具有自对准金属垫结构的背侧照明式图像传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种具有自对准金属垫结构的背侧照明式图像传感器。一种图像传感器包括：半导体材料，其具有前侧及与所述前侧相对的背侧；介电层，其安置于所述半导体材料的所述前侧上；多晶硅层，其安置于所述介电层上；层间介电材料，其覆盖所述多晶硅层及所述介电层两者；金属间层，其安置于所述层间介电材料上，其中金属互连件安置于所述金属间层中；及接触垫沟槽，其从所述半导体材料的所述背侧延伸到所述半导体材料中，其中所述接触垫沟槽包括：接触垫，其安置于所述接触垫沟槽中，其中所述接触垫及所述金属互连件与多个接触插塞耦合；及至少一气隙，其将所述接触垫与所述接触垫沟槽的侧壁隔离。

【技术实现步骤摘要】
具有自对准金属垫结构的背侧照明式图像传感器
本专利技术大体来说涉及半导体图像传感器，且特定来说但非排他地，涉及背侧照明式半导体图像传感器。
技术介绍
图像传感器已变得无所不在。其广泛地用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医疗、汽车及其它应用中。由于对较高分辨率、较低电力消耗、经增加动态范围等的不断增加的需求，因此图像传感器的装置架构一直持续快速地发展。这些需求还促进图像传感器的进一步小型化及使图像传感器集成到这些装置中。典型图像传感器如下操作。来自外部场景的图像光入射于图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件，使得每一光敏元件吸收入射图像光的一部分。包含于图像传感器中的光敏元件(例如光电二极管)各自在吸收图像光后即刻产生图像电荷。所产生的图像电荷的量与图像光的强度成比例。所产生图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。尽管存在用以制作图像传感器的多种方式，但在半导体处理应用中利用较少光掩模而减少步骤数目总是重要的。由于每个制作步骤增加组装线上的成本及时间，因此需要用以增强图像传感器吞吐量的新技术。
技术实现思路
本专利技术的一方面涉及一种图像传感器，所述图像传感器包括：半导体材料，其具有前侧及与所述前侧相对的背侧；介电层，其安置于所述半导体材料的所述前侧上；多晶硅层，其安置于所述介电层上；层间介电材料，其覆盖所述多晶硅层及所述介电层两者；金属间层，其安置于所述层间介电材料上，其中金属互连件安置于所述金属间层中；及接触垫沟槽，其从所述半导体材料的所述背侧延伸到所述半导体材料中，其中所述接触垫沟槽包括：接触垫，其安置于所述接触垫沟槽中，其中所述接触垫及所述金属互连件与多个接触插塞耦合；及至少一气隙，其介于所述接触垫与所述接触垫沟槽的侧壁之间。在本专利技术的另一方面中，一种图像传感器制作方法包括：提供半导体材料，所述半导体材料具有前侧及与所述前侧相对的背侧；形成从所述半导体材料的所述前侧延伸到所述半导体材料中的多个第一浅沟槽隔离(STI)结构及多个第二STI结构，其中所述多个第一STI结构中的每一者由邻近的第一STI结构及第二STI结构完全环绕且所述多个第二STI结构中的每一者由邻近的第一STI结构及第二STI结构部分环绕；将介电层及多晶硅层安置于所述半导体材料的所述前侧上，其中所述多晶硅层安置于所述介电层上，其中在所述多晶硅层中形成多个敞开狭槽，所述多个敞开狭槽从所述多晶硅层的第一侧延伸到所述多晶硅层与所述介电层的界面，其中所述多个敞开狭槽中的每一者与所述多个第一STI结构中的每一者对准且具有与所述所对准第一STI结构相同的二维横向尺寸；将层间介电材料安置于所述半导体材料的所述前侧处，其中所述介电层及所述多晶硅层由所述层间介电材料覆盖，其中所述多个敞开狭槽填充有所述层间介电材料；在金属间介电层中形成金属互连件，其中金属间介电材料安置于所述层间介电材料上；通过部分地移除介于所述半导体的所述背侧与所述多个第一STI结构及第二STI结构的第一侧之间的所述半导体材料而形成接触垫沟槽，其中所述接触垫沟槽的边缘位于所述多个第二STI结构上；通过选择性地移除介于所述多个第一STI结构中的每一者的所述第一侧与所述金属互连件之间的介电材料而形成多个接触插塞；其中所述多个接触插塞中的每一者从所述多个第一STI结构中的每一者的所述第一侧穿过所述多个第一STI结构中的每一者延伸到所述层间介电材料中且垂直邻接所述金属互连件；及通过将导电材料安置于所述接触垫沟槽中而形成接触垫，其中所述接触垫与所述接触垫沟槽的侧壁隔离，且通过所述多个接触插塞而与所述金属互连件耦合，其中所述多个接触插塞填充有所述导电材料。