[實用新型]背照式圖像傳感器芯片

有效

• 申請號: 202021122867.1
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN213519955U
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發明（設計）人: 李杰;趙立新;付文;許樂;李瑋
• 申請（專利權）人: 格科微電子（上海）有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本實用新型提供一種圖像傳感器芯片，包括：具有正面和背面的半導體襯底；位于所述半導體襯底正面的金屬互聯結構；位于所述半導體襯底背面的臺階狀通孔或臺階狀溝槽，所述臺階狀通孔或臺階狀溝槽中填充有導電層以形成背面的走線。本實用新型降低了半導體襯底背面高度差，減小了后續工藝中對像素陣列邊緣的彩色濾光片及微透鏡形貌的影響，提高了工藝可靠性，降低了偏色風險，臺階狀通孔或臺階狀溝槽側壁的介質層厚度可控，能夠降低漏電風險，由于不用考慮走線、焊盤本身厚度對高度差的影響，可以通過增加走線、焊盤的厚度降低電阻，帶來更好的器件電學性能。由于本實用新型的臺階狀通孔或臺階狀溝槽的形貌和寬度易于控制，不會造成過多的芯片面積浪費。

技術領域

本實用新型涉及一種背照式圖像傳感器芯片。

背景技術

CMOS圖像傳感器作為將光信號轉化為數字電信號的器件單元，廣泛應用于智能手機、平板電腦、汽車、醫療等各類新興領域。典型的圖像傳感器通過像素陣列將入射光子轉換成電子或空穴，當一個積分周期完成，收集的電荷通過模擬電路和數字電路轉換成數字信號，傳輸到傳感器的輸出終端。

傳統的圖像傳感器采用前照式入射，即入射光子想要到達光電二極管被其順利吸收，需要穿過多層介質層組成的光路通道及/或金屬互聯層，同時，部分入射光子會受到金屬互聯層界面的反射而彈回空氣中甚至串擾到其他像素單元，造成圖像傳感器靈敏度降低及/或顏色失真。

隨著圖像傳感器技術的不斷發展，像素單元尺寸從1.75μm降低至1.12μm甚至更低，光子需要經過的介質層光路通道將同步減小，導致靈敏度和暗光表現等性能嚴重惡化。此時，背照式圖像傳感器因其獨特的結構能從根本上解決上述問題。在背照式圖像傳感器中，入射光子從圖像傳感器的背面入射，一方面避免了經過介質層及/或金屬互聯層時的能量損失，另一方面無需權衡光電二極管和金屬互聯層的面積比例，方便了器件設計，從而能夠明顯提高圖像傳感器的靈敏度及暗光表現等性能。

對于背照式圖像傳感器技術而言，現有技術主要關注有源像素區、金屬遮蔽區、焊盤區和走線區。對于有源像素區，大量的研究集中在金屬柵格或復合材料柵格等結構上，可以降低像素之間的光學串擾；金屬遮蔽區通常通過光刻在部分像素區上方形成金屬層，作用主要是收集無光照情況下的非光學信號，諸如暗電流，熱產生信號等，通過減去上述非光學信號，對圖像傳感器的輸出信號進行校正。用于鍵合或者測試的焊盤及走線也需要在半導體襯底的背部形成。其中，焊盤區為了保證導電性能良好，其導電層厚度在大約3K?到大約15K?之間，走線區通常設置于像素陣列區外圍，用于傳輸電源信號、地信號或數據信號。

在現有技術中，焊盤和走線一般位于半導體襯底背面的介質層之上，且厚度較大，與其他區域（有源像素區、金屬遮蔽區）之間存在明顯的高度差，容易在后續彩色濾光片層和微透鏡層的旋涂過程中造成像素陣列邊緣的彩色濾光片及微透鏡形貌發生改變，造成像素陣列邊緣像素響應異常，進而造成圖像偏色等問題。

基于這種結構，可通過減小介質層厚度，來降低焊盤區、走線區與有源像素區、金屬遮蔽區的高度差，然而，減小介質層厚度可能會導致用于連接背面走線、焊盤與正面金屬互聯結構的通孔或溝槽側壁包覆的介質層厚度不足，導致背面走線、焊盤和半導體襯底之間的漏電等風險。另一方面，除了介質層的厚度，走線、焊盤本身也存在一定的厚度，由走線、焊盤本身厚度導致的高度差無法完全避免，不利于后期彩色濾光片和微透鏡的形成。

此外，針對焊盤區的上述問題，目前還有一種解決方案是先將焊盤區的半導體襯底材料完全刻蝕，停止在STI層（淺溝槽隔離層）上，再經過圖案化并實施刻蝕工藝，穿過STI層和ILD層（層間介質層）等形成開口，到達金屬互聯結構，在上述開口內形成焊盤，并且需要在后續工藝中將刻蝕的部分填平。該方案工藝較為復雜，同時，將半導體襯底材料完全刻蝕，無法利用該區域的半導體襯底材料形成器件結構，造成了芯片面積的浪費。如若將該方案應用于走線區，也會存在同樣的問題。

實用新型內容