本公开涉及背照式图像传感器的制造方法。
背景技术：
在传统的cmos图像传感器中，光电二极管位于电路层下方，入射光会受到电路布线的遮挡。在背照式图像传感器中，光线从图像传感器的背面入射。这样，能够使入射光先入射到光电二极管中，从而提高了入射光量，能够显著提高低光照条件下的拍摄效果。
硅片通道(throughsiliconvias,tsv)技术被认为是半导体行业最先进的技术之一。利用tsv可以使两个或更多个芯片垂直整合，从而形成三维堆叠的硅器件。
技术实现要素：
根据本公开的第一方面，提供了一种制造背照式图像传感器的方法，包括：在基底上形成介质层，其中所述基底中具有金属布线层；在所述介质层中形成沟槽；在所述介质层和所述基底中形成通孔；以及在所述通孔和所述沟槽中同时填充金属，其中在所述沟槽中填充的金属构成所述背照式图像传感器的金属栅格，在所述通孔中填充的金属用于将所述金属布线层与外部设备电连接。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：
图1是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图2是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图3是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图4是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图5是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图6是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图7是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图8是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图9是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图10是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的流程的示意图。
图11是示出根据本公开的制造背照式图像传感器的方法的流程图。
注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在本说明书中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，所公开的发明并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
图11示出了根据本公开的制造背照式图像传感器的方法的流程图。如图11所示，根据本公开的制造背照式图像传感器的方法可以包括以下主要步骤：
首先，在基底上形成介质层(步骤1101)。在基底中，通常形成有一个或多个金属布线层，这些金属布线层可以将背照式图像传感器的各个结构(例如光电二极管、电荷存储元件等)电连接。
然后，在所述介质层中形成沟槽(步骤1102)。
接下来，在所述介质层和所述基底中形成通孔(步骤1103)。
最后，在所述通孔和所述沟槽中同时填充金属(步骤1104)。在沟槽中填充的金属可以构成所述背照式图像传感器的金属栅格，在通孔中填充的金属可以用于将基底中的金属布线层与外部设备(例如其它电路、芯片或装置等)电连接。
下面将结合图1-图10进一步具体描述根据本公开的制造背照式图像传感器的方法。图1-图10示意性地示出了根据本公开的一个实施例的制造背照式图像传感器的流程。
首先，如图1所示，在基底1上形成介质层2(步骤1101)。基底1可以为例如半导体基底，比如上面已经形成有一些器件以及一个或多个金属布线层的晶圆。对于背照式图像传感器而言，这里的基底1的上表面可以是例如晶圆的背面。晶圆的背面可以分为像素区和逻辑区。在一些实施例中，在晶圆背面的像素区可以已经通过例如离子注入等方式形成了用于感光的光电二极管。在一些可选的实施例中，在晶圆背面的逻辑区中也可以已经形成了逻辑电路的一部分或全部。此外，在晶圆上形成有一个或多个金属布线层(未示出)。通过金属布线层可以将背照式图像传感器的各个部件(例如光电二极管和逻辑电路等)的信号传递给外部设备(例如其它电路、处理芯片或装置等)。
介质层2可以为例如sio2等绝缘材料。介质层2的厚度可以为例如200nm-400nm。在一个可选的实施例中，介质层2可以采用例如化学气相沉积(例如pecvd、lpcvd等cvd技术)或者热氧化等方式形成。
然后，在介质层2上形成图案化的掩膜3。如图2所示，在图案化的掩膜3中，区域4的掩膜被去除，使得介质层2的一部分区域被暴露出来。这些被暴露的区域对应于后面将要描述的金属栅格。
在一些实施例中，掩膜3可以由例如光刻胶形成。例如，可以在介质层2上旋涂一层光刻胶，然后通过曝光、显影等步骤，去除区域4中的光刻胶，使得下面的介质层2暴露出来。在另一些实施例中，也可以使用例如tin、sin等硬掩膜。
接下来，利用掩膜3对介质层2进行刻蚀，从而形成沟槽(步骤1102)。如图2所示，在一个实施例中，可以采用例如反应等离子体刻蚀方式对介质层2进行刻蚀处理。
在刻蚀处理结束后，去除掩膜3。如图3所示，介质层2上形成了沟槽5。
接下来，在介质层2上形成图案化的掩膜6。如图4所示，在图案化的掩膜6中，区域7中的掩膜被去除，从而暴露出掩膜6下面的介质层2。此外，介质层2中的沟槽5被掩膜6覆盖。如后面所述，被暴露出来的介质层2的区域对应于后面描述的硅片通道(tsv)。
在一些实施例中，掩膜6可以由例如光刻胶形成。例如，可以在介质层2上旋涂一层光刻胶，然后通过曝光、显影等步骤，去除区域7中的光刻胶，使得下面的介质层2暴露出来。在另一些实施例中，也可以使用例如tin、sin等硬掩膜。
接下来，利用掩膜6对介质层2进行刻蚀，从而形成通孔(步骤1103)。如图4所示，在一个实施例中，可以采用例如深反应离子刻蚀(drie)等方式对介质层2进行刻蚀处理。如图5所示，经过刻蚀处理后，介质层2和基底1中形成了通孔8。
在一些可选的实施例中，可以通过例如激光钻孔的方式直接在选定的位置形成通孔8。这时，可以不必形成掩膜6。
在一些可选的实施例中，在通过刻蚀处理形成通孔8之后，还可以在通孔8中形成绝缘层和/或阻挡层。
