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CN111463226A - 光电集成器件及其制造方法 - Google Patents

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CN111463226A
CN111463226A CN202010390949.2A CN202010390949A CN111463226A CN 111463226 A CN111463226 A CN 111463226A CN 202010390949 A CN202010390949 A CN 202010390949A CN 111463226 A CN111463226 A CN 111463226A
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dielectric layer
optoelectronic
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insulating layer
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CN202010390949.2A
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吕政�
何惠森
黄贤国
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Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
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Hangzhou Silergy Semiconductor Technology Ltd
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Abstract

本发明公开了一种光电集成器件及其制造方法，所述方法包括：提供一半导体基底，在所述半导体基底中至少包括一光电器件；在所述半导体基底的第一表面形成第一介电层；在所述第一介电层上形成绝缘层；在所述绝缘层中形成第一开口，以裸露所述光电器件区域上方的所述第一介电层；在裸露的所述第一介电层上形成第二介电层，其中，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。本发明提供的光电集成器件使得光线只通过所述抗反射层即可进入所述光电器件，不仅可以获得优良的光学特性，还减小了制造成本。

Description

光电集成器件及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种光电集成器件及其制造方法。
背景技术
光电集成电路，例如图像传感器，是用来获取光信号并转换成模拟或数字的电信号的光电元器件，这些光电集成电路广泛应用于消费电子，医疗电子，和便携式装置中，例如数码相机与智能手机等。互补式金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的原理，是将微透镜所收集到的光线，通过彩色滤光片、保护层、内金属介电层(IMD)、内层介电层(ILD)之后，最后会被n型或p型光传感器单元接收，光传感器单元会转换光子数目为电子信号。除了互补式金属氧化物半导体图像传感器之外，其他常用的图像传感器，包括电荷耦合器件(CCD)以及电荷喷射器件(CID)，红/绿/蓝(RGB)彩色滤光片也被广泛地使用。光敏感度与谐振特性是决定光电集成电路光学特性的关键因素。现有的提高光敏感度和改善其谐振特性的方式包括：
1)通过在集成电路的內连线外加入额外的微透镜层。微透镜可以聚光，提高光敏感度，缺点是复杂度和成本增加，并不能避免光线被介电质层间界面反射和折射所引起的谐振特性；
2)通过形成在内层介电层的导光特征，并结合抗反射层(Anti Reflectionlayer)，即为了减小光线被多层堆叠的介电质层的界面折射和反射，需要严苛的控制各介电层的厚度，虽然可以同时增加光敏感度和改善谐振特性。不过，其制作过程非常复杂。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光电集成器件及其制造方法，不仅可以获得优良的光学特性，还减小了制造成本。
根据本发明的第一方面，提供一种光电集成器件的制造方法，包括：提供一半导体基底，在所述半导体基底中至少包括一光电器件；在所述半导体基底的第一表面形成第一介电层；在所述第一介电层上形成绝缘层；在所述绝缘层中形成第一开口，以裸露所述光电器件区域上方的所述第一介电层；在裸露的所述第一介电层上形成第二介电层，其中，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。
优选地，所述第一介电层和与其相邻的所述绝缘层的材料不同。
优选地，所述第一介电层和所述第二介电层的材料相同。
优选地，所述第一介电层和所述第二介电层被设置为氮化硅材料。
优选地，形成所述第一开口的步骤包括：以所述第一介电层为刻蚀停止层，采用刻蚀工艺刻蚀所述多层绝缘层以形成所述第一开口。
优选地，所述第二介电层还覆盖所述绝缘层的上表面以及所述第一开口的内部侧壁。
优选地，在所述刻蚀工艺中，所述第一介电层也被刻蚀部分厚度。
优选地，所述抗反射层的总厚度为所述第一介电层保留的厚度和第二介电层的厚度，其中，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得理想频率范围内的光线不被反射。
优选地，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得红外光不被反射。
优选地，所述抗反射层的总厚度的范围为300-700埃。
