CN117832240A - 背照式图像传感器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种背照式图像传感器及其制造方法，所述背照式图像传感器包括衬底、刻蚀停止层和金属材料层和焊垫，衬底中形成有导电组件、导电柱和凹槽，导电柱填充在从凹槽底面穿通至导电组件的顶面的穿通孔中，并电性连接导电组件，刻蚀停止层和金属材料层依次覆盖在凹槽外围的衬底、导电柱以及凹槽的表面上，焊垫形成在所述凹槽中的金属材料层上且通过金属材料层以及刻蚀停止层与所述导电柱电性连接，由此利用刻蚀停止层来改善沉积的金属材料层表面的粗糙度，阻挡金属材料层中的金属向衬底中扩散，并在刻蚀金属材料层的工艺中保证刻蚀效果，避免刻蚀残留，进而提高图像传感器的最终性能。

Description

背照式图像传感器及其制造方法

本申请是申请号为CN202110902521.6、申请日为2021年08月06日、发明名称为“金属栅格的制造方法、背照式图像传感器及其制造方法”的母案申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及图像传感器制造技术领域，特别涉及一种金属栅格的制造方法、背照式图像传感器及其制造方法。

背景技术

图像传感器(Image Sensors)是摄像设备的核心部件，通过将光信号转换成电信号实现图像拍摄功能。其中，CMOS图像传感器(CMOS Image Sensors，CIS)器件，以其具有低功耗和高信比的优点，在各种领域内得到了广泛应用。

图像传感器按照其接收辐射的方式分为背照式(Back-side Illumination，BSI)图像传感器和前照式(Front-side Illumination，FSI)图像传感器。在背照式图像传感器中，布线等可能影响辐射接收的部件基本位于衬底的正面，光线从衬底的背面入射进入并入射光入射到衬底中的光电二极管处，由此不会被布线遮挡，提高了入射光量，能够显著提高光照条件下的拍摄效果。

然而，现有的BSI图像传感器及其制造工艺，难以满足更高性能的产品的发展需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属栅格的制造方法、背照式图像传感器及其制造方法，能够提高产品性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种金属栅格的制造方法，包括：

提供衬底，所述衬底中形成有导电组件和导电柱，所述衬底的表面形成有凹槽，所述导电柱填充在从所述凹槽底面穿通至所述导电组件的顶面的穿通孔中，并电性连接所述导电组件；

在所述衬底、所述导电柱以及所述凹槽的表面上依次随形覆盖刻蚀停止层和金属材料层；

在所述凹槽中的所述金属材料层上形成焊垫，并在所述焊垫和所述金属材料层上覆盖介质盖帽层；

刻蚀所述凹槽外围的介质盖帽层、所述金属材料层和刻蚀停止层以形成金属栅格。

可选地，所述导电组件包括金属互连结构；和/或，所述刻蚀停止层为不同于氧化硅和氮化硅且能够阻挡金属材料层中的金属向所述衬底中扩散的材料。

可选地，在所述衬底中形成所述凹槽和所述导电柱的步骤包括：

刻蚀所述导电组件上方的部分厚度的所述衬底，以形成凹槽；

在所述衬底和所述凹槽的表面上随形覆盖缓冲介质层，所述缓冲介质层未填满所述凹槽；

刻蚀所述凹槽中的缓冲介质层和所述衬底，直至暴露出所述导电组件的顶面，以形成所述穿通孔；

在所述穿通孔中填充导电材料，以形成所述导电柱。

可选地，所述缓冲介质层包括依次层叠的第一氧化层、氮化层以及第二氧化层；在所述穿通孔中填充金属，以形成所述导电柱的步骤包括：在所述第二氧化层和所述穿通孔中沉积金属，沉积的金属至少填满所述穿通孔；通过回刻蚀工艺和/或化学机械平坦化工艺，去除所述第二氧化层和所述氮化层，并去除所述穿通孔外围沉积的金属，以形成所述导电柱。

可选地，提供具有所述导电组件的衬底的步骤包括：

提供一具有正面和背面的器件基底，在所述器件基底的正面形成逻辑器件和光电二极管；

通过金属互连工艺在所述器件基底的正面上形成层间介质层，并在所述层间介质层中形成金属互连结构作为所述导电组件，所述金属互连结构与所述逻辑器件电性连接；

提供承载基底，并在所述承载基底上形成键合介质层；

将所述层间介质层键合到所述键合介质层上，以形成具有所述导电组件的衬底。

可选地，在将所述层间介质层键合到所述键合介质层上之后，对所述器件基底的背面进行减薄，并进一步从背面刻蚀部分厚度的所述器件基底，以形成所述凹槽。

可选地，刻蚀所述凹槽外围的介质盖帽层、所述金属材料层和刻蚀停止层，以形成金属栅格时，通过过刻蚀工艺刻蚀打开所述刻蚀停止层，以去除所述刻蚀停止层下方部分厚度的膜层；和/或，在形成所述金属栅格之前或者之后，并刻蚀打开所述焊垫顶面上的介质盖帽层，以暴露出所述焊垫的部分顶面。

