图像传感器的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种图像传感器。


背景技术：

2.图像传感器是将光学信号转化为电信号的半导体器件。根据所采用原理的不同，可以将其分为电荷耦合装置(charge-coupled device，ccd)图像传感器以及互补型金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor,cmos)图像传感器。其中，根据光线入射方式的不同，cmos图像传感器又可以分为前照式(front side illumination，fsi)图像传感器和背照式(back side illumination，bis)图像传感器。
3.在背照式图像传感器中，光线是从衬底的背面直接照射至光电二极管，无需经过逻辑电路，提高了光线接收的效能。但相邻的像素(光电二极管)之间仍存在光学串扰的问题。对此，现有的技术方案是设置金属栅格(metal grid)，即利用金属栅格的不透光特性，降低光线反射率，从而缓解相邻像素(光电二极管)之间的光线串扰问题。
4.请参阅图1-2，现有的金属栅格的制备工艺基本是参照金属铝线或金属钨线的制备工艺，先在衬底100上形成隔离层101，用于保护所述衬底100，继而依次在所述隔离层101上形成粘合阻挡层102、金属层103和保护层104。最后，经过刻蚀形成如图2所示的金属栅格。其中，所述粘合阻挡层102包括两层结构，一层为金属钛层1021，另一层为氮化钛层1022。在金属铝线或金属钨线中，所述金属钛层1021与隔离层101中的二氧化硅发生反应，用于降低接触电阻。并且，因金属连线的尺寸非常小，金属钛层1021具有良好的粘附性，所以在接触孔底部设置金属钛层1021还可以增强连接效果。
5.但是，所述粘合阻挡层102的沉积和刻蚀过程均会产生等离子损伤，则不可避免地增加了图像传感器的白噪声。此外，如图3所示，在刻蚀过程中金属层103的刻蚀速率大于粘合阻挡层102，则长时间的刻蚀会造成所述金属层103的侧向侵蚀，影响金属栅格的关键尺寸。因此，为避免侧向侵蚀，现有的解决方案是增加离子轰击能量和轰击时间，从而加速粘合阻挡层102的刻蚀。但大能量的轰击不仅会造成更为严重的等离子损伤，还会产生更多的白噪声。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于提供一种图像传感器，以解决如何减少等离子损伤，以及如何降低白噪声中的至少一个问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种图像传感器，包括：衬底和金属栅格；所述金属栅格位于所述衬底上，且具有依次层叠的第一氮化钛层、金属层和第二氮化钛层；其中，所述第一氮化钛层的厚度小于所述第二氮化钛层的厚度。
8.可选的，在所述的图像传感器中，所述第一氮化钛层的厚度是所述第二氮化钛层的厚度的1/2。
9.可选的，在所述的图像传感器中，所述金属层的厚度大于所述第二氮化钛层的厚
度。
10.可选的，在所述的图像传感器中，与所述金属栅格相接的所述衬底的表面呈平坦状。
11.可选的，在所述的图像传感器中，所述第二氮化钛层上具有多个开口，且所述开口朝向所述衬底延伸，以依次贯穿所述第二氮化钛层、所述金属层和所述第一氮化钛层。
12.可选的，在所述的图像传感器中，所述衬底内形成有多个光电二极管，且每个所述开口暴露出至少一个所述光电二极管，以使光线入射至所述光电二极管中。
13.可选的，在所述的图像传感器中，在所述衬底内，相邻两个所述光电二极管之间设置有深沟槽隔离结构。
14.可选的，在所述的图像传感器中，多个所述开口的排布方式包括：阵列式、线性和环形。
15.可选的，在所述的图像传感器中，所述开口内设置有滤光镜。
16.可选的，在所述的图像传感器中，所述图像传感器还包括氧化层，所述氧化层位于所述衬底和所述金属栅格之间。
17.综上所述，本实用新型提供一种图像传感器，包括：衬底和金属栅格；所述金属栅格位于所述衬底上，且具有依次层叠的第一氮化钛层、金属层和第二氮化钛层；其中，所述第一氮化钛层的厚度小于所述第二氮化钛层的厚度。可见，本实用新型去除了所述金属栅格底部的金属钛层，仅保留了较薄的一层氮化钛层，且保留下的所述第一氮化钛层的厚度小于所述第二氮化钛层的厚度，从而在刻蚀所述开口时，不仅减少了对开口底部的轰击，降低了器件膜层的等离子损伤，还易于控制所述金属栅格的关键尺寸，同时还能够降低图像传感器的白噪声。进一步的，与所述金属栅格相接的所述衬底的表面呈平坦状，则在平坦表面设置所述金属栅格无需过强的粘附性。因此，较薄的所述第一氮化钛层足以保证所述金属栅格的连接稳定性。