优选地，所述绝缘层包括至少三层层叠结构。
优选地，还包括一形成在所述半导体基底中的IC器件。
优选地，还包括形成在所述绝缘层中，与所述光电器件和所述IC器件的电极相连的金属互联层。
优选地，所述金属互联层包括至少两层。
优选地，所述绝缘层至少包括氧化物。
优选地，还包括在所述IC器件的上部区域的绝缘层中形成第二开口，以裸露所述金属互联层的顶层金属。
优选地，所述光电器件被设置为光电二极管。
优选地，所述IC器件被设置为二极管或三极管或电阻或电容或电感。
根据本发明的第二方面，提供一种光电集成器件，包括：半导体基底，在所述半导体基底中至少包括一光电器件；覆盖所述半导体基底的第一表面的第一介电层；覆盖所述第一介电层的绝缘层；位于所述绝缘层中的第一开口，所述第一开口裸露所述光电器件区域上方的所述第一介电层；覆盖所述第一介电层的第二介电层，其中，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。
优选地，所述第一介电层和与其相邻的所述绝缘层的材料不同。
优选地，所述第一介电层和所述第二介电层的材料相同。
优选地，所述第一介电层和所述第二介电层被设置为氮化硅材料。
优选地，所述第二介电层还覆盖所述第一开口的内侧壁和所述绝缘层的上表面。
优选地，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得理想频率范围内的光线不被反射。
优选地，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得红外光不被反射。
优选地，还包括一形成在所述半导体基底中的IC器件。
优选地，还包括形成在所述绝缘层中，与所述光电器件和所述IC器件的电极相连的金属互联层。
优选地，所述金属互联层包括至少两层。
优选地，所述绝缘层包括至少三层层叠结构。
优选地，还包括位于所述IC器件的上部区域的最上层绝缘层中的第二开口，以裸露所述金属互联层的顶层金属。
优选地，所述光电器件被设置为光电二极管。
根据本发明提供的制造所述光电集成器件的方法，先在半导体基底的第一表面形成第一介电层，然后在所述第一介电层上的绝缘层中形成第一开口，以裸露所述第一介电层，最后再在所述裸露的第一介电层上形成第二介电层，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。本发明提供的光电集成器件使得光线只通过所述抗反射层即可进入所述光电器件，相对于现有技术的多层介电层，本发明中所述抗反射层厚度减薄了很多，不仅降低光线通过光电器件表面介质层的衰减，还抑制基于fabry-perot效应的光线谐振问题。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1A-1E示出根据本发明第一实施例的制造光电集成器件的方法的各个阶段的截面图；
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A与B直接邻接，而非A位于B中形成的掺杂区中。
在本申请中，术语“冲丝”是指在引线框上固定晶片以及进行引线键合之后，在注入封装料的过程中，彼此相邻的引线由于封装料的冲击而彼此接触导致短路的现象。
在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明公开了一种光电集成器件的制造方法，包括：提供一半导体基底，在所述半导体基底中至少包括一光电器件；在所述半导体基底的第一表面形成第一介电层；在所述第一介电层上形成多层绝缘层；在所述多层绝缘层中形成第一开口，以裸露所述光电器件区域上方的所述第一介电层；在裸露的所述第一介电层上形成第二介电层，其中，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。
如图1A-1E示出根据本发明第一实施例的制造光电集成器件的方法的各个阶段的截面图。
如图1A所示，提供一半导体基底110，在所述半导体基底中形成并列排列的光电器件111和IC器件112。所述光电器件111位于第一区域中，所述IC器件位于第二区域。在本实施例中，所述光电器件111被设置为光电二极管，可以通过在半导体基底中注入掺杂剂形成N型区域(半导体基底110为P型掺杂)或P型区域(半导体基底110为N型掺杂)，例如，通过掺杂磷离子形成N型区域，或通过硼离子形成P型区域。所述IC器件可以根据需要设置为二极管，三极管，电阻，电容或电感等。在本实施例中，所述IC器件被设置为二极管，也通过掺杂的形式形成。另外，所述半导体基底可以包括半导体衬底，外延层等多层结构，具体可根据光电器件和IC器件的结构需要而设置。
在所述半导体基底110的第一表面形成第一介电层113，所述第一介电层113具有均匀的厚度。在本实施例中，所述第一介电层113被设置为氮化硅材料，当然，所述第一介电层113也可被设置为其他材料，在此不作限制。所述第一介电层113的厚度范围为400-600埃，优选的厚度为450-550埃。其中，形成所述第一介电层113的工艺包括化学或物理气相沉积的工艺，当然，所述第一介电层113也可通过其他工艺形成，在此不作限制。
如图1B所示，在所述第一介电层113上形成依次层叠的多层绝缘层，在本实施例中，所述多层绝缘层至少包括内介电层114，内金属介电层115和钝化层116三层结构。进一步地，在所述绝缘层中还形成有金属互联，用于将所述光电器件111和所述IC器件112的电极引出。所述金属互联包括至少两层结构。在本实施例中，所述金属互联包括内金属互联和顶层金属互联。每层所述金属互联都包括接触层和金属层，具体地，所述内金属互联包括接触层117和金属层118，所述顶层金属互联包括接触层121和顶层金属层119。
在本实施例中，至少设置所述内介电层114的材料与所述第一介电层的材料不同，为后续的刻蚀工艺做准备。所述内介电层114，所述内金属介电层115以及所述钝化层116都可包括氧化物。具体地，所述内介电层114和所述内金属介电层115可以分别被设置为不同种类的氧化硅或其叠层；所述钝化层116可以被设置为氧化硅和氮化硅的叠层，或氮氧化硅，或氧化硅和氮氧化硅的叠层。当然在其他实施例中，所述内介电层114，所述内金属介电层115以及所述钝化层116也可被设置为其他材料，在此不做限制。
