背照式图像传感器及其制作方法与流程

1.本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种背照式图像传感器及其制作方法。


背景技术：

2.cmos(complementary metal oxide semiconductor，互补金属氧化物半导体)图像传感器的像素之间存在一定程度的电子串扰及光学串扰。电子串扰是指电子扩散或飘逸到其他像素引起的，光学串扰主要是由于光线入射到相邻的像素引起的。针对光学串扰，现有的背照式图像传感器技术中通常采用增加深隔离沟槽和金属格栅来进行改善。
3.在现有的背照式图像传感器中，通常在深隔离沟槽内填充钨形成深沟槽隔离结构之后，再沉积氧化层覆盖所述深沟槽隔离结构，之后再沉积铝层进行刻蚀形成金属格栅，该制作方法会导致金属格栅的挡光性能不佳，进而导致背照式图像传感器的性能不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器及其制作方法，提高金属格栅的挡光性能，进而改善背照式图像传感器的光学串扰问题，提高背照式图像传感器的性能。
5.为解决上述技术问题，本发明提供一种背照式图像传感器的制作方法，包括以下步骤：
6.提供一衬底，所述衬底包含像素区和非像素区，且所述衬底内形成有位于所述像素区的多个像素电极和位于所述非像素区的多个金属互连层；
7.在所述衬底的像素区内形成多个深隔离沟槽，在所述衬底的非像素区内形成多个第一开口，所述深隔离沟槽位于所述像素电极的上方，所述第一开口位于所述金属互连层的上方；
8.在所述第一开口底部形成至少两个第二开口，每个所述第二开口均暴露出部分所述金属互连层；
9.形成第一金属材料层，所述第一金属材料层填满所述深隔离沟槽与所述第二开口，填充所述第一开口的侧壁及底部，并覆盖所述衬底；以及
10.刻蚀所述第一金属材料层，在所述像素区内形成深沟槽隔离结构以及位于所述深沟槽隔离结构之上且与所述深沟槽隔离结构相连接的金属格栅，在所述非像素区内形成位于所述第二开口的金属连线，并保留靠近所述非像素区的所述金属格栅与靠近所述像素区的所述金属连线之间的所述第一金属材料层作为格栅互连层连接线，所述金属格栅通过所述格栅互连层连接线、所述金属连线与所述金属互连层相连接。
11.可选的，在所述衬底的像素区内形成多个深隔离沟槽，在所述衬底的非像素区内形成多个第一开口的方法包括：
12.形成第一光刻胶层在所述衬底上，图形化所述第一光刻胶层以形成图形化的第一光刻胶层；
13.以图形化的所述第一光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底，在所述非像素区形成
多个第一开口，每个所述第一开口位于每个所述金属互连层上方；
14.去除图形化的所述第一光刻胶层；
15.形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶层覆盖所述衬底并填充所述第一开口；图形化所述第二光刻胶层以形成图形化的第二光刻胶层；
16.以图形化的所述第二光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底，在所述像素区形成多个深隔离沟槽，每个所述深隔离沟槽位于每个所述像素电极上方；以及
17.去除图形化的所述第二光刻胶层。
18.可选的，在形成所述第一开口和所述深隔离沟槽之后，在形成所述第二开口之前，所述制作方法还包括：
19.形成介电层，所述介电层覆盖所述第一开口和所述深隔离沟槽的侧壁和底部，并覆盖所述衬底；以及
20.形成第一保护层在所述介电层上，所述第一保护层覆盖所述第一开口和所述深隔离沟槽的侧壁和底部。
21.可选的，在形成所述第一金属材料层之后，在刻蚀所述第一金属材料层之前，所述方法还包括：
22.形成硬掩膜层，所述硬掩膜层覆盖所述第一金属材料层，且所述硬掩膜层覆盖所述第一开口的侧壁和底部。
23.可选的，刻蚀所述第一金属材料层的方法包括：
24.形成第三光刻胶层在所述硬掩膜层上，图形化所述第三光刻胶层以形成图形化的第三光刻胶层；
25.以图形化的所述第三光刻胶层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层以形成图形化的硬掩膜层；
26.去除图形化的所述第三光刻胶层；以及
27.以图形化的所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一金属材料层至暴露出所述第一保护层。
28.可选的，所述第一金属材料层的材料包含钨，所述介电层的材料包含高介电常数材料，所述第一保护层的材料包含氧化硅，所述硬掩膜层的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合。
