专利名称：在介电层中的双开口中形成的焊盘结构的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及焊盘结构，具体而言，本发明涉及在双开口中形成的焊盘结构。
背景技术：
背照式(BSI)图像传感器芯片由于其在捕获光子方面的效率更高正在替代正面照明传感器芯片。在BSI图像传感器芯片的形成中，在晶圆的硅衬底上形成图像传感器和逻辑电路，接着在硅芯片的正面上形成互连结构。互连结构包括多个金属层，该多个金属层包括底层金属层Ml到顶层金属层Mtop。然后将晶圆翻转过来。从硅衬底的背面对硅衬底实施背面研磨。在剩余的硅衬底的背面的上方可以形成缓冲氧化物层，并且形成第一开口以从缓冲氧化物层延伸，在浅沟槽隔离(STI)焊盘处停止，该浅沟槽焊盘形成于硅衬底中。然后在第一开口内部形成第二 开口以进一步蚀刻STI焊盘和位于STI焊盘的经蚀刻部分的正下方的层间介电层(ILD)，以使底层金属层Ml中的金属焊盘暴露出来。第二开口小于第一开口。然后在第一开口和第二开口中形成铝铜焊盘，并使铝铜焊盘电连接至金属层Ml中的金属焊盘。铝铜焊盘可以用于接合BSI芯片。发现常规接合结构在球剪切测试期间可能出现膜剥离。底层金属层Ml中的金属焊盘可能与下面的蚀刻停止层分层，所述金属焊盘与铝铜焊盘接合。剥离可能是由于金属焊盘和蚀刻停止层之间的粘合性较差引起的，蚀刻停止层通常由碳化硅形成。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种图像传感器器件，包括半导体衬底，具有正面和背面；第一介电层，位于所述半导体衬底的所述正面上；金属焊盘，位于所述第一介电层中；第二介电层，位于所述第一介电层上方以及位于所述半导体衬底的所述正面上；开口，从所述半导体衬底的所述背面穿透所述半导体衬底，其中，所述开口包括第一部分和第二部分，所述第一部分延伸以暴露一部分所述金属焊盘，所述第二部分延伸以暴露一部分所述第二介电层；以及金属层，形成于所述开口的所述第一部分和所述第二部分中。在上述图像传感器器件中，其中，所述第一介电层是低k介电层，以及所述第二介电层是非低k介电层。在上述图像传感器器件中，进一步包括隔离焊盘，所述隔离焊盘从所述半导体衬底的所述正面延伸至所述半导体衬底中，其中所述开口的所述第一部分穿透一部分所述隔
离焊盘。在上述图像传感器器件中，进一步包括粘合层，所述粘合层位于所述开口的所述第一部分和所述第二部分中，其中，所述粘合层形成于所述金属层和所述金属焊盘的暴露部分之间，并且其中，所述粘合层形成于所述金属层和所述第二介电层的暴露部分之间。在上述图像传感器器件中，其中，所述第二介电层包括未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)层。在上述图像传感器器件中，其中，位于所述开口的所述第一部分和所述第二部分中的所述金属层彼此电连接。在上述图像传感器器件中，进一步包括凸块，所述凸块位于所述开口的所述第二部分中并通过所述金属层电连接至所述金属焊盘。在上述图像传感器器件中，进一步包括钝化层，所述钝化层位于在所述开口的所述第一部分中的一部分所述金属层上。根据本发明的另一方面，还提供了一种背照式图像传感器器件，包括半导体衬底；浅沟槽隔离(STI)焊盘，从所述半导体衬底的正面延伸至所述半导体衬底中dSk介电层，位于所述半导体衬底的所述正面之上；金属焊盘，位于所述低k介电层中；非低k介电层，位于所述低k介电层之上；第一开口，从所述半导体衬底的背面延伸至所述半导体衬底中，穿过所述STI焊盘并延伸以暴露一部分所述金属焊盘；第二开口，从所述半导体衬底的 所述背面延伸至所述半导体衬底中，穿过所述低k介电层并延伸以暴露一部分所述非低k介电层；以及金属层，形成于所述第一开口中，并连续延伸至所述第二开口，其中所述金属层电连接至所述金属焊盘。