CN108257883B - 金属线引出工艺结构及其制备方法和背照式图像传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种金属线引出工艺结构及其制备方法和背照式图像传感器，金属线引出工艺结构包括：衬底，衬底包括凹槽和光电二极管预制备区；凹槽的纵切面呈一正梯形形状；凹槽的底部下方填埋有一金属互联层；凹槽的底部设有开口，开口穿过凹槽的底部的所述衬底，且终止于金属互联层；第一介质层，覆盖光电二极管预制备区处的衬底的表面；氧化层，覆盖述凹槽的侧壁和底部的一部分，且覆盖第一介质层的表面，覆盖第一介质层表面的氧化层以及第一介质层于所述凹槽正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。本发明能够解决现有金属线引出工艺结构中，位于凹槽侧壁的氧化层的厚度不能达到隔离金属与硅的要求，进而导致器件性能下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种金属线引出工艺结构及其制备方法和背照式图像传感器。
背景技术
随着半导体制造技术的不断成熟发展，图像传感器越来越集中应用于数码相机、影像电话、第三代手机、视讯会议、智能型保全系统、汽车倒车雷达、玩具以及工业、医疗等其他领域中。例如，CMOS图像传感器属于光电元器件且CMOS图像传感器由于其制造方法与现有集成电路制造方法兼容，同时其性能比原有的电荷耦合器件CCD有很多优点，而且逐渐成为图像传感器的主流，其可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计同时也降低了系统的功耗。CMOS图像传感器由于在采集光信号的同时就可以获取电信号，还能实时处理图像信息，反应速度快；同时CMOS图像传感器还具有价格便宜，带宽较大，防模糊等优点从而得到了广泛的应用。
根据接收光线的位置不同，CMOS图像传感器可分为前照式CMOS图像传感器和背照式CMOS图像传感器，其中，背照式CMOS图像传感器相对于前照式CMOS图像传感器较大效率地提高了光线接收的效能。另外，在背照式CMOS图像传感器的制备方法过程中，通常在背照式CMOS图像传感器中形成可以与其他器件进行电性连接的金属引线，以增加其应用性。
然而，目前在背照式图像传感器金属线引出制造工艺过程中，由于传统的金属线引出工艺结构，使得最后在凹槽侧壁形成的氧化层41的厚度(例如图1中圆圈圈出的位置)不能达到隔离金属与(硅)衬底10的要求，从而导致金属与(硅)衬底10之间存在漏电问题，进而对器件性能造成影响。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种金属线引出工艺结构及其制备方法和背照式图像传感器，以解决现有金属线引出工艺结构中，位于凹槽侧壁的氧化层的厚度不能达到隔离金属与硅的要求，进而导致器件性能下降的问题。
第一方面，本发明提供了一种金属线引出工艺结构，包括：衬底，所述衬底包括凹槽和光电二极管预制备区；其中，所述凹槽的纵切面呈一正梯形形状；
所述凹槽的底部下方填埋有一金属互联层；
所述凹槽的底部设有开口，所述开口穿过所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；
第一介质层，覆盖所述光电二极管预制备区处的所述衬底的表面；
氧化层，覆盖所述凹槽的侧壁和底部的一部分，且覆盖所述第一介质层的表面，其中，覆盖第一介质层表面的氧化层以及第一介质层于所述凹槽正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
进一步地，所述正梯形的底角小于90度。
进一步地，在经过位于第一介质层上方的氧化层的无罩刻蚀工艺后凹槽侧壁的氧化层的厚度为65nm。
第二方面，本发明还提供了一种背照式图像传感器，包括如上面第一方面所述的金属线引出工艺结构。
第三方面，本发明还提供了一种金属线引出工艺结构的制备方法，包括：
S1、制备一衬底，所述衬底包括光电二极管预制备区以及填埋于所述衬底内部的金属互联层；
S2、于所述衬底的表面覆盖第一介质层；
S3、于所述第一介质层的表面覆盖第一氧化层；
S4、开设一凹槽且在所述凹槽的底部开设有开口，所述开口穿过所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；其中，所述凹槽穿过所述第一氧化层、所述第一介质层和所述衬底的一部分，终止于所述金属互联层的上方且与所述金属互联层相距预设距离；其中，所述凹槽的纵切面呈一正梯形形状；
