一種堆棧式圖像傳感器制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種堆棧式圖像傳感器制備方法，通過將濾光層嵌入設(shè)置在金屬柵中，相比較傳統(tǒng)技術(shù)而言，節(jié)省了很多不必要的不步驟，提高了機(jī)臺(tái)利用效率，有利于降低生產(chǎn)成本；同時(shí)采用本發(fā)明所制備出的圖像傳感器也能夠有效降低串?dāng)_對(duì)圖像的影響，進(jìn)而提高輸出的圖像質(zhì)量。
【專利說明】一種堆棧式圖像傳感器制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像傳感器制備領(lǐng)域，具體涉及一種堆棧式圖像傳感器制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]CMOS圖像傳感器屬于光電元器件，CMOS圖像傳感器由于其制造工藝和現(xiàn)有集成電路制造工藝兼容，同時(shí)其性能比原有的電荷耦合器件(CCD)圖像傳感器有很多優(yōu)點(diǎn)，而逐漸成為圖像傳感器的主流。CMOS圖像傳感器可以將驅(qū)動(dòng)電路和像素集成在一起，簡化了硬件設(shè)計(jì)，同時(shí)也降低了系統(tǒng)的功耗。CMOS圖像傳感器由于在采集光信號(hào)的同時(shí)就可以取出電信號(hào)，還能實(shí)時(shí)處理圖像信息，速度比CXD圖像傳感器快，同時(shí)CMOS圖像傳感器還具有價(jià)格便宜，帶寬較大，防模糊，訪問的靈活性和較大的填充系數(shù)的優(yōu)點(diǎn)而得到了大量的使用，廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制和消費(fèi)電子等多種產(chǎn)品中，如監(jiān)視器，視頻通訊，玩具等。鑒于CMOS圖像傳感器的諸多優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在CIS的研究和發(fā)展是要利用其系統(tǒng)集成的優(yōu)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)多功能和智能化；利用其具有訪問靈活的優(yōu)點(diǎn)，可以通過只讀出感光面上感興趣的小區(qū)域來實(shí)現(xiàn)高的幀速率CMOS ;同時(shí)CMOS圖像傳感器寬動(dòng)態(tài)范圍，高分辨率和低噪聲技術(shù)也在不斷發(fā)展。
[0003]而隨著人們對(duì)高質(zhì)量影像的不斷追求，一種新型的堆棧式CMOS圖像傳感器被開發(fā)出來。
[0004]圖1為傳統(tǒng)堆棧式圖像傳感器的示意圖，其是由一底部邏輯晶圓和鍵合在邏輯晶圓之上的器件晶圓所構(gòu)成，在鍵合之后，需要繼續(xù)進(jìn)行以下圖像傳感器的制備:1、TSV(硅通孔)結(jié)構(gòu)的形成；2、打開器件頂部的氮化硅并刻蝕形成接地端溝槽，用于后續(xù)接地端的引出；3、形成金屬柵(metal grid) ;4、刻蝕器件晶圓頂部的娃層預(yù)先形成焊墊(pad)溝槽；
5、形成焊墊；6、對(duì)器件表面進(jìn)行平坦化處理；7、形成濾光器(color filter)。
[0005]繼續(xù)參照?qǐng)D1，如圖所示，由于傳統(tǒng)的堆棧式CMOS圖像傳感器的濾光層400是設(shè)置于金屬柵600之上且與金屬柵600間隔設(shè)置，因此在在制備金屬柵600之后還要進(jìn)行一系列的工藝步驟，例如還要沉積氧化層將金屬柵600包覆，進(jìn)行平坦化處理等等一系列后續(xù)的制備工藝，步驟比較繁瑣，工藝周期較長且成本也較高。
[0006]同時(shí),在器件工作時(shí),入射光從濾光層進(jìn)入至HKphoto diode,簡稱PD)層中，被
H)層所吸收并最終轉(zhuǎn)化為圖像信號(hào)，但是在實(shí)際應(yīng)用中本領(lǐng)域技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的堆棧式圖像傳感器極易造成像素互擾的現(xiàn)象，這在很大程度上影響了輸出圖像的質(zhì)量。
[0007]同時(shí)，目前的堆棧式圖像傳感器由于設(shè)計(jì)的缺陷串?dāng)_(cross talk)問題無法得到很好的解決，這在一定程度上影響了輸出圖像的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]一種堆棧式圖像傳感器制備方法，其中，包括如下步驟:
