图像传感器及形成方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种图像传感器及形成方法。

背景技术

CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor，CIS）目前已经广泛应用于图像采集领域，其包括诸多工艺及测试步骤，例如前端结构制程、晶片验收测试（wafer acceptance test，WAT测试）、光学器件制程以及出货前的芯片（chip probe：CP）测试、切片等工序。

在前端结构制程阶段，感光阵列、各种电路或者电子器件（例如，NMOS管、PMOS、双极晶体管等有源元件）以及测试结构被集成在晶圆上；WAT测试时，晶圆装载到测试机的支撑台上，探针卡的测试探针与晶圆的测试焊盘（通常为金属焊盘）接触，对测试结构的阈值电压、漏极饱和电流等进行电性测量，从而对前端结构制程的良率进行监控。经光学器件制程形成片上透镜（micro lens）、彩色滤光片（On-chip Color Filters）等光学结构之后，对晶圆进行CP测试以挑选良品，然后，将晶圆切割成若干单粒芯片以出货。

WAT测试用金属焊盘形成于切割道（Scribe Line）中的测试键（Testkey）上，WAT测试之前，通常会采用一张光罩，通过光刻及刻蚀后将其表面的介质层去除，以保证测试探针与其直接接触以延长测试探针的使用寿命。为了保证工艺一致性，位于芯片I/O接口区的CP测试用金属焊盘上的介质层也会被一并去除。然而，在光学结构制程阶段，为了保护CP测试用金属焊盘在湿法工艺，比如显影及湿法刻蚀中不受损伤，需要采用另一张光罩，以于其上覆盖一有机保护层，并在完成光学结构制程之后，采用第三张光罩去除所述金属焊盘位置的有机保护层，以进行后道CP测试，至此，仅WAT测试及CP测试共需3张光罩。

因此，不断优化器件结构和生产工艺，通过减少光罩的使用数量进而降低生产成本，是CMOS图像传感器工艺发展的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种图像传感器及形成方法，在不影响测试结果的前提下，简化工艺流程并降低制造成本。

基于以上考虑，本发明提供一种图像传感器的形成方法，其特征在于，包括：提供具有若干金属焊盘的衬底；采用自对准工艺于至少部分金属焊盘表面形成金属保护层。

优选的，所述自对准工艺包括：表面处理所述金属焊盘。

优选的，所述表面处理包括采用工艺气体与所述金属焊盘反应形成所述金属保护层。

优选的，所述金属焊盘的材料包括铝，所述金属保护层的材料包括氧化铝及氮化铝中的一种或两种组合。

优选的，部分所述金属焊盘用于WAT测试，至少剩余所述金属焊盘表面至少覆盖有所述金属保护层。

优选的，所述WAT测试之前，还包括：选择性暴露用于WAT测试的部分所述金属焊盘以接触测试探针。

优选的，所述WAT测试之时，测试探针至少穿过所述金属保护层以接触用于WAT测试的部分所述金属焊盘。

优选的，所述WAT测试之后，还包括：光学器件制程以形成滤色层、透镜层及暴露所述剩余所述金属焊盘。

优选的，所述光学器件制程之后，还包括：通过所述剩余所述金属焊盘以进行CP测试。

优选的，当所述CP测试的测试结果不符合预设规格时，还包括：依次循环执行所述自对准工艺、去除所述滤色层及所述透镜层、所述光学器件制程及所述CP测试直至所述测试结果符合所述预设规格。

优选的，所述WAT测试之前，还包括：于所述衬底上形成覆盖所述金属保护层的介质层；其中，位于所述金属焊盘同位置的所述金属保护层及所述介质层被同时保留。

优选的，所述介质层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及碳氮化硅中的一种或多种组合。

优选的，所述金属保护层的厚度小于所述介质层的厚度。

本发明的另一方面提供一种图像传感器，采用上述形成方法而形成。

通过在衬底上形成若干金属焊盘之后，采用自对准工艺，于至少部分金属焊盘表面形成金属保护层以保护金属焊盘。WAT测试之时，采用光罩暴露WAT测试用金属焊盘以WAT测试而保留剩余金属焊盘上的所述金属保护层以避免后续光学器件制程对其的影响，或者，测试探针可以直接穿过金属保护层和/或介质层与WAT测试用金属焊盘电连接，从而节省光罩。

