一种图像传感器的制备方法与流程

1.本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种图像传感器的制备方法。


背景技术：

2.图像传感器是将光学图像转换成电信号的背照式传感器，背照式图像传感器通过没有布线层背面接收入射光，避免金属线路和晶体管结构对入射光的阻碍，相比正照式图像传感器具有更高的宽容度，更快的数据吞吐速率，以及更好的低光照成像能力，已经成为图像传感器的主流。
3.随着技术的发展，远红外成像的应用也越来越广泛，例如安保监控，虹膜扫描仪，飞行时间(tof)传感器等。背照式图像传感器在工业应用也越来越广泛，工业应用需要的像素单元较大，而背照式大像素图像传感器会出现器件均匀性较差的问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种图像传感器的制备方法，解决图像传感器均匀性差的问题。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种图像传感器的制备方法，包括：
6.提供衬底，所述衬底包括像素区及位于所述像素区外围的逻辑区，所述衬底的逻辑区中形成有互联结构；
7.在所述衬底的第一表面上形成金属层，所述金属层包括覆盖所述像素区的第一部分和覆盖所述逻辑区的第二部分，所述第二部分与所述互联结构电性连接；
8.刻蚀所述第一部分以形成多个贯穿的第一凹槽；
9.在所述金属层上顺形地形成钝化层，并刻蚀所述逻辑区的钝化层以减薄所述逻辑区的钝化层；
10.对所述钝化层进行平坦化工艺；
11.在所述钝化层上形成镜片结构。
12.可选的，在所述衬底的第一表面上形成金属层之前还包括：
13.刻蚀所述衬底形成若干深沟槽；
14.在所述衬底上形成反射层，所述反射层至少填充所述深沟槽。
15.可选的，在相邻的两个所述深沟槽之间的所述衬底内形成光电二极管。
16.可选的，所述第一凹槽的横向宽度大于5μm。
17.可选的，所述像素区的所述钝化层上具有与所述第一沟槽一一对应的第二凹槽，所述第二凹槽的深度为
18.可选的，所述钝化层的厚度大于10μm。
19.可选的，所述像素区的所述钝化层上具有与所述第一沟槽一一对应的第二凹槽，刻蚀所述逻辑区的钝化层以减薄所述逻辑区的钝化层之后，所述钝化层位于所述逻辑区的部分的顶面高度高于所述第二凹槽的底面高度。
20.可选的，刻蚀所述逻辑区的钝化层以减薄所述逻辑区的钝化层之后，所述钝化层位于所述逻辑区的部分的顶面高度与所述第二凹槽的底面高度的高度差大于
21.可选的，刻蚀所述逻辑区的钝化层以减薄所述逻辑区的钝化层之后，所述钝化层位于所述逻辑区的部分的厚度大于
22.可选的，在所述衬底的第一表面上形成所述金属层之前，还包括：
23.在所述衬底的第二表面形成金属互联层，所述金属互联层与所述互联结构电性连接。
24.本发明提供了一种图像传感器的制备方法，包括：提供衬底，所述衬底包括像素区及位于所述像素区外围的逻辑区，所述衬底的逻辑区中形成有互联结构；在所述衬底的第一表面上形成金属层，所述金属层包括覆盖所述像素区的第一部分和覆盖所述逻辑区的第二部分，所述第二部分与所述互联结构电性连接；刻蚀所述第一部分以形成多个贯穿的第一凹槽；在所述金属层上顺形地形成钝化层，并刻蚀所述逻辑区的钝化层以减薄所述逻辑区的钝化层；对所述钝化层进行平坦化工艺；在所述钝化层上形成镜片结构。本发明在平坦化工艺之前对所述逻辑区的所述钝化层进行刻蚀，降低所述逻辑区的所述钝化层的厚度，提高所述钝化层的平坦化工艺的均匀性，进而提高所述图像传感器的均匀性。
附图说明
25.图1a～1b为一种图像传感器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
26.图2为本发明提供的一种图像传感器的制备方法的流程图；
27.图3a～3e为本发明提供的一种图像传感器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图；
28.其中，附图说明为：
29.100、200-衬底；a、a-逻辑区；b、b-像素区；101、201-金属互联层；102、202-深沟槽；104、204-反射层；206-金属层；107、207-第二部分；108、208-第一部分；109、209-第一凹槽；110、210-钝化层；111、211-第二凹槽。
具体实施方式
