图像传感器及形成方法与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种图像传感器及形成方法。


背景技术：

2.cmos图像传感器由于其高度集成化、低功率损耗和局部像素可编程随机读取、速度快、成本低等优点，已广泛应用于数码相机、pc摄像机、移动通信产品等领域。
3.在背照式图像传感器的制造工艺中，需要通过背面减薄工艺对衬底进行减薄，但由此产生的缺陷、悬挂键和损伤导致暗电流、白像素等问题，现有技术于减薄后形成覆盖硅衬底背面的高k介质层以改善界面状态。
4.然而，高k介质层的引入导致金属焊盘附近易出现鼓包缺陷（bubble defect)，以金属焊盘之间的缝隙处尤为严重。所谓的鼓包缺陷是指经高温处理后，高k介质层中大量氢原子析出，高温断裂后的氢键结合生成氢气，由于缝隙之间的应力较为集中，氢气更容易逃逸而出，从而导致高k介质层的开裂。对于出现鼓包缺陷的衬底，一经发现需立马报废，以避免流经制程设备而产生颗粒污染或其它问题。
5.因此，如何降低成本且采用简单的制造工艺以解决现有技术中的上述问题实属必要。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种图像传感器及形成方法，改善鼓包缺陷的同时，节省制造成本。
7.基于以上考虑，本发明提供一种图像传感器的形成方法，包括：形成覆盖若干金属焊盘的介质层并图形化以至少暴露部分所述金属焊盘。
8.优选的，部分所述金属焊盘经暴露以用于第一测试，至少部分剩余的所述金属焊盘以用于第二测试。
9.优选的，所述第一测试包括wat测试，所述第二测试包括cp测试；或，所述第一测试包括cp测试，所述第二测试包括wat测试。
10.优选的，于wat测试之前，暴露部分所述金属焊盘以用于所述wat测试。
11.优选的，所述wat测试之后，还包括：光学器件制程，以形成滤色层及透镜层以及暴露剩余的所述金属焊盘。
12.优选的，所述光学器件制程之后，还包括：通过所述剩余的所述金属焊盘以进行cp测试。
13.优选的，当所述cp测试不符合预设规格时，还包括：自对准形成保护层于暴露的各所述金属焊盘上；去除所述滤色层及所述透镜层并再次进行所述光学器件制程。
14.优选的，所述自对准形成保护层包括：采用工艺气体与所述金属焊盘反应形成所述保护层。
15.优选的，所述金属焊盘的材料包括铝，所述保护层的材料包括氧化铝及氮化铝中
的一种或两种组合。
16.本发明的另一方面提供一种图像传感器，采用上述形成方法而形成。
17.本发明于衬底上形成若干金属焊盘及覆盖所述金属焊盘的介质层之后，图形化所述介质层以暴露至少部分所述金属焊盘，避免出现鼓包缺陷。
18.进一步，wat测试之时，暴露wat测试用金属焊盘的同时，保留剩余金属焊盘上的所述介质层以避免工艺气体残留于cp测试用金属焊盘而导致的可靠性问题。
19.进一步，cp测试用金属焊盘表面的介质层可于光学器件制程与透镜层共用同一光罩，从而降低制造成本。
20.进一步，在光学器件制程之中或cp测试结果不符合预设规格需要返工时，通过自对准工艺在暴露的金属焊盘表面形成保护层，避免沉积工艺全面覆盖所述衬底，在节省光罩的同时，简化工艺步骤。
附图说明
21.通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
22.图1及图2示出本发明实施例的一种图像传感器的形成方法的各步骤对应的剖面结构示意图。
23.在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
24.为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
25.需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
26.本发明于衬底上形成若干金属焊盘及覆盖所述金属焊盘的介质层之后，图形化所述介质层以暴露部分或全部所述金属焊盘，避免金属焊盘之间的介质层面积过大导致的鼓包缺陷。
27.本实施例中，图像传感器为背照式图像传感器，本领域技术人员应能理解的是，其他类型的图像传感器，比如前照式图像传感器的金属焊盘也适用于此。
28.其中，部分所述金属焊盘经暴露以用于第一测试，至少部分剩余的所述金属焊盘以用于第二测试。
29.通过选择性去除部分所述介质层，部分所述金属焊盘经暴露以用于第一测试，比如wat测试。
30.wat测试用金属焊盘通常位于切割道（scribe line），这样不但可以有效利用切割道的空间，还可以经由与其电连接的测试结构以推测周边的电气元件的电性是否合格。
31.通常，采用含氟气体极易停留于金属材料表面，在长时间接触潮湿空气环境下会
腐蚀所述金属材料，导致可靠性问题。通过去除部分所述介质层，并仅暴露所述wat测试用金属焊盘，且保留剩余金属焊盘上的所述介质层以避免工艺气体残留于剩余金属焊盘，比如cp测试用金属焊盘。
