CN107221541A - 图像传感器的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种图像传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有有源像素区及位于有源像素区周围的外围电路区；依次在所述半导体衬底上形成多层金属互连结构，且倒数第二层的金属互连结构的层间介质层中形成有刻蚀停止层；刻蚀所述有源像素区上方的层间介质层，刻蚀停止于所述刻蚀停止层，形成一沟槽；去除暴露出的所述刻蚀停止层。本发明中，增加刻蚀停止层，能够提高层间介质层刻蚀的均匀性，从而提高图像传感器的光学性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路技术领域，尤其涉及一种图像传感器的制备方法。
背景技术
在半导体技术领域中，图像传感器是一种能将光学图像转换成电信号的半导体器件。图像传感器大体上可以分为电荷耦合元件(CCD)和互补金属氧化物半导体图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高，噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CCD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器由于具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点而逐渐取代CCD的地位。目前CMOS图像传感器被广泛应用于数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置(例如胃镜)、车用摄像装置等领域之中。
CMOS图像传感器由用于感测光的光电二极管和用于将所感测的光转换成电信号的CMOS逻辑电路组成。如果通过光电二极管接收了较多的光子，则光敏性得到提高。为了提高光敏性，可采取调制光路以便将光会聚到光电二极管的方法。其中，一种典型的会聚光的方法是使用微透镜，使得光被折射并聚焦到光电二极管上。
现有的CMOS图像传感器制备过程为：在半导体衬底上顺序形成有多个光电二极管，在包含光电二极管的半导体衬底上形成有层间介电层，刻蚀层间介质层，在层间介电层中形成有微透镜。由于层间介质层刻蚀的不均匀性，使得微透镜位置不均匀。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种图像传感器的制备方法，解决现有技术中层间介质层刻蚀的不均匀性，提高图像传感器的光学性能。
为解决上述技术问题，本发明提供一种图像传感器的制备方法，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底具有有源像素区及位于有源像素区周围的外围电路区；
依次在所述半导体衬底上形成多层金属互连结构，且倒数第二层的金属互连结构的层间介质层中形成有刻蚀停止层；
刻蚀所述有源像素区上方的层间介质层，刻蚀停止于所述刻蚀停止层，形成一沟槽；
去除暴露出的所述刻蚀停止层。
可选的，所述刻蚀停止层的材料为氮化硅。
可选的，所述刻蚀停止层的厚度为50nm～150nm。
可选的，所述金属互连结构包括层间介质层、贯穿所述层间介质层的通孔及与所述通孔连接的焊盘。
可选的，所述层间介质层的材料为氧化硅。
可选的，所述刻蚀停止层位于第二层金属互连结构的层间介质层中间。
可选的，所述最顶层的金属互连结构的层间介质层中还形成有遮光层，所述遮光层位于有源像素区的上方。
可选的，所述沟槽的深度为500nm～1500nm。
可选的，所述有源像素区包括多个阵列分布的光电二极管。
可选的，所述外围电路区包括位于所述有源像素区周围的OB区及位于所述OB区周围的逻辑电路区。
与现有技术相比，本发明的图像传感器的制备方法，在次顶层的金属互连结构的层间介质层中形成刻蚀停止层，刻蚀所述有源像素区上方的层间介质层，刻蚀停止于所述刻蚀停止层，形成沟槽，去除刻蚀停止层，在沟槽中形成微透镜。本发明中，增加刻蚀停止层，能够提高层间介质层刻蚀的均匀性，从而提高图像传感器的光学性能。
附图说明
图1为本发明一实施例中的图像传感器制备方法的流程图；
图2为本发明一实施例中多层金属互连结构的示意图；
图3为本发明一实施例中形成沟槽的结构示意图；
图4为本发明一实施例中去除刻蚀停止层的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的图像传感器的制备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。
本发明的核心思想在于，提供的图像传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有有源像素区及位于有源像素区周围的外围电路区；依次在所述半导体衬底上形成多层金属互连结构，且倒数第二层的金属互连结构的层间介质层中形成有刻蚀停止层；刻蚀所述有源像素区上方的层间介质层，刻蚀停止于所述刻蚀停止层，形成一沟槽；去除暴露出的所述刻蚀停止层。本发明中，增加刻蚀停止层，能够提高层间介质层刻蚀的均匀性，从而提高图像传感器的光学性能。
以下结合附图1～4对本发明的图像传感器的制备方法进行具体说明，图1为制备方法的流程图，图2～4为各步骤对应的剖面示意图，本发明的图像传感器的制备方法包括如下步骤：
