CN115224064A - 背照式图像传感器及其制作方法 - Google Patents

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蔡巧明
李浩业
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Shanghai IC R&D Center Co Ltd
Shanghai IC Equipment Material Industry Innovation Center Co Ltd
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Abstract

本发明提供了一种背照式图像传感器及其制作方法，所述方法包括：提供衬底，衬底包含像素区和非像素区，且衬底内形成有位于像素区的多个像素电极和位于非像素区的多个金属互连层；在像素区的衬底内形成深沟槽隔离结构，在像素区的衬底上形成金属格栅，金属格栅位于深沟槽隔离结构上方，深沟槽隔离结构位于像素电极上方，且靠近非像素区的金属格栅延伸至非像素区；在非像素区的衬底内形成金属焊盘，金属焊盘与金属互连层相连接，且金属焊盘与延伸至非像素区的金属格栅相连接。本发明通过将金属格栅与金属焊盘相连接，从而不需要另外制作接地孔以将所述金属格栅接地，减少了掩膜版的使用，从而减少了工艺步骤，节约了工艺成本。

Description

背照式图像传感器及其制作方法
技术领域
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
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金属格栅来进行改善。
在现有的背照式图像传感器中，通常采用铝作为金属格栅材料，并通过专门的接地通孔将铝和硅衬底相连接实现金属接地。但为此需要额外增加一张掩膜版制作接地通孔结构，导致工艺步骤和成本增加。
图1为一背照式图像传感器的结构示意图，如图1所示，所述背照式图像传感器包括：衬底10，所述衬底10包含像素区A和非像素区B，位于衬底10内的像素电极11与金属互连层12，所述像素电极11位于所述像素区A，所述金属互连层12位于所述非像素区B。从所述衬底10表面向所述衬底10内延伸的深沟槽隔离结构13与金属焊盘14，所述深沟槽隔离结构13位于所述像素电极11上方且未与所述像素电极11接触，所述金属焊盘14位于所述金属互连层12的上方且与所述金属互连层12相连接。在所述深沟槽隔离结构13的上方的所述衬底10上形成有金属格栅15，为了将所述金属格栅15与所述衬底10相连接实现接地，需要在所述衬底10内形成接地孔之后填充金属形成接地孔结构16，因此需要额外增加一张掩膜版以形成所述接地孔，因此导致工艺步骤和成本增加。
发明内容
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，以减少工艺步骤，节约工艺成本。
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：
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；
在所述像素区的所述衬底内形成深沟槽隔离结构，在所述像素区的所述衬底上形成金属格栅，所述金属格栅位于所述深沟槽隔离结构上方，所述深沟槽隔离结构位于所述像素电极上方，且靠近所述非像素区的所述金属格栅延伸至所述非像素区；以及
在所述非像素区的所述衬底内形成金属焊盘，所述金属焊盘与所述金属互连层相连接，且所述金属焊盘与延伸至所述非像素区的所述金属格栅相连接。
可选的，在所述像素区的所述衬底内形成深沟槽隔离结构的方法包括：
刻蚀所述像素区的所述衬底形成多个深隔离沟槽，每个所述深隔离沟槽均位于每个所述像素电极上方，所述深隔离沟槽与所述像素电极一一对应；
填充金属材料在所述深隔离沟槽内以形成深沟槽隔离结构。
可选的，在形成所述深隔离沟槽之后，在填充所述金属材料之前，所述方法还包括：
依次形成介电层与第一保护层，所述介电层覆盖所述深隔离沟槽的侧壁、底部并覆盖所述衬底，所述第一保护层覆盖所述深隔离沟槽的侧壁及底部。
可选的，在所述像素区的所述衬底上形成金属格栅的方法包括：
依次形成第二保护层与所述金属格栅材料层，所述第二保护层覆盖所述介电层与所述深沟槽隔离结构，所述金属格栅材料层覆盖所述第二保护层；
刻蚀所述金属格栅材料层以形成金属格栅，所述金属格栅位于所述深沟槽隔离结构的上方，且靠近所述非像素区的所述金属格栅延伸至所述非像素区；以及
