一种硅通孔形成方法及图像传感器技术

一种硅通孔形成方法及图像传感器，所述方法包括：提供第一半导体衬底，第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；提供第二半导体衬底，第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构；将所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；自键合后的第一半导体衬底的背面对所述第一半导体衬底进行刻蚀，以形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述预留缺口；以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀，以形成硅通孔。通过本发明专利技术提供的方案能够在保护铜籽晶层的同时，有效简化硅通孔的形成工艺，节约制造成本。

A silicon through hole forming method and image sensor

A method for forming a silicon through hole and an image sensor. The method includes: providing a first semiconductor substrate. A first metal interconnect structure is formed on the front of the first semiconductor substrate, and at least one layer of metal in the first metal interconnect structure is provided with a reserved gap; a second half conductor substrate is provided, and the second semiconductor substrate is positive. The surface is formed with a second metal interconnect structure; the front of the first semiconductor substrate is bonded to the front of the second semiconductor substrate; the back of the first semiconductor substrate after the self bonding is etched on the first semiconductor substrate to form a groove at the bottom of the groove, and the pre retained notch is exposed at the bottom of the groove. A notched metal layer is used as a mask to etch the remainder of the first semiconductor substrate and the second semiconductor substrate to form a silicon through-hole. The scheme provided by the invention can effectively simplify the forming process of silicon through-hole and save manufacturing cost while protecting the copper seed crystal layer.

【技术实现步骤摘要】
一种硅通孔形成方法及图像传感器
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种硅通孔形成方法及图像传感器。
技术介绍
在3D堆叠(3D-stack)背照式互补金属氧化物半导体(Back-sideIlluminationComplementaryMetalO7ideSemiconductor，简称BSICMOS)图像传感器的生产制造工艺中，穿过硅片通道(ThroughSiliconVias，简称TSV，也可称为硅通孔)工艺是最为关键的工艺步骤之一。硅通孔工艺要求稳定的接触电阻和片电阻，过于复杂的结构和工艺则会导致电子迁移率(ElectronMobility，简称EM)不稳定。基于现有的制造工艺，位于上方的一片像素晶圆是被翻转过来再进行键合的，因此像素晶圆的铜薄膜层的铜籽晶层会呈现在面向所述像素晶圆的背面的一侧，导致在形成硅通孔期间极有可能对铜籽晶层造成损伤(如刻蚀到铜籽晶层等)。而根据现有的工艺标准，铜籽晶层是被要求尽量不被刻蚀或不被其他工艺所损伤的，否则金属层的性能就会受到影响。而现有的制造工艺无法有效解决这一问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是如何在保护铜籽晶层的同时，以更简化的工艺流程形成硅通孔结构。为解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种硅通孔形成方法，包括：提供第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，所述第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构；将所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；自键合后的第一半导体衬底的背面对所述第一半导体衬底进行刻蚀，以形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述预留缺口；以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀，以形成硅通孔。可选的，所述预留缺口的位置与所述硅通孔的位置对应，所述预留缺口的开口尺寸小于等于所述硅通孔的设计尺寸。可选的，所述硅通孔形成方法还包括：在所述硅通孔中填充导电材料。可选的，以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀包括：形成图案化的光阻层，所述光阻层覆盖所述第一半导体衬底的背面以及所述凹槽的侧壁，覆盖光阻层后的凹槽的开口尺寸小于所述预留缺口的开口尺寸；在所述光阻层的保护下，以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀。可选的，所述预留缺口所在的金属层包括铜籽晶层和铜体层。可选的，所述预留缺口是在形成所述第一金属互连结构的金属层时一并形成的。可选的，所述第一半导体衬底内形成有光电二极管；所述第二半导体衬底内形成有逻辑器件。本专利技术实施例还提供一种图像传感器，包括：第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，所述第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；第二半导体衬底，所述第二半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构，所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；硅通孔，所述硅通孔穿过所述预留缺口，所述硅通孔贯穿所述第一半导体衬底并延伸至所述第二半导体衬底内。可选的，所述预留缺口的开口尺寸小于等于所述硅通孔的设计尺寸。可选的，所述硅通孔内填充有导电材料。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：本专利技术实施例提供一种硅通孔形成方法，包括：提供第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，所述第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构；将所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；自键合后的第一半导体衬底的背面对所述第一半导体衬底进行刻蚀，以形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述预留缺口；以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀，以形成硅通孔。较之现有的硅通孔形成工艺，采用本专利技术实施例所述方案形成的硅通孔占用芯片面积小。进一步，本专利技术实施例所述硅通孔的形成工艺流程简单，利用预先埋置在金属层上的预留缺口，一方面避免了刻蚀过程对铜籽晶层可能造成的损伤，另一方面使得形成硅通孔期间能够以该预留缺口为基准实现横向自对准，刻蚀次数少，极大地节约制造成本。进一步，所述预留缺口的位置与所述硅通孔的位置对应，所述预留缺口的开口尺寸小于等于所述硅通孔的设计尺寸，以确保形成硅通孔期间能够以该预留缺口为基准实现横向自对准，从而在将对铜籽晶层的损伤程度降到最低的同时，以最简化的工艺流程形成硅通孔。进一步，本专利技术实施例还提供一种图像传感器，包括：第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，所述第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；第二半导体衬底，所述第二半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构，所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；硅通孔，所述硅通孔穿过所述预留缺口，所述硅通孔贯穿所述第一半导体衬底并延伸至所述第二半导体衬底内。较之现有的图像传感器，由于在形成过程中对铜籽晶层的损伤小，采用本专利技术实施例的方案形成的图像传感器的金属层特性更加稳定，器件性能更好。附图说明图1是本专利技术实施例的一种硅通孔形成方法的流程图；图2是本专利技术实施例的一种图像传感器的剖面结构示意图；图3至图7是本专利技术实施例所述硅通孔形成方法中各个步骤对应的器件剖面结构示意图。具体实施方式本领域技术人员理解，如
技术介绍
所言，现有的硅通孔形成工艺的流程复杂，且当用于形成金属互连结构的铜籽晶层面向刻蚀方向时，现有的硅通孔形成方法会对铜籽晶层造成极大的损伤，影响金属层的性能，极大影响最终制备获得的半导体器件(如图像传感器)的器件性能。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供一种硅通孔形成方法，包括：提供第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，所述第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构；将所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；自键合后的第一半导体衬底的背面对所述第一半导体衬底进行刻蚀，以形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述预留缺口；以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀，以形成硅通孔。本领域技术人员理解，采用本专利技术实施例所述方案形成的硅通孔占用芯片面积小。进一步，本专利技术实施例所述硅通孔的形成工艺流程简单，利用预先埋置在金属层上的预留缺口，一方面避免了刻蚀过程对铜籽晶层可能造成的损伤，另一方面使得形成硅通孔期间能够以该预留缺口为基准实现横向自对准，刻蚀次数少，极大地节约制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硅通孔形成方法，其特征在于，包括：提供第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，所述第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构；将所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；自键合后的第一半导体衬底的背面对所述第一半导体衬底进行刻蚀，以形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述预留缺口；以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀，以形成硅通孔。

