CN112002717B - 一种图像传感器像素阵列结构及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器像素阵列结构及制作方法，结构包括像素晶圆和逻辑晶圆，其中，所述像素晶圆包括：硅基感光像素阵列，用于接收入射光以转换成电信号；深隔离结构，位于相邻硅基感光像素之间的，用于所述相邻硅基感光像素之间的光学隔离和电学隔离；硅基微透镜阵列，位于硅基感光像素阵列的上方，与所述硅基感光像素阵列自成一体，用于会聚入射光进入所述硅基感光像素阵列；钝化层，沉积于所述硅基微透镜阵列，用于保护硅基微透镜阵列；所述逻辑晶圆，包括互补金属氧化物半导体器件，用于处理来自所述硅基感光像素阵列的电信号。消除传统有机微透镜和硅基感光像素之间的折射率差，减少微透镜阵列和感光像素阵列界面处的入射光反射损失。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器像素阵列结构及制作方法。
背景技术
传统的硅基感光像素阵列结构所采用的微透镜阵列材料为有机材料，它的一种做法是在硅基感光像素阵列制作完成之后，在硅基感光像素阵列表面涂敷一层用于制作微透镜的有机材料，利用光刻技术、回流工艺和干法反蚀刻技术形成有机材料的微透镜阵列。不管用何种传统方法形成的有机材料微透镜阵列，其与硅基感光像素阵列的材料存在折射率差异，在有机材料微透镜阵列和硅基感光像素阵列的交界面会有入射光的能量反射损失。
为了降低传统的硅基感光像素阵列中相邻感光像素之间的光学串扰和电学串扰问题，需要在相邻像素之间形成深隔离槽的同时，在该深隔离槽上面同时制作有机材料微透镜之间的金属隔离栅，但相邻有机材料微透镜之间金属隔离栅和相邻硅基感光像素之间的深隔离槽存在工艺上的对准误差。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
发明内容
本发明为了解决现有的问题，提供一种图像传感器像素阵列结构及制作方法。
为了解决上述问题，本发明采用的技术方案如下所述：
一种图像传感器像素阵列结构，包括像素晶圆和逻辑晶圆，其中：所述像素晶圆包括：硅基感光像素阵列，用于接收入射光以转换成电信号；深隔离结构，位于相邻硅基感光像素之间，用于所述相邻硅基感光像素之间的光学隔离和电学隔离；硅基微透镜阵列，位于硅基感光像素阵列的上方，与所述硅基感光像素阵列自成一体，用于会聚入射光进入所述硅基感光像素阵列；钝化层，沉积于所述硅基微透镜阵列表层，用于保护硅基微透镜阵列；所述逻辑晶圆，与所述像素晶圆的正面混合键合，包括互补金属氧化物半导体器件，用于处理来自所述硅基感光像素阵列的电信号。
在本发明的一种实施例中，所述硅基微透镜阵列与所述硅基感光像素阵列自成一体包括所述硅基微透镜阵列和所述硅基感光像素阵列的材料一致。所述深隔离结构包括第一部分和第二部分；所述第一部分是相邻所述硅基感光像素之间的深隔离槽部分；所述第二部分是相邻微透镜结构之间的金属隔离栅部分。
本发明还提供一种图像传感器像素阵列结构的制作方法，包括如下步骤：S1：提供逻辑晶圆和像素晶圆，所述逻辑晶圆与所述像素晶圆进行正面键合；S2：对所述像素晶圆的背面的像素硅基衬底的厚度进行减薄；S3：通过光刻技术对减薄后的所述像素晶圆中的相邻硅基感光像素之间进行定义，在所述像素晶圆的表面定义出深隔离槽图形，然后通过蚀刻工艺形成深隔离槽；S4：去除所述深隔离槽的表面的硅损伤层；S5：对去除所述硅损伤层后的所述深隔离槽进行填充，在所述像素晶圆表层依次沉积，并对沉积后的所述像素晶圆进行平坦化，得到一体成型的深隔离结构；S6：在平坦化后的所述像素晶圆的表面涂敷一层硬掩膜材料，通过光刻技术、回流技术在所述硅基感光像素的上方定义出硅基微透镜蚀刻的硬掩膜图形；S7：采用蚀刻工艺对所述像素硅基衬底蚀刻出硅基微透镜阵列，通过控制过蚀刻量得到预设目标厚度的硅基微透镜阵列结构；S8：对所述硅基微透镜阵列结构进行表面钝化层沉积。