基于同一发明构思，本发明还提供一种背照式图像传感器的制造方法，包括：提供具有像素区和逻辑区的衬底，并采用如本发明所述的金属栅格的制造方法，在所述衬底的逻辑区的背面上形成容置有焊垫的凹槽，在所述衬底的像素区的背面形成金属栅格。

基于同一发明构思，本发明还提供一种背照式图像传感器，其包括：

具有像素区和逻辑区的衬底，所述逻辑区位于所述像素区的外围，且所述逻辑区的衬底表面形成有凹槽，

导电组件，埋设在所述逻辑区的衬底中；

导电柱，填充在从所述凹槽底面穿通至所述导电组件的顶面的穿通孔中，并电性连接所述导电组件；

依次随形覆盖在所述衬底上的刻蚀停止层、金属材料层和介质盖帽层，其中，所述像素区中的所述刻蚀停止层、所述金属材料层和所述介质盖帽层被刻蚀打开，以形成金属栅格，所述逻辑区中位于焊垫顶面上的介质盖帽层被刻蚀打开，以暴露出所述焊垫的部分顶面。

可选地，所述衬底还包括：

具有正面和背面的器件基底，所述器件基底的逻辑区的正面上形成有逻辑器件，所述凹槽形成在所述器件基底的逻辑区的背面上，所述器件基底的像素区的正面上形成有光电二极管；

层间介质层，形成在所述器件基底的正面上，并覆盖所述逻辑器件和所述光电二极管，且所述层间介质层中形成有作为所述导电组件的金属互连结构，所述金属互连结构与所述导电柱和所述逻辑器件电性连接。

与现有技术相比，本发明的技术方案至少具有以下有益效果之一:

1、在形成有凹槽、导电柱的衬底上依次随形覆盖刻蚀停止层和金属材料层，由此，可以利用刻蚀停止层来改善沉积的金属材料层表面的粗糙度，进而提高最终形成的金属栅格的高度均一性，提高图像传感器的最终性能。

2、所述刻蚀停止层为不同于氧化硅和氮化硅且能够阻挡金属材料层中的金属向所述衬底中扩散的材料，例如包括Ti、Ta、Cr、TiW、TiN和TaN中的至少一种，由此在通过刻蚀工艺形成金属栅格时，可以选用金属材料层相对刻蚀停止层有较高的刻蚀选择比的刻蚀剂，进而避免现有技术中需要进一步刻蚀金属材料层底部的氧化硅层和氮化硅层而造成金属材料层顶面上的介质盖帽层有表面凹坑(pinhole)缺陷以及金属材料层底部下方有多余的氮化硅层残留等问题，进一步提高图像传感器的最终性能。

3、在刻蚀所述凹槽外围的介质盖帽层、所述金属材料层和刻蚀停止层以形成金属栅格时，可以在刻蚀打开刻蚀停止层时进行过刻蚀，以刻蚀去除刻蚀停止层下方的部分厚度的膜层，由此省去现有技术中需要额外的制程来刻蚀金属材料层底部的氧化硅层和氮化硅层的工艺，节约了成本。

4、在刻蚀金属材料层形成金属栅格之前，先在凹槽中的金属材料层上形成焊垫，并使得介质盖帽层覆盖在所述焊垫和所述金属材料层上，由此在介质盖帽层的保护作用下，刻蚀所述凹槽外围的介质盖帽层、所述金属材料层和刻蚀停止层以形成金属栅格，由此省去现有技术中在介质盖帽层顶面上沉积硬掩膜层的步骤，进一步节约了成本。

5、能够从整体上降低高金属栅格的制造难度，从而满足产品对更高性能的图像传感器的需求。

附图说明

图1是现有的一种金属栅格的制造方法中的器件剖面结构示意图。

图2是本发明一实施例的金属栅格的制造方法的流程图。

图3是本发明一实施例的金属栅格的制造方法中的器件剖面结构示意图。

图4是本发明一实施例的背照式图像传感器的剖面结构示意图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为"在…上"、"连接到"其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、连接其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为"直接在…上"、"直接连接到"其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。空间关系术语例如“在……之下”、“在下面”、“下面的”、“在……之上”、“在上面”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在……之下”、“在下面”、“下面的”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的"一"、"一个"和"所述/该"也意图包括复数形式，除非上下文清楚的指出另外的方式。还应明白术语“包括”用于确定可以特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语"和/或"包括相关所列项目的任何及所有组合。

