本發(fā)明大體來(lái)說(shuō)涉及圖像傳感器，且特定來(lái)說(shuō)但非排他地，涉及圖像傳感器制作方法。

背景技術(shù)：

圖像感測(cè)器已變得無(wú)所不在。其廣泛地用于數(shù)碼靜態(tài)相機(jī)、蜂窩式電話、安全攝像機(jī)以及醫(yī)學(xué)、汽車(chē)及其它應(yīng)用中。用于制造圖像傳感器的技術(shù)一直繼續(xù)快速地進(jìn)展。舉例來(lái)說(shuō)，較高分辨率及較低功率消耗的需求已促進(jìn)了這些裝置的進(jìn)一步小型化及集成。

cmos圖像傳感器有時(shí)被視為大量制造中的最初三維半導(dǎo)體裝置。隨著背側(cè)照明式圖像傳感器的出現(xiàn)，將芯片堆疊集成到制作程序中，所述背側(cè)照明式圖像傳感器涉及使電路、透鏡及光電二極管的結(jié)構(gòu)次序與傳統(tǒng)前側(cè)照明式裝置反向。許多背側(cè)照明式裝置需要將光敏芯片(即，具有光電二極管的芯片)附著到邏輯晶片。此可通過(guò)以下操作而實(shí)現(xiàn)：翻轉(zhuǎn)光敏芯片、薄化芯片的背側(cè)及使用直接氧化物接合來(lái)將芯片的前側(cè)接合到讀出層。穿硅通孔通常用作圍繞背側(cè)照明式裝置的周界的互連件。

然而，隨著裝置架構(gòu)的復(fù)雜性增加，導(dǎo)致制作時(shí)間及成本增加。額外過(guò)程步驟可提高生產(chǎn)費(fèi)用且降低利潤(rùn)率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在一個(gè)方面中，本發(fā)明提供一種圖像傳感器制作方法，其包括：提供半導(dǎo)體材料、絕緣層及邏輯層，其中所述絕緣層安置于所述半導(dǎo)體材料與所述邏輯層之間，其中所述半導(dǎo)體材料包含多個(gè)光電二極管，且其中穿半導(dǎo)體通孔從所述半導(dǎo)體材料延伸穿過(guò)所述絕緣層且延伸到所述邏輯層中；利用封蓋層封蓋所述穿半導(dǎo)體通孔，其中所述封蓋層接近于所述半導(dǎo)體材料安置，且其中所述封蓋層的橫向界限延伸跨越所述穿半導(dǎo)體通孔的橫向界限及所述多個(gè)光電二極管的橫向界限；形成安置于所述半導(dǎo)體材料中的第一溝槽中的金屬墊；在所述封蓋層上及所述半導(dǎo)體材料中的所述第一溝槽中沉積絕緣材料，其中所述金屬墊由所述絕緣材料覆蓋；在所述絕緣材料中的第二溝槽中沉積抗蝕劑，其中所述絕緣材料中的所述第二溝槽與所述金屬墊對(duì)準(zhǔn)；移除所述絕緣材料以暴露所述封蓋層；移除所述封蓋層的接近于所述多個(gè)光電二極管安置的一部分；及接近于所述多個(gè)光電二極管形成金屬柵格。

在另一方面中，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置制作方法，其包括：形成包含半導(dǎo)體材料、絕緣層及邏輯層的至少三個(gè)裝置層，其中所述絕緣層安置于所述半導(dǎo)體材料與所述邏輯層之間，且其中所述半導(dǎo)體材料包含多個(gè)光電二極管；形成從所述半導(dǎo)體材料延伸到所述邏輯層的穿半導(dǎo)體通孔；在所述穿半導(dǎo)體通孔上形成封蓋層，其中所述封蓋層的橫向界限延伸跨越所述穿半導(dǎo)體通孔及所述多個(gè)光電二極管；形成安置于所述半導(dǎo)體材料中的第一溝槽中的金屬墊；在所述封蓋層上及所述半導(dǎo)體材料中的所述第一溝槽中沉積絕緣材料；在所述絕緣材料中的第二溝槽中沉積抗蝕劑，其中所述絕緣材料中的所述第二溝槽與所述金屬墊對(duì)準(zhǔn)；移除所述絕緣材料且移除所述封蓋層的接近于所述多個(gè)光電二極管安置的一部分；及在所述多個(gè)光電二極管上方形成金屬柵格。

