[发明专利]图像传感器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种图像传感器及其制作方法。

背景技术

图像传感器是将光学信号转化为电学信号的半导体器件。图像传感器包括用于感光的光电二极管和用于将所述感测的光学信号转化为电学信号的逻辑器件。

图像传感器可分为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电耦合器件(CCD)图像传感器。CCD图像传感器的优点是对图像敏感度较高且噪声小，但是CCD图像传感器与其他器件的集成比较困难，而且CCD图像传感器的功耗较高。相比之下，CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此，随着技术发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。

图像传感器的核心元件是像素单元(pixel cell)，像素单元直接影响图像传感器的尺寸大小、暗电流水平、噪声水平、成像通透性、图像色彩饱和度和图像缺陷等因素。此外，像素单元与逻辑器件之间的电连接性能也会相应影响图像传感器的性能。为了克服光损耗等问题，提出背照式(BSI，back side illumination)图像传感器，背照式图像传感器中，光不经过逻辑器件，而是从衬底背面直接照射到光电二极管，因此，光电二极管的光响应特性提高。

然而，现有技术制作的背照式图像传感器的性能仍有待提高。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种图像传感器及其制作方法，改善图像传感器的电学性能。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器，包括：像素晶圆，所述像素晶圆包括：基底，所述基底具有正面和与所述正面相对的背面；位于所述基底正面的栅极结构；位于所述基底正面的介质层，且所述介质层覆盖所述栅极结构；位于所述介质层内的金属插塞，所述金属插塞位于所述栅极结构顶部表面且与所述栅极结构电连接；位于所述介质层内且通过所述金属插塞与所述栅极结构电连接的导电结构，所述导电结构包括至少一层金属层，其中，所述导电结构中与所述金属插塞相接触的金属层为底层金属层；贯穿所述基底以及部分厚度介质层的导电插塞，且所述导电插塞与所述底层金属层导电结构中的金属层相接触；位于所述像素晶圆基底背面的衬垫层，且所述衬垫层与所述导电插塞电连接。

可选的，所述导电结构包括：多层相互分立的金属层；位于相邻层金属层之间的连接插塞，所述连接插塞电连接相邻层金属层。

可选的，所述导电结构中与所述金属插塞相接触的金属层为底层金属层，且所述导电插塞与所述底层金属层相接触。

可选的，所述图像传感器还包括：承载晶圆，其中，所述像素晶圆倒装置于所述承载晶圆表面，所述承载晶圆与所述像素晶圆相键合，且所述承载晶圆指向像素晶圆的方向与所述正面指向正面的方向一致。

可选的，所述栅极结构包括：栅介质层以及位于所述栅介质层表面的多晶硅栅。

可选的，所述衬垫层位于所述基底部分背面；所述图像传感器还包括：位于所述像素晶圆基底背面的绝缘层，所述绝缘层覆盖所述衬垫层侧壁表面，且露出所述衬垫层部分或者整个顶部表面。

相应的，本发明还提供一种图像传感器的制作方法，包括：提供像素晶圆，所述像素晶圆包括：基底，所述基底具有正面和与所述正面相对的背面；位于所述基底正面的栅极结构；位于所述基底正面的介质层，且所述介质层覆盖所述栅极结构；位于所述介质层内的金属插塞，所述金属插塞位于所述栅极结构顶部表面且与所述栅极结构电连接；位于所述介质层内且通过所述金属插塞与所述栅极结构电连接的导电结构，所述导电结构包括至少一层金属层，其中，所述导电结构中与所述金属插塞相接触的金属层为底层金属层；沿所述基底背面指向正面的方向上，对所述基底以及部分厚度的介质层进行刻蚀形成通孔，直至露出所述底层金属层导电结构中的金属层表面；形成填充满所述通孔的导电插塞，且所述导电插塞与所述底层金属层导电结构中的金属层相接触；在所述像素晶圆基底背面形成衬垫层，且所述衬垫层与所述导电插塞电连接。

可选的，形成所述通孔的工艺步骤包括：在所述基底背面形成图形化的光刻胶层；以所述图形化的光刻胶层为掩膜，采用干法刻蚀工艺，刻蚀所述基底以及部分厚度的介质层，直至暴露出所述底层金属层表面；去除所述图形化的光刻胶层。

可选的，所述导电结构包括：多层相互分立的金属层，其中，与所述金属插塞相接触的金属层为底层金属层；位于相邻层金属层之间的连接插塞，所述连接插塞电连接相邻层金属层；其中，在刻蚀形成所述通孔的工艺步骤中，刻蚀直至露出所述底层金属层表面。