[0009]提供一半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括一邏輯晶圓及鍵合在所述邏輯晶圓上方的器件晶圓，所述邏輯晶圓中嵌入設(shè)置有第一金屬電極，所述器件晶圓中嵌入設(shè)置有第二金屬電極；
[0010]在所述器件晶圓的上表面依次沉積介電層、緩沖層和犧牲氧化層后，刻蝕所述犧牲氧化層至所述器件晶圓中，形成第一溝槽；
[0011]繼續(xù)部分刻蝕所述第一溝槽的底部至所述第一金屬電極上表面，以形成位于第一溝槽下方的第二溝槽；
[0012]在所述第一溝槽和第二溝槽中填充金屬材料后，繼續(xù)沉積一層阻擋層，并刻蝕該阻擋層至所述器件晶圓的上表面，以形成用于后續(xù)接地端引出的第三溝槽；
[0013]依次沉積一金屬層和一鈍化層后，繼續(xù)采用刻蝕工藝，以于所述器件晶圓上形成焊盤、接地引線、遮光器以及金屬柵；
[0014]繼續(xù)濾光層的形成以及圖像傳感器的后段制程；
[0015]其中，所述金屬柵嵌入設(shè)置于所述濾光層中。
[0016]上述的制備方法，其中，采用如下方法形成所述第一溝槽和第二溝槽:
[0017]提供所述半導(dǎo)體器件，所述邏輯晶圓和所述器件晶圓均設(shè)置有多層氧化層，且位于所述器件晶圓的頂部還設(shè)置有一硅層，所述第一金屬電極嵌入設(shè)置于所述邏輯晶圓的其中一層氧化層中，且包含該第一金屬電極的氧化層的上表面覆蓋有一掩膜層，所述第二金屬電極嵌入設(shè)置于所述器件晶圓的其中一層氧化層中；
[0018]在所述器件晶圓的上表面依次沉積介電層、緩沖層和犧牲氧化層后，進(jìn)行圖案化工藝，形成第一溝槽，該第一溝槽底部位于所述第二金屬電極上方的一層氧化層中；
[0019]繼續(xù)部分刻蝕所述第一溝槽的底部至所述第一金屬電極上表面，以形成位于第一溝槽下方的第二溝槽。
[0020]上述的制備方法，其中，在形成所述第一溝槽之后，還包括沉積一緩沖氧化層將所述第一溝槽及犧牲氧化層的表面進(jìn)行覆蓋，
[0021]且在形成第二溝槽的同時(shí)，去除位于第二金屬電極上方的所述氧化層及所述緩沖氧化層，以將所述第二金屬電極進(jìn)行暴露。
[0022]上述的制備方法，其中，在形成所述焊盤、接地引線、遮光層以及金屬柵后，還包括一氧化工藝，形成一氧化保護(hù)層將所述焊盤、接地引線、遮光層以及金屬柵予以包覆。
[0023]上述的制備方法，其中，所述焊盤位于所述第一溝槽正上方，
[0024]且所述方法還包括:
[0025]采用圖案化工藝去除位于所述第一溝槽上方的鈍化層及氧化層，以將所述位于第一溝槽上方的金屬層進(jìn)行暴露。
[0026]一種堆棧式圖像傳感器制備方法，其中，包括如下步驟:
[0027]提供一半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括一邏輯晶圓及鍵合在所述邏輯晶圓之上的器件晶圓，所述邏輯晶圓中嵌入設(shè)置有第一金屬電極，所述器件晶圓中嵌入設(shè)置有第二金屬電極；
[0028]在所述器件晶圓的上表面依次沉積介電層、緩沖層后，并刻蝕所述緩沖層至器件晶圓中形成若干DTI結(jié)構(gòu)，繼續(xù)沉積一層犧牲氧化層覆蓋在緩沖層及所述DTI結(jié)構(gòu)的上表面；
[0029]刻蝕所述犧牲氧化層、緩沖層、介電層至所述器件晶圓中形成第一溝槽；
[0030]繼續(xù)部分刻蝕所述第一溝槽的底部至所述第一金屬電極上表面，以形成位于第一溝槽下方的第二溝槽；
[0031]在所述第一溝槽和第二溝槽中填充金屬材料后，繼續(xù)制備一阻擋層將所述金屬材料表面進(jìn)行覆蓋；
[0032]繼續(xù)刻蝕所述犧牲氧化層至所述器件晶圓的上表面，以形成用于后續(xù)接地端引出的第三溝槽；
[0033]依次沉積一金屬層和一鈍化層后，繼續(xù)采用刻蝕工藝，以于所述器件晶圓上形成焊盤、接地引線、遮光器以及金屬柵，同時(shí)暴露出部分DTI結(jié)構(gòu)；
[0034]繼續(xù)濾光層的形成以及圖像傳感器的后段制程；
[0035]其中，所述濾光層嵌入設(shè)置在部分所述DTI結(jié)構(gòu)中。
[0036]上述的制備方法，其中，采用如下方法形成所述第一溝槽:
