背照式图像传感器结构及其制备方法与流程

1.本技术涉及半导体技术领域，特别是涉及一种背照式图像传感器结构及其制备方法。


背景技术：

2.现有影像感光组件分为前照式（front side illumination，fsi）图像传感器及背照式（back side illumination）图像传感器，背照式图像传感器比前照式图像传感器有更高效的感光影像。
3.然而，在背照式图像传感器的制程中，如干法刻蚀、湿法刻蚀或薄膜沉积等制程，都会因为电浆（plasma）或偏压（bias power）造成电荷累积，从而造成暗电流的产生，进而使得影像表现不好。


技术实现要素：

4.基于此，有必要提供一种背照式图像传感器结构及其制备方法，以解决现有技术中由于背照式图像传感器存在电荷累积而导致的造成暗电流的产生，进而使得影像表现不好的问题。
5.本技术实施例提供了一种背照式图像传感器结构，包括：背照式图像传感器，所述背照式图像传感器包括衬底，所述衬底包括相对的正面及背面；所述衬底的背面具有感光区及位于所述感光区外围的外围电路区；金属电容接地结构，至少位于所述衬底的背面，且位于所述感光区与所述外围电路区之间。
6.可选地，所述衬底的背面具有金属遮光区，所述金属遮光区位于所述感光区与所述外围电路区之间，所述金属电容接地结构位于所述金属遮光区内。
7.可选地，所述背照式图像传感器结构还包括：光电二极管，位于所述衬底内，且位于所述感光区内；覆盖介质层，位于所述衬底的正面；金属互连层，位于所述覆盖介质层内；绝缘隔离层，位于所述衬底的背面，且覆盖所述金属电容接地结构；滤光片，位于所述绝缘隔离层远离所述衬底的表面；凸透镜，位于所述滤光片远离所述绝缘隔离层的表面。
8.可选地，所述金属电容接地结构自所述衬底的背面延伸至所述衬底内。
9.可选地，所述金属电容接地结构延伸至所述衬底内的深度为300埃~1500埃，所述金属电容接地结构的最大厚度为300埃~10000埃，所述金属电容接地结构延伸至所述衬底内部分的宽度为0.1μm~10μm。
10.可选地，所述金属电容接地结构的形状为长条状或块状，所述金属电容接地结构至少位于所述感光区的一侧。
11.可选地，所述金属电容接地结构的数量为多个，多个所述金属电容接地结构间隔排布。
12.可选地，所述金属电容接地结构包括：第一金属层，至少位于所述衬底的背面；电容介质层，位于所述第一金属层远离所述衬底的表面；第二金属层，位于所述第一金属层远离所述衬底的表面，且覆盖所述电容介质层。
13.本技术还提供一种背照式图像传感器结构的制备方法，包括：提供衬底，所述衬底包括相对的正面及背面，所述衬底的背面具有感光区及位于所述感光区外围的外围电路区；于所述衬底的背面形成金属电容接地结构，所述金属电容接地结构位于所述感光区与所述外围电路区之间。
14.可选地，所述衬底内形成有光电二极管，所述光电二极管位于所述感光区内；于所述衬底的背面形成金属电容接地结构之前，还包括：于所述衬底的正面形成覆盖介质层及金属互连层，所述金属互连层位于所述覆盖介质层内；于所述衬底的背面形成金属电容接地结构之后，还包括：于所述衬底的背面形成绝缘隔离层，所述绝缘隔离层覆盖所述金属电容接地结构；于所述绝缘隔离层远离所述衬底的表面形成滤光片；于所述滤光片远离所述绝缘隔离层的表面形成凸透镜。
15.可选地，于所述衬底的背面形成金属电容接地结构包括：于所述衬底的背面形成凹槽；于所述衬底的背面及所述凹槽内形成第一金属层；于所述第一金属层远离所述衬底的表面形成电容介质层；于所述第一金属层远离所述衬底的表面形成第二金属层，所述第二金属层包覆所述电容介质层。
16.本技术的背照式图形化传感器结构及其制备方法具有如下有益效果：本技术通过在衬底的背面增加金属电容接地结构，一方面，金属电容接地结构通过连接衬底可以实现接地，使得在衬底表面因其他制程而累积的电荷可以通过金属电容接地结构导入到衬底的效果，从而降低甚至消除暗电流，提供背照式图像传感器结构的成像品质，使得背照式图像传感器结构的成像可靠性更加稳定。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1及图2为本技术一实施例中提供不同示例中的背照式图像传感器结构中的衬底背面的俯视图；图3为沿图1中aa方向的截面结构示意图；图4为本技术一实施例中提供的背照式图像传感器结构的截面结构示意图；图5为本技术另一实施例中提供的背照式图像传感器结构的制备方法的流程图。
19.附图标记说明：10、衬底；101、感光区；102、外围电路区；103、金属遮光区；11、金属电容接地结构；111、第一金属层；112、电容介质层；113、第二金属层；12、光电二极管；13、覆盖介质层；14、金属互连层；15、绝缘隔离层；16、滤光片；17、凸透镜。
具体实施方式
