412B与直线对准，使得探针卡422的探针管脚420可以与金属焊盘412接触。在图18中，衬底26和第一导电层56被示出为金属焊盘412被形成为延伸到衬底26的开口中。图18还示出了第一导电层56将金属焊盘412A电互连至接触塞413，并且开口416(还参考图14)环绕金属焊盘412B，使得金属焊盘412B和相邻金属焊盘412A之间的电连接被迫经过导电塞413。
应该理解，虽然与BSI图像传感器芯片20一起论述测试结构424，但是测试结构424可以形成在除了图像传感器芯片之外的任何其他类型的芯片中。
再次参考图14，第一导电层56的图案化还导致金属网格66和金属屏蔽层57的形成。注意，金属屏蔽层57的位置是示意性的，并且除了位于金属焊盘412和导电塞413之间以外，金属屏蔽层57还可以位于图像传感器芯片20的不同位置处。可以在图19和图20中找到金属屏蔽层57的示例性位置。而且，虽然在图14中未示出由金属屏蔽层57所屏蔽的器件，但是被屏蔽的器件可以包括黑色参考电路428(图19和图20)、***电路430等。
再次参考图14，在探测金属焊盘412之后，可以形成钝化层70以覆盖暴露的导电层56和58。接下来，如图15所示，形成介电层74。介电层74可以是氧化层，因此，此后被称为氧化层74。在一些实施例中，氧化层74是使用等离子体增强化学汽相沉积(PECVD)、原子层沉积(ALD)等所形成的氧化硅层。实施诸如化学机械抛光(CMP)的平坦化步骤以使氧化层74的顶面变平。氧化层74完全填充图像传感器芯片20的凹进部分，并且因此在整个晶圆22上使氧化层74的顶面变平。氧化层74还包括器件区400中的部分，该部分位于第一导电层56上方并且与其接触。
在随后工艺步骤中，如图16所示，形成滤色器76和微透镜78，并且有源图像传感器24A与滤色器76和微透镜78对准。从而，有源图像传感器24A可以接收穿过滤色器75和微透镜78的光。在这些实施例中，晶圆22的整个顶面是平坦的，并且因此滤色器75和微透镜78的形成导致更小处理困难。例如，滤色器76的形成包括形成和图案化可以过滤光的聚合物。由于在氧化层74的平坦表面上形成聚合物，聚合物的厚度均匀，并且因此聚合物的去除很容易。
在形成滤色器76和微透镜78之后，如图17所示，图案化氧化层74。去除氧化层74与金属焊盘412A和412B重叠的部分。因此，暴露金属焊盘412A和412B。金属焊盘412A和412B可以用于实施晶圆验收测试，其中，探针卡422的探针管脚420用于探测导电塞413和P阱区402之间的肖特基接触。
在上述实施例中，金属屏蔽层57电连接至金属焊盘412A。因此，通过对金属焊盘412A施加偏压，可以将偏压施加给金属屏蔽层57。在图19和图20中示出相应的实施例。应该理解，图17至图20中的实施例可以共同存在于相同图像传感器芯片20中。
图19示出根据一些实施例的示例性图像传感器20的俯视图，其中，施加偏压。如图19所示，金属屏蔽层57和金属网格66电连接至金属焊盘412A，其中，通过第一导电层56进行连接。还示出了包括有源图像传感器24A的图像传感器阵列。金属屏蔽层57和金属网格66由第一导电层56(图17)的部分形成，并且金属焊盘412A包括第一导电层56和第二导电层58(图17)的部分。可以参考图8至图17所示的工艺找到图19所示的结构的形成。金属屏蔽层57位于黑色参考电路428上方并且覆盖黑色参考电路，该黑色参考电路包括在其中的黑色参考图像传感器。金属屏蔽层57还覆盖***电路430，该***电路430包括用于处理图像信号的电路。***电路430可以包括例如图像信号处理(ISP)电路，该图像信号处理电路可以包括模数转换器(ADC)、相关双采样(CDS)电路、行解码器等。
如图19所示，金属焊盘412A连接至电压源80，该电压源将偏压提供给金属屏蔽层57和金属网格66。在一些实施例中，偏压是0V，从而表示金属屏蔽层57和金属网格66电接地。因此，金属屏蔽层57和金属网格66中的不期望的累积空穴可以被中和并消除。在可选实施例中，电压源80将负偏压提供给金属屏蔽层57和金属网格66。负偏压可以介于约-0.01伏和约-30伏之间。
