CN107910339B - 一种背照式图形传感器的制造方法 - Google Patents
一种背照式图形传感器的制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107910339B CN107910339B CN201711019226.6A CN201711019226A CN107910339B CN 107910339 B CN107910339 B CN 107910339B CN 201711019226 A CN201711019226 A CN 201711019226A CN 107910339 B CN107910339 B CN 107910339B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- color filter
- protective layer
- metal
- depositing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 93
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 78
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 54
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 35
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 26
- 238000005498 polishing Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims abstract description 12
- 239000003086 colorant Substances 0.000 claims abstract description 6
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 27
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 22
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 10
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 claims description 10
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 claims description 8
- 230000003667 anti-reflective effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 4
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 4
- 239000000049 pigment Substances 0.000 claims description 4
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 claims description 4
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 3
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 3
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 41
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 15
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 14
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 12
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 description 10
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 9
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 8
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 6
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 6
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 5
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 5
- WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M tetramethylammonium hydroxide Chemical compound [OH-].C[N+](C)(C)C WGTYBPLFGIVFAS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 4
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000005137 deposition process Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 3
- QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N Copper oxide Chemical compound [Cu]=O QPLDLSVMHZLSFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005751 Copper oxide Substances 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 229910000431 copper oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 2
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000009713 electroplating Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N hafnium(IV) oxide Inorganic materials O=[Hf]=O CJNBYAVZURUTKZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N metformin Chemical compound CN(C)C(=N)NC(N)=N XZWYZXLIPXDOLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14685—Process for coatings or optical elements
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14601—Structural or functional details thereof
- H01L27/1464—Back illuminated imager structures
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14683—Processes or apparatus peculiar to the manufacture or treatment of these devices or parts thereof
- H01L27/14687—Wafer level processing
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
Abstract
本发明公开了一种背照式图形传感器的制造方法，包括：对像元芯片背面进行硅片减薄处理，在像元芯片背面表面依次沉积抗反射介质层和第一保护层，在第一保护层上形成不同颜色的滤色薄膜，各滤色薄膜之间具有连通的间隙，在滤色薄膜表面保形地沉积第二保护层，沿间隙位置定义出连通的深沟槽区域，刻蚀形成深沟槽，对深沟槽先后沉积介质阻挡层、金属阻挡层，并填充金属，对表面金属进行CMP抛光，并沉积介质覆盖层。本发明通过先完成滤色薄膜工艺，再采用第二保护层介质层全覆盖滤色薄膜，并进一步将深沟槽工艺与金属格栅工艺同步完成，可减少一个光刻步骤和金属格栅相关的工艺步骤，从而使成本得到降低。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路制造工艺技术领域，更具体地，涉及一种背照式CMOS图形传感器的制造方法。
背景技术
随着智能手机和平板电脑的普及，CMOS图形传感器(CIS)产品需求与日俱增，智能手机摄像头的配置一般在300万像素以上，一些高端智能机甚至配有800万以上像素的摄像头。这些高端应用对CIS产品性能有了更高的要求，包括像素、分辨率、功耗、物理尺寸等。因此，以Sony(索尼)公司为首的CIS产品供应商们都在着力开发背照式图形传感器技术(BSICIS)，来进一步提高CIS产品的感光度和降低像元信号之间干扰，支持高端智能机的摄像需求。背照式图形传感器以3D CIS技术为研究热点，把图形传感器芯片和数字信号处理器芯片通过TSV(硅通孔)垂直互连在一起，能够有效减少封装尺寸、减低功耗。
目前已量产的3D CIS产品工艺，包括以下步骤：
将像元芯片(图形传感器芯片)和数控芯片(数字信号处理器芯片)采用SiO2-SiO2直接键合工艺垂直粘接在一起；
对像元芯片进行背面减薄工艺，减薄硅的厚度，接近受过注入的感光区；
从像元芯片背面对感光单元之间进行深沟槽隔离工艺(Deep TrenchIsolation)，在深沟槽内先后填入介质和金属，实现感光单元之间的电隔离和光隔离；
在感光单元之间进行金属格栅工艺，金属格栅可以吸收杂散光，减少信号干扰；
在像元阵列旁的控制电路区域进行背面TSV工艺，分别连接像元芯片的第一层金属层和数控芯片的顶层金属层；
采用铝布线将TSV引出，形成Wire bond(键合金线)所需的Al Pad(焊盘)；
在感光区先后形成透过不同可见光的滤色薄膜，并最后在滤色薄膜上方制作显微透镜。
上述现有的3D背照式图形传感器技术都是自下而上地依次完成各种背面加工，其滤色薄膜工艺是在深沟槽工艺、金属格栅工艺之后再进行的。从工艺集成难度来看，这是比较容易实现且易于工艺控制的，但这样做工艺步骤较多，成本较高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种背照式图形传感器的制造方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种背照式图形传感器的制造方法，包括以下步骤：