20.为了便于理解本技术，下面将参照相关附图对本技术进行更全面的描述。附图中给出了本技术的实施例。但是，本技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本技术的公开内容更加透彻全面。
21.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术。
22.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
23.可以理解，本技术所使用的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本技术的范围的情况下，可以将第一控制装置称为第二控制装置，且类似地，可将第二控制装置称为第一控制装置。第一控制装置和第二控制装置两者都是控制装置，但其不是同一控制装置。可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。请参阅图1及图2，本技术实施例提供了一种背照式图像传感器结构，包括：背照式图像传感器（未标示出）和金属电容接地结构11；背照式图像传感器可以包括衬底10，衬底10包括相对的正面（未标示出）及背面（未标示出）；衬底10的背面具有感光区101及位于感光区101外围的外围电路区102；金属电容接地结构11可以至少位于衬底10的背面，且位于感光区101与外围电路区102之间。
24.本技术的背照式图像传感器中，通过在衬底10的背面增加金属电容接地结构11，一方面，金属电容接地结构11通过连接衬底10可以实现接地，使得在衬底10表面因其他制程而累积的电荷可以通过金属电容接地结构11导入到衬底10的效果，从而降低甚至消除暗电流，提供背照式图像传感器结构的成像品质，使得背照式图像传感器结构的成像可靠性更加稳定。
25.通过将金属电容接地结构11设置在感光区101与外围电路区102之间，既可以避免金属电容接地结构11对感光区101的遮挡，确保背照式图像传感器的成像品质，又可以不占
用外围电路区102，可以节省面积，从而有利于器件小型化。
26.具体的，衬底10可以包括但不仅限于硅衬底。
27.具体的，金属电容接地结构11可以紧邻感光区101设置，譬如，金属电容接地结构11与感光区101的间距可以小于金属电容接地结构11与外围电路区102的间距。当然，在其他示例中，金属电容接地结构11也可以紧邻外围电路区102设置。
28.在一个示例中，衬底10的背面具有金属遮光区103，金属遮光区103可以位于感光区101与外围电路区102之间，金属电容接地结构11可以位于金属遮光区103内。
29.具体的，金属遮光区103的表面可以形成有但不仅限于金属栅格等可以遮光的结构。当然，金属遮光区103的表面也可以形成不透光的块状金属层。
30.在一个可选的示例中，如图3所示，金属电容接地结构11可以自衬底10的背面延伸至衬底10内。具体的，衬底10的背面可以形成有凹槽（未标示出），金属电容接地结构11可以位于凹槽内，填满凹槽并延伸至衬底10的背面。
31.在一个可选的示例中，金属电容接地结构11延伸至衬底10内的深度h可以根据实际需要进行设定。本实施例中，金属电容接地结构11延伸至衬底10内的深度h可以为300~1500埃，即衬底10背面的凹槽的深度可以为300埃~1500埃。具体的，金属电容接地结构11延伸至衬底10内的深度h可以为300埃、500埃、1000埃或1500埃等等。
32.在一个可选的示例中，金属电容接地结构11的最大厚度d可以根据实际需要进行设定。本实施例中，金属电容接地结构11的最大厚度d可以为300埃~10000埃。具体的，金属电容接地结构11的最大厚度d可以为300埃、500埃、1000埃、2000埃、3000埃、4000埃、5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃或10000埃。
33.在一个可选的示例中，金属电容接地结构11延伸至衬底10内部分的宽度l可以根据实际需要进行设定。本实施例中，金属电容接地结构11延伸至衬底10内部分的宽度l可以为0.1μm~10μm；即位于衬底10背面的凹槽的宽度可以为0.1μm~10μm。具体的，金属电容接地结构11延伸至衬底10内部分的宽度l可以为0.1μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等等。
34.在一个可选的示例中，金属电容接地结构11的具体形状可以根据实际需要进行设定，譬如，金属电容接地结构11的形状可以为长条状（如图1所示）或块状（如图2所示）。
