背照式图像传感器的制作方法

本公开涉及一种背照式图像传感器。

背景技术：

通常，图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件，并可分类或归类为电荷耦合器件(CCD)或CMOS图像传感器(CIS)。

CMOS图像传感器包括单位像素，其各包括光电二极管和MOS晶体管。CMOS图像传感器使用切换方法依次检测单位像素的电信号，从而形成图像。CMOS图像传感器可分为前照式图像传感器和背照式图像传感器。

前照式图像传感器可包括形成于衬底中的光电二极管，形成在衬底的前侧表面上的晶体管，形成在衬底的前侧表面上的布线层，以及形成在布线层上的滤色层和微透镜阵列。

背照式图像传感器相较于前照式图像传感器可具有提高的光接收效率。背照式图像传感器可包括形成在衬底的前侧表面上的晶体管和布线层，形成在衬底的背侧表面上的光阻图案和抗反射层，形成在光阻图案和抗反射层上的钝化层，以及形成在钝化层上的滤色层和微透镜阵列。

技术实现要素：

本公开提供了一种具有提高的灵敏性的背照式图像传感器。

根据本公开的一个方面，一种背照式图像传感器可包括置于衬底中的电荷积累区域，设置在衬底的前侧表面上的绝缘层，设置在绝缘层上对应于电荷积累区域的光反射图案，设置在衬底的背侧表面上的抗反射层，设置在抗反射层上且具有对应于电荷积累区域的开口的光阻图案，设置在光阻图案上的滤色层，以及设置在滤色层上的微透镜阵列。

根据本公开的一些示例性实施例，背照式图像传感器还可包括设置在绝缘层上的蚀刻停止层，设置在蚀刻停止层上的第二绝缘层，以及设置在第二绝缘层上并与电荷积累区域电连接的布线图案。

根据本公开的一些示例性实施例，蚀刻停止层和第二绝缘层可具有对应于电荷积累区域的第二开口，且光反射图案可设置在第二开口中。

根据本公开的一些示例性实施例，光反射图案可包括钨。

根据本公开的一些示例性实施例，背照式图像传感器还可包括穿过绝缘层、蚀刻停止层和第二绝缘层与布线图案连接的接触插头。光反射图案可由与接触插头相同的材料制成。

根据本公开的一些示例性实施例，光反射图案可包括铝或铜。

根据本公开的一些示例性实施例，背照式图像传感器还可包括设置在绝缘层上并与电荷积累区域电连接的布线图案。光反射图案可由与布线图案相同的材料制成。

根据本公开的一些示例性实施例，背照式图像传感器还可包括设置在衬底的前侧表面和电荷积累区域之间的前侧钉扎层，以及设置在衬底的背侧表面和电荷积累区域之间的背侧钉扎层。

根据本公开的一些示例性实施例，背照式图像传感器还可包括设置在抗反射层和光阻图案上的钝化层。

根据本公开的一些示例性实施例，背照式图像传感器还可包括设置在抗反射层和光阻图案上的扩散阻挡层。

上面对本公开的概述并不旨在描述本公开每个所阐明的实施例或每个实施方式。下面的具体实施方式和权利要求更特别地例示了这些实施例。

附图说明

结合附图、根据以下描述能够更加详细地理解示例性实施例，其中：

图1为根据本公开一示例性实施例的背照式图像传感器的剖面图；

图2为根据本公开另一示例性实施例的背照式图像传感器的剖面图；

图3至13示出制造如图1中所示的背照式图像传感器的方法的剖面图；以及

图14至18示出制造如图2中所示的背照式图像传感器的方法的剖面图。

虽然可对各种实施例作出各种改型和替代形式，但其具体细节已经由附图中的示例示出并将详细描述。然而，应理解，本实用新型并不旨在将所要求保护的本实用新型限于所述的特定实施例。相反地，本实用新型旨在涵盖落在如权利要求限定的主题的实质和范围内的所有改型、等同物和替代物。

具体实施方式

在下文中，参照附图更详细地描述本实用新型的实施例。然而，本实用新型并不限于下面描述的实施例且以各种其他形式实施。下面的实施例并不是用来全面完成本实用新型，而是用来向本领域的技术人员全面传达本实用新型的范围。

在说明书中，当一个组件称为在另一个组件或层上或连接至另一个组件或层时，其能够直接位于另一个组件或层上或者直接连接至另一个组件或层，或者也可存在一介于中间的组件或层。与此不同的是，应理解，当一个组件称为直接在另一个组件或层上或直接连接至另一个组件或层时，这意味着不存在介于中间的组件。而且，尽管在本实用新型的各种实施例中像第一、第二和第三的术语用来描述各种区域和层，但区域和层并不限于这些术语。