附圖說(shuō)明

參考以下各圖描述本發(fā)明的非限制性及非窮盡性實(shí)例，其中除非另有規(guī)定，否則貫穿各個(gè)視圖相似參考編號(hào)指代相似部件。

圖1a到1e圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例性圖像傳感器制作方法。

圖2是圖解說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的教示的實(shí)例性圖像傳感器制作方法的流程圖。

貫穿圖式的數(shù)個(gè)視圖，對(duì)應(yīng)參考字符指示對(duì)應(yīng)組件。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，圖中的元件是為簡(jiǎn)單及清晰起見(jiàn)而圖解說(shuō)明的，且未必按比例繪制。舉例來(lái)說(shuō)，為幫助改進(jìn)對(duì)本發(fā)明的各種實(shí)施例的理解，各圖中的元件中之一些元件的尺寸可相對(duì)于其它元件被放大。而且，通常不描繪商業(yè)上可行的實(shí)施例中有用或必需的常見(jiàn)而眾所周知的元件以便促進(jìn)對(duì)本發(fā)明的這些各種實(shí)施例的較不受阻礙觀看。

具體實(shí)施方式

本文中描述用于將用作蝕刻停止層的穿半導(dǎo)體通孔封蓋層的設(shè)備及方法的實(shí)例。在以下描述中，陳述眾多特定細(xì)節(jié)以便提供對(duì)實(shí)例的透徹理解。然而，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，本文中所描述的技術(shù)可在不具有特定細(xì)節(jié)中的一或多者的情況下或利用其它方法、組件、材料等來(lái)實(shí)踐。在其它實(shí)例中，未詳細(xì)展示或描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或操作以避免使特定方面模糊。

貫穿本說(shuō)明書(shū)對(duì)“一個(gè)實(shí)例”或“一實(shí)施例”的提及意指結(jié)合所述實(shí)例所描述的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)例中。因此，貫穿本說(shuō)明書(shū)在各個(gè)地方中短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)例中”或“在一個(gè)實(shí)施例中”的出現(xiàn)未必全部是指同一實(shí)例。此外，在一或多個(gè)實(shí)例中可以任何適合方式組合所述特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。

貫穿本說(shuō)明書(shū)，使用數(shù)個(gè)技術(shù)術(shù)語(yǔ)。這些術(shù)語(yǔ)將呈現(xiàn)其在其所屬領(lǐng)域中的普通含義，除非本文中另外具體定義或其使用的上下文將另外清晰地暗示。應(yīng)注意，在本文件中，元件名稱(chēng)及符號(hào)可互換地使用(例如，si與硅)；然而，兩者具有相同含義。

圖1a到1e圖解說(shuō)明在各種制作階段期間的實(shí)例性圖像傳感器100。應(yīng)注意，制作圖1a到1e中所圖解說(shuō)明的圖像傳感器100的方法僅描述圖像傳感器制作過(guò)程的一部分。已省略數(shù)個(gè)步驟以便避免使特定方面模糊。圖1a到1e中的一些或全部圖解說(shuō)明制作圖像傳感器100的各種階段的次序不應(yīng)視為具限制性。而是，受益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，圖1a到1e中所展示的制作圖像傳感器100的所圖解說(shuō)明階段可以未圖解說(shuō)明的多種次序或甚至并行地發(fā)生。

圖1a描繪提供圖像傳感器100的半導(dǎo)體材料151、絕緣層131及邏輯層111。絕緣層131安置于半導(dǎo)體材料151與邏輯層111之間。半導(dǎo)體材料151包含多個(gè)光電二極管(其在像素區(qū)域103中且由深溝槽隔離件155個(gè)別地分離)及穿半導(dǎo)體通孔(tsv)133，所述tsv從半導(dǎo)體材料151延伸穿過(guò)絕緣層131且延伸到邏輯層111中。在所描繪實(shí)施例中，電介質(zhì)接合層191安置于絕緣層131與邏輯層111之間。tsv133延伸穿過(guò)電介質(zhì)接合層191以到達(dá)邏輯層111。