S5、于所述凹槽的底部和侧壁、所述开口的底部和侧壁，以及所述光电二极管预制备区处的第一氧化层的表面覆盖第二氧化层；
S6、对所述第二氧化层、第一氧化层和第一介质层进行刻蚀，使得位于所述衬底部分的凹槽的正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
进一步地，所述S6具体包括：
采用气体刻蚀，通过控制气体刻蚀速率的方式，对所述第二氧化层、第一氧化层和第一介质层进行刻蚀，使得位于所述衬底部分的凹槽的正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
进一步地，所述正梯形的底角小于90度。
进一步地，在经过位于第一介质层上方的氧化层的无罩刻蚀工艺后所述凹槽侧壁的氧化层的厚度为65nm。
由上述技术方案可知，本发明提供的金属线引出工艺结构，通过改变现有的金属线引出工艺结构，使得衬底部分的凹槽的纵切面呈正梯形形状、覆盖第一介质层表面的氧化层以及第一介质层于所述凹槽正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状，通过这样新的金属线引出工艺结构的设置(由于凹槽的纵切面呈正梯形形状)，使得位于凹槽侧壁的氧化层不会在位于第一介质层上方的氧化层(其纵切面呈倒梯形形状)的无罩刻蚀(不加掩膜板的刻蚀)过程中损失，从而使得凹槽侧壁的氧化层的厚度能够满足隔离金属与硅的要求，进而可以防止出现因凹槽侧壁的氧化层过薄或缺失而造成的金属与衬底(如硅衬底)之间漏电的问题，因而本发明可以提高背照式传感器器件的性能。
附图说明
为了更清楚地说明本实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中金属线引出工艺结构的结构示意图；
图2是本发明一实施例提供的金属线引出工艺结构的结构示意图；
图3-5是本发明一实施例提供的金属线引出工艺结构的制备方法的各个步骤形成的结构示意图；
图6是本发明一实施例提供的金属线引出工艺结构的制备方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明一实施例提供了一种金属线引出工艺结构，参见图2，该金属线引出工艺结构包括：衬底10，所述衬底10包括凹槽A和光电二极管预制备区B；其中，所述凹槽A的纵切面呈一正梯形形状；
所述凹槽A的底部下方填埋有一金属互联层20；
所述凹槽A的底部设有开口C，所述开口C穿过所述凹槽A的底部的所述衬底10，且终止于所述金属互联层20；
第一介质层30，覆盖所述光电二极管预制备区B处的所述衬底10的表面；
氧化层，包括41和42两部分，其中，41表示覆盖所述凹槽A侧壁和底部一部分的氧化层，42表示覆盖所述第一介质层30的表面的氧化层。其中，覆盖第一介质层30表面的氧化层42以及第一介质层30于所述凹槽A正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
可以理解的是，这里的梯形是指一组对边平行而另一组对边不平行的四边形，平行的两边为梯形的底边，不平行的两边为梯形的腰。其中，正梯形是指，下底边大于上底边的梯形。而倒梯形是指，上底边大于下底边的梯形。
参见图1所述的现有技术中的金属线引出工艺结构，由于其整体(包括凹槽结构以及凹槽上面的第一介质层30和氧化层42)为一整体倒梯形结构，这样的金属线引出工艺结构，使得在对位于第一介质层30上方的氧化层42进行无罩刻蚀时，容易对凹槽侧壁尤其是凹槽侧壁上半部分(圆圈圈出的位置)的氧化层41造成破坏，导致凹槽侧壁尤其是凹槽侧壁上半部分的氧化层变薄，进而导致凹槽侧壁氧化层无法满足隔离金属与衬底的要求，从而导致金属与衬底之间存在漏电问题。为解决该问题，本实施例提供了如图2所示的金属线引出工艺结构，参见图2可知，在本实施例中，由于所述凹槽A(该凹槽A为位于衬底中的凹槽)的纵切面呈一正梯形形状，且覆盖第一介质层30表面的氧化层42以及第一介质层30于所述凹槽A正上方区域的纵切面呈一倒梯形，因而，在对位于第一介质层30上方的氧化层42进行无罩刻蚀时(一般为气体刻蚀)，由于凹槽A的正梯形结构形状，使其能够有效保护凹槽A侧壁的氧化层41尤其是凹槽A侧壁上半部分的氧化层不被破坏(凹槽A的正梯形结构形状能够阻止用于刻蚀第一介质层30上方的氧化层42的气体对凹槽侧壁的氧化层41尤其是凹槽侧壁上半部分的氧化层造成破坏)，从而使得凹槽侧壁的氧化层41的厚度能够满足隔离金属(图2中未示出)与衬底10的要求，进而可以防止出现因凹槽侧壁的氧化层过薄或缺失而造成的金属与衬底(如硅衬底)之间漏电的问题。