步骤S01：提供一具有像元芯片的硅片，对所述像元芯片背面进行硅片减薄处理；
步骤S02：在减薄后的像元芯片背面表面依次沉积抗反射介质层和第一保护层；
步骤S03：在第一保护层上形成不同颜色的滤色薄膜；其中，各所述滤色薄膜之间具有相连通的间隙；
步骤S04：在滤色薄膜表面保形地沉积第二保护层；
步骤S05：沿间隙位置定义出连通的深沟槽区域；
步骤S06：刻蚀形成深沟槽；
步骤S07：对深沟槽先后沉积介质阻挡层、金属阻挡层，并填充金属；
步骤S08：对器件表面多余的金属进行CMP抛光，并沉积介质覆盖层。
优选地，步骤S01中，首先，采用背面机械抛光方法对硅片进行减薄，包括先采用金刚刀进行快速背面抛光，再采用CMP工艺进行精细抛光；其次，采用湿法刻蚀工艺对硅片继续进行减薄。
优选地，步骤S02中，在沉积抗反射介质层前，先沉积一层第三保护层。
优选地，所述间隙的尺寸大于深沟槽的尺寸。
优选地，所述第二保护层材料为无机介质材料。
优选地，步骤S05中，先通过旋涂光刻胶，将各滤色薄膜之间的间隙填满，并获得平坦的光刻胶覆盖层，然后，再通过光刻在光刻胶覆盖层上定义出深沟槽区域。
优选地，步骤S05中，先通过旋涂有机物，将各滤色薄膜之间的间隙填满，再通过反刻蚀去除表面的部分有机物，并进一步旋涂形成平坦的光刻胶覆盖层，然后，通过光刻在光刻胶覆盖层上定义出深沟槽区域。
优选地，步骤S07中，通过形成填充金属后的深沟槽，以形成自对准的金属格栅。
优选地，步骤S08中，所述CMP抛光工艺停止在第二保护层，不使滤色薄膜暴露出来。
优选地，所述滤色薄膜为混有颜料的光刻胶，所述第二保护层、介质阻挡层以及介质覆盖层的沉积工艺温度为200℃以下。
从上述技术方案可以看出，本发明通过先完成滤色薄膜工艺，再采用第二保护层介质层全覆盖滤色薄膜，并进一步将深沟槽工艺与金属格栅工艺同步完成，因此可减少一个光刻步骤和金属格栅相关的工艺步骤，从而使成本得到降低。
附图说明
图1是本发明一较佳实施例的一种背照式图形传感器的制造方法流程图；
图2-图9是本发明一较佳实施例中根据图1的方法制造背照式图形传感器的工艺步骤示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明一较佳实施例的一种背照式图形传感器的制造方法流程图；同时，请参阅图2-图9，图2-图9是本发明一较佳实施例中根据图1的方法制造背照式图形传感器的工艺步骤示意图。如图1所示，本发明的一种背照式图形传感器的制造方法，包括以下步骤：
步骤S01：提供一具有像元芯片的硅片，对所述像元芯片背面进行硅片减薄处理。
请参阅图2。首先，需要对像元芯片(Pixel)10所在硅片的背面(即对像元芯片的背面)进行硅片减薄处理。图示的像元芯片中已完成了感光单元(Dipole)11的制作。
感光单元(例如感光二极管)是一个对光非常敏感的区域，能够捕捉光子，并将光信号转化成电信号，通过电荷累积，把电信号传递给CMOS器件，最终通过外围电路放大并转化成数字信号。本步骤即是对像元芯片进行背面减薄，像元芯片的最终硅片厚度应控制在3μm以内。首先，可采用常规的背面机械抛光方法，将硅片减薄至30μm左右，包括可先采用金刚刀进行快速背面抛光，将硅片厚度从约775μm减薄至50μm左右；再采用CMP工艺进行精细抛光，以控制硅片厚度的均匀性和表面缺陷，并将硅片厚度控制在30μm左右。其次，可采用多步湿法刻蚀工艺，将硅片厚度继续减薄至3μm以内，包括可先采用高氧化性的强酸进行选择性刻蚀，通过控制像元芯片的掺杂情况，可以精确控制该步湿法刻蚀工艺的刻蚀终点；再采用TMAH(四甲基氢氧化铵)清洗液对像元芯片(硅片)的背面进行各向同性的整体刻蚀，并最终控制像元芯片的硅片厚度在3μm以内。
步骤S02：在减薄后的像元芯片背面表面依次沉积抗反射介质层和第一保护层。
请参阅图3。接着，需要对减薄后的像元芯片背面进行抗反射介质层12和第一保护层13的沉积。抗反射介质层介质可为高介电常数介质，如HfO2、TaO、Al2O3等；第一保护层介质可采用例如SiO2。
由于高介电常数抗反射介质层介质的使用会引入金属玷污问题，所以可以采用SiO2覆盖层来隔绝金属玷污，并同时保护高介电常数介质。因而在本步骤中，可在沉积抗反射介质层12前、后，分别沉积一层第三保护层和一层第一保护层13。例如，可以采用物理气相沉积(PVD)工艺或原子层沉积(ALD)工艺来沉积高介电常数介质作为抗反射介质层，然后采用化学气相沉积(CVD)工艺来沉积SiO2第一保护层。此时，如果选用物理气相沉积(PVD)工艺来沉积高介电常数介质，考虑到物理轰击会对像元芯片造成一定的物理损伤，且容易导致一些金属氧化物扩散进入硅片内，因此可以在沉积高介电常数介质前，先采用热氧化工艺沉积一层约50-100埃厚的SiO2第三保护层薄膜，再采用PVD工艺沉积约500-1000埃厚的高介电常数介质，接着在高介电常数介质上采用化学气相沉积(CVD)工艺再沉积一层SiO2第一保护层。而如果采用原子层沉积(ALD)工艺来沉积高介电常数介质，考虑到铜互连布线的热预算要求，ALD工艺温度必须控制在400℃以内，因而可以先采用热氧化工艺沉积一层高质量的约10-30埃厚的SiO2第三保护层薄膜，再采用工艺温度在400℃以内的ALD工艺来沉积高介电常数介质，接着在高介电常数介质上采用化学气相沉积(CVD)工艺再沉积一层SiO2第一保护层。
步骤S03：在第一保护层上形成不同颜色的滤色薄膜；其中，各所述滤色薄膜之间具有相连通的间隙。
