CN108281437B - 背照式图像传感器的背面结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种背照式图像传感器的背面结构及制备方法，背面结构包括：衬底，衬底包括凹槽和光电二极管预制备区；所述凹槽的底部下方填埋有一金属互联层；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，覆盖凹槽的底部和侧壁，并且覆盖第一介质层的表面；开口，同时穿过所述凹槽内的所述氧化层和所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；金属垫，在所述凹槽内部覆盖所述氧化层的一部分，并填充所述开口且与所述金属互联层接触；金属垫隔离层，形成于所述金属垫表面，用于将所述金属垫与外界环境进行隔离。本发明可解决背照式图像传感器背面结构的金属垫易受外界环境影响，进而导致器件性能下降的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种背照式图像传感器的背面结构及制备方法。
背景技术
背照式图像传感器由于其优异的性能，正逐步替代先前的前照式图像传感器。前照式图像传感器的结构如图1所示，包括晶状体1、滤色镜2、金属铜互联层3和硅衬底4，光线穿过金属铜互联层3至位于衬底4内的图像传感芯片(例如光电二极管)，而背照式图像传感器是指采用从背面对传感芯片进行照明，即采用背面照度技术的传感器件，可较高效地捕捉光线。
参见图2所示的背照式图像传感器的结构示意图，光线无需穿过金属铜互联层3，在形成背照式图像传感器时，图像传感芯片(例如光电二极管)以及逻辑电路形成在背照式图像传感器的硅衬底4上，响应于光线刺激，背照式图像传感器中的图像传感芯片产生电信号。电信号的大小取决于各个图像传感芯片接收到的入射光的强度。
目前，背照式图像传感器虽然已经具备了更高量子效率和更低的噪点等特性，但是在晶圆制造过程中，在背照式图像传感器金属垫形成后，金属垫表面容易受到环境的影响而发生一些变化，从而对器件的联结可靠性造成影响。例如，当前用于对金属垫进行清洗的清洗液一般都含有氟离子F-，在器件进行封装前，芯片还会进行一些工艺或等待封装，这个等待时间可能很长，由于金属垫表面没有其它保护层保护，那么因金属垫清洗工艺残留在金属垫表面的氟离子F-比较容易和金属垫表面发生反应，从而在金属垫表面形成类似结晶物的一种副产物，进而影响器件性能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种背照式图像传感器的背面结构及制备方法，以解决现有技术中背照式图像传感器背面结构中的金属垫容易受外界环境影响，进而导致器件性能下降的问题。
第一方面，本发明提供了一种背照式图像传感器的背面结构，包括：衬底，所述衬底包括凹槽和光电二极管预制备区；
所述凹槽的底部下方填埋有一金属互联层；
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，覆盖所述凹槽的底部和侧壁，并且覆盖所述第一介质层的表面；
开口，同时穿过所述凹槽内的所述氧化层和所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；
金属垫，在所述凹槽内部覆盖所述氧化层的一部分，并填充所述开口且与所述金属互联层接触；
金属垫隔离层，形成于所述金属垫表面，用于将所述金属垫与外界环境进行隔离。
进一步地，所述金属垫隔离层为采用所述金属垫对应的金属材料的氧化物制成的隔离层。
进一步地，所述金属垫为金属铝垫，所述金属垫隔离层为采用金属铝的氧化物制成的隔离层。
进一步地，所述金属铝的氧化物为三氧化二铝。
进一步地，所述金属垫隔离层的厚度为5nm-10nm。
第二方面，本发明还提供了一种背照式图像传感器的背面结构的制备方法，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，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；
S5、于所述凹槽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、同时穿过所述凹槽底部的所述第二氧化层和所述凹槽的底部的所述衬底形成开口，所述开口终止于所述金属互联层；
S7、制备金属层覆盖所述第二氧化层并填充所述开口且与所述金属互联层接触；
S8、制备隔离层覆盖所述金属层；
S9、图形化所述隔离层和金属层，以于所述凹槽内形成一金属垫以及在所述金属垫表面形成一金属垫隔离层。
进一步地，所述方法还包括：
应用含氟离子的清洗液，对形成有所述金属垫隔离层的金属垫进行清洗的步骤。
进一步地，所述金属垫隔离层为采用所述金属垫对应的金属材料的氧化物制成的隔离层。
进一步地，所述金属垫为金属铝垫，所述金属垫隔离层为采用金属铝的氧化物制成的隔离层。
进一步地，所述金属铝的氧化物为三氧化二铝。
由上述技术方案可知，本发明提供的背照式图像传感器的背面结构，由于在金属垫表面形成了一层金属垫隔离层，从而可以有效将金属垫与外界环境进行隔离，进而可以防止出现因金属垫受外界环境影响而导致的器件性能下降的问题。
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是前照式图像传感器的结构示意图；
图2是背照式图像传感器的结构示意图；
图3是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的背面结构的结构示意图；