以下结合附图和具体实施例对现有技术和本发明提出的技术方案作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

为降低不同的背照式图像传感器件所接收到的光的光学串扰，需要形成金属栅格以隔离光，而现有的背照式图像传感器中的金属栅格的制造工艺，通常包括以下步骤：

首先，请参考图1A，提供一具有像素区(未图示)和逻辑区(未图示)的衬底100，所述逻辑区的衬底正面上形成有逻辑器件(未图示)和金属互连结构(未图示)，所述逻辑区的衬底的背面上形成有凹槽(未图示)，所述凹槽底部的衬底中形成有导电柱(TSV，未图示)，所述凹槽的底面上形成有焊垫(Bond PAD，未图示)，所述焊垫的底面与所述导电柱的顶面电性接触，所述导电柱的底面与所述金属互连结构的顶面电性接触；

接着，请继续参考图1A，在所述衬底100的背面上依次覆盖ONO缓冲介质层101(即包括依次层叠在衬底100背面上的氧化硅层、氮化硅层和氧化硅层)、W(钨)层102(通常为采用CVD方式)、介质盖帽层103(即包括依次层叠在W层102表面上的氧化硅层、氮化硅层和氧化硅层)以及硬掩膜层104，并通过光刻胶涂覆和显影等光刻工序在硬掩膜层104上形成图案化的光刻胶层105，其中，所述硬掩膜层104通常包括APF(AdvancedPatterning Film,无定形碳材料)层、SOC(旋涂碳层)层和ODL(organic dielectriclayer，有机介电)层中的至少一层；

然后，请参考图1(B)，以图案化的光刻胶层105为掩膜，刻蚀硬掩膜层104和介质盖帽层103，至暴露出W层102表面；

然后，请参考图1(C)，去除图案化的光刻胶层105、硬掩膜层104以及介质盖帽层103中的顶层的氧化硅层，并以剩余的介质盖帽层103为掩膜，刻蚀W层102，以形成金属栅格(Grid)，金属栅格之间形成网格；

之后，请参考图1(D)，以剩余的介质盖帽层103和金属栅格为掩膜，刻蚀去除网格中(即剩余的W层102底部外围)的缓冲介质层101中的顶层的氧化硅层和氮化硅层。

接着，在所述网格内形成滤光镜彩膜(Color Filter)矩阵。

然而，当前，像素尺寸减小、像素数量增加以及背面的金属栅格高度增加是当前背照式图像传感器的主流发展趋势。但是现有技术中制造金属栅格的工艺存在以下缺陷:

1、由于采用CVD方式直接沉积W层102在氧化硅上，导致沉积的钨层的表面非常粗糙，由此使得形成的金属栅格的最终高度的均一性不好，影响后续滤光镜彩膜矩阵的形成和图像传感器的最终性能；

2、刻蚀W层102形成金属栅格之后，还需要进一步刻蚀去除金属栅格之间的网格底部的氧化硅和氮化硅，该刻蚀工艺会造成金属栅格顶面上的氧化硅层受损、金属栅格的外围区域(包含逻辑区和部分像素区在内的区域)中的W层102顶面上的氧化硅层表面凹坑(surface pinhole)以及金属栅格之间的网格底部有氮化硅残留等缺陷。

上述缺陷均限制了背照式图像传感器的性能提高。

基于此，本发明提供一种金属栅格的制造方法、背照式图像传感器及其制造方法，能够提高金属栅格的最终高度的均一性，改善器件缺陷，进而提高器件的最终性能。

请参考图2，本发明一实施例提供一种金属栅格的制造方法，其包括以下步骤：

S1，提供衬底，所述衬底中形成有导电组件和导电柱，所述衬底的表面形成有凹槽，所述导电柱填充在从所述凹槽底面穿通至所述导电组件的顶面的穿通孔中，并电性连接所述导电组件；

