背照式图像传感器及其形成方法与流程

[0001]
本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种背照式图像传感器及其形成方法。


背景技术：

[0002]
背照式图像传感器(bsi)是目前应用广泛的cmos图像传感器，相较于正照式图像传感器(fsi),bsi的工艺特点是通过晶圆键合技术将具有像素单元的晶圆翻面，实现了入射光直接照射在硅片背面，不用穿过正面介质层和金属布线层，提高了像素设计的自由度。
[0003]
背照式图像传感器通常采用背面引线工艺，如图1所示，刻蚀背照式图像传感器中的绝缘层02和衬底01形成开孔v，在该开孔v中形成焊盘05，焊盘05与嵌设在介质层03中的金属布线层04电连接。这种背面引线方法为形成焊盘05，需要在衬底01上形成较大面积的开孔v，衬底01上较大面积的开孔v区域不能设计器件，芯片面积利用率较低，同时限制了背照式图像传感器的芯片尺寸进一步的缩小，不能满足背照式图像传感器小型化的需求。另外，背面引线工艺与沟槽隔离工艺是分别形成的，采用不同的掩模版，且在不同刻蚀步骤中形成，工艺较复杂。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器及其形成方法，减小开孔面积，提高背照式图像传感器的芯片面积利用率，简化工艺，且提高防串扰能力，从而提高光学性能。
[0005]
本发明提供一种背照式图像传感器的形成方法，包括：
[0006]
提供衬底，所述衬底具有相对的衬底正面和衬底背面，所述衬底正面形成有介质层，所述介质层中嵌设有金属布线层；
[0007]
提供一张掩膜版，所述一张掩膜版上形成有对应引出孔和隔离沟槽的图形；
[0008]
采用所述一张掩膜版形成图形化的光阻层，所述图形化的光阻层包括对应所述引出孔和所述隔离沟槽的开口；
[0009]
以所述图形化的光阻层为掩膜，从所述衬底背面一侧刻蚀所述衬底形成所述引出孔和所述隔离沟槽；所述引出孔暴露出所述金属布线层；
[0010]
形成隔离层，所述隔离层覆盖所述引出孔的侧壁和底面，所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁；
[0011]
刻蚀位于所述引出孔的底部的所述隔离层暴露出所述金属布线层；
[0012]
形成互连层，所述互连层至少填充所述引出孔且与所述金属布线层电连接。
[0013]
进一步的，所述隔离层还填充所述隔离沟槽。
[0014]
进一步的，所述互连层还填充所述隔离沟槽。
[0015]
进一步的，所述互连层的材质包括：钨。
[0016]
进一步的，采用化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或高密度等离子化
学气相沉积法形成所述互连层。
[0017]
进一步的，所述隔离层的材质包括：氧化硅层和/或氮化硅层。
[0018]
本发明还提供一种背照式图像传感器，包括：
[0019]
衬底，所述衬底具有相对的衬底正面和衬底背面，所述衬底正面形成有介质层，所述介质层中嵌设有金属布线层；
[0020]
引出孔和隔离沟槽，所述引出孔贯穿所述衬底且暴露出所述金属布线层，所述隔离沟槽贯穿部分厚度或全部厚度的所述衬底；
[0021]
隔离层，所述隔离层覆盖所述引出孔的侧壁，所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁；
[0022]
互连层，所述互连层至少填充所述引出孔且与所述金属布线层电连接。
[0023]
进一步的，所述互连层还填充所述隔离沟槽。
[0024]
进一步的，所述衬底上形成有多个像素单元区域，相邻的像素单元区域之间分布有所述隔离沟槽，在每个所述像素单元区域的正上方均分布有滤色单元和微透镜。
[0025]
进一步的，在垂直于所述衬底的截面上，所述引出孔的截面形状为矩形。
[0026]
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0027]
本发明提供一种背照式图像传感器及其形成方法，包括：提供衬底；提供一张掩膜版，所述一张掩膜版上形成有对应引出孔和隔离沟槽的图形；采用所述一张掩膜版形成图形化的光阻层，所述图形化的光阻层包括对应所述引出孔和所述隔离沟槽的开口；以所述图形化的光阻层为掩膜，从所述衬底背面一侧刻蚀所述衬底形成所述引出孔和所述隔离沟槽；形成隔离层，所述隔离层覆盖所述引出孔的侧壁和底面，所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁；形成互连层。该方法减小了开孔面积，提高了背照式图像传感器的芯片面积利用率。在一张掩膜版上形成有对应引出孔和隔离沟槽的图形，一次刻蚀工艺同时形成所述引出孔和所述隔离沟槽，背面引线工艺与沟槽隔离工艺同时进行，简化工艺，减少工艺成本。所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁，提高了不同像素单元之间的电学隔离能力。
[0028]
进一步的，所述互连层还填充所述隔离沟槽。位于隔离沟槽中的隔离层和互连层起到不同像素单元之间的电学隔离和光学隔离作用，提高了背照式图像传感器的防串扰能力，从而提高传感器的光学性能。
附图说明
[0029]
图1为一种背照式图像传感器有较大开孔的示意图；
[0030]
图2为本发明实施例的背照式图像传感器的形成方法流程示意图。
[0031]
图3至图7为本发明实施例的一种背照式图像传感器的形成方法各步骤示意图。
[0032]
图8至图11为本发明实施例的另一种背照式图像传感器的形成方法各步骤示意图。
具体实施方式
[0033]
本发明实施例提供了一种背照式图像传感器及其形成方法。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明
的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
[0034]
本发明实施例提供了一种背照式图像传感器的形成方法，如图2所示，包括：
[0035]
s1、提供衬底，所述衬底具有相对的衬底正面和衬底背面，所述衬底正面形成有介质层，所述介质层中嵌设有金属布线层；
[0036]
s2、提供一张掩膜版，所述一张掩膜版上形成有对应引出孔和隔离沟槽的图形；
[0037]
s3、采用所述一张掩膜版形成图形化的光阻层，所述图形化的光阻层包括对应所述引出孔和所述隔离沟槽的开口；
[0038]
s4、以所述图形化的光阻层为掩膜，从所述衬底背面一侧刻蚀所述衬底形成所述引出孔和所述隔离沟槽；所述引出孔暴露出所述金属布线层；
[0039]
s5、形成隔离层，所述隔离层覆盖所述引出孔的侧壁和底面，所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁；
[0040]
s6、刻蚀位于所述引出孔的底部的所述隔离层暴露出所述金属布线层；
[0041]
s7、形成互连层，所述互连层至少填充所述引出孔且与所述金属布线层电连接。
[0042]
下面结合图3至图7介绍本发明实施例的一种背照式图像传感器的形成方法的各步骤。
[0043]
如图3所示，提供衬底10，所述衬底10具有相对的衬底正面f1和衬底背面f2，所述衬底正面f1形成有介质层13，所述介质层13中嵌设有金属布线层14。衬底正面f1一侧形成有光电二极管，衬底背面f2一侧形成有绝缘层11。提供一张掩膜版，所述一张掩膜版上形成有对应引出孔和隔离沟槽的图形。采用所述一张掩膜版形成图形化的光阻层12，所述图形化的光阻层12包括对应所述引出孔和所述隔离沟槽的开口；对应所述引出孔的开口为v1，对应所述隔离沟槽的开口为v2。金属布线层14可为沿平行于衬底10方向分布的金属线；金属布线层14也可为沿平行于衬底10方向分布的金属线和沿垂直于衬底10方向分布的引出线，所述引出线和所述金属线电连接。
[0044]
如图4所示，以所述图形化的光阻层12为掩膜，刻蚀所述绝缘层11和衬底10形成所述引出孔va和所述隔离沟槽vb；所述引出孔va暴露出所述金属布线层14。
[0045]
如图4和图5所示，形成隔离层15a，所述隔离层15a覆盖所述引出孔va的侧壁和底面，所述隔离层15a还至少覆盖所述隔离沟槽vb的侧壁。可采用原子层沉积(ald)工艺或等离子体化学气相沉积(pecvd)工艺形成隔离层15a。对于小尺寸(截面宽度较窄)的隔离沟槽vb，所述隔离层15a可填充所述隔离沟槽vb，隔离沟槽vb通常较深，在隔离沟槽vb中填充隔离层15a，也称为深沟槽隔离(dti，deep trench isolation)，起到不同像素单元之间的电学隔离作用。隔离层15a的材质例如为氧化硅层或氮化硅层。
[0046]
如图6所示，刻蚀位于所述引出孔va的底部的所述隔离层15a暴露出所述金属布线层14。
[0047]
如图6和图7所示，形成互连层16a，所述互连层16a至少填充所述引出孔va且与所述金属布线层14电连接。可采用化学气相沉积法、等离子增强化学气相沉积法或高密度等离子化学气相沉积法形成互连层16a，所述互连层16a填充所述引出孔va且覆盖所述隔离层15a的上表面，采用化学机械研磨(cmp)工艺平坦化或等离子刻蚀互连层16a，较佳的，使互连层16a的顶面与隔离层15a的顶面齐平。位于引出孔va侧壁的隔离层15a防止互连层16a扩
散到衬底10中。
[0048]
以下结合图8至图11介绍本发明实施例的另一种背照式图像传感器的形成方法的各步骤。对于较大尺寸(截面宽度较宽)的隔离沟槽，所述互连层还填充所述隔离沟槽。
[0049]
如图8所示，以所述图形化的光阻层12为掩膜，刻蚀所述绝缘层11和衬底10形成所述引出孔va和所述隔离沟槽vc；所述引出孔va暴露出所述金属布线层14。
[0050]
如图9所示，形成隔离层15b，所述隔离层15b覆盖所述引出孔va的侧壁和底面，所述隔离层15b还覆盖所述隔离沟槽vc的侧壁和底面。可采用原子层沉积(ald)工艺或等离子体化学气相沉积(pecvd)工艺形成隔离层15b。对于较大尺寸(截面宽度较宽)的隔离沟槽vc，隔离层15b沉积时无法完全填充，隔离层15b仅是覆盖所述隔离沟槽vc的侧壁和底面。
[0051]
如图10所示，刻蚀位于所述引出孔va的底部的所述隔离层15b暴露出所述金属布线层14。
[0052]
如图11所示，形成互连层16b，所述互连层16b填充所述引出孔va且与所述金属布线层14电连接，所述互连层16b还填充所述隔离沟槽vc。所述互连层16b的材质例如为钨。填充在引出孔va中的互连层16b与金属布线层14电连接，将金属布线层14引出。填充在隔离沟槽vc中的互连层16b起到不同像素单元之间的光学隔离作用。隔离沟槽vc通常较深，隔离沟槽vc中形成有隔离层15b和互连层16b起隔离作用，也称为深沟槽隔离(dti，deep trench isolation)，位于隔离沟槽vc中的隔离层15b和互连层16b起到不同像素单元之间的电学隔离和光学隔离作用。隔离层15b的材质例如为氧化硅层或氮化硅层。
[0053]
本实施例还提供一种背照式图像传感器，包括：
[0054]
衬底，所述衬底具有相对的衬底正面和衬底背面，所述衬底正面形成有介质层，所述介质层中嵌设有金属布线层；
[0055]
引出孔和隔离沟槽，所述引出孔贯穿所述衬底且暴露出所述金属布线层，所述隔离沟槽贯穿部分厚度或全部厚度的所述衬底；
[0056]
隔离层，所述隔离层覆盖所述引出孔的侧壁，所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁；
[0057]
互连层，所述互连层至少填充所述引出孔且与所述金属布线层电连接。
[0058]
所述隔离沟槽贯穿部分厚度或全部厚度的所述衬底；所述隔离沟槽主要用于抑制衬底背面f2一侧进入光的横向串扰，像素单元区域a位于靠近衬底背面f2一侧时，所述隔离沟槽贯穿部分厚度的所述衬底即可起到抑制光的横向串扰作用。所述隔离沟槽贯穿全部厚度的所述衬底，则不需考虑像素单元区域a位于垂直于衬底方向的具体位置，实现整个衬底厚度范围内的隔离。
[0059]
图7示出了对于小尺寸(截面宽度较窄)的隔离沟槽vb，所述隔离层15a填充所述隔离沟槽vb。
[0060]
图11示出了对于较大尺寸(截面宽度较宽)的隔离沟槽vc，隔离层15b沉积时无法完全填充隔离沟槽vc，隔离层15b仅是覆盖所述隔离沟槽vc的侧壁和底面。所述互连层16b还填充所述隔离沟槽vc。
[0061]
所述衬底10上形成有多个像素单元区域a，相邻的像素单元区域a之间分布有所述隔离沟槽，像素之间使用深沟槽隔离抑制横向串扰。在每个所述像素单元区域a的正上方均分布有滤色单元和微透镜。具体的，滤色单元和微透镜依次分布在隔离层15b上方。其中，所
述微透镜、所述滤色单元和所述像素单元区域三者在垂直于所述衬底的方向上一一对应。
[0062]
综上所述，本实施例提供的背照式图像传感器及其形成方法，包括：提供衬底；提供一张掩膜版，所述一张掩膜版上形成有对应引出孔和隔离沟槽的图形；采用所述一张掩膜版形成图形化的光阻层，所述图形化的光阻层包括对应所述引出孔和所述隔离沟槽的开口；以所述图形化的光阻层为掩膜，从所述衬底背面一侧刻蚀所述衬底形成所述引出孔和所述隔离沟槽；形成隔离层，所述隔离层覆盖所述引出孔的侧壁和底面，所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁；形成互连层。该方法减小了开孔面积，提高了背照式图像传感器的芯片面积利用率。在一张掩膜版上形成有对应引出孔和隔离沟槽的图形，一次刻蚀工艺同时形成所述引出孔和所述隔离沟槽，背面引线工艺与沟槽隔离工艺同时进行，简化工艺，减少工艺成本。所述隔离层还至少覆盖所述隔离沟槽的侧壁，提高了不同像素单元之间的电学隔离能力。
[0063]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的器件而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0064]
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。