背照式图像传感器及其制造方法与流程

本发明属于半导体制造领域，特别是涉及一种背照式图像传感器及其制造方法。

背景技术：

传统的fsi正照式结构中，光子想要到达光电二极管需要穿过绝缘层及金属层，在此期间，部分光子会被绝缘层及金属层反射弹回空气中，导致图像传感器灵敏度的降低。背照式图像传感器最大的优化之处在于将元件内部的结构改变了，背照图像将感光层的元件调转方向，让光能从背面直射进去，避免了传统图像传感器结构中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的电路和晶体管的影响，从而显著提高光的效能，大大改善低光照条件下的感光效果，可见，背照式图像传感器比传统图像传感器在灵敏度会上有质的飞跃。

现有的大部分背照式图像传感器主要通过硅片通道(tsv)将多晶硅栅与铝衬垫连接起来，但tsv与多晶硅栅接触电阻较大。目前存在的铝衬垫与金属层铜直接相接触技术，制备工艺复杂，制作成本高。

目前已经存在的新型背照式图像传感器如图1所示，其主要的特点是铝衬垫104与金属层铜101直接相接触。其制备方法为通过第一次光刻-刻蚀工艺将背照式图像传感器晶圆的衬底打开第一凹槽，于所述第一凹槽沉积一层隔离层；再通过第二次光刻-刻蚀工艺在第一凹槽的底部形成第二凹槽，该第二凹槽终止于金属层上，并再沉积一层隔离层；最后沉积与所述金属层铜相连的金属铝，形成铝衬垫。此种工艺需要两道光刻工艺，其成本较高。

基于以上所述，提供一种可以有效降低工艺难度并有效降低制造成本的背照式图像传感器及其制造方法实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器及其制造方法，用于解决现有技术中背照式图像传感器的铝衬垫制造工艺复杂，工艺成本较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种背照式图像传感器的制造方法，所述制造方法包括：1)提供一背照式图像传感器芯片，于所述背照式图像传感器芯片表面形成金属塞以及布线层，所述布线层包括用于图像传感器互连的互连金属层以及用于电引出的引出金属层，所述金属塞包括与所述互连金属层相连的互连金属塞，以及与所述引出金属层相连的引出金属塞，其中，所述背照式图像传感器芯片正面的电路通过所述互连金属塞与所述互连金属层电性连接；2)提供一支撑衬底，将所述支撑衬底固定于所述布线层表面；3)于所述背照式图像传感器芯片中形成露出所述引出金属塞的凹槽；以及4)于所述凹槽中形成与所述引出金属塞电连接的金属衬垫，以实现所述背照式图像传感器的电性引出。

优选地，所述金属塞的制作方法包括步骤：a)于所述背照式图像传感器芯片上形成介质层；b)自所述介质层表面打开用于所述背照式图像传感器芯片正面的电路引出的第一开孔以及后续用于所述背照式图像传感器芯片背面引出的的第二开孔；以及c)于所述第一开孔及第二开孔中填充金属，以形成所述互连金属塞以及所述引出金属塞。

优选地，步骤3)中，采用光刻工艺及干法刻蚀工艺于所述背照式图像传感器芯片中形成露出所述引出金属塞的凹槽。

优选地，步骤4)包括步骤：4-1)采用溅射工艺或蒸镀工艺于所述凹槽的底部、侧壁及顶部形成隔离层，以防止所述金属衬垫的金属扩散并提高所述金属衬垫与所述凹槽的粘附强度；以及4-2)采用溅射工艺或蒸镀工艺于所述隔离层上形成金属衬垫。

进一步地，所述隔离层的材料选用为钛/氮化钛(ti/tin)叠层，所述金属衬垫的材料选用为铝(al)。

优选地，所述互连金属层及所述引出金属层的材料选用为铜(cu)，所述互连金属塞及所述引出金属塞的材料选用为钨(w)。

本发明还提供一种背照式图像传感器，包括：支撑衬底；布线层，形成于所述支撑衬底上，所述布线层包括金属布线层以及包围所述金属布线层的介质层，所述金属布线层包括用于图像传感器互连的互连金属层以及用于电引出的引出金属层；金属塞，形成于所述布线层的介质层中，所述金属塞包括与所述互连金属层相连的互连金属塞，以及与所述引出金属层相连的引出金属塞；背照式图像传感器芯片，固定于所述布线层上，所述背照式图像传感器芯片正面的电路通过所述互连金属塞与所述互连金属层电性连接；凹槽，形成于所述背照式图像传感器芯片中且露出有所述引出金属塞；以及金属衬垫，形成于所述凹槽中并与所述引出金属塞电连接，以实现所述背照式图像传感器的电性引出。

优选地，所述金属塞包括：自所述介质层表面打开的直至所述互连金属层的第一开孔以及直至所述引出金属层的第二开孔；于所述第一开孔填充金属形成的所述互连金属塞；以及于所述第二开孔中填充金属形成所述引出金属塞。