S2，在所述衬底、所述导电柱以及所述凹槽的表面上依次随形覆盖刻蚀停止层和金属材料层；

S3，在所述凹槽中的所述金属材料层上形成焊垫，并在所述焊垫和所述金属材料层上覆盖介质盖帽层；

S4，刻蚀所述凹槽外围的介质盖帽层、所述金属材料层和刻蚀停止层以形成金属栅格。

请参考图3(A)至图3(C)和图4，在步骤S1中，提供形成有导电组件200a、凹槽204a、穿通孔204c以及导电柱204的衬底200的过程包括：

步骤S1.1，请参考图3(A)和图4，提供一具有正面(即图4中200b朝下的一面)和背面(即图4中200b朝上的一面)的器件基底200b，器件基底200b可以是本领域技术人员所熟知能用于制作图像传感器的任意合适的衬底材料，诸如Si、SiGe、SiGeC、SiC、GaAs、InAs、InP等半导体材料。通过集成电路制造的前道制程(FEOL)在器件基底200b的正面进行离子注入、器件隔离结构(例如浅沟槽隔离结构STI、深沟槽隔离结构DTI或者局部场氧隔离结构等)制造等，形成逻辑器件和光电二极管。其中，光电二极管位于像素区I，可以按行和按列排布成阵列，逻辑器件可以位于像素区I外围的逻辑区II，包括多种无源和有源微型电子部件，诸如包括电阻器、电容器、电感器、二极管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补MOS(CMOS)晶体管、双极结型晶体管(BJT)、横向扩散MOS(LDMOS)晶体管、高功率MOS晶体管、鳍型场效应晶体管(FinFEF)等中的至少一种。

步骤S1.2，请继续参考图3(A)和图4，进入集成电路制造的后道制程(BEOL)，通过金属互连工艺(例如包括接触孔工艺、大马士革工艺和焊垫工艺中的至少一种)，在所述器件基底200b的正面上形成层间介质层200c，并在所述层间介质层200c中形成金属互连结构作为所述导电组件200a，所述金属互连结构与所述逻辑器件电性连接。层间介质层200c可以是单层结构，也可以是多层膜层叠的结构，其在制作金属互连结构的相应金属层时来沉积。金属互连结构包括多层金属线以及连通两层金属线的通孔(via)。在一些示例性实施例中，层间介质层200c可以包括低k介电层、高k介电层、氧化硅层、氮化硅层、有机材料(例如聚酰亚胺)层、TEOS氧化物、磷硅酸玻璃(PSG)、硼磷硅玻璃(BPSG)、氟硅玻璃(FSG)、碳掺杂氧化硅等中的至少一种。低k介电层具有低于3.0的k值，高k介电层具有大于7.0的k值。本实施例中，金属互连结构的表面与层间介质层200c的表面齐平，以提供键合界面。

步骤S1.3，请继续参考图3(A)和图4，提供承载基底200d，并在所述承载基底上形成键合介质层，键合介质层可以包括氧化硅和/或氮化硅等。承载基底200d可以是经过再布线加工或者其他部件加工等的基底，也可以是裸硅衬底或玻璃。其可以提供用于处理器件基底200b的背面的机械强度和支撑。

步骤S1.4，请继续参考图3(A)和图4，将所述层间介质层200c键合到所述承载基底200d的键合介质层上，并进一步对器件基底200b的背面(即器件基底200b背向承载基底200d的一面)进行研磨减薄，以使得光能够从器件基底200b的背面进入并到达像素区I中的光电二极管处。

步骤S1.5，请继续参考图3(A)和图4，对器件基底200b的背面进行沟槽刻蚀，以形成深度达到要求的凹槽204a。

可选地，在刻蚀器件基底200b的背面形成凹槽204a的同时，还在器件基底200b的像素区I中形成若干个线宽小于凹槽204a的沟槽204b，或者，在刻蚀器件基底200b的背面形成凹槽204a之后，且在形成缓冲介质层203之前，先在器件基底200b的背面形成衬垫氧化层(未图示)，然后从器件基底200b的背面刻蚀凹槽204a外围的区域(即像素区I)中的衬垫氧化层和器件基底200b，以形成若干个线宽小于凹槽204a的沟槽204b；亦或者，在刻蚀器件基底200b的背面形成凹槽204a之前，先在器件基底200b的像素区I中形成若干个线宽小于凹槽204a的沟槽204b。

其中，沟槽204b的深度可以小于、等于或大于凹槽204a的深度，沟槽204b中需要填充隔离介质材料以用于形成深沟槽隔离结构，该深沟槽隔离结构能够对器件基底200b中已形成的光电二极管等器件进行物理隔离、电学隔离，因此，沟槽204b的数量可以与已形成在器件基底200b像素区I中的光电二极管或者后续需要在器件基底200b像素区I上形成的金属栅格的数量一致。

