專利名稱：Cmos影像傳感器的深溝槽圖形化方法
技術領域：
本發(fā)明涉及CMOS影像傳感器技術領域，尤其涉及一種CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法。
背景技術：
CMOS影像傳感器由于其與CMOS工藝兼容的特點，從而得到快速發(fā)展。相對于CXD工藝，其工藝完全與CMOS工藝兼容，其通過將光敏二極管和CMOS處理電路一起做在硅襯底上，從而在保證性能的基礎上大幅度降低了成本，同時可以大幅度提高集成度，制造像素更聞的廣品。傳統(tǒng)CMOS影像傳感器是使用正面光照的方法，將光敏二極管和CMOS處理電路一起做在硅襯底上使用同一層次實現(xiàn)，而芯片互連則制造在CMOS處理電路之上，光敏二極管 之上為了光線的通過而不進行互連線的排步。然而，常規(guī)半導體材料的透光性較差，因此需要把光敏二極管上面的介質層次全部去除，并填充透光材料，以增強其光吸收。然而，由于后道互連層次較多、厚度較厚，且薄膜層次比較復雜，因此，在移除光敏二極管上面介質層工藝中，如何能較好地控制工藝的均勻性和穩(wěn)定性，是本領域技術人員面臨的技術難題之一。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于彌補上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法。本發(fā)明的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，包括以下步驟
步驟SOl :利用標準CMOS工藝在硅襯底上制備光敏元件和用于CMOS器件的多層結構，在光敏元件上方定義深溝槽圖形，且光敏元件上方自下而上制備a.柵極氧化層、b.刻蝕阻擋層和c.互連介質層,其中，刻蝕阻擋層包括第一多晶娃層或第一金屬層；
步驟S02 :以該深溝槽圖形刻蝕去除光敏元件上方的互連介質層，并停留在刻蝕阻擋層上；
步驟S03 :以該深溝槽圖形刻蝕去除刻蝕阻擋層，并停留在柵極氧化層上；
步驟S04:深溝槽圖形化完成。其中，該光敏元件是光敏二極管；該多層結構包括標準CMOS多晶硅層、接觸孔層、金屬互連層、通孔層和互連介質層。本發(fā)明將第一多晶硅層或第一金屬層作為刻蝕阻擋層，來實現(xiàn)對深溝槽刻蝕的深度控制。其中，若該刻蝕阻擋層為第一多晶硅層，則光敏元件上方的互連介質層中不設其他層次互連線、通孔層和接觸孔層，僅有互連介質，該互連技術是Al互連或Cu互連；若該刻蝕阻擋層為第一金屬層，則光敏元件上方的互連介質層中不設多晶硅層、其他層次互連線、通孔層和接觸孔層，僅有互連介質，該互連技術是Al互連或Cu互連。
進一步地，該刻蝕阻擋層圖形大于深溝槽圖形，即刻蝕阻擋層圖形的范圍覆蓋過深溝槽的圖形，刻蝕阻擋層圖形的尺寸上限可以以恰好不接觸深溝槽周圍的器件、互連層次為限。進一步地，該刻蝕阻擋層圖形邊緣距離深溝槽圖形邊緣O. 05um-lum。進一步地，定義光敏元件上方的柵極氧化層為標準CMOS工藝中的厚柵極氧化層，這是為了使得刻蝕停留在柵極氧化層上控制得更好，避免由于柵極氧化層過薄引起將其完全移出，并損傷下方的光敏元件。進一步地，步驟S02中刻蝕的互連介質層的介質包括Si02、SiN, SiON, SiC、SiCN等，以及摻有B、P等雜質的上述介質材料?？涛g工藝包括干法刻蝕和濕法刻蝕,干法刻蝕主要使用CF類的本領域常規(guī)刻蝕氣體，如CF4、CHF3、CH2F2、C4F6、CH3F3，設備主要是等離子體刻蝕設備；濕法刻蝕主要使用以HF為主的濕法藥液，設備主要是濕法槽。其中，可以選擇單步刻蝕或多步刻蝕。干法刻蝕SiO2等介質時，其刻蝕選擇比可以大于20，濕法刻蝕的選擇比可以大于數(shù)百，因此可以在去除介質的同時，不會去除太多刻蝕阻擋層。
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進一步地，步驟S03中刻蝕的第一多晶硅層包括摻有B、P、As等雜質的多晶硅材料?？涛g工藝包括干法刻蝕和濕法刻蝕，干法刻蝕主要使用SF6、HCl、BCl3、HBr、XeF2類的刻蝕氣體，設備主要是等離子體刻蝕設備；濕法刻蝕主要使用以KOH、TMAH為主的濕法藥液，設備主要是濕法槽。刻蝕的第一金屬層包括Ti、TiN、Al、TiN、TaN、Ta、Cu等金屬或復合金屬材料?？涛g工藝包括干法刻蝕和濕法刻蝕，干法刻蝕工藝使用HCl、BC13、HBr等氣體，設備主要是等離子體刻蝕設備；濕法刻蝕包括Na0H、HP04及其與硝酸等酸性藥液的混合液，設備主要是濕法槽。干法刻蝕多晶硅或金屬時，其刻蝕選擇比可以大于20，濕法刻蝕可以更高，因此可以在去除第一多晶硅層或第一金屬層的同時，不會去除太多下方的柵極氧化層，以避免損傷下方的光敏元件。進一步地，若該刻蝕阻擋層為第一金屬層，則柵極氧化層和第一金屬層之間還設有第一互連介質層，那么步驟S03包括刻蝕第一金屬層，停留在第一互連介質層；刻蝕第一互連介質層，停留在柵極氧化層上。進一步地，上述步驟S03中刻蝕的第一互連介質層包括Si02、SiN、Si0N、SiC、SiCN等，以及摻有B、P等雜質的上述介質材料?？涛g工藝包括干法刻蝕和濕法刻蝕,干法刻蝕主要使用CF類的本領域常規(guī)刻蝕氣體，如CF4、CHF3、CH2F2、C4F6、CH3F3，設備主要是等離子體刻蝕設備；濕法刻蝕主要使用以HF為主的濕法藥液，設備主要是濕法槽。其中，可以選擇單步刻蝕或多步刻蝕。干法刻蝕SiO2等介質時，其刻蝕選擇比可以大于20，濕法刻蝕的選擇比可以大于數(shù)百，因此可以在去除介質的同時，不會去除太多柵極氧化層。本發(fā)明的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，定義光敏元件區(qū)域上方的柵極氧化層為CMOS工藝中的厚氧化層，并僅保留光敏元件區(qū)域柵極氧化層上面的第一多晶硅柵極或第一金屬層。在深溝槽刻蝕工藝中，首先利用介質和多晶硅或金屬的高刻蝕選擇比，刻蝕所有刻蝕阻擋層上面的介質層，并停在第一多晶硅或第一金屬層上，然后逆向使用多晶硅或金屬對柵極氧化層的高刻蝕選擇比去除多晶硅層或第一金屬層，并保留光敏元件上面的部分氧化層，實現(xiàn)整個硅片內深溝槽刻蝕的均勻性，并能夠防止過刻蝕造成的對光敏元件的損傷，以及欠刻蝕造成的介質厚度過厚引起的透光性差的問題，從而提高了工藝窗口和像元的靈敏度，提升了芯片的性能和可靠性。


為能更清楚理解