29.可选的，刻蚀所述第一金属材料层之后，所述制作方法还包括：在所述第一开口内形成金属焊盘，所述金属焊盘通过其他所述金属连线与所述金属互连层相连接。
30.可选的，在所述第一开口内形成金属焊盘的方法包括：
31.形成第二保护层，所述第二保护层填满所述第一开口并覆盖所述金属格栅与所述衬底；
32.刻蚀所述第二保护层，在所述第一开口所在的区域内形成第三开口，所述第三开口暴露出至少一个所述金属连线且未暴露出与所述金属格栅相连接的所述金属连线，且所述第三开口的侧壁均保留有所述第二保护层；以及
33.在所述第三开口内形成金属焊盘。
34.可选的，在所述第三开口内形成金属焊盘的方法包括：
35.形成第二金属材料层，所述第二金属材料层覆盖所述衬底并部分填充所述第三开
口；以及
36.刻蚀所述第二金属材料层在所述第三开口内形成金属焊盘。
37.相应的，本发明还提供一种背照式图像传感器，采用如上所述的背照式图像传感器的制作方法制作而成。
38.本发明提供的背照式图像传感器及其制作方法中，形成深沟槽隔离结构与金属格栅相连接的连体式结构，提高了金属格栅的挡光性能，进而改善了背照式图像传感器的光学串扰问题，提高了背照式图像传感器的性能。
39.另外，本发明通过金属互连层、金属连线与格栅互连层连接线将金属格栅与金属焊盘相连接，对连接的金属焊盘可以自由选择，可以是接地的金属焊盘，也可以是接电势的金属焊盘，从而可以对所述金属格栅进行电势调节，进一步改善背照式图像传感器的性能。
40.进一步的，采用钨作为金属格栅，与现有技术中采用铝作为金属格栅相比，进一步提高了金属格栅的挡光性能，从而进一步提高了背照式图像传感器的性能。
附图说明
41.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。
42.图1是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的流程图。
43.图2至图10是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的各步骤结构示意图。
44.图11是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的俯视图。
45.附图标记：
46.100-衬底；101-像素电极；102-金属互连层；103-第一开口；104-深隔离沟槽；105-介电层；106-第一保护层；107-第二开口；108-第一金属材料层；108
′‑
格栅互连层连接线；109-硬掩膜层；110-深沟槽隔离结构；111-金属格栅；112-金属连线；113-图形化的硬掩膜层；114-第二保护层；115-第三开口；116-金属焊盘。
具体实施方式
47.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。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、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。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。
48.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，除非内容另外明确指出外。
49.图1是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的流程图。
50.如图1所示，所述背照式图像传感器的制作方法包括以下步骤：
51.s1：提供一衬底，所述衬底包含像素区和非像素区，且所述衬底内形成有位于所述像素区的多个像素电极和位于所述非像素区的多个金属互连层；
52.s2：在所述衬底的像素区内形成多个深隔离沟槽，在所述衬底的非像素区内形成多个第一开口，所述深隔离沟槽位于所述像素电极的上方，所述第一开口位于所述金属互连层的上方；
53.s3：在所述第一开口底部形成至少两个第二开口，每个所述第二开口均暴露出部分所述金属互连层；
54.s4：形成第一金属材料层，所述第一金属材料层填满所述深隔离沟槽与所述第二开口，填充所述第一开口的侧壁及底部，并覆盖所述衬底；
55.s5：刻蚀所述第一金属材料层，在所述像素区内形成深沟槽隔离结构以及位于所述深沟槽隔离结构之上且与所述深沟槽隔离结构相连接的金属格栅，在所述非像素区内形成位于所述第二开口的金属连线，并保留靠近所述非像素区的所述金属格栅与靠近所述像素区的所述金属连线之间的所述第一金属材料层作为格栅互连层连接线，所述金属格栅通过所述格栅互连层连接线、所述金属连线与所述金属互连层相连接。
