背面照明型圖像傳感器及其製造方法

2023-05-07 01:55:36 2

專利名稱：背面照明型圖像傳感器及其製造方法
技術領域：
本發明涉及半導體製造技術，具體地涉及圖像傳感器及其製造方法，更具體地涉 及背面照明型圖像傳感器及其製造方法。
背景技術：
在通常的互補金屬氧化物半導體(CM0Q圖像傳感器中，諸如光接收元件單元、數 字控制塊和模數轉換器的外圍電路布置在晶片內的有限區域中。因此，每單位晶片面積中 像素陣列的面積比被限制為約40%。此外，為了獲得高品質的圖像，像素尺寸被減小。因 此，一個光接收元件所接收到的光量減少，這引起各種問題，諸如因噪聲增加導致的圖像損失。

發明內容
技術問題因而，本發明旨在解決現有技術中存在的上述問題，且本發明提供了一種背面照 明型圖像傳感器及其製造方法，其中光從晶片的背面被照射。技術方案根據本發明的一方面，提供了一種背面照明型圖像傳感器，其包括光接收元件， 形成在第一基板中；層間絕緣層，形成在包括光接收元件的第一基板上；通孔，形成為穿過 層間絕緣層和第一基板且與光接收元件間隔開；間隙壁，形成在通孔的內側壁上；對準件， 填充通孔；互連層，以多層結構形成在層間絕緣層上，在該多層結構中互連層的最底層的背 面連接到對準件；鈍化層，覆蓋互連層；焊墊，局部地形成在第一基板的背面上且連接到對 準件的背面；以及濾色器和微透鏡，對應於光接收元件形成在第一基板的背面。根據本發明的另一方面，提供了一種製造背面照明型圖像傳感器的方法，該方法 包括步驟在第一基板中形成光接收元件；在包括光接收元件的第一基板上形成層間絕緣 層；通過局部蝕刻第一基板和層間絕緣層而形成通孔；在通孔的內側壁上形成間隙壁；形 成對準件以填充通孔；在包括對準件的第一基板上形成具有多層結構的互連層；形成鈍化 層，以覆蓋互連層；將第二基板接合到鈍化層；將對準件的背面暴露於第一基板的背面；在 第一基板的背面上局部地形成焊墊，以使得該焊墊連接到對準件的背面；以及在第一基板 的背面上對應於光接收元件形成濾色器和微透鏡。有益效果根據如上所述的本發明，可以獲得如下效果。第一，與傳統的CMOS圖像傳感器(正面照明型圖像傳感器)相比，背面照明型圖 像傳感器可以從晶片(基板)的背面接收光，從而可以最小化進入光接收元件的光的損失， 由此改善光接收效率。第二，根據本發明的採用背面研磨工藝的背面照明型圖像傳感器的製造方法，在 基板背面的背面研磨工藝之前具有通孔形狀的對準件形成在基板中，並且在背面研磨工藝期間利用對準件來控制背面研磨的目標基板，從而使得背面研磨工藝可以容易地被控制。第三，對準件的前面連接到形成在基板的前面的互連層，而對準件的背面暴露於 基板的背面且連接到焊墊。由此，對準件用作將焊墊連接到互連層的接觸插塞，使得焊墊除 了布置在基板的前面之外還可以布置在基板的背面。從而，在封裝工藝中可以進行各種設 計。第四，根據本發明，間隙壁形成在通孔的內側壁上，從而防止洩漏電流從將焊墊連 接到互連層的導電對準件流到第一基板。第五，根據本發明，相對於第一基板具有高蝕刻選擇性的間隙壁形成在通孔的內 側壁上，使得可以保證蝕刻第一基板背面的後續工藝期間的工藝裕度，且可以防止對準件 在蝕刻工藝期間被蝕刻劑損壞。最後，根據本發明，抗光散射層形成在從晶片(基板)背面接收光的背面照明型圖 像傳感器中，以防止入射到基板背面的光的散射，使得光可以有效地聚集到光電二極體上， 從而改善光接收效率。


根據以下結合附圖的詳細描述，本發明的以上及其他目標、特徵和優點將變得更 明顯，附圖中圖1是示出根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器的截面圖；以及圖2到12是示出根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器的製造步驟的截面 圖。