在所描繪實(shí)例中，金屬墊153已經(jīng)形成且安置于半導(dǎo)體材料151中的第一溝槽中。金屬墊153安置于墊區(qū)域107中。絕緣層131包含多個(gè)互連件135以及延伸穿過(guò)半導(dǎo)體材料151且接觸多個(gè)互連件135的金屬墊153。此外，穿半導(dǎo)體通孔133橫向延伸到絕緣層131中且電耦合到多個(gè)互連件135。多個(gè)互連件135中的個(gè)別互連件彼此連接(通過(guò)金屬通孔137)且連接到穿半導(dǎo)體通孔133的部分，所述穿半導(dǎo)體通孔的部分延伸到絕緣層131中。在一個(gè)實(shí)例中，穿半導(dǎo)體通孔133的一部分從tsv區(qū)域109延伸穿過(guò)墊區(qū)域107且延伸到外圍區(qū)域105中。

在一或多個(gè)實(shí)例中，形成金屬墊153包含：(1)穿過(guò)封蓋層167且向半導(dǎo)體材料151中蝕刻第一溝槽；(2)在第一溝槽的壁上形成絕緣材料161；及(3)在第一溝槽中沉積金屬墊153。在此實(shí)例中，在第一溝槽的壁上形成絕緣材料161可涉及用絕緣材料161填充第一溝槽及在絕緣材料161中蝕刻至少一個(gè)孔。接著可在所述至少一個(gè)孔中沉積金屬墊153。在一個(gè)實(shí)例中，絕緣材料161可包含氧化硅或任何其它適合氧化物。

在一或多個(gè)實(shí)例中，金屬墊153可包含鋁且多個(gè)互連件135可包含銅。然而，在其它實(shí)例中，金屬墊153及多個(gè)互連件135可包含任何適合導(dǎo)體，例如鋁、銅、鈦、銀、金、錫、硅、鍺等等。

在所描繪實(shí)例中，封蓋層167已形成于穿半導(dǎo)體通孔133上，且封蓋層167接近于半導(dǎo)體材料151安置。應(yīng)注意，封蓋層167的橫向界限延伸跨越穿半導(dǎo)體通孔133的橫向界限及多個(gè)光電二極管(即，深溝槽隔離件155之間的區(qū))的橫向界限。在一或多個(gè)實(shí)例中，封蓋層167可包含sin或任何其它適合的電介質(zhì)，且可在后續(xù)高溫處理步驟期間幫助防止穿半導(dǎo)體通孔133中的金屬?gòu)膖sv區(qū)域109擴(kuò)散出。

圖1b描繪在封蓋層167上且在半導(dǎo)體材料151中的第一溝槽中沉積絕緣材料161。金屬墊153由絕緣材料161覆蓋。值得注意的是，第二溝槽形成于絕緣材料161中且第二溝槽安置于金屬墊153上面。第二溝槽可為將絕緣材料161沉積于第一溝槽中從而在絕緣材料161中產(chǎn)生后續(xù)第二溝槽的結(jié)果。

在一個(gè)實(shí)例中，在封蓋層167上沉積絕緣材料161包含沉積氧化物(例如氧化硅等等)，且氧化物的厚度大于(更具體來(lái)說(shuō)厚度為)。

圖1c展示在絕緣材料161中的第二溝槽中沉積抗蝕劑171。在一或多個(gè)實(shí)例中，抗蝕劑171可包含聚合物或小分子光致抗蝕劑，或者可包含選擇性蝕刻氧化物材料。

圖1d展示移除絕緣材料161以暴露封蓋層167。值得注意的是，抗蝕劑171仍存在于裝置的表面上且安置于金屬墊153上面。這是因?yàn)樵谒枥L實(shí)例中，使用選擇性蝕刻來(lái)移除絕緣材料161的位于裝置的表面上的塊體。在一個(gè)實(shí)例中，可經(jīng)由蝕刻后溶劑洗滌來(lái)移除抗蝕劑171。

在一個(gè)實(shí)例中，拋光掉的氧化物材料係具挑戰(zhàn)性的，這是因?yàn)楫?dāng)完成拋光時(shí)裝置的表面粗糙度可超過(guò)>rms。此大的表面粗糙度可以若干種方式(包含但不限于提供不均勻表面來(lái)構(gòu)建裝置架構(gòu)的其它層，例如彩色濾光器層及微透鏡)使圖像質(zhì)量降級(jí)。因此，此處所揭示的過(guò)程允許使用蝕刻劑來(lái)移除絕緣材料161以便保持低的表面粗糙度且不使最終圖像傳感器質(zhì)量降級(jí)。

