背照式图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种背照式图像传感器，包括：像素区衬底、隔离结构、第一介质层、金属网格和第二介质层，所述像素区衬底中形成有网格沟槽和金属插塞，所述隔离结构位于所述网格沟槽中以及所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面；其中，所述隔离结构包括：高K介质层、绝缘层和金属内芯层。本申请还提供一种背照式图像传感器的制造方法。本申请在所述隔离结构中增加所述金属内芯层，通过对所述金属内芯层施加负偏压来实现所述网格沟槽之间的各所述像素区衬底区域中的光生电子和/或噪声电子的有效隔离，提升器件的抗串扰能力，改善图像画质。改善图像画质。改善图像画质。

【技术实现步骤摘要】
背照式图像传感器及其制造方法


[0001]本申请涉及半导体器件
，具体涉及一种背照式图像传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]在背照式图像传感器(BSI CIS)中，尤其是超薄堆叠式图像传感器(UTS CIS)，像素(pixel)单元之间存在电子串扰及光学串扰的问题。目前为了降低像素阵列之间的电子及光学串扰，可以对像素单元进行深沟槽隔离(deep trend isolation，DTI)，具体的，在深沟槽中填充高介电常数(High K)材料以形成势垒对像素阵列之间产生的光生电子或者噪声电子进行隔离。
[0003]但是随着市场对背照式图像传感器的像素需求越来越高，且传感器模组的尺寸要不断缩小，所以单个像素单元的尺寸需要不断减小，同等工艺下单个像素的满井容量(FWC)也随之减小，电子串扰造成的信噪比下降就愈发严重，利用高介电常数(HighK)材料填充深沟槽来形成隔离势垒的解决方案已经不能解决电子串扰及光学串扰问题，所以需要新的设计和工艺来提升背照式图像传感器的抗串扰能力以及图像像素。