具體實施例方式下面，將參考附圖描述本發明的示例性實施例。附圖中，為了便於說明，層和區域 的厚度及間隔可能被誇大。當第一層被稱為「在」第二層或基板「上」或「之上」時，這可能 意味著第一層直接形成第二層或基板上，或者這可能意味著第三層會存在於第一層與 基板之間。此外，相同的附圖標記在整個附圖中表示相同的層。此外，附圖標記的英文字符 意指利用蝕刻工藝或拋光工藝對相同層進行部分修改。而且，第一導電類型和第二導電類 型意指不同的導電類型，例如，P型和η型。圖1是示出根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器的截面圖。為了方便，圖 1僅示出CMOS圖像傳感器的單位像素中的光電二極體和驅動電晶體的柵極電極。參考圖1，根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器具有其中器件晶片和操控 晶片(handle wafer) 200彼此接合的結構。器件晶片包括諸如光電二極體的光接收元件， 操控晶片包括外圍電路，諸如數字塊和模數轉換器。在下面的描述中，器件晶片和操控晶片 將分別被稱為第一基板和第二基板。具體地，根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器包括光接收元件106(例 如，光電二極體)，形成在第一基板100C中；層間絕緣層108A，形成在包括光接收元件106 的第一基板100C上；通孔(110，見圖幻，形成為穿過層間絕緣層108A和第一基板100C，而 且與光接收元件106間隔開；間隙壁140，形成在通孔110的內側壁上；對準件(alignment key) 112，填充通孔110 ；互連層113、116、119和122，以多層結構形成在層間絕緣層108A上，其中互連層113的背面連接到對準件112 ；鈍化層124，覆蓋互連層113、116、119和122 ； 焊墊125，局部地形成在第一基板100C的背面上且連接到對準件112的背面；以及濾色器 128和微透鏡130，對應於光接收元件106形成在第一基板100C的背面上。第一基板100C和第二基板200可以包括體基板(bulk substrate)、外延基板和 絕緣體上矽(SOI)基板之一。考慮到器件的特性，第一基板100C可以包括其中堆疊半導體 層、掩埋氧化物層和半導體層的SOI基板，而第二基板200可以包括相對較便宜的體基板。間隙壁140阻擋從對準件112流到第一基板100C的洩漏電流。此外，間隙壁140 確保背面蝕刻工藝期間的蝕刻裕度(etching margin)，該背面蝕刻工藝在第一基板100C 的背面研磨工藝之後對第一基板100C實施，並且間隙壁140防止對準件112被蝕刻工藝中 所使用的蝕刻劑損壞。間隙壁140可以包括氮化物層，與氧化物層相比其相對於第一基板 100C(即，矽基板)具有較高的蝕刻選擇性。多個對準件112被提供。多個對準件112連接到一個焊墊125。對準件112的前 面連接到互連層113、116、119和122中的互連層113，以將信號(電壓)從焊墊125傳輸到 互連層113、116、119和122。對準件112可以利用導電材料例如金屬或合金來形成。此外， 對準件112可以形成為圓形、橢圓形或多邊形(三角形、矩形、五邊形等)。對對準件112的 數量和尺寸(寬度)也沒有限制。此外，根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器還可以包括屏障層(block layer) 141，其形成在通孔110的內表面上以圍繞對準件112的外壁。屏障層141可以包括 選自由 Ti、TiN, Ta、TaN, AlSiTiN, NiTi、TiBN, ZrBN, TiAlN, TiB2, Ti/TiN 和 Ta/TaN 構成的 組中的一種。此外，根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器還可以包括粘合層(未示出)， 其形成在通孔110的內表面上且在屏障層141與間隙壁140之間。粘合層改善屏障層141 和間隙壁140之間的粘附力，並且當間隙壁140包括氮化物層時粘合層可以包括氧化物層。