阅读说明：本技术 前照式cmos图像传感器的形成方法 (Forming method of front-illuminated CMOS image sensor ) 是由 徐涛 李�杰 郑展 付文 于 2019-02-02 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种前照式CMOS图像传感器的形成方法,包括：依次形成器件层、多层金属层,所述器件层包括感光区域和非感光区域；形成顶层金属层,刻蚀顶层金属层形成预设图案；在感光区域和非感光区域上方依次形成第一阻挡层和介质层；研磨所述介质层,停止至所述非感光区域的第一阻挡层区域表面；在所述研磨后的表面上形成第二阻挡层；刻蚀所述感光区域的第二阻挡层、介质层至暴露出第一阻挡层表面；其中,通过第一阻挡层的阻挡,可以提高研磨和刻蚀工艺的均匀性,并在保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差的同时可以获得感光区域相对较短的光程。(The invention provides a method for forming a front-illuminated CMOS image sensor, which comprises the following steps: sequentially forming a device layer and a plurality of metal layers, wherein the device layer comprises a photosensitive area and a non-photosensitive area; forming a top metal layer, and etching the top metal layer to form a preset pattern; sequentially forming a first barrier layer and a dielectric layer above the photosensitive area and the non-photosensitive area; grinding the dielectric layer and stopping till the surface of the first barrier layer area of the non-photosensitive area; forming a second barrier layer on the ground surface; etching the second barrier layer and the dielectric layer of the photosensitive area until the surface of the first barrier layer is exposed; the first barrier layer can improve the uniformity of the grinding and etching processes, and can obtain a relatively short optical path of the photosensitive area while ensuring a relatively low height difference between the surface of the photosensitive area and the surface of the non-photosensitive area.)

前照式CMOS图像传感器的形成方法

技术领域

本发明涉及一种前照式CMOS图像传感器的形成方法。

背景技术

图像传感器是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器，是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件）两大类。

CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。因此，随着技术发展，CMOS图像传感器越来越多地取代CCD图像传感器应用于各类电子产品中。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置（例如胃镜）、车用摄像装置等。

CMOS图像传感器产品可分为FSI（FrontSide Illumination，前照式）和BSI（BackSide Illumination，背照式）。前照式CMOS图像传感器产品中，BEOL（Back EndOf Line，后段工艺）制程中具有至少为两层以上的金属布线，即包括多层的金属线及介质层。对于感光区，从芯片表面到感光表面的距离比较大，这就使入射光线必须经过一个较长的路程（光程）才能被感光区吸收，不仅光线衰减较大，降低了光线敏感性，而且使芯片的CRA（ChiefRay Angle，主光线与成像面法线方向的夹角）不能太大，应用范围受限，从而大大影响了图像传感器的性能。

具体参见图1-图5示出的现有技术的前照式CMOS图像传感器的制造方法的部分示意图。

参见图1、图2，依次形成器件层10、多层金属层20，所述器件层10包括感光区域12和非感光区域11；形成顶层金属层30，刻蚀顶层金属层30形成预设图案（如图2所示）。

参见图3、图4，在感光区域12和非感光区域11上方形成介质层40，研磨介质层40停止于距离顶层金属层30表面的间距H1至少为200nm的位置，由于研磨工艺存在边缘快中心慢，因此如果研磨介质层40停止于距离顶层金属层30表面的间距H1小于200nm的位置，可能在研磨过程中会对晶圆边缘的顶层金属层30表面造成损伤，并且晶圆与晶圆之间研磨的均匀性也难以保证，从而影响图像传感器性能。随后，在研磨后的表面上形成阻挡层60，优选的，所述阻挡层60的材质为SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合，厚度通常为30-200nm。

参见图5，刻蚀感光区域的阻挡层60、介质层40，为保证最终感光区域和非感光区域交界处彩色滤光层，微透镜层具有良好的形貌，需要控制感光区域表面与非感光区域表面的高度差H2不能过大，通常为300-800nm，因此介质层40的刻蚀损失就不能过大，最终造成感光区域的介质层40表面与器件层10表面之间的距离H3较大，也就是说，入射光的光程较长，降低了光线敏感性，并且晶圆与晶圆之间的刻蚀均匀性也难以保证，从而影响图像传感器性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种前照式CMOS图像传感器的形成方法，提高研磨和刻蚀工艺的均匀性，保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差的同时获得感光区域相对较短的光程，提高图像传感器性能。

基于以上考虑，本发明提供一种前照式CMOS图像传感器的形成方法，包括：依次形成器件层、多层金属层，所述器件层包括感光区域和非感光区域；形成顶层金属层，刻蚀顶层金属层形成预设图案；在感光区域和非感光区域上方依次形成第一阻挡层和介质层；研磨所述介质层，停止至所述非感光区域的第一阻挡层区域表面；在所述研磨后的表面上形成第二阻挡层；刻蚀所述感光区域的第二阻挡层、介质层至暴露出第一阻挡层表面；其中，通过第一阻挡层的阻挡，可以提高研磨和刻蚀工艺的均匀性，并在保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差的同时可以获得感光区域相对较短的光程。

