CN105470271B - 影像传感器层间介质层沟槽及影像传感器的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种影像传感器层间介质层沟槽及影像传感器的形成方法，采用一次刻蚀，借助两个侧边挡光层的刻蚀遮挡作用，在倒数第二层层间介质层内形成远离边缘区域的第二沟槽，一次刻蚀仅需要一种光罩，无需再进行第二次刻蚀形成第二沟槽，因此无需使用额外的光罩，节约了生产成本。进一步的，后续在第二沟槽内安装透光镜，再在第一沟槽内形成透光的封装材料，由于封装材料的厚度可控，从而可以减少中心区域和边缘区域的厚度差，消除边框效应，提高形成的影像传感器的性能。

Description

影像传感器层间介质层沟槽及影像传感器的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种影像传感器层间介质层沟槽及影像传感器的形成方法。

背景技术

数字相机为现今所广泛使用的电子产品，而在数字相机内包含有影像传感器，影像传感器又称感光器件，用于将光信号转化成电信号，是数码相机的核心，也是最关键的技术。影像传感器可依据其采用的原理而区分为电荷耦合装置(Charge-Coupled Device)影像传感器(亦即俗称CCD影像传感器)以及CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)影像传感器，其中CMOS影像传感器即基于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术而制造。由于CMOS影像传感器是采用传统的CMOS电路工艺制作，因此可将影像传感器以及其所需要的外围电路加以整合。

此外，CMOS影像传感器更倾向于进一步缩小其所使用的像素尺寸。然而，小尺寸的像素与像素阵列(Pixel Array)将对CMOS影像感测(CMOS Image sensor，CIS)系统的效能造成冲击。

请参考图1，图1为现有技术中一种影像传感器的剖面示意图，其中，所述影像传感器包括衬底10，形成在衬底10上的像素(PD)11及后段连线层，所述后段连线层包括多层层间介质层(ILD)20、形成在所述层间介质层20内的金属连线30及连接不同层之间的金属连线30的通孔连线21，在所述后段连线层还形成有多个侧边挡光层31，所述侧边挡光层31也是金属连线的一种，然而其不作为连线，用于遮挡光线等目的。通常情况下，所述影像传感器包括边缘区域11和中心区域12，影像传感器制作完成后，会对最好一层层间介质层20进行刻蚀，形成沟槽(Trench)，沟槽通常位于中心区域12，形成沟槽的目的一方面可以在沟槽内形成透光镜40，便于光线的透过，另一目的在于刻蚀出的沟槽能够减少光线经过层间介质层20的路径，快速的达到底部的像素11，从而提高整个影像传感器的转化效率。

然而，由于沟槽在刻蚀过程中，存在刻蚀均匀性差的问题，导致透光镜40装上表面不平，并且会造成中心区域12的厚度薄于边缘区域11的厚度，从而会引起边框效应。厚度不同会导致光照射下来经过的路径长度不同，导致转换的效率不均匀，因此，影像传感器对信号处理较难统一，这样的不均匀会在影像传感器的边框处造成阴影，影响整个影像传感器的使用。

为了解决边框效应，现有技术中做出了一定的改进，请参考图2和图3，图2和图3为现有技术中改进后影像传感器的剖面示意图，在上文所述的影像传感器中，刻蚀形成的沟槽仅仅位于最后一层层间介质层20中，而在改进后的影像传感器中，在最后一层层间介质层20中刻蚀形成第一沟槽41之后，再使用一种光罩，继续刻蚀下一层层间介质层20，形成第二沟槽42，其中，第二沟槽42的尺寸小于第一沟槽41，并且两个沟槽均位于中心区域12处。透光镜40装在第二沟槽42中，然后在进行封装时，在第一沟槽41内形成透明的封装材料50。由于第二沟槽42距离边缘区域11存在一定距离L1，通常距离L1大于40μm，正是由于该距离使透光镜40远离边缘区域11，并且后续形成的封装材料50具有较好的均匀性，能够降低边缘区域11和中心区域12之间的厚度差，从而能够消除边框效应，提高影像传感器的性能。