30.图1a～1b为一种图像传感器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，如图1a所示，提供衬底100，所述衬底100包括像素区a及位于所述像素区a外围的逻辑区b，所述衬底100的逻辑区b中形成有互联结构；刻蚀所述衬底100的第一表面形成若干深沟槽102；在所述衬底100上形成反射层104，所述反射层104至少填充所述深沟槽102；在所述衬底100的第一表面上形成金属层，所述金属层包括覆盖所述像素区a的第一部分108和覆盖所述逻辑区b的第二部分107，所述第二部分107与所述互联结构电性连接；刻蚀所述第一部分108以形成多个贯穿的第一凹槽109；在所述金属层上顺形地形成钝化层110，由于所述像素区b上的所述第一部分108具有所述第一凹槽109，所述像素区b的所述钝化层110上具有第二凹槽111。
31.如图1b所示，对所述钝化层110进行平坦化工艺，所述平坦化工艺可以是化学机械研磨工艺。在对所述钝化层110进行化学机械研磨的过程中，由于位于所述像素区b上方的所述钝化层110具有所述第二凹槽111，而所述逻辑区a上的所述钝化层110不具有所述第二
凹槽111，导致所述像素区b与所述逻辑区a上方的所述钝化层110的研磨速度不同。所述像素区b上方的所述钝化层110的研磨速度较快，当所述第二凹槽111被去除，所述像素区b上方的所述钝化层110达到预设厚度h2时，所述逻辑区a上的所述钝化层110由于较慢的研磨速度，并未达到预设厚度h2；且由于化学机械研磨所述用的研磨头具有一定的弹性，所述逻辑区a上的所述钝化层110在远离所述像素区b的部分会形成如图1b所示的斜坡结构，所述斜坡结构的厚度h1大于所述预设厚度h2，一般的，所述h1为所述h2的两倍。所述斜坡结构影响所述图像传感器的器件均匀性，进而对所述器件的性能造成影响。
32.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
33.在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些文本未描述的其它步骤可被添加到该方法。
34.图2为本实施例提供的一种图像传感器的制备方法的流程图，如图2所示，本发明提供了一种图像传感器的制备方法，包括：
35.步骤s1：提供衬底，所述衬底包括像素区及位于所述像素区外围的逻辑区，所述衬底的逻辑区中形成有互联结构；
36.步骤s2：在所述衬底的第一表面上形成金属层，所述金属层包括覆盖所述像素区的第一部分和覆盖所述逻辑区的第二部分，所述第二部分与所述互联结构电性连接；
37.步骤s3：刻蚀所述第一部分以形成多个贯穿的第一凹槽；
38.步骤s4：在所述金属层上顺形地形成钝化层，并刻蚀所述逻辑区的钝化层以减薄所述逻辑区的钝化层；
39.步骤s5：对所述钝化层进行平坦化工艺；
40.步骤s6：在所述钝化层上形成镜片结构。
41.图3a～3e为提供的一种图像传感器的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，下面结合附图3a～3e对本实施例提供的一种图像传感器的制备方法进行更详细的描述，其中图示了本发明的优选实施例。
42.如图3a所示，提供衬底200，所述衬底200具有像素区b和逻辑区a，所述逻辑区a位于所述逻辑区a的外围，所述像素区b用于形成图像传感器的各种器件结构，所述逻辑区a内形成有各种互联结构。
43.在所述衬底200的第二表面形成金属互联层201，所述金属互联层201可以采用常规的制造方法，例如形成介电层然后对所述介电层进行图案化，以形成开口并选用导电材料填充所述开口，依次形成各个金属互联结构和通孔，以形成金属互联层201。所述金属互联层201与所述逻辑区a的互联结构电性连接。
44.进一步的，刻蚀所述衬底200的第一表面，在所述像素区b上形成若干深沟槽202，若干所述深沟槽202的深度可以不同或相同，在本实施例中若干深度不同的所述深沟槽202交替排列。
45.在相邻的两个所述深沟槽202之间的所述衬底200内形成光电二极管，以实现光电转换。
46.在所述衬底200上形成反射层204，所述反射层204填充所述深沟槽202并延伸覆盖所述电介质层的表面，以构成深沟槽隔离结构。所述深沟槽结构可以抑制所述图像传感器的光学串扰和电串扰，并有效的增强像素隔离。
