本發(fā)明涉及背照式傳感器制造技術領域，尤其涉及一種背照式傳感器的制造方法及版圖結構。

背景技術：

背照式(BSI)傳感器的光是從襯底的背面而不是正面進入襯底的，因為減少了光反射，BSI傳感器能夠比前照式傳感器捕捉更多的圖像信號。目前，三維堆疊背照式傳感器(UTS)通過硅穿孔(TSV:through Si Via)將邏輯運算芯片與像素(光電二極管)陣列芯片進行三維集成，一方面在保持芯片體積的同時，提高了傳感器陣列尺寸和面積，另一方面大幅度縮短功能芯片之間的金屬互聯(lián)，減小發(fā)熱、功耗、延遲，提高了芯片性能。

在三維堆疊背照式傳感器(UTS)中，設置金屬柵格，并利用金屬柵格(metal grid)的不透光特性，防止不同像素(光電二極管)之間的光的串擾，但是這種金屬柵格層工藝一直存在一些問題，其中金屬柵格層蝕刻的殘留缺陷，會影響像素區(qū)的透光率，使得成像不均勻，從而影響背照式傳感器芯片的性能，這是本領域技術人員所不愿意看到的。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種背照式傳感器的制造方法及版圖結構，能夠明顯消除金屬柵格蝕刻的殘余缺陷問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種背照式傳感器的版圖結構，包括邏輯區(qū)和像素區(qū)，所述邏輯區(qū)包括硅穿孔層和覆蓋在所述硅穿孔層上的保護層；所述像素區(qū)包括像素層和覆蓋在所述像素層上的金屬柵格層，至少所述保護層面向所述像素層的邊界線被所述金屬柵格層覆蓋。

進一步地，所述保護層從所述邏輯區(qū)延伸至所述像素區(qū)內(nèi)且暴露出所述像素區(qū)內(nèi)的像素層。

進一步的，所述金屬柵格層在所述像素區(qū)內(nèi)覆蓋所述保護層面向所述像素層的邊界線，或者所述金屬柵格層在所述像素區(qū)內(nèi)覆蓋所述保護層所有的邊界線。

進一步的，所述金屬柵格層從所述像素區(qū)延伸至所述邏輯區(qū)內(nèi)。

進一步的，所述金屬柵格層在所述邏輯區(qū)內(nèi)覆蓋所述保護層面向所述像素層的邊界線，或者所述金屬柵格層在所述邏輯區(qū)內(nèi)覆蓋所述保護層所有的邊界線。

進一步的，所述金屬柵格層覆蓋所述保護層所有的邊界線。

進一步的，所述保護層為單層結構或者至少兩層堆疊而成的復合層結構。

進一步的，所述金屬柵格層包括覆蓋在所述像素層上的粘合層和覆蓋在所述粘合層上的金屬層。

進一步的，所述像素層包括光電二極管和驅(qū)動所述光電二極管的晶體管。

本發(fā)明還提供一種背照式傳感器的制造方法，該制造方法根據(jù)上述的背照式傳感器的版圖結構來制作金屬柵格，包括以下步驟：

提供具有邏輯區(qū)和像素區(qū)的半導體襯底，所述像素區(qū)內(nèi)形成有像素層；

采用硅穿孔工藝在所述邏輯區(qū)內(nèi)形成連接所述像素層的硅穿孔層；

在具有所述硅穿孔層的半導體襯底表面形成保護層，所述保護層覆蓋所述硅穿孔層區(qū)域表面，并暴露所述像素區(qū)的像素層區(qū)域表面；

在具有所述保護層的半導體襯底表面形成金屬柵格層，所述金屬柵格層暴露所述像素層的像素并覆蓋所述保護層面向所述像素層的邊界線。

進一步的，在具有所述硅穿孔層的半導體襯底表面形成保護層的步驟包括：

在所述具有所述硅穿孔層的半導體襯底表面沉積一定厚度的保護層材料；

采用刻蝕工藝至少去除所述像素層表面上的保護層材料，以形成所述保護層。

進一步的，所述保護層為氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層或者氧化硅層、氮化硅層交替堆疊而成的復合層結構。

進一步的，在具有所述保護層的半導體襯底表面形成金屬柵格層的步驟包括：

在具有所述保護層的半導體襯底表面上依次形成粘合層、金屬層、抗反射層和圖形化光刻膠層；

以所述圖形化光刻膠層為掩膜，依次刻蝕所述抗反射層、金屬層和粘合層，所述刻蝕保留保護層邊界臺階處的金屬層和粘合層，從而形成所述金屬柵格層，所述臺階為所述保護層面向所述像素層的邊界線與所述像素層形成的臺階。