然而，形成第二沟槽42需要重新制作光罩，而光罩的价格十分昂贵，不利于降低生产成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种影像传感器层间介质层沟槽及影像传感器的形成方法，能够消除边框效应，并且降低生产成本。

为了实现上述目的，本发明提出了一种影像传感器层间介质层沟槽的形成方法，包括步骤：

提供器件，所述器件分为中心区域和边缘区域，所述器件设有后段连线层，所述后段连线层设有多层层间介质层，在倒数第二层层间介质层内设有两个侧边挡光层，所述侧边挡光层分别设于所述影像传感器中心区域内并靠近边缘区域处；

刻蚀所述中心区域的顶层层间介质层和倒数第二层层间介质层，在所述顶层层间介质层内形成第一沟槽，借助所述侧边挡光层对刻蚀的阻挡，在所述倒数第二层层间介质层内形成第二沟槽。

进一步的，在所述的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法中，所述第二沟槽暴露出倒数第三层层间介质层，位于所述第二沟槽内的倒数第三层层间介质层的厚度大于等于2000埃。

进一步的，在所述的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法中，所述器件还包括衬底和像素，所述像素形成在所述衬底上，所述后段连线层还设有形成在所述层间介质层内的金属连线及通孔连线，所述通孔连线连接不同层之间的金属连线，所述后段连线层通过所述通孔连线与所述衬底和像素相连。

本发明还提出了一种影像传感器，包括透光镜、封装材料和器件，所述器件设有采用上文所述的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法形成的第一沟槽和第二沟槽，所述透光镜安装在所述第二沟槽内，所述封装材料形成在所述第一沟槽内，并覆盖所述透光镜。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：采用一次刻蚀，借助两个侧边挡光层的刻蚀遮挡作用，在倒数第二层层间介质层内形成远离边缘区域的第二沟槽，一次刻蚀仅需要一种光罩，无需再进行第二次刻蚀形成第二沟槽，因此无需使用额外的光罩，节约了生产成本。

进一步的，后续在第二沟槽内安装透光镜，再在第一沟槽内形成透光的封装材料，由于封装材料的厚度可控，从而可以减少中心区域和边缘区域的厚度差，消除边框效应，提高形成的影像传感器的性能。

附图说明

图1为现有技术中一种影像传感器的剖面示意图；

图2和图3为现有技术中改进后影像传感器形成过程中的剖面示意图；

图4和图5为本发明一实施例中影像传感器形成过程中的剖面示意图。

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图4，在本实施例中，提出了一种影像传感器层间介质层沟槽的形成方法，包括步骤：

S100：提供器件，所述器件分为中心区域12和边缘区域11，所述器件设有后段连线层，所述后段连线层设有多层层间介质层200，在倒数第二层层间介质层200内设有两个侧边挡光层310，所述侧边挡光层310分别设于所述影像传感器中心区域12内并靠近边缘区域11处；

S200：刻蚀所述中心区域12的顶层层间介质层200和倒数第二层层间介质层200，在所述顶层层间介质层200内形成第一沟槽410，借助所述侧边挡光层310对刻蚀的阻挡，在所述倒数第二层层间介质层200内形成第二沟槽411。

具体的，所述器件还包括衬底100和像素110，所述像素110形成在所述衬底100上，所述后段连线层还设有形成在所述层间介质层200内的金属连线300及通孔连线210，所述通孔连线210连接不同层之间的金属连线300，所述后段连线层通过所述通孔连线210与所述衬底100和像素110相连。

在本实施例中，后段连线层包括5层层间介质层200，具体层数可以根据不同的工艺要求来决定，在此不作限定。其中，第5层层间介质层200也称为顶层层间介质层200是倒数第一层层间介质层200，两个侧边挡光层310形成在倒数第二层层间介质层200内，即形成在第4层层间介质层200内，其中，侧边挡光层310不作为连线用，而且侧边挡光层310分别设于所述影像传感器中心区域12内并靠近边缘区域11处。