[0037]提供所述半導(dǎo)體器件，所述邏輯晶圓和所述器件晶圓均設(shè)置有多層氧化層，且位于所述器件晶圓的頂部還設(shè)置有一硅層，所述第一金屬電極嵌入設(shè)置于所述邏輯晶圓的其中一層氧化層中，且包含該第一金屬電極的氧化層的上表面覆蓋有一掩膜層，所述第二金屬電極嵌入設(shè)置于所述器件晶圓的其中一層氧化層中；
[0038]形成所述DTI結(jié)構(gòu)并沉積所述犧牲氧化層后，進(jìn)行圖案化工藝，形成第一溝槽，該第一溝槽底部位于所述第二金屬電極上方的一層氧化層中；
[0039]制備一緩沖氧化層覆蓋在所述第一溝槽的表面及犧牲氧化層的上表面；
[0040]繼續(xù)對(duì)所述第一溝槽的底部進(jìn)行刻蝕至所述第一金屬電極上表面停止，形成第二溝槽以將所述第一金屬電極進(jìn)行暴露。
[0041]上述的制備方法，其中，所述方法還包括，在形成第二溝槽的同時(shí)，移除部分所述犧牲氧化層和緩沖層，以將靠近所述第一溝槽的部分DTI結(jié)構(gòu)的上端部分進(jìn)行暴露。
[0042]上述的制備方法，其中，將所述第一溝槽和第二溝槽進(jìn)行填充的同時(shí)，將暴露的DTI結(jié)構(gòu)進(jìn)行包覆。
[0043]上述的制備方法，其中，所述焊盤位于所述第一溝槽正上方，
[0044]且所述方法還包括:
[0045]采用圖案化工藝去除位于所述第一溝槽上方的鈍化層及氧化層，以將所述位于第一溝槽上方的金屬層進(jìn)行暴露。
[0046]本發(fā)明通過將濾光層直接嵌入設(shè)置在金屬柵中，與傳統(tǒng)堆棧式CMOS圖像傳感器相比，極大簡化了工藝步驟，降低了生產(chǎn)成本；同時(shí)可將金屬柵嵌入設(shè)置于器件晶圓中，因此可有效避免像素之間的互擾，提高圖像輸出質(zhì)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0047]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0048]圖1為傳統(tǒng)堆棧式圖像傳感器的局部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖2A?2L為本發(fā)明實(shí)施例一所提供的一種堆棧式圖像傳感器的制備流程圖；
[0050]圖3A?3M為本發(fā)明實(shí)施例二所提供的一種堆棧式圖像傳感器的制備流程圖；
[0051]圖4為本發(fā)明所制備出的堆棧式圖像傳感器的截面圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0052]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。
[0053]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0054]應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾?，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。
[0055]空間關(guān)系術(shù)語例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之
上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。
[0056]在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。
[0057]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。
[0058]本發(fā)明提供了一種堆棧式CMOS圖像傳感器的制備方法，可應(yīng)用于堆棧式CMOS圖像傳感器和堆棧式背照?qǐng)D像傳感器中，通過本發(fā)明所提供的方法可有效簡化工藝制程，提高了機(jī)臺(tái)產(chǎn)能的利用效率，減少在制備過程中所需利用的光罩層數(shù)，減少生產(chǎn)成本，同時(shí)大幅度提高了圖像傳感器輸出的畫面質(zhì)量。
[0059]下面就本發(fā)明提供兩個(gè)實(shí)施例來進(jìn)行進(jìn)一步闡述。[0060]實(shí)施例一
[0061]本實(shí)施例提供了一種堆棧式圖像傳感器的方法，具體步驟如下:
[0062]步驟S1:提供一半導(dǎo)體器件，半導(dǎo)體器件包括一邏輯晶圓(logic wafer)及鍵合在邏輯晶圓上方的器件晶圓(Pixel wafer，或稱像素晶圓)，邏輯晶圓中嵌入設(shè)置有第一金屬電極，器件晶圓中嵌入設(shè)置有第二金屬電極。