形成第三保护层，所述第三保护层覆盖所述金属格栅与所述第二保护层。
可选的，所述第一保护层、所述第二保护层与所述第三保护层的材料相同，所述介电层的材料包含高介电常数材料。
可选的，在所述非像素区的所述衬底内形成金属焊盘的方法包括：
对所述非像素区的所述衬底进行第一次刻蚀，形成第一开口，所述第一开口位于所述金属互连层上方且未暴露出所述金属互连层，且所述第一开口的侧壁暴露出延伸至所述非像素区的所述金属格栅；
对所述非像素区的所述衬底进行第二次刻蚀，在所述第一开口内形成至少两个第二开口，每个所述第二开口均暴露出部分所述金属互连层，且靠近所述像素区的所述第二开口的其中一个侧壁与所述第一开口的侧壁在垂直于所述衬底的方向上相连接；
形成金属材料层，所述金属材料层覆盖所述衬底、填满所述第二开口并填充所述第一开口的侧壁及底部，且所述金属材料层与所述第一开口的侧壁暴露出的所述金属格栅相连接；以及
刻蚀所述金属材料层在所述第二开口与所述第一开口内形成金属焊盘，且在所述第一开口靠近所述像素区的侧壁上残留部分所述金属材料层，所述金属焊盘通过所述金属材料层与所述金属格栅相连接。
可选的，在形成所述第一开口之后，在形成所述第二开口之前，所述方法还包括：
形成第四保护层，所述第四保护层覆盖所述第一开口的侧壁及底部。
可选的，对所述非像素区的所述衬底进行第二次刻蚀形成所述第二开口时，所述方法还包括：刻蚀去除所述第一开口靠近所述像素区的侧壁上的所述第四保护层，暴露出延伸至所述非像素区的所述金属格栅。
可选的，采用物理气相沉积法形成所述金属材料层，所述第一开口靠近所述像素区的侧壁上的所述金属材料层的厚度大于另一侧壁上的所述金属材料层的厚度。
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。
本发明提供的背照式图像传感器及其制作方法中，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非像素区的多个金属互连层；在所述像素区的衬底内形成深沟槽隔离结构，在所述像素区的衬底上形成金属格栅，所述金属格栅位于所述深沟槽隔离结构上方，所述深沟槽隔离结构位于所述像素电极上方，且靠近所述非像素区的所述金属格栅延伸至所述非像素区；在所述非像素区的所述衬底内形成金属焊盘，所述金属焊盘与所述金属互连层相连接，且所述金属焊盘与延伸至所述非像素区的所述金属格栅相连接，从而不需要另外制作接地孔以将所述金属格栅接地，减少了掩膜版的使用，从而减少了工艺步骤，节约了工艺成本。
另外，所述金属焊盘与延伸至所述非像素区的所述金属格栅相连接，与所述金属格栅连接的金属焊盘可以接地，也可以接电势，从而可以对所述金属格栅进行电势调节，以此改善背照式图像传感器的性能。
附图说明
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。
图1是一背照式图像传感器的结构示意图。
图2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。
图3至图8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9是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的俯视图。
附图标记：
图1中：10-衬底；11-像素电极；12-金属互连层；13-深沟槽隔离结构；14-金属焊盘；15-金属格栅；16-接地孔结构。
图3至图8中，100-衬底；101-像素电极；102-金属互连层；103-深隔离沟槽；104-介电层；105-第一保护层；106-深沟槽隔离结构；107-第二保护层；108-金属格栅材料层；109-金属格栅；110-第三保护层；111-第一开口；112-第四保护层；113-第二开口；114-金属材料层；115-金属焊盘。
具体实施方式
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。
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。
图2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。
如图2所示，所述背照式图像传感器的制作方法包括以下步骤：
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；