進一步的，所述粘合層的材料包括鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭中的至少一種。

進一步的，所述金屬層的材料為鋁、銅或鎢。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案更改了現(xiàn)有的版圖設計，使新的版圖結構中的金屬柵格層的范圍至少覆蓋保護層靠近像素區(qū)的像素層的邊界，從而在根據(jù)新的版圖結構制造背照式傳感器的金屬柵格時，保護層與像素層的臺階處的金屬不需要被蝕刻掉，從而避免金屬殘余缺陷，避免影響像素區(qū)的透光率，從而提高了最終制得的背照式圖像傳感器芯片的性能。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有的一種背照式傳感器的版圖結構；

圖2A至2B是根據(jù)圖1所示的版圖結構制造背照式傳感器的金屬柵格過程中的剖面結構示意圖

圖3A至圖3D是本發(fā)明具體實施例的背照式傳感器的版圖結構；

圖4是本發(fā)明具體實施例的背照式傳感器的制造方法流程圖；

圖5A至圖5B是圖4所示的制造方法中的器件剖面結構示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施例的限制。其次，本發(fā)明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發(fā)明保護的范圍。再者，本發(fā)明中的“層”并不限定單層結構，也包含多層結構堆疊形成的復合層結構，而“上”、“下”等概念主要是結合示意圖的方向來便于說明一些相對概念，便于更好地理解本發(fā)明的目的，因此，在實際制作中“層”、“上”、“下”等概念均包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

請參考圖1，目前，發(fā)明人所熟知的一種用于制作背照式圖像傳感器的金屬柵格的版圖結構設計包括邏輯區(qū)100a和像素區(qū)100b。所述邏輯區(qū)100a包括硅穿孔(TSV)層101和氮化硅保護層(SiN cap layer)102，硅穿孔層101的互連金屬和通孔結構可以將邏輯區(qū)100a的邏輯運算芯片和像素區(qū)100b的像素層100c(即光電傳感器陣列芯片)實現(xiàn)電連接和三維集成；所述像素區(qū)100b包括金屬柵格層103，金屬柵格層103中具有能夠防止不同像素(光電二極管)之間的光的串擾的金屬柵格103a。

請參考圖2A和2B，根據(jù)圖1所示的版圖結構設計，制作背照式圖像傳感器的金屬柵格過程包括：首先，提供具有邏輯區(qū)I和像素區(qū)II的半導體襯底200，采用硅穿孔(TSV工藝)在邏輯區(qū)I中形成硅穿孔層，所述硅穿孔層包括下層互連金屬200a、導電通孔結構201以及上層互連金屬200b；然后，在具有硅穿孔層的半導體襯底表面沉積要沉積氮化硅(SiN)保護層202，并通過蝕刻保留硅穿孔層區(qū)域的SiN保護層202，去除像素區(qū)II的SiN保護層202，以保證像素區(qū)II的透光率；接著，在具有SiN保護層202的半導體襯底200表面依次形成氮化鈦粘合層(未圖示)、金屬層203、抗反射層204(BARC)以及光刻膠(PR)層205，并通過光刻和蝕刻工藝，去除邏輯區(qū)I的SiN保護層202表面以及像素區(qū)II表面上多余的氮化鈦粘合層、金屬層203、抗反射層204(BARC)，以在像素區(qū)II的相鄰像素(未圖示)之間形成金屬柵格203b，來隔離像素區(qū)II中像素與像素之間的干擾。但由于SIN保護層203在邏輯區(qū)I與像素區(qū)II存在高度差，形成臺階，光刻膠層205和BARC層204在該臺階處的涂覆厚度偏厚，進而導致后續(xù)的金屬層203蝕刻不完全并形成殘余缺陷203c，影響像素區(qū)II的透光率，降低產(chǎn)品良率。

為了克服上述問題，本發(fā)明的技術方案更改版圖設計，使版圖中的金屬柵格(metal grid)層的范圍覆蓋氮化硅保護層靠近像素區(qū)的邊界，從而消除由于氮化硅保護層靠近像素區(qū)的邊界的臺階高度差帶來的光刻膠、抗反射層(BARC)涂布不均勻問題，從而使像素區(qū)邊界臺階處的金屬不需要被蝕刻掉，從而避免金屬刻蝕殘余缺陷。

請參考圖3A至圖3D，本發(fā)明提供一種背照式圖像傳感器的版圖結構，包括邏輯區(qū)I和像素區(qū)II，所述邏輯區(qū)I包括硅穿孔層301和覆蓋在所述硅穿孔層301上的保護層302；所述像素區(qū)II包括像素層300a和覆蓋在所述像素層300a上的金屬柵格層303，所述像素層300a包括若干光電二極管形成的像素陣列(未圖示)和驅(qū)動所述光電二極管的晶體管(未圖示)，且所述保護層302面向所述像素層300a的邊界線(即靠近所述像素陣列邊界的保護層邊界線)被所述金屬柵格層303覆蓋，所述金屬柵格層303的金屬暴露出像素層300a的像素表面并覆蓋像素層300a的兩相鄰像素之間的區(qū)域，即所述金屬柵格層303在兩相鄰像素之間的金屬形成金屬柵格303a。需要說明的是，所述保護層302可以為氮化硅或氧化硅單層結構，也可以為氧化硅和氮化硅堆疊的雙層結構，還可以為氧化硅-氮化硅-氧化硅三層復合層結構。

