CN110299372A - 监测背照式电负性强度的测试结构和工艺集成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种监测背照式电负性强度的测试结构，包括：和像素区的感光掺杂区的工艺条件相同的第一电极区，第一电极区的背面形成有包括电负性材料层的第一钝化层；第一钝化层的背面形成有背面金属层，由第一电极区、第一钝化层和背面的背面金属层叠加形成监测电容；第一电极区连接到第一正面衬垫，第一正面衬垫连接到第一背面衬垫；第一电极区背面的背面金属层的背面形成由第二背面衬垫；第一和第二背面衬垫形成监测电容的两个极板的引出结构。本发明还公开了一种监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法。本发明能实现背照式图像传感器的电负性强度的在线持续监测，能有效缩短测试周期和反馈周期，减少硅片的消耗，加快研发进度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种监测背照式电负性强度的测试结构；本发明还涉及一种监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法。
背景技术
现有CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)由像素(Pixel)单元电路和CMOS电路构成，像素单元电路形成在像素区中，CMOS电路形成在***区中。相对于CCD图像传感器，CMOS图像传感器因为采用CMOS标准制作工艺，因此具有更好的可集成度，可以与其他数模运算和控制电路集成在同一块芯片上，更适应未来的发展。
像素区中的像素单元电路包括有光电二极管(PD)，光电二极管通常由N型掺杂的感光掺杂区和P型掺杂的半导体衬底如硅衬底组成，在半导体衬底的背面形成有正面金属层，正面金属层通常包括多层且各正面金属层之间包括有层间膜。
随着像素单元的减小，为增加进光量，采用背照式(BSI,backside-illumination)构型，使光直接作用在光电二极管上，同时避免了前照式(FSI,frontside-illumination)结构中金属的阻挡和反射，提升了整个像素单元的填充因子，填充因子为通过光的部分与整体面积的比例，从而可以提高光的灵敏度。
BSI结构中需要将硅片减薄，从而实现光照，减薄后，硅表面会有很多的界面态，需要进行钝化以防止对于像素质量的影响。最初的钝化工艺使用重掺杂的P型离子注入，然后结合激光退火来实现，由于这种方法中重掺杂的P型激活后的均匀性较差，造成像素单元之间的性能存在较大的波动；以及对于大像素单元，同一像素单元不同的局部退火点导致的像素单元内的非均匀性；而且离子注入和退火的条件要优化来满足短波的量子效率要求。
现有采用较多的钝化工艺为使用具有电负性的材料覆盖在减薄的高密度氧化硅的上面，这层氧化硅可以实现部分的界面态钝化，同时利用强的电负性在硅表面感应出来较高密度的正电荷来阻挡光电子进入到表面区域，从而实现抑制漏电流的功效。
对于使用电负性材料的BSI工艺，对于材料的电负性的强度需要时时监控，以保证后续像素的性能。现有技术中，由于电学或是电荷的监测需要在光片上进行，同时随时间存在一定的变化，无法精确监测电负性的强度，故只能在硅片做完所有后端工艺，包含做完彩色滤光片，测试功能后才能验证电负性材料的好坏。这样会使得电负性材料的测试周期长，对于工艺调整的反馈，具有明显的滞后性，如果出现问题，则会浪费大量硅片和延长开发周期。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种监测背照式电负性强度的测试结构，能实现背照式图像传感器的电负性强度的在线持续监测，能有效缩短电负性材料的测试周期，缩短反馈周期，减少半导体衬底如硅片的消耗，加快研发进度。为此，本发明还公开一种监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的监测背照式电负性强度的测试结构包括：
第一电极区，形成于半导体衬底正面且和背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区的工艺条件相同。
所述第一电极区的背面形成有包括电负性材料层的第一钝化层，所述第一钝化层的工艺条件和所述背照式图像传感器的像素区的背面工艺中的第二钝化层的工艺条件相同。
在所述第一钝化层的背面形成有背面金属层，由所述第一电极区、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层叠加形成监测电容，所述第一电极区组成所述监测电容的第一极板，所述第一钝化层背面的所述背面金属层组成所述监测电容的第二极板。