在本发明的其他实施例中，也可以省去沟槽204b的形成。

步骤S1.6，请继续参考图3(A)和图4，通过沉积或者涂覆等合适的工艺，在器件基底200b的背面以及凹槽204a的内表面上覆盖缓冲介质层203。其中，缓冲介质层203可以是多层膜层堆叠的结构。作为一种示例，缓冲介质层203包括第一氧化层203a、氮化层203b以及第二氧化层(或者氮氧化层)203c，且第一氧化层203a的沉积厚度能够填满像素区中的沟槽204b，在沉积第一氧化层203a之后，先对第一氧化层203a进行顶面平坦化，以保证后续膜层在像素区的厚度一致性，防止后续形成的金属栅格的高度不均匀。缓冲介质层203的作用如下：(1)可以在后续刻蚀器件基底200b以形成穿通孔204c的工艺中，作为刻蚀停止层和保护器件基底200b的保护层；(2)可提供从器件基底200b背面入射的光传播的路径；(3)隔离用于制作金属栅格的金属材料层和器件基底200b。

可选地，在覆盖缓冲介质层203之前，先通过沉积或者涂覆等合适的工艺，在器件基底200b的背面以及凹槽204a的内表面上随形覆盖一层或多层较薄的底部抗反射涂层202，可以包括氮化硅、氮氧化硅、高k介质、金属氮化物(例如氮化钛、氮化钽)和金属氧化物等中的至少一种。进一步可选地，底部抗反射涂层202带有负电荷，光从器件基底200b的背面一侧入射，进入器件基底200b中，经器件基底200b中的光电二极管产生电子，底部抗反射涂层202上的负电荷与光电二极管产生的电子相互排斥，如此一来，电子向远离底部抗反射涂层202的方向移动，从而可以抑制噪点和暗电流的产生。

步骤S1.7，请继续参考图3(B)和图4，通过光刻结合刻蚀的工艺，刻蚀凹槽204a底部的部分区域(即对准导电组件200a的区域)中的缓冲介质层203、底部抗反射涂层202以及器件基底200b，直至暴露出导电组件200a的顶面(即导电组件200a朝上且面向凹槽204a的表面)，形成穿通孔(TSV)204c。

步骤S1.8，请参考图3(B)～图3(C)和图4，首先，通过物理汽相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)等合适工艺，沉积导电材料至缓冲介质层203、凹槽204a以及穿通孔204c的表面上，且沉积的导电材料至少填满穿通孔204c，沉积的导电材料可以包括金属(例如包括Co、W、Cr、Mo、Ni、Cu等中的至少一种)、掺杂的多晶硅、金属硅化物等中的至少一种；然后，通过回刻蚀工艺和/或化学机械平坦化(CMP)工艺，去除第二氧化层203c和所述氮化层203b，并去除所述穿通孔204c外围多余的导电材料，以形成导电柱204。在凹槽204a的底面处，导电柱204的顶面与第一氧化层203a的顶面基本齐平。

请参考图3(D)和图4，在步骤S2中，首先，通过化学气相沉积或原子层沉积等合适的工艺，在第一氧化层203a和导电柱204的表面上覆盖刻蚀停止层205；然后，通过化学气相沉积或原子层沉积等合适的工艺，在刻蚀停止层205上覆盖用于制作金属栅格的金属材料层206。

其中，刻蚀停止层205和金属材料层206在像素区I中的堆叠厚度需要满足图像传感器对金属栅格高度的需求。所述刻蚀停止层205为不同于氧化硅和氮化硅的材料，且刻蚀停止层205的设置需要起到如下作用：(1)能够为金属材料层206在像素区I中的沉积提供平坦的界面，保证像素区I中沉积的金属材料层206的膜厚均匀性，进而保证后续形成的金属栅格的高度均匀性；(2)能够阻挡金属材料层206中的金属向所述器件基底200b中扩散；(3)能够在后续刻蚀金属材料层206形成金属栅格的工艺中，作为刻蚀停止点，并使得金属材料层206与之具有相对较高的刻蚀选择比，保证刻蚀效果，避免金属栅格之间的网格底部的刻蚀残留；(4)能够在后续刻蚀金属材料层206形成金属栅格的工艺中，使得金属材料层206与其表面上的介质盖帽层208有较高的刻蚀选择比，防止介质盖帽层208的表面产生凹坑缺陷；(5)能够使得形成的焊垫207通过金属材料层206以及刻蚀停止层205与导电柱204电性导通。

作为一种示例，刻蚀停止层205的材料包括氮化钛(TiN)、氮化钽(TaN)、钛(Ti)、钽(Ta)、钨化钛(TiW)、硅化钛(TiSi)、氮化硅钛(TiSiN)、氮化硅钽(TaSiN)、镍钒(NiV)和氮化钨(WN)等中的至少一种。