在本发明的一种实施例中，所述逻辑晶圆包括逻辑硅基衬底、第一逻辑金属互连层、逻辑金属互连结构、第二逻辑金属互连层、逻辑金属衬垫以及嵌设于所述逻辑硅基衬底中的互补金属氧化物半导体器件；所述逻辑金属互连结构包括第三逻辑金属互连层与第四逻辑金属互连层，所述第三逻辑金属互连层通过通孔与所述第四逻辑金属互连层连接且通过层间介质层分隔；其中，所述第三逻辑金属互连层与所述第一逻辑金属互连层处于同一水平线上，所述第四逻辑金属互连层与所述逻辑金属衬垫部分正对设置。所述第二逻辑金属互连层设置于所述第四逻辑金属互连层与所述逻辑金属衬垫之间，包括单层逻辑金属互连层，或，包括多层不同逻辑金属材料制成的逻辑金属互连层。
在本发明的另一种实施例中，所述像素晶圆包括像素硅基衬底、嵌设于像素硅基衬底中的硅基感光像素阵列、像素金属互连结构、像素金属衬垫及第三像素金属互连层；其中，所述像素金属互连结构包括第一像素金属互连层及第二像素金属互连层，所述第一像素金属互连层通过通孔与所述第二像素金属互连层连接且通过层间介质层分隔，所述第二像素金属互连层与所述像素金属衬垫部分正对设置，所述第三像素金属互连层设置于所述第二像素金属互连层与所述像素金属衬垫之间。所述第三像素金属互连层包括单层像素金属互连层，或，包括多层不同像素金属材料制成的像素金属互连层。所述逻辑晶圆的正面的所述逻辑金属衬垫与所述像素晶圆的正面的所述像素金属衬垫进行混合键合，所述混合键合包括金属-介质混合键合。所述深隔离结构包括第一部分和第二部分；所述第一部分是相邻所述硅基感光像素之间的深隔离槽部分；所述第二部分是相邻微透镜结构之间的金属隔离栅部分。
本发明的有益效果为：提供一种图像传感器像素阵列结构及制作方法，通过此处硅基微透镜阵列和硅基感光像素阵列的自成一体，材料一致，可消除传统有机微透镜和硅基感光像素之间的折射率差，减少了微透镜阵列和感光像素阵列界面处的入射光反射损失。
进一步地，本发明采用一次成型的深隔离结构；不会引入相邻微透镜结构之间金属隔离栅和相邻硅基感光像素之间的深隔离槽的工艺对准误差，同时减少了传统有机微透镜结构制作的材料成本，简化了制作工序。
附图说明
图1是本发明中基于硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的剖面图。
图2是本发明中基于硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的制作方法的流程示意图。
图3是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，像素晶圆背面减薄到目标厚度后的剖面图。
图4是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，形成深隔离槽干法蚀刻用光刻胶掩膜图形，干法蚀刻制作深隔离槽后的剖面图。
图5是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，深隔离槽干法蚀刻用光刻胶掩膜图形去除，湿法蚀刻去除深隔离槽表面的硅损伤层后的剖面图。
图6是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，对深隔离槽进行填充后的剖面图。
图7是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，对像素晶圆进行表面平坦化后的剖面图。
图8是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，在像素晶圆硅基衬底表面涂敷一层硬掩模物质，然后通过光刻技术在像素晶圆硅基衬底表面形成硬掩模图形的剖面图。