所述第一电极区和形成于所述半导体衬底正面的正面金属层相连且所述正面金属层形成第一正面衬垫，所述第一正面衬垫的背面形成有由背面金属层组成的第一背面衬垫。
所述第一电极区背面的所述背面金属层的背面形成第二背面衬垫。
所述第一背面衬垫形成所述监测电容的第一极板的引出结构，所述第二背面衬垫形成所述监测电容的第二极板的引出结构。
进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。
进一步的改进是，所述半导体衬底为P型掺杂，所述背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区为N型离子注入区，所述感光掺杂区和所述半导体衬底组成感光二极管。
进一步的改进是，在所述第一电极区的周侧的所述半导体衬底中形成有隔离结构。
进一步的改进是，所述隔离结构为P型注入层；或者，所述隔离结构由介质材料组成。
进一步的改进是，所述隔离结构由氧化硅组成。
进一步的改进是，所述第一钝化层和所述第二钝化层都是由第一氧化硅层、所述电负性材料层和第二氧化硅层叠加而成，所述电负性材料层为氧化铝。
所述背照式图像传感器的像素区中形成有背面沟槽，所述第二钝化层的所述第一氧化硅层形成在所述背面沟槽的底部表面和侧面，所述电负性材料层形成在所述第一氧化硅层表面，所述第二氧化硅层形成在所述电负性材料层的表面；在形成有所述电负性材料层的所述背面沟槽中填充有钨。
所述背面金属层的材料为铝；所述正面金属层的材料为铝。
进一步的改进是，在所述第二钝化层背面还形成有后端工艺结构，所述后端工艺结构包括彩色滤光片和微透镜。
所述背照式图像传感器的像素区外周为***区，在所述***区中形成有CMOS电路。
在所述***区中还形成有正面工艺测试单元(FSI Test-key)。
所述正面工艺测试单元包括MOS晶体管，二极管和电容。
所述正面工艺测试单元通过对应的由正面金属层形成的正面衬垫再叠加上对应的由背面金属层形成的背面衬垫引出。
为解决上述技术问题，本发明提供的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法中测试结构集成背照式图像传感器的形成工艺中，包括如下步骤：
步骤一、在背照式图像传感器的正面工艺中，在采用离子注入工艺形成所述背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区的同时形成所述测试结构的第一电极区。
步骤二、完成所述背照式图像传感器的正面工艺，所述正面工艺中包括形成正面金属层以及形成由对应的所述正面金属层组成的正面衬垫，其中所述第一电极区的顶部和对应的所述正面金属层连接且和第一正面衬垫连接。
步骤三、对所述半导体衬底进行背面减薄，在减薄后的所述半导体衬底的背面同时形成第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层和所述第二钝化层都包括电负性材料，所述第二钝化层位于所述背照式图像传感器的像素区中，所述第一钝化层位于所述第一电极区的背面。
步骤四、完成所述背照式图像传感器的背面工艺，所述背面工艺中包括形成背面金属层以及形成由对应的所述背面金属层组成的背面衬垫，其中所述第一钝化层背面的所述背面金属层和第二背面衬垫连接，所述第一正面衬垫和第一背面衬垫连接。
由所述第一电极区、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层叠加形成监测电容，所述第一电极区组成所述监测电容的第一极板，所述第一钝化层背面的所述背面金属层组成所述监测电容的第二极板。
所述第一背面衬垫形成所述监测电容的第一极板的引出结构，所述第二背面衬垫形成所述监测电容的第二极板的引出结构。
进一步的改进是，所述半导体衬底为硅衬底。
进一步的改进是，所述半导体衬底为P型掺杂，所述背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区为N型离子注入区，所述感光掺杂区和所述半导体衬底组成感光二极管。
进一步的改进是，在所述第一电极区的周侧的所述半导体衬底中形成有隔离结构。
进一步的改进是，所述隔离结构为P型注入层；或者，所述隔离结构由介质材料组成。
进一步的改进是，所述第一钝化层和所述第二钝化层都是由第一氧化硅层、所述电负性材料层和第二氧化硅层叠加而成，所述电负性材料层为氧化铝。
进一步的改进是，所述背照式图像传感器的像素区中形成有背面沟槽，所述第二钝化层的所述第一氧化硅层形成在所述背面沟槽的底部表面和侧面，所述电负性层形成在所述第一氧化硅层表面，所述第二氧化硅层形成在所述电负性层的表面；在形成有所述电负性层的所述背面沟槽中填充有钨。