进一步，于光学器件制程过程中，CP测试用金属焊盘表面的金属保护层和/或介质层与透镜层共用同一光罩而被去除。

进一步，在光学器件制程之中或CP测试结果不符合预设规格需要返工时，通过自对准工艺在暴露的金属焊盘表面形成金属保护层，避免需要额外的光罩以于其上形成有机保护层，在节省光罩的同时，简化工艺步骤。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1示出本发明实施例的一种图像传感器的形成方法的流程图；

图2～图4示出本发明实施例的一种图像传感器的形成方法的过程结构示意图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容做进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。

本发明在衬底上形成若干金属焊盘之后，采用自对准工艺，于至少部分金属焊盘表面形成金属保护层。一方面，所述金属保护层覆盖于全部或部分金属焊盘的表面，WAT测试用测试探针可以穿过所述金属保护层以与对应的所述金属焊盘相接触，对测试探针接触所述金属焊垫时产生的过驱动压力起到缓冲作用；另一方面，采用所述自对准工艺而形成的金属保护层，避免沉积工艺全面覆盖衬底而额外增加光刻及刻蚀工艺，兼具简化工艺步骤的优点。

图1示出本发明实施例的一种图像传感器的形成方法的流程图。如图1所示，所述图像传感器的制作方法包括以下步骤：

S1：提供具有若干金属焊盘的衬底，采用自对准工艺于至少部分金属焊盘表面形成金属保护层；

S2：WAT测试；

其中，WAT测试用金属焊盘通常位于切割道（Scribe line），可以有效利用切割道的空间，经由与其电连接的测试结构以推测周边的电气元件的电性是否合格。

WAT测试合格时，则所述衬底继续下一步骤，否则，做报废处理，以避免电性问题在芯片制作完成后或后续的CP测试才被检出，从而节省制造成本。

所述WAT测试之时，测试探针可以至少穿过所述金属保护层和/或介质层以接触用于WAT测试的部分所述金属焊盘；或者，所述WAT测试之前，还可以选择性暴露WAT测试用金属焊盘以直接接触测试探针，而保留剩余金属焊盘，比如CP测试用金属焊盘表面的金属保护层。

S3：光学器件制程以形成滤色层、透镜层及暴露所述剩余所述金属焊盘，即暴露CP测试用金属焊盘；

S4：通过所述剩余所述金属焊盘以进行CP测试。

其中，当所述CP测试的测试结果不符合预设规格时，可以依次循环执行去除所述滤色层及所述透镜层、所述自对准工艺以于暴露的金属焊盘表面形成金属保护层、所述光学器件制程及所述CP测试直至所述测试结果符合所述预设规格。

以下通过具体实施方式并结合附图，对本发明的一种图像传感器的形成方法进行详细说明。

本实施例中，所述图像传感器为背照式图像传感器，本领域技术人员应能理解的是，其他类型的图像传感器，比如前照式图像传感器的金属焊盘也适用于此。

如图2所示，本实施例中，衬底100包括像素阵列区I、位于像素阵列区I周边的外围逻辑区II、以及位于相邻图像传感器的外围逻辑区II之间的切割道区Ⅲ。

像素阵列区I对应设有内设于衬底100的若干发光二极管112，在像素阵列区I和外围逻辑区II之间设置有隔离结构113。

所述衬底100具有相对的正面（如图所示的下面）和背面（如图所示的上面）。

在所述背面设置有器件金属层（未图示）及绝缘层101，所述绝缘层101可以是单层或叠层结构。比如，绝缘层101可以沿远离所述背面的方向，依次叠设有缓冲介质层（未图示）、高K材料（高介电常数材料，未图示）层及钝化层（未图示）等。所述正面设置有层间介质层110。为各像素区、外围电路、功能器件等提供互连（例如，引线）的导电层和互连结构嵌入所述层间介质层110内。所述导电层和所述互连结构可以是包括接触件、通孔和/或金属线的多层互连（MLI）结构。