在上述背照式图像传感器器件中，进一步包括粘合层，所述粘合层位于所述第一开口中并连续延伸至所述第二开口，其中，所述粘合层形成于所述金属层和所述金属焊盘的暴露部分之间，并且所述粘合层形成于所述金属层和所述非低k介电层的暴露部分之间。在上述背照式图像传感器器件中，其中，所述金属焊盘包含铜。在上述背照式图像传感器器件中，进一步包括凸块，所述凸块位于所述第二开口中并通过所述金属层电连接至所述金属焊盘。在上述背照式图像传感器器件中，进一步包括多个低k介电层，所述多个低k介电层位于所述低k介电层和所述非低k介电层之间。在上述背照式图像传感器器件中，进一步包括图像传感器，所述图像传感器被设置在所述半导体衬底的所述正面。根据本发明的又一方面，还提供了一种方法，包括在半导体衬底的正面上形成图像传感器和隔离焊盘；在位于所述半导体衬底的所述正面上的所述图像传感器和所述隔离焊盘的上方形成多个第一介电层，其中在所述多个第一介电层之一中形成金属焊盘；在位于所述半导体衬底的所述正面上的所述多个第一介电层上方形成第二介电层；从所述半导体衬底的背面形成第一开口以穿过所述隔离焊盘并暴露一部分所述金属焊盘；从所述半导体衬底的所述背面形成第二开口以穿过所述隔离焊盘和所述多个第一介电层并暴露一部分所述第二介电层；以及在所述第一开口和所述第二开口中形成金属层，其中，将所述金属层电连接至所述金属焊盘。在上述方法中，进一步包括在形成所述金属层之前，在所述第一开口和所述第二开口中形成粘合层，其中，在所述金属层和所述金属焊盘之间形成所述粘合层，并且其中，在所述金属层和所述第二介电层的暴露部分之间形成所述粘合层。在上述方法中，进一步包括实施引线接合以形成凸块，所述凸块位于所述第二开口中并通过所述金属层电连接至所述金属焊盘。
在上述方法中，进一步包括在所述第一开口中在所述金属层上形成钝化层。在上述方法中，其中形成所述第一开口的步骤包括从所述半导体衬底的所述背面蚀刻所述半导体衬底以暴露一部分所述隔离焊盘；在所述半导体衬底的所述背面和所述隔离焊盘的暴露部分上形成缓冲氧化物层；以及蚀刻所述缓冲氧化物层和所述隔离焊盘的
暴露部分。在上述方法中，其中所述第一开口和所述第二开口彼此连续地连接。
为了更充分地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中图I至图6是根据各个实施例的制造背照式(BSI)图像传感器芯片中的接合焊盘 结构的中间阶段的剖面图；以及图7示出了图6中所示的结构的一部分的俯视图。
具体实施例方式在下面详细讨论本发明实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅是示例性的，而不用于限制本发明的范围。根据各个实施例提供了用于背照式(BSI)图像传感器器件的焊盘结构及其形成方法。示出了形成BSI焊盘结构的中间阶段。讨论了实施例的变体。贯穿各个视图和示例性实施例，相同的参考编号用于指示相同的元件。图I至图6示出了根据一些实施例的制造焊盘结构的中间阶段的剖面图。图I示出了图像传感器芯片20，图像传感器芯片20可以是晶圆22的一部分。图像传感器芯片20包括半导体衬底26，半导体衬底26可以是晶体硅衬底或者由其他半导体材料形成的半导体衬底。在整个说明书中，面26A被称为半导体衬底26的正面，而面26B被称为半导体衬底26的背面。在半导体衬底26的表面形成图像传感器24，图像传感器24可以是感光MOS晶体管或者感光二极管。因此，晶圆22可以是图像传感器晶圆。在整个说明书中，图像传感器24所在的面被称为半导体衬底26的正面，而相反面被称为半导体衬底26的背面。介电焊盘36，可以是浅沟槽隔离(STI)焊盘，从半导体衬底26的顶面(其是正面26A)延伸至半导体衬底26中。互连结构28形成于半导体衬底26的上方，并用于电互连图像传感器芯片20中的器件。互连结构28包括在半导体衬底26上方形成的层间介电层(ILD) 25，其中可以在ILD25中形成接触插头(未示出)。金属层包括位于介电层30中的金属线/焊盘32和通孔34。图像传感器24可以电连接至金属层Ml至Mtop中的金属焊盘/线32和通孔34。将金属层标记为M1、M2......和Mtop,其中金属层Ml是互连结构28的底层金属