所述背面金属层的材料为铝；所述正面金属层的材料为铝。
进一步的改进是，在所述第二钝化层背面还形成有后端工艺结构，所述后端工艺结构包括彩色滤光片和微透镜。
所述背照式图像传感器的像素区外周为***区，在所述***区中形成有CMOS电路。
在所述***区中还形成有正面工艺测试单元。
所述正面工艺测试单元包括MOS晶体管，二极管和电容。
所述正面工艺测试单元通过对应的由正面金属层形成的正面衬垫再叠加上对应的由背面金属层形成的背面衬垫引出。
本发明的背照式图像传感器的钝化层采用了电负性材料层，同时增加了电负性强度的测试结构，测试结构是通过在半导体衬底中设置和像素区的感光掺杂区工艺条件相同的第一电极区，在第一电极区的背面形成钝化层即第一钝化层，第一钝化层的工艺条件和像素区的第二钝化层的工艺条件相同，通过对第一钝化层的监测能实现对第二钝化层的监测，在第一钝化层的背面形成有背面金属层，这样由所述第一电极区、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层叠加形成监测电容，第一电极区和对应的背面金属层分别对应的监测电容的两个极板即第一极板和第二极板，第一极板通过和正面金属层相连并通过正面金属层形成的第一正面衬垫和由背面金属层形成的第一背面衬垫引出，第二极板通过背面金属层形成的第二背面衬垫引出，这样能实现对监测电容的测试从而形成本发明的测试结构；本发明的测试结构在背面金属层工艺完成之后即可进行测试，不需要作为所有的后端工艺，故本发明能实现背照式图像传感器的电负性强度的在线持续监测，能有效缩短电负性材料的测试周期，缩短反馈周期，减少半导体衬底如硅片的消耗，加快研发进度。
另外，本发明的测试结构的第一电极区和像素区的感光掺杂区工艺条件相同，上下引出结构也都和采用背照式图像传感器的已有工艺兼容，故本发明不需要增加额外工艺和掩模版，工艺成本低，
另外，本发明的测试结构的主体为监测电容，监测电容的测试方便，能利用现有测试卡进行测试，无需新增测试卡，故本发明的测试成本比较低。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1A是现有背照式图像传感器的结构示意图；
图1B是图1A中的钝化层区域的放大图；
图2A是现有正面工艺测试单元的正面金属层形成的正面衬垫俯视面示意图；
图2B是现有正面工艺测试单元的背面金属层形成的背面衬垫俯视面示意图；
图2C是现有正面工艺测试单元的背面衬垫处的剖面结构图；
图3A是本发明实施例监测背照式电负性强度的测试结构的剖面结构图；
图3B是本发明实施例背面金属层形成的背面衬垫俯视面示意图。
具体实施方式
首先，结合附图说明一下现有背照式图像传感器的结构：
如图1A所示，是现有背照式图像传感器的结构示意图；现有背照式图像传感器包括像素区101和***区102，二者分别位于虚线AA左右两侧；在半导体衬底如硅衬底103上形成有器件结构，半导体衬底103也称器件片；在像素区101中的器件结构包括感光二极管即光电二极管，通常，半导体衬底103为P型掺杂，感光二极管由形成于P型半导体衬底103和形成于P型半导体衬底103中的N型感光掺杂区组成。在***区102中形成有CMOS器件。
在半导体衬底103的正面形成有多层正面金属层104，在正面金属层104之间隔离有层间膜。
衬片105覆盖在形成有正面金属层104的半导体衬底103的正面。
在半导体衬底103的背面形成有背面金属层106。
由于半导体衬底103会被背面减薄，故所述半导体衬底103减薄后的背面具有较多的界面态，故需要采用对界面态进行钝化的钝化层，图1A中，钝化层如虚线圈201所示，图1B为虚线圈201处的放大图，所述钝化层都是由第一氧化硅层107、所述电负性材料层108和第二氧化硅层109叠加而成，所述电负性材料层108通常采用氧化铝。
由图1B所示可知，所述背照式图像传感器的像素区中形成有背面沟槽，所述第一氧化硅层107形成在所述背面沟槽的底部表面和侧面，所述电负性材料层108形成在所述第一氧化硅层107表面，所述第二氧化硅层109形成在所述电负性材料层108的表面；在形成有所述电负性材料层108的所述背面沟槽中填充有钨111。
现有技术中，形成有用于检测正面工艺的正面工艺测试单元，如图2A所示，是现有正面工艺测试单元的正面金属层形成的正面衬垫俯视面示意图，其中显示了多个正面衬垫301，各正面衬垫301之间的间距为S。如图2B所示，是现有正面工艺测试单元的背面金属层形成的背面衬垫俯视面示意图，背面衬垫302叠加在对应的正面衬垫301上。如图2C所示，是现有正面工艺测试单元的背面衬垫处的剖面结构图，在半导体衬底103的正面形成有多层正面金属层，半导体衬底103背面打开后形成有正面衬垫301和背面衬垫302。现有的正面工艺测试单元仅能检测正面工艺，所述背面衬垫302的结构仅能监测连接后的正面工艺测试单元的性能。对于正面工艺测试单元受到背面工艺的影响以及背面器件结构本身受到背面工艺的影响，则无对应的测试单元。