以下使用的术语仅用于描述具体实施例，而不是限制本实用新型。另外，除非另有规定，否则包括技术或科学术语的所有术语可具有与本领域技术人员通常理解相同的含义。

参照理想实施例的示意图来描述本实用新型的实施例。于是，可根据附图的形式预期制造方法和/或容许误差中的变化。相应地，本实用新型的实施例并不限于附图中的具体形式或区域，包括形式上的偏差。区域可以是完全示意性的，其形式可不描述或描绘任何给定区域中的准确形式或结构，且不旨在限制本实用新型的范围。

图1为根据本公开一示例性实施例的背照式图像传感器的剖面图。

参照图1，根据本公开一示例性实施例的背照式图像传感器100可包括置于衬底102中的像素区域120。像素区域120中的每一个可包括电荷积累区域122，由入射光产生的电荷积累在其中。电荷积累区域122可置于衬底102中，且浮动扩散区域126可置于衬底102的前侧表面部分中以与电荷积累区域122间隔开。

衬底102可具有第一导电类型，且电荷积累区域122和浮动扩散区域126可具有第二导电类型。例如，p型衬底可用作衬底102，且起到电荷积累区域122和浮动扩散区域126作用的n型杂质扩散区域可形成于p型衬底102中。

传输栅极结构110可设置在电荷积累区域122和浮动扩散区域126之间的沟道区域上以将电荷积累区域122中积累的电荷传输至浮动扩散区域126。传输栅极结构110中的每一个可包括设置在衬底102的前侧表面102A上的栅极绝缘层112，设置在栅极绝缘层112上的栅电极114，以及设置在栅电极114的侧表面上的栅极间隔器116。此外，虽然未在图中示出，背照式图像传感器100可包括与浮动扩散区域126相连接的复位晶体管、源极跟随器晶体管以及选择晶体管。

或者，若背照式图像传感器100为3T(或少于三个晶体管)布局，传输栅极结构110可用作复位栅极结构，且浮动扩散区域126可用作连接电荷积累区域122与复位电路的有源区域。

像素区域120可包括分别设置在衬底102的前侧表面102A和电荷积累区域122之间的前侧钉扎层124。此外，像素区域120可包括分别设置在衬底102的背侧表面102B和电荷积累区域122之间的背侧钉扎层128。前侧和背侧钉扎层124和128可具有第一导电类型。例如，p型杂质扩散区域可用作前侧和背侧钉扎层124和128。

根据本公开一示例性实施例，绝缘层130可设置在衬底102的前侧表面102A和传输栅极结构110上，且对应于电荷积累区域122的光反射图案146可设置在绝缘层130上。光反射图案146可反射通过电荷积累区域122的光以使光返回至电荷积累区域122。

例如，蚀刻停止层132可设置在绝缘层130上，且第二绝缘层134可设置在蚀刻停止层132上。特别地，蚀刻停止层132和第二绝缘层134可具有对应于电荷积累区域122的开口138(参考图7)，且光反射图案146可设置在开口138中。绝缘层130和第二绝缘层134可由氧化硅制成，且蚀刻停止层132可由氮化硅制成。

与电荷积累区域122电连接的布线图案150可设置在第二绝缘层134上。例如，布线图案150可通过接触插头148与电荷积累区域122电连接，该接触插头148穿过绝缘层130、蚀刻停止层132和第二绝缘层134。特别地，光反射图案146可由与接触插头148相同的材料制成。例如，光反射图案146和接触插头148可由钨制成。

第二布线图案154和第三布线图案158可设置在布线图案150上。特别地，第一层间绝缘层152可设置在布线图案150和第二布线图案154之间，且第二层间绝缘层156可设置在第二布线图案154和第三布线图案158之间。此外，第三绝缘层160可设置在第三布线图案158上。

抗反射层170可设置在衬底102的背侧表面102B上，且具有对应于电荷积累区域122的开口(参照图12)的光阻图案172可设置在抗反射层170上。此外，钝化层178可设置在抗反射层170和光阻图案172上，滤色层180可设置在钝化层178上，且微透镜阵列182可设置在滤色层180上。同时，像素区域120可通过像素隔离区域104彼此电隔离。

光阻图案172可用来减少背照式图像传感器100的光损失和串扰，且可由金属，例如钨制成。特别地，扩散阻挡层176可设置在抗反射层170和光阻图案172上，且钝化层178可设置在扩散阻挡层176上。例如，抗反射层170和扩散阻挡层176可由氮化硅制成，且钝化层178可由氧化硅制成。

图2为根据本公开另一示例性实施例的背照式图像传感器的剖面图。

参照图2，根据本公开另一示例性实施例，绝缘层190可设置在衬底102的前侧表面102A和传输栅极结构110上，且对应于电荷积累区域122的光反射图案200可设置在绝缘层190上。此外，布线图案202可设置在绝缘层190上，且可通过穿过绝缘层190的接触插头198与电荷积累区域122电连接。