图20示出了根据可选实施例的示例性图像传感器芯片20的俯视图。除了金属网格66和金属屏蔽部分57A与金属屏蔽部分57B电绝缘之外，这些实施例也类似于图19中的实施例。金属屏蔽部分57B覆盖***电路430。金属屏蔽部分57A覆盖黑色参考电路428。在这些实施例中，在图14所示的步骤中蚀刻第一导电层56，使得与金属网格66和金属屏蔽层57的形成同时地，以及与图14中的沟槽416的形成同时地形成沟槽432。随后在图16所示的步骤中用氧化层74填充沟槽432。金属网格66和金属屏蔽部分57A电连接至金属焊盘412C，该金属焊盘412C可以具有与金属焊盘412A基本相同的结构。金属屏蔽部分57B电连接至金属焊盘412A，并且与金属焊盘412C电去耦。金属焊盘412A和412C可以通过电压源80被施加不同偏压。例如，等于0V的电压(地电压)可以被施加至金属焊盘412A，因此0V电压被施加在金属屏蔽部分57B上。同时，可以将介于约-0.01伏和约-30伏之间的负电压施加在金属焊盘412C上，因此，负电压被施加在金属屏蔽部分57A和金属网格66上。
在本发明的实施例中，由于两个导电层的形成和图案化方案，当形成图像传感器芯片时，可以被实时监控肖特基接触，并且在形成滤色器和微透镜之后也可以监控肖特基接触。可以形成金属焊盘，使得偏压可以被施加给金属网格和覆盖不同电路区域的金属屏蔽层。而且，在平坦表面上形成滤色器和微透镜，并且因此不发生与表面的形貌相关的处理困难。
根据一些实施例，一种器件包括：半导体衬底；黑色参考电路，位于半导体衬底中；金属焊盘，位于半导体衬底的正面上以及其下方；以及第一和第二导电层。第一导电层包括：第一部分，穿过半导体衬底以连接至金属焊盘；以及第二部分，在半导体衬底的背面上形成金属屏蔽层。金属屏蔽层与黑色参考电路对准，并且互连第一部分和第二部分以形成连续区域。第二导电层包括位于第一导电层的第一部分上方并且与其接触的部分，其中，第一导电层的第一部分和第二导电层的部分形成第一金属焊盘。介电层位于第一导电层的第二部分上方并且与其接触。
根据其他实施例，一种器件包括：半导体衬底；金属焊盘，位于半导体衬底的正面上以及其下方；金属线，位于半导体衬底的正面上；以及第一导电层和第二导电层。第一导电层包括：第一部分，穿过半导体衬底以连接至金属焊盘；第二部分，位于半导体衬底上方并且与其间隔开；第三部分，形成导电塞以物理接触半导体衬底；以及第四部分，穿过半导体衬底以连接至金属线。第一部分、第二部分以及第三部分形成第一导电层的连续区域。第四部分与第一导电层的第一、第二、以及第三部分断开物理连接。第二导电层包括：第一部分，位于第一导电层的第一部分上方并且与其接触，以及与第一导电层的第一部分形成第一金属焊盘；以及第二部分，在第一导电层的第二部分上方并且与其接触，并且与第一导电层的第二部分形成第二金属焊盘。第一和第二金属焊盘相互电连接。
根据又一些其他实施例，一种方法包括：形成穿过半导体衬底的第一和第二开口；在半导体衬底的背面上形成缓冲氧化物层；图案化缓冲氧化物层，以形成第三开口；在半导体衬底的背面上以及缓冲氧化物层上方形成第一导电层。第一导电层包括：第一和第二部分，延伸到第一和第二开口中，以分别形成第一金属焊盘和第二金属焊盘的下部；以及第三部分，延伸到第三开口中，以接触半导体衬底，其中，第三部分形成导电塞。该方法进一步包括：在第一导电层上方形成第二导电层。实施第一图案化步骤，以去除第二导电层的第一和第二部分，其中，第一导电层用作蚀刻停止层。第二导电层的第一部分与导电塞重叠，并且第二导电层的第二部分位于图像传感器区中。保留第二导电层的部分，以形成第一和第二金属焊盘的上部。实施第二图案化步骤，以图案化图像传感器区中的第一导电层以形成金属网格。在第二图案化步骤之后，第一导电层的第三部分通过第一导电层的非图案化部分连续地连接至第一导电层的第一部分，并且与第一导电层的第二部分断开连接。
虽然已经详细地描述了实施例及其优点，但是应该理解，可以在不脱离由所附权利要求限定的实施例的精神和范围的情况下，在此作出多种改变、替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。此外，每条权利要求构成单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种器件，包括：
半导体衬底；
黑色参考电路，位于所述半导体衬底中；
金属焊盘，位于所述半导体衬底的正面且位于所述半导体衬底下方；
第一导电层，包括：