需要注意的是，在本申请中，所述绝缘层以及金属互联画的都是简易图，本领域的技术人员可根据具体的实际工艺以及实际的器件要求进行相应的调整和修改，都属于本申请的范围。
如图1C所示，在所述光电器件111区域上的绝缘层中形成第一开口130，即在内介电层114，内金属介电层115和钝化层116中形成第一开口130。具体地，以所述第一介电层113为刻蚀停止层，通过刻蚀工艺形成所述第一开口130。根据刻蚀工艺在绝缘层和第一介电层中的反应气体不同，以判断所述绝缘层被全部刻蚀后，停止所述刻蚀工艺。因此，在实际的工艺中，第一介电层也可能会被刻蚀掉一部分的厚度。需要注意的是，所述半导体基底110的第一表面因为有第一介电层113的保护而不会被刻蚀，从而不会影响所述光电器件111的性能。
如图1D所示，在所述开口130的底部，内侧壁以及所述绝缘层的上表面覆盖一层第二介电层120。所述第二介电层120可通过化学或物理气相沉积的工艺形成，其具有均匀的厚度可保证光电器件的光电特性。当然，所述第一介电层113也可通过其他工艺形成，在此不作限制。所述第二介电层120可以被设置为与所述第一介电层的材料相同，即在本实施例中，所述第二介电层也被设置为氮化硅材料，所述第一介电层和位于其上的所述第二介电层形成共形，作为所述光电器件的抗反射层。在本实施例中，所述第二介电层120的厚度可选为250-350埃，优选地，所述第二介电层120的厚度可选为300埃。所述抗反射层的总厚度为所述第一介电层保留的厚度和所述第二介电层的厚度，通过调节所述抗反射层的总厚度使得理想频率范围的光线不被反射。具体地，在本实施例中，通过设置所述抗反射层的总厚度以使得红外光线不被反射。所述抗反射层的总厚度的范围被设置为300-700埃。所述抗反射层还进一步用于保护所述光电器件，以免其受到水汽和金属离子的影响。另外，位于所述绝缘层上表面的第二介电层也作为所述IC器件区域表面的保护层。
如图1E所示，在所述钝化层116中形成第二开口140，以裸露所述顶层金属互联的金属层119，通过封装打线或凸块或重布线层(RDL)等与外部电路相连接。所述第二开口140可通过刻蚀工艺形成。然后所述光电集成器件进入后续封装阶段。
本发明提供的制造所述光电集成器件的方法，先在半导体基底的第一表面形成第一介电层，然后在所述第一介电层上的绝缘层中形成第一开口，以裸露所述第一介电层，最后再在所述裸露的第一介电层上形成第二介电层，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。本发明提供的光电集成器件使得光线只通过所述抗反射层即可进入所述光电器件，相对于现有技术的多层介电层，所述抗反射层厚度减薄了很多，不仅降低了光线通过光电器件表面介质层时的衰减，还抑制了基于fabry-perot效应的光线谐振问题。
本发明还提供了一种光电集成器件，如图1E所示。所述光电集器件，包括：半导体基底110，在所述半导体基底中至少包括并列排列的光电器件111和IC器件112；覆盖所述半导体基底的第一表面上的第一介电层113；覆盖所述第一介电层113的绝缘层；位于所述绝缘层中的第一开口，所述第一开口裸露所述光电器件区域上方的所述第一介电层113；以及覆盖所述第一介电层的第二介电层120，其中，所述第一介电层113和所述第二介电层120为抗反射层。所述第二介电层120具有均匀的厚度可保证光电器件的光电特性。进一步地，所述第二介电层120还覆盖所述第一开口的内侧壁和所述多层绝缘层的上表面。在本实施例中，所述光电器件111被设置为光电二极管，所述IC器件可以根据需要设置为二极管，三极管，电阻，电容或电感等。另外，所述半导体基底可以包括半导体衬底，外延层等多层结构，具体可根据光电器件和IC器件的结构需要而设置。
在本实施例中，所述绝缘层至少包括内介电层114，内金属介电层115和钝化层116三层结构。进一步地，在所述绝缘层中还形成有金属互联，用于将所述光电器件111和所述IC器件112的电极引出。所述金属互联包括至少两层结构。在本实施例中，所述金属互联包括内金属互联和顶层金属互联。每层所述金属互联都包括接触层和金属层，具体地，所述内金属互联包括接触层117和金属层118，所述顶层金属互联包括接触层121和顶层金属层119。
其中，所述第一介电层113至少和与其相邻的所述绝缘层的材料不同，即与内介电层114的材料不同。所述第一介电层113和所述第二介电层120的材料相同。在本实施例中，所述第一介电层113和所述第二介电层120被设置为氮化硅材料。所述内介电层114，所述内金属介电层115以及所述钝化层116都可包括氧化物。具体地，所述内介电层114和所述内金属介电层115可以分别被设置为不同种类的氧化硅或其叠层；所述钝化层116可以被设置为氧化硅和氮化硅的叠层，或氮氧化硅，或氧化硅和氮氧化硅的叠层。
在本实例中，可通过调节所述抗反射层的总厚度(即光电器件区域表面的第一介电层和第二介电层的厚度)以使得理想频率范围内的光线不被反射。具体地，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得红外光不被反射。所述抗反射层的总厚度的范围被设置为300-700埃。所述抗反射层还进一步用于保护所述光电器件，以免其受到水汽和金属离子的影响。另外，位于所述绝缘层上表面的第二介电层也作为所述IC器件区域表面的保护层。
另外，所述光电集成器件还包括位于所述IC器件的上部区域的最上层绝缘层中的第二开口140，以裸露所述金属互联层的顶层金属层119，通过封装打线或凸块或重布线层(RDL)等与外部电路电连接。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (32)

1.一种光电集成器件的制造方法，包括：
提供一半导体基底，在所述半导体基底中至少包括一光电器件；