32.wat测试合格时，则所述衬底继续下一步骤，比如光学器件制程；否则，做报废处理，以避免缺陷在芯片制作完成后或后续的cp测试才被检出，从而节省制造成本。
33.于所述衬底上形成所述金属焊盘的同时，还形成若干金属格栅。所述光学器件制程包括于所述衬底上形成滤色层及透镜层。所述滤色层填充于所述金属格栅内，所述透镜层对应所述金属格栅形成于所述滤色层上。
34.形成所述滤色层及所述透镜层的过程中，包括清洗及图形化等工艺。通常，在形成所述滤色层之前，还包括形成阻挡层以覆盖各所述金属焊盘以形成平坦的表面，并保护所述金属焊盘避免受到清洗及图形化等工艺的影响。然后，形成所述透镜层的同时去除所述阻挡层以暴露所述金属焊盘。
35.本实施例中，wat测试用金属焊盘暴露于所述光学器件制程之前，剩余的金属焊盘表面覆盖有介质层。所述介质层保护wat测试用金属焊盘之外的剩余的所述金属焊盘，避免化学药液或气体作用于剩余的所述金属焊盘而影响所述第二测试的准确性。
36.图形化形成所述透镜层的同时，还图形化所述介质层以暴露剩余的所述金属焊盘，也就是说，同一光罩（mask）用于形成透镜层以及暴露剩余的所述金属焊盘。形成所述透镜层的同时，暴露至少部分剩余的所述金属焊盘，从而节省制造成本，并简化工艺步骤。
37.所述光学器件制程还包括暴露剩余的所述金属焊盘以用于所述第二测试。
38.经光学器件制程之后，剩余的所述金属焊盘经暴露以用于所述第二测试，比如cp测试。
39.当所述cp测试的测试结果不符合预设规格时，可以依次循环执行去除所述滤色层及所述透镜层、采用自对准工艺以于暴露的金属焊盘表面形成保护层、执行所述光学器件制程及所述cp测试直至所述测试结果符合所述预设规格。
40.为避免暴露的金属焊盘的表面形成自然氧化层，采用所述自对准工艺形成保护层于暴露的金属焊盘。
41.wat测试用测试探针和/或cp测试用测试探针可以穿过所述保护层以与对应的所述金属焊盘相接触，对测试探针接触所述金属焊垫时产生的过驱动压力起到缓冲作用；另一方面，采用所述自对准工艺而形成的保护层，避免沉积工艺全面覆盖衬底而额外增加光刻及刻蚀工艺，兼具简化工艺步骤。
42.一实施例中，wat测试时，测试探针依次穿过所述介质层及所述保护层以接触wat测试用金属焊盘。cp测试时，cp测试用金属焊盘经暴露以用于所述cp测试。
43.以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种图像传感器的形成方法进行详细说明。
44.如图1所示，本实施例中，衬底100包括像素阵列区i、位于像素阵列区i周边的外围逻辑区ii、以及位于相邻图像传感器的外围逻辑区ii之间的切割道区ⅲ。
45.像素阵列区i对应设有内设于衬底100的若干发光二极管112，在像素阵列区i和外围逻辑区ii之间设置有隔离结构113。
46.所述衬底100具有相对的正面（如图所示的下面）和背面（如图所示的上面）。
47.在所述背面设置有器件层（未图示）及绝缘层101，所述绝缘层101可以是单层或叠层结构。比如，绝缘层101可以沿远离所述背面的方向，依次叠设有高k材料（高介电常数材料，未图示）层及钝化层（未图示）。所述正面设置有层间介质层110。为各像素区、外围电路、功能器件等提供互连（例如，引线）的导电层和互连结构嵌入所述层间介质层110内。所述导电层和所述互连结构可以是包括接触件、通孔和/或金属线的多层互连（mli）结构。
48.其中，mli结构的定位和配置可以根据设计需要而变化。可以通过诸如铜、铝、钨、掺杂的多晶硅、其他合适的导电材料和/或它们的组合的导电材料形成导电通孔和导线。mli结构可以电连接至各所述像素区。用于感测和处理接收到的光的其他电路和器件也可以嵌入所述层间介质层110内。
49.位于外围逻辑区ii的第一开口114及位于切割道区ⅲ的第二开口115分别贯穿所述器件层、所述绝缘层101及所述衬底100。
50.本实施例中，部分金属焊盘为cp测试用金属焊盘122，其设于第一开口114内。通过引线接合或其他电互联方法。所述cp测试用金属焊盘122还用于将各所述光电二极管112电连接至外部电路（未图示），从而用于发送和接收诸如数据的信号或控制信号。
51.本实施例中，另有部分金属焊盘为wat测试用金属焊盘121，其设于所述第二开口115内。互连结构111的一端对应相连wat测试用金属焊盘121，另一端相连wat测试结构（未图示）。
52.采用自对准工艺于至少部分金属焊盘表面形成保护层。
53.所述wat测试用金属焊盘121及所述cp测试用金属焊盘122分别内设于所述第二开口115及所述第一开口114的底部，其表面均覆盖有第一保护层102。
54.所述自对准工艺包括表面处理暴露的各所述金属焊盘的表面。