圖1e展示移除封蓋層167的接近于多個(gè)光電二極管安置的一部分，且接近于多個(gè)光電二極管形成金屬柵格163，使得金屬柵格163與多個(gè)光電二極管光學(xué)對(duì)準(zhǔn)。掩埋式彩色濾光器陣列173可經(jīng)形成使得掩埋式彩色濾光器陣列173中的個(gè)別彩色濾光器由金屬柵格163分離。在一個(gè)實(shí)例中，金屬柵格163可防止多個(gè)光電二極管之間的光學(xué)串?dāng)_。在另一或同一實(shí)例中，金屬柵格163可包含鈦，且深溝槽隔離件155可包含鎢。

圖2是圖解說(shuō)明實(shí)例性圖像傳感器制作方法200的流程圖。應(yīng)注意，圖2中的流程圖僅描述圖像傳感器制作過(guò)程的一部分。已省略數(shù)個(gè)步驟以便避免使特定方面模糊。此外，過(guò)程框201到215中的一些或全部過(guò)程框在方法200中出現(xiàn)的次序不應(yīng)視為具限制性。而是，受益于本發(fā)明的所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解，方法200中的一些可以未圖解說(shuō)明的多種次序或甚至并行地執(zhí)行。

過(guò)程框201描繪提供半導(dǎo)體材料(例如，半導(dǎo)體材料151)、絕緣層(例如，絕緣層131)及邏輯層(例如，邏輯層111)。在一個(gè)實(shí)例中，絕緣層安置于半導(dǎo)體材料與邏輯層之間。在一個(gè)實(shí)例中，邏輯層可包含控制電路及讀出電路?？刂齐娐房神詈系桨雽?dǎo)體材料中的多個(gè)光電二極管且控制圖像獲取。讀出電路可耦合到多個(gè)光電二極管以讀出多個(gè)光電二極管中所產(chǎn)生的圖像電荷。邏輯層還可包含控制圖像傳感器及/或操縱從圖像傳感器提取的圖像數(shù)據(jù)的其它硬件/軟件。

過(guò)程框203圖解說(shuō)明形成穿半導(dǎo)體通孔(例如，穿半導(dǎo)體通孔133)。在一或多個(gè)實(shí)例中，如果半導(dǎo)體材料是硅晶片/層，那么穿半導(dǎo)體通孔可為穿硅通孔?？赏ㄟ^(guò)蝕刻從半導(dǎo)體材料延伸穿過(guò)絕緣層且延伸到邏輯層中的孔而實(shí)現(xiàn)形成穿半導(dǎo)體通孔?？山又媒^緣材料(例如氧化物)及導(dǎo)電材料(例如金屬，像如銅)來(lái)回填通孔。絕緣材料可安置于所述孔的壁上以使裝置架構(gòu)的其它組件與穿半導(dǎo)體通孔的導(dǎo)電部分絕緣。

過(guò)程框205展示在穿半導(dǎo)體通孔及多個(gè)光電二極管上形成封蓋層。在一個(gè)實(shí)例中，封蓋層包含氮化硅但可包含任何其它適合氧化物或氮化物材料。在一個(gè)實(shí)例中，封蓋層安置于穿半導(dǎo)體通孔的在將導(dǎo)電材料沉積于穿半導(dǎo)體通孔中之后被暴露的部分上。此可用以防止穿半導(dǎo)體通孔中所使用的銅或其它金屬的外擴(kuò)散。

作為在穿半導(dǎo)體通孔上形成封蓋層的附帶結(jié)果(byproduct)，裝置的像素區(qū)域也由封蓋層覆蓋。在本實(shí)例中，此為合意的，這是因?yàn)榉馍w層兼作后續(xù)過(guò)程框中的選擇性蝕刻停止層且防止損壞多個(gè)光電二極管。

在過(guò)程框207中，在半導(dǎo)體材料中形成金屬墊。金屬墊可經(jīng)安置使得其接觸絕緣層中的金屬互連件。在一個(gè)實(shí)例中，金屬墊是鋁。為形成金屬墊，必須蝕刻半導(dǎo)體材料以形成從半導(dǎo)體材料的表面延伸到絕緣層中的孔。在一或多個(gè)實(shí)例中，用絕緣材料給所述孔的在半導(dǎo)體材料中的部分加襯以便防止金屬墊與半導(dǎo)體材料之間的不想要的電通信?？赏ㄟ^(guò)用絕緣材料回填所述孔且在絕緣材料中蝕刻一或多個(gè)較小孔以接觸絕緣層中的電互連件而實(shí)現(xiàn)給半導(dǎo)體材料中的所述孔加襯。