第一部分，穿过所述半导体衬底以连接至所述金属焊盘；和
第二部分，在所述半导体衬底的背面上形成金属屏蔽层，所述金属屏蔽层与所述黑色参考电路对准，并且互连所述第一部分和所述第二部分以形成连续区域；
第二导电层，包括位于所述第一导电层的第一部分上方并与所述第一导电层的第一部分接触的第一部分，其中，所述第一导电层的第一部分和所述第二导电层的第一部分形成第一金属焊盘；以及
介电层，位于所述第一导电层的第二部分上方并与所述第一导电层的第二部分接触。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一导电层进一步包括形成金属网格的第三部分，并且所述第二导电层没有延伸到所述金属网格上方。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，所述金属网格电连接至所述第一金属焊盘。
4.根据权利要求2所述的器件，其中，所述金属网格和所述金属屏蔽层形成所述第一导电层的连续区域。
5.根据权利要求2所述的器件，进一步包括：与所述金属网格对准的图像传感器。
6.根据权利要求1所述的器件，进一步包括：
***电路；以及
所述第一导电层的第三部分，形成与所述***电路重叠的附加金属屏蔽层，所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分形成所述第一导电层的连续区域。
7.根据权利要求1所述的器件，进一步包括：
***电路；
所述第一导电层的第三部分，形成与所述***电路重叠的附加金属屏蔽层；以及
第二金属焊盘，包括：
所述第一导电层的第四部分，穿过所述半导体衬底；和
所述第二导电层的第二部分，位于所述第一导电层的第四部分上方并与所述第一导电层的第四部分接触，其中，所述附加金属屏蔽层电连接至所述第二金属焊盘并与所述第一金属焊盘断开电连接。
8.一种器件，包括：
半导体衬底；
金属焊盘，位于所述半导体衬底的正面上且位于所述半导体衬底下方；
金属线，位于所述半导体衬底的所述正面；
第一导电层，包括：
第一部分，穿过所述半导体衬底以连接至所述金属焊盘；
第二部分，位于所述半导体衬底上方并与其间隔开；
第三部分，形成导电塞，以与所述半导体衬底物理接触，所述第一部分、所述第二部分以及所述第三部分形成所述第一导电层的连续区域；
第四部分，穿过所述半导体衬底以连接至所述金属线，所述第四部分与所述第一导电层的第一部分、第二部分和第三部分断开物理连接；以及
第二导电层，包括：
第一部分，位于所述第一导电层的第一部分上方并与所述第一导电层的第一部分接触，并且与所述第一导电层的第一部分一起形成第一金属焊盘；以及
第二部分，位于所述第一导电层的第四部分上方并与所述第一导电层的第四部分接触，并且与所述第一导电层的第四部分一起形成第二金属焊盘，其中，所述第一金属焊盘和所述第二金属焊盘相互电连接。
9.根据权利要求8所述的器件，进一步包括：缓冲氧化物层，位于所述第一导电层的第二部分和所述半导体衬底之间，所述导电塞穿过所述缓冲氧化物层。
10.一种方法，包括：
形成穿过半导体衬底的第一开口和第二开口；
在所述半导体衬底的背面上形成缓冲氧化物层；
图案化所述缓冲氧化物层，以形成第三开口；
在所述半导体衬底的背面上以及所述缓冲氧化物层上方形成第一导电层，其中，所述第一导电层包括：
第一部分和第二部分，延伸到所述第一开口和所述第二开口中，以分别形成第一金属焊盘和第二金属焊盘的下部；以及
第三部分，延伸到所述第三开口中，以与所述半导体衬底接触，其中，所述第三部分形成导电塞；
在所述第一导电层上方形成第二导电层；
实施第一图案化步骤，以去除所述第二导电层的第一部分和第二部分，所述第一导电层被用作蚀刻停止层，其中，所述第二导电层的第一部分与所述导电塞重叠，并且所述第二导电层的第二部分位于图像传感器区中，并且保留部分所述第二导电层以形成所述第一金属焊盘和第二金属焊盘的上部；以及
实施第二图案化步骤，以图案化所述图像传感器区中的所述第一导电层从而形成金属网格，其中，在所述第二图案化步骤之后，所述第一导电层的第三部分通过所述第一导电层的未图案化部分连续地连接至所述第一导电层的第一部分，并且与所述第一导电层的第二部分断开连接。
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