层，而金属层Mtop是互连结构28的顶层金属层。在示出的实施例中，有4层金属层，并且金属层Mtop是M4。然而，晶圆22可以包括更多或者更少的金属层。在实施例中，其中形成金属层Ml至M (top-Ι)的金属线32和通孔34的介电层30是低k介电层,该低k介电层具有低k值，例如低于约3. O。其中形成顶层金属层Mtop的金属线32和通孔34的介电层31，由非低k介电材料形成，该非低k介电材料具有大于3. 9或者大于约4. 5的k值。在实施例中，介电层31由氧化物如未掺杂的硅酸盐玻璃(USG)、硼硅酸盐玻璃(BSG)、磷掺杂的硅酸盐玻璃(PSG)、或硼掺杂的磷硅酸盐玻璃(BPSG)等形成。在顶层金属层Mtop的上方形成钝化层38。钝化层38可以由k值大于3. 9的非低k介电材料形成。在实施例中，钝化层38由氧化硅层和氧化硅层上氮化硅层形成。参考图2，将晶圆22翻转过来，并连接至位于晶圆22下方的载体(未示出)。因此，如图I中的部件的每一个的顶面变成底面，反之亦然。半导体衬底26面朝上。实施背面研磨以薄化半导体衬底26，直到例如晶圆22的厚度小于约20 μ m，或者小于约10 μ m。对得到的半导体衬底26的背面26B进行标记。在该厚度下，光可以从半导体衬底26的背面(其与正面相反)穿透剩余的半导体衬底26，并到达图像传感器24。薄化步骤之后，可以在半导体衬底26的表面上形成缓冲氧化物层40。在实施例中，缓冲氧化物层40包括氧化硅层、位于氧化硅层上方的底部抗反射涂料(BARC)层，以及位于BARC层上方的另一氧化物层，但是缓冲层40也可以具有不同的结构并由不同的材料形成。·
参考图3，对缓冲氧化物层40和半导体衬底26进行蚀刻以形成开口 41。在蚀刻步骤中，STI焊盘36用作蚀刻停止层，并且开口 41的底部停在STI焊盘36上。接着，形成金属屏蔽42。在实施例中，金属屏蔽42的形成包括形成金属层，然后图案化金属层，以使金属屏蔽42保留在部分半导体衬底26的上方，从而金属屏蔽42可以阻挡光到达器件27 (如晶体管，未示出)位于金属屏蔽42正下方的部分。金属屏蔽42可以包含铝和/或铜。在形成金属屏蔽42之后，形成缓冲氧化物层44。缓冲氧化物层44可以由与缓冲氧化物层40的材料相似的材料形成。缓冲氧化物层44包括位于半导体衬底26正上方的第一部分，以及延伸至开口 41内的第二部分。第二部分进一步包括位于半导体衬底26侧壁上的部分，以及位于STI焊盘36正上方的部分。接下来，如图4中所示，形成并图案化光刻胶46，并且使用光刻胶46作为掩模蚀亥Ij STI焊盘36。因此，形成开口 48，并且开口 48的底部48A接合在金属焊盘32A上。在蚀刻步骤期间，蚀刻STI焊盘36和ILD 25 二者，并且在金属焊盘32A上停止蚀刻。在实施例中，金属焊盘32A位于底层金属层Ml中，但是它也可以位于其他金属层如金属层M2和M3中。结果，金属焊盘32A暴露于开口 48。然后去除光刻胶46。参考图5，形成并图案化光刻胶50，并形成开口 52。在蚀刻期间，蚀刻穿过多个低k介电层30，并且在与非低k介电层31的顶面31A齐平或者低于顶面31A的水平面停止蚀亥IJ。因此，开口 52的底面52A和半导体衬底26之间的垂直距离V2大于开口 48的底面48A和半导体衬底26之间的垂直距离Vl，并因此底面52A比底面48A更远离半导体衬底26。