图像传感器及其深沟槽和硅通孔的制程方法技术

本发明专利技术提供一种图像传感器及其深沟槽和硅通孔的制程方法，深沟槽和硅通孔的制程方法包括：提供像元硅片；在像元硅片的第二侧进行硅衬底减薄处理；在像元硅片的第二侧形成深沟槽；于深沟槽内填充有机物；在像元硅片的第二侧上涂布光刻胶；根据硅通孔图案对像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成硅通孔；于深沟槽和硅通孔表面沉积介质保护层；于深沟槽内填充有机物；在像元硅片的第二侧上涂布光刻胶；根据接触孔图案对像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成接触孔；在深沟槽和硅通孔表面沉积阻挡层，并于深沟槽内填充第一金属，同时在硅通孔表面形成一层籽晶层；于硅通孔内填充第一金属。本发明专利技术提供的制程方法减少图像传感器的制程工艺。

Image sensor and process method for deep trench and silicon through hole

The invention provides an image sensor and a processing method for deep grooves and silicon through holes. The processing methods for deep grooves and silicon through holes include: providing pixel silicon wafers; thinning silicon substrate on the second side of pixel silicon wafers; forming deep grooves on the second side of pixel silicon wafers; filling organic materials in deep grooves; and filling pixel silicon wafers with silicon wafers; The second side of pixel silicon wafer is coated with photoresist; the second side of pixel silicon wafer is etched according to silicon through-hole pattern to form silicon through-hole; the dielectric protective layer is deposited on the surface of deep groove and silicon through-hole; the organic material is filled in deep groove; the second side of pixel silicon wafer is coated with photoresist; and the second side of pixel silicon wafer is coated according to the contact-hole pattern. The barrier layer is deposited on the surface of deep grooves and silicon through-holes, and the first metal is filled in the deep grooves, while a seed layer is formed on the surface of silicon through-holes, and the first metal is filled in the silicon through-holes. The process method provided by the invention reduces the manufacturing process of the image sensor.