其中，MLI结构的定位和配置可以根据设计需要而变化。可以通过诸如铜、铝、钨、掺杂的多晶硅、其他合适的导电材料和/或它们的组合的导电材料形成导电通孔和导线。MLI结构可以电连接至各所述像素区。用于感测和处理接收到的光的其他电路和器件也可以嵌入所述层间介质层110内。

位于外围逻辑区II的第一开口114及位于切割道区Ⅲ的第二开口115分别贯穿所述器件层、所述绝缘层101及所述衬底100。

本实施例中，部分金属焊盘为CP测试用金属焊盘122，其设于第一开口114内。通过引线接合或其他电互联方法。所述CP测试用金属焊盘122作为信号端口连接至外部电路（未图示）及至所述光电二极管112，从而用于发送和接收诸如数据的信号或控制信号。

本实施例中，另有部分金属焊盘为WAT测试用金属焊盘121，其设于所述第二开口115内。互连结构111的一端对应相连WAT测试用金属焊盘121，另一端相连WAT测试结构（未图示）。

采用自对准工艺于至少部分金属焊盘表面形成金属保护层。

如图2所示，所述WAT测试用金属焊盘121及所述CP测试用金属焊盘122分别内设于所述第二开口115及所述第一开口114的底部，其表面均覆盖有第一金属保护层102。

所述自对准工艺包括表面处理暴露的各所述金属焊盘的表面。

本实施例中，所述表面处理包括采用工艺气体与各所述金属焊盘反应形成所述第一金属保护层102。比如，可以利用解耦等离子体氧化法（DPO）形成所述第一金属保护层102。所述解耦等离子体氧化法在氧化过程中的温度为200～500℃；该解耦等离子氧化法利用连续脉冲的模式，并且以氧气和/或臭氧为解离气体。所述金属焊盘的材料包括铝，对应形成的所述第一金属保护层102的材料包括氧化铝。

另一实施例中，所述表面处理可以是于各所述金属焊盘表面形成自然氧化层。

所述第一金属保护层102的膜厚可视WAT测试而定。所述薄膜生长时间可以为1～60分钟。

另一实施例中，还可以采用氮气为所述解离气体，生成材料为氮化铝的所述第一金属保护层102。又一实施例中，所述第一金属保护层102为氧化铝及氮化铝的叠层结构。

如图3所示，于暴露的各金属焊盘的表面形成所述第一金属保护层102之后，于所述衬底100上通过沉积工艺形成覆盖所述绝缘层101及各所述金属焊盘的介质层103并图形化，以暴露所述WAT测试用金属焊盘121的至少部分顶面。

所述介质层103的材料包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅及碳氮化硅中的一种或多种组合，可以采用沉积工艺，比如化学气相沉积、物理气相沉积等方法形成厚度大于所述第一金属保护层102的所述介质层103。

经由1张光罩（mask），通过光刻及刻蚀工艺选择性暴露用于WAT测试的部分所述金属焊盘，形成贯穿所述介质层103的测试开口以暴露WAT测试用金属焊盘121，而剩余的金属焊盘，比如CP测试用金属焊盘122表面仍保留有第一金属保护层102。

通过暴露的WAT测试用金属焊盘121对所述图像传感器进行测试，完全消除了WAT测试用金属焊盘121上的膜层，比如，所述介质层103和/或第一金属保护层102对WAT测试的影响，包括扎针时测试探针的滑行和针尖的接触等方面；另外也解决了探针卡因所述WAT测试损耗大的问题，减少探针卡更换中的拔插动作。

另一实施例中，形成所述介质层103之后，不进行图形化，以节省暴露所述WAT测试用金属焊盘121的所述光罩，测试探针穿过所述介质层103及所述金属保护层102以接触WAT测试用金属焊盘121。