特别地，光反射图案200可由与布线图案202相同的材料制成，且可与布线图案202同时形成。例如，光反射图案200和布线图案202可由铝或铜制成。

第一层间绝缘层204可设置在光反射图案200、布线图案202和绝缘层190上，且第二布线图案206可设置在第一层间绝缘层204上。第二层间绝缘层208可设置在第一层间绝缘层204和第二布线图案206上，且第三布线图案210可设置在第二层间绝缘层208上。第二绝缘层212可设置在第二层间绝缘层208和第三布线图案210上。

图3至13示出制造如图1中所示的背照式图像传感器100的方法的剖面图。

参照图3，像素隔离区域104可形成于衬底102的前侧表面部分中以限定背照式图像传感器100的有源区域。衬底102可具有第一导电类型。例如，p型衬底可用作衬底102。替代地，衬底102可包括体硅衬底和在体硅衬底上形成的p型外延层。像素隔离区域104可由氧化硅制成，且可通过浅沟槽隔离(STI)工艺形成。

在形成像素隔离区域104之后，可在衬底102的前侧表面102A上形成传输栅极结构110。传输栅极结构110中的每一个可包括栅极绝缘层112，形成于栅极绝缘层112上的栅电极114，以及形成于栅电极114的侧表面上的栅极间隔器116。此外，虽然未在图中示出，复位栅极结构、源极跟随器栅极结构和选择栅极结构可与传输栅极结构110同时在衬底102的前侧表面102A上形成。

参照图4，用作像素区域120的电荷积累区域122可在衬底102中形成。详细地，具有第二导电类型的电荷积累区域122可在衬底102的有源区域中形成。例如，n型电荷积累区域122可在p型衬底102中形成。n型电荷积累区域122可以是通过离子注入工艺形成的n型杂质扩散区域。

然后，具有第一导电类型的前侧钉扎层124可在衬底102的前侧表面102A和电荷积累区域122之间形成。例如，p型前侧钉扎层124可通过离子注入工艺在衬底102的前侧表面102A和n型电荷积累区域122之间形成。p型前侧钉扎层124可以是p型杂质扩散区域。n型电荷积累区域122和p型前侧钉扎层124可通过后续的快速热处理工艺激活。

参照图5，具有第二导电类型的浮动扩散区域126可在衬底102的前侧表面部分中形成以与电荷积累区域122间隔开。例如，浮动扩散区域126可以是n型高浓度杂质区域，其可通过离子注入工艺形成。此时，传输栅极结构110可布置在电荷积累区域122和浮动扩散区域126之间的沟道区域上。

参照图6，绝缘层130可在衬底102的前侧表面102A和传输栅极结构110上形成。此外，蚀刻停止层132可在绝缘层130上形成，且第二绝缘层134可在蚀刻停止层132上形成。例如，绝缘层130和第二绝缘层134可由氧化硅制成，且蚀刻停止层132可由氮化硅制成。

参照图7，第一光刻胶图案136可在第二绝缘层134上形成，且露出绝缘层130的部分的开口138随后可通过各向异性蚀刻工艺形成，其中使用第一光刻胶图案136作为蚀刻掩模。即，第二绝缘层134和蚀刻停止层132可通过各向异性蚀刻工艺部分地去除，于是露出绝缘层130的部分的开口138可因此形成。特别地，开口138可形成为与电荷积累区域122相对应。在形成开口138之后，第一光刻胶图案136可通过灰化或剥离工艺去除。

参照图8，第二光刻胶图案140可在第二绝缘层134上形成，且与传输栅极结构110相连接的接触孔142随后可通过各向异性蚀刻工艺形成，其中使用第二光刻胶图案140作为蚀刻掩模。即，第二绝缘层134、蚀刻停止层132和绝缘层130可通过各向异性蚀刻工艺部分地去除，于是接触孔142可因此形成。此外，与浮动扩散区域126、复位晶体管、源极跟随器晶体管、选择晶体管等相连接的接触孔可通过使用第二光刻胶图案140的各向异性蚀刻工艺形成。在形成接触孔142之后，第二光刻胶图案140可通过灰化或剥离工艺去除。

参照图9，金属层144可在第二绝缘层134上形成，使得开口138和接触孔142被掩埋。例如，钨层144可通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺在第二绝缘层134上形成，因此开口138和接触孔142可充满钨。

参照图10，可执行平坦化工艺以露出第二绝缘层134，从而分别在开口138和接触孔142中形成光反射图案146和接触插头148。例如，可执行化学机械抛光(CMP)工艺，以露出第二绝缘层134。即，钨层144的上部可通过CMP工艺去除，于是光反射图案146和接触插头148可因此分别在开口138和接触孔142中形成。