请参考图3(D)～图3(E)和图4，在步骤S3中，首先，可以通过物理汽相沉积(PVD)或者化学气相沉积(CVD)等合适工艺，在金属材料层206上覆盖焊垫材料层；然后，通过光刻结合刻蚀的工艺，刻蚀焊垫材料层，去除凹槽204a外围的焊垫材料层以及凹槽204a中的部分焊垫材料层，以形成与导电柱204对准的焊垫207，焊垫207通过底部的金属材料层206和刻蚀停止层205与导电柱204电性连接；之后，通过旋涂或者化学气相沉积等合适的工艺，在焊垫207及其暴露出的金属材料层206的表面上随形覆盖介质盖帽层208。其中，可选地，焊垫207的材料可以包括：镍(Ni)、铝(Al)、银(Ag)、金(Au)、钨(W)等中的至少一种。介质盖帽层208可以是单层膜结构，也可以是多层膜层叠的结构，其一方面用于保护待保留的金属材料层206和焊垫207，另一方面能够作为刻蚀金属材料层206形成金属栅格工艺的硬掩膜层，从而可以省去现有技术中在介质盖帽层顶面上沉积硬掩膜层的步骤。可选地，介质盖帽层208的材料可以包括氧化硅、氮化硅和氮氧化硅中的至少一种。作为一种示例，介质盖帽层208为依次堆叠在金属材料层206上的氧化硅层、氮化硅层、氮氧化硅层的结构。可选地，介质盖帽层208的厚度不足以填满凹槽204a，以在焊垫207周围形成缝隙，该缝隙可以在后续在焊垫上进行打线或植球等焊接工艺时，阻挡焊接材料流动至凹槽204a外围。

应当注意的是，焊垫207的形成方法也可以采用金属剥离工艺(lift-off)工艺，其过程是：先形成光刻胶，并对光刻胶进行光刻，定义出待形成焊垫207的窗口，然后沉积焊垫材料层，之后将光刻胶和多余的焊垫材料层一起去除，剩余的焊垫材料层即为焊垫207。

请参考图3(E)～图3(F)和图4，在步骤S4中，首先，可以在介质盖帽层208上进行光刻胶涂覆、曝光、显影，在光刻胶层中定义出金属栅格的图案，然后以光刻胶层为掩膜，刻蚀像素区I(所述凹槽204a外围的区域)中的介质盖帽层208和金属材料层206至刻蚀停止层205的表面，然后去除光刻胶层，并以介质盖帽层208为掩膜，刻蚀打开像素区I中的刻蚀停止层205，以暴露缓冲介质层203的表面，由此在像素区I中形成金属栅格，金属栅格之间形成暴露出缓冲介质层203的表面的网格209。然后，通过光刻结合刻蚀的工艺，刻蚀打开焊垫207上的介质盖帽层208，形成暴露出焊垫207的部分顶面的开口208a。

可选地，刻蚀打开所述像素区I的刻蚀停止层205时，可以进行一定的过刻蚀，以在刻蚀打开所述刻蚀停止层205后，还进一步去除所述刻蚀停止层205下方部分厚度的缓冲介质层203(例如刻蚀打开第二氧化硅层203c或者刻蚀打开第二氧化硅层203c和氮化硅层203b)。

应当注意的是开口208a的形成顺序可以不限于上述举例，在本发明的其他实施例中，可以在刻蚀像素区I的金属材料层206以形成所述金属栅格之前或者之后，刻蚀打开所述焊垫207顶面上的介质盖帽层208，以暴露出所述焊垫207的部分顶面的开口208a。

基于同一发明构思，请参考图2～图4，本发明一实施例还提供一种背照式图像传感器的制造方法，包括：提供具有像素区I和逻辑区II的衬底200，并采用如本发明所述的金属栅格的制造方法，在所述衬底200的逻辑区II的背面上形成容置有焊垫207的凹槽204a，在所述衬底200的像素区I的背面形成金属栅格。

其中，所述逻辑区II的衬底200的正面还形成有导电组件200a，所述凹槽204a底部下方的衬底200中还形成有导电柱204，所述导电柱204填充在从所述凹槽204a底面穿通至所述逻辑区II中的导电组件200a的顶面的穿通孔204c中。其中，提供形成有导电组件200a、凹槽204a、穿通孔204c以及导电柱204的衬底200的过程如上文中的步骤S1所述，在此不再赘述。

焊垫207的底部还有与金属栅格一道沉积形成的金属材料层206和刻蚀停止层205，焊垫207的底面通过金属材料层206和刻蚀停止层205与导电柱204的顶面电性导通。