优选地，所述金属衬垫与所述凹槽之间还具有隔离层，以防止所述金属衬垫的金属扩散并提高所述金属衬垫与所述凹槽的粘附强度。

进一步地，所述隔离层的材料选用为钛/氮化钛(ti/tin)叠层，所述金属衬垫的材料选用为铝(al)。

优选地，所述互连金属层及所述引出金属层的材料选用为铜(cu)，所述互连金属塞及所述引出金属塞的材料选用为钨(w)。

如上所述，本发明的背照式图像传感器及其制造方法，具有以下有益效果：

本发明通过在布线层的引出金属层上制作钨塞，然后通过一次光刻-刻蚀工艺从背照式图像传感器芯片的衬底打开引出孔，并在该引出孔制作铝衬垫，该铝衬垫通过钨塞与引出金属层连接，便可实现背照式图像传感器芯片的电性引出。本发明只需通过一次光刻工艺便可实现背照式图像传感器芯片的电性引出，本发明工艺比较简单，可大大降低制造成本。同时，本发明采用铝衬垫与钨塞的连接，相比于传统的铝衬垫与铜层之间相连的方法，可避免铝和铜接触界面的由于电化学反应导致的接触电阻增大的缺陷，从而有效降低连线结构的电阻。

附图说明

图1显示为现有技术中的一种背照式图像传感器的铝衬垫引出结构示意图。

图2显示为本发明的背照式图像传感器的制造方法的步骤流程示意图。

图3～图8显示为本发明背照式图像传感器的制造方法各步骤所呈现的结构示意图。

元件标号说明

201支撑衬底

202布线层

203互连金属层

204引出金属层

205互连金属塞

206引出金属塞

207背照式图像传感器芯片

208凹槽

209隔离层

210金属衬垫

s11～s14步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2～图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图2～图8所示，本实施例提供一种背照式图像传感器的制造方法，所述制造方法包括：

如图2～图3～图4所示，首先进行步骤1)s11，提供一背照式图像传感器芯片207，于所述背照式图像传感器芯片207表面形成金属塞以及布线层，所述布线层包括用于图像传感器互连的互连金属层203以及用于电引出的引出金属层204，所述金属塞包括与所述互连金属层相连的互连金属塞205，以及与所述引出金属层相连的引出金属塞206，其中，所述背照式图像传感器芯片207正面的电路通过所述互连金属塞206与所述互连金属层203电性连接。

具体地，所述金属塞的制作方法包括步骤：

步骤a)，于所述背照式图像传感器芯片207上形成介质层；

步骤b)，自所述介质层表面打开用于所述背照式图像传感器芯片正面的电路引出的第一开孔以及后续用于所述背照式图像传感器芯片背面引出的的第二开孔；

步骤c)于所述第一开孔及第二开孔中填充金属，以形成所述互连金属塞205以及所述引出金属塞206。

作为示例，所述互连金属塞205及所述引出金属塞206的材料选用为钨(w)。

作为示例，所述互连金属层203及所述引出金属层204的材料选用为铜(cu)，所述介质层的材料选用为二氧化硅。所述布线层包括金属层以及介质层，所述互连结金属层203及所述引出金属层204可以为多层结构，对应的每层所述互连结金属层203及所述引出金属层204通过介质层间隔，且通过间隔的介质层中的金属连接孔形成互连。

具体地，所述布线层的制作方法包括：

第一步，于所述金属塞上形成第一金属层，并依据互连需求对所述金属层进行图形化处理；

第二步，于所述第一金属层上形成第一介质层，并于所述第一介质层中形成通孔，于所述通孔中填充金属形成金属连接孔；

第三步，于所述第一介质层表面形成第二金属层，并依据互连需求对所述金属层进行图形化处理；

第四步，重复进行上述第一步至第三步，以获得满足互连需求的布线层。

作为示例，所述背照式图像传感器芯片207上形成所述布线层202之后，所述引出金属塞206对应的背照式图像传感器芯片207区域为无功能性的衬底区域。

如图2及图5所示，然后进行步骤2)s12，提供一支撑衬底201，将所述支撑衬底201固定所述布线层上。

作为示例，所述支撑衬底201选用为硅片。当然，所述支撑衬底201也可以选用为玻璃、陶瓷、聚合物等基底，以有效降低成本。

作为示例，所述支撑衬底201可以采用键合或者采用粘合胶粘合的方式固定于所述布线层上。

如图2及图6所示，接着进行步骤3)s13，于所述背照式图像传感器芯片207中形成露出所述引出金属塞206的凹槽208；

作为示例，采用光刻工艺及干法刻蚀工艺于所述背照式图像传感器芯片207中形成露出所述引出金属塞206的凹槽208。

作为示例，所述凹槽208的截面形状为倒梯形，以便于后续金属衬垫210的制作。由于本发明的凹槽为单一的倒梯形结构，相比于传统的两侧刻蚀出的“双梯形结构”来说，其可有效降低金属填充的难度，并提高金属填充的质量，以提高金属衬垫的机械稳定性。