本发明实施例监测背照式电负性强度的测试结构：
本发明实施例中的背照式图像传感器的结构也请参考图1A所示，如图3A所示，是本发明实施例监测背照式电负性强度的测试结构的剖面结构图；如图3B所示，是本发明实施例背面金属层106形成的背面衬垫俯视面示意图，本发明实施例监测背照式电负性强度的测试结构包括：
第一电极区1，形成于半导体衬底103正面且和背照式图像传感器的像素区101的感光掺杂区的工艺条件相同。
所述半导体衬底103为硅衬底。
所述半导体衬底103为P型掺杂，所述背照式图像传感器的像素区101的感光掺杂区为N型离子注入区，所述感光掺杂区和所述半导体衬底103组成感光二极管。
在所述第一电极区1的周侧的所述半导体衬底103中形成有隔离结构2。本发明实施例中，所述隔离结构2由介质材料如氧化硅组成。在其他实施例中也能为：所述隔离结构2为P型注入层。
所述第一电极区1的背面形成有包括电负性材料层108的第一钝化层，所述第一钝化层的工艺条件和所述背照式图像传感器的像素区101的背面工艺中的第二钝化层的工艺条件相同。
在所述第一钝化层的背面形成有背面金属层106，由所述第一电极区1、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层106叠加形成监测电容，所述第一电极区1组成所述监测电容的第一极板，所述第一钝化层背面的所述背面金属层106组成所述监测电容的第二极板。
所述第一电极区1和形成于所述半导体衬底103正面的正面金属层104相连且所述正面金属层104形成第一正面衬垫301a，所述第一正面衬垫301a的背面形成有由背面金属层106组成的第一背面衬垫302a。
所述第一电极区1背面的所述背面金属层106的背面形成第二背面衬垫302b。
所述第一背面衬垫302a形成所述监测电容的第一极板的引出结构，所述第二背面衬垫302b形成所述监测电容的第二极板的引出结构。
所述第一钝化层和所述第二钝化层都是由第一氧化硅层107、所述电负性材料层108和第二氧化硅层109叠加而成，所述电负性材料层108为氧化铝。
如图3A所示，其中，所述第一氧化硅层107能实现部分的界面态钝化，利用所述电负性材料层108的强的电负性在所述半导体衬底103的表面感应出较高密度的如标记303所示的正电荷，这样能阻挡光电子进入到表面区域，从而能实现抑制漏电流的功效。
所述背照式图像传感器的像素区101中形成有背面沟槽，所述第二钝化层的所述第一氧化硅层107形成在所述背面沟槽的底部表面和侧面，所述电负性材料层108形成在所述第一氧化硅层107表面，所述第二氧化硅层109形成在所述电负性材料层108的表面；在形成有所述电负性材料层108的所述背面沟槽中填充有钨。
所述背面金属层106的材料为铝；所述正面金属层104的材料为铝。
在所述第二钝化层背面还形成有后端工艺结构，所述后端工艺结构包括彩色滤光片和微透镜。
所述背照式图像传感器的像素区101外周为***区102，在所述***区102中形成有CMOS电路。
在所述***区102中还形成有正面工艺测试单元(FSI Test-key)。
所述正面工艺测试单元包括MOS晶体管，二极管和电容。
所述正面工艺测试单元通过对应的由正面金属层104形成的正面衬垫301再叠加上对应的由背面金属层106形成的背面衬垫302引出。
比较图2B和图3B所示可知，本发明实施例中，仅需在现有的正面工艺测试单元的正面衬垫301中空出一个区域，在这个空出的区域进行和像素区101的感光掺杂区的工艺条件相同离子注入形成第一电极区1即可实现。图3B中形成有第一电极区的两侧的正面衬垫301的间距为2S，其他各正面衬垫301的间距都为S；背面衬垫302之间的间距都为S。第一背面衬垫单独用标记302a标出，第二背面衬垫单独用标记302b标出,第一正面衬垫单独用标记301a标出。
