[发明专利]BSI图像传感器件的新型背面结构

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体领域，更具体地，涉及图像传感器的背面结构及其形成方法。

背景技术

半导体图像传感器用于感测诸如光的辐射。互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器（CIS）和电荷耦合器件（CCD）传感器被广泛用于各种应用中，诸如应用于数码相机或手机相机。这些器件利用衬底中的像素阵列，其包括能吸收投射向衬底的辐射并且把感测到的辐射转换成电信号的光电二极管和晶体管。背照式（BSI）图像传感器件是图像传感器件的一种。可操作这些BSI图像传感器件以从它们的背面检测光线。

传统的传感器，也称为这些CMOS芯片的“前照式”图像传感器，其以类似于人眼的方式构建，其中透镜位于正面，具有引线的金属层位于中间，以及硅衬底上的光电检测器（吸收光线）位于背面。这些金属层不但能偏转传感器上的光线，而且它们还能反射光线，从而减少由光电检测器捕获的入射光。相反，背照式（BSI）图像传感器面具有与FSI相同的元件，但通过在制造过程中翻转硅晶圆然后减薄硅晶圆反面而使引线位于光电检测器层的背面，从而使得光线首先到达硅和光电检测器层而不会经过引线层。这个改变可将捕获输入光子的概率从约60%提高至90%以上，并提高单位面积的灵敏度以提供更好的低光拍摄。

BSI图像传感器件通常具有辐射吸收区、外围区或辐射阻挡区、接合焊盘区。辐射吸收区具有硅衬底，硅衬底包括形成于内部用于感测和记录从背面进入衬底的电磁辐射或波（如光）的强度的像素阵列或像素栅格，以及与像素栅格邻近的用于为像素提供工作环境和支持与像素的外部通信的一些电路和输入/输出。在衬底内形成像素栅格和电路以及输入/输出之后，从衬底的背面减薄衬底至期望的厚度，衬底在辐射吸收区中的背面被一层或多层底部抗反射涂层（BARC）或膜和缓冲氧化层或膜覆盖。辐射阻挡区包括需要保存在光暗处的器件，诸如专用集成电路（ASIC）器件、片上系统（SOC）器件、逻辑电路或用于建立光强度的基线的参考或校准像素。为此，包括金属栅格和金属屏蔽接地件的导电层形成在BARC层上方。金属栅格阻挡外部辐射进入辐射阻挡区中的衬底，并且金属屏蔽接地件将晶圆工艺期间聚集或感应在金属栅格上的电荷释放至接地的衬底。

在一些情况下，BARC层是由高介电常数（“K”）材料制成并且通常具有蓄积电荷（通常是负电荷但在某些情况下是正电荷）。BARC膜的电荷蓄积层在改善暗电流、白色像素和暗图像非均匀性（DINU）质量问题上起着重要作用。这种BARC层的不期望的中和是由金属屏蔽接地件上的过剩电荷引起的。当BARC层具有蓄积的负（正）电荷时，它们将衬底中的正（负）电荷吸引至BARC/衬底界面以形成电偶极子。而电偶极子起着电荷屏障的作用，限制诸如悬空接合（dangling bond）的缺点或缺陷。

在这方面，金属接地件有效释放聚集在金属栅格上的电荷的性能对于质量控制和改进串扰非常重要。然而，问题是不可避免存在于金属接地和衬底之间的界面中的缺点会破坏性能。当金属接地件的性能不够好时，蓄积在金属接地件上的过剩电荷易于中和存在于相邻的BARC层上的负电荷。当电偶极子被BARC层的这些中和破坏的时候，未受限制的缺点或缺陷产生暗电流，引起DINU故障，并且损害器件的质量。

因此，为了使BSI图像传感器件中的BARC层有效地限制缺点或缺陷，从而降低暗电流和DINU以及提高器件的质量和性能，期望提供一种防止BARC层中蓄积的电荷被蓄积在金属屏蔽接地件上的过剩电荷非期望中和的系统和方法。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种图像传感器件，其具有辐射吸收区和辐射阻挡区，并且还包括：衬底，具有正面和背面，并且延伸横跨辐射吸收区和辐射阻挡区；多个辐射传感器，在辐射吸收区的衬底中形成为与正面相邻，可操作辐射传感器以检测穿过背面进入衬底的辐射波；第一绝缘层，形成在衬底的背面的上方；抗反射涂层，形成在第一绝缘层上方；导电层，形成在辐射阻挡区中，导电层包括设置在抗反射涂层上方的水平部分以及一个或多个垂直部分，并且一个或多个垂直部分从水平部分基本垂直地延伸、穿透抗反射涂层和第一绝缘层、并且到达衬底以使导电层接地，同时一个或多个垂直部分中的每一个都具有基本上与水平部分垂直的侧壁；以及侧壁绝缘层，设置在每一个垂直部分的侧壁与周围的抗反射涂层之间以在它们之间提供电隔离。

优选地，图像传感器件是背照式（BSI）图像传感器。

优选地，该图像传感器件还包括：形成在导电层的水平部分与抗反射涂层之间的第二绝缘层。