用于背照式（BSI）图像传感器的焊盘结构制造技术

本发明专利技术实施例提供了一种用于高接合结构的具有接触通孔阵列的焊盘结构。在一些实施例中，半导体衬底包括焊盘开口。互连结构位于半导体衬底下方，并且包括层间介电(ILD)层、布线层和接触通孔阵列。布线层和接触通孔阵列位于ILD层中。此外，接触通孔阵列邻接布线层并且位于布线层和半导体衬底之间。焊盘开口中的焊盘覆盖接触通孔阵列，并且突出至ILD层以接触位于接触通孔阵列的相对侧上的布线层。本发明专利技术也提供了用于制造焊盘结构的方法以及具有焊盘结构的图像传感器。本发明专利技术实施例涉及用于背照式(BSI)图像传感器的焊盘结构。

Pad structure for back illuminated (BSI) image sensor

The embodiment of the invention provides a pad structure with high contact structure and a through hole array. In some embodiments, the semiconductor substrate includes a pad opening. The interconnect structure is located below the semiconductor substrate, and includes an interlayer dielectric (ILD) layer, a wiring layer and a contact through hole array. The wiring layer and the contact through hole array are located in the ILD layer. In addition, the contact through-hole array is adjacent to the wiring layer and between the wiring layer and the semiconductor substrate. The pad in the pad opening covers the contact through hole array and protrudes to the ILD layer to contact the wiring layer on the opposite side of the contact through-hole array. The present invention also provides a method for manufacturing pad structure and an image sensor with pad structure. The embodiment of the invention relates to the pad structure for the back illuminated (BSI) image sensor.

【技术实现步骤摘要】
用于背照式(BSI)图像传感器的焊盘结构
本专利技术实施例涉及用于背照式(BSI)图像传感器的焊盘结构。
技术介绍
许多现代电子器件包括将光学图像转换成表示光学图像的数字数据的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。一种常用于电子器件的CMOS图像传感器是背照式(BSI)图像传感器。BSI图像传感器包括位于互连结构上面并且配置为在与互连结构相对的侧上接收辐射的光电探测器的阵列。这种布置允许辐射照射在未由互连结构中的导电部件阻塞的光电探测器上，从而使得BSI图像传感器对入射辐射具有高灵敏度。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，提供了一种焊盘结构，包括：半导体衬底，包括焊盘开口；互连结构，位于所述半导体衬底下方，其中，所述互连结构包括层间介电(ILD)层、布线层和接触通孔阵列，其中，所述布线层和所述接触通孔阵列位于所述层间介电层中，并且其中，所述接触通孔阵列直接位于所述焊盘开口下方、位于所述布线层和所述半导体衬底之间；以及覆盖所述接触通孔阵列的焊盘，位于所述焊盘开口中，其中，所述焊盘突出至所述层间介电层内以接触所述层间介电层和所述布线层。根据本专利技术的另一实施例，还提供了一种用于制造焊盘结构的方法，所述方法包括：在半导体衬底的第一侧上形成层间介电(ILD)层；在所述层间介电层中形成接触通孔阵列；形成覆盖位于所述半导体衬底的所述第一侧上的所述接触通孔阵列和所述层间介电层的互连结构，其中，所述互连结构包括与所述接触通孔阵列邻接并且电连接至所述接触通孔阵列的布线层；对所述半导体衬底的与所述第一侧相对的第二侧实施蚀刻，以形成覆盖所述接触通孔阵列的焊盘开口；以及在所述焊盘开口中形成覆盖所述接触通孔阵列的焊盘，其中，所述焊盘突出至所述层间介电层内以接触所述层间介电层和所述布线层。根据本专利技术的又一实施例，还提供了一种图像传感器，包括：半导体衬底，包括焊盘开口；有源像素传感器(APS)，位于所述半导体衬底的下侧上，与所述焊盘开口横向间隔开，其中，所述有源像素传感器包括布置在所述半导体衬底中的光电探测器，并且进一步包括在所述半导体衬底之下间隔开并且与所述光电探测器邻接的栅电极；互连结构，位于所述半导体衬底和所述有源像素传感器下方，其中，所述互连结构包括层间介电(ILD)层、布线层和多个接触通孔，其中，所述布线层和所述接触通孔位于所述层间介电层中，其中，所述接触通孔位于所述布线层和所述半导体衬底之间，其中，所述接触通孔包括第一接触通孔和伪接触通孔阵列，并且其中，所述第一接触通孔接触所述布线层和所述栅电极；覆盖所述伪接触通孔阵列的焊盘，位于所述焊盘开口中，其中，所述焊盘突出至所述层间介电层内以接触所述层间介电层和所述布线层；以及焊盘介电层，填充所述焊盘周围的所述焊盘开口，其中，所述焊盘介电层覆盖所述焊盘并且由所述焊盘部分地覆盖，并且其中，所述焊盘介电层将所述焊盘的侧壁与所述焊盘开口的侧壁横向间隔开。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本专利技术的各个方面。应该指出，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。图1示出了焊盘结构的一些实施例的截面图。图2A至图2D示出了图1的焊盘结构中的接触通孔阵列的各个实施例的布局图。图3示出了图1的焊盘结构的一些更详细的实施例的截面图。图4示出了具有图1或图3的焊盘结构的背照式(BSI)图像传感器的一些实施例的布局图。图5示出了图4的BSI图像传感器的一些实施例的截面图。图6示出了图5的BSI图像传感器的一些更详细的实施例的截面图。图7至图21示出了用于制造具有焊盘结构的BSI图像传感器的方法的一些实施例的一系列截面图。图22示出了图7至图21的方法的一些实施例的流程图。具体实施方式以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接触形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。此外，本专利技术可在各个实例中重复参考标号和/或字符。该重复是为了简单和清楚的目的，并且其本身不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。而且，为便于描述，在此可以使用诸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语，以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)原件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，而本文使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。甚至更多地，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅仅是通用标识符，并且因此在各个实施例中可以互换。例如，在一些实施例中，虽然元件(例如，蚀刻、介电层或衬底)可以称为“第一”元件，但是在其它实施例中该元件可以称为“第二”元件。背照式(BSI)图像传感器可以包括像素传感器阵列和焊盘。像素传感器阵列位于半导体衬底的邻接互连结构的第一侧上，并且配置为接收来自半导体衬底的第二侧(与第一侧相对)的辐射。互连结构包括层间介电(ILD)层以及ILD层中的通孔和与通孔交替堆叠的布线层。焊盘位于半导体衬底的第一焊盘开口中，该第一焊盘开口与像素传感器阵列间隔开并且由衬垫介电层内衬。此外，该焊盘穿过衬垫介电层突出以接触互连结构中的ILD层和第一布线层，并且由填充介电层部分地覆盖。填充介电层填充位于焊盘上方并且包括从半导体衬底的第二侧暴露焊盘的第二焊盘开口的第一焊盘开口。上述BSI图像传感器的挑战在于，焊盘不良接合至ILD层和第一布线层，从而使得该焊盘具有响应于应力的高的剥落、开裂或其它失效的可能性。例如，该应力可以是通过拉动固定至焊盘的接合线或其它结构或通过对固定至焊盘的凸块(例如，微凸块或金接线柱凸块)或其它结构施加剪切力引起的外部应力。例如，这种拉力或剪切力可以由移动或碰撞BSI图像传感器产生。可选地，例如，该应力可以是由具有不同热膨胀系数和/或不同晶格常数的材料引起的外部应力。鉴于上述内容，本专利技术的各个实施例针对具有高接合强度的焊盘结构以及用于制造焊盘结构的方法。在一些实施例中，半导体衬底包括焊盘开口。互连结构位于半导体衬底下方，并且包括ILD层、布线层和接触通孔。布线层和接触通孔位于ILD层中，并且接触通孔进一步位于布线层和半导体衬底之间。接触通孔包括直接位于焊盘开口下方的接触通孔阵列。焊盘开口中的焊盘覆盖接触通孔阵列，并且突出至ILD层以接触位于接触通孔阵列的相对侧上的ILD层和布线层。有利地，接触通孔阵列共有并且释放与焊盘相关的接合应力，从而使得该焊盘具有高的接合强度以及低的剥落可能性。例如，接触通孔阵列抵抗由对焊盘施加应力(例如，拉力或剪切力)引起的ILD层和/或布线层的变形。通过抵抗这种变形，焊盘和ILD层之间以及焊盘和布线层之间的接合的应力低并且接合强度高。此外，因为接触通孔阵列由接触通孔构成，因此接触通孔阵列可以集成至集成电路(IC)并且在没有额外的工艺步骤和/或掩模的情况下制造。参照图1，提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种焊盘结构，包括：半导体衬底，包括焊盘开口；互连结构，位于所述半导体衬底下方，其中，所述互连结构包括层间介电(ILD)层、布线层和接触通孔阵列，其中，所述布线层和所述接触通孔阵列位于所述层间介电层中，并且其中，所述接触通孔阵列直接位于所述焊盘开口下方、位于所述布线层和所述半导体衬底之间；以及覆盖所述接触通孔阵列的焊盘，位于所述焊盘开口中，其中，所述焊盘突出至所述层间介电层内以接触所述层间介电层和所述布线层。

