[发明专利]背照式图像传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了背照式图像传感器及其形成方法，该方法包括：提供具有正面和背面的衬底；刻蚀所述衬底的背面，形成沟槽；至少在所述沟槽侧壁和底部形成第一介质层；在所述沟槽的下部填充第二介质层；通过沉积和刻蚀工艺，形成第一金属层；其中，所述第一金属层的下部填充所述沟槽的上部，所述第一金属层的上部位于所述沟槽的上方。本发明技术方案通过第一金属层的下部填充背面沟槽隔离结构的上部，可以降低相邻的像素之间的光线串扰；第一金属层的上部设置在背面沟槽隔离结构的上方，可以进一步降低相邻的像素之间的光线串扰。

技术领域

本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及背照式图像传感器及其制备方法。

背景技术

CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor, CIS）是将光学图像转化为电信号的半导体器件。CIS包括用于感光的光电二极管(photodiode, PD)和用于将所感测的光处理为电信号的逻辑电路。

常用于光学成像器件的一种类型的图像传感器是背照式图像传感器。背照式图像传感器采用背面深沟槽隔离(backside deep trench isolation, BDTI)来对各个像素进行隔离，来减少进光造成的串扰(crosstalk)。BDTI的材料通常采用氧化物或其他介质材料，利用入射光在一定角度产生全反射，从而达到防止光串扰的效果。在BDTI上方采用一定厚度的金属栅格隔离滤光材料。在BDTI和金属栅格之间有一定厚度的透明缓冲层，入射光通过滤光材料入射到BDTI的过程中，由于在缓冲层以及BDTI中不存在金属栅格，当入射角度过大的时候，在缓冲层和BDTI的上方区域容易发生光串扰。因此，如何有效降低串扰成为一大技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，一方面，本发明提出了一种背照式图像传感器的形成方法，至少包括：提供具有正面和背面的衬底；刻蚀所述衬底的背面，形成沟槽；至少在所述沟槽侧壁和底部形成第一介质层；在所述沟槽的下部填充第二介质层；通过沉积和刻蚀工艺，形成第一金属层；其中，所述第一金属层的下部填充所述沟槽的上部，所述第一金属层的上部位于所述沟槽的上方。

可选地，所述第一介质层包括第一子介质层、第二子介质层和第三子介质层；所述在所述沟槽侧壁和底部形成第一介质层包括：在所述衬底的背面、所述沟槽侧壁和底部形成第一子介质层；在所述第一子介质层表面形成第二子介质层；在所述第二子介质层表面形成第三子介质层。

可选地，所述在所述衬底的背面、所述沟槽侧壁和底部形成第一子介质层包括：通过氧化所述衬底的背面、所述沟槽侧壁和底部，形成所述第一子介质层。

可选地，所述在所述第一子介质层表面形成第二子介质层包括：通过原子层沉积方式，形成所述第二子介质层；所述第二子介质层包括氧化铪、氧化铝或氧化钽中的至少一种。

可选地，所述在所述第二子介质层表面形成第三子介质层包括：在所述第二子介质层表面沉积第三子介质层；所述第三子介质层为氧化硅。

可选地，所述在所述沟槽的下部填充第二介质层包括：在所述衬底的背面沉积所述第二介质层，以填充所述沟槽；通过化学机械研磨，对所述衬底的背面进行减薄，停止在第三子介质层上；通过刻蚀工艺，去除所述沟槽上部的部分第二介质层。

可选地，所述通过沉积和刻蚀工艺，形成第一金属层包括：在所述衬底的背面沉积第一金属层对应的金属材料，以填充所述沟槽的上部；通过化学机械研磨，对所述衬底的背面的金属材料进行减薄；通过刻蚀工艺，形成栅格状的第一金属层，使所述第一金属层的上部位于所述沟槽的上方。

可选地，所述背照式图像传感器的形成方法还包括：在所述衬底的背面沉积第三介质层；对所述衬底的背面进行化学机械研磨；在所述第三介质层上形成金属栅格结构；所述金属栅格结构与所述第一金属层存在偏移；在所述金属栅格结构表面形成第四介质层；在所述第四介质层上形成滤光片和微透镜。

可选地，所述第三介质层为低折射率材料。