55.本实施例中，所述表面处理包括采用工艺气体与各所述金属焊盘反应形成所述第一保护层102。比如，可以利用解耦等离子体氧化法（dpo）形成所述第一保护层102。所述解耦等离子体氧化法在氧化过程中的温度为200～500℃；该解耦等离子氧化法利用连续脉冲的模式，并且以氧气和/或臭氧为解离气体。所述金属焊盘的材料包括铝，对应形成的所述第一保护层102的材料包括氧化铝。
56.另一实施例中，所述表面处理可以是于各所述金属焊盘表面形成自然氧化层。
57.所述第一保护层102的膜厚可视wat测试而定。所述薄膜生长时间可以为1～60分钟。比如，测试探针至少穿过所述保护层以接触所述wat测试用金属焊盘121时，选择较长的薄膜生长时间。反之，则缩短所述薄膜生长时间。
58.另一实施例中，还可以采用氮气为所述解离气体，生成材料为氮化铝的所述第一保护层102。又一实施例中，所述第一保护层102为氧化铝及氮化铝的叠层结构。
59.如图1所示，于暴露的各金属焊盘的表面形成所述第一保护层102之后，于所述衬底100上通过沉积工艺形成覆盖所述绝缘层101及各所述金属焊盘的介质层103并图形化，以暴露所述wat测试用金属焊盘121的至少部分顶面。
60.所述介质层103的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及碳氮化硅中的一种或多种组合，可以采用沉积工艺，比如化学气相沉积、物理气相沉积等方法形成厚度大于所述第一保护层102的所述介质层103。
61.经由1张光罩，通过光刻及刻蚀工艺选择性暴露用于wat测试的部分所述金属焊
盘，形成贯穿所述介质层103的测试开口以暴露wat测试用金属焊盘121，而剩余的金属焊盘，比如cp测试用金属焊盘122表面仍保留有第一保护层102及所述介质层103。
62.通过暴露的wat测试用金属焊盘121对所述图像传感器进行测试，完全消除了wat测试用金属焊盘121上的膜层，比如，所述介质层103和/或第一保护层102对wat测试的影响，包括扎针时测试探针的滑行和针尖的接触等方面；另外也解决了探针卡因所述wat测试损耗大的问题，减少探针卡更换中的拔插动作。
63.如图2所示，本实施例中，wat测试结果符合预设规格，通过自对准工艺，于所述测试开口所暴露的金属焊盘表面形成第二保护层104，第二保护层104的厚度可以等于或不等于前次形成的第一保护层102。第二保护层104还可以填充所述测试开口，避免后续光学器件制程时的湿法工艺中的湿法药液集聚于所述测试开口。
64.接着，wat测试之后，通过光学器件制程以形成滤色层及透镜层，此过程中，剩余的金属焊盘，比如cp测试用金属焊盘122的表面至少覆盖有阻挡湿法药液及隔离外界环境的介质层103，避免cp测试用金属焊盘122的损耗而影响cp测试结果。
65.如前所述，通过于光学器件制程之前选择性暴露至少部分金属焊盘，比如wat测试用金属焊盘121，从而在保证wat测试准确性的前提下，还能节省一张光罩。
66.接着，在形成所述透镜层的过程中，共用所述透镜层对应的光罩，并调整形成所述透镜层的刻蚀工艺，比如，在原本刻蚀有机物的基础上，还刻蚀所述介质层103和/或第一保护层102并暴露cp测试用金属焊盘122以进行cp测试。
67.cp测试之后，若cp测试结果符合预设规格，则相应的芯片进行后续制程，比如切片，封装等。
68.反之，由于所述滤色层及所述透镜层均可以去除，在返工制程时，去除所述衬底100上的滤色层及透镜层之后，执行所述自对准工艺，于已暴露的金属焊盘，比如cp测试用金属焊盘122及wat测试用金属焊盘121的表面形成保护层。所述保护层避免cp测试用金属焊盘122被返工药液或返工气体所影响。再次对进行所述衬底100执行所述光学器件制程及所述cp测试，如此循环反复，直至所述cp测试结果符合所述预设规格。
69.通过在衬底上形成若干金属焊盘之后，采用自对准工艺，于至少部分金属焊盘表面形成保护层，可以减薄介质层的厚度。
70.本发明于衬底上形成若干金属焊盘及覆盖所述金属焊盘的介质层之后，图形化所述介质层以暴露至少部分所述金属焊盘，避免出现鼓包缺陷。
71.进一步，wat测试之时，暴露wat测试用金属焊盘的同时，保留剩余金属焊盘上的所述介质层以避免工艺气体残留于cp测试用金属焊盘而导致的可靠性问题。
72.进一步，cp测试用金属焊盘表面的介质层可于光学器件制程与透镜层共用同一光罩，从而降低制造成本。
73.进一步，在光学器件制程之中或cp测试结果不符合预设规格需要返工时，通过自对准工艺在暴露的金属焊盘表面形成保护层，避免沉积工艺全面覆盖所述衬底，在节省光罩的同时，简化工艺步骤。
74.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不
排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。