参照图11，与电荷积累区域122电连接的布线图案150可在第二绝缘层134上形成。例如，布线图案150可由铝或铜制成。

第一层间绝缘层152可在第二绝缘层134、光反射图案146和布线图案150上形成，且第二布线图案154可在第一层间绝缘层152上形成。第二层间绝缘层156可在第一层间绝缘层152和第二布线图案154上形成，且第三布线图案155可在第二层间绝缘层156上形成。此外，第三绝缘层160可在第二层间绝缘层156和第三布线图案158上形成。例如，第一和第二层间绝缘层152和156以及第三绝缘层160可由氧化硅制成，且第二和第三布线图案154和158可由铝或铜制成。

参照图12，可执行背面研磨工艺或化学和机械抛光工艺以减小衬底102的厚度。此外，具有第一导电类型的背侧钉扎层128可在衬底102的背侧表面102B和电荷积累区域122之间形成。例如，起到背侧钉扎层128作用的p型杂质区域可通过离子注入工艺形成，随后可通过后续的激光退火工艺激活。

替代地，背侧钉扎层128可在电荷积累区域122之前形成。例如，在形成背侧钉扎层128之后，电荷积累区域122可在背侧钉扎层128上形成，前侧钉扎层124随后可在电荷积累区域122上形成。在这种情况下，背侧钉扎层128连同电荷积累区域122和前侧钉扎层124可通过快速热处理工艺激活。此外，可执行背面研磨工艺使得背侧钉扎层128露出。

随后，抗反射层170可在衬底102的背侧表面102B上形成，然后光阻图案172可在抗反射层170上形成。例如，抗反射层170可由氮化硅形成，且光阻图案172可由诸如钨的金属形成。特别地，光阻图案172可具有对应于电荷积累区域122的开口174且可用来改善背照式图像传感器100的串扰。例如，钨层(未示出)可在抗反射层170上形成，随后光阻图案172可通过使钨层图案化形成。

参照图13，扩散阻挡层176可在抗反射层170和光阻图案172上形成，且钝化层178可在扩散阻挡层176上形成。扩散阻挡层176可用来防止光阻图案172的金属扩散，即钨扩散。例如，扩散阻挡层176可由氮化硅制成，且钝化层178可由氧化硅制成。

随后，如图1所示，滤色层180和微透镜阵列182可依次在钝化层178上形成。

图14至18示出制造如图2中所示的背照式图像传感器100的方法的剖面图。

参照图14，在衬底102的前侧表面102A上形成传输栅极结构110之后，例如氧化硅层的绝缘层190可在衬底102的前侧表面102A和传输栅极结构110上形成。光刻胶图案192可在绝缘层190上形成，随后与传输栅极结构110相连接的接触孔194可通过各向异性蚀刻工艺形成，其中使用光刻胶图案192作为蚀刻掩模。此时，与浮动扩散区域126、复位晶体管、源极跟随器晶体管、选择晶体管等相连接的接触孔可通过使用光刻胶图案192的各向异性蚀刻工艺形成。在形成接触孔194之后，光刻胶图案192可通过灰化或剥离工艺去除。

参照图15，金属层196可在绝缘层190上形成使得接触孔194被掩埋。例如，钨层196可通过金属有机化学气相沉积工艺在绝缘层190上形成，因此接触孔194可充满钨。

参照图16，可执行平坦化工艺以露出绝缘层190，从而在接触孔194中形成接触插头198。例如，可执行化学机械抛光工艺以露出绝缘层190。

参照图17，对应于电荷积累区域122的光反射图案200以及与电荷积累区域122电连接的布线图案202可在绝缘层190上形成。例如，光反射图案200和布线图案202可由铝或铜制成，且可通过铝图案化工艺或铜镶嵌工艺形成。

参照图18，第一层间绝缘层204可在绝缘层190、光反射图案200和布线图案202上形成，且第二布线图案206可在第一层间绝缘层204上形成。第二层间绝缘层208可在第一层间绝缘层204和第二布线图案206上形成，且第三布线图案210可在第二层间绝缘层208上形成。此外，第二绝缘层212可在第二层间绝缘层208和第三布线图案210上形成。例如，第一和第二层间绝缘层204和208以及第二绝缘层212可由氧化硅制成，且第二和第三布线图案206和210可由铝或铜制成。

根据本公开如上所述的示例性实施例，穿过电荷积累区域122的光可通过光反射图案146或200返回至电荷积累区域122，因此可显著地提高背照式图像传感器的灵敏性。

尽管已参考具体实施例描述了背照式图像传感器100及其制造方法，但并不限于此。因此，本领域技术人员将容易理解，在不脱离本公开由所附权利要求限定的实质和范围的情况下，能够对其进行各种修改和改变。