如图6所示，在形成通孔8之后，去除掩膜6，然后形成一层绝缘层9。绝缘层9沉积在介质层2的表面以及通孔8和沟槽5中。通孔8的侧壁上的绝缘层9可以使得将来通孔8中填充的导电材料与基底电绝缘。在一些实施例中，绝缘层9可以由二氧化硅、氮化硅或聚合物(例如派瑞林parylene等)形成。例如，在基底1为硅基底的情况下，可以通过热氧化的方式，在通孔8的侧壁以及介质层2的表面形成一层二氧化硅层作为绝缘层9。
在一些实施例中，可以通过例如等离子体增强化学气相沉积(pecvd)的方式，在通孔8和沟槽5内以及介质层2的表面形成二氧化硅或氮化硅作为绝缘层9。
在一些实施例中，可以通过例如真空气相沉积parylene的方式，在通孔8和沟槽5内以及介质层2的表面形成绝缘层9。
此外，在一些可选实施例中，还可以在通孔8中形成阻挡层。如图7所示，在一些实施例中，在绝缘层9上进一步形成阻挡层10。在通孔8中填充的导电材料为铜等金属的情况下，铜在二氧化硅等介质中扩散速度很快，容易导致绝缘层9的介电性能严重退化。而铜等金属如果扩散到半导体基底1中，将严重影响半导体器件的性能。因此，可以采用阻挡层10来防止金属材料向绝缘层9和基底1的扩散。
此外，由于铜等金属材料与二氧化硅等绝缘材料的粘附性差，在通孔8中设置阻挡层10还可以增大粘附性。因此，有时扩散层也被称为粘附层。
阻挡层10的材料可以为例如ti、ta、cr、tiw、tin或tan等。通过物理气相沉积(pvd)或等离子增强化学气相沉积(pecvd)等方式，在通孔8和沟槽5中以及介质层2的表面形成阻挡层10。
接下来，如图8所示，在沟槽5和通孔8中同时沉积金属材料11(步骤1104)，例如铜、钨、铝等。在一些实施例中，可以采用例如磁控溅射、化学气相沉积(cvd)、原子层沉积(ald)等技术，在同一个沉积过程中同时在沟槽5和通孔8中沉积金属材料11。
在现有技术中，通常在不同的沉积处理中对沟槽5和通孔8分别进行填充。通过本公开的上述方式，可以在同一处理过程中对沟槽5和通孔8同时进行填充，从而简化了制造工艺，降低了制造成本。
接下来，如图9所示，对金属材料11进行化学机械平坦化(cmp)处理，从而去除基底表面多余的绝缘层9、阻挡层10和金属材料11，这样，只在通孔8和沟槽5中保留绝缘层9、阻挡层10和金属材料11。在完成金属材料11的沉积后，基底表面会沉积一层厚度不均匀的金属材料。在图像传感器的后续晶圆/芯片层叠等过程中需要较好的表面粗糙度和平坦度。因此，需要采用cmp技术去除多余的金属材料11并且使表面平坦化。保留在沟槽5中的金属材料11就形成了金属格栅。在背照式图像传感器中，金属格栅位于像素区中，并且各个栅格与像素区中的各个像素对应。金属格栅可以隔离光线，防止发生光学串扰。
接下来，如图10所示，在通孔8上形成衬垫12。在一些实施例中，该衬垫12可以由铝、铜、钨、银、金等金属材料制成。衬垫12和通孔8共同构成了硅片通道(tsv)。通过硅片通道的衬垫12，可以把基底内的电路层与外部电连接。例如，在根据本公开的一个实施例的背照式传感器中，可以在晶圆的背面形成用于感光的光电二极管，而在晶圆的内部以及光电二极管下方形成有多个金属布线层。利用通孔8和衬垫12，能够使得金属布线层与传感器外部的处理芯片或电源电连接。
上面接合图1-图10示意性地描述了根据本公开的制造背照式图像传感器的流程。本领域技术人员应当理解，本公开不限于上面描述的具体步骤和处理方式，还可以具有其它的步骤。例如，在形成了tsv之后，还可以对晶圆进行减薄处理，以便于后续的封装。
在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。
如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。
如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪音以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。
上述描述可以指示被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦合”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦合”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。
另外，仅仅为了参考的目的，还可以在下面描述中使用某种术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。
还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。
在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。
本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。
另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：
1.一种制造背照式图像传感器的方法，其特征在于，包括：
在基底上形成介质层，其中所述基底中具有金属布线层；
在所述介质层中形成沟槽；
在所述介质层和所述基底中形成通孔；以及
在所述通孔和所述沟槽中同时填充金属，其中在所述沟槽中填充的金属构成所述背照式图像传感器的金属栅格，在所述通孔中填充的金属用于将所述金属布线层与外部设备电连接。
2.根据1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述通孔的侧壁上形成绝缘层。
3.根据2所述的方法，其特征在于，所述绝缘层的材料为二氧化硅或氮化硅。
4.根据2或3所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述绝缘层上形成阻挡层。
5.根据4所述的方法，其特征在于，所述阻挡层的材料选自ti、ta、cr、tiw、tin和tan之一。
6.根据1所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述通孔上形成衬垫。
7.根据6所述的方法，其特征在于，所述衬垫由金属制成。
8.根据7所述的方法，其特征在于，所述金属为铝、铜、钨、银或金。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。