而且，根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器還可以包括抗光散射層U6A， 其形成在第一基板100C的包括焊墊125的背面上。抗光散射層126A可以利用具有不同折 射率的材料而製備為多層結構。例如，抗光散射層126A可以包括氧化物層和氮化物層的堆 疊層，諸如氧化物/氮化物層或氮化物/氧化物層，或者可以包括氧化物層和含碳層(SiC) 的堆疊層，諸如氧化物/SiC層或SiC/氧化物層。在這種情況下，氧化物層可以包括選自 由硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼矽酸鹽玻璃(BSG)、未摻雜矽酸鹽玻璃 (USG)、四乙基原矽酸鹽(TEOS)和高密度等離子體(HDP)構成的組中的一種。氮化物層可 以包括矽氮化物(SixNy，其中χ和y是自然數)層或矽氮氧化物(SixOyNz，其中χ和y是自 然數)層。此外，氮化物層可以包括N-H鍵比Si3N4多的富N-H氮化物層，其中在矽氮化物 層中Si3N4以相對穩定的狀態結合。此外，氮化物層或SiC形成為具有較薄的厚度。氧化物 層可以具有大約1000A到大約10000A的厚度，氮化物層或SiC可以具有大約100A到大約 5000A的厚度。而且，根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器還包括多個電晶體，用於傳輸 和處理(放大)在光電二極體106中收集的光信號。例如，在這些電晶體當中，驅動電晶體 包括形成在第一基板100C與層間絕緣層108A之間的柵極電極104、形成在暴露在柵極電極 104兩側的第一基板100C中的源極和漏極區域107。
下面將描述根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器的製造方法。圖2到12是圖解根據本發明實施例的背面照明型圖像傳感器的製造過程的截面 圖。在以下的描述中，將描述SOI基板以作為示例。參考圖2，製備第一基板100，例如為SOI基板。SOI基板包括第一半導體層100_1、 掩埋氧化物層100-2和第二半導體層100-3。第二半導體層100-3可以摻雜為第一導電類 型或第二導電類型。例如，第二半導體層100-3摻雜為第一導電類型。此外，掩埋氧化物層 100-2可以具有大約500A到大約10000A的厚度，第二半導體層100-3可以具有大約I μ m 到大約10 μ m的厚度。隔離層101局部地形成在第一基板100中。隔離層101可以通過淺溝槽隔離(STI) 工藝或矽的局部氧化(LOCOS)工藝而形成。然而，優選隔離層101通過如圖加所示的適於 高度集成的STI工藝形成。如果採用STI工藝，則隔離層101可以被製備為高密度等離子 體(HDP)層或者HDP層和電介質上旋塗(S0D，spin on dielectric)層的堆疊層，其中HDP 層甚至在高的縱橫比時也具有優良的間隙填充特性。柵極絕緣層102和柵極導電層103形成在第一基板100上，且被蝕刻以形成驅動 電晶體的柵極電極104。儘管未示出，但也可以形成構建CMOS圖像傳感器的單位像素的傳 輸電晶體、復位電晶體和選擇電晶體的柵極電極。間隙壁105可以形成在柵極電極104的兩個側壁上。間隙壁105可以包括氧化物
層、氮化物層或其堆疊層。在形成間隙壁105之前，摻雜為第二導電類型的輕摻雜漏極(LDD)區域(未示出) 還可以挨著柵極電極104的兩側形成在第一基板100中。對第一基板100進行離子注入工藝，以形成光電二極體106(光接收元件)。光電 二極體106以低濃度摻雜為第二導電類型。以高濃度摻雜為第二導電類型的源極和漏極區域107挨著間隙壁105兩側形成在 第一基板100中。源極和漏極區域107具有比LDD區域和光電二極體106高的摻雜濃度。為了防止光電二極體106的表面噪聲，摻雜為第一導電類型的摻雜區域(未示出) 還可以形成為覆蓋光電二極體106的上表面。儘管已經描述了順次形成柵極電極104、間隙壁105、光電二極體106以及源極和 漏極區域107，但形成順序可以根據製造工藝而適當地改變。