S2：在所述像素区的所述衬底内形成深沟槽隔离结构，在所述像素区的所述衬底上形成金属格栅，所述金属格栅位于所述深沟槽隔离结构上方，所述深沟槽隔离结构位于所述像素电极上方，且靠近所述非像素区的所述金属格栅延伸至所述非像素区；
S3：在所述非像素区的所述衬底内形成金属焊盘，所述金属焊盘与所述金属互连层相连接，且所述金属焊盘与延伸至所述非像素区的所述金属格栅相连接。
图3至图8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9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2与图3～图9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。
在步骤S1中，请参照图3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。
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。
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9所示)。所述像素区A的所述衬底100内形成有多个像素电极101，所述非像素区B的所述衬底100内形成有多个金属互连层102，图3至图8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。
在步骤S2中，请参照图5所示，在所述像素区A的所述衬底100内形成深沟槽隔离结构106，在所述像素区A的所述衬底100上形成金属格栅109，所述金属格栅109位于所述深沟槽隔离结构106上方，所述深沟槽隔离结构106位于所述像素电极101上方，且靠近所述非像素区B的所述金属格栅109延伸至所述非像素区B。
具体的，首先，请参考图3所示，刻蚀所述像素区A的所述衬底100形成多个深隔离沟槽103，每个所述深隔离沟槽103均位于每个所述像素电极101上方，所述深隔离沟槽103与所述像素电极101一一对应。示例性的，可以首先在所述衬底100上涂布光刻胶层(未图示)，对所述光刻胶层进行曝光与显影，形成图形化的光刻胶层，图像化的所述光刻胶层暴露出所述衬底100上预订形成深隔离沟槽103的区域；接着，以图形化的所述光刻胶层为掩膜，刻蚀部分厚度的所述衬底100以形成多个所述深隔离沟槽103，所述深隔离沟槽103位于所述像素电极101上方，且未暴露出所述像素电极101；最后，去除图形化的光刻胶层。
接着，请参考图4所示，依次形成介电层104与第一保护层105，所述介电层104覆盖所述深隔离沟槽103的侧壁、底部并覆盖所述衬底100，所述第一保护层105覆盖所述深隔离沟槽103的侧壁及底部。接着，填充金属材料在所述深隔离沟槽103内以形成深沟槽隔离结构106。本实施例中，所述介电层104的材料包含高介电常数材料，例如氧化铪、氧化铝或氧化钽，所述第一保护层105的材料包含氧化硅，所述金属材料包含铝或钨。
接着，请继续参考图4所示，形成第二保护层107在所述衬底100上，所述第二保护层107覆盖所述介电层104与所述深沟槽隔离结构106。接着，形成金属格栅材料层108，所述金属格栅材料层108覆盖所述第二保护层107。所述第二保护层107的材料与所述第一保护层104的材料相同，所述第二保护层107的材料包含氧化硅，所述金属格栅材料层108的材料包含铝。
之后，请参考图5所示，刻蚀所述金属格栅材料层108以形成金属格栅109，所述金属格栅109位于所述深沟槽隔离结构106的上方，且靠近所述非像素区B的所述金属格栅109延伸至所述非像素区B。接着，形成第三保护层110，所述第三保护层110覆盖所述金属格栅109与所述第二保护层107。所述第三保护层107的材料与所述第二保护层107以及所述第一保护层104的材料相同，例如所述第三保护层107的材料包含氧化硅。
在步骤S3中，请参考图8所示，在所述非像素区B的所述衬底100内形成金属焊盘115，所述金属焊盘115与所述金属互连层102相连接，且所述金属焊盘115与延伸至所述非像素区B的所述金属格栅109相连接。
首先，请参考图6所示，对所述非像素区B的所述衬底100进行第一次刻蚀，形成第一开口111，所述第一开口111位于所述金属互连层102的上方且未暴露出所述金属互连层102，且所述第一开口111的侧壁暴露出延伸至所述非显示区B的所述金属格栅109。示例性的，首先在所述衬底100上形成光刻胶层，对所述光刻胶层进行曝光与显影形成图形化的光刻胶层，图形化的所述光刻胶层暴露出所述衬底100上预订形成所述金属焊盘的区域；接着，以图形化的所述光刻胶层为掩膜，刻蚀部分厚度的所述衬底100以形成所述第一开口111；最后去除图形化的所述光刻胶层。
