[發明專利]半導體器件及其制造方法

在審

• 申請號: 202110904006.1
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113629089A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 葉國梁;胡勝
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L27/02;H01L23/60
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 田婷

本發明提供了一種半導體器件及其制造方法，能夠將襯底第二表面上形成的位于核心區的金屬柵格依次通過外圍區中的金屬連線、凹槽中的接觸墊、凹槽下方穿通孔中的導電柱、金屬互連結構與襯底第一表面上的位于外圍區中的靜電防護結構電性連接，且金屬連線、接觸墊、導電柱和金屬互連結構均與襯底絕緣，因此，可以避免現有技術中金屬柵格所連接的接地端金屬直接接入襯底而造成金屬擴散的風險，且可以降低布線的難度和復雜程度，提高核心區的第二表面的利用率，尤其是當半導體器件為背照式圖像傳感器時，可以避免浪費背面有效的入光面積比率，降低金屬柵格(尤其是高度較大的金屬柵格)的制造難度，因此有利于芯片尺寸進一步減小。

技術領域

本發明涉及半導體器件制造技術領域，特別涉及一種半導體器件及其制造方法。

背景技術

通常半導體器件都會設計有靜電放電(Electro-Static Discharge，ESD)防護結構。現有的ESD防護結構采用具有浮柵結構(Gate Floating)的ESD防護薄膜晶體管釋放多余電荷。請參考圖1，在現有的背照式(Back side illuminatio，BSI)圖像傳感器工藝上，通常會在像素區的襯底100背面上設置金屬柵格(Backside Metal Grid，BMG)102，并利用BMG102的不透光特性，來防止不同像素(光電二極管)之間的光的串擾。且因為BMG102通常為金屬材質，所以通常會在沉積BMG102的金屬材料之前，先打開襯底100表面上的介質層101來形成接地端溝槽，且在沉積和刻蝕金屬材料以形成BMG102之后，會同時形成接地端金屬(BSGND)102b以及金屬連線102a，用于將BMG102電性連接到襯底100的ESD防護結構100a上。

然而，隨著背照式圖像傳感器對于像素(pixel)的數量和大小的要求越來越高，BMG102依次通過金屬連線102a和BSGND102b連接ESD防護結構100a的方式存在如下缺陷：1)浪費背面有效的入光面積比率；2)受ESD防護結構100a的離子注入深度影響，背面靜電防護效果較差；3)BSGND102b的金屬材料直接接入襯底100，存在金屬擴散的風險。

而且關于上述缺陷2)和3)，也存在其他半導體器件中，這些半導體器件的第一表面具有ESD防護結構，與第一表面相對的第二表面具有金屬柵格，且金屬柵格通過第二表面上設置的接地端金屬與ESD防護結構電性連接。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體器件及其制造方法，至少能夠改善上述缺陷之一，以提高器件性能。

為解決上述技術問題，本發明提供一種半導體器件的制造方法，包括以下步驟：

提供具有相對設置的第一表面和第二表面的襯底，所述襯底的第一表面上形成有位于外圍區的靜電防護結構以及將所述靜電防護結構掩埋在內的層間介質層，所述層間介質層中形成有與所述靜電防護結構電性連接的金屬互連結構；

在所述襯底的第二表面上形成位于所述外圍區的凹槽以及從所述凹槽的底面穿通至所述金屬互連結構的頂面的穿通孔；

形成填充于所述穿通孔中的導電柱，并在所述凹槽中形成接觸墊，所述接觸墊通過所述導電柱與所述金屬互連結構電性連接，且所述導電柱與所述襯底絕緣；

形成具有開口的緩沖介質層，所述緩沖介質層覆蓋在所述襯底的第二表面和所述凹槽的表面上，所述開口暴露出所述接觸墊的至少部分頂面；

在所述緩沖介質層和所述接觸墊的表面上依次覆蓋金屬材料層和介質蓋帽層；

刻蝕所述介質蓋帽層和所述金屬材料層，以形成金屬柵格以及金屬連線，所述金屬柵格位于核心區中，所述金屬連線從所述核心區延伸至所述外圍區中并填充所述開口，以實現所述金屬柵格與所述接觸墊的電性連接。

可選地，在所述襯底的第二表面上形成所述凹槽和所述穿通孔的步驟包括：

從所述襯底的第二表面刻蝕部分厚度的所述襯底，以形成凹槽；