18.因此，本实用新型提供的所述图像传感器不仅能够降低器件膜层的等离子损伤，还能够降低图像传感器的白噪声。
附图说明
19.图1是现有技术中的形成金属栅格的膜层结构示意图。
20.图2是现有技术中的金属栅格的结构示意图。
21.图3是现有技术中的金属层侧向侵蚀的结构示意图。
22.图4是本实用新型的实施例中的图像传感器的俯视图。
23.图5是本实用新型的实施例中的图4的a-a’截面的剖视图。
24.其中，附图标记为：
25.100-衬底；101-隔离层；102-粘合阻挡层；1021-金属钛层；1022-氮化钛层；103-金属层；104-保护层；
26.200-衬底；201-氧化层；202-第一氮化钛层；203-金属层；204-第二氮化钛层；205-光电二极管；206-深沟槽隔离结构；l-光线。
具体实施方式
27.为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。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、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。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。还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
28.为解决上述技术问题，本实施例提供一种图像传感器。请参阅图4-5，所述图像传感器包括：衬底200和金属栅格；所述金属栅格位于所述衬底200上，且具有依次层叠的第一氮化钛层202、金属层203和第二氮化钛层204；其中，所述第一氮化钛层202的厚度小于所述第二氮化钛层204的厚度。可见，本实施例提供的所述图像传感器去除了所述金属栅格底部的金属钛层，仅保留了较薄的一层氮化钛层，且保留下的所述第一氮化钛层202的厚度小于所述第二氮化钛层204的厚度，从而在刻蚀所述开口时，不仅减少了对开口底部的轰击，降低了器件膜层的等离子损伤，还易于控制所述金属栅格的关键尺寸，同时还能够降低图像传感器的白噪声。
29.请参阅图5，所述衬底200可为后续工艺提供操作平台，其可以是本领域技术人员熟知的任何用以承载半导体集成电路组成元件的底材，可以是裸片，也可以是经过外延生长工艺处理后的晶圆。即，所述衬底200包括绝缘体上硅(silicon-on-insulator，soi)基底、体硅(bulk silicon)基底、锗基底、锗硅基底、磷化铟(inp)基底、砷化镓(gaas)基底或者绝缘体上锗基底等。进一步的，所述图像传感器为背照式图像传感器，则光线l由所述衬底200的背面方向入射。相应的，所述金属栅格设置于所述衬底200的背面。
30.所述衬底200中还设置有多个光电二极管205，用于接收光照，并把光信号转化为电信号。且在所述衬底200内，相邻两个所述光电二极管205之间设置有深沟槽隔离结构206。所述深沟槽隔离结构206的材质包括但不限于为二氧化硅或多晶硅，用于保证各个所述光电二极管205之间的电隔离。
31.进一步的，所述衬底200的表面经化学机械研磨后呈平坦状，以便于所述金属栅格形成于所述衬底200上，且保证所述金属栅格与衬底200间的连接稳定性。优选的，所述金属栅格和所述衬底200之间还设置有氧化层201。所述氧化层201用于将所述衬底200与所述金属栅格隔离开，以保护所述衬底200。其中，所述氧化层201的材质包括二氧化硅，易于实现所述衬底200和所述第一氮化钛层202之间的连接。进一步的，所述衬底200和所述氧化层201均具有平坦化表面，且所述金属栅格设置于所述氧化层201的平坦化表面上。