图9是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，通过对硬掩模图形进行回流处理，进一步生成硅基微透镜蚀刻用掩膜图形的剖面图。
图10是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，采用反蚀刻工艺蚀刻出硅基微透镜，然后使用湿法蚀刻工艺移除硅基微透镜表面受损伤的硅层，形成的目标硅基微透镜阵列的剖面图
图11是本发明中制作硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的工艺流程中，对硅基微透镜结构进行表面钝化层沉积之后的剖面图。
具体实施方式
为了使本发明实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于电路连通作用。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
图1是本发明提供的一种基于硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的剖面图。图像传感器像素阵列结构100包括逻辑晶圆101与像素晶圆102，其中，逻辑晶圆101包括CMOS器件(Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写，互补金属氧化物半导体)1010，用于处理来自硅基感光像素阵列的电信号；像素晶圆102包括硅基感光像素阵列1020，与硅基感光像素阵列1020自成一体的硅基微透镜阵列1021，相邻硅基感光像素阵列1020之间的深隔离结构1022，设置于硅基微透镜阵列上的钝化层1023。其中，硅基感光像素阵列1020用于接收入射光以转换成电信号，和硅基感光像素阵列1020自成一体的硅基微透镜阵列1021，其位于硅基感光像素阵列1020的上面，用于会聚入射光进入硅基感光像素阵列1020；相邻硅基感光像素之间的深隔离结构1022用于硅基感光像素之间的光学隔离和电学隔离，以防止相邻硅基感光像素之间的信号串扰；沉积于硅基微透镜阵列的钝化层1023，用于保护硅基微透镜阵列1021以防止其受到损伤及污染。
可以理解的是，硅基微透镜阵列与硅基感光像素阵列自成一体包括硅基微透镜阵列和所述硅基感光像素阵列的材料一致，后续方法中详细说明。可以理解的是，此处硅基微透镜阵列和所述硅基感光像素阵列的材料一致即可消除传统有机微透镜和硅基感光像素之间的折射率差，减少了微透镜阵列和感光像素阵列界面处的入射光反射损失。
本发明一次成型的深隔离结构包括相邻硅基感光像素之间的深隔离槽部分和相邻微透镜结构之间的金属隔离栅部分，不会引入相邻微透镜结构之间金属隔离栅和相邻硅基感光像素之间的深隔离槽的工艺对准误差，同时减少了传统有机微透镜结构制作的材料成本，简化了制作工序。
图2是根据本发明提供的一种基于硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构的制作方法的流程示意图，包括以下步骤：
S1：提供逻辑晶圆和像素晶圆，所述逻辑晶圆与所述像素晶圆进行正面键合；
如图3所示，逻辑晶圆101依序包括逻辑硅基衬底1011、第一逻辑金属互连层1012、逻辑金属互连结构1014、第二逻辑金属互连层1013、逻辑金属衬垫1015以及嵌设于逻辑硅基衬底1011中的CMOS器件1010。逻辑金属互连结构1014包括第三逻辑金属互连层31与第四逻辑金属互连层32，第三逻辑金属互连层31通过通孔与第四逻辑金属互连层32连接且通过层间介质层分隔，其中，第三逻辑金属互连层31与第一逻辑金属互连层1012处于同一水平线上，第四逻辑金属互连层32与逻辑金属衬垫1015相对设置，此处的相对设置是指部分正对设置。