56.图2至图10是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的制作方法的各步骤结构示意图，图11是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的俯视图。接下来，将结合图1与图2～图11对本发明一实施例所提供的背照式图像传感器的制作方法进行详细说明。
57.在步骤s1中，请参照图2所示，提供一衬底100，所述衬底100包含像素区a和非像素区b，且所述衬底100内形成有位于所述像素区a的多个像素电极101和位于所述非像素区b的多个金属互连层102。
58.其中，所述衬底100的材料可以为硅、锗、锗硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟等，也可以是绝缘体上硅，绝缘体上锗；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等iii-v族化合物。在本实施例中，所述衬底100的材料优选为硅。
59.所述衬底100包含像素区a和非像素区b，所述非像素区b包围所述像素区a(请参考图11所示)。在所述衬底100内形成有多个像素电极101与多个金属互连层102，所述像素电极101位于所述像素区a内，所述金属互连层102位于所述非像素区b内，图2至图10中仅示出了一个所述金属互连层102。可以采用本领域技术人员公知的制作方法形成所述像素电极101与所述金属互连层102，本发明对此不作赘述。
60.在步骤s2中，请参照图3所示，在所述衬底100的像素区a内形成多个深隔离沟槽104，在所述衬底100的非像素区b内形成多个第一开口103，所述深隔离沟槽104位于所述像素电极101的上方，所述第一开口103位于所述金属互连层102的上方。
61.具体的，首先在所述衬底100的非像素区b内形成多个第一开口103。请参考图2所示，在所述衬底100的非像素区b内形成所述第一开口103。示例性的，首先，形成第一光刻胶层(未图示)在所述衬底100上，图形化所述第一光刻胶层，例如对所述第一光刻胶层进行曝光与显影，形成图形化的第一光刻胶层，图形化的第一光刻胶层暴露出预订形成第一开口103的区域。接着，以图形化的第一光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底100，在所述非像素区b内形成多个第一开口103，每个所述第一开口103均位于每个所述金属互连层102上方，也就是说，所述第一开口103与所述金属互连层102一一对应。最后，去除图形化的所述第一光刻胶层。
62.接着在所述衬底100的像素区a内形成多个深隔离沟槽104。请参考图3所示，首先，形成第二光刻胶层(未图示)，所述第二光刻胶层覆盖所述衬底100并填充所述第一开口103，图形化所述第二光刻胶层，例如对所述第二光刻胶层进行曝光与显影，形成图形化的第二光刻胶层，图形化的第二光刻胶层暴露出预订形成深隔离沟槽104的区域。接着，以图形化的第二光刻胶层为掩膜，刻蚀部分所述衬底100，在所述像素区a内形成多个深隔离沟槽104，每个所述深隔离沟槽104均位于每个所述像素电极101上方，即所述深隔离沟槽104与所述像素电极101一一对应。最后，去除图形化的所述第二光刻胶层。
63.本实施例中，先形成所述第一开口103，再形成所述深隔离沟槽104。在其他实施例中，也可以先形成所述深隔离沟槽104，再形成所述第一开口103，或者也可以采用其他的方式形成所述第一开口103与所述深隔离沟槽104，本发明对此不作限定。
64.接着，请参考图4所示，形成介电层105，所述介电层105覆盖所述第一开口103和所述深隔离沟槽104的侧壁和底部，并覆盖所述衬底100。本实施例中，所述介电层105的材料包含高介电常数材料，例如氧化铪、氧化铝或氧化钽，可以采用化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)、原子层沉积(ald)、热氧化、电镀、化学镀或其组合的方法形成所述介电层105。
65.之后形成第一保护层106在所述介电层105上，所述第一保护层106覆盖所述介电层105，且所述第一保护层106仅覆盖所述第一开口103与所述深隔离沟槽104的侧壁和底部。本实施例中，所述第一保护层106的材料包含氧化硅，可以采用化学气相沉积、物理气相沉积等方法形成所述第一保护层106。
66.在步骤s3中，请参照图5所示，在所述第一开口103底部形成至少两个第二开口107，每个所述第二开口107均暴露出部分所述金属互连层102。