通过实验获知，本实施例提供的这种改进后的金属线引出工艺结构，使得在经过位于第一介质层30上方的氧化层42的无罩刻蚀工艺后的凹槽侧壁的氧化层41的厚度能够达到65nm左右，而在现有技术的金属线引出工艺结构中，在经过位于第一介质层30上方的氧化层42的无罩刻蚀工艺后，凹槽侧壁的氧化层41的厚度仅为10nm左右。由此可知，本实施例提供的这种改进后的金属线引出工艺结构，能够对凹槽侧壁的氧化层进行有效保护，从而使得凹槽侧壁的氧化层的厚度能够满足隔离金属与硅衬底的要求，进而可以防止出现因凹槽侧壁的氧化层过薄或缺失而造成的金属与衬底(如硅衬底)之间漏电的问题。
由上面描述可知，本实施例提供的金属线引出工艺结构，通过改变现有的金属线引出工艺结构，使得凹槽的纵切面呈正梯形形状、覆盖第一介质层表面的氧化层以及位于氧化层底部的第一介质层于所述凹槽正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状，通过这样新的金属线引出工艺结构的设置(由于凹槽的纵切面呈正梯形形状)，使得位于凹槽侧壁的氧化层不会在位于第一介质层上方的氧化层(其纵切面呈倒梯形形状)的无罩刻蚀(不加掩膜板的刻蚀)过程中损失，从而使得凹槽侧壁的氧化层的厚度能够满足隔离金属与硅的要求，进而可以防止出现因凹槽侧壁的氧化层过薄或缺失而造成的金属与衬底(如硅衬底)之间漏电的问题，因而本实施例可以提高背照式传感器器件的性能。
可以理解的是，为了达到保护凹槽侧壁的氧化层不被刻蚀气体(用于刻蚀第一介质层上方的氧化层的气体)破坏的目的，所述正梯形的底角要小于90度。
可以理解的是，本实施例中的衬底10可以为硅衬底。
可以理解的是，所述金属互联层20可以为金属铜互联层。
可以理解的是，所述第一介质层30可以为由高介电值材料制成的介电层。
基于相同的发明构思，本发明另一实施例提供了一种背照式图像传感器，该背照式图像传感器包括如上面实施例所述的金属线引出工艺结构。
可以理解的是，所述光电二极管预制备区B的上方还设置有间隔分布的金属栅格，这些金属栅格用于隔离光，以降低不同光电二极管所接收到的光的光学串扰。由于该部分为现有技术且不影响对本发明内容的阐述，因此未在附图及文字中体现有关金属栅格的相关内容。
可以理解的是，本实施例提供的背照式图像传感器，由于包括上面实施例所述的金属线引出工艺结构，因此在本实施例提供的背照式图像传感器的金属线引出工艺结构中，凹槽侧壁的氧化层的厚度能够满足隔离金属与硅的要求，进而可以防止出现因凹槽侧壁的氧化层过薄或缺失而造成的金属与硅之间漏电的问题。
基于相同的发明构思，本发明又一实施例提供了一种金属线引出工艺结构的制备方法。其中，图6示出了制备方法的流程图，图3～图5分别示出了制备方法的各个步骤形成的结构示意图。具体地，本实施例提供的制备方法包括如下过程：
步骤101：制备一衬底，所述衬底包括光电二极管预制备区以及填埋于所述衬底内部的金属互联层。
在本步骤中，参见图3，制备一衬底10，衬底10包括光电二极管预制备区B，以及填埋于衬底10内部的金属互联层20。
步骤102：于所述衬底的表面覆盖第一介质层。
在本步骤中，参见图3，在衬底10的表面覆盖第一介质层30。
步骤103：于所述第一介质层的表面覆盖第一氧化层。
在本步骤中，参见图3，在第一介质层30的表面覆盖第一氧化层401。
步骤104：开设一凹槽且在所述凹槽的底部开设有开口，所述开口穿过所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；其中，所述凹槽穿过所述第一氧化层、所述第一介质层和所述衬底的一部分，终止于所述金属互联层的上方且与所述金属互联层相距预设距离；其中，所述凹槽的纵切面呈一正梯形形状。
在本步骤中，开设一凹槽且在凹槽的底部开设有开口，凹槽穿过第一氧化层、第一介质层和衬底的一部分，终止于金属互联层的上方，且与金属互联层相距预设距离(这里所述预设距离可根据需要设定，但不能为0)。其中，凹槽的纵切面呈一正梯形形状，开口穿过凹槽的底部的衬底，并且终止于金属互联层。具体可以采用气体刻蚀的方式形成所述凹槽结构。例如，可以通过控制气体刻蚀速率的方式在形成纵切面呈正梯形形状的凹槽结构。
步骤105：于所述凹槽的底部和侧壁、所述开口的底部和侧壁，以及所述光电二极管预制备区处的第一氧化层的表面覆盖第二氧化层。
在本步骤中，在凹槽的底部和侧壁、开口的底部和侧壁，以及光电二极管预制备区处的第一氧化层的表面覆盖第二氧化层。
步骤106：对所述第二氧化层、第一氧化层和第一介质层进行刻蚀，使得位于所述衬底部分的凹槽的正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