可以理解的是，在工艺制作的过程中，第三逻辑金属互连层31与第一逻辑金属互连层1012是同时制成的，制造材料相同，属于同一层金属互连层，其他不需要的部分通过蚀刻工艺去除。像素晶圆102的像素阵列收集到的信号(光信号->电信号)需要通过金属连通路径到逻辑晶圆101的器件(如CMOS)进行处理，所以需要第四逻辑金属互连层32与逻辑金属衬垫1015至少部分正对设置，从而收集像素晶圆102的信号，由逻辑晶圆101器件处理。
第二逻辑金属互连层1013设置于第四逻辑金属互连层32与逻辑金属衬垫1015之间，其可以包括单层逻辑金属互连层，也可以包括多层不同逻辑金属材料制成的逻辑金属互连层，此处不作限制。优选地，使用多层互连层，可以降低互连线导致的延迟时间，可以使单位芯片面积上可用的互连线面积成倍增加，在更小的芯片面积上实现相同的功能等。
像素晶圆102包括像素硅基衬底33、嵌设于像素硅基衬底33中的硅基感光像素阵列1020、像素金属互连结构34、像素金属衬垫35及第三像素金属互连层36；其中，像素金属互连结构34包括第一像素金属互连层340及第二像素金属互连层341，第一像素金属互连层340通过通孔与第二像素金属互连层341连接且通过层间介质层分隔，第二像素金属互连层341与像素金属衬垫35相对设置，第三像素金属互连层36设置于第二像素金属互连层341与像素金属衬垫35之间。需要说明的是，第三像素金属互连层36可包括单层像素金属互连层，也可以包括多层不同像素金属材料制成的像素金属互连层。可以理解的是，此处的相对设置亦是指部分正对设置，此处不再赘述。
在一个实施例中，逻辑晶圆101中的逻辑硅基衬底1011与像素晶圆102中的像素硅基衬底33的厚度均为775微米，逻辑晶圆101正面的逻辑金属衬垫1015与像素晶圆102正面的像素金属衬垫35进行混合键合，键合技术包括但不限于金属-介质混合键合，界面37为键合面，从而实现电路互联。
S2：对所述像素晶圆102的背面40像素硅基衬底33的厚度进行减薄。
在一个实施例中，像素晶圆102的像素硅基衬底33采用P+/P-衬底，P+/P-衬底总共厚度为775微米，其中，P-衬底厚度为10微米。利用机械研磨将像素晶圆102中的像素硅基衬底33的厚度从775微米研磨至26微米，后利用湿法蚀刻技术蚀刻剩余的P+衬底，使像素硅基衬底33只剩下厚度为10微米的P-衬底。在厚度为10微米的P-衬底的基础上，利用化学机械研磨和四甲基氢氧化铵(TMAH)湿法蚀刻，将像素晶圆102中的像素硅基衬底33的厚度从10微米减薄至目标厚度6.0微米，如图4所示。
应当理解的是，像素硅基衬底33的目标厚度可根据实际情况设计，其减薄的形式包括但不限于机械研磨、化学机械研磨、湿法蚀刻等，或者上述减薄形式的任意组合，此处不做限制。
S3：通过光刻技术对减薄后的像素晶圆102中的相邻硅基感光像素之间进行定义，在像素晶圆102的表面定义出深隔离槽图形，然后通过蚀刻工艺形成深隔离槽。
在一个实施例中，基于步骤S2得到的像素晶圆102，在其表面涂敷光刻胶掩膜材料50，根据相邻硅基感光像素之间的深隔离槽掩膜图形，利用光刻技术将深隔离槽掩膜图形转移到光刻胶掩膜材料50上，形成深隔离槽图形；后利用干法蚀刻光刻胶掩膜图形，更具体地，通过硅干法蚀刻技术蚀刻深隔离槽图形形成深隔离槽51，其中，深隔离槽51的深度为6.0微米，如图5所示。
需要理解的是，深隔离槽51的图形尺寸和深度可根据实际情况进行设计，此处不做限制。
S4：去除所述深隔离槽的表面的硅损伤层。
在一个实施例中，使用湿法蚀刻工艺去除基于步骤S3干法蚀刻工艺产生的深度隔离槽51表面的硅损伤层。更具体地，采用温度45℃的TMAH溶液作为湿法蚀刻试剂，对深度隔离槽51的表层，即硅损伤层，进行湿法蚀刻，蚀刻的厚度为450A(1A＝10-7mm)，以移出深隔离槽51的表面的硅损伤层，生成如图6所示的深隔离槽60。应当注意的是，蚀刻的厚度可根据硅损伤层的厚度进行具体的设计，此处不做限制。