進一步的，所述金屬柵格層303可以包括覆蓋在所述像素層300a上的粘合層和覆蓋在所述粘合層上的金屬層。

所述金屬柵格層303可以僅僅覆蓋所述保護層302靠近像素層300a的邊界線，也可以覆蓋所述保護層所有的邊界線。

例如圖3A所示的實施例中，所述金屬柵格層303的邊界303b從所述像素區(qū)II延伸至所述邏輯區(qū)I內(nèi)，且所述金屬柵格層303在所述邏輯區(qū)I內(nèi)覆蓋所述保護層302靠近像素層300a的邊界線302a，保護層302的邊界線距離像素層300a邊界最近的邊界線。

再如圖3B所示的實施例中，所述金屬柵格層303的邊界303b從所述像素區(qū)II延伸至所述邏輯區(qū)I內(nèi)，且所述金屬柵格層303在所述邏輯區(qū)I內(nèi)覆蓋所述保護層302所有的邊界線，即保護層302的面向像素層300a和遠離像素層300a的邊界線302a均被金屬柵格層303覆蓋。

又如圖3C所示的實施例中，所述保護層302從所述邏輯區(qū)I延伸至所述像素區(qū)II內(nèi)且暴露出所述像素區(qū)II的像素層300a所在區(qū)域，以保證像素區(qū)I的透光率，使像素層300a中的光電二極管能接收到充分的光線；且所述保護層302面向所述像素層300a的邊界線302a被像素區(qū)II內(nèi)的金屬柵格層303覆蓋，即在所述像素區(qū)II內(nèi)，金屬柵格層303的邊界線303b在保護層302的邊界線302a的外側。

再如圖3D所示的實施例中，所述保護層302從所述邏輯區(qū)I延伸至所述像素區(qū)II內(nèi)且暴露出所述像素區(qū)II的像素層300a所在區(qū)域，以保證像素區(qū)I的透光率，使像素層300a中的光電二極管能接收到充分的光線；且所述保護層302在所述像素區(qū)II內(nèi)所有邊界線(包括圖3D所示的面向像素層300a的內(nèi)邊界線302a和遠離像素層300a的外邊界線302b)均被像素區(qū)II內(nèi)的金屬柵格層303覆蓋，即在所述像素區(qū)II內(nèi)，金屬柵格層303的邊界線303b在保護層302的外邊界線302b的外側。

本發(fā)明的版圖結構中，金屬柵格層的范圍至少覆蓋保護層靠近像素區(qū)的像素層的邊界線，從而在根據(jù)新的版圖結構制造背照式傳感器的金屬柵格時，保護層與像素層的臺階處的金屬不需要被蝕刻掉，從而避免金屬刻蝕殘余缺陷，避免影響像素區(qū)的透光率，從而提高了最終制得的背照式圖像傳感器芯片的性能。

請參考圖4，本發(fā)明還提供一種背照式傳感器的制造方法，該制造方法根據(jù)本發(fā)明的背照式傳感器的版圖結構來制作金屬柵格，包括以下步驟：

S1，提供具有邏輯區(qū)和像素區(qū)的半導體襯底，所述像素區(qū)內(nèi)形成有像素層；

S2，采用硅穿孔工藝在所述邏輯區(qū)內(nèi)形成連接所述像素層的硅穿孔層；

S3，在具有所述硅穿孔層的半導體襯底表面形成保護層，所述保護層覆蓋所述硅穿孔層區(qū)域表面，并暴露所述像素區(qū)的像素層區(qū)域表面；

S4，在具有所述保護層的半導體襯底表面形成金屬柵格層，所述金屬柵格層暴露所述像素層的像素并覆蓋所述保護層面向所述像素層的邊界線。

請參考圖5A，在步驟S1中，提供的半導體襯底400具有像素區(qū)II和邏輯區(qū)I，所述像素區(qū)II中形成有像素層400c，像素層400c包括若干傳感器元件(還稱為像素)形成的像素陣列(未圖示)，傳感器元件檢測朝向半導體襯底400正面的輻射(諸如，自然光、紅外線IR、紫外線UV、X射線、微波等入射輻射的強度)。所述像素區(qū)II中還形成有若干晶體管，諸如，轉(zhuǎn)移晶體管(未示出)、復位晶體管(未示出)、源極跟隨晶體管(未示出)、選擇晶體管(未示出)、其他晶體管或其組合。當傳感器元件為光電二極管時，像素區(qū)II的透光區(qū)和和這些晶體管(其可以共同稱為像素電路)允許光電二極管檢測特定光波長的強度。邏輯區(qū)I包括一些附加電路、輸入和/或輸出電路，可以提供相應的信號給傳感器元件，以提供用于傳感器元件的操作環(huán)境和/或支持與傳感器元件的通信。