35.可选的，金属电容接地结构11的数量可以根据实际需要进行设定，譬如，如图1所示，金属电容接地结构11的数量可以为一个，此时金属电容接地结构11可以位于感光区101的一侧。当然，在其他示例中，金属电容接地结构11的数量也可以为多个，多个金属电容接地结构11可以如图2所示的间隔排布，且位于感光区101的一侧。
36.可选地，当金属电容接地结构11的数量为多个时，多个金属电容接地结构11间隔排布，多个金属电容接地结构11可以如图2所示的位于感光区101的同一侧，也可以位于感光区101的至少两侧，譬如，可以位于感光区101的相邻的两侧，相对的两侧，或者位于感光区101的四侧，即此时多个金属电容接地结构11沿感光区101的环绕感光区101一周。通过设置多个金属电容接地结构11，可以便于将衬底10表面不同位置累积的电荷引导至衬底10内，进而实现更好的去除暗电流的效果。
37.在一个可选的示例中，请参阅图3，金属电容接地结构11可以包括：第一金属层111，第一金属层111至少位于衬底10的背面；电容介质层112，电容介质层112可以位于第一
金属层111远离衬底10的表面；第二金属层113，第二金属层113可以位于第一金属层111远离衬底10的表面，且覆盖电容介质层112。
38.需要说明的是，当衬底10的背面具有凹槽时，第一金属层111还延伸至凹槽内，且覆盖凹槽的底部及侧壁。
39.具体的，第一金属层111的厚度、电容介质层112的厚度及第二金属层113的厚度可以根据实际需要进行设置。譬如，可以为但不仅限于第一金属层111的厚度可以小于凹槽的深度，但第一金属层111与电容介质层112的厚度之和可以大于凹槽的深度。
40.在一个可选的示例中，第一金属层111的材料可以包括但不仅限于铜、钨、铝、钛或钽等等。电容介质层112的材料可以为金属化合物或其他介质层，譬如，电容介质层112可以为金属氧化物等等；本实施例中，电容介质层112可以为氧化硅层。当然，在其他示例中，电容介质层112也可以为氮化硅层等等。第二金属层113的材料可以包括但不仅限于铜、钨、铝、钛或钽等等。
41.在一个可选的示例中，请结合图1至图3参阅图4，背照式图像传感器结构还可以包括：光电二极管12，光电二极管12可以位于衬底10内，且位于感光区101内；覆盖介质层13，覆盖介质层13可以位于衬底10的正面；金属互连层14，金属互连层14可以位于覆盖介质层13内；绝缘隔离层15，绝缘隔离层15可以位于衬底10的背面，且绝缘隔离层15覆盖金属电容接地结构11；滤光片16，滤光片16可以位于绝缘隔离层15远离衬底10的表面；凸透镜17，凸透镜17可以位于滤光片16远离绝缘隔离层15的表面。
42.需要说明的是，因为金属电容接地结构11与光电二极管12位于不同的区域，图4中截取到金属电容接地结构11，但不会截取到光电二极管12。将光电二极管12设置在感光区101，可以确保光电二极管12的感光效果，进而确保光电二极管12的光电转换效率。
43.在一个可选的示例中，请继续参阅图4，覆盖介质层13可以为多层，多层覆盖介质层13依次叠置。金属互连层14也可以为多层，各层金属互连层14可以分别位于相邻两层覆盖介质层13之间。
44.具体的，覆盖介质层13的材料可以包括氧化硅层、氮化硅层或氮氧化硅层等等。金属互连层14的材料可以包括但不仅限于铜、钨、铝、钛或钽等等。
45.在另一个实施例中，请结合图1至图4参阅图5，本技术还提供一种背照式图像传感器结构的制备方法，背照式图像传感器结构的制备方法可以包括如下步骤：s10：提供衬底10，衬底10包括相对的正面及背面，衬底10的背面具有感光区101及位于感光区101外围的外围电路区102；s20：于衬底10的背面形成金属电容接地结构11，金属电容接地结构11位于感光区101与外围电路区102之间。
46.本技术的背照式图像传感器的制备方法，通过在衬底10的背面形成金属电容接地结构11，一方面，金属电容接地结构11通过连接衬底10可以实现接地，使得在衬底10表面因其他制程而累积的电荷可以通过金属电容接地结构11导入到衬底10的效果，从而降低甚至消除暗电流，提高背照式图像传感器结构的成像品质，使得背照式图像传感器结构的成像可靠性更加稳定。
47.通过将金属电容接地结构11设置在感光区101与外围电路区102之间，既可以避免金属电容接地结构11对感光区101的遮挡，确保背照式图像传感器的成像品质，又可以不占
用外围电路区102，可以节省面积，从而有利于器件小型化。
48.在步骤s10中，请参阅图5中的s10步骤及图1至图3，提供衬底10，衬底10包括相对的正面及背面，衬底10的背面具有感光区101及位于感光区101外围的外围电路区102。
49.具体的，衬底10可以包括但不仅限于硅衬底。
50.具体的，金属电容接地结构11可以紧邻感光区101设置，譬如，金属电容接地结构11与感光区101的间距可以小于金属电容接地结构11与外围电路区102的间距。当然，在其他示例中，金属电容接地结构11也可以紧邻外围电路区102设置。