优选的，在形成所述第一阻挡层之前，在所述顶层金属层与第一阻挡层之间形成缓冲层。

优选的，所述第一阻挡层、第二阻挡层材质为SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合。

优选的，所述缓冲层材质为SiO₂。

优选的，通过化学机械研磨或物理机械研磨所述介质层。

优选的，所述前照式CMOS图像传感器的形成方法，还包括，刻蚀感光区域的第二阻挡层、介质层的步骤之后，在感光区域的第一阻挡层上形成彩色滤光层，微透镜层。

优选的，所述第一阻挡层的厚度为10-50nm，第二阻挡层的厚度为30-200nm。

本发明的前照式CMOS图像传感器的形成方法，通过第一阻挡层的阻挡，可以提高研磨和刻蚀工艺的均匀性，并在保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差的同时可以获得感光区域相对较短的光程，提高图像传感器性能。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1-图5为现有技术的前照式CMOS图像传感器的制造方法的部分示意图；

图6为本发明的前照式CMOS图像传感器的制造方法的流程图；

图7-图12为本发明的前照式CMOS图像传感器的制造方法的部分示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。

具体实施方式

为解决上述现有技术中的问题，本发明提供一种前照式CMOS图像传感器的形成方法，通过第一阻挡层的阻挡，可以提高研磨和刻蚀工艺的均匀性，并在保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差的同时可以获得感光区域相对较短的光程，提高图像传感器性能。

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

如图6所示，本发明提供一种前照式CMOS图像传感器的形成方法，包括：依次形成器件层、多层金属层，所述器件层包括感光区域和非感光区域；形成顶层金属层，刻蚀顶层金属层形成预设图案；在感光区域和非感光区域上方依次形成第一阻挡层和介质层；研磨所述介质层，停止至所述非感光区域的第一阻挡层区域表面；在所述研磨后的表面上形成第二阻挡层；刻蚀所述感光区域的第二阻挡层、介质层至暴露出第一阻挡层表面；其中，通过第一阻挡层的阻挡，可以提高研磨和刻蚀工艺的均匀性，并在保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差的同时可以获得感光区域相对较短的光程。

具体参见图7-图12示出的本发明的前照式CMOS图像传感器的制造方法的部分示意图。

参见图7、图8，依次形成器件层110、多层金属层120，所述器件层110包括感光区域112和非感光区域111；形成顶层金属层130，刻蚀顶层金属层130形成预设图案（如图8所示）。

参见图9，在感光区域112和非感光区域111上方依次形成第一阻挡层140和介质层150，优选的，所述第一阻挡层140的材质为SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合，厚度为10-50nm。

在未示出的其他优选实施例中，还可以在形成所述第一阻挡层140之前，在所述顶层金属层130与第一阻挡层140之间形成缓冲层，所述缓冲层材质优选为SiO₂，厚度为10-50nm。

参见图10，研磨所述介质层150，停止至非感光区域111的第一阻挡层140表面，第一阻挡层140作为研磨停止层，不必担心研磨过程中对顶层金属层30表面造成损伤，并且通过第一阻挡层140的阻挡，还可以提高研磨工艺的均匀性。优选的，所述研磨工艺为化学机械研磨或物理机械研磨。

参见图11，在所述研磨后的表面上形成第二阻挡层160，优选的，所述第二阻挡层160的材质为SiN，SiON，SiC, SiNC, SiONC中的任意一种或多种组合，厚度为30-200nm。

参见图12，刻蚀所述感光区域112的第二阻挡层160、介质层150至暴露出第一阻挡层140表面，第一阻挡层140作为刻蚀停止层，不必担心刻蚀过程中对下面的多层金属层120表面造成损伤，并且通过第一阻挡层140的阻挡，可以提高刻蚀工艺的均匀性。

通过控制第一阻挡层140的厚度为10-50nm，缓冲层（若有）的厚度为10-50nm，因此本发明中第一阻挡层140表面与顶层金属层30表面的间距H1’远小于现有技术中介质层40表面与顶层金属层30表面的间距H1，由此可以在保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差H2’的同时可以获得感光区域相对较短的光程H3’，从而降低了光线的损耗，提高了光线敏感性，改善了图像传感器性能。

此外，本发明的前照式CMOS图像传感器的形成方法，还包括，在刻蚀感光区域112的第二阻挡层160、介质层150的步骤之后，在感光区域112的第一阻挡层140上形成彩色滤光层，微透镜层，从而形成完整的图像传感器结构。

本发明的前照式CMOS图像传感器的形成方法，通过第一阻挡层的阻挡，可以提高研磨和刻蚀工艺的均匀性，并在保证感光区域表面与非感光区域表面相对较低高度差的同时可以获得感光区域相对较短的光程，提高图像传感器性能。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。