请参阅图4。接下来，需要在像元芯片背面(即第一保护层上)形成不同颜色的滤色薄膜。可以在像元单元上形成一个吸光型滤色薄膜阵列。滤色薄膜一般为混有颜料的光刻胶，当可见光穿透滤色薄膜时，只有某个波长段的光能够通过，而其他波长的光线都会被吸收，从而只有某种颜色的光线透过。吸光型滤色薄膜阵列一般仅采用红色、绿色、蓝色的滤色薄膜，通过三种光线的强弱组合，就能够充分识别自然界中的各种色彩。
在本步骤中，可以先通过光刻定义出绿色薄膜的图形，再光刻定义出红色、蓝色薄膜的图形，并获得由三色薄膜组成的吸光型滤色薄膜阵列14。每一个滤色薄膜对应一个像元单元，且滤色薄膜的尺寸小于像元单元的尺寸，即在各滤色薄膜之间形成一个互相连通的间隙15，该间隙则成为了自对准的金属格栅区域，且该间隙的尺寸略大于后续形成的深沟槽(Deep trench isolation)的尺寸。本发明较佳实施例的滤色薄膜之间的间隙尺寸可比深沟槽的尺寸大0.05-0.1微米。
步骤S04：在滤色薄膜表面保形地沉积第二保护层。
请参阅图5。接下来，需要在滤色薄膜表面保形地沉积一层第二保护层16薄膜。由于滤色薄膜一般为混有颜料的光刻胶，不具备耐刻蚀和耐腐蚀的能力，故需要在滤色薄膜表面均匀地覆盖一层保护膜。所述的保护层薄膜必须采用无机介质材料，如SiO2、Si3N4、SiON、SiCN等。为了保证滤色薄膜的稳定性，第二保护层薄膜的沉积工艺以及后续的介质阻挡层、介质覆盖层等其他工艺的温度都必须控制在200℃以下。因此，本步骤可以采用200℃以下的原子层沉积(ALD)工艺或化学气相沉积(CVD)工艺来沉积一层保形的SiO2第二保护层介质薄膜，其厚度可为5-20纳米。
步骤S05：沿间隙位置定义出连通的深沟槽区域。
请参阅图6。接下来，需要通过光刻定义出深沟槽区域19。可采用以下两种方式：
第一种方式可以是：先通过直接旋涂光刻胶17，将各滤色薄膜之间的间隙15填满，再在此基础上进一步获得平坦的光刻胶覆盖层18；然后，再通过光刻在光刻胶覆盖层上定义出深沟槽区域19。
第二种方式可以是：采用填充有机物工艺，先通过旋涂有机物(请参考光刻胶17位置)，将各滤色薄膜之间的间隙填满，再通过反刻蚀去除表面的部分有机物，形成平坦的有机物表面，并在有机物表面上进一步旋涂光刻胶，形成平坦的光刻胶覆盖层18；然后，通过光刻在光刻胶覆盖层上定义出深沟槽区域19。其中，光刻胶的厚度可为2-3微米，深沟槽尺寸(宽度)一般为0.1-0.2微米。
步骤S06：刻蚀形成深沟槽。
请参阅图7。接下来，通过刻蚀形成深沟槽20。所述深沟槽的刻蚀深度一般为1.5-2.5微米，相对于0.1-0.2微米的深沟槽尺寸，深沟槽的深宽比将在12:1以上。
本步骤可采用Bosch(博施)刻蚀工艺来获得较为平滑的深沟槽侧壁形貌。Bosch刻蚀工艺是主流的硅通孔(TSV)刻蚀技术，其将刻蚀工艺分为两个交替重复的工艺步骤，即可先采用含SF6气体进行Si主刻蚀，再采用含CHF3或CF4气体在侧壁上形成碳氟聚合物来保护深沟槽的侧壁，并重复上述两种工艺步骤来逐步刻蚀出深沟槽。通过优化主刻蚀工艺时间和侧壁钝化工艺时间，能够获得侧壁光滑的深沟槽形貌。形成的深沟槽将同时用于形成金属格栅。
步骤S07：对深沟槽先后沉积介质阻挡层、金属阻挡层，并填充金属。
请参阅图8。接下来，对深沟槽先后沉积介质阻挡层、金属阻挡层材料，在深沟槽内壁表面依次形成介质阻挡层、金属阻挡层薄膜，并在深沟槽中进行金属21的填充。
在本步骤中，为了防止金属扩散进入硅片，需要在深沟槽内壁表面先沉积一层介质阻挡层，如SiO2、Si3N4、SiON等，可以采用200℃以下的原子层沉积(ALD)工艺或化学气相沉积(CVD)工艺来沉积一层SiO2介质阻挡层薄膜，薄膜厚度可为10-20纳米。接着，可采用物理气相沉积(PVD)工艺在SiO2介质阻挡层表面再沉积一层金属阻挡层材料，如Ti或Ta，或者是TiN或TaN，薄膜厚度可为5-10nm。最后，对深沟槽填充金属，填充金属可为铜或钨。其中，如果选择填充金属铜，需要先采用物理气相沉积(PVD)工艺沉积一层铜籽晶层，再采用电镀工艺填充金属铜；如果选择填充金属钨，则可以直接采用化学气相沉积(CVD)工艺填充金属钨。本步骤中填充的金属厚度可控制在0.3-0.6微米。通过形成填充金属后的深沟槽，就可以形成自对准的金属格栅。
步骤S08：对器件表面多余的金属进行CMP抛光，并沉积介质覆盖层。
请参阅图9。接下来，对表面的金属21进行CMP抛光，并在抛光后的器件表面沉积一层介质覆盖层22。
针对不同的填充金属，本步骤可采用对应的研磨液进行化学机械抛光(CMP)抛光工艺，Cu CMP工艺和W CMP工艺都是主流技术。这里以Cu CMP工艺为例，Cu CMP工艺一般采用三步抛光工艺：
第一步抛光工艺，可采用铜研磨液在较高压力下进行快速的铜抛光，含有双氧水的研磨液会快速腐蚀铜，并形成氧化铜，然后在抛光垫上被机械抛掉。工艺压力越大，抛光速率就越高。第一步抛光工艺的速率可达6000埃/分钟以上，并通过终点监测技术控制铜的厚度在1500-2500埃。
第二步抛光工艺，可采用铜研磨液在低压力下进行精细的铜抛光，降低工艺压力可以减少抛光速率。第二步抛光工艺的速率一般可为2000-2500埃/分钟；减慢的抛光工艺可修复铜表面的缺陷，获得更好的工艺控制，并由终点监测技术停在金属阻挡层表面。
第三步抛光工艺，可采用阻挡层研磨液进行金属阻挡层和介质阻挡层的抛光。阻挡层研磨液中添加了细小的硅颗粒，来增强物理机械抛光效果。金属阻挡层和介质阻挡层的抛光速率可达1000埃/分钟左右；可通过工艺时间来精确控制抛光量，并最终停在第二保护层。本步骤的CMP工艺不允许暴露出滤色薄膜，因此必须严格控制第三步抛光的工艺时间，以保证停在第二保护层。
至此，深沟槽工艺和金属格栅工艺一起被完成，因而减少了金属格栅相关的薄膜沉积工艺、光刻工艺、刻蚀工艺等步骤，节约了工艺成本。