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其深沟槽和硅通孔的制程方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种图像传感器及其深沟槽和硅通孔的制程方法
技术介绍
随着智能手机和平板电脑的普及，CMOS图像传感器(CIS)产品需求与日俱增，智能手机摄像头的配置至少在300万像素以上，一些高端智能机甚至配有1000万以上像素的摄像头。这些高端应用对CIS产品性能有了更高的要求，包括像素、分辨率、功耗、物理尺寸等。因此，许多CIS产品供应商们都在着力开发背照式图像传感器技术(BSICIS)，来进一步提高CIS产品的感光度和降低像元信号之间干扰，支持高端智能机的摄像需求。背照式图像传感器以3DCIS技术为研究热点，把图像传感器芯片和数字信号处理器芯片通过TSV(ThroughSiliconVias，穿过硅片通道工艺)垂直互连在一起，能够有效减少封装尺寸、减低功耗。目前已量产的3DCIS产品工艺是将像元硅片和数控硅片采用SiO2-SiO2直接键合工艺垂直粘接在一起；对像元硅片进行背面减薄工艺，减薄硅的厚度以接近受过注入的感光区；从像元硅片背面对感光单元(即像元单元)之间进行深沟槽隔离工艺(DeepTrenchIsolation)，在深沟槽内先后填入介质和金属，实现感光单元之间的电隔离和光隔离；在像元阵列旁的控制电路区域进行背面TSV工艺，分别连接像元硅片的第一层金属层和数控芯片的顶层金属层；在感光单元之间进行金属格栅工艺，金属格栅可以吸收杂散光，减少信号干扰；采用铝布线将TSV引出，形成导线邦定所需的铝焊垫；在感光区先后形成透过不同可见光的滤色薄膜，并最后在滤色膜上方制作显微透镜。现有的深沟槽(DTI)工艺，有的是直接填入介质来形成像元之间的电隔离，有的是先后填入介质和金属进而同时获得像元之间的电隔离和光隔离。后者技术更先进，但工艺难度巨大，需要在深宽比大于10:1的深沟槽内填充金属。深沟槽填充工艺一般是先在深沟槽表面沉积一层介质层，然后沉积一层阻挡层，再进行金属填充，最后去除表面的金属。背照式CIS的硅通孔工艺是在减薄的像元硅片第二侧进行硅通孔的工艺加工，依次进行硅通孔的光刻工艺、刻蚀工艺和清洗工艺来形成深孔，然后沉积一层介质保护层，再依次进行接触孔的深井光刻工艺、刻蚀工艺和清洗工艺来打开底部的介质并露出金属，接着沉积阻挡层和籽晶层，最后进行填充工艺和化学机械抛光工艺。由此可见，现有技术中背照式CIS的制程工艺分别进行深沟槽和硅通孔的制程进而导致制程步骤复杂，过多的制程步骤会增加背照式CIS产品的制造成本。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种图像传感器及其深沟槽和硅通孔的制程方法，以减少图像传感器的制程工艺。根据本专利技术的一个方面，提供一种图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法，包括：步骤S01，提供像元硅片，所述像元硅片包括具有像元的硅衬底和在硅衬底上形成的金属互连层，所述金属互连层形成在所述像元硅片的第一侧，所述像元硅片的第二侧与所述第一侧相对；步骤S02，在所述像元硅片的第二侧进行硅衬底减薄处理；步骤S03，在所述像元硅片的第二侧形成深沟槽；步骤S04，于所述深沟槽内填充有机物；步骤S05.在所述像元硅片的第二侧上涂布光刻胶，并通过光刻工艺定义硅通孔图案；步骤S06，根据所述硅通孔图案对所述像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成硅通孔，并去除所述像元硅片的第二侧的光刻胶和所述深沟槽内的有机物；步骤S07，于所述深沟槽和所述硅通孔表面沉积介质保护层；步骤S08，于所述深沟槽内填充有机物；步骤S09，在所述像元硅片的第二侧上涂布光刻胶，并通过光刻工艺定义接触孔图案，所述接触孔图案位于所述硅通孔图案内；步骤S10，根据所述接触孔图案对所述像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成所述接触孔，并去除所述像元硅片的第二侧的光刻胶和所述深沟槽内的有机物，所述接触孔暴露所述金属互连层内的金属；步骤S11，在所述深沟槽和所述硅通孔表面沉积阻挡层，并于所述深沟槽内填充第一金属，同时在硅通孔表面形成一层籽晶层；步骤S12，于所述硅通孔内填充第一金属。可选地，所述硅衬底减薄处理后，所述像元硅片的厚度小于3um。可选地，所述步骤S03中形成的深沟槽的宽度为0.2um-0.3um，深度为1um-2um。可选地，所述步骤S04中采用的有机物和所述步骤S07中采用的有机物相同，且所述有机物具有流动性。可选地，所述步骤S06和/或所述步骤S09采用干法去胶工艺去除所述像元硅片的第二侧的光刻胶和所述深沟槽内的有机物。可选地，所述介质保护层为SiO2、Si3N4、SiON或SiCN，所述介质保护层的厚度为可选地，所述阻挡层为Ta、TaN、Ti或TiN，所述阻挡层的厚度为可选地，所述第一金属为铜，所述籽晶层为连续的铜籽晶层。可选地，所述步骤S11采用化学镀工艺于所述深沟槽中填充铜，并使铜填满所述深沟槽，同时在硅通孔内形成一层连续的铜籽晶层。可选地，所述步骤S12采用电镀工艺于所述硅通孔中填充铜，使铜填满所述硅通孔，并采用铜的化学机械抛光工艺去除所述像元硅片的背面的表面金属。与现有技术相比，本专利技术的一种背照式图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法，将深沟槽和硅通孔的介质、金属填充工艺结合在一起，同时完成，减少高成本的介质、金属填充工艺步骤，降低了工艺成本和减少了设备配置。此外，本专利技术还在深沟槽技术中采用了铜填充工艺取代现有的钨填充工艺，大大降低了金属应力的负面影响，提高了图像传感器，尤其是背照式图像传感器的可靠性。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1示出了根据本专利技术实施例的图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法的流程图。图2至图9示出了根据本专利技术实施例的图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法的制程过程。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面进一步结合图1至图9对本专利技术作详细描述。图1示出了根据本专利技术实施例的图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法的流程图。图2至图9示出了根据本专利技术实施例的图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法的制程过程。图1共示出11个步骤：步骤S01，提供像元硅片200，所述像元硅片200包括具有像元211的硅衬底212和在硅衬底212上形成的金属互连层221。所述金属互连层221形成在所述像元硅片200的第一侧210。所述第二侧220与所述第一侧210相对。步骤S02，在像元硅片200的第二侧220进行硅衬底212减薄处理。图2为步骤S01的制程示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法，其特征在于，包括：步骤S01，提供像元硅片，所述像元硅片包括具有像元的硅衬底和在硅衬底上形成的金属互连层，所述金属互连层形成在所述像元硅片的第一侧，所述像元硅片的第二侧与所述第一侧相对；步骤S02，在所述像元硅片的第二侧进行硅衬底减薄处理；步骤S03，在所述像元硅片的第二侧形成深沟槽；步骤S04，于所述深沟槽内填充有机物；步骤S05.在所述像元硅片的第二侧上涂布光刻胶，并通过光刻工艺定义硅通孔图案；步骤S06，根据所述硅通孔图案对所述像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成硅通孔，并去除所述像元硅片的第二侧的光刻胶和所述深沟槽内的有机物；步骤S07，于所述深沟槽和所述硅通孔表面沉积介质保护层；步骤S08，于所述深沟槽内填充有机物；步骤S09，在所述像元硅片的第二侧上涂布光刻胶，并通过光刻工艺定义接触孔图案，所述接触孔图案位于所述硅通孔图案内；步骤S10，根据所述接触孔图案对所述像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成所述接触孔，并去除所述像元硅片的第二侧的光刻胶和所述深沟槽内的有机物，所述接触孔暴露所述金属互连层内的金属；步骤S11，在所述深沟槽和所述硅通孔表面沉积阻挡层，并于所述深沟槽内填充第一金属，同时在硅通孔表面形成一层籽晶层；步骤S12，于所述硅通孔内填充第一金属。...

