一種高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式cmos傳感器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及圖像傳感器領(lǐng)域，具體地說是一種高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式CMOS傳感器及形成流程。
【背景技術(shù)】
[0002]堆棧式CMOS傳感器是將原來傳感器里的信號處理電路放到了原來的基板上，在傳感器芯片上重疊形成背照式CMOS傳感器的像素部分，因此能夠?qū)崿F(xiàn)在較小的傳感器芯片尺寸上形成大量像素點，可以把騰出來的空間放置更多的像素。另外，傳感器里的像素點和電路是分開獨立的，所以像素點部分可以進行更高的畫質(zhì)優(yōu)化，電路部分亦可進行高性能優(yōu)化。
[0003]由于COMS傳感器在具有高圖像采集速度和高抗干擾性的同時，還具有低操作電壓、低功耗等特點，并可利用相同的高容量晶圓生產(chǎn)線上進行COMS圖像傳感器的制備，但現(xiàn)有產(chǎn)品對CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量要求越來越高，而傳統(tǒng)堆疊式CMOS傳感器設(shè)有一層阻擋層來作為銅阻擋層，這樣會降低CMOS圖像傳感器的量子轉(zhuǎn)化效率，影響電子設(shè)備的成像質(zhì)量。
[0004]中國專利(公開號:102376724A)本發(fā)明提供了一種呈現(xiàn)改進的量子率的圖像傳感器器件。例如，提供了一種背照式(B S I)圖像傳感器器件，包括:具有前表面和后表面的基板；設(shè)置在基板的前表面處的感光區(qū)；以及設(shè)置在基板的后表面上方的抗反射層。當(dāng)在小于700 n m的波長處進行測量時，抗反射層具有大于或等于約2.2的折射率以及小于或等于約0.05的消光系數(shù)。本發(fā)明還提供了用于背照式圖像傳感器的抗反射層及其制造方法。
[0005]中國專利(公開號:103165633A)記載了一種背照式CMOS圖像傳感器，通過使用正面離子注入工藝形成在襯底上方的光電有源區(qū)域以及與該光電有源區(qū)域相鄰形成的延伸的光電有源區(qū)域，并使用背面離子注入工藝來形成延伸的光電有源區(qū)域，且繼續(xù)于襯底背面上制備一激光退火層，進而達(dá)到增大光子到電子的轉(zhuǎn)化量，改善量子效率。該專利文獻中并沒有記載改善CMOS器件白像素問題的相關(guān)技術(shù)特征。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明提供一種高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式CMOS傳感器及形成流程，通過改變?nèi)肷涔饴繁∧そY(jié)構(gòu)，使用光罩和干法蝕刻去除多余阻擋層，提高堆疊式CMOS傳感器的量子轉(zhuǎn)化效率，從而提高成像質(zhì)量。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下方案:
[0008]一種高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，所述傳感器包括像素晶圓結(jié)構(gòu)和邏輯晶圓結(jié)構(gòu)，該邏輯晶圓結(jié)構(gòu)通過一絕緣層與鍵合于所述像素晶圓結(jié)構(gòu)的上方，其中，所述傳感器還包括金屬互連線區(qū)，所述像素晶圓結(jié)構(gòu)通過所述金屬互連線區(qū)與所述邏輯晶圓結(jié)構(gòu)連接；
[0009]其中，所述像素晶圓結(jié)構(gòu)包括一阻擋層，該阻擋層覆蓋于所述金屬互連線的上表面。
[0010]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述像素晶圓結(jié)構(gòu)中還包括感光層和受光層，所述受光層覆蓋所述感光層的上表面。
[0011]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述感光層設(shè)置有光電二極管區(qū)和金屬互連線區(qū)，所述阻擋層位于所述受光層中，且所述阻擋層位于所述金屬互連線區(qū)的上方，所述金屬互連線區(qū)貫穿所述感光層，且所述感光層中設(shè)置有若干個光電二極管。
[0012]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述金屬互連線區(qū)中填充有銅。
[0013]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述像素晶圓結(jié)構(gòu)中還包括像素布線層，所述像素布線層覆蓋所述絕緣層的上表面。
[0014]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述像素布線層內(nèi)設(shè)有若干個第一層間金屬布線。
[0015]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述邏輯晶圓結(jié)構(gòu)包括基底，邏輯布線層，所述邏輯布線層位于所述襯底的上表面。
[0016]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述邏輯布線層中設(shè)有若干個第二層間金屬布線。
[0017]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述感光層的材質(zhì)為硅。
[0018]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，所述像素晶圓結(jié)構(gòu)的上表面還設(shè)置有若干顏色濾鏡。
[0019]上述的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器，其中，每個所述顏色濾鏡的上表面均設(shè)置有一微透鏡。