67.具体的，可以在所述第一保护层106上形成光刻胶层(例如第四光刻胶层)，图形化所述光刻胶层暴露出所述第一保护层106上预订形成所述第二开口的区域。接着，以图形化的光刻胶层为掩膜，依次刻蚀所述第一保护层106、所述介电层105以及所述衬底100，至暴露出所述金属互连层102。最后，去除图形化的所述光刻胶层。
68.所述第二开口107位于所述第一开口103的底部，且所述第二开口107的截面宽度远小于所述第一开口103的截面宽度。在所述第一开口103的底部可以形成至少两个所述第二开口107，本实施例中，形成两个所述第二开口107，其中一个所述第二开口107用于连接所述金属互连层102与后续形成的金属焊盘，另一个所述第二开口107用于连接所述金属互连层102与后续形成的金属格栅，从而将所述金属格栅与所述金属焊盘相连接。
69.在步骤s4中，请参照图6所示，形成第一金属材料层108，所述第一金属材料层108填满所述深隔离沟槽104与所述第二开口107，填充所述第一开口103的侧壁及底部，并覆盖所述衬底100。
70.所述第一金属材料层108的材料包含钨，可以采用化学气相沉积、物理气相沉积等方法形成所述第一金属材料层108。
71.接着，形成硬掩膜层109，所述硬掩膜层109覆盖所述第一金属材料层108，且所述硬掩膜层109覆盖所述第一开口103的侧壁和底部。本实施例中，所述硬掩膜层109的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合，所述硬掩膜层109可以为单层，也可以为多层。
72.在步骤s5中，请参照图7所示，刻蚀所述第一金属材料层108，在所述像素区a内形
成深沟槽隔离结构110以及位于所述深沟槽隔离结构110之上且与所述深沟槽隔离结构110相连接的金属格栅111，在所述非像素区b内形成位于所述第二开口107的金属连线112，并保留靠近所述非像素区b的所述金属格栅111与靠近所述像素区a的所述金属连线112之间的所述第一金属材料层108作为格栅互连层连接线108
′
，所述金属格栅111通过所述格栅互连层连接线108
′
、所述金属连线112与所述金属互连层102相连接。
73.具体的，形成第三光刻胶层(未图示)在所述硬掩膜层109上，图形化所述第三光刻胶层以形成图形化的光刻胶层；以图形化的所述第三光刻胶层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜层109以形成图形化的硬掩膜层113；接着，去除图形化的所述第三光刻胶层；接着以图形化的所述硬掩膜层113为掩膜，刻蚀所述第一金属材料层108至暴露出所述第一保护层106。
74.所述第一金属材料层108填充在所述深隔离沟槽104之内并覆盖所述深隔离沟槽104，形成深沟槽隔离结构110以及位于所述深沟槽隔离结构110之上且与所述深沟槽隔离结构110相连接的金属格栅111。本发明形成深沟槽隔离结构110与金属格栅111相连接的连体式结构，提高了金属格栅111的挡光性能，进而改善了背照式图像传感器的光学串扰问题，提高了背照式图像传感器的性能。进一步的，所述第一金属材料层108的材料包含钨，采用钨作为所述金属格栅111和所述深沟槽隔离结构110，与现有技术中采用铝作为金属格栅相比，进一步提高了金属格栅111的挡光性能，从而进一步提高了背照式图像传感器的性能。
75.所述第一金属材料层108填充在所述第二开口107内形成金属连线112。同时，保留靠近所述非像素区b的所述金属格栅111与靠近所述像素区a的所述金属连线112之间的所述第一金属材料层108作为格栅互连层连接线108
′
，所述金属格栅111通过所述格栅互连层连接线108
′
、所述金属连线112与所述金属互连层102相连接。
76.由于以图形化的所述硬掩膜层113为掩膜进行刻蚀，因此图7与图6相比，图形化的所述硬掩膜层113的厚度要小于所述硬掩膜层109的厚度。
77.请参照图10所示，所述制作方法还包括：在所述第一开口内形成金属焊盘116，所述金属焊盘116通过其他所述金属连线112与所述金属互连层102相连接。
78.具体的，首先，请参考图8所示，形成第二保护层114，所述第二保护层114填满所述第一开口103并覆盖所述金属格栅111和所述衬底100。本实施例中，所述第二保护层114的材料包含氧化硅，可以采用化学气相沉积、物理气相沉积等方法形成所述第二保护层114。
79.接着，请参考图9所示，刻蚀所述第二保护层114，在所述第一开口103所在的区域内形成第三开口115，所述第三开口115暴露出至少一个所述金属连线112且未暴露出与所述金属格栅111相连接的所述金属连线112，且所述第三开口115的侧壁均保留有所述第二保护层114。