本发明实施例背照式图像传感器的钝化层采用了电负性材料层108，同时增加了电负性强度的测试结构，测试结构是通过在半导体衬底103中设置和像素区101的感光掺杂区工艺条件相同的第一电极区1，在第一电极区1的背面形成钝化层即第一钝化层，第一钝化层的工艺条件和像素区101的第二钝化层的工艺条件相同，本发明实施例中，第二钝化层为需要进行监测的对象，通过对第一钝化层的监测能实现对第二钝化层的监测，在第一钝化层的背面形成有背面金属层106，这样由所述第一电极区1、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层106叠加形成监测电容，第一电极区1和对应的背面金属层106分别对应的监测电容的两个极板即第一极板和第二极板，第一极板通过和正面金属层104相连并通过正面金属层104形成的第一正面衬垫301a和由背面金属层106形成的第一背面衬垫302a引出，第二极板通过背面金属层106形成的第二背面衬垫302b引出，这样能实现对监测电容的测试从而形成本发明的测试结构；本发明实施例的测试结构在背面金属层106工艺完成之后即可进行测试，不需要作为所有的后端工艺，故本发明实施例能实现背照式图像传感器的电负性强度的在线持续监测，能有效缩短电负性材料的测试周期，缩短反馈周期，减少半导体衬底103如硅片的消耗，加快研发进度。
另外，本发明实施例的测试结构的第一电极区1和像素区101的感光掺杂区工艺条件相同，上下引出结构也都和采用背照式图像传感器的已有工艺兼容，故本发明实施例不需要增加额外工艺和掩模版，工艺成本低，
另外，本发明实施例的测试结构的主体为监测电容，监测电容的测试方便，能利用现有测试卡进行测试，无需新增测试卡，故本发明实施例的测试成本比较低。
本发明实施例监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法：
本发明实施例监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法中测试结构集成背照式图像传感器的形成工艺中，包括如下步骤：
步骤一、在背照式图像传感器的正面工艺中，在采用离子注入工艺形成所述背照式图像传感器的像素区101的感光掺杂区的同时形成所述测试结构的第一电极区1。
背照式图像传感器的正面工艺在半导体衬底如硅衬底103表面上进行。所述半导体衬底103为硅衬底。
所述半导体衬底103为P型掺杂，所述背照式图像传感器的像素区101的感光掺杂区为N型离子注入区，所述感光掺杂区和所述半导体衬底103组成感光二极管。
在所述第一电极区1的周侧的所述半导体衬底103中形成有隔离结构2。所述隔离结构2由介质材料如氧化硅组成。也能为：所述隔离结构2为P型注入层。
步骤二、完成所述背照式图像传感器的正面工艺，所述正面工艺中包括形成正面金属层104以及形成由对应的所述正面金属层104组成的正面衬垫301，其中所述第一电极区1的顶部和对应的所述正面金属层104连接且和第一正面衬垫301a连接。
所述正面金属层104的材料为铝。
步骤三、对所述半导体衬底103进行背面减薄，在减薄后的所述半导体衬底103的背面同时形成第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层和所述第二钝化层都包括电负性材料，所述第二钝化层位于所述背照式图像传感器的像素区101中，所述第一钝化层位于所述第一电极区1的背面。
所述第一钝化层和所述第二钝化层都是由第一氧化硅层107、所述电负性材料层108和第二氧化硅层109叠加而成，所述电负性材料层108为氧化铝。
所述背照式图像传感器的像素区101中形成有背面沟槽，所述第二钝化层的所述第一氧化硅层107形成在所述背面沟槽的底部表面和侧面，所述电负性层形成在所述第一氧化硅层107表面，所述第二氧化硅层109形成在所述电负性层的表面；在形成有所述电负性层的所述背面沟槽中填充有钨。
步骤四、完成所述背照式图像传感器的背面工艺，所述背面工艺中包括形成背面金属层106以及形成由对应的所述背面金属层106组成的背面衬垫，其中所述第一钝化层背面的所述背面金属层106和第二背面衬垫302b连接，所述第一正面衬垫301a和第一背面衬垫302a连接。
所述背面金属层106的材料为铝。
由所述第一电极区1、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层106叠加形成监测电容，所述第一电极区1组成所述监测电容的第一极板，所述第一钝化层背面的所述背面金属层106组成所述监测电容的第二极板。
所述第一背面衬垫302a形成所述监测电容的第一极板的引出结构，所述第二背面衬垫302b形成所述监测电容的第二极板的引出结构。
在所述第二钝化层背面还形成有后端工艺结构，所述后端工艺结构包括彩色滤光片和微透镜。
所述背照式图像传感器的像素区101外周为***区102，在所述***区102中形成有CMOS电路。
在所述***区102中还形成有正面工艺测试单元。
所述正面工艺测试单元包括MOS晶体管，二极管和电容。