[0020]上述的一種制備高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器的方法，其中，若干塊所述焊接板間隔排列在所述受光層的上表面的邊緣，并圍繞所述微透鏡和所述阻擋層。
[0021]本發(fā)明還提供了一種制備高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器的方法，其中，所述方法包括:
[0022]步驟SI，提供一具有像素晶圓結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，該像素晶圓結(jié)構(gòu)中包括感光層和像素布線層，所述感光層覆蓋所述像素布線層的上表面，且所述感光層設(shè)置有光電二極管區(qū)和金屬互連線區(qū)；
[0023]步驟S2，制備一阻擋薄膜，該阻擋薄膜覆蓋所述感光層的上表面；
[0024]步驟S3，去除位于所述光電二極管區(qū)上方的阻擋薄膜，于所述金屬互連線區(qū)上方形成阻擋層。
[0025]上述的一種制備高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器的方法，其中，采用光刻工藝和干法刻蝕工藝去除位于所述光電二極管區(qū)上方的阻擋薄膜。
[0026]上述的一種制備高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式COMS傳感器的方法，其中，所述阻擋層的材質(zhì)為氮化硅。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下技術(shù)優(yōu)勢:
[0028]1、本發(fā)明采用堆疊式的CMOS傳感器，把邏輯晶圓結(jié)構(gòu)和像素晶圓結(jié)構(gòu)堆疊為一體，因此能夠?qū)崿F(xiàn)在較小的傳感器芯片尺寸上形成大量像素點，可以把騰出來的空間放置更多的像素。并且，邏輯晶圓結(jié)構(gòu)和像素晶圓結(jié)構(gòu)相互獨立，所以像素點部分可以進行更高的畫質(zhì)優(yōu)化，電路部分亦可進行高性能優(yōu)化。
[0029]2、通過對像素晶圓結(jié)構(gòu)，邏輯晶圓結(jié)構(gòu)及絕緣層的孔注入銅，形成金屬互連線像素晶圓結(jié)構(gòu)，邏輯晶圓結(jié)構(gòu)形成互聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0030]3、通過光刻工藝及干法蝕刻工藝，去除多余的阻擋層，改變?nèi)肷涔饴返谋∧そY(jié)構(gòu)，提高量子轉(zhuǎn)換效率。
【附圖說明】
[0031]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0032]圖1-4是本發(fā)明高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式CMOS傳感器的制備方法中一實施例的流程結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖5是本發(fā)明的高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式CMOS傳感器中一實施例的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖6為本發(fā)明高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式CMOS傳感器中一實施例的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0035]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0036]圖1-4為本發(fā)明高量子轉(zhuǎn)換效率的堆疊式CMOS傳感器的制備方法中一實施例的流程結(jié)構(gòu)示意圖。
[0037]如圖1所示，首先，提供一具有感光層5的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，在該感光層5中設(shè)置有若干光電二極管11和若干個晶體管(圖中未示出)，在感光層5的正面(圖中為下表面)進行工藝制程形成布線層7，然后在布線層7下表面通過絕緣層3和邏輯晶圓結(jié)構(gòu)2相互鍵合。其中，邏輯晶圓結(jié)構(gòu)2中包含邏輯布線層6和基底4，邏輯布線層6位于基底4的上表面；在布線層7中設(shè)置有若干個第一層間金屬布線10，在邏輯布線層6中設(shè)置有若干個第二層間金屬布線16。絕緣層3采用不導(dǎo)電的絕緣材料。
[0038]如圖2所示，刻蝕感光層5、布線層7和邏輯晶圓結(jié)構(gòu)2的上部，并將刻蝕停止于邏輯晶圓結(jié)構(gòu)2的上部，經(jīng)過該刻蝕后，形成接觸孔貫穿感光層5和布線層7，且其底部位于邏輯晶圓結(jié)構(gòu)的上部；然后在所形成的接觸孔內(nèi)注入金屬，以形成金屬互連線區(qū)8，通過金屬互連線區(qū)8可以使感光層5、布線層7以及邏輯布線層6形成互連結(jié)構(gòu)。其中，在接觸孔內(nèi)注入的金屬可以優(yōu)選采用銅，因為銅具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能。
[0039]如圖3所示，制備一層阻擋薄膜9’覆蓋感光層5的上表面以及金屬互連線區(qū)8的上表面。該阻擋薄膜9’可以通過化學(xué)氣相沉積或其他沉積方法根據(jù)具體的工藝需要進行制備，本發(fā)明對此不做限定。其中，阻擋薄膜9’的材質(zhì)可優(yōu)選采用氮化硅。
[0040]如圖4所示，由于阻擋薄膜9’會降低傳感器的量子轉(zhuǎn)換效率，需要將位于光電二極管11所在光電二極管區(qū)20上方的阻擋薄膜9’進行去除，所以先進行光刻工藝，即在該阻擋薄膜上制備一層光刻膠(圖中未示出)，然后通過具有圖形的光掩模進行曝光和顯影工藝，以在該光刻膠中形成開口，通過該開口，暴露出位于光電二極管區(qū)20上方部分的阻擋薄膜9’的上表面，然后以該具有開口的光刻膠