在使用光罩进行刻蚀时，首先会刻蚀顶层层间介质层200，形成第一沟槽410，然后借助两个侧边挡光层310的遮挡，继续刻蚀在倒数第二层层间介质层200内形成第二沟槽411，形成的第二沟槽411与边缘区域11保持预定距离L2，将后续透光镜安装在远离边缘区域11预定距离L2处，便于降低边缘区域11和中心区域12之间的厚度差。由于侧边挡光层310仅作为遮挡作用，不作为连线，因此虽然刻蚀对侧边挡光层310也会有刻蚀，但是只要保证侧边挡光层310残留一部分不被刻蚀穿即可实现挡光的作用。

所述第二沟槽411暴露出倒数第三层层间介质层200，即第3层层间介质层200，位于所述第二沟槽411内的倒数第三层层间介质层200的厚度大于等于2000埃，保证刻蚀不会对形成在倒数第三层层间介质层200内的金属连线300造成损伤即可。

请参考图5，在本实施例中，还提出了一种影像传感器，包括透光镜400、封装材料500和器件，所述器件设有采用上文所述的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法形成的第一沟槽410和第二沟槽411，所述透光镜400安装在所述第二沟槽411内，所述封装材料500形成在所述第一沟槽410内，并覆盖所述透光镜400。

由于透光镜400的厚度不可变，当刻蚀形成的第二沟槽411具有均匀性较差的问题时，透光镜400安装在第二沟槽411内会造成厚度的不均匀，因此使透光镜400离边缘区域11保持预定距离L2，这也降低了边缘区域11和中心区域12之间的厚度差，而且后续形成的封装材料500的厚度可调，能进一步的降低边缘区域11和中心区域12之间的厚度差，很好的解决了边框效应。

综上，在本发明实施例提供的影像传感器层间介质层沟槽及影像传感器的形成方法中，采用一次刻蚀，借助两个侧边挡光层的刻蚀遮挡作用，在倒数第二层层间介质层内形成远离边缘区域的第二沟槽，一次刻蚀仅需要一种光罩，无需再进行第二次刻蚀形成第二沟槽，因此无需使用额外的光罩，节约了生产成本。进一步的，后续在第二沟槽内安装透光镜，再在第一沟槽内形成透光的封装材料，由于封装材料的厚度可控，从而可以减少中心区域和边缘区域的厚度差，消除边框效应，提高形成的影像传感器的性能。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种影像传感器层间介质层沟槽的形成方法，其特征在于，包括步骤：

提供器件，所述器件分为中心区域和边缘区域，所述器件设有后段连线层，所述后段连线层设有多层层间介质层，在倒数第二层层间介质层内设有两个侧边挡光层，所述侧边挡光层分别设于所述影像传感器中心区域内并靠近边缘区域处；

刻蚀所述中心区域的顶层层间介质层和倒数第二层层间介质层，在所述顶层层间介质层内形成第一沟槽，借助所述侧边挡光层对刻蚀的阻挡，在所述倒数第二层层间介质层内形成第二沟槽，形成的所述第二沟槽与边缘区域保持预定距离。

2.如权利要求1所述的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法，其特征在于，所述第二沟槽暴露出倒数第三层层间介质层，位于所述第二沟槽内的倒数第三层层间介质层的厚度大于等于2000埃。

3.如权利要求1所述的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法，其特征在于，所述器件还包括衬底和像素，所述像素形成在所述衬底上，所述后段连线层还设有形成在所述层间介质层内的金属连线及通孔连线，所述通孔连线连接不同层之间的金属连线，所述后段连线层通过所述通孔连线与所述衬底和像素相连。

4.一种影像传感器，包括透光镜、封装材料和器件，所述器件设有采用如权利要求1至3任一项所述的影像传感器层间介质层沟槽的形成方法形成的第一沟槽和第二沟槽，所述透光镜安装在所述第二沟槽内，所述封装材料形成在所述第一沟槽内，并覆盖所述透光镜。