背照式图像传感器及其制备方法与流程

本发明涉及半导体集成电路，尤其涉及一种背照式图像传感器及其制备方法。

背景技术：

1、图像传感器是将光学信号转化为电信号的半导体器件。传统的图像传感器为正面入射式结构，其感光单元在半导体衬底的下方。入射光进入感光单元之前，会需要穿过金属互连层和介质层，这一过程会导致光线损失，进而降低量子效率。为解决这一问题，目前还提供一种背照式结构图像传感器，光线直接入射到感光单元，无需经过金属互连层和介质层，这极大提高了入射光量。尤其是在感光单元尺寸越来越小的情况下，背照式结构的优势就更加突出。

2、背照式结构的图像传感器，光线直接入射到感光单元，无需经过金属互连层和介质层，这极大提高了入射光量。图1为现有的背照式图像传感器的剖面示意图，从图中可以发现，现有的背照式图像传感器的结构存在如下问题：半导体衬底100具有正表面101及背表面102，因采用金属材料作为背表面102上用于挡光的挡光栅格结构400，因此部分入射光无法达到半导体衬底100，存在量子效率的损失。同时，挡光栅格结构400中由于填充金属材料，其必须与半导体衬底100的背表面保持距离，否则金属离子易扩散至半导体衬底100中，引起器件失效和可靠性问题，而因挡光栅格结构400的半导体衬底100之间存在间隙，又会引入邻近感光单元之间的光学串扰。

3、因此，如何改善背照式图像传感器的结构中存在的串扰及降低入射光的反射和吸收是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种背照式图像传感器及其制备方法，能够解决背照式图像传感器的结构中的串扰，以及降低传统挡光栅格对正入射光的反射和吸收。

2、第一方面，本发明提供一种背照式图像传感器，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面和背表面；设于半导体衬底内的感光单元、浅槽隔离和深槽隔离，以及位于半导体衬底上第一介质层中的晶体管电路和金属互连层；位于半导体衬底上的抗反射层和第二介质层；位于第二介质层上的第三介质层，所述第三介质层包括倒梯形状的挡光栅格；且所述挡光栅格在所述深槽隔离上方；其中，挡光栅格的顶部宽度大于底部宽度，且挡光栅格的顶部远离所述感光单元。

3、本发明提供的背照式图像传感器的有益效果在于：本实施例采用绝缘材料的挡光栅格结构，降低了挡光栅格对正入射光的反射和吸收，提升量子效率；另外挡光栅格的倒梯形状，提升对大角度斜入射光的汇聚，同时降低串扰和提升量子效率；栅格结构底部可与第二介质层接触，降低了常规结构存在的底部光学串扰。

4、可选地，所述挡光栅格的材料为具有挡光作用的绝缘材料。

5、可选地，所述挡光栅格的底部与高介电常数的第二介质层表面接触，或者所述挡光栅格的底部与高介电常数的第二介质层表面保持设定距离。

6、可选地，所述挡光栅格的顶部开口逐渐增大且为带圆角的开口结构，所述挡光栅格的中部为垂直状。本实施例中挡光栅格顶部为带圆角的开口结构，提升对大角度斜入射光的汇聚，同时降低串扰和提升量子效率；栅格结构底部可与第二介质层接触，降低了常规结构存在的底部光学串扰。

7、可选地，所述第一介质层和所述第二介质层为绝缘材料。

8、第二方面，本发明提供一种背照式图像传感器的制备方法，该方法包括如下步骤：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面和背表面；在半导体衬底正表面形成感光单元和形成浅槽隔离；在所述半导体衬底的正表面上形成第一介质层，位于所述第一介质层中的晶体管电路以及金属互连层；在所述半导体衬底的背表面上依次淀积形成层叠的抗反射层、第二介质层和第三介质层；在所述第三介质层上进行图形化刻蚀，形成倒梯形状的沟槽，其中，挡光栅格的顶部宽度大于底部宽度，且挡光栅格的顶部远离所述感光单元；通过在所述沟槽中沉积绝缘材料，形成挡光栅格。

9、可选地，采用干法刻蚀对所述第三介质层进行图形化刻蚀，形成倒梯形状的沟槽。

10、本发明提供的制备方法的有益效果可以参见上述结构部分的描述，该制备方法通过刻蚀形成沟槽式电容结构，节省光罩，制作工艺易于实现，工艺偏差控制较为宽松，可靠性高。

技术特征：

1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述挡光栅格的材料为具有挡光作用的绝缘材料。

3.根据权利要求1或2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述挡光栅格的底部与高介电常数的第二介质层表面接触，或者所述挡光栅格的底部与高介电常数的第二介质层表面保持设定距离。

4.根据权利要求1或2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述挡光栅格的顶部开口逐渐增大且为带圆角的开口结构，所述挡光栅格的中部为垂直状。

5.根据权利要求1或2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述第一介质层和所述第二介质层为绝缘材料。

6.一种背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，还包括：

技术总结
本发明公开了一种背照式图像传感器及其制备方法，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有正表面和背表面；设于半导体衬底内的感光单元、浅槽隔离和深槽隔离，以及位于半导体衬底上第一介质层中的晶体管电路和金属互连层；位于半导体衬底上的抗反射层和第二介质层；位于第二介质层上的第三介质层，所述第三介质层包括倒梯形状的挡光栅格；且所述挡光栅格在所述深槽隔离上方；其中，挡光栅格的顶部宽度大于底部宽度，且挡光栅格的顶部远离所述感光单元。该结构能够解决背照式图像传感器的结构中的串扰，以及降低传统挡光栅格对正入射光的反射和吸收。

技术研发人员：宋雷
受保护的技术使用者：上海微阱电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15