47.作为可选实施例，所述反射层204还可以仅填充在所述深沟槽202中。
48.所述反射层204可以是平坦化的膜层，从而进一步保证所述图像传感器的器件均匀性。
49.在所述反射层204上形成金属层206，所述金属层206覆盖所述反射层204。所述金属层206包括覆盖所述像素区a的第一部分208和覆盖所述逻辑区b的第二部分207。
50.所述第二部分207的宽度大于1000μm，所述第二部分207与所述互联结构电性连接。
51.其中，所述金属层206的材料可以是钨、镍、钛等金属。所述金属层206的沉积方法可以为金属有机化学气相沉积或者低压化学气相沉积。
52.如图3b所示，在所述金属层206上旋涂形成光刻胶，并曝光显影形成图形化后的光刻胶。以图形化后的光刻胶为掩膜刻蚀所述第一部分208，以形成多个贯穿的第一凹槽209；最后灰化除去所述光刻胶。
53.所述第一凹槽209露出部分所述反射层204，且由于本实施例中对于背照式图像传感器具有大像素的要求，所述第一凹槽209的宽度大于5μm，以提供工业上要求的更大的像素，同时所述第一凹槽209使得所述第一部分208呈栅格状，可有效减少所述图像传感器的光学串扰。
54.如图3c所示，在所述金属层206上顺形地形成钝化层210，所述钝化层210填充所述第一凹槽209，并延伸覆盖所述第二部分207，所述钝化层210的厚度大于10μm。由于所述钝化层210需要填充所述第一凹槽209，所述像素区b内的钝化层210会形成第二凹槽211，所述第二凹槽211的深度为
55.由于所述像素区b的所述钝化层210具有第二凹槽211，若直接对所述钝化层210进行平坦化工艺，位于所述逻辑区a与所述像素区b的所述钝化层210刻蚀速度会出现差异，所述逻辑区a上方的所述钝化层210的厚度比所述像素区b上方的所述钝化层210的厚度大进而对所述图像传感器的器件均匀性造成影响。
56.基于此，如图3d所示，在所述钝化层210上旋涂形成光刻胶，并曝光显影形成图形化后的光刻胶，以图形化后的所述光刻胶为掩膜进行刻蚀，除去所述逻辑区a的钝化层210的部分厚度，以减薄所述逻辑区a的钝化层210，最后灰化除去所述光刻胶。
57.刻蚀所述逻辑区a的钝化层210以减薄所述逻辑区a的钝化层210之后，所述钝化层210位于所述逻辑区a的部分的顶面高度高于所述第二凹槽211的底面高度；所述钝化层210位于所述逻辑区a的部分的顶面高度与所述第二凹槽211的底面高度的高度差大于所述钝化层210位于所述逻辑区a的部分的厚度大于
58.先除去所述逻辑区a的所述钝化层210的部分厚度，以使进行平坦化工艺后的所述钝化层210厚度分布更加均匀。
59.由于在后续的平坦化工艺中，对所述钝化层210会进行厚度上的减薄处理，为了防止所述逻辑区a上方的所述钝化层210过薄，所述第二凹槽213与所述第二凹槽211之间的深度差需要小于
60.应当理解的是，所述第二凹槽213的深度应根据实际情况中所述第二凹槽211及最后对所述钝化层210的预设厚度进行调整。
61.如图3e所示，对所述钝化层210进行平坦化工艺，使所述钝化层210达到预设厚度h4，所述平坦化工艺可为化学机械研磨工艺。
62.进行平坦化工艺后的所述逻辑区a上的所述钝化层210的厚度h3基本等于所述像素区b上的所述钝化层210的厚度h4。
63.在进行平坦化工艺后的所述钝化层210上形成镜片结构。
64.综上，本发明提供了一种图像传感器的制备方法，包括：提供衬底200，所述衬底200包括像素区b及位于所述像素区b外围的逻辑区a，所述衬底200的逻辑区a中形成有互联结构；在所述衬底200的第一表面上形成金属层206，所述金属层206包括覆盖所述像素区b的第一部分208和覆盖所述逻辑区a的第二部分207，所述第二部分207与所述互联结构电性连接；刻蚀所述第一部分208以形成多个贯穿的第一凹槽209；在所述金属层206上顺形地形成钝化层210，并刻蚀所述逻辑区a的钝化层210以减薄所述逻辑区a的钝化层210；对所述钝化层210进行平坦化工艺；在所述钝化层210上形成镜片结构。本发明在平坦化工艺之前对所述逻辑区a的所述钝化层210进行刻蚀，降低所述逻辑区a的所述钝化层210的厚度，提高所述钝化层210的平坦化工艺的均匀性，进而提高所述图像传感器的均匀性。
65.上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。