[0063]具體的，首先提供一邏輯晶圓和器件晶圓，并將器件晶圓鍵合在邏輯晶圓的上表面。其中，邏輯晶圓和器件晶圓均設(shè)置有多層氧化層，且器件晶圓的頂部還設(shè)置有一硅層，第一金屬電極嵌入設(shè)置于邏輯晶圓的其中一層氧化層中，且包含該第一金屬電極的氧化層的上表面覆蓋有一掩膜層，第二金屬電極嵌入設(shè)置于器件晶圓的其中一層氧化層中。參照?qǐng)D2A所示，邏輯晶圓自下而上依次包括有第一氧化層1，掩膜層2和第二氧化層3，器件晶圓自下而上依次包括第三氧化層4、第四氧化層5、第五氧化層6和娃層7。第一金屬電極10嵌入設(shè)置在第一氧化層I中，第二金屬電極20嵌入設(shè)置在第四氧化層5中。其中，第二氧化層3和第三氧化層4為用作鍵合的氧化層，用于后續(xù)邏輯晶圓和器件晶圓的鍵合制程；第四氧化層5為金屬層間介質(zhì)層(MD 0X)，第五氧化層6為層間介質(zhì)層(ILD 0X)，掩膜層2可選用氮化硅(SiN)。以上材料作為本實(shí)施例中優(yōu)選所采用的半導(dǎo)體材料但并不局限于上述材料。
[0064]步驟S2:在器件晶圓的上表面自下而上依次沉積介電層8、緩沖層9和犧牲氧化層11，之后進(jìn)行圖案化工藝，形成第一溝槽100，如圖2B?2C所示。
[0065]具體的，旋涂一層光刻膠覆蓋在犧牲氧化層11的上表面，并利用一具有開口圖案的掩膜板進(jìn)行曝光顯影工藝，將掩膜板上的圖案轉(zhuǎn)移至光刻膠中進(jìn)而在光刻膠中形成開口，然后以形成有開口的光刻膠作為刻蝕掩膜向下進(jìn)行刻蝕至第五氧化層6中停止，形成第一溝槽100，并移除剩余的光刻膠。
[0066]之后再制備一緩沖氧化層12將第一溝槽100和犧牲氧化層11的上表面進(jìn)行覆蓋，進(jìn)而在后續(xù)將第一溝槽100填充時(shí)，形成對(duì)硅層7的保護(hù)作用，如圖2D所示。
[0067]上述步驟完成后，繼續(xù)對(duì)第一溝槽100的底部進(jìn)行刻蝕，并停止在第一金屬電極10上表面，形成位于第一溝槽100下方的溝槽，可參照?qǐng)D2E。相關(guān)步驟為:進(jìn)行圖案化工藝，對(duì)第一溝槽100底部進(jìn)行部分刻蝕至掩膜層2的上表面處停止；之后再去除暴露的掩膜層2，形成第二溝槽200，進(jìn)而將第一金屬電極10的上表面進(jìn)行暴露；在去除部分掩膜層2的過程中，同時(shí)會(huì)對(duì)第一溝槽100表面的各層氧化層進(jìn)行去除，并使得第二金屬電極20的上表面暴露出來。因此在完成上述步驟后，刻蝕所形成的第一溝槽100和第二溝槽200分別將第二金屬電極20和第一金屬電極10予以暴露,如圖2F所不。
[0068]步驟S3:在第一溝槽100和第二溝槽200內(nèi)填充金屬材料13，之后進(jìn)行平坦化(例如CMP工藝)處理后再沉積一層阻擋層14覆蓋在器件表面，如圖2G所示，之后對(duì)阻擋層14、緩沖氧化層12、犧牲氧化層11、緩沖層和介電層8進(jìn)行刻蝕，形成第三溝槽300，用于后續(xù)接地端(在BSGND)的引出。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該阻擋層14為氮化鈦(TaN)，金屬材料13為銅，具體可選用銅電鍍工藝將第一溝槽100和第二溝槽200進(jìn)行填充，如圖2H所
/Jn ο
[0069]步驟S4:沉積金屬層15覆蓋在阻擋層14上表面，之后再沉積一層鈍化層16覆蓋在金屬層15的上表面。在本發(fā)明的實(shí)施例中，該金屬層15優(yōu)選為招(Al)。由于第三溝槽300的存在，因此在沉積金屬層15和鈍化層16之后，也會(huì)在第三溝槽300的正上方中的金屬層15和鈍化層16中形成一溝槽，如圖21所示。
[0070]進(jìn)行圖案化工藝，對(duì)鈍化層16及金屬層15進(jìn)行刻蝕，形成位于第一溝槽上方的焊盤30、第三溝槽上方的接地引線40、遮光器50以及位于感光區(qū)中的金屬柵60，如圖2J所
/Jn ο
[0071]在形成焊盤(pad) 30、接地引線40、遮光器50以及金屬柵60后，還包括一氧化工藝，形成一氧化保護(hù)層17將焊盤30、接地引線40、遮光器50以及金屬柵60予以包覆，如圖2K所示。由于在此實(shí)施例中，焊盤30、接地引線40、遮光層50以及金屬柵60的表面并沒有被鈍化層16所完全保護(hù)，因此需要制備一氧化保護(hù)層17以作為保護(hù)并進(jìn)行隔離。