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法，其特征在于，包括：步骤S01，提供像元硅片，所述像元硅片包括具有像元的硅衬底和在硅衬底上形成的金属互连层，所述金属互连层形成在所述像元硅片的第一侧，所述像元硅片的第二侧与所述第一侧相对；步骤S02，在所述像元硅片的第二侧进行硅衬底减薄处理；步骤S03，在所述像元硅片的第二侧形成深沟槽；步骤S04，于所述深沟槽内填充有机物；步骤S05.在所述像元硅片的第二侧上涂布光刻胶，并通过光刻工艺定义硅通孔图案；步骤S06，根据所述硅通孔图案对所述像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成硅通孔，并去除所述像元硅片的第二侧的光刻胶和所述深沟槽内的有机物；步骤S07，于所述深沟槽和所述硅通孔表面沉积介质保护层；步骤S08，于所述深沟槽内填充有机物；步骤S09，在所述像元硅片的第二侧上涂布光刻胶，并通过光刻工艺定义接触孔图案，所述接触孔图案位于所述硅通孔图案内；步骤S10，根据所述接触孔图案对所述像元硅片的第二侧进行刻蚀以形成所述接触孔，并去除所述像元硅片的第二侧的光刻胶和所述深沟槽内的有机物，所述接触孔暴露所述金属互连层内的金属；步骤S11，在所述深沟槽和所述硅通孔表面沉积阻挡层，并于所述深沟槽内填充第一金属，同时在硅通孔表面形成一层籽晶层；步骤S12，于所述硅通孔内填充第一金属。2.如权利要求1所述的图像传感器的深沟槽和硅通孔的制程方法，其特征在于，所述硅衬底减薄处理后，所述像元硅片的厚度小于3um。3.如权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：林宏，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31