接着，请继续参考图6所示，形成第四保护层112，所述第四保护层112覆盖所述第一开口11的侧壁及底部，所述第四保护层112的材料包含氧化硅。
接着，请继续参考图6所示，对所述非像素区B的所述衬底100进行第二次刻蚀，在所述第一开口111内形成至少两个第二开口113，图6中仅示出了两个所述第二开口113，每个所述第二开口113均暴露出部分所述金属互连层102，且靠近所述像素区A的所述第二开口113的其中一个侧壁与所述第一开口111的侧壁重叠。示例性的，在所述衬底100上形成光刻胶层，所述光刻胶层覆盖所述衬底100并填充所述第一开口111；接着，对所述光刻胶层进行曝光与显影，形成图形化的光刻胶层，图形化的所述光刻胶层暴露出所述第一开口内的所述衬底100上预订形成所述第二开口的区域；接着，以图形化的光刻胶层为掩膜，刻蚀所述衬底100至暴露出所述金属互连层102以形成多个第二开口113，其中靠近所述像素区A的一个所述第二开口113的侧壁与所述第一开口111的侧壁在垂直于所述衬底100的方向上相连接，垂直于所述衬底100的方向是指图6中的竖直方向，即沿着靠近所述像素区A的所述第一开口111的侧壁刻蚀所述第一开口111底部的所述衬底100，形成一个所述第二开口113，同时所述第一开口111靠近所述像素区A的侧壁上的所述第四保护层112被刻蚀去除。
接着，请参考7所示，形成金属材料层114，所述金属材料层114覆盖所述衬底100、填满所述第二开口113并填充所述第一开口111的侧壁及底部，且所述金属材料层114与所述第一开口111的侧壁暴露出的所述金属格栅109相连接。所述金属材料层114的材料包含铝，可以采用物理气相沉积法形成所述金属材料层114。并且，由于所述第一开口111与第二开口113的位置关系，所述第一开口111靠近所述像素区A的侧壁上的所述金属材料层114的厚度大于另一侧壁上的所述金属材料层114的厚度。
最后，请参考图8所示，刻蚀所述金属材料层114在所述第二开口113与所述第一开口111内形成金属焊盘115，且在所述第一开口111靠近所述像素区A的侧壁上残留部分所述金属材料层114，所述金属焊盘115通过所述金属材料层114与所述金属格栅109相连接。
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；在所述像素区A的衬底100内形成深沟槽隔离结构105，在所述像素区A的衬底100上形成金属格栅109，所述金属格栅109位于所述深沟槽隔离结构105上方，所述深沟槽隔离结构105位于所述像素电极101上方，且靠近所述非像素区A的所述金属格栅109延伸至所述非像素区B；在所述非像素区B的所述衬底100内形成金属焊盘115，所述金属焊盘115与所述金属互连层102相连接，且所述金属焊盘115与延伸至所述非像素区B的所述金属格栅109相连接，从而不需要另外制作接地孔以将所述金属格栅接地，减少了掩膜版的使用，从而减少了工艺步骤，节约了工艺成本。
另外，请参考图9所示，在所述非像素区B内形成有多个金属焊盘115，所述金属格栅109可以与其中一个或几个所述金属焊盘115相连接。与所述金属格栅109连接的金属焊盘115可以接地，也可以接电势，从而可以对所述金属格栅109进行电势调节，以此改善背照式图像传感器的性能。
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8与图9所示，所述背照式图像传感器包括：
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；
深沟槽隔离结构106，位于所述像素区A的所述衬底100内，所述深沟槽隔离结构106位于所述像素电极101上方；
金属格栅109，位于所述像素区A的所述衬底100上，所述金属格栅109位于所述深沟槽隔离结构106上方，且靠近所述非像素区B的所述金属格栅109延伸至所述非像素区B；
金属焊盘115，位于在所述非像素区B的所述衬底100内，所述金属焊盘115与延伸至所述非像素区B的所述金属格栅109相连接。
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。

Claims (10)