層間絕緣層108形成為覆蓋包括柵極電極104、間隙壁105、光電二極體106和 源極和漏極區域107的第一基板100。層間絕緣層108可以包括氧化物層，例如含矽的層 (SiO2)。更具體地，層間絕緣層108可以包括選自由BPSG、PSG、BSG、USG、TEOS和HDP層構 成的組中的一種或者這些層的堆疊層。此外，層間絕緣層108可以包括通過旋塗工藝沉積 的諸如SOD層的層。參考圖3，進行蝕刻工藝，以局部地蝕刻層間絕緣層108，從而形成暴露源極和漏 極區域107的接觸孔109。蝕刻工藝可以通過幹法蝕刻工藝或溼法蝕刻工藝進行。幹法蝕 刻工藝是優選的，這是因為層間絕緣層108可以形成為具有垂直的蝕刻表面。層間絕緣層108和第一基板100被局部蝕刻。下面，被蝕刻的層間絕緣層108和 被蝕刻的第一基板100分別被稱為層間絕緣層108A和第一基板100A。由此，形成從層間絕 緣層108A延伸到第一半導體層100-1A的通孔110。可以以矩陣形式提供多個通孔110。
更具體地，通孔110具有大約88°到大約90°的垂直角並距層間絕緣層108A的 上表面具有大約20000A以下的深度，優選具有大約4000A到大約20000A的深度。更優 選地，通孔Iio具有距半導體層ιοο-3Α的上表面大約1000A到大約10000A的深度。此 外，通孔110具有大約2. Ομπι以下的臨界尺寸(CD, critical dimension)，優選具有大約 Ι.Ομπι到大約2. Oym的臨界尺寸。而且，通孔110具有大約1. 6 μ m以下的底部寬度，優 選具有大約1. 0 μ m到大約1. 6 μ m的底部寬度。當提供多個通孔110時，優選它們的角偏 差、深度偏差和寬度偏差等於或小於4%。此外，對於通孔110的數量和形狀沒有限制。具 體地，通孔110可以形成為各種形狀，例如圓形或多邊形(三角形、矩形、五邊形、八邊形等) 形狀。同時，不限制接觸孔109和通孔110的形成順序。接觸孔109可以在通孔110形 成之後形成。此外，接觸孔109和通孔110可以利用同一等離子體蝕刻設備原位形成。例如，通孔110可以利用幹法蝕刻工藝以兩個步驟來形成。第一步驟是蝕刻層間絕緣層108A。該蝕刻工藝在層間絕緣層108A相對於光致抗 蝕劑圖案(未示出)的蝕刻選擇性為5 1到2 1，優選為2. 4 1的條件下進行。此 外，蝕刻速率在大約7000 A/分鐘到大約8000 A/分鐘的範圍內，優選為大約7200A/分 鍾。例如，該蝕刻工藝在這樣的條件下進行壓力範圍為從大約IOOmTorr到大約200mTorr， 電源功率(source power)的範圍為從大約100W到大約2000W。氟化碳化合物例如CHF3或 CF4用作源氣體(source gas)，氬(Ar)可以添加到源氣體中以增加蝕刻速度和蝕刻各向異 性。CHF3的流速在大約kccm到大約200sccm的範圍內，CF4的流速在大約20sccm到大約 200sccm的範圍內，Ar的流速在大約IOOsccm到大約2000sccm的範圍內。第二步驟是蝕刻第一基板100A。在第二步驟中，蝕刻速率在大約1000 A/分鐘到 大約3000 A/分鐘的範圍內，優選為大約2000 A/分鐘。蝕刻工藝可以在這樣的條件下 進行壓力範圍為從大約15mTorr到大約30mTorr，電源功率(RF功率)範圍為從大約400W 到大約600W，而用於改善離子準直度的偏壓功率(bias power)在從大約80W到大約120W 的範圍內。SF6和&用作源氣體。SF6的流速在從大約kccm到大約200SCCm的範圍內，O2 的流速在從大約Isccm到大約IOOsccm的範圍內。在第二步驟中，蝕刻工藝可以進行為蝕刻掩埋氧化物層100-2的一部分，或者蝕 刻掩埋氧化物層100-2A以及第一半導體層100-1的一部分。在前者的情況下，掩埋氧化物 層100-2可以被過蝕刻大約IOOA到大約4000 A。下面，被蝕刻的掩埋氧化物層ιοο-2及被 蝕刻的第一半導體層100-1分別被稱為掩埋氧化物層100-2A和第一半導體層100-1A。參考圖4，間隙壁140形成在通孔(110，見圖3)的內側壁上。通過沿通孔110的 內表面在層間絕緣層108A上沉積氮化物層並進行回蝕刻工藝(etch-back process)，間隙 壁140選擇性地僅形成在通孔110的內側壁上。此時，優選地，間隙壁140不形成在接觸孔 (109，見圖幻中。為此，在形成接觸孔109之前形成通孔110，然後形成間隙壁140。備選 地，在形成接觸孔109之後，光致抗蝕劑圖案形成為覆蓋接觸孔109，然後形成間隙壁140。屏障層141可以形成在接觸孔109和通孔110的內表面上。屏障層可以包括選自 由 Ti、TiN、Ta、TaN、AlSiTiN、NiTi、TiBN、&BN、TiAlN、Ti& 及其堆疊層構成的組中的一種。 例如，屏障層可以包括Ti/TiN和Ta/TaN之一。為了最小化接觸孔109和通孔110的寬度 的減小，屏障層141利用具有優秀的臺階覆蓋性的原子層沉積(ALD)工藝形成為具有大約100A以下的厚度，優選為大約50 A到大約100 A。此外，屏障層141可以利用金屬有機化學 氣相沉積(MOCVD)工藝或物理氣相沉積(PVD)工藝形成。同時，在形成屏障層141之前，粘合層(未示出)可以沿通孔110的內表面形成在 間隙壁140上。粘合層包括氧化物層。導電材料填充在接觸孔109和通孔110中，以形成接觸插塞111和對準件112。導 電材料可以包括選自由銅(Cu)、鉬(Pt)、鎢(W)、鋁(Al)及其合金構成的組中的一種。然 而，導電材料不限於此，而是包括具有導電性的任何金屬或金屬合金。例如，當鎢(W)用作 導電材料時，採用化學氣相沉積(CVD)工藝或ALD工藝。當鋁(Al)用作導電材料時，採用 CVD工藝。當銅(Cu)用作導電材料時，採用電鍍工藝或CVD工藝。同時，接觸插塞111和對準件112可以如上所述同時形成。此外，對準件112可以 在形成接觸插塞111之後形成，反之亦然。當接觸插塞111和對準件112不同時形成時，它 們可以由彼此不同的材料形成。例如，接觸插塞111由摻雜雜質的多晶矽形成，而對準件 112由上述導電材料形成。下面將描述用於形成接觸插塞111和對準件112的工藝。沉積摻雜雜質的多晶矽 或上述導電材料以填充接觸孔109，並且進行回蝕刻工藝或化學機械拋光(CMP)工藝以形 成填充接觸孔109的接觸插塞111。沉積導電材料以填充通孔110，並進行回蝕工藝或CMP 工藝以形成填充通孔110的對準件112。參考圖5，形成多個互連層113、116、119和122、多個接觸插塞115、118和121以 及多個層間絕緣層114、117、120和123。例如，在多個互連層113、116、119和122中，互連 層113的一部分被電分離且連接到接觸插塞111，而該互連層113的另一部分連接到對準件 112。互連層113、116、119和122利用沉積工藝和蝕刻工藝被形成。互連層113、116、 119和122由導電材料形成，例如由金屬或包含至少兩種金屬的金屬合金形成。優選地，互 連層113、116、119和122由鋁(Al)形成。接觸插塞115、118和121通過鑲嵌工藝形成在 層間絕緣層114、117、120和123中。為了電連接垂直堆疊的互連層113、116、119和122， 接觸插塞115、118和121由導電材料形成，例如由摻雜雜質的多晶矽、金屬或包含至少兩種 金屬的金屬合金形成。優選地，接觸插塞115、118和121由鎢(W)形成。層間絕緣層114、 117、120和123可以包括選自由BPSG、PSG、BSG、USG、TEOS和HDP構成的組中的一種，或者 可以包括其中至少兩層的堆疊層。此外，層間絕緣層114、117、120和123可以利用CMP工 藝被平坦化。對互連層113、116、119和122以及接觸插塞115、118和121的層數和結構沒有限 制。互連層和接觸插塞的數量和結構可以根據器件設計而以各種方式改變。鈍化層IM形成在層間絕緣層123上。鈍化層IM可以包括選自由BPSG、PSG、 BSG、USG、TEOS和HDP構成的組中的一種。優選地，鈍化層IM利用TEOS或HDP形成為厚 度為大約1000A到大約40000 A。此外，鈍化層1 可以包括氮化物層或氧化物層和氮化 物層的堆疊層。對鈍化層IM進行平坦化工藝。該平坦化工藝可以利用CMP工藝進行。可以進行熱處理工藝以使鈍化層IM緻密。該熱處理工藝可以利用加熱爐通過退 火工藝來進行。
參考圖6，通過圖2到5的工藝製造的第一基板100A接合到第二基板200。該接
合工藝採用氧化物/氧化物接合、氧化物/矽接合、氧化物/金屬接合、氧化物/粘合劑/ 氧化物接合或氧化物/粘合劑/矽接合來進行。例如，氧化物/氧化物(形成在第二基板200上)接合和氧化物/矽(矽基板) 接合用於在利用A或隊的等離子體處理和水處理之後接合兩個基板。除了在水處理之後 接合兩個基板的方法之外，這兩個基板可以在採用胺的化學處理後彼此接合。在氧化物/ 金屬(形成在第二基板200上)接合的情形下，金屬層可以由諸如鈦(Ti)、鋁(Al)、銅(Cu) 等的金屬形成。在氧化物/粘合劑/氧化物接合和氧化物/粘合劑/矽接合的情形下，粘 合件可以採用苯並環丁烷(BCB)。參考圖7，進行背面研磨工藝以研磨第一基板(圖5中的100A)的背面。在對準件 112形成為穿過掩埋氧化物層100-2A的情況下，對準件112通過直到掩埋氧化物層100-2A 的背面研磨工藝而暴露。在該工藝期間，掩埋氧化物層100-2A可以去除預定的厚度。而且， 在對準件112形成為不穿過掩埋氧化物層100-2A的情況下，也就是，在對準件112以預定 的深度延伸進入掩埋氧化物層100-2A的情況下，掩埋氧化物層100-2A可以被整體或部分 去除以暴露對準件112。備選地，掩埋氧化物層100-2A也可以通過獨立的蝕刻工藝而被蝕 刻。在背面研磨工藝之後進行蝕刻工藝，以去除保留在掩埋氧化物層100-2A上的半 導體層100-1A。該蝕刻工藝可以利用幹法蝕刻工藝或溼法蝕刻工藝而進行。優選地，該蝕 刻工藝利用溼法蝕刻工藝進行。當採用溼法蝕刻工藝時，間隙壁140用作蝕刻屏障層。為 此，溼法蝕刻工藝在間隙壁140和半導體層100-1A之間的蝕刻選擇性較高的條件下進行。參考圖8，電連接到對準件112背面的多個焊墊125形成在掩埋氧化物層100-2A 的背面上。焊墊125可以由導電材料例如金屬或包含至少兩種金屬的合金形成。優選地， 焊墊125由鋁(Al)形成。此外，各個焊墊125可以形成為連接到以矩陣形式布置的對準件 112。參考圖9，掩埋氧化物層100-2A的與光電二極體106重疊的部分被蝕刻且被去除。 也就是，掩埋氧化物層100-2A被局部去除，以使得掩埋氧化物層100-2A不存在於重疊光電 二極體106的區域中。下面，被蝕刻的掩埋氧化物層100-2A被稱為掩埋氧化物層100-2B。 由此，半導體層100-3A的與上述重疊區域對應的部分被暴露。參考圖10，抗光散射層1 形成在焊墊125、半導體層100-3A和掩埋氧化物層 100-2B上。抗光散射層1 可以具有多層結構，其中堆疊具有不同折射率的材料。例如， 抗光散射層1 可以包括氧化物層和氮化物層的堆疊層，諸如氧化物/氮化物層或氮化物 /氧化物層，或者可以包括氧化物層和含碳層(SiC)的堆疊層，諸如氧化物/SiC層或SiC/
氧化物層。氧化物層可以包括選自由TEOS、USG、HDP、BSG、PSG和BPSG構成的組中的一種。氮 化物層可以包括矽氮化物(SixNy，其中χ和y是自然數)層或者矽氧氮化物(SixOyNz，其中 χ禾口 y是自然數)層。此外，氮化物層可以包括N-H鍵比Si3N4多的富N-H氮化物層，其中 在矽氮化物層中Si3N4以相對穩定的狀態結合。在形成富N-H氮化物層時，矽烷氣體(SiH4) 與氨氣(NH3)的流速比(SiH4 NH3)在大約1 1到大約1 20的範圍內，優選為大約 1 10。
此外，氮化物層或SiC形成為較薄。氧化物層可以具有大約1000 A到大約 10000 A的厚度，氮化物層或SiC可以具有大約100 A到大約5000 A的厚度。而且，具有多層結構的抗光散射層126的沉積工藝可以在同一腔室中原位進行， 以增加穩定性且減少製造工藝的處理時間。如果無法進行原位工藝，則沉積工藝可以在不 同的腔室中非原位地進行。參考圖11，鈍化層127可以形成在抗光散射層1 上。鈍化層127可以包括絕緣 材料例如氧化物。鈍化層127可以被局部蝕刻，以暴露抗光散射層126的在焊墊125上的部分。濾色器1 和微透鏡130可以順次形成在與光電二極體106重疊的鈍化層127上。 平坦化層1 可以作為覆層(OCL，over-coating layer)形成在鈍化層127與濾色器1 之間以及濾色器1 與微透鏡130之間。平坦化層1 可以由有機材料形成。低溫氧化物(LTO)層131可以形成在微透鏡130、抗光散射層126以及鈍化層127 上。參考圖12，LTO層131A和抗光散射層126A被局部蝕刻，使得焊墊125被全部或部 分暴露以用於配線接合。第一基板100C和第二基板200通過封裝工藝被封裝。封裝工藝包括配線接合工 藝和劃片工藝。配線接合工藝通過利用配線將焊墊125接合到外部晶片來實現。在本發明的實施例中，已經描述了 CMOS圖像傳感器以作為示例。然而，本發明可 以應用於採用背面照明方法及三維集成器件的圖像傳感器。儘管為了說明的目的已經描述 了本發明的示例實施例，但本領域的技術人員應該理解的是，各種修改、添加和部分結合都 是可以的，且不脫離如所附權利要求書所公開的本發明的範圍和精神。
權利要求
1.一種背面照明型圖像傳感器，包括 光接收元件，形成在第一基板中；層間絕緣層，形成在包括所述光接收元件的所述第一基板上；通孔，形成為穿過所述層間絕緣層和所述第一基板並且與所述光接收元件間隔開；間隙壁，形成在所述通孔的內側壁上；對準件，填充所述通孔；互連層，以多層結構形成在所述層間絕緣層上，在該多層結構中所述互連層的最底層 的背面連接到所述對準件； 鈍化層，覆蓋所述互連層；焊墊，局部地形成在所述第一基板的背面上且連接到所述對準件的背面；以及 濾色器和微透鏡，對應於所述光接收元件而形成在所述第一基板的所述背面上。
2.如權利要求1所述的背面照明型圖像傳感器，還包括沿所述通孔的內表面形成在所 述間隙壁與所述對準件之間的屏障層。
3.如權利要求2所述的背面照明型圖像傳感器，還包括形成在所述屏障層與所述間隙 壁之間的粘合層。
4.如權利要求2所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述屏障層包括選自由Ti、TiN, Ta、TaN, AlSiTiN, NiTi, TiBN, ZrBN, TiAlN, TiB2, Ti/TiN 和 Ta/TaN 組成的組中的一種。
5.如權利要求3所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述粘合層包括氧化物層。
6.如權利要求1或5所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述間隙壁包括相對於所述 第一基板具有高蝕刻選擇性的氮化物層。
7.如權利要求1到3之一所述的背面照明型圖像傳感器，還包括形成在所述第一基板 的所述背面與所述濾色器之間的抗光散射層。
8.如權利要求7所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述抗光散射層採用具有不同折 射率的材料形成為多層結構。
9.如權利要求8所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述多層結構包括氧化物層和氮 化物層的堆疊層或者氧化物層和含碳層的堆疊層。
10.如權利要求9所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述含碳層包括SiC層。
11.如權利要求1到3之一所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述對準件包括導電材料。
12.如權利要求1到3之一所述的背面照明型圖像傳感器，其中提供多個所述對準件。
13.如權利要求1到3之一所述的背面照明型圖像傳感器，還包括接合到所述鈍化層的第二基板。
14.如權利要求1到3之一所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述第一基板包括選自 由體基板、外延基板和絕緣體上矽基板構成的組中的一種。
15.如權利要求14所述的背面照明型圖像傳感器，其中所述對準件形成為穿過所述絕 緣體上矽基板的掩埋氧化物層。
16.一種背面照明型圖像傳感器的製造方法，所述方法包括步驟 在第一基板中形成光接收元件；在包括所述光接收元件的所述第一基板上形成層間絕緣層；通過局部蝕刻所述第一基板和所述層間絕緣層而形成通孔；在所述通孔的內側壁上形成間隙壁；形成對準件以填充所述通孔；在包括所述對準件的所述第一基板上形成具有多層結構的互連層；形成鈍化層，以覆蓋所述互連層；將第二基板接合到所述鈍化層；在所述第一基板的背面暴露所述對準件的背面；在所述第一基板的所述背面上局部地形成焊墊，以使得所述焊墊連接到所述對準件的 所述背面；以及在所述第一基板的所述背面上對應於所述光接收元件而形成濾色器和微透鏡。
17.如權利要求16所述的方法，還包括在形成所述間隙壁之後沿所述通孔的內表面形 成屏障層的步驟。
18.如權利要求17所述的方法，還包括在形成所述屏障層之前沿所述通孔的所述內表 面形成粘合層的步驟。
19.如權利要求16所述的方法，其中所述屏障層包括選自由Ti、TiN、Ta、TaN、AlSiTiN、 NiTi、TiBN、ZrBN, TiAIN、TiB2, Ti/TiN 和 Ta/TaN 構成的組中的一種。
20.如權利要求19所述的方法，其中所述粘合層包括氧化物層。
21.如權利要求20所述的方法，其中所述間隙壁包括相對於所述第一基板具有高蝕刻 選擇性的氮化物層。
22.如權利要求16到18之一所述的方法，還包括在形成所述焊墊之後在所述第一基板 的所述背面上形成抗光散射層的步驟。
23.如權利要求22所述的方法，其中所述抗光散射層採用具有不同折射率的材料形成 為多層結構。
24.如權利要求23所述的方法，其中所述多層結構包括氧化物層和氮化物層的堆疊層 或者氧化物層和含碳層的堆疊層。
25.如權利要求24所述的方法，其中所述含碳層包括SiC層。
26.如權利要求16到18之一所述的方法，其中所述對準件包括導電材料。
27.如權利要求16到18之一所述的方法，其中提供多個所述對準件。
28.如權利要求16到18之一所述的方法，其中所述第一基板包括選自由體基板、外延 基板和絕緣體上矽基板構成的組中的一種。
29.如權利要求28所述的方法，其中所述對準件形成為穿過所述絕緣體上矽基板的掩 埋氧化物層。
30.如權利要求28所述的方法，其中暴露所述對準件的所述背面的步驟包括背面研磨所述絕緣體上矽基板的背面；以及蝕刻所述掩埋氧化物層，以暴露所述對準件的所述背面。
31.如權利要求16到18之一所述的方法，還包括在形成所述焊墊之後去除形成在與所 述光接收元件對應的區域上的所述掩埋氧化物層的步驟。
32.如權利要求16到18之一所述的方法，還包括在形成所述濾色器和所述微透鏡之後 封裝所述第一基板和所述第二基板的步驟。
全文摘要
本發明提供一種從晶片背面照射光的背面照明型圖像傳感器及其製造方法。為此，本發明提供的背面照明型圖像傳感器包括光接收元件，形成在第一基板中；層間絕緣層，形成在包括光接收元件的第一基板上；通孔，與光接收元件間隔開且形成為穿過層間絕緣層和第一基板；間隙壁，形成在通孔的內壁上；對準件，形成為容納在通孔中；配線層，在層間絕緣層上形成為多個層，且該多個層的最底層的背表面連接到對準件；保護層，形成為覆蓋配線層；焊墊，局部地形成在第一基板的背表面上且連接到對準件的背表面；以及濾色器和微透鏡，對應於光接收元件形成在第一基板的背表面上。
文檔編號H01L27/146GK102119442SQ200980131173
公開日2011年7月6日 申請日期2009年6月10日 優先權日2008年6月11日
發明者表成奎 申請人:科洛司科技有限公司