最后，可采用200℃以下的化学气相沉积(CVD)工艺，在器件表面沉积一层介质覆盖层，从而形成本发明的一种背照式CMOS图形传感器结构。介质覆盖层介质材料可为SiO2、Si3N4、SiON、SiCN等，用于隔离金属格栅；介质覆盖层介质厚度可为20-50纳米。
综上所述，本发明通过先完成滤色薄膜工艺，再采用第二保护层介质层全覆盖滤色薄膜，并进一步将深沟槽工艺与金属格栅工艺同步完成，因此可减少一个光刻步骤和金属格栅相关的工艺步骤，从而使成本得到了降低。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S01：提供一具有像元芯片的硅片，对所述像元芯片背面进行硅片减薄处理；
步骤S02：在减薄后的像元芯片背面表面依次沉积抗反射介质层和第一保护层；
步骤S03：在第一保护层上形成不同颜色的滤色薄膜；其中，各所述滤色薄膜之间具有相连通的间隙,所述间隙成为自对准的金属格栅区域；
步骤S04：在滤色薄膜表面保形地沉积第二保护层；
步骤S05：沿间隙位置定义出连通的深沟槽区域,所述间隙的尺寸大于深沟槽的尺寸；
步骤S06：刻蚀形成深沟槽；
步骤S07：对深沟槽先后沉积介质阻挡层、金属阻挡层，并填充金属，通过形成填充金属后的深沟槽，以同步形成自对准的金属格栅；
步骤S08：对器件表面多余的金属进行CMP抛光，所述CMP抛光停止在所述滤色薄膜表面的第二保护层上，并沉积介质覆盖层。
2.根据权利要求1所述的背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S01中，首先，采用背面机械抛光方法对硅片进行减薄，包括先采用金刚刀进行快速背面抛光，再采用CMP工艺进行精细抛光；其次，采用湿法刻蚀工艺对硅片继续进行减薄。
3.根据权利要求1所述的背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S02中，在沉积抗反射介质层前，先沉积一层第三保护层。
4.根据权利要求1所述的背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，所述第二保护层材料为无机介质材料。
5.根据权利要求1所述的背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S05中，先通过旋涂光刻胶，将各滤色薄膜之间的间隙填满，并获得平坦的光刻胶覆盖层，然后，再通过光刻在光刻胶覆盖层上定义出深沟槽区域。
6.根据权利要求1所述的背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S05中，先通过旋涂有机物，将各滤色薄膜之间的间隙填满，再通过反刻蚀去除表面的部分有机物，并进一步旋涂形成平坦的光刻胶覆盖层，然后，通过光刻在光刻胶覆盖层上定义出深沟槽区域。
7.根据权利要求1所述的背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，步骤S08中，所述CMP抛光工艺停止在第二保护层，不使滤色薄膜暴露出来。
8.根据权利要求1所述的背照式图形传感器的制造方法，其特征在于，所述滤色薄膜为混有颜料的光刻胶，所述第二保护层、介质阻挡层以及介质覆盖层的沉积工艺温度为200℃以下。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711019226.6A CN107910339B (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 一种背照式图形传感器的制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201711019226.6A CN107910339B (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 一种背照式图形传感器的制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107910339A CN107910339A (zh) | 2018-04-13 |
| CN107910339B true CN107910339B (zh) | 2021-01-29 |
Family
ID=61841863
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201711019226.6A Active CN107910339B (zh) | 2017-10-26 | 2017-10-26 | 一种背照式图形传感器的制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107910339B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112349742A (zh) * | 2020-11-24 | 2021-02-09 | 武汉新芯集成电路制造有限公司 | 背照式图像传感器及其制造方法 |
| CN114093763B (zh) * | 2021-11-23 | 2024-10-18 | 武汉新芯集成电路股份有限公司 | 半导体的制作方法 |
| CN115831997B (zh) * | 2023-01-10 | 2023-06-02 | 合肥晶合集成电路股份有限公司 | 一种背照式图像传感器及其制备方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100520685B1 (ko) * | 2003-03-21 | 2005-10-11 | 매그나칩 반도체 유한회사 | 이미지 소자의 제조 방법 |