所述正面工艺测试单元通过对应的由正面金属层104形成的正面衬垫301再叠加上对应的由背面金属层106形成的背面衬垫302引出。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种监测背照式电负性强度的测试结构，其特征在于，测试结构包括：
第一电极区，形成于半导体衬底正面且和背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区的工艺条件相同；
所述第一电极区的背面形成有包括电负性材料层的第一钝化层，所述第一钝化层的工艺条件和所述背照式图像传感器的像素区的背面工艺中的第二钝化层的工艺条件相同；
在所述第一钝化层的背面形成有背面金属层，由所述第一电极区、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层叠加形成监测电容，所述第一电极区组成所述监测电容的第一极板，所述第一钝化层背面的所述背面金属层组成所述监测电容的第二极板；
所述第一电极区和形成于所述半导体衬底正面的正面金属层相连且所述正面金属层形成第一正面衬垫，所述第一正面衬垫的背面形成有由背面金属层组成的第一背面衬垫；
所述第一电极区背面的所述背面金属层的背面形成第二背面衬垫；
所述第一背面衬垫形成所述监测电容的第一极板的引出结构，所述第二背面衬垫形成所述监测电容的第二极板的引出结构。
2.如权利要求1所述的监测背照式电负性强度的测试结构，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底。
3.如权利要求2所述的监测背照式电负性强度的测试结构，其特征在于：所述半导体衬底为P型掺杂，所述背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区为N型离子注入区，所述感光掺杂区和所述半导体衬底组成感光二极管。
4.如权利要求3所述的监测背照式电负性强度的测试结构，其特征在于：在所述第一电极区的周侧的所述半导体衬底中形成有隔离结构。
5.如权利要求4所述的监测背照式电负性强度的测试结构，其特征在于：所述隔离结构为P型注入层；或者，所述隔离结构由介质材料组成。
6.如权利要求1所述的监测背照式电负性强度的测试结构，其特征在于：所述第一钝化层和所述第二钝化层都是由第一氧化硅层、所述电负性材料层和第二氧化硅层叠加而成，所述电负性材料层为氧化铝；
所述背照式图像传感器的像素区中形成有背面沟槽，所述第二钝化层的所述第一氧化硅层形成在所述背面沟槽的底部表面和侧面，所述电负性材料层形成在所述第一氧化硅层表面，所述第二氧化硅层形成在所述电负性材料层的表面；在形成有所述电负性材料层的所述背面沟槽中填充有钨；
所述背面金属层的材料为铝；所述正面金属层的材料为铝。
7.如权利要求6所述的监测背照式电负性强度的测试结构，其特征在于：在所述第二钝化层背面还形成有后端工艺结构，所述后端工艺结构包括彩色滤光片和微透镜；
所述背照式图像传感器的像素区外周为***区，在所述***区中形成有CMOS电路；
在所述***区中还形成有正面工艺测试单元；
所述正面工艺测试单元包括MOS晶体管，二极管和电容；
所述正面工艺测试单元通过对应的由正面金属层形成的正面衬垫再叠加上对应的由背面金属层形成的背面衬垫引出。
8.一种监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于，测试结构集成背照式图像传感器的形成工艺中，包括如下步骤：
步骤一、在背照式图像传感器的正面工艺中，在采用离子注入工艺形成所述背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区的同时形成所述测试结构的第一电极区；
步骤二、完成所述背照式图像传感器的正面工艺，所述正面工艺中包括形成正面金属层以及形成由对应的所述正面金属层组成的正面衬垫，其中所述第一电极区的顶部和对应的所述正面金属层连接且和第一正面衬垫连接；
步骤三、对所述半导体衬底进行背面减薄，在减薄后的所述半导体衬底的背面同时形成第一钝化层和第二钝化层，所述第一钝化层和所述第二钝化层都包括电负性材料，所述第二钝化层位于所述背照式图像传感器的像素区中，所述第一钝化层位于所述第一电极区的背面；
步骤四、完成所述背照式图像传感器的背面工艺，所述背面工艺中包括形成背面金属层以及形成由对应的所述背面金属层组成的背面衬垫，其中所述第一钝化层背面的所述背面金属层和第二背面衬垫连接，所述第一正面衬垫和第一背面衬垫连接；
由所述第一电极区、所述第一钝化层和所述第一钝化层背面的所述背面金属层叠加形成监测电容，所述第一电极区组成所述监测电容的第一极板，所述第一钝化层背面的所述背面金属层组成所述监测电容的第二极板；
所述第一背面衬垫形成所述监测电容的第一极板的引出结构，所述第二背面衬垫形成所述监测电容的第二极板的引出结构。
9.如权利要求8所述的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于：所述半导体衬底为硅衬底。
10.如权利要求9所述的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于：所述半导体衬底为P型掺杂，所述背照式图像传感器的像素区的感光掺杂区为N型离子注入区，所述感光掺杂区和所述半导体衬底组成感光二极管。
11.如权利要求10所述的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于：在所述第一电极区的周侧的所述半导体衬底中形成有隔离结构。
12.如权利要求11所述的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于：所述隔离结构为P型注入层；或者，所述隔离结构由介质材料组成。
13.如权利要求8所述的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于：所述第一钝化层和所述第二钝化层都是由第一氧化硅层、所述电负性材料层和第二氧化硅层叠加而成，所述电负性材料层为氧化铝。
14.如权利要求13所述的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于：所述背照式图像传感器的像素区中形成有背面沟槽，所述第二钝化层的所述第一氧化硅层形成在所述背面沟槽的底部表面和侧面，所述电负性层形成在所述第一氧化硅层表面，所述第二氧化硅层形成在所述电负性层的表面；在形成有所述电负性层的所述背面沟槽中填充有钨；
所述背面金属层的材料为铝；所述正面金属层的材料为铝。
15.如权利要求8所述的监测背照式电负性强度的测试结构的工艺集成方法，其特征在于：在所述第二钝化层背面还形成有后端工艺结构，所述后端工艺结构包括彩色滤光片和微透镜；
所述背照式图像传感器的像素区外周为***区，在所述***区中形成有CMOS电路；
在所述***区中还形成有正面工艺测试单元；
所述正面工艺测试单元包括MOS晶体管，二极管和电容；
所述正面工艺测试单元通过对应的由正面金属层形成的正面衬垫再叠加上对应的由背面金属层形成的背面衬垫引出。
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| CN104051478A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Bsi图像传感器件的新型背面结构 |
| CN106920810A (zh) * | 2015-12-11 | 2017-07-04 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 图像传感器器件及制造方法 |
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| US20190006237A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Protected chip-scale package (csp) pad structure |
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| CN104051478A (zh) * | 2013-03-14 | 2014-09-17 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | Bsi图像传感器件的新型背面结构 |
| CN106920810A (zh) * | 2015-12-11 | 2017-07-04 | 台湾积体电路制造股份有限公司 | 图像传感器器件及制造方法 |
| US20190006237A1 (en) * | 2017-06-30 | 2019-01-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Protected chip-scale package (csp) pad structure |
| CN107546239A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-05 | 德淮半导体有限公司 | 半导体装置及其制造方法 |
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