又一实施例中，形成所述介质层103之前，测试探针穿过所述金属保护层102以接触WAT测试用金属焊盘121进行所述WAT测试，不仅可以节省所述光罩，还可以避免测试探针的损耗，同时，所述第一金属保护层102覆盖各所述金属焊盘，还能避免表面脏污或损伤而影响测试结果。

然后，WAT测试结果符合预设规格，WAT测试用金属焊盘121于后续制程已无进一步使用需求。

在介质层和/或金属保护层至少覆盖于剩余金属焊盘，比如CP测试用金属焊盘122的前提下进行光学器件制程。当然，若WAT测试结果不符合预设规格，则相应的芯片作报废处理或另作他用，在此不予进一步说明。

如图4所示，本实施例中，WAT测试结果符合预设规格，通过自对准工艺，于所述测试开口所暴露的金属焊盘表面形成第二金属保护层104，第二金属保护层104的厚度可以等于或不等于前次形成的第一金属保护层102。第二金属保护层104还可以填充所述测试开口，避免后续光学器件制程时的湿法工艺中的湿法药液集聚于所述测试开口。

接着，WAT测试之后，通过光学器件制程以形成滤色层及透镜层，此过程中，剩余的金属焊盘，比如CP测试用金属焊盘122的表面覆盖有阻挡湿法药液及隔离外界环境的第一金属层102和/或介质层103，避免CP测试用金属焊盘122的损耗而影响CP测试结果。

值得说明的是，现有技术中，在所述光学器件制程之前，CP测试用金属焊盘122及WAT测试用金属焊盘121被同时暴露，使得在形成所述滤色层之前，需要额外增加一张光罩形成有机保护层以保护CP测试用金属焊盘122。

本实施例通过于光学器件制程之前选择性暴露部分金属焊盘，比如WAT测试用金属焊盘121，从而在保证WAT测试准确性的前提下，还能节省一张光罩。

接着，一实施例中，在形成所述透镜层的过程中，共用所述透镜层对应的光罩，并调整形成所述透镜层的刻蚀工艺，比如，在原本刻蚀有机物的基础上，还刻蚀所述介质层103和/或第一金属保护层102并暴露CP测试用金属焊盘122以进行CP测试。

另一实施例中，完成所述光学器件制程之后，再去除覆盖于CP测试用金属焊盘122表面的所述介质层及第一金属保护层102，以进行CP测试。

CP测试之后，若CP测试结果符合预设规格，则相应的芯片进行后续制程，比如切片，封装等。

反之，由于所述滤色层及所述透镜层均可以去除，在返工制程时，先去除所述衬底100上的滤色层及透镜层，再执行所述自对准工艺，于已暴露的金属焊盘，比如CP测试用金属焊盘122及WAT测试用金属焊盘121的表面形成金属保护层。所述金属保护层避免CP测试用金属焊盘122被返工药液或返工气体所影响。再次对进行所述衬底100执行所述光学器件制程及所述CP测试，如此循环反复，直至所述CP测试结果符合所述预设规格。

通过在衬底上形成若干金属焊盘之后，采用自对准工艺，于至少部分金属焊盘表面形成金属保护层，可以减薄介质层的厚度。

进一步，WAT测试之时，暴露WAT测试用金属焊盘以WAT测试而保留剩余金属焊盘上的所述金属保护层以避免后续光学器件制程对其的影响，或者，测试探针可以直接穿过金属保护层和/或介质层与WAT测试用金属焊盘电连接，从而节省光罩。

进一步，于光学器件制程过程中，CP测试用金属焊盘表面的金属保护层和/或介质层与透镜层共用同一光罩而被去除。

进一步，在光学器件制程之中或CP测试结果不符合预设规格需要返工时，通过自对准工艺在暴露的金属焊盘表面形成金属保护层，避免需要额外的光罩以于其上形成有机保护层，在节省光罩的同时，简化工艺步骤。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。