S5：对去除所述硅损伤层后的所述深隔离槽进行填充，在所述像素晶圆表层依次沉积，并对沉积后的所述像素晶圆进行平坦化，得到一体成型的深隔离结构；
在一个实施例中，利用化学气相沉积技术对步骤S4生成的深隔离槽60进行填充。更具体地，利用原子层淀积氧化硅薄膜、钛/氮化钛和金属钨化学气相沉积技术，对深隔离槽60进行填充，在深隔离槽60和像素晶圆102中的像素硅基衬底33表面利用化学气相沉积反应生成氧化硅薄膜，后在深隔离槽60和像素硅基衬底33表面依次沉积钛/氮化钛及金属钨70，如图7所示。
在一个实施例中，基于上述实施例得到的像素晶圆102，采用干法反蚀刻工艺，在其像素硅基衬底33表面的金属钨和钛/氮化钛进行反蚀刻，后采用湿法蚀刻去除像素硅基衬底33表面的氧化硅薄膜，剩下相邻硅基感光像素之间的金属填充的深隔离栅80，深隔离栅80可用于相邻硅基感光像素之间的光学隔离和电学隔离，如图8所示。
如图10所示，深隔离结构包括第一部分1022a和第二部分1022b；
第一部分1022a是相邻所述硅基感光像素之间的深隔离槽部分；
第二部分1022b是相邻微透镜结构之间的金属隔离栅部分。
在传统的有机微透镜像素阵列结构制作流程中，在像素晶圆减薄后，先是会在像素之间制作深隔离槽；然后对深隔离槽进行填充，并且平坦化；然后沉积金属隔离栅再刻蚀出金属隔离栅结构；最后有机材料的微透镜就制作在金属隔离栅之间(金属隔离栅/深隔离槽之间是光电二级管)。所以传统工艺的金属隔离栅/深度隔离槽是分开形成的。在本发明中，形成的像素-像素之间的深隔离结构，在硅基微透镜刻蚀之后，上面的第二部分1022b等效于金属隔离栅，具备了传统金属隔离栅的功能；下面的第一部分1022a相当于深隔离槽，承担传统结构深隔离槽对应的功能；并且，深隔离槽和金属隔离栅均为金属材质，本发明用一个工艺步骤实现这个深隔离结构，具备了传统结构的深隔离槽和金属隔离栅的功能，所以说是一次成型。
S6：在平坦化后的所述像素晶圆的表面涂敷一层硬掩膜材料，通过光刻技术、回流技术在所述硅基感光像素的上方定义出硅基微透镜蚀刻的硬掩膜图形；
请参照图9，在像素晶圆102中的像素硅基衬底33的表面涂敷一层硬掩模物质90，然后通过光刻技术在像素硅基衬底33表面定义硬掩模图形，通过对硬掩模图形进行回流处理，进一步生成具有弧形的硬掩模图形91。
S7：采用蚀刻工艺对所述像素硅基衬底蚀刻出硅基微透镜阵列，通过控制过蚀刻量得到预设目标厚度的硅基微透镜阵列结构；
在一个实施例中，采用干法反蚀刻工艺对基于步骤S6得到的像素晶圆102中的像素硅基衬底33进行蚀刻，蚀刻出具有一定表面弧度的像素硅基微透镜阵列，本实施例中控制干法蚀刻的过蚀刻量为0.3um，形成的像素硅基微透镜最高处到像素硅基衬底33的底部高度为5.7um,后采用低温45摄氏度TMAH溶剂作为湿法蚀刻试剂，湿法蚀刻移除硅基微透镜表面受损伤的硅层，蚀刻厚度为450A，得到目标硅基微透镜阵列结构92，如图10所示。
应当理解的是，上述制作方法中，像素硅基微透镜阵列的透镜大小，形状，曲率等参数，可以通过步骤S6形成的掩膜图形大小，形状，曲率等参数，以及步骤S6中的干法蚀刻硅材料和掩膜材料的刻蚀选择比来共同进行调整，以获得具体目标参数的硅基微透镜阵列。
此外，本发明中是在像素硅胶衬底33进行蚀刻得到像素硅基微透镜阵列结构92，像素硅胶衬底33中嵌设有硅基感光像素阵列1020，由此可见，像素硅基微透镜阵列结构92与硅基感光像素阵列1020自成一体，且像素硅基微透镜的材质与基感光像素的材质完全一致。
S8：对所述硅基微透镜阵列结构进行表面钝化层沉积。