在实施例中，当非低k介电层31暴露于开口 52时可以停止蚀刻，并且开口 52的底面52A与非低k介电层31的顶面齐平。根据实施例开口 52的相应底面52A采用虚线53示出。由于过度蚀刻的副作用，开口 52的底部也可以停在非低k介电层31的顶面31A和底面31B之间的中间层。在可选的实施例中，开口 52的底部也可以与非低k介电层31的底面31B齐平或者低于非低k介电层31的底面31B。因此，开口 52可以延伸至层38中。蚀刻步骤之后，去除光刻胶50。注意到，为了示出金属层中的具体结构，示出的开口 52的纵横比比在实体晶圆上形成的实际开口的纵横比大得多。实际开口具有的水平尺寸可以显著大于开口52的高度，有时是开口 52的高度的10倍。在得到的结构中，开口 41 (图3)、开口 48 (图4)和开口 52形成连续的开口。图6示出了粘合层54(其也是阻挡层)和金属层56的形成和图案化。形成工艺包括沉积(共形)粘合层、在粘合层上方沉积金属焊盘层、并图案化粘合层和金属焊盘层以形成图6中所示的结构。粘合层54可以由钽、氮化钽、钛、或氮化钛等形成。金属层56可以由含铝的金属材料(例如其可以是铝铜)形成，但是也可以使用其他金属和金属合金。图6还示出了钝化层62的形成，钝化层62由介电材料形成。在实施例中，钝化层62包括氧化硅层以及位于氧化硅层上方的氮化物层，但是其也可以由其它介电材料如USG形成。图案化钝化层62,以使金属层56在开口 52中的部分暴露出来，同时金属层56在开口 48中的部分和金属层56在金属屏蔽42正上方的部分被钝化层62覆盖。也可以从图像传感器24正上方去除钝化层62，使得可以在图像传感器24的正上方形成滤色器和透镜(未示出)。因此，光(用弯曲的箭头68表示)可以穿透缓冲氧化物层40和44以及半导体衬底26到达图像传感器24，图像传感器24被配置用于将光转换成电信号。 图7示出了图6中所示的结构的一部分的俯视图。其表明开口 48和52形成于开口 41的边界内。STI焊盘36包括环绕开口 48和52中的每一个的部分。返回参考图6，在实施例中，实施引线接合以形成引线接合凸块64，引线接合凸块64被接合至由金属层56形成的接合焊盘。引线接合凸块64可以包含金、或铝等。可以在将晶圆22切割成图像传感器芯片之后实施引线接合。在得到的结构中，将引线接合凸块64电连接至金属焊盘32A，将金属焊盘32A进一步电连接至其他器件如图像传感器24和/或位于金属屏蔽42正下方的器件27。在实施例中，粘合层54和金属层56中的每一个都包括三个部分，包括位于开口 48中的第一部分、位于开口 52中的第二部分、以及互连第一部分和第二部分的第三部分。将第一部分示意性示出为在线102和104之间标记的区域中。将第二部分示意性示出为在线106和108之间标记的区域中。将第三部分示意性示出为在线104和106之间标记的区域中。粘合层54的第一部分和金属层56的第一部分与金属焊盘32A形成电连接。粘合层54的第二部分和金属层56的第二部分形成用于接合的接合焊盘。第三部分充当第一和第二部分之间的电连接件。因为对第二部分实施接合，第二部分接合于非低k介电材料如非低k介电层31上,所以降低了膜分层的可能性。粘合层54对金属层56和非低k介电层31 二者都具有良好的粘合性，并且粘合层54和上面的引线接合凸块与非低k介电层31剥离的可能性较小。另一方面，仍通过金属焊盘32A进行电连接。根据实施例，图像传感器器件包括具有正面和背面的半导体衬底；位于半导体衬底正面上的第一介电层；位于第一介电层中的金属焊盘；位于第一介电层上方以及位于半导体衬底正面上的第二介电层；从半导体衬底的背面穿透半导体衬底的开口，其中该开口包括第一部分和第二部分，所述第一部分延伸以暴露一部分金属焊盘，所述第二部分延伸以暴露一部分第二介电层；以及在开口的第一部分和第二部分中形成的金属层。