附图说明参考以下各图描述本专利技术的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则在所有各个视图中相似参考编号指代相似部件。图1A到图1D是根据本专利技术的教示的实例性图像传感器的横截面图解说明，其中所述图中的每一者表示在制作具有图1D中的标准金属垫结构的实例性图像传感器期间在完成一系列关键过程步骤之后的实例性图像传感器。图2A到图2F是根据本专利技术的教示的实例性图像传感器的横截面图解说明，其中所述图中的每一者表示在制作具有图2F中的自对准金属垫结构的实例性图像传感器期间在完成一系列关键过程步骤之后的实例性图像传感器。图3是示意性地图解说明根据本专利技术的教示的具有自对准金属垫结构的成像系统的一个实例的框图。图4图解说明根据本专利技术的教示的用于制作具有自对准金属垫结构的实例性图像传感器的一个实例性过程流程。贯穿图式的数个视图，对应元件符号指示对应组件。所属领域的技术人员将了解，各图中的元件是为简单及清晰起见而图解说明的，且未必按比例绘制。举例来说，为帮助改进对本专利技术的各种实施例的理解，各图中的元件中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件被放大。而且，通常不绘示商业上可行的实施例中有用或必需的常见而众所周知的元件以便促进对本专利技术的这些各种实施例的较不受阻碍的观看。具体实施方式本文中描述用于图像传感器的设备及方法(具有经简化过程)的实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，本文中所阐述的技术可在不具有所述特定细节中的一或多者的情况下实践或者可借助其它方法、组件、材料等来实践。在其它实例中，未详细展示或描述众所周知的结构、材料或操作以避免使特定方面模糊。在本说明书通篇中对“一个实例”或“一个实施例”的提及意指结合所述实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本专利技术的至少一个实例中。因此，在本说明书通篇的各个地方中短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”的出现未必全部指代同一实例。此外，可在一或多个实例中以任何适合方式组合所述特定特征、结构或特性。贯穿本说明书，使用数个技术术语。这些术语将呈现其在其所属领域中的普通含义，除非本文中另外具体定义或其使用的上下文将另外清晰地暗示。应注意，在本文件中，元件名称及符号可互换地使用(例如，Si与硅)；然而，其两者具有相同含义。图3是示意性地图解说明根据本专利技术的教示的具有自对准金属垫结构的成像系统300的一个实例的框图。成像系统300包含像素阵列312、控制电路321、读出电路311及功能逻辑315。读出电路311及控制电路321可至少部分地安置于图2A到2F的金属间层106中。举例来说，金属互连件107可包含于读出电路及控制电路中的至少一者中。返回参考图3，在一个实例中，像素阵列312是光电二极管或图像传感器像素(例如，像素P1、P2、…、Pn)的二维(2D)阵列。如所图解说明，光电二极管被布置成若干行(例如，行R1到Ry)及若干列(例如，列C1到Cx)以获取人、地点、物体等的图像数据，所述图像数据接着可用于再现所述人、地点、物体等的2D图像。然而在其它实例中，应了解，所述光电二极管不必被布置成若干行及若干列，而是可采取其它配置。在一个实例中，在像素阵列312中的图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路311读出且接着传送到功能逻辑315。在各种实例中，读出电路311可包含放大电路、模/数转换(ADC)电路或其它。