在一个实施例中，对目标硅基微透镜阵列结构92表面采用去耦合等离子氧化工艺沉积厚度为15A的去耦合等离子体氧化硅(DPO：decoupled plasmaoxidation)薄膜；在此基础上，再生长厚度为75A的氧化铝薄膜，后沉积厚度为520A的氧化铪薄膜，利用TEOS工艺在氧化铪薄膜生长一层厚度为1500A的氧化硅薄膜。上述DPO薄膜，氧化铝薄膜，氧化铪薄膜和氧化硅薄膜，共同构成图11所示的硅基微透镜阵列表面钝化层93。
需要说明的是，上述步骤所使用的材料可以包括但不限于氧化硅，氧化铝，氧化铪，多晶硅，钛/氮化钛，金属钨；或者但不限于上述材料的任意组合，此处不做限制。
本发明公开的一种硅基微透镜的图像传感器像素阵列结构，其硅基微透镜和硅基感光像素的材料完全一致，消除了传统有机微透镜和硅基感光像素之间的折射率差，减少了微透镜阵列和感光像素阵列界面处的入射光反射损失，相邻硅基感光像素之间的深隔离槽和相邻微透镜结构之间的金属隔离栅一次成型，不会引入相邻微透镜结构之间金属隔离栅和相邻硅基感光像素之间的深隔离槽的工艺对准误差，同时减少了传统有机微透镜结构制作的材料成本，简化了制作工序。
本发明公开的技术方案适用性较广，一般的CMOS工厂都可以直接采用。本发明公开的技术方案中用于制作硅基微透镜阵列的工艺可以直接在一般的CMOS工厂制作完成，而传统的有机材料微透镜阵列一般在制作彩色滤波片阵列的工厂完成。
以上实施方式对本发明进行了详细说明，而非穷尽。本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施方式中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。
可以理解的是，以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。
在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。
此外，本发明的范围不旨在限于说明书中所述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域普通技术人员将容易理解，可以利用执行与本文所述相应实施例基本相同功能或获得与本文所述实施例基本相同结果的目前存在的或稍后要开发的上述披露、过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其范围内。
Claims (8)
1.一种图像传感器像素阵列结构，其特征在于，包括像素晶圆和逻辑晶圆，其中：
所述像素晶圆包括：
硅基感光像素阵列，用于接收入射光以转换成电信号；
深隔离结构，位于相邻硅基感光像素之间，用于所述相邻硅基感光像素之间的光学隔离和电学隔离；
硅基微透镜阵列，位于所述硅基感光像素阵列的上方，与所述硅基感光像素阵列自成一体，用于会聚入射光进入所述硅基感光像素阵列；
钝化层，沉积于所述硅基微透镜阵列表层，用于保护硅基微透镜阵列；
所述逻辑晶圆，与所述像素晶圆的正面混合键合，包括互补金属氧化物半导体器件，用于处理来自所述硅基感光像素阵列的电信号；
所述深隔离结构包括第一部分和第二部分；
所述第一部分是相邻所述硅基感光像素之间的深隔离槽部分；
所述第二部分是相邻微透镜结构之间的金属隔离栅部分。
2.如权利要求1所述的图像传感器像素阵列结构，其特征在于，所述硅基微透镜阵列与所述硅基感光像素阵列自成一体包括所述硅基微透镜阵列和所述硅基感光像素阵列的材料一致。
3.一种图像传感器像素阵列结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：提供逻辑晶圆和像素晶圆，所述逻辑晶圆与所述像素晶圆进行正面键合；
S2：对所述像素晶圆的背面的像素硅基衬底的厚度进行减薄；
S3：通过光刻技术对减薄后的所述像素晶圆中的相邻硅基感光像素之间进行定义，在所述像素晶圆的表面定义出深隔离槽图形，然后通过蚀刻工艺形成深隔离槽；