請繼續(xù)參考圖5A，在步驟S2中，通過硅穿孔工藝在所述邏輯區(qū)I形成硅穿孔層，用于將邏輯區(qū)I的邏輯電路與像素區(qū)II的像素層400c的各器件電互連。硅穿孔層在三維堆疊背照式傳感器中通常為多層互連結構，包括多層層間介電層(未標注)、在每層層間介電層中的金屬互連線400a、400b和電連接相鄰兩層金屬互連線的通孔結構401。層間介電層可以包括低k介電層和鈍化層，層間介電層可以是二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、TEOS氧化物、磷硅酸玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氟硅玻璃(FSG)、碳摻雜氧化硅、干凝膠(Xerogel)、氣凝膠體(Aerogel)、氟化非晶碳、聚對二甲苯基、BCB(bis-benzocyclobutenes，雙苯并環(huán)丁烯)、、聚酰亞胺、其他合適材料、或其結合。金屬互連線400a、400b可以是鋁、鋁/硅/銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金屬硅化物、或其結合的金屬，其中的金屬硅化物可以包括硅化鎳、硅化鈷、硅化鎢、硅化鉭、硅化鈦、硅化鉑、硅化鉺、硅化鈀、或其結合。因此，本發(fā)明中所述的硅穿孔層可以是銅互連結構。

請參考圖5A，在步驟S3中，首先，可以采用化學氣相沉積工藝在具有硅穿孔層的半導體襯底400表面沉積保護材料，所述保護材料可以為氧化硅、氮化硅或者由氧化硅、氮化硅交替堆疊；然后對所述保護材料進行光刻和刻蝕，保留邏輯區(qū)I的硅穿孔層表面上的保護材料，去除像素區(qū)II表面上的保護材料(以保證像素區(qū)的透光率)，從而形成保護層402。所述保護層402可以為氧化硅層、氮化硅層或氮氧化硅層單層結構，還可以為氧化硅層(O)、氮化硅層(N)交替堆疊而成的復合層結構，例如ONO結構。

請參考圖5A和5B，在步驟S4中，首先，可以在包含保護層402的半導體襯底400表面上依次形成粘合層(未圖示)、金屬層403、抗反射層(BARC)404和圖形化光刻膠層(PR)405，粘合層可以在高溫真空條件下采用物理離子濺射工藝于半導體襯底表面上方形成，粘合層的材質(zhì)可以為鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭中的至少一種，金屬層403在高溫真空條件下繼續(xù)采用物理離子濺射工藝在粘合層的上表面上形成，該金屬層403的材質(zhì)可以為鋁、銅或鎢，抗反射層(BARC)404均可以通過旋轉(zhuǎn)涂覆工藝形成，圖形化光刻膠層405具有根據(jù)本發(fā)明的版圖結構形成的金屬柵格圖形，同時圖形化光刻膠層405的圖形還可以使得保護層402邊界與像素區(qū)II因高度差而成的臺階處的金屬層403b和粘合層得以保留，其形成工藝可以采用本領域技術人員所熟知的技術，在此便不予贅述。然后，以圖形化光刻膠層405為掩膜，按照從上至下的順序依次刻蝕抗反射層404、金屬層403和粘合層，該刻蝕在所述邏輯區(qū)的保護層402表面上大部分的金屬層403和粘合層，保留保護層402靠近像素區(qū)II的邊界與像素區(qū)II因高度差而成的臺階處的金屬層403b和粘合層，同時在像素區(qū)II保留相鄰像素之間的金屬層403和粘合層，從而形成金屬柵格層，該金屬柵格層在像素區(qū)II的相鄰像素之間形成金屬柵格403a。之后可以去除圖形化光刻膠層405和抗反射層。由于保護層402靠近像素區(qū)的邊界臺階處的金屬層403b和粘合層不需要被蝕刻掉，從而避免了金屬柵格刻蝕造成的金屬殘余缺陷。

本發(fā)明的背照式傳感器的制造方法，根據(jù)新的版圖結構制造背照式傳感器的金屬柵格，由于在新的版圖結構中的金屬柵格層的范圍至少覆蓋保護層靠近像素區(qū)的像素層的邊界，因而在金屬柵格刻蝕時，保護層與像素層的臺階處的金屬不需要被蝕刻掉，避免了金屬殘余缺陷，避免影響像素區(qū)的透光率，從而提高了最終制得的背照式圖像傳感器芯片的性能。

顯然，本領域的技術人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。