CN108257989A - 背侧金属栅格及金属垫简化 - Google Patents
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Abstract
本申请案涉及一种背侧金属栅格及金属垫简化。图像传感器包含半导体材料，所述半导体材料包含安置在所述半导体材料中的多个光电二极管。所述图像传感器还包含：第一绝缘材料，其安置成靠近所述半导体材料的前侧；以及互连件，其安置在靠近所述半导体材料的所述前侧的所述第一绝缘材料中。金属垫从所述半导体材料的背侧延伸穿过所述第一绝缘材料并接触所述互连件。金属栅格安置成靠近所述半导体材料的所述背侧，且所述半导体材料安置在所述金属栅格与靠近所述前侧安置的所述第一绝缘材料之间。
Description
技术领域
本发明大体上涉及半导体制造，且特定来说(但非排他性地)，涉及金属栅格制造。
背景技术
图像传感器已变得无处不在。它们广泛应用于数字静态相机、蜂窝电话、安全摄像机，以及医疗、汽车及其它应用中。用于制造图像传感器的技术持续以迅猛的速度进步。举例来说，对更高分辨率及更低功耗的需求已促进这些装置的进一步微型化及集成化。
为区分颜色，图像传感器可使用彩色滤光器。彩色滤光器按照波长范围过滤入射在图像传感器上的光，使得图像传感器中的每一光电二极管仅接收特定波长范围内的图像光。由图像传感器捕获的原始数据通过针对各种彩色滤光器而调整的去马赛克算法被转换为全色图像。
尽管制造彩色图像传感器有多种方法，但减少半导体处理应用中的步骤数目总是重要的。由于每一个制造步骤都增加组装线上的成本及时间，因此需要新的技术来提高图像传感器的处理量。
发明内容
本发明的方面涉及一种图像传感器，其包括：半导体材料，其包含安置在所述半导体材料中的多个光电二极管；第一绝缘材料，其安置成靠近所述半导体材料的前侧；互连件，其安置在靠近所述半导体材料的所述前侧的所述第一绝缘材料中；金属垫，其从所述半导体材料的背侧延伸穿过所述第一绝缘材料并接触所述互连件，其中所述背侧与所述前侧相对；及金属栅格，其安置成靠近所述半导体材料的所述背侧，其中所述半导体材料安置在所述金属栅格与靠近所述前侧安置的所述第一绝缘材料之间。
在本发明的另一方面中，一种图像传感器制造方法包括：提供半导体材料，所述半导体材料包含安置在所述半导体材料中的多个光电二极管，及安置在所述半导体材料的前侧上的第一绝缘材料，及安置在所述半导体材料的背侧上的第二绝缘材料，其中所述第一绝缘材料包含安置在靠近所述半导体材料的前侧的所述第一绝缘材料中；在所述第一绝缘材料中蚀刻第一沟槽以接触所述互连件；在所述第二绝缘材料中蚀刻第二沟槽以接触所述半导体材料；将第一金属沉积在所述第一沟槽及所述第二沟槽中以形成金属垫；靠近所述背侧沉积第二金属，使得所述半导体材料安置在所述第二金属与所述第一绝缘材料之间；以及去除所述第二金属的一部分以形成靠近所述半导体材料的所述背侧的金属栅格。
附图说明
参考以下诸图描述本发明的非限制性及非穷尽实例，其中相似参考数字贯穿各种视图指代相似部分，除非另有规定。
图1说明根据本发明的教示的部分完整的图像传感器的横截面。
图2A到2D说明根据本发明的教示的图像传感器制造的方法。
图3是说明根据本发明的教示的可包含图1的图像传感器的成像***的一个实例的框图。
对应参考字符贯穿附图的若干视图指示对应组件。所属领域的技术人员应了解，图式中的元件出于简单及清楚的目的而说明，且未必是按比例绘制。举例来说，图式中一些元件的尺寸相对于其它元件可被夸大以帮助提高对本发明的各种实施例的理解。此外，为了促进对本发明的这些各种实施例的更容易的观察，通常不描绘在商业上可行的实施例中有用的或必需的常见但众所周知的元件。
具体实施方式
本文描述一种用于背侧金属栅格及金属垫简化的设备及方法的实例。在以下描述中，阐述众多特定细节以提供对所述实例的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将认识到，能够在不具有一或多个特定细节的情况下或使用其它方法、组件、材料等等实践本文所描述的技术。在其它情况下，未展示或详细地描述众所周知的结构、材料或操作以避免混淆某些方面。
贯穿本说明书对“一个实例”或“一个实施例”的参考意指结合实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书的各种地方的短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”的出现未必皆是指同一实例。此外，特定特征、结构或特性可以任何合适方式在一或多个实例中组合。
贯穿本说明书，使用若干所属领域的术语。这些术语具有其所出自的所属领域的一般含义，除非本文具体定义或其使用背景另有明确指示。应注意，可贯穿此文献互换使用元件名称及符号(例如，Si与硅)；然而，两者具有相同含义。