综上所述，本发明的金属栅格的制造方法及背照式图像传感器的制造方法，其先在形成有凹槽、导电柱的衬底上依次随形覆盖刻蚀停止层和金属材料层，然后在凹槽中的金属材料层上形成焊垫，之后覆盖介质盖帽层并进一步刻蚀介质盖帽层、金属材料层和刻蚀停止层形成金属栅格。本发明的技术方案能够改善沉积的金属材料层表面的粗糙度，提高最终形成的金属栅格的高度均一性，且能避免现有技术中需要进一步刻蚀用于制作金属栅格的金属材料层(例如W)底部的氧化硅层和氮化硅层而造成金属栅格顶面上的介质盖帽层有表面凹坑(pinhole)缺陷以及金属栅格底部下方有多余的氮化硅层残留等问题，还能够省去现有技术中需要额外的制程来刻蚀用于制作金属栅格的金属材料层底部的氧化硅层和氮化硅层的工艺，以及，省去现有技术中在介质盖帽层顶面上沉积硬掩膜层的步骤，从整体上降低高金属栅格的制造难度，节约了成本，提高了器件的最终性能，从而满足产品对更高栅格、更高性能的图像传感器的需求。

基于同一发明构思，请参考图3～图4，本发明一实施例还提供一种背照式图像传感器，其可以采用本发明的图像传感器的制造方法形成，该背照式图像传感器包括：具有像素区I和逻辑区II的衬底200，导电组件200a，导电柱204，焊垫207，以及，依次随形覆盖在所述衬底200的背面上的刻蚀停止层205、金属材料层206和介质盖帽层208。

其中，所述逻辑区II位于所述像素区I的外围，且所述逻辑区II的衬底200的正面埋设有导电组件200a，所述逻辑区II的衬底200的背面形成有对应导电组件200a的凹槽204a,凹槽204a中容纳有焊垫207，焊垫207形成在凹槽204a的底面上。所述逻辑区II的衬底200的正面还可以形成有逻辑器件和器件隔离结构，导电组件200a可以是金属互连结构，电性连接逻辑区II的衬底200中的逻辑器件。逻辑区II的衬底200正面的结构可以参考上文对步骤S1的相关描述，在此不再赘述。衬底200的背面上还形成有缓冲介质层203，缓冲介质层203覆盖逻辑区II的衬底200的背面并从逻辑区II延伸到像素区I中。

导电柱204填充在从所述凹槽204a底面穿通至所述导电组件200a的顶面的穿通孔204c中，且底面电性连接所述导电组件200a的顶面。导电柱204的材料可以参考上文中对步骤S1的相关描述，在此不再赘述。焊垫207的底面通过依次覆盖在凹槽204a内壁上的刻蚀停止层205、金属材料层206与导电柱204的顶面电性导通。

所述像素区I中若干位置处的所述刻蚀停止层205、所述金属材料层206和所述介质盖帽层208被刻蚀打开，形成金属栅格，金属栅格之间形成有能够暴露出缓冲介质层203的表面的网格209。所述逻辑区II中位于所述焊垫207顶面上的介质盖帽层208被刻蚀打开，以暴露出所述焊垫207的部分顶面。

可选地，所述衬底200还包括：具有正面和背面的器件基底200b，层间介质层200c以及承载基底200d。其中，所述器件基底200b的逻辑区II的正面上形成有逻辑器件，所述凹槽204a形成在所述器件基底200b的逻辑区II的背面上，所述器件基底200b的像素区I的正面上形成有光电二极管(未图示)。层间介质层200c形成在所述器件基底200b的正面上，并覆盖所述逻辑器件和所述光电二极管，且所述层间介质层200c中形成有作为所述导电组件200a的金属互连结构，所述金属互连结构与所述导电柱204和所述逻辑器件电性连接。

本实施例的背照式图像传感器中的各结构的具体设置和选材可以参考上文中的金属栅格的制造方法中的相应内容，在此不再赘述。本实施例的背照式图像传感器，金属栅格的高度均匀性好，介质盖帽层的表面的凹坑缺陷被大大改善，且金属栅格之间的网格底部没有刻蚀残留，器件性能得到改善。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的范围。

Claims (18)

1.一种背照式图像传感器，其特征在于，包括：

衬底，所述衬底中形成有导电组件和导电柱，所述衬底表面形成有凹槽，所述导电柱填充在从所述凹槽底面穿通至所述导电组件的顶面的穿通孔中，并电性连接所述导电组件；

刻蚀停止层和金属材料层，依次覆盖在所述凹槽外围的衬底、所述导电柱以及所述凹槽的表面上；

焊垫，形成在所述凹槽中的所述金属材料层上且通过所述金属材料层以及所述刻蚀停止层与所述导电柱电性连接。

2.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括缓冲介质层，位于所述刻蚀停止层和所述衬底的表面之间，并覆盖在所述衬底的表面及所述凹槽的内表面上，且被所述穿通孔贯穿。