過(guò)程框209描繪在金屬墊上沉積絕緣材料。在一個(gè)實(shí)例中，此可在后續(xù)半導(dǎo)體過(guò)程步驟期間阻止金屬墊被損壞。在另一或同一實(shí)例中，在金屬墊上沉積絕緣材料可包含沉積氧化物(例如氧化硅等等)。

值得注意的是，當(dāng)在金屬墊上沉積絕緣材料時(shí)，絕緣材料也在半導(dǎo)體材料/封蓋層的表面上堆積。此可在金屬墊上面于絕緣材料中產(chǎn)生凹坑(divot)(或第二溝槽)。

在過(guò)程框211中，在金屬墊上面的第二溝槽中沉積抗蝕劑。此允許對(duì)絕緣材料的后續(xù)蝕刻而不損壞金屬墊。

過(guò)程框213描繪移除絕緣材料且移除封蓋層的安置于多個(gè)光電二極管上方的部分。封蓋層的安置于穿半導(dǎo)體通孔上方的部分將保留，這是因?yàn)槿缦惹八愂?，此防止金屬外擴(kuò)散(其可污染裝置的其它部分)。

可經(jīng)由化學(xué)蝕刻而實(shí)現(xiàn)從半導(dǎo)體材料的表面移除絕緣材料，這是因?yàn)榉馍w層將在化學(xué)蝕刻劑到達(dá)半導(dǎo)體材料之前阻礙所述蝕刻劑的前進(jìn)。可經(jīng)由化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)等等來(lái)移除殘余絕緣材料及封蓋層。此外，可利用常規(guī)手段(例如溶劑洗滌或化學(xué)蝕刻，取決于所采用抗蝕劑的類(lèi)型)來(lái)移除抗蝕劑。

過(guò)程框215圖解說(shuō)明在多個(gè)光電二極管上面形成金屬柵格。通過(guò)選擇性地圖案化并沉積金屬而實(shí)現(xiàn)形成金屬柵格。圖案化可涉及使用光致抗蝕劑等等來(lái)形成預(yù)定義圖案。在一個(gè)實(shí)例中，掩埋式彩色濾光器層沉積于金屬柵格之間，使得金屬柵格防止多個(gè)光電二極管中的個(gè)別光電二極管之間的光學(xué)串?dāng)_。在一個(gè)實(shí)例中，金屬屏蔽物(即，金屬屏蔽物165)也制作于半導(dǎo)體材料的外圍區(qū)域中。金屬屏蔽物可為形成金屬柵格的附帶結(jié)果，且可經(jīng)安置以防止光到達(dá)光敏裝置架構(gòu)的層/元件。

在一個(gè)實(shí)例中，方法200可構(gòu)成在形成包含于數(shù)碼相機(jī)、移動(dòng)電話、膝上型計(jì)算機(jī)等等中的高性能圖像傳感器中的數(shù)個(gè)關(guān)鍵步驟。在無(wú)方法200的情況下，圖像傳感器的生產(chǎn)成本可顯著較高。

包含發(fā)明摘要中所描述內(nèi)容的本發(fā)明的所圖解說(shuō)明實(shí)例的以上描述并非打算為窮盡性的或?qū)⒈景l(fā)明限制于所揭示的精確形式。盡管出于說(shuō)明性目的而在本文中描述了本發(fā)明的特定實(shí)例，但如所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可在本發(fā)明的范圍內(nèi)做出各種修改。

可鑒于以上詳細(xì)描述對(duì)本發(fā)明做出這些修改。所附權(quán)利要求書(shū)中所使用的術(shù)語(yǔ)不應(yīng)理解為將本發(fā)明限制于本說(shuō)明書(shū)中所揭示的特定實(shí)例。而是，本發(fā)明的范圍將完全由所附權(quán)利要求書(shū)來(lái)確定，所述權(quán)利要求書(shū)將根據(jù)權(quán)利要求解釋的既定原則來(lái)加以理解。