[0072]步驟S6:進(jìn)行圖案化工藝，刻蝕去除位于第一溝槽100正上方的氧化保護(hù)層17及鈍化層16，進(jìn)而將第一溝槽100正上方的金屬層15予以暴露，為后續(xù)的金屬互連做準(zhǔn)備，如圖2L所示。
[0073]步驟S7:濾光層的形成以及圖像傳感器的后段制程。該步驟采用本領(lǐng)域所常用的技術(shù)手段，故在此不予贅述。在此需要說明的是，形成金屬柵60之后，直接進(jìn)行濾光層的制備工藝，因此本發(fā)明所形成的金屬柵60是嵌入設(shè)置在濾光層中。
[0074]本發(fā)明通過改變?nèi)肷涔饴繁∧そY(jié)構(gòu)，在形成金屬柵之后直接制備濾光層將金屬柵進(jìn)行包覆，并且pad直接連在UTS結(jié)構(gòu)上，(Ultra Thicknetal Stack,超厚金屬堆疊式結(jié)構(gòu))極大簡化了制程，減少了不必要光罩的利用次數(shù)，從而降低生產(chǎn)成本；同時(shí)本發(fā)明在器件中還制備有遮光層，該遮光層可有效的將H)層上方不需要光罩的地方遮擋住，從而避免造成光學(xué)互擾，提高圖像輸出質(zhì)量。
[0075]實(shí)施例二
[0076]基于上述的實(shí)施例一，本申請(qǐng)還提供了一種采用上述制備方法所制備的堆棧式圖像傳感器，包括濾光層和金屬柵，且該濾光層嵌入設(shè)置在金屬柵中，并可結(jié)合常規(guī)的其他器件結(jié)構(gòu)，共同構(gòu)成一堆棧式圖像傳感器，即在本實(shí)施例中，通過將濾光層嵌入設(shè)置在金屬柵中，可有效避免ro層中所出現(xiàn)的串?dāng)_現(xiàn)象，進(jìn)而提高圖像的輸出質(zhì)量，且相較于傳統(tǒng)的器件結(jié)構(gòu)，能夠極大的簡化其制備流程，以降低其生產(chǎn)成本，可廣泛應(yīng)用于手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、DV等電子圖像設(shè)備中。
[0077]實(shí)施例三
[0078]本實(shí)施例提供了一種堆棧式圖像傳感器的制備方法，具體步驟如下:
[0079]步驟S1:提供一用以制備堆棧式圖像傳感器的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件包括一邏輯晶圓(logic wafer)及鍵合在邏輯晶圓上方的器件晶圓(pixel wafer,或稱像素晶圓)，邏輯晶圓中嵌入設(shè)置有第一金屬電極，器件晶圓中嵌入設(shè)置有第二金屬電極。
[0080]具體的，首先提供一邏輯晶圓和器件晶圓，并將器件晶圓鍵合在邏輯晶圓的上表面。其中，邏輯晶圓和器件晶圓均設(shè)置有多層氧化層，且器件晶圓的頂部還設(shè)置有一硅層，第一金屬電極嵌入設(shè)置于所述邏輯晶圓的其中一層氧化層中，且包含該第一金屬電極的氧化層的上表面覆蓋有一掩膜層，第二金屬電極嵌入設(shè)置于所述器件晶圓的其中一層氧化層中。參照?qǐng)D3A所示，邏輯晶圓自下而上依次包括有第一氧化層1，掩膜層2和第二氧化層3，器件晶圓自下而上依次包括第三氧化層4、第四氧化層5、第五氧化層6和硅層7。第一金屬電極10嵌入設(shè)置在第一氧化層I中，第二金屬電極20嵌入設(shè)置在第四氧化層5中。其中，第二氧化層3和第三氧化層4用作鍵合的氧化物層，用于后續(xù)邏輯晶圓和器件晶圓的鍵合制程；第四氧化層5為金屬層間介質(zhì)層(MD OX)，第五氧化層6為層間介質(zhì)層(ILD 0X)，掩膜層2可選用氮化硅。以上材料作為本實(shí)施例中優(yōu)選所采用的半導(dǎo)體材料但并不局限于上述材料。
[0081]步驟S2:在器件晶圓的上表面依次沉積介電層8、緩沖層9后，形成若干DTI結(jié)構(gòu)400，該些DTI結(jié)構(gòu)400貫穿緩沖層9、介電層8至器件晶圓中，如圖3B所示。形成DTI結(jié)構(gòu)400后，繼續(xù)沉積一層犧牲氧化層13覆蓋在器件緩沖層及DTI結(jié)構(gòu)400的上表面，如圖3C所示。
[0082]具體的，DTI結(jié)構(gòu)400可采用本領(lǐng)域慣用的圖案化工藝所制備形成，并通過采用特定的掩膜板來定義出DTI結(jié)構(gòu)400位置及寬度，并通過控制刻蝕的反應(yīng)條件來限定DTI結(jié)構(gòu)400的深度及形貌，具體工藝不予贅述。由于在器件晶圓中形成了有DTI結(jié)構(gòu)400，而公知在器件晶圓中會(huì)形成有F1D層,通過DTI結(jié)構(gòu)400可有效避免像素的互擾，從而提聞圖像傳感器的輸出質(zhì)量。