图1说明部分完整的图像传感器100的横截面。图像传感器100包含半导体材料101(具有前侧151及背侧153)、第一绝缘材料103、第二绝缘材料109、高k氧化物107、互连件105、金属垫115、金属栅格117、保护层119/121及抗反射涂层123。
半导体材料101包含安置在半导体材料101中的多个光电二极管(参见例如图3)，且第一绝缘材料103安置成靠近半导体材料101的前侧151。在所描绘的实例中，光电二极管可为安置成靠近半导体材料101的中心，而逻辑电路可安置在半导体材料101(例如，Si晶片)的边缘上。互连件105安置在靠近半导体材料101的前侧151的第一绝缘材料103中。金属垫115从半导体材料101的背侧153延伸穿过第一绝缘材料103并接触互连件105。如所展示，一或多个沟槽延伸穿过第一绝缘材料103以将金属垫115连接到互连件105。金属垫115的大部分也可安置成靠近半导体材料101的平面边缘。在一个实例中，金属垫115包含铝，且互连件105包含铜，并且在另一个实例或同一实例中，TiN衬垫167可沉积在金属界面处以覆盖整个沟槽。所属领域的一般技术人员将了解，前侧151是图像传感器100的具有电路(例如，互连件105)的侧，且前侧151与背侧153相对。金属栅格117安置成靠近半导体材料101的背侧153，且半导体材料101安置在金属栅格117与第一绝缘材料103之间。
在所说明的实例中，第二绝缘材料109及高k氧化物107安置在半导体材料101与图像传感器100的背侧153上的金属栅格117之间。如所描绘，高k氧化物107可安置在第二绝缘体材料109与半导体材料101之间，且高k氧化物107及第二绝缘材料109是不同的材料(例如，分别为氧化铪及氧化硅)。在所说明的实例中，高k氧化物107安置为与半导体材料101的背侧153接触。在一个实例中，第一绝缘材料103及第二绝缘材料109具有相同的化学组成(例如，氧化硅)。还展示安置在金属栅格117的任一侧上的保护层119/121，且金属栅格117安置在保护层119与第二绝缘材料109之间。安置在保护层119上的是抗反射涂层123，抗反射涂层123可为电介质材料以防止光从金属栅格117的表面反射掉。在一个实例中，逻辑电路可安置在半导体材料101的边缘上的金属栅格117的大部分的下方，并且与其光学对准。
在所描绘的实例中，金属栅格117中的第一金属区段延伸穿过高k氧化物107及第二绝缘材料109两者。如所展示，除金属栅格117中的第一金属区段之外的金属区段不延伸到半导体材料101。在所描绘的实例中，金属栅格117之间的间隙可填充有聚合物或类似物以创建例如拜耳图案、EXR图案或类似物的彩色滤光器阵列。如所展示，入射在图像传感器100的背侧153上的倾斜于半导体材料101的表面法线的图像光的至少一部分可由金属栅格117反射到半导体材料101中的多个光电二极管中。
图2A到2D说明图像传感器制造的方法。一些或全部过程图在方法中出现的顺序不应被认为是限制性的。相反，受益于本发明的所属领域的一般技术人员将理解，可以未说明的各种顺序或者甚至并行地执行一些方法。此外，所述方法可省略某些图以避免某些方面模糊不清。替代地，所述方法可包含在本发明的一些实施例/实例中可能不必要的额外图。
图2A展示提供包含安置在半导体材料201中的多个光电二极管的半导体材料201。第一绝缘材料203安置在半导体材料201的前侧上，且第二绝缘材料209安置在半导体材料201的背侧上。第一绝缘材料203包含安置成靠近半导体材料201的前侧的互连件205。如所展示，高k氧化物207及氮化硅层211也可安置成靠近图像传感器的背侧。可经由化学气相沉积或类似者来沉积高k氧化物207及氮化硅层211以及第二绝缘材料。这些层中的任何者都可在沉积后进行化学机械抛光以确保其它材料层在后续处理步骤中的光滑表面及共形生长。
图2B描绘蚀刻第一绝缘材料203中的第一沟槽以接触互连件205并蚀刻第二绝缘材料209中的第二沟槽以接触半导体材料201。如所展示，蚀刻第二沟槽包含蚀刻穿过安置在第二绝缘材料209与半导体材料201之间的高k氧化物207，并且蚀刻穿过氮化硅层211，其中第二绝缘材料209安置在氮化硅层211与高k氧化物207之间。在一些实例中，第三绝缘材料223(例如，缓冲氧化物)可安置在氮化硅层211上方，使得氮化硅层211安置在第二绝缘材料209与第三绝缘材料223之间。第一沟槽也可被蚀刻穿过第三绝缘材料223。所属领域的一般技术人员将了解，沟槽的图案化可通过正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂来实现，并且取决于期望的特定沟槽几何形状，刻蚀可为湿式或干式。