根据其他实施例，背照式图像传感器器件包括半导体衬底；从半导体衬底的正面延伸至半导体衬底中的STI焊盘；位于半导体衬底的正面之上的低k介电层；设置在低k介电层中的金属焊盘；位于低k介电层之上的非低k介电层；从半导体衬底的背面延伸至半导体衬底中，穿过STI焊盘并延伸以暴露一部分金属焊盘的第一开口 ；从半导体衬底的背面延伸至半导体衬底中，穿过低k介电层并延伸以暴露一部分非低k介电层的第二开口 ；以及在第一开口中形成，并连续延伸至第二开口的金属层，其中将金属层电连接至金属焊盘。根据又一些实施例，一种方法包括在半导体衬底的正面上形成图像传感器和隔离焊盘；在图像传感器和隔离焊盘的上方形成多个第一介电层；在多个第一介电层之一中形成金属焊盘；在多个第一介电层上方形成第二介电层；形成第一开口以从半导体衬底的背面延伸以穿过隔离焊盘并暴露一部分金属焊盘；从半导体衬底的背面形成第二开口以穿过隔离焊盘和多个第一介电层并暴露一部分第二介电层；以及在第一开口和第二开口中形成金属层，其中将金属层电连接至金属焊盘。尽管已经详细地描述了实施例及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的实施例的精神和范围的情况下，进行各种不同的改变、替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员从本发明中很容易地理解，根据本发明可以利用现有的或今后开发的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤，用于执行与本文所述相应实施例基本上相同的功能或获得基本上相同的结果。因此，所附权利要求预期在其范围内包 括这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤。此外，每条权利要求构成单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。
权利要求
1.一种图像传感器器件，包括 半导体衬底，具有正面和背面； 第一介电层，位于所述半导体衬底的所述正面上； 金属焊盘，位于所述第一介电层中； 第二介电层，位于所述第一介电层上方以及位于所述半导体衬底的所述正面上； 开口，从所述半导体衬底的所述背面穿透所述半导体衬底，其中，所述开口包括第一部分和第二部分，所述第一部分延伸以暴露一部分所述金属焊盘，所述第二部分延伸以暴露一部分所述第二介电层；以及 金属层，形成于所述开口的所述第一部分和所述第二部分中。
2.根据权利要求I所述的图像传感器器件，其中，所述第一介电层是低k介电层，以及所述第二介电层是非低k介电层；或者 所述第二介电层包括未掺杂的娃酸盐玻璃(USG)层。
3.根据权利要求I所述的图像传感器器件，进一步包括隔离焊盘，所述隔离焊盘从所述半导体衬底的所述正面延伸至所述半导体衬底中，其中所述开口的所述第一部分穿透一部分所述隔离焊盘；或者 所述图像传感器器件进一步包括粘合层，所述粘合层位于所述开口的所述第一部分和所述第二部分中，其中，所述粘合层形成于所述金属层和所述金属焊盘的暴露部分之间，并且其中，所述粘合层形成于所述金属层和所述第二介电层的暴露部分之间；或者 所述图像传感器器件进一步包括凸块，所述凸块位于所述开口的所述第二部分中并通过所述金属层电连接至所述金属焊盘；或者 所述图像传感器器件进一步包括钝化层，所述钝化层位于在所述开口的所述第一部分中的一部分所述金属层上。
4.根据权利要求I所述的图像传感器器件，其中，位于所述开口的所述第一部分和所述第二部分中的所述金属层彼此电连接。
5.一种背照式图像传感器器件，包括 半导体衬底； 浅沟槽隔离(STI)焊盘，从所述半导体衬底的正面延伸至所述半导体衬底中； 低k介电层，位于所述半导体衬底的所述正面之上； 金属焊盘，位于所述低k介电层中； 非低k介电层，位于所述低k介电层之上； 第一开口，从所述半导体衬底的背面延伸至所述半导体衬底中，穿过所述STI焊盘并延伸以暴露一部分所述金属焊盘； 第二开口，从所述半导体衬底的所述背面延伸至所述半导体衬底中，穿过所述低k介电层并延伸以暴露一部分所述非低k介电层；以及 金属层，形成于所述第一开口中，并连续延伸至所述第二开口，其中所述金属层电连接至所述金属焊盘。
6.根据权利要求5所述的背照式图像传感器器件，进一步包括粘合层，所述粘合层位于所述第一开口中并连续延伸至所述第二开口，其中，所述粘合层形成于所述金属层和所述金属焊盘的暴露部分之间，并且所述粘合层形成于所述金属层和所述非低k介电层的暴露部分之间；或者 所述背照式图像传感器器件，进一步包括凸块，所述凸块位于所述第二开口中并通过所述金属层电连接至所述金属焊盘；或者 所述背照式图像传感器器件进一步包括多个低k介电层，所述多个低k介电层位于所述低k介电层和所述非低k介电层之间；或者 所述背照式图像传感器器件进一步包括多个低k介电层，所述多个低k介电层位于所述低k介电层和所述非低k介电层之间；或者 所述背照式图像传感器器件进一步包括图像传感器，所述图像传感器被设置在所述半导体衬底的所述正面。
7.根据权利要求5所述的背照式图像传感器器件，其中，所述金属焊盘包含铜。
8.一种方法，包括 在半导体衬底的正面上形成图像传感器和隔离焊盘； 在位于所述半导体衬底的所述正面上的所述图像传感器和所述隔离焊盘的上方形成多个第一介电层，其中在所述多个第一介电层之一中形成金属焊盘； 在位于所述半导体衬底的所述正面上的所述多个第一介电层上方形成第二介电层；从所述半导体衬底的背面形成第一开口以穿过所述隔离焊盘并暴露一部分所述金属焊盘； 从所述半导体衬底的所述背面形成第二开口以穿过所述隔离焊盘和所述多个第一介电层并暴露一部分所述第二介电层；以及 在所述第一开口和所述第二开口中形成金属层，其中，将所述金属层电连接至所述金属焊盘。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括在形成所述金属层之前，在所述第一开口和所述第二开口中形成粘合层，其中，在所述金属层和所述金属焊盘之间形成所述粘合层，并且其中，在所述金属层和所述第二介电层的暴露部分之间形成所述粘合层；或者 所述方法进一步包括实施引线接合以形成凸块，所述凸块位于所述第二开口中并通过所述金属层电连接至所述金属焊盘；或者 所述方法进一步包括在所述第一开口中在所述金属层上形成钝化层；或者在所述方法中，形成所述第一开口的步骤包括从所述半导体衬底的所述背面蚀刻所述半导体衬底以暴露一部分所述隔离焊盘，在所述半导体衬底的所述背面和所述隔离焊盘的暴露部分上形成缓冲氧化物层，以及蚀刻所述缓冲氧化物层和所述隔离焊盘的暴露部分。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一开口和所述第二开口彼此连续地连接。
全文摘要
一种图像传感器器件包括具有正面和背面的半导体衬底；位于半导体衬底正面上的第一介电层；位于第一介电层中的金属焊盘；位于第一介电层上方以及位于半导体衬底正面上的第二介电层；从半导体衬底的背面穿透半导体衬底的开口，其中该开口包括第一部分和第二部分，所述第一部分延伸以暴露一部分金属焊盘，所述第二部分延伸以暴露一部分第二介电层；以及在开口的第一部分和第二部分中形成的金属层。本发明还提供了一种在介电层中的双开口中形成的焊盘结构。
文档编号H01L27/146GK102916018SQ20111035073
公开日2013年2月6日 申请日期2011年11月8日 优先权日2011年8月4日
发明者林政贤, 杨敦年, 刘人诚, 王文德, 蔡双吉, 林月秋 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司