[0083]步驟S3:進(jìn)行圖案化工藝，并刻蝕至器件晶圓中，形成第一溝槽100及垂直位于第一溝槽100下方的第二溝槽200，如圖3G所示。
[0084]具體的，首先采用圖案化工藝，刻蝕至器件晶圓中形成第一溝槽100，如圖3C所示，并通過控制圖案化的刻蝕工藝，進(jìn)而保證形成的該第一溝槽100的底部位于第二金屬電極20上方的一層氧化層中，形成圖3D所示結(jié)構(gòu)；之后再進(jìn)行一次光刻工藝，在第一溝槽100下方形成第二溝槽200，此時(shí)的第二溝槽200底部位于掩膜層2的上表面，如圖3E所示；同時(shí)為使第二溝槽200將第一金屬電極100進(jìn)行暴露，還需要繼續(xù)進(jìn)行一次刻蝕工藝，以將位于第二溝槽200底部的掩膜層2予以去除，進(jìn)而將第一金屬電極10進(jìn)行暴露，如圖3F所示，用于后續(xù)的引線，在暴露出第一金屬電極10的同時(shí)，也會(huì)將第二金屬電極20的上表面進(jìn)行暴露，形成圖3G所示結(jié)構(gòu)。
[0085]在此需要說明的是，圖中所形成的兩個(gè)第一溝槽100—個(gè)用作焊盤的制備，而另一個(gè)用作接地端(BSGND)引線的制備，在下文會(huì)有相關(guān)描述。
[0086]同時(shí)，在刻蝕至掩膜層2的上表面形成第二溝槽200之后，還包括一刻蝕工藝，以加深第二溝槽200，暴露出第一金屬電極100 ;同時(shí)移除部分犧牲氧化層11、緩沖層9，以將靠近第一溝槽100的DTI結(jié)構(gòu)400的上端部分進(jìn)行暴露，進(jìn)而使得在后續(xù)過程中將第一溝槽100和第二溝槽200進(jìn)行填充后，也會(huì)將暴露出的DTI結(jié)構(gòu)400予以包覆，進(jìn)而用于電壓的調(diào)節(jié)，如圖3F?3G所示。進(jìn)一步的，暴露出的DTI結(jié)構(gòu)400靠近的第一溝槽100為用于后續(xù)接地端(BSGND)引線的制備溝槽。
[0087]此外，在步驟S3中，還包括一沉積緩沖氧化層的步驟(圖中未予以標(biāo)示)，進(jìn)而在后續(xù)填充第一溝槽100和第二溝槽200時(shí)，以形成對(duì)第一溝槽100側(cè)壁所包含的硅層7的保護(hù)。
[0088]步驟S4:在第一溝槽100和第二溝槽200內(nèi)填充金屬材料13，進(jìn)行平坦化(例如采用CMP工藝)處理后沉積一層阻擋層14覆蓋在器件表面。之后對(duì)犧牲氧化層11、緩沖層9和介電層8進(jìn)行刻蝕，形成第三溝槽300，用于后續(xù)接地端(在BSGND)的引出。
[0089]具體的，在沉積金屬材料13將第一溝槽100和第二溝槽200進(jìn)行填充并CMP后，先沉積一層阻擋層將器件的表面完全覆蓋，之后進(jìn)行圖案化工藝，去除部分阻擋層，形成圖31所示結(jié)構(gòu)，剩余的阻擋層14只覆蓋在填充材料13的上表面。
[0090]在本發(fā)明的實(shí)施例中，該阻擋層14為TaN，金屬材料13為銅，具體可選用銅電鍍工藝將第一溝槽100和第二溝槽200進(jìn)行填充。
[0091 ] 步驟S5:沉積金屬層15覆蓋在阻擋層14上表面同時(shí)將第三溝槽300進(jìn)行填充，進(jìn)行圖案化工藝，刻蝕金屬層15形成位于第一溝槽上方的焊盤30、第三溝槽上方的接地引線40、遮光層50 ;同時(shí)將位于感光區(qū)的DTI結(jié)構(gòu)400的上端部分予以暴露，暴露出的DTI結(jié)構(gòu)400之間形成有溝槽，進(jìn)而保證后續(xù)制備濾光層的步驟中，濾光層嵌入設(shè)置于感光區(qū)的DTI結(jié)構(gòu)400中。由于此時(shí)的部分DTI結(jié)構(gòu)400暴露在器件晶圓之上，且DTI結(jié)構(gòu)400的填充材料為金屬，因此可以作為圖像傳感器的金屬柵。上述步驟完成后形成的器件如圖3K所示。
[0092]在本發(fā)明的實(shí)施例中，該金屬層15優(yōu)選為鋁。
[0093]步驟S6:沉積一層鈍化層16將器件暴露的表面完全進(jìn)行覆蓋,如圖3L所不,之后進(jìn)行圖案化工藝以在鈍化層16中形成開口，將位于第一溝槽100正上方的金屬層15予以暴露，為后續(xù)的連線做準(zhǔn)備，如圖3M所示。