80.所述第三开口115的截面宽度小于所述第一开口103的截面宽度，即所述第三开口115的侧壁上均保留有所述第二保护层114。所述第三开口115至少暴露出一个所述金属连线112，本实施例中，在有两个所述金属连线112时，所述第三开口115暴露出一个所述金属连线112，另一个与所述金属格栅111连接的所述金属连线112仍旧被所述第二保护层114所覆盖。
81.接着，请参考图10所示，在所述第三开口115内形成金属焊盘116。具体的，可以形成第二金属材料层(未图示)，所述第二金属材料层覆盖所述衬底100并部分填充所述第三
开口115；刻蚀所述金属材料层在所述第三开口115内形成金属焊盘116。所述金属焊盘116通过所述金属连线112与所述金属互连层102相连接。本实施例中，所述第二金属材料层的材料包含铝。
82.所述金属格栅111通过所述格栅互连层连接线108
′
、所述金属连线112与所述金属互连层102相连接，所述金属焊盘116通过另一所述金属连线112与所述金属互连层102相连接，从而实现金属格栅111与所述金属焊盘116的连接。
83.请参考图11所示，在所述非像素区b内形成有多个金属焊盘116，所述金属格栅111可以与其中一个或几个所述金属焊盘116相连接。与所述金属格栅111连接的金属焊盘116可以接地，也可以接电势，从而可以对所述金属格栅111进行电势调节，以此改善背照式图像传感器的性能。
84.本发明提供的背照式图像传感器及其制作方法中，衬底100包含像素区a和非像素区b，且所述衬底100内形成有位于所述像素区a的多个像素电极101和位于非像素区b的多个金属互连层102；在所述衬底100的像素区a内形成多个深隔离沟槽104，在所述衬底100的非像素区b内形成多个第一开口103，所述深隔离沟槽104位于所述像素电极101上方，所述第一开口103位于所述金属互连层102上方；在所述第一开口103底部形成至少两个第二开口107，每个所述第二开口107均暴露出部分所述金属互连层112；形成第一金属材料层108，所述第一金属材料层108填满所述深隔离沟槽104与所述第二开口107，填充所述第一开口103的侧壁及底部，并覆盖所述衬底100；刻蚀所述第一金属材料层108，在所述像素区a内形成深沟槽隔离结构110以及位于所述深沟槽隔离结构110之上且与所述深沟槽隔离结构110相连接的金属格栅111，在所述非像素区b内形成位于所述第二开口107的金属连线112，并保留靠近所述非像素区b的所述金属格栅111与靠近所述像素区a的所述金属连线112之间的所述第一金属材料层108作为格栅互连层连接线108
′
，所述金属格栅111通过所述格栅互连层连接线108
′
、所述金属连线112与所述金属互连层102相连接；以及在所述第一开口103内形成金属焊盘116，所述金属焊盘116通过其他所述金属连线112与所述金属互连层102相连接。本发明形成深沟槽隔离结构104与金属格栅111相连接的连体式结构，提高了金属格栅111的挡光性能，进而改善了背照式图像传感器的光学串扰问题，提高了背照式图像传感器的性能。
85.另外，本发明通过所述金属互连层102、所述金属连线112与格栅互连层连接线108
′
将所述金属格栅111与所述金属焊盘116相连接，对连接的金属焊盘116可以自由选择，可以是接地的金属焊盘116，也可以是接电势的金属焊盘116，从而可以对所述金属格栅111进行电势调节，进一步改善背照式图像传感器的性能。
86.进一步的，采用钨作为金属格栅111，与现有技术中采用铝作为金属格栅相比，进一步提高了金属格栅11的挡光性能，从而进一步提高了背照式图像传感器的性能。
87.相应的，本发明还提供一种背照式图像传感器，采用如上所述的背照式图像传感器的制作方法制作而成。请参考图10与图11所示，所述背照式图像传感器包括：
88.衬底100，所述衬底100包含像素区a和非像素区b，所述衬底100内形成有位于所述像素区a的多个像素电极101和位于所述非像素区b的多个金属互连层102；
89.深沟槽隔离结构110，位于所述像素区a的所述衬底100内，所述深沟槽隔离结构110位于所述像素电极101上方；
90.金属格栅111，位于所述像素区a的所述衬底100上，所述金属格栅111位于所述深沟槽隔离结构110上方且与所述深沟槽隔离结构110相连接，且靠近所述非像素区b的所述金属格栅111通过格栅互连层连接线108
′
、所述金属连线112与所述金属互连层102相连接；
91.金属焊盘116，位于在所述非像素区b的所述衬底100内，所述金属焊盘116位于所述金属互连层102上方，所述金属焊盘116通过金属连线112与所述金属互连层102相连接。
92.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。