图4-9是本发明一实施例提供的背照式图像传感器的背面结构的制备方法的各个步骤形成的结构示意图；
图10是本发明另一实施例提供的背照式图像传感器的背面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背照式图像传感器的背面结构，参见图3，该背照式图像传感器的背面结构包括：衬底10，所述衬底10包括凹槽A和光电二极管预制备区B；
所述凹槽A的底部下方填埋有一金属互联层20；
第一介质层21，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30，覆盖所述凹槽A的底部和侧壁，并且覆盖所述第一介质层21的表面；
开口C，同时穿过所述凹槽A内的所述氧化层30和所述凹槽A的底部的所述衬底10，且终止于所述金属互联层20；
金属垫61，在所述凹槽A内部覆盖所述氧化层30的一部分，并填充所述开口C且与所述金属互联层20接触；
金属垫隔离层71，形成于所述金属垫61表面，用于将所述金属垫61与外界环境进行隔离。
可以理解的是，由于现有技术中不存在图3中所示的金属垫隔离层71，导致金属垫61表面容易受到环境的影响而发生一些变化，从而对器件的联结可靠性造成影响。例如，当前用于对金属垫61进行清洗的清洗液一般都含有氟离子F-，在器件进行封装前，芯片还会进行一些工艺或等待封装，这个等待时间可能很长，由于金属垫61表面没有其它保护层保护，那么因金属垫清洗工艺残留在金属垫61表面的氟离子F-比较容易和金属垫61表面发生反应，从而在金属垫61表面形成类似结晶物的一种副产物，进而影响器件性能。而本实施例提供的背照式图像传感器的背面结构，在金属垫61表面形成了一层金属垫隔离层71，从而可以有效对金属垫61进行保护，将金属垫61与外界环境进行隔离，进而可以防止出现因金属垫61受外界环境影响而导致的器件性能下降的问题。
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，在本实施例中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。
由上面描述可知，本实施例提供的背照式图像传感器的背面结构，由于在凹槽内的金属垫表面形成了一层金属垫隔离层，从而可以有效将金属垫与外界环境进行隔离，进而可以防止出现因金属垫受外界环境影响而导致的器件性能下降的问题。
为不影响后续刻蚀工艺以及器件的联结性，在形成金属垫隔离层71时应尽量不改变金属垫61的表面成分，因此，在一种优选实施方式中，所述金属垫隔离层71为采用所述金属垫61对应的金属材料的氧化物制成的隔离层。
可以理解的是，金属垫61表面因与空气接触，表面比较容易形成金属氧化物，这些金属氧化物与金属垫61的共存性良好且不影响后续刻蚀工艺以及器件的联结性。鉴于此，在形成所述金属垫隔离层71时，可以优选采用所述金属垫61对应的金属材料的氧化物制成隔离层，这样形成的金属垫隔离层71基本不会改变金属垫61的表面成分，因而对后续刻蚀工艺以及器件的联结性不会造成影响。此外，可以理解的是，采用金属材料的氧化物制成隔离层要比金属垫61与空气接触自然形成的氧化层更致密，因而能够达到对金属垫61进行保护的目的。
例如，当金属垫61对应的金属材料为铝时(也即金属垫61为金属铝垫时)，优选采用铝的氧化物制成金属垫隔离层71，这样不会改变金属垫61的表面成分，因而不影响后续刻蚀工艺以及器件的联结性。
此外，由于铝在空气中较易被氧化为三氧化二铝，因此为尽量不改变金属铝垫的表面成分，在制作金属铝垫的金属垫隔离层71时，优选选用三氧化二铝。
可以理解的是，当采用含有氟离子F-的清洗液对金属铝垫进行清洗时，所述金属垫隔离层71可以将金属铝垫与含氟离子F-的清洗液进行隔离，从而可以有效防止氟离子F-与金属铝垫表面发生反应，进而可以避免在金属铝垫表面形成会对器件性能造成影响的晶状副产物。
为不影响后续工艺，所述金属垫隔离层71的厚度不易过厚，在一种优选实施方式中，所述金属垫隔离层71的厚度为5nm-10nm，这样的厚度既可以达到保护金属垫61的目的，又不会影响后续工艺，而且还节省了制作金属垫隔离层71所需的材料。
在一种优选实施方式中，所述第一介质层21为由高介电值材料制成的介电层。
在一种优选实施方式中，所述金属互联层20为金属铜互联层。
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的背面结构的制备方法。其中，图10示出了制备方法的流程图，图4～图9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4，制备一衬底10，所述衬底10包括光电二极管预制备区B以及填埋于所述衬底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4，于所述衬底10的表面覆盖第一介质层21。
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4，于所述第一介质层21的表面覆盖第一氧化层301。
步骤104：开设一凹槽，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。
在本步骤中，参见图5，开设一凹槽A，凹槽A穿过第一氧化层301、第一介质层21和衬底10的一部分，终止于金属互联层20的上方，且与金属互联层20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)。