| US8946849B2 (en) * | 2012-05-15 | 2015-02-03 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | BSI image sensor chips with separated color filters and methods for forming the same |
| TW201405792A (zh) * | 2012-07-30 | 2014-02-01 | Sony Corp | 固體攝像裝置、固體攝像裝置之製造方法及電子機器 |
| JP6060851B2 (ja) * | 2013-08-09 | 2017-01-18 | ソニー株式会社 | 固体撮像装置の製造方法 |
| US9425228B2 (en) * | 2013-11-29 | 2016-08-23 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Limited | Image sensor with reduced optical path |
-
2017
- 2017-10-26 CN CN201711019226.6A patent/CN107910339B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107910339A (zh) | 2018-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10770501B2 (en) | Back side illuminated image sensor with deep trench isolation structures and self-aligned color filters | |
| US11264421B2 (en) | Method for manufacturing backside-illuminated CMOS image sensor structure | |
| US9978784B2 (en) | Grids in backside illumination image sensor chips and methods for forming the same | |
| KR101495952B1 (ko) | 후면 조명 이미지 센서에 대한 암 전류 감소 | |
| CN103227178B (zh) | 用于改进图像传感器的反射率光学栅格的方法和装置 | |
| TWI525804B (zh) | 影像感測器裝置及其製造方法 | |
| US10090357B2 (en) | Method of using a surfactant-containing shrinkage material to prevent photoresist pattern collapse caused by capillary forces | |
| TWI549272B (zh) | 影像感測器裝置及其形成方法 | |
| TW201344893A (zh) | 半導體裝置及其製造方法 | |
| CN108470711B (zh) | 图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法 | |
| CN107910339B (zh) | 一种背照式图形传感器的制造方法 | |
| US9773829B2 (en) | Through-semiconductor-via capping layer as etch stop layer | |
| US9960200B1 (en) | Selective deposition and planarization for a CMOS image sensor | |
| US9312292B2 (en) | Back side illumination image sensor and manufacturing method thereof | |
| CN113725240A (zh) | 半导体器件及其形成方法 | |
| US7785916B2 (en) | Image sensor and method for manufacturing the same | |
| US20210351225A1 (en) | Image sensor grid and method of manufacturing same | |
| US9721983B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
| CN108417594B (zh) | 一种背照式cmos图像传感器结构的互联工艺方法 | |
| US20080164499A1 (en) | Method of manufacturing cmos image sensor | |
| CN110061020A (zh) | 图像传感器及其形成方法、工作方法 | |
| US12034027B2 (en) | Semiconductor device contact pad and method of contact pad fabrication |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |