金属绝缘层半导体结构及其制造方法、图像传感器与流程

本公开涉及半导体，特别是涉及金属绝缘层半导体结构及其制造方法、图像传感器。

背景技术：

1、随着集成电路的发展，器件特征线宽也在不断缩小，继而器件界面状态的控制也显得越来越重要。这主要是由于半导体的表面状态对器件的性能以及集成电路的参数和稳定性影响很大。

2、对于金属氧化物半导体(mos)器件，si/sio2界面的界面态和电荷会导致mos器件阈值电压的偏移；对于光电二极管，界面态会导致量子效率的降低，因此半导体界面状态的表征尤为重要。例如，在背照式(bsi)图像传感器中，氧化硅常用于栅氧或者埋氧层，氧化铝则常用于bsi图像传感器的背面钝化，进而硅与氧化硅、氧化铝界面电荷/缺陷是常见的影响bsi图像传感器效率的缺陷类型。

3、mis(metal-insulator-semiconductor金属-绝缘层-半导体)结构广泛应用于半导体表面效应的表征，通过测量mis结构的c-v曲线进行分析可以对半导体的界面状态进行表征。典型的mis结构中金属-绝缘层-半导体衬底自上而下构成了mis结构，即在硅片的正面生长氧化层再生长金属层，形成自上而下的mis结构进行测试。其中绝缘层与半导体相接触的这一端为欧姆接触。然后，通过对金属端施加电压，测量mis结构的c-v特性曲线，根据mis结构的平带电压来间接获取绝缘层-半导体界面的界面态或电荷浓度。

4、为了对图像传感器的界面态进行表征，而且由于对成品的内部不便于进行破坏式检测，因此可以采用硅穿孔(tsv)技术将信号引出。但是通过硅穿孔进行表征，所获得的测试结果有误差。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对如何减少利用硅穿孔技术表征界面态时的误差的问题，提供一种金属绝缘层半导体结构及其制造方法、图像传感器、用于检测图像传感器界面态的方法。

2、本公开实施方式提供一种金属绝缘层半导体结构，该金属绝缘层半导体结构包括：半导体层；第一绝缘层，位于半导体层的一侧；第一金属层，位于第一绝缘层背向半导体层的一侧，包括第一图形、第二图形及第三图形，第一图形与半导体层电连接，第二图形与半导体层电性隔离，第一图形和第二图形具有相同的形状；第一贯穿结构，贯穿第一绝缘层和半导体层，并与第一图形电连接；以及第二贯穿结构，贯穿第一绝缘层和半导体层，并与第二图形电连接；其中，第三图形与第一贯穿结构具有的第一距离和第三图形与第二贯穿结构具有的第二距离相同。

3、本公开实施方式提供的金属绝缘层半导体结构通过设置分布设置的第一图形、第二图形和第三图形，实现了第三图形的有效利用；同时，与第一贯穿结构及第二贯穿结构的配合，可以有效地获得第一贯穿结构及第二贯穿结构二者针对于半导体层和第一绝缘层的界面态测量所引入的寄生参数。本公开实施方式提供的金属绝缘层半导体结构具有精测精度高、矫正能力好、空间利用率高、易于制造等至少一个有益效果。

4、在一些实施方式中，半导体层包括衬底和延伸入衬底的掺杂区，第一图形与掺杂区电连接，第一贯穿结构和第二贯穿结构位于掺杂区两侧，第一图形与第二图形镜像设置。

5、如此可沿一个方向布置出三个图形，减少测量误差。第一图形和第二图形实现对不同参数的复现、测量。该金属绝缘层半导体结构可用于实现对图像传感器的绝缘-半导体界面态进行精确地辅助测量。

6、示例性地，掺杂区的掺杂类型与衬底的掺杂类型相反或相同。

7、在一些实施方式中，金属绝缘层半导体结构还包括第一导电通道，第一导电通道贯穿第一绝缘层，电连接于第一图形与半导体层之间。

8、如此设置，可通过第一导电通道实现第一图形与半导体层之间的电连接，同时第一图形与半导体层形成电容。

9、在一些实施方式中，金属绝缘层半导体结构还包括：第三贯穿结构、第二绝缘层、第二金属层及第二导电通道；第三贯穿结构，贯穿第一绝缘层和半导体层，并与第三图形电连接；第二绝缘层和第二金属层堆叠于第一金属层背向第一绝缘层一侧，第二金属层包括第四图形，第四图形通过第二导电通道与第三图形电连接，第四图形沿堆叠方向的投影与第二图形交叠。

10、如此设置，可利用第四图形实现对第二图形的跨越，利用第四图形与第二图形的交叠复现图像传感器中桥接图形的寄生电容。

11、在一些实施方式中，金属绝缘层半导体结构还包括第三绝缘层、第三金属层、第四绝缘层及第四金属层；第三绝缘层和第三金属层堆叠于第二金属层背向第一绝缘层一侧，第三金属层与半导体层电连接，第三金属层包括用于键合的键合焊盘；第四绝缘层及第四金属层堆叠于半导体层背向第一绝缘层的一侧，第四金属层包括与第一贯穿结构或第二贯穿结构电连接的焊盘。

12、如此设置，该金属绝缘层半导体结构可用于键合至例如外围电路，而第四金属层的焊盘位于相对键合位置背向的位置，可在不破坏键合侧结构的情况下，利用焊盘和贯穿结构可实现对键合侧结构的状态进行测试。

13、在一些实施方式中，第一图形包括相互电连接的拟形图形和检测焊盘图形，第一贯穿结构电连接至检测焊盘图形。

14、如此设置，可利用拟形图形更准确地体现实际被测结构的寄生参数，继而在拟形图形之外实现第一图形与第一贯穿结构的电连接。

15、在一些实施方式中，金属绝缘层半导体结构还包括第五绝缘层和第五金属层，第五绝缘层和第五金属层堆叠于半导体层背向第一绝缘层的一侧，第五金属层包括第五图形和第二焊盘图形，第五图形与半导体层电连接，第五图形与第二贯穿结构电连接，第二焊盘图形与第一贯穿结构电连接。

16、本公开实施方式提供一种有助于对背照式图像传感器的界面态进行检测的结构，例如对背面结构的界面态进行检测，第二焊盘图形有助于精确评估寄生参数，提升检测准确度。

17、在一些实施方式中，金属绝缘层半导体结构还包括金属绝缘半导体测试结构，金属绝缘半导体测试结构包括待测半导体层、第六绝缘层、第六金属层、第七绝缘层、第七金属层、第一检测结构及第二检测结构；待测半导体层、第六绝缘层、第六金属层、第七绝缘层及第七金属层依次堆叠；第六金属层包括第七图形和被第七图形间隔开的测试金属层与第三焊盘图形，第七图形与待测半导体层电连接，测试金属层与第三焊盘图形分别与第七金属层电连接；第一检测结构贯穿待测半导体层及第六绝缘层，并与第七图形电连接；第二检测结构贯穿待测半导体层及第六绝缘层，并与第三焊盘图形电连接，第二检测结构与第一检测结构的第三距离和第三图形与第一贯穿结构具有的第一距离相同。

18、本公开实施方式提供的金属绝缘层半导体结构可包括一体式的结构，可将金属绝缘半导体测试结构与包含前述特征的寄生参数测试结构制成一体式结构，同工艺步骤制成的金属绝缘层半导体结构可实现精度较高的界面态检测。

19、示例性地，半导体层包括重掺杂的接触区，第一图形电连接于接触区。

20、如此设置，可利用接触区实现更低电阻的电连接。

21、本公开实施方式提供一种金属绝缘层半导体结构，包括：金属绝缘半导体测试结构，包括：依次堆叠的待测半导体层、待测绝缘层及测试金属层；测试图形，与待测半导体层电连接；以及第一检测结构，贯穿待测半导体层和待测绝缘层，并与测试图形电连接；和寄生参数测试结构，与金属绝缘半导体测试结构并列设置，寄生参数测试结构包括：依次堆叠的半导体层、第一绝缘层及第一金属层；以及第一贯穿结构，贯穿半导体层和第一绝缘层，并与第一金属层电连接，其中，第一贯穿结构与测试金属层的距离和第一检测结构与测试金属层的距离相同。

22、本公开实施方式提供的能够精确地表征待测半导体层与待测绝缘层的界面态。

23、本公开实施方式提供金属绝缘层半导体结构，包括：金属绝缘半导体测试结构，包括：依次堆叠的待测半导体层、待测绝缘层及测试金属层；测试图形，与待测半导体层电连接；第一检测结构，贯穿待测半导体层和待测绝缘层，并与测试图形电连接；以及第二检测结构，贯穿待测半导体层和待测绝缘层，并与测试金属层电连接；和寄生参数测试结构，与金属绝缘半导体测试结构并列设置，包括：依次堆叠的半导体层、第一绝缘层及第一金属层；以及第一贯穿结构，贯穿半导体层和第一绝缘层，并与第一金属层电连接，其中，第一贯穿结构与第二检测结构的距离和第一检测结构与第二检测结构的距离相同。

24、本公开实施方式提供的有助于准确地表征待测半导体层与待测绝缘层的界面态。

25、本公开实施方式还提供一种图像传感器，该图像传感器包括：电路；及前述的金属绝缘层半导体结构，与电路电连接。

26、本公开实施方式提供的图像传感器可获得精确的界面态表征，准确的c-v特性曲线，继而可实现较好的控制。

27、本公开实施方式在另一方面提供一种用于检测图像传感器界面态的方法，该方法包括：对前述的金属绝缘层半导体结构的第一贯穿结构进行测量，用于获得寄生电容；对图像传感器的待测半导体层和测试金属层进行测量，以获得实测电容，其中，图像传感器包括测试图形、以及依次堆叠的待测半导体层、待测绝缘层及测试金属层，测试图形与待测半导体层电连接；根据实测电容和寄生电容获得图像传感器的精确电容；以及根据精确电容，表征待测半导体层与待测绝缘层之间的界面态。

28、本公开实施方式提供的用于检测图像传感器界面态的方法可以精确地表征该界面态，避免测试结构自身的寄生参数的影响。

29、本公开实施方式在又一方面还提供一种用于制造金属绝缘层半导体结构的方法，该方法包括：形成位于半导体层一侧的第一绝缘层；形成贯穿第一绝缘层并贯穿半导体层的第一贯穿结构及第二贯穿结构；以及形成位于第一绝缘层背向半导体层的一侧的第一金属层，其中，第一金属层包括第一图形、第二图形及第三图形，第一图形与半导体层电连接，第一图形和第二图形具有相同的形状，第一图形与第一贯穿结构电连接，第二图形与第二贯穿结构电连接，第三图形与第一贯穿结构具有的第一距离和第三图形与第二贯穿结构具有的第二距离相同。

30、本公开实施方式提供的用于制造金属绝缘层半导体结构的方法，可以制造前述的金属绝缘层半导体结构，有助于提高对金属绝缘半导体测试结构的测量精度，有效地消除了寄生参数对测量结果的影响。