步骤105：于所述凹槽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，参见图6，在凹槽A的底部和侧壁以及光电二极管预制备区B处的第一氧化层301的表面覆盖第二氧化层302。其中，第一氧化层301和第二氧化层302共同组成上述结构实施例中的氧化层。
步骤106：同时穿过所述凹槽底部的所述第二氧化层和所述凹槽的底部的所述衬底形成开口，所述开口终止于所述金属互联层。
在本步骤中，参见图7，同时穿过凹槽A底部的第二氧化层302和凹槽A的底部的衬底10形成开口C，开口C终止于金属互联层20。可以理解的是，开口C可以终止于金属互联层20的上表面，可以稍微嵌入金属互联层20一点点。
步骤107：制备金属层覆盖所述第二氧化层并填充所述开口且与所述金属互联层接触。
在本步骤中，参见图8，制备金属层50覆盖第二氧化层302并填充开口且与金属互联层20接触。
可以理解的是，在制备金属层50时，可以采用沉积工艺制备所述金属层50。
步骤108：制备隔离层覆盖所述金属层。
在本步骤中，参见图8，制备隔离层70覆盖金属层50。
可以理解的是，在制备隔离层70时，可以采用沉积工艺制备隔离层70。
步骤109：图形化所述隔离层和金属层，以于所述凹槽内形成一金属垫以及在所述金属垫表面形成一金属垫隔离层。
在本步骤中，参见图9，可以通过曝光显影以及刻蚀工艺对隔离层70和金属层50进行处理，以于凹槽内形成金属垫61和位于所述金属垫61表面的金属垫隔离层71。
需要说明的是，上述步骤101-109与附图4-9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。
可以理解的是，采用本实施例提供的背照式图像传感器的背面结构的制备方法可以制备得到上述实施例所述的背照式图像传感器的背面结构。
在一种优选实施方式中，所述制备方法还包括：
应用含氟离子的清洗液，对形成有所述金属垫隔离层的金属垫进行清洗的步骤。
可以理解的是，由于所述金属垫上形成有金属垫隔离层，因此当
采用含有氟离子F-的清洗液对金属垫进行清洗时，所述金属垫隔离层可以将金属垫与含氟离子F-的清洗液进行隔离，从而可以有效防止氟离子F-与金属垫表面发生反应，进而可以避免在金属垫表面形成会对器件性能造成影响的晶状副产物。
在一种优选实施方式中，所述金属垫隔离层71为采用所述金属垫对应的金属材料的氧化物制成的隔离层。
在一种优选实施方式中，所述金属垫61为金属铝垫，所述金属垫隔离层为采用金属铝的氧化物制成的隔离层。
在一种优选实施方式中，所述金属铝的氧化物为三氧化二铝。
在一种优选实施方式中，所述金属垫隔离层71用于将金属铝垫与含氟离子的清洗液进行隔离。
在一种优选实施方式中，所述金属垫隔离层71的厚度为5nm-10nm。
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)
1.一种背照式图像传感器的背面结构，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；
所述凹槽的底部下方填埋有一金属互联层；
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，覆盖所述凹槽的底部和侧壁，并且覆盖所述第一介质层的表面；
开口，同时穿过所述凹槽内的所述氧化层和所述凹槽的底部的所述衬底，且终止于所述金属互联层；
金属垫，在所述凹槽内部覆盖所述氧化层的一部分，并填充所述开口且与所述金属互联层接触；
金属垫隔离层，形成于所述金属垫表面，用于将所述金属垫与外界环境进行隔离；
所述金属垫隔离层为采用所述金属垫对应的金属材料的氧化物制成的隔离层。
2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的背面结构，其特征在于，所述金属垫为金属铝垫，所述金属垫隔离层为采用金属铝的氧化物制成的隔离层。
3.根据权利要求2所述的背照式图像传感器的背面结构，其特征在于，所述金属铝的氧化物为三氧化二铝。
4.根据权利要求1～3任一项所述的背照式图像传感器的背面结构，其特征在于，所述金属垫隔离层的厚度为5nm-10nm。
5.一种背照式图像传感器的背面结构的制备方法，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，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；
S5、于所述凹槽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、同时穿过所述凹槽底部的所述第二氧化层和所述凹槽的底部的所述衬底形成开口，所述开口终止于所述金属互联层；
S7、制备金属层覆盖所述第二氧化层并填充所述开口且与所述金属互联层接触；
S8、制备隔离层覆盖所述金属层；
S9、图形化所述隔离层和金属层，以于所述凹槽内形成一金属垫以及在所述金属垫表面形成一金属垫隔离层；
其中，所述金属垫隔离层为采用所述金属垫对应的金属材料的氧化物制成的隔离层。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述方法还包括：
应用含氟离子的清洗液，对形成有所述金属垫隔离层的金属垫进行清洗的步骤。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述金属垫为金属铝垫，所述金属垫隔离层为采用金属铝的氧化物制成的隔离层。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述金属铝的氧化物为三氧化二铝。
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