S4：去除所述深隔离槽的表面的硅损伤层；
S5：对去除所述硅损伤层后的所述深隔离槽进行填充，在所述像素晶圆表层依次沉积，并对沉积后的所述像素晶圆进行平坦化，得到一体成型的深隔离结构；
S6：在平坦化后的所述像素晶圆的表面涂敷一层硬掩膜材料，通过光刻技术、回流技术在所述硅基感光像素的上方定义出硅基微透镜蚀刻的硬掩膜图形；
S7：采用蚀刻工艺对所述像素硅基衬底蚀刻出硅基微透镜阵列，通过控制过蚀刻量得到预设目标厚度的硅基微透镜阵列结构；
S8：对所述硅基微透镜阵列结构进行表面钝化层沉积；
其中，所述深隔离结构包括第一部分和第二部分；
所述第一部分是相邻所述硅基感光像素之间的深隔离槽部分；
所述第二部分是相邻微透镜结构之间的金属隔离栅部分。
4.如权利要求3所述的图像传感器像素阵列结构的制作方法，其特征在于，所述逻辑晶圆包括逻辑硅基衬底、第一逻辑金属互连层、逻辑金属互连结构、第二逻辑金属互连层、逻辑金属衬垫以及嵌设于所述逻辑硅基衬底中的互补金属氧化物半导体器件；
所述逻辑金属互连结构包括第三逻辑金属互连层与第四逻辑金属互连层，所述第三逻辑金属互连层通过通孔与所述第四逻辑金属互连层连接且通过层间介质层分隔；
其中，所述第三逻辑金属互连层与所述第一逻辑金属互连层处于同一水平线上，所述第四逻辑金属互连层与所述逻辑金属衬垫部分正对设置。
5.如权利要求4所述的图像传感器像素阵列结构的制作方法，其特征在于，所述第二逻辑金属互连层设置于所述第四逻辑金属互连层与所述逻辑金属衬垫之间，包括单层逻辑金属互连层，或，包括多层不同逻辑金属材料制成的逻辑金属互连层。
6.如权利要求5所述的图像传感器像素阵列结构的制作方法，其特征在于，所述像素晶圆包括像素硅基衬底、嵌设于像素硅基衬底中的硅基感光像素阵列、像素金属互连结构、像素金属衬垫及第三像素金属互连层；其中，所述像素金属互连结构包括第一像素金属互连层及第二像素金属互连层，所述第一像素金属互连层通过通孔与所述第二像素金属互连层连接且通过层间介质层分隔，所述第二像素金属互连层与所述像素金属衬垫部分正对设置，所述第三像素金属互连层设置于所述第二像素金属互连层与所述像素金属衬垫之间。
7.如权利要求6所述的图像传感器像素阵列结构的制作方法，其特征在于，所述第三像素金属互连层包括单层像素金属互连层，或，包括多层不同像素金属材料制成的像素金属互连层。
8.如权利要求6所述的图像传感器像素阵列结构的制作方法，其特征在于，所述逻辑晶圆的正面的所述逻辑金属衬垫与所述像素晶圆的正面的所述像素金属衬垫进行混合键合，所述混合键合包括金属-介质混合键合。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 11-13 / F, joint headquarters building, high tech Zone, 63 Xuefu Road, Yuehai street, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000 Applicant after: Obi Zhongguang Technology Group Co.,Ltd. Address before: 12 / F, joint headquarters building, high tech Zone, 63 Xuefu Road, Nanshan District, Shenzhen, Guangdong 518000 Applicant before: SHENZHEN ORBBEC Co.,Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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