功能逻辑315可仅存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效应(例如，裁剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或其它)来操本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像传感器，其包括：半导体材料，其具有前侧及与所述前侧相对的背侧；介电层，其安置于所述半导体材料的所述前侧上；多晶硅层，其安置于所述介电层上；层间介电材料，其覆盖所述多晶硅层及所述介电层两者；金属间层，其安置于所述层间介电材料上，其中金属互连件安置于所述金属间层中；及接触垫沟槽，其从所述半导体材料的所述背侧延伸到所述半导体材料中，其中所述接触垫沟槽包括：接触垫，其安置于所述接触垫沟槽中，其中所述接触垫及所述金属互连件与多个接触插塞耦合；及至少一气隙，其介于所述接触垫与所述接触垫沟槽的侧壁之间。

【技术特征摘要】
2017.09.18 US 15/707,9401.一种图像传感器，其包括：半导体材料，其具有前侧及与所述前侧相对的背侧；介电层，其安置于所述半导体材料的所述前侧上；多晶硅层，其安置于所述介电层上；层间介电材料，其覆盖所述多晶硅层及所述介电层两者；金属间层，其安置于所述层间介电材料上，其中金属互连件安置于所述金属间层中；及接触垫沟槽，其从所述半导体材料的所述背侧延伸到所述半导体材料中，其中所述接触垫沟槽包括：接触垫，其安置于所述接触垫沟槽中，其中所述接触垫及所述金属互连件与多个接触插塞耦合；及至少一气隙，其介于所述接触垫与所述接触垫沟槽的侧壁之间。2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述气隙从所述接触垫沟槽的侧壁延伸穿过所述半导体材料及所述介电层，且垂直邻接所述多晶硅层。3.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述多个接触插塞中的每一者延伸穿过所述半导体材料、所述介电层、所述多晶硅层及所述层间介电材料，且垂直邻接所述金属互连件。4.根据权利要求1所述的图像传感器，其中缓冲层安置于所述半导体材料的所述背侧上，其中所述缓冲层包括包含氧化硅及氮化硅的介电材料中的至少一者。5.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述层间介电材料、所述介电层及所述金属间层由包括氧化硅及氮化硅的介电材料中的至少一者制成。6.根据权利要求5所述的图像传感器，其中所述层间介电材料、所述介电层及所述金属间层由相同介电材料制成。7.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述接触垫及所述多个接触插塞由包括Al的导电材料中的至少一者制成。8.根据权利要求7所述的图像传感器，其中所述接触垫及所述多个接触插塞由相同导电材料制成。9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述金属互连件由包括Cu及TiN的金属中的至少一者制成。10.一种图像传感器制作方法，其包括：提供半导体材料，所述半导体材料具有前侧及与所述前侧相对的背侧；形成从所述半导体材料的所述前侧延伸到所述半导体材料中的多个第一浅沟槽隔离STI结构及多个第二STI结构，其中所述多个第一STI结构中的每一者由邻近的第一STI结构及第二STI结构完全环绕且所述多个第二STI结构中的每一者由邻近的第一STI结构及第二STI结构部分环绕；将介电层及多晶硅层安置于所述半导体材料的所述前侧上，其中所述多晶硅层安置于所述介电层上，其中在所述多晶硅层中形成多个敞开狭槽，所述多个敞开狭槽从所述多晶硅层的第一侧延伸到所述多晶硅层与所述介电层的界面，其中所述多个敞开狭槽中的每一者与所述多个第...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤，陈刚，
申请(专利权)人：豪威科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US