[0094]步驟S7:進(jìn)行濾光層的制備工藝以及堆棧式圖像傳感器的后段制程。該步驟中采用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域所公知，故在此不予贅述。在此需要說明的是，形成金屬柵60之后，直接進(jìn)行濾光層的制備工藝，因此本發(fā)明所形成的金屬柵60是嵌入設(shè)置在濾光層中。
[0095]采用如上技術(shù)方案相比較傳統(tǒng)技術(shù)簡化了其中間的許多步驟，提高了機(jī)臺(tái)利用效率，進(jìn)而減少了生產(chǎn)成本；同時(shí)在本實(shí)施例中，金屬柵位于嵌入設(shè)置在器件晶圓之中，而器件晶圓中會(huì)制備有ro層，因此可有效避免串?dāng)_問題，提高了量子轉(zhuǎn)換效率，提高圖像的輸出質(zhì)量。
[0096]實(shí)施例四
[0097]本發(fā)明還提供了一種堆棧式圖像傳感器，如圖4所示，該堆棧式圖像傳感器的濾光層是嵌入設(shè)置在金屬柵中，因此制備出一種BCF(Buried Color Filter，掩埋式彩色濾光層)堆棧式圖像傳感器，相比較傳統(tǒng)技術(shù)極大簡化了工藝流程，降低生產(chǎn)成本；同時(shí)金屬柵可嵌入設(shè)置在器件晶圓之中，因此可有效避免串?dāng)_現(xiàn)象的產(chǎn)生，提高輸出的圖像質(zhì)量。
[0098]綜上所述，由于本發(fā)明采用了如上技術(shù)方案，制備出一種新型的BCF(BUriedColor Filter，掩埋式彩色濾光層)堆棧式圖像傳感器，通過將濾光層嵌入設(shè)置在感光區(qū)的金屬柵中，極大簡化了工藝流程，減少了不必要的光罩使用次數(shù)；同時(shí)金屬柵可嵌入設(shè)置在器件晶圓中，器件在工作時(shí)，可有效避免H)層中所出現(xiàn)的串?dāng)_現(xiàn)象，進(jìn)而提高圖像的輸出質(zhì)量。
[0099]以上對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，其中未盡詳細(xì)描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實(shí)施；任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種堆棧式圖像傳感器制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供一半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括一邏輯晶圓及鍵合在所述邏輯晶圓上方的器件晶圓，所述邏輯晶圓中嵌入設(shè)置有第一金屬電極，所述器件晶圓中嵌入設(shè)置有第二金屬電極； 在所述器件晶圓的上表面依次沉積介電層、緩沖層和犧牲氧化層后，刻蝕所述犧牲氧化層至所述器件晶圓中，形成第一溝槽； 繼續(xù)部分刻蝕所述第一溝槽的底部至所述第一金屬電極上表面，以形成位于第一溝槽下方的第二溝槽； 在所述第一溝槽和第二溝槽中填充金屬材料后，繼續(xù)沉積一層阻擋層，并刻蝕該阻擋層至所述器件晶圓的上表面，以形成用于后續(xù)接地端引出的第三溝槽； 依次沉積一金屬層和一鈍化層后，繼續(xù)采用刻蝕工藝，以于所述器件晶圓上形成焊盤、接地引線、遮光器以及金屬柵； 濾光層的形成以及圖像傳感器的后段制程； 其中，所述金屬柵嵌入設(shè)置于所述濾光層中。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，采用如下方法形成所述第一溝槽和第二溝槽: 提供所述半導(dǎo)體器件，所述邏輯晶圓和所述器件晶圓均設(shè)置有多層氧化層，且位于所述器件晶圓的頂部還設(shè)置有一硅層，所述第一金屬電極嵌入設(shè)置于所述邏輯晶圓的其中一層氧化層中，且包含該第一金屬電極的氧化層的上表面覆蓋有一掩膜層，所述第二金屬電極嵌入設(shè)置于所述器件晶圓的其中一層氧化層中； 在所述器件晶圓的上表面依次沉積介電層、緩沖層和犧牲氧化層后，進(jìn)行圖案化工藝，形成第一溝槽，該第一溝槽底部位于所述第二金屬電極上方的一層氧化層中； 繼續(xù)部分刻蝕所述第一溝槽的底部至所述第一金屬電極上表面，以形成位于第一溝槽下方的第二溝槽。