1.一种背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
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；
在所述像素区的所述衬底内形成深沟槽隔离结构，在所述像素区的所述衬底上形成金属格栅，所述金属格栅位于所述深沟槽隔离结构上方，所述深沟槽隔离结构位于所述像素电极上方，且靠近所述非像素区的所述金属格栅延伸至所述非像素区；以及
在所述非像素区的所述衬底内形成金属焊盘，所述金属焊盘与所述金属互连层相连接，且所述金属焊盘与延伸至所述非像素区的所述金属格栅相连接。
2.如权利要求1所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，在所述像素区的所述衬底内形成深沟槽隔离结构的方法包括：
刻蚀所述像素区的所述衬底形成多个深隔离沟槽，每个所述深隔离沟槽均位于每个所述像素电极上方，所述深隔离沟槽与所述像素电极一一对应；
填充金属材料在所述深隔离沟槽内以形成深沟槽隔离结构。
3.如权利要求2所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，在形成所述深隔离沟槽之后，在填充所述金属材料之前，所述方法还包括：
依次形成介电层与第一保护层，所述介电层覆盖所述深隔离沟槽的侧壁、底部并覆盖所述衬底，所述第一保护层覆盖所述深隔离沟槽的侧壁及底部。
4.如权利要求3所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，在所述像素区的所述衬底上形成金属格栅的方法包括：
依次形成第二保护层与所述金属格栅材料层，所述第二保护层覆盖所述介电层与所述深沟槽隔离结构，所述金属格栅材料层覆盖所述第二保护层；
刻蚀所述金属格栅材料层以形成金属格栅，所述金属格栅位于所述深沟槽隔离结构的上方，且靠近所述非像素区的所述金属格栅延伸至所述非像素区；以及
形成第三保护层，所述第三保护层覆盖所述金属格栅与所述第二保护层。
5.如权利要求4所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，所述第一保护层、所述第二保护层与所述第三保护层的材料相同，所述介电层的材料包含高介电常数材料。
6.如权利要求1所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，在所述非像素区的所述衬底内形成金属焊盘的方法包括：
对所述非像素区的所述衬底进行第一次刻蚀，形成第一开口，所述第一开口位于所述金属互连层上方且未暴露出所述金属互连层，且所述第一开口的侧壁暴露出延伸至所述非像素区的所述金属格栅；
对所述非像素区的所述衬底进行第二次刻蚀，在所述第一开口内形成至少两个第二开口，每个所述第二开口均暴露出部分所述金属互连层，且靠近所述像素区的所述第二开口的其中一个侧壁与所述第一开口的侧壁在垂直于所述衬底的方向上相连接；
形成金属材料层，所述金属材料层覆盖所述衬底、填满所述第二开口并填充所述第一开口的侧壁及底部，且所述金属材料层与所述第一开口的侧壁暴露出的所述金属格栅相连接；以及
刻蚀所述金属材料层在所述第二开口与所述第一开口内形成金属焊盘，且在所述第一开口靠近所述像素区的侧壁上残留部分所述金属材料层，所述金属焊盘通过所述金属材料层与所述金属格栅相连接。
7.如权利要求6所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，在形成所述第一开口之后，在形成所述第二开口之前，所述方法还包括：
形成第四保护层，所述第四保护层覆盖所述第一开口的侧壁及底部。
8.如权利要求7所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，对所述非像素区的所述衬底进行第二次刻蚀形成所述第二开口时，所述方法还包括：刻蚀去除所述第一开口靠近所述像素区的侧壁上的所述第四保护层，暴露出延伸至所述非像素区的所述金属格栅。
9.如权利要求8所述的背照式图像传感器的制作方法，其特征在于，采用物理气相沉积法形成所述金属材料层，所述第一开口靠近所述像素区的侧壁上的所述金属材料层的厚度大于另一侧壁上的所述金属材料层的厚度。
10.一种背照式图像传感器，其特征在于，采用如权利要求1～9中任一项所述的背照式图像传感器的制作方法制作而成。
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