【技术特征摘要】
2016.04.13 US 62/321,839;2017.02.24 US 15/442,0961.一种焊盘结构，包括：半导体衬底，包括焊盘开口；互连结构，位于所述半导体衬底下方，其中，所述互连结构包括层间介电(ILD)层、布线层和接触通孔阵列，其中，所述布线层和所述接触通孔阵列位于所述层间介电层中，并且其中，所述接触通孔阵列直接位于所述焊盘开口下方、位于所述布线层和所述半导体衬底之间；以及覆盖所述接触通孔阵列的焊盘，位于所述焊盘开口中，其中，所述焊盘突出至所述层间介电层内以接触所述层间介电层和所述布线层。2.根据权利要求1所述的焊盘结构，其中，所述焊盘突出至所述层间介电层内以接触位于所述接触通孔阵列的相对侧上的所述层间介电层，并且以接触位于所述接触通孔阵列的所述相对侧上的所述布线层。3.根据权利要求1所述的焊盘结构，其中，所述接触通孔阵列包括布置为多行和多列的多个接触通孔，并且其中，所述接触通孔共用共同的覆盖区。4.根据权利要求3所述的焊盘结构，其中，所述接触通孔是岛型通孔，所述岛型通孔的每个均具有相同的长度和宽度。5.根据权利要求1所述的焊盘结构，其中，所述接触通孔阵列包括布置为多行和单列或布置为多列和单行的多个接触通孔，并且其中，所述接触通孔为槽型通孔，所述槽型通孔是横向伸长的并且所述槽型通孔的每个均具有比所述焊盘的长度大的长度。6.根据权利要求1所述的焊盘结构，其中，所述接触通孔阵列包括布置为多行和多列的多个岛型通孔和多个槽型通孔。7.根据权利要求6所述的焊盘结构，其中，所述接触通孔阵列沿着第一轴在所述岛型通孔和所述槽型通孔之间交替，并且其中，所述槽型通孔沿着正交于所述第一轴的第二轴跨越多行或...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑庆鸿，张凯峯，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71