51.在一个示例中，衬底10的背面具有金属遮光区103，金属遮光区103可以位于感光区101与外围电路区102之间，金属电容接地结构11可以位于金属遮光区103内。
52.具体的，可以在衬底10的背面形成金属栅格等可以遮光的结构以形成金属遮光区103。当然，也可以在衬底10的背面形成不透光的块状金属层作为金属遮光区103。
53.在一个可选的示例中，步骤s20中，于衬底10的背面形成金属电容接地结构11可以包括：s201：于衬底10的背面形成凹槽（未示出）；s202：于衬底10的背面及凹槽内形成第一金属层111；s203：于第一金属层111远离衬底10的表面形成电容介质层112；s204：于第一金属层111远离衬底10的表面形成第二金属层113，第二金属层113可以包覆电容介质层112。
54.具体的，步骤s201中，可以采用刻蚀工艺刻蚀衬底10，以形成凹槽。凹槽的深度可以为300埃~1500埃。具体的，凹槽的深度h可以为300埃、500埃、1000埃或1500埃等等。凹槽的宽度可以为0.1μm~10μm。具体的，凹槽的宽度l可以为0.1μm、1μm、2μm、3μm、4μm、5μm、6μm、7μm、8μm、9μm或10μm等等。
55.具体的，第一金属层111的厚度、电容介质层112的厚度及第二金属层113的厚度可以根据实际需要进行设置。譬如，可以为但不仅限于第一金属层111的厚度可以小于凹槽的深度，但第一金属层111与电容介质层112的厚度之和可以大于凹槽的深度。
56.更为具体的，如图3所示，第一金属层111、电容介质层112及第二金属层113共同构成金属电容接地结构11；金属电容接地结构11的最大厚度d可以为300埃~10000埃。具体的，金属电容接地结构11的最大厚度d可以为300埃、500埃、1000埃、2000埃、3000埃、4000埃、5000埃、6000埃、7000埃、8000埃、9000埃或10000埃。
57.在一个可选的示例中，第一金属层111的材料可以包括但不仅限于铜、钨、铝、钛或钽等等。电容介质层112的材料可以为金属化合物或其他介质层，譬如，电容介质层112可以为金属氧化物等等；本实施例中，电容介质层112可以为氧化硅层。当然，在其他示例中，电容介质层112也可以为氮化硅层等等。第二金属层113的材料可以包括但不仅限于铜、钨、铝、钛或钽等等。
58.在一个可选的示例中，金属电容接地结构11的具体形状可以根据实际需要进行设定，譬如，金属电容接地结构11的形状可以为长条状（如图1所示）或块状（如图2所示）。
59.可选的，金属电容接地结构11的数量可以根据实际需要进行设定，譬如，如图1所示，金属电容接地结构11的数量可以为一个，此时金属电容接地结构11可以位于感光区101的一侧。当然，在其他示例中，金属电容接地结构11的数量也可以为多个，多个金属电容接
地结构11可以如图2所示的间隔排布，且位于感光区101的一侧。
60.可选地，当金属电容接地结构11的数量为多个时，多个金属电容接地结构11间隔排布，多个金属电容接地结构11可以如图2所示的位于感光区101的同一侧，也可以位于感光区101的至少两侧，譬如，可以位于感光区101的相邻的两侧，相对的两侧，或者位于感光区101的四侧，即此时多个金属电容接地结构11沿感光区101的环绕感光区101一周。通过设置多个金属电容接地结构11，可以便于将衬底10表面不同位置累积的电荷引导至衬底10内，进而实现更好的去除暗电流的效果。
61.在一个可选的示例中，如图4所示，衬底10内形成有光电二极管12，光电二极管12可以位于感光区101内；于衬底10的背面形成金属电容接地结构11之前，还包括：于衬底10的正面形成覆盖介质层13及金属互连层14，金属互连层14位于覆盖介质层13内；于衬底10的背面形成金属电容接地结构11之后，还包括：于衬底10的背面形成绝缘隔离层15，绝缘隔离层15覆盖金属电容接地结构11；于绝缘隔离层15远离衬底10的表面形成滤光片16；于滤光片16远离绝缘隔离层15的表面形成凸透镜17。
62.在一个可选的示例中，请继续参阅图4，覆盖介质层13可以为多层，多层覆盖介质层13依次叠置。金属互连层14也可以为多层，各层金属互连层14可以分别位于相邻两层覆盖介质层13之间。
63.具体的，覆盖介质层13的材料可以包括氧化硅层、氮化硅层或氮氧化硅层等等。金属互连层14的材料可以包括但不仅限于铜、钨、铝、钛或钽等等。
64.在本说明书的描述中，上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
65.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。