【技术特征摘要】
1.一种硅通孔形成方法，其特征在于，包括：提供第一半导体衬底，所述第一半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第一半导体衬底的正面形成有第一金属互连结构，所述第一金属互连结构内的至少一层金属层开设有预留缺口；提供第二半导体衬底，所述第二半导体衬底具有相对的正面和背面，所述第二半导体衬底的正面形成有第二金属互连结构；将所述第一半导体衬底的正面和第二半导体衬底的正面键合；自键合后的第一半导体衬底的背面对所述第一半导体衬底进行刻蚀，以形成凹槽，所述凹槽底部暴露出所述预留缺口；以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀，以形成硅通孔。2.根据权利要求1所述的硅通孔形成方法，其特征在于，所述预留缺口的位置与所述硅通孔的位置对应，所述预留缺口的开口尺寸小于等于所述硅通孔的设计尺寸。3.根据权利要求1所述的硅通孔形成方法，其特征在于，还包括：在所述硅通孔中填充导电材料。4.根据权利要求1所述的硅通孔形成方法，其特征在于，以开设有所述预留缺口的金属层为掩膜对所述第一半导体衬底的剩余部分以及所述第二半导体衬底进行刻蚀包括：形成图案化的光阻层，所述光阻层覆盖所述第一半导体衬底的背面以及所述凹槽的侧壁，覆盖光阻层后的凹槽的开口尺寸小于所述预留缺口的开口尺寸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈世杰，穆玉平，刘世振，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32