技术实现思路

[0004]本申请提供了一种背照式图像传感器及其制造方法，可以解决背照式图像传感器的电子串扰及光学串扰的问题。
[0005]一方面，本申请实施例提供了一种背照式图像传感器，包括：
[0006]像素区衬底，所述像素区衬底中分别形成有网格沟槽和位于所述网格沟槽侧的多个通孔，所述通孔中形成有金属插塞；
[0007]隔离结构，所述隔离结构位于所述网格沟槽中以及所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面；
[0008]第一介质层，所述第一介质层位于所述隔离结构和所述金属插塞上；
[0009]金属网格，所述金属网格位于所述隔离结构表面的所述第一介质层上；以及，
[0010]第二介质层，所述第二介质层位于所述金属网格上；
[0011]其中，所述隔离结构包括：高K介质层、绝缘层和金属内芯层，所述高K介质层覆盖所述网格沟槽的底壁和侧壁以及所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面，所述绝缘层覆盖所述高K介质层，所述金属内芯层位于所述网格沟槽中的所述绝缘层上。
[0012]可选的，在所述背照式图像传感器上，所述背照式图像传感器还包括：金属互连结构，所述金属互连结构位于任意一所述金属插塞上并且与所述金属网格的任意一格点相连，与所述金属互连结构相连的所述格点与所述金属网格的剩余部分完全断开。
[0013]可选的，在所述背照式图像传感器上，所述背照式图像传感器还包括：金属衬垫层，所述金属衬垫层位于所述格点和所述金属内芯层之间，其中，通过所述金属互连结构、所述格点和所述金属衬垫层，所述金属插塞和所述金属内芯层电性连接。
[0014]可选的，在所述背照式图像传感器上，所述金属内芯层呈网格状，所述金属内芯层的上表面与所述网格沟槽之间的绝缘层的上表面齐平。
[0015]可选的，在所述背照式图像传感器上，所述背照式图像传感器还包括：阻挡层，所述阻挡层覆盖所述网格沟槽周围的衬底表面。
[0016]可选的，在所述背照式图像传感器上，所述隔离结构还包括：抗反射层，所述抗反射层位于所述高K介质层和所述绝缘层之间。
[0017]可选的，在所述背照式图像传感器上，所述背照式图像传感器还包括：逻辑区衬底，所述逻辑区衬底位于远离所述金属网格的所述像素区衬底的表面上，所述通孔从所述像素区衬底延伸至所述逻辑区衬底中。
[0018]另一方面，本申请实施例提供了一种背照式图像传感器的制造方法，包括：
[0019]提供一像素区衬底，所述像素区衬底中分别形成有网格沟槽和位于所述网格沟槽侧的多个通孔，所述通孔中形成有金属插塞；
[0020]在所述网格沟槽中和所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面形成隔离结构；
[0021]在所述隔离结构、所述金属插塞上以及剩余的像素区衬底表面形成第一介质层；
[0022]在所述第一介质层上依次形成金属材料层和第二介质层；以及，
[0023]刻蚀所述第二介质层、所述金属材料层和部分厚度的第一介质层以在所述隔离结构表面的所述第一介质层上形成金属网格；
[0024]其中，形成所述隔离结构的步骤包括：
[0025]在所述网格沟槽的底壁和侧壁以及所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面形成高K介质层；
[0026]在所述高K介质层上形成绝缘层；
[0027]在所述绝缘层上形成金属填充层；
[0028]刻蚀去除所述网格沟槽之间的所述金属填充层以在所述网格沟槽中得到金属内芯层。
[0029]可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，刻蚀所述第二介质层、所述金属材料层和部分厚度的第一介质层以形成金属网格的同时，刻蚀所述第二介质层、所述金属材料层、部分厚度的第一介质层以在任意一所述金属插塞上形成金属互连结构，其中，所述金属互连结构与所述金属网格的任意一格点相连，与所述金属互连结构相连的所述格点与所述金属网格的剩余部分完全断开。
[0030]可选的，在所述背照式图像传感器的制造方法中，在刻蚀去除所述网格沟槽之间的所述金属填充层以在所述网格沟槽中得到金属内芯层的同时，保留所述网格沟槽之间或所述网格沟槽边缘的部分所述金属填充层以形成金属衬垫层，其中，通过所述金属互连结构、所述格点和所述金属衬垫层，所述金属插塞和所述金属内芯层电性连接。
[0031]本申请技术方案，至少包括如下优点：
[0032]本申请在所述网格沟槽中和所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面形成隔离结构，所述隔离结构包括：高K介质层、绝缘层和金属内芯层，并将所述金属内芯层与所述通孔中的金属插塞连接，本专利技术通过对所述金属内芯层施加一定的偏压，隔离所述网格沟槽之间的各所述像素区衬底区域中的光生电子和/或噪声电子，避免各块像素区衬底区域中的光生电子和/或噪声电子发生串扰的情况，提升背照式图像传感器的抗串扰能力，提高该图
像传感器的成像色彩鲜艳度，提升图像像素，改善图像质量。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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申请的一些实施方式，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。
[0034]图1
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图9是本专利技术实施例的制造背照式图像传感器的各工艺步骤中的半导体结构示意图；
[0035]其中，附图标记说明如下：
[0036]10
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像素区衬底，11
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第一键合层，12
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通孔，121
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金属插塞，122
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第一引出焊点，13
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网格沟槽，14
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第一开口，15
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隔离结构，151
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高K介质层，152
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：像素区衬底，所述像素区衬底中分别形成有网格沟槽和位于所述网格沟槽侧的多个通孔，所述通孔中形成有金属插塞；隔离结构，所述隔离结构位于所述网格沟槽中以及所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面；第一介质层，所述第一介质层位于所述隔离结构和所述金属插塞上；金属网格，所述金属网格位于所述隔离结构表面的所述第一介质层上；以及，第二介质层，所述第二介质层位于所述金属网格上；其中，所述隔离结构包括：高K介质层、绝缘层和金属内芯层，所述高K介质层覆盖所述网格沟槽的底壁和侧壁以及所述网格沟槽之间的像素区衬底的表面，所述绝缘层覆盖所述高K介质层，所述金属内芯层位于所述网格沟槽中的所述绝缘层上。2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述背照式图像传感器还包括：金属互连结构，所述金属互连结构位于任意一所述金属插塞上并且与所述金属网格的任意一格点相连，与所述金属互连结构相连的所述格点与所述金属网格的剩余部分完全断开。3.根据权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述背照式图像传感器还包括：金属衬垫层，所述金属衬垫层位于所述格点和所述金属内芯层之间，其中，通过所述金属互连结构、所述格点和所述金属衬垫层，所述金属插塞和所述金属内芯层电性连接。4.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述金属内芯层呈网格状，所述金属内芯层的上表面与所述网格沟槽之间的绝缘层的上表面齐平。5.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述背照式图像传感器还包括：阻挡层，所述阻挡层覆盖所述网格沟槽周围的衬底表面。6.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述隔离结构还包括：抗反射层，所述抗反射层位于所述高K介质层和所述绝缘层之间。7.根据权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述背照...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭翔，陈昊瑜，姬峰，
申请(专利权)人：上海华力集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：