如图2及图7～图8所示，最后进行步骤4)s14，于所述凹槽208中形成与所述引出金属塞206电连接的金属衬垫210，以实现所述背照式图像传感器的电性引出。

作为示例，步骤4)包括步骤：

步骤4-1)，采用溅射工艺或蒸镀工艺于所述凹槽208的底部、侧壁及顶部形成隔离层209，以防止所述金属衬垫210的金属扩散并提高所述金属衬垫210与所述凹槽208的粘附强度；以及

步骤4-2)，采用溅射工艺或蒸镀工艺于所述隔离层209上形成金属衬垫210。

作为示例，所述隔离层209的材料选用为钛/氮化钛(ti/tin)叠层，所述金属衬垫210的材料选用为铝(al)。当然，所述隔离层209的材料也可以依据需求进行改变，并不限于此处所举的示例。

如上所述，本发明只需通过一次光刻-刻蚀工艺便可将预先制作的引出金属塞206露出，并通过后续直接制作金属衬垫210便可实现所述背照式图像传感器的电性引出，相比于传统的两次光刻-刻蚀工艺露出铜布线层202的方法来说，本发明工艺比较简单，可大大降低制造成本。同时，本发明采用铝衬垫与钨塞的连接，相比于传统的铝衬垫与铜层之间相连的方法，可避免铝和铜接触界面的由于电化学反应导致的接触电阻增大的缺陷，从而有效降低连线结构的电阻。

如图8所示，本实施例还提供一种背照式图像传感器，包括：支撑衬底201；布线层202，形成于所述支撑衬底201上，所述布线层202包括金属布线层202以及包围所述金属布线层202的介质层，所述金属布线层202包括用于图像传感器互连的互连金属层203以及用于电引出的引出金属层204；金属塞，形成于所述布线层202的介质层中，所述金属塞包括与所述互连金属层203相连的互连金属塞205，以及与所述引出金属层204相连的引出金属塞206；背照式图像传感器芯片207，固定于所述布线层202上，所述背照式图像传感器芯片207正面的电路通过所述互连金属塞205与所述互连金属层203电性连接；凹槽208，形成于所述背照式图像传感器芯片207中且露出有所述引出金属塞206；以及金属衬垫210，形成于所述凹槽208中并与所述引出金属塞206电连接，以实现所述背照式图像传感器的电性引出。

作为示例，所述凹槽208的截面形状为倒梯形，以便于后续金属衬垫210的制作。由于本发明的凹槽为单一的倒梯形结构，相比于传统的两侧刻蚀出的“双梯形结构”来说，其可有效降低金属填充的难度，并提高金属填充的质量，以提高金属衬垫的机械稳定性。

作为示例，所述金属塞包括：自所述介质层表面打开的直至所述互连金属层203的第一开孔以及直至所述引出金属层204的第二开孔；于所述第一开孔填充金属形成的所述互连金属塞205；以及于所述第二开孔中填充金属形成所述引出金属塞206。

作为示例，所述金属衬垫210与所述凹槽208之间还具有隔离层209，以防止所述金属衬垫210的金属扩散并提高所述金属衬垫210与所述凹槽208的粘附强度。

作为示例，所述隔离层209的材料选用为钛/氮化钛(ti/tin)叠层，所述金属衬垫210的材料选用为铝(al)。

作为示例，所述互连金属层203及所述引出金属层204的材料选用为铜(cu)，所述互连金属塞205及所述引出金属塞206的材料选用为钨(w)。

本发明采用铝衬垫与钨塞的连接，相比于传统的铝衬垫与铜层之间相连的方法，可避免铝和铜接触界面的由于电化学反应导致的接触电阻增大的缺陷，从而有效降低连线结构的电阻。

如上所述，本发明的背照式图像传感器及其制造方法，具有以下有益效果：

本发明通过在布线层202的引出金属层204上制作钨塞，然后通过一次光刻-刻蚀工艺从背照式图像传感器芯片207的衬底打开引出孔，并在该引出孔制作铝衬垫，该铝衬垫通过钨塞与引出金属层204连接，便可实现背照式图像传感器芯片207的电性引出。本发明只需通过一次光刻工艺便可实现背照式图像传感器芯片207的电性引出，本发明工艺比较简单，可大大降低制造成本。同时，本发明采用铝衬垫与钨塞的连接，相比于传统的铝衬垫与铜层之间相连的方法，可避免铝和铜接触界面的由于电化学反应导致的接触电阻增大的缺陷，从而有效降低连线结构的电阻。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。