执行步骤S1，参考图2所示，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10具有有源像素区A及位于有源像素区周围的外围电路区，所述有源像素区A中包括多个阵列分布的光电二极管(PD)11。所述外围电路区包括位于所述有源像素区周围的OB区B及位于所述OB区周围的逻辑电路区C。其中，有源像素区中的光电二极管11用于感光，将光信号转换为电信号，通过外围电路区将电信号输出，此为本领域技术人员所公知的，在此不做赘述。接着，在半导体衬底中形成层间介质层11，并形成通孔，将像素结构中的源极、漏极等引出。
执行步骤S2，依次在所述半导体衬底10上形成多层金属互连结构，本实施例中在所述半导体衬底10上形成三层金属互连结构1、2、3，金属互连结构为后段互连。其中，所述金属互连结构包括层间介质层21、31、41，贯穿所述层间介质层的通孔及与所述通孔连接的焊盘，需要说明的是，每一层金属互连结构的具体结构，例如包括的通孔、焊盘的数目及其位置，需要根据图像传感器的设计而定，本发明中并不能以此为限制。其中，所述层间介质层21、31、41的材料为氧化硅。此外，所述最顶层的金属互连结构的层间介质层41中还形成有遮光层50，所述遮光层51位于有源像素区A的上方，以便于对层间介质层进行刻蚀。
进一步的，本发明中，在次顶层的金属互连结构2的层间介质层31中形成刻蚀停止32，所述刻蚀停止层32的材料为氮化硅。所述刻蚀停止层32的厚度为50nm～150nm。具体的，形成刻蚀停止层的过程可以为：采用化学气相沉积工艺形成部分的层间介质层31，接着在该部分层间介质层上形成刻蚀停止层32，之后，再次在刻蚀停止层上沉积层间介质层，从而所述刻蚀停止层32位于层间介质层31的中间。
执行步骤S3，参考图3所示，刻蚀所述有源像素区A上方的层间介质层，包括刻蚀最顶层的层间介质层41及部分的层间介质层31，刻蚀停止于所述刻蚀停止层32，暴露出部分刻蚀停止层32，形成一沟槽60。其中，所述沟槽60的深度为500nm～1500nm，例如，600nm、800nm、1000nm等。本发明中，增加刻蚀停止层，使得层间介质层的刻蚀能够停留在同一位置处，从而提高层间介质层刻蚀的均匀性。
执行步骤S4，参考图4所示，去除暴露出的刻蚀停止层32，在沟槽60中形成彩色滤光片(Color Filter)、微透镜(Micron Lens)等结构(图中未示出)，用于将光信号导入至有源像素区。本发明中，层间介质层刻蚀过程均匀使得沟槽的表面平整，使得形成的微透镜均匀性更好，从而提高图像传感器的光学性能，提高成像质量。
综上所述，本发明提供的图像传感器的制备方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有有源像素区及位于有源像素区周围的外围电路区；依次在所述半导体衬底上形成多层金属互连结构，且倒数第二层的金属互连结构的层间介质层中形成有刻蚀停止层；刻蚀所述有源像素区上方的层间介质层，刻蚀停止于所述刻蚀停止层，形成一沟槽；去除暴露出的所述刻蚀停止层。本发明中，增加刻蚀停止层，能够提高层间介质层刻蚀的均匀性，从而提高图像传感器的光学性能。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种图像传感器的制备方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底具有有源像素区及位于有源像素区周围的外围电路区；
依次在所述半导体衬底上形成多层金属互连结构，且倒数第二层的金属互连结构的层间介质层中形成有刻蚀停止层；
刻蚀所述有源像素区上方的层间介质层，刻蚀停止于所述刻蚀停止层，形成一沟槽；
去除暴露出的所述刻蚀停止层。
2.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的材料为氮化硅。
3.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述刻蚀停止层的厚度为50nm～150nm。
4.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述金属互连结构包括层间介质层、贯穿所述层间介质层的通孔及与所述通孔连接的焊盘。
5.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述层间介质层的材料为氧化硅。
6.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述刻蚀停止层位于第二层金属互连结构的层间介质层中间。
7.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述最顶层的金属互连结构的层间介质层中还形成有遮光层，所述遮光层位于有源像素区的上方。
8.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述沟槽的深度为500nm～1500nm。
9.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述有源像素区包括多个阵列分布的光电二极管。
10.如权利要求1所述的图像传感器的制备方法，其特征在于，所述外围电路区包括位于所述有源像素区周围的OB区及位于所述OB区周围的逻辑电路区。
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