在本步骤中，参加图4和图5，对第二氧化层402、第一氧化层401和第一介质层30进行刻蚀，可以通过控制气体刻蚀速率的方式，使得位于衬底10部分的凹槽A的正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。其中，图4为刻蚀过程中形成的中间结构示意图，图5是刻蚀结束后在凹槽A的正上方区域形成的倒梯形形状示意图。可以理解的是，在本步骤的刻蚀过程中，位于光电二极管预制备区B处的第一氧化层401的表面覆盖第二氧化层被全部刻蚀掉，且第一氧化层401也有部分被刻蚀掉，最终形成氧化层42。此外，由于要形成倒梯形结构，因此位于侧壁的第二氧化层也有一小部分被刻蚀掉。具体可参见刻蚀结束后图5所示的结构，。
需要说明的是，上述步骤101-106与附图3-5并非一一对应的关系，但一个或多个步骤形成的结构可以在附图中清晰地看出。
在一种优选实施方式中，所述正梯形的底角小于90度。
在一种优选实施方式中，在经过位于第一介质层上方的氧化层的无罩刻蚀工艺后所述凹槽侧壁的氧化层的厚度为65nm左右。
需要说明的是，在现有技术的金属线引出工艺结构中，在经过位于第一介质层30上方的氧化层的无罩刻蚀工艺后，凹槽侧壁的氧化层41的厚度仅为10nm左右。由此可知，本实施例提供的这种改进后的金属线引出工艺结构，能够对凹槽侧壁的氧化层进行有效保护，从而使得凹槽侧壁的氧化层的厚度能够满足隔离金属与硅衬底的要求，进而可以防止出现因凹槽侧壁的氧化层过薄或缺失而造成的金属与衬底(如硅衬底)之间漏电的问题。
可以理解的是，采用本实施例提供的金属线引出工艺结构的制备方法可以制备得到上述实施例所述的金属线引出工艺结构。
以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种金属线引出工艺结构，其特征在于，包括：衬底，所述衬底包括凹槽和光电二极管预制备区；其中，所述凹槽的纵切面呈一正梯形形状；
所述凹槽的底部下方填埋有一金属互联层；
所述凹槽的底部设有开口，所述开口穿过所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；
第一介质层，覆盖所述光电二极管预制备区处的所述衬底的表面；
氧化层，覆盖所述凹槽的侧壁和底部的一部分，且覆盖所述第一介质层的表面，其中，覆盖第一介质层表面的氧化层以及第一介质层于所述凹槽正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
2.根据权利要求1所述的金属线引出工艺结构，其特征在于，所述正梯形的底角小于90度。
3.根据权利要求1所述的金属线引出工艺结构，其特征在于，在经过位于第一介质层上方的氧化层的无罩刻蚀工艺后凹槽侧壁的氧化层的厚度为65nm。
4.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括如权利要求1～3中任一项所述的金属线引出工艺结构。
5.一种金属线引出工艺结构的制备方法，其特征在于，包括：
S1、制备一衬底，所述衬底包括光电二极管预制备区以及填埋于所述衬底内部的金属互联层；
S2、于所述衬底的表面覆盖第一介质层；
S3、于所述第一介质层的表面覆盖第一氧化层；
S4、开设一凹槽且在所述凹槽的底部开设有开口，所述开口穿过所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；其中，所述凹槽穿过所述第一氧化层、所述第一介质层和所述衬底的一部分，终止于所述金属互联层的上方且与所述金属互联层相距预设距离；其中，所述凹槽的纵切面呈一正梯形形状；
S5、于所述凹槽的底部和侧壁、所述开口的底部和侧壁，以及所述光电二极管预制备区处的第一氧化层的表面覆盖第二氧化层；
S6、对所述第二氧化层、第一氧化层和第一介质层进行刻蚀，使得位于所述衬底部分的凹槽的正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述S6具体包括：
采用气体刻蚀，通过控制气体刻蚀速率的方式，对所述第二氧化层、第一氧化层和第一介质层进行刻蚀，使得位于所述衬底部分的凹槽的正上方区域的纵切面呈一倒梯形形状。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述正梯形的底角小于90度。
8.根据权利要求5或6所述的制备方法，其特征在于，在经过位于第一介质层上方的氧化层的无罩刻蚀工艺后所述凹槽侧壁的氧化层的厚度为65nm。
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