32.请继续参阅图5，所述金属栅格具有依次层叠的第一氮化钛层202、金属层203和第二氮化钛层204。其中，所述第一氮化钛层202具有一定的粘附性，能够将金属材料连接至硅化物上。因此，所述第一氮化钛层202设置于所述氧化层201和所述金属层203之间，以实现二者的稳定连接。请参阅图2和图5，与图2所示的金属栅格相比，本实施例提供的金属栅格并未设置有金属钛层，以使得所述粘合阻挡层102的厚度减半，仅保留了较薄的所述第一氮化钛层202。因此，在制备所述金属栅格的过程中，直接在所述氧化层201上形成较薄的所述第一氮化钛层202即可，降低了工艺制备难度。优选的，所述第一氮化钛层202的厚度小于所
述第二氮化钛层204的厚度，以保证在后续刻蚀所述金属栅格上的开口时，减少对开口底部的膜层轰击，从而不仅降低了器件膜层的等离子损伤，还易于控制所述金属栅格的关键尺寸，同时还能够降低图像传感器的白噪声。
33.可选的，所述第一氮化钛层202的厚度是所述第二氮化钛层204的厚度的1/2。其中，所述第二氮化钛层204形成于所述金属层203上，用于保护所述金属层203。在图2所示的金属栅格中，所述保护层104与所述粘合阻挡层102均能够保护所述金属层103，且二者的厚度相当。而在图5中，本实施例提供的所述金属栅格去除金属钛层，形成的所述第一氮化钛层202的厚度仅为所述粘合阻挡层102的一半。可以理解的是，所述第一氮化钛层202的厚度仅为所述第二氮化钛层204的一半，以减少对所述金属栅格底部的离子轰击时间和轰击能量，从而降低一半的离子轰击损伤，并在保证所述金属栅格的关键尺寸的同时，保护器件膜层，降低图像传感器的白噪声。
34.所述金属层203具有不透光性，以起到阻挡光线，避免光线串扰的目的。进一步的，所述金属层203的材质包括但不限于为金属铝、金属铜或金属钨等。为保证所述金属层203的阻挡效果，所述金属层203的厚度大于所述第二氮化钛层204的厚度。本实施例对所述第一氮化钛层202、所述金属层203和所述第二氮化钛层204的具体厚度不做限定，可根据图像传感器的像素尺寸来确定。
35.请参阅图4-5，所述第二氮化钛层204上具有多个开口，且所述开口朝向所述衬底200延伸，以依次贯穿所述第二氮化钛层204、所述金属层203和所述第一氮化钛层202。其中，每个所述开口暴露出至少一个所述光电二极管205，以使光线l入射至所述光电二极管205中。换言之，一个所述开口与一个所述光电二极管205相对应，或者与两个及以上个所述光电二极管205相对应。本实施例所指的相对应，是指所述开口暴露出所述光电二极管205部分或全部的感光面，以使光线l能够进入至所述光电二极管205中，以保证所述光电二极管205的正常作业，同时所述开口侧边的所述金属层203能够起到防止光线l串扰的目的，从而提高成像效果。
36.进一步的，本实施例中的所述开口的尺寸可以都是相同的，也可以部分相同，部分不同，以满足不同的像素单元的需要，对此本实施例不做具体限定。同时，多个所述开口的排布方式包括但不限于为阵列式排布、线性排布和环形排布。
37.进一步的，在后续的工艺中会在所述开口中设置滤光镜(未图示)，以及形成金属互连结构等器件，本实施例在此不做赘述。
38.综上所述，本实施例提供一种图像传感器，包括：衬底200和金属栅格；所述金属栅格位于所述衬底200上，且具有依次层叠的第一氮化钛层202、金属层203和第二氮化钛层204；其中，所述第一氮化钛层202的厚度小于所述第二氮化钛层204的厚度。可见，本实施例提供的所述图像传感器去除了所述金属栅格底部的金属钛层，仅保留了较薄的一层氮化钛层，且保留下的所述第一氮化钛层202的厚度小于所述第二氮化钛层204的厚度，从而在刻蚀所述开口时，不仅减少了对开口底部的轰击，降低了器件膜层的等离子损伤，还易于控制所述金属栅格的关键尺寸，同时还能够降低图像传感器的白噪声。进一步的，与所述金属栅格相接的所述衬底200的表面呈平坦状，则在平坦表面设置所述金属栅格无需过强的粘附性，较薄的所述第一氮化钛层202足以保证所述金属栅格的连接稳定性。因此，本实施例的所述图像传感器不仅能够降低器件膜层的等离子损伤，还能够降低图像传感器的白噪声。
39.此外还应该认识到，虽然本实用新型已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本实用新型。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本实用新型技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围。