3.如权利要求2所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括底部抗反射涂层，位于所述缓冲介质层和所述衬底的表面之间，并覆盖在所述衬底的表面及所述凹槽的内表面上，且被所述穿通孔贯穿。

4.如权利要求3所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述底部抗反射涂层带有负电荷。

5.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述衬底包括：

具有正面和背面的器件基底，所述凹槽形成在所述器件基底的背面上；

层间介质层，形成在所述器件基底的正面上，且所述导电组件包括形成在所述层间介质层中的金属互连结构。

6.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，还包括介质盖帽层，覆盖在所述焊垫和所述金属材料层上，并暴露出所述焊垫的部分顶面。

7.如权利要求6所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述凹槽外围的所述刻蚀停止层、所述金属材料层和所述介质盖帽层被打开，以形成金属栅格。

8.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述凹槽外围的衬底表面上形成有若干个线宽小于所述凹槽的沟槽，所述沟槽中填充有隔离介质材料以形成深沟槽隔离结构。

9.如权利要求1所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述刻蚀停止层为不同于氧化硅和氮化硅且能够阻挡金属材料层中的金属向所述衬底中扩散的材料。

10.如权利要求1-9中任一项所述的背照式图像传感器，其特征在于，所述衬底具有逻辑区和像素区，所述凹槽形成于所述逻辑区中，所述逻辑区位于所述像素区外围，所述像素区中形成有光电二极管。

11.一种背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，包括：

提供衬底，所述衬底中形成有导电组件和导电柱，所述衬底的表面形成有凹槽，所述导电柱填充在从所述凹槽底面穿通至所述导电组件的顶面的穿通孔中，并电性连接所述导电组件；

在所述凹槽外围的衬底、所述导电柱以及所述凹槽的表面上覆盖刻蚀停止层和金属材料层；

在所述凹槽中的所述金属材料层上形成焊垫，所述焊垫通过所述金属材料层以及所述刻蚀停止层与所述导电柱电性连接。

12.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在所述衬底中形成所述凹槽和所述导电柱的步骤包括：

刻蚀所述导电组件上方的部分厚度的所述衬底，以形成凹槽；

在所述衬底和所述凹槽的表面上覆盖缓冲介质层，所述缓冲介质层未填满所述凹槽；

刻蚀所述凹槽中的缓冲介质层和所述衬底，直至暴露出所述导电组件的顶面，以形成所述穿通孔；

在所述穿通孔中填充导电材料，以形成所述导电柱。

13.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，所述缓冲介质层包括依次层叠的第一氧化层、氮化层以及第二氧化层；在所述穿通孔中填充导电材料，以形成所述导电柱的步骤包括：在所述第二氧化层和所述穿通孔中沉积所述导电材料，沉积的所述导电材料至少填满所述穿通孔；通过回刻蚀工艺和/或化学机械平坦化工艺，去除所述第二氧化层和所述氮化层，并去除所述穿通孔外围沉积的导电材料，以形成所述导电柱。

14.如权利要求12所述的制造方法，其特征在于，在形成所述凹槽之前或者在形成所述凹槽的同时或者在形成所述凹槽之后且在覆盖所述缓冲介质层之前，还刻蚀所述凹槽外围的衬底，以形成若干个线宽小于所述凹槽的沟槽，所述沟槽通过填满所述缓冲介质层或者填充除所述缓冲介质层以外的隔离介质材料来形成深沟槽隔离结构；和/或，在形成所述凹槽之后且在覆盖所述缓冲介质层之前，还在所述衬底和所述凹槽的表面上覆盖底部抗反射涂层。

15.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，所述衬底具有逻辑区和像素区，所述凹槽形成于所述逻辑区中，所述逻辑区位于所述像素区的外围，所述像素区中形成有光电二极管，且所述金属材料层和刻蚀停止层还覆盖在所述像素区的衬底上。

16.如权利要求11所述的制造方法，其特征在于，在形成所述焊垫之后，还在所述焊垫和所述金属材料层上覆盖介质盖帽层，打开所述介质盖帽层，以暴露出所述焊垫的部分顶面。

17.如权利要求16所述的背照式图像传感器，其特征在于，打开所述凹槽外围的介质盖帽层、所述金属材料层和刻蚀停止层，以形成金属栅格。

18.如权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在形成所述金属栅格时，还通过过刻蚀工艺刻蚀打开所述刻蚀停止层，以去除所述刻蚀停止层下方部分厚度的膜层。