在所述半导体基底的第一表面形成第一介电层；
在所述第一介电层上形成绝缘层；
在所述绝缘层中形成第一开口，以裸露所述光电器件区域上方的所述第一介电层；
在裸露的所述第一介电层上形成第二介电层，
其中，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一介电层和与其相邻的所述绝缘层的材料不同。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的材料相同。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一介电层和所述第二介电层被设置为氮化硅材料。
5.根据权利要求1所述的方法，形成所述第一开口的步骤包括：
以所述第一介电层为刻蚀停止层，采用刻蚀工艺刻蚀所述多层绝缘层以形成所述第一开口。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二介电层还覆盖所述绝缘层的上表面以及所述第一开口的内部侧壁。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述刻蚀工艺中，所述第一介电层也被刻蚀部分厚度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述抗反射层的总厚度为所述第一介电层保留的厚度和第二介电层的厚度，其中，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得理想频率范围内的光线不被反射。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得红外光不被反射。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述抗反射层的总厚度的范围为300-700埃。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘层包括至少三层层叠结构。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，还包括一形成在所述半导体基底中的IC器件。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，还包括形成在所述绝缘层中，与所述光电器件和所述IC器件的电极相连的金属互联层。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述金属互联层包括至少两层。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘层至少包括氧化物。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，还包括在所述IC器件的上部区域的绝缘层中形成第二开口，以裸露所述金属互联层的顶层金属。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述光电器件被设置为光电二极管。
18.根据权利要求1所述的方法，其中，所述IC器件被设置为二极管或三极管或电阻或电容或电感。
19.一种光电集成器件，包括：
半导体基底，在所述半导体基底中至少包括一光电器件；
覆盖所述半导体基底的第一表面的第一介电层；
覆盖所述第一介电层的绝缘层；
位于所述绝缘层中的第一开口，所述第一开口裸露所述光电器件区域上方的所述第一介电层；
覆盖所述第一介电层的第二介电层，
其中，所述第一介电层和所述第二介电层为抗反射层。
20.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，所述第一介电层和与其相邻的所述绝缘层的材料不同。
21.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，所述第一介电层和所述第二介电层的材料相同。
22.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，所述第一介电层和所述第二介电层被设置为氮化硅材料。
23.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，所述第二介电层还覆盖所述第一开口的内侧壁和所述绝缘层的上表面。
24.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得理想频率范围内的光线不被反射。
25.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，通过调节所述抗反射层的总厚度以使得红外光不被反射。
26.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，所述抗反射层的总厚度的范围为300-700埃。
27.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，还包括一形成在所述半导体基底中的IC器件。
28.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，还包括形成在所述绝缘层中，与所述光电器件和所述IC器件的电极相连的金属互联层。
29.根据权利要求28所述的光电集成器件，其中，所述金属互联层包括至少两层。
30.根据权利要求28所述的光电集成器件，其中，所述绝缘层包括至少三层层叠结构。
31.根据权利要求30所述的光电集成器件，其中，还包括位于所述IC器件的上部区域的最上层绝缘层中的第二开口，以裸露所述金属互联层的顶层金属。
32.根据权利要求19所述的光电集成器件，其中，所述光电器件被设置为光电二极管。
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