3.如權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，在形成所述第一溝槽之后，還包括沉積一緩沖氧化層將所述第一溝槽及犧牲氧化層的表面進(jìn)行覆蓋， 且在形成第二溝槽的同時(shí)，去除位于第二金屬電極上方的所述氧化層及所述緩沖氧化層，以將所述第二金屬電極進(jìn)行暴露。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，在形成所述焊盤、接地引線、遮光層以及金屬柵后，還包括一氧化工藝，形成一氧化保護(hù)層將所述焊盤、接地引線、遮光層以及金屬柵予以包覆。
5.如權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述焊盤位于所述第一溝槽正上方， 且所述方法還包括: 采用圖案化工藝去除位于所述第一溝槽上方的鈍化層及氧化層，以將所述位于第一溝槽上方的金屬層進(jìn)行暴露。
6.一種堆棧式圖像傳感器制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 提供一半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括一邏輯晶圓及鍵合在所述邏輯晶圓之上的器件晶圓，所述邏輯晶圓中嵌入設(shè)置有第一金屬電極，所述器件晶圓中嵌入設(shè)置有第二金屬電極；在所述器件晶圓的上表面依次沉積介電層、緩沖層后，并刻蝕所述緩沖層至器件晶圓中形成若干DTI結(jié)構(gòu)，繼續(xù)沉積一層犧牲氧化層覆蓋在緩沖層及所述DTI結(jié)構(gòu)的上表面；刻蝕所述犧牲氧化層、緩沖層、介電層至所述器件晶圓中形成第一溝槽； 繼續(xù)部分刻蝕所述第一溝槽的底部至所述第一金屬電極上表面，以形成位于第一溝槽下方的第二溝槽； 在所述第一溝槽和第二溝槽中填充金屬材料后，繼續(xù)制備一阻擋層將所述金屬材料表面進(jìn)行覆蓋； 繼續(xù)刻蝕所述犧牲氧化層至所述器件晶圓的上表面，以形成用于后續(xù)接地端引出的第三溝槽； 依次沉積一金屬層和一鈍化層后，繼續(xù)采用刻蝕工藝，以于所述器件晶圓上形成焊盤、接地引線、遮光器以及金屬柵，同時(shí)暴露出部分DTI結(jié)構(gòu)； 濾光層的形成以及圖像傳感器的后段制程； 其中，所述濾光層嵌入設(shè)置在部分所述DTI結(jié)構(gòu)中。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，采用如下方法形成所述第一溝槽: 提供所述半導(dǎo)體器件，所述邏輯晶圓和所述器件晶圓均設(shè)置有多層氧化層，且位于所述器件晶圓的頂部還設(shè)置有一硅層，所述第一金屬電極嵌入設(shè)置于所述邏輯晶圓的其中一層氧化層中，且包含該第一金屬電極的氧化層的上表面覆蓋有一掩膜層，所述第二金屬電極嵌入設(shè)置于所述器件晶圓的其中一層氧化層中； 形成所述DTI結(jié)構(gòu)并沉積所述犧牲氧化層后，進(jìn)行圖案化工藝，形成第一溝槽，該第一溝槽底部位于所述第二金屬電極上方的一層氧化層中； 制備一緩沖氧化層覆蓋在所述第一溝槽的表面及犧牲氧化層的上表面； 繼續(xù)對(duì)所述第一溝槽的底部進(jìn)行刻蝕至所述第一金屬電極上表面停止，形成第二溝槽以將所述第一金屬電極進(jìn)行暴露。
8.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述方法還包括，在形成第二溝槽的同時(shí)，移除部分所述犧牲氧化層和緩沖層，以將靠近所述第一溝槽的部分DTI結(jié)構(gòu)的上端部分進(jìn)行暴露。
9.如權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，將所述第一溝槽和第二溝槽進(jìn)行填充的同時(shí)，將暴露的DTI結(jié)構(gòu)進(jìn)行包覆。
10.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述焊盤位于所述第一溝槽正上方， 且所述方法還包括: 采用圖案化工藝去除位于所述第一溝槽上方的鈍化層及氧化層，以將所述位于第一溝槽上方的金屬層進(jìn)行暴露。
【文檔編號(hào)】H01L27/146GK103972257SQ201410234232
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月29日
【發(fā)明者】高喜峰, 施喆天, 葉菁, 刑家明 申請(qǐng)人:豪威科技(上海)有限公司