图2C说明将第一金属沉积在第一沟槽(以形成金属垫215)及第二沟槽中。如所描绘，金属垫215可安置成靠近半导体材料201的横向边缘并且可经由热蒸发来沉积。此外，在金属垫215的沉积之后，可对装置的表面进行化学机械抛光。如所展示，金属垫215可位于半导体装置的***，使得线结合或类似物可连接到半导体装置。如所展示，金属垫215可具有安置成靠近半导体材料201的背侧的较宽部分，并且可具有一或多个较窄连接区，其从较大部分延伸穿过第一绝缘材料203到接触互连件205。在所描绘的实例中，存在两个连接部分，但在其它实例中，取决于期望的具体装置几何形状，可存在任何数目个连接部分。
图2D展示靠近装置的背侧沉积第二金属，使得半导体材料201安置在第二金属与第一绝缘材料203之间。图2D还说明去除第二金属的一部分以靠近半导体材料201的背侧形成金属栅格217。这可通过使用上文详述的任何工艺将金属蚀刻掉而实现。如所展示，第二沟槽中的第一金属的部分延伸到金属栅格217，其间安置有保护层221。在一些实例中，金属栅格217可为用于彩色滤光器阵列的分隔器，并且可为光学反射器以防止相邻像素之间的串扰。在一个实例中，第一金属及第二金属包含相同的化学组成(例如，铝或合金)，且第一绝缘材料203及第二绝缘材料209包含相同的化学组成(例如，氧化硅或类似物)。
图2D还展示将保护层沉积在金属栅格217上的保护层219，因此金属栅格217安置在保护层219与保护层221之间。在一个实例中，保护层219/221可包含钛及/或氮。还展示沉积在保护层219上的抗反射涂层223。抗反射涂层223可经由CVD或类似者沉积。
图3是说明可包含图1的图像传感器的成像***300的一个实例的框图。成像***300包含像素阵列305、控制电路321、读出电路311及功能逻辑315。在一个实例中，像素阵列305是光电二极管或图像传感器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)的二维(2D)阵列。如所说明，光电二极管布置成行(例如，行R1到Ry)及列(例如，列C1到Cx)以获取人员、位置、对象等等的图像数据，所述图像数据可随后用于呈现人员、位置、对象等等的2D图像。然而，光电二极管不必被布置成行及列，并且可以采取其它配置。
在一个实例中，在像素阵列305中的每一图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路311读出且随后被转移到功能逻辑315。在各种实例中，读出电路311可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它电路。功能逻辑315可仅存储图像数据或甚至通过应用后图像效果(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或以其它方式)操纵图像数据。在一个实例中，读出电路311可沿读出列线一次读出一行图像数据(已说明)或可使用各种其它技术读出图像数据(未说明)，例如，串行读出或同时完全并行读出全部像素。在一个实例中，图1及图2C到2D中所描绘的金属垫及互连件包含在读出电路311中。
在一个实例中，控制电路321耦合到像素阵列305以控制像素阵列305中的多个光电二极管的操作。举例来说，控制电路321可产生用于控制图像获取的快门信号。在所描绘的实例中，所述快门信号是全局快门信号，其用于同时启用像素阵列305内的所有像素以在单个获取窗口期间同时获取其相应图像数据。在一个实例中，在图1及图2C到2D中描绘的金属垫及互连件包含在控制电路321中。在另一实例中，图像获取与照明效果(例如闪光)同步。
在一个实例中，成像***300可包含于数码相机、手机、膝上型计算机、汽车或类似物中。另外，成像***300可耦合到其它硬件，例如处理器(通用或其它)、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等等)、照明/闪光、电输入(键盘、触摸显示器、跟踪板、鼠标、麦克风等等)及/或显示器。其它硬件块可将指令传送到成像***300，从成像***300提取图像数据，或操纵由成像***300供应的图像数据。
不希望本发明的所说明的实例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)为穷尽性或将本发明限于所揭示的具体形式。尽管本文描述本发明的特定实例是出于说明性目的，但所属领域的技术人员将认识到，在本发明范围内各种修改是可能的。
依据以上详细描述可对本发明做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中所揭示的特定实例。而是，本发明的范围全部由所附权利要求书确定，所附权利要求书应根据权利要求解释的既定原则来解释。
Claims (20)
1.一种图像传感器，其包括：
半导体材料，其包含安置在所述半导体材料中的多个光电二极管；
第一绝缘材料，其安置成靠近所述半导体材料的前侧；
互连件，其安置在靠近所述半导体材料的所述前侧的所述第一绝缘材料中；
金属垫，其从所述半导体材料的背侧延伸穿过所述第一绝缘材料并接触所述互连件，其中所述背侧与所述前侧相对；及
金属栅格，其安置成靠近所述半导体材料的所述背侧，其中所述半导体材料安置在所述金属栅格与靠近所述前侧安置的所述第一绝缘材料之间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中第二绝缘材料及高k氧化物安置在所述半导体材料与所述图像传感器的所述背侧上的所述金属栅格之间，其中所述高k氧化物安置在所述第二绝缘材料与所述半导体材料之间，且其中所述高k氧化物及所述第二绝缘材料是不同材料。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其进一步包括安置在所述金属栅格上的保护层，其中所述金属栅格安置在所述保护层与所述第二绝缘材料之间。
4.根据权利要求3所述的图像传感器，其中所述金属栅格中的第一金属区段延伸穿过所述高k氧化物及所述第二绝缘材料以接触所述半导体材料。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中除所述金属栅格中的所述第一金属区段之外的金属区段与所述半导体材料隔离。
6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述第一绝缘材料及所述第二绝缘材料具有相同的化学组成。
7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述金属垫包含铝，且所述互连件包含铜。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中一或多个沟槽延伸穿过所述第一绝缘材料以将所述金属垫连接到所述互连件。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中大部分所述金属垫被安置成靠近所述半导体材料的平面边缘。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，其中入射在所述图像传感器的所述背侧上并且倾斜于所述半导体材料的表面法线的图像光的至少一部分由所述金属栅格反射并且进入到所述多个光电二极管中。
11.一种图像传感器制造方法，其包括：
提供半导体材料，所述半导体材料包含安置在所述半导体材料中的多个光电二极管，及安置在所述半导体材料的前侧上的第一绝缘材料，及安置在所述半导体材料的背侧上的第二绝缘材料，其中所述第一绝缘材料包含安置在靠近所述半导体材料的前侧的所述第一绝缘材料中；
在所述第一绝缘材料中蚀刻第一沟槽以接触所述互连件；
在所述第二绝缘材料中蚀刻第二沟槽以接触所述半导体材料；
将第一金属沉积在所述第一沟槽及所述第二沟槽中以形成金属垫；
靠近所述背侧沉积第二金属，使得所述半导体材料安置在所述第二金属与所述第一绝缘材料之间；以及
去除所述第二金属的一部分以形成靠近所述半导体材料的所述背侧的金属栅格。
12.根据权利要求11所述的方法，其中蚀刻所述第二沟槽包含蚀刻穿过安置在所述第二绝缘材料与所述半导体材料之间的高k材料，并且蚀刻穿过氮化硅层，其中所述第二绝缘材料安置在所述氮化硅层与所述高k材料之间。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述第二沟槽中的所述第一金属的部分延伸到所述金属栅格。
14.根据权利要求11所述的方法，其中所述第一金属及所述第二金属包含相同化学组成，且其中所述第一绝缘材料及所述第二绝缘材料包含相同化学组成。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一金属及所述第二金属包含铝。
16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括沉积安置在所述金属栅格上的保护层，其中所述金属栅格安置在所述保护层与所述第二绝缘材料之间。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述保护层包含钛及氮。
18.根据权利要求11所述的方法，其中所述金属垫安置成靠近所述半导体材料的横向边缘。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述互连件包含铜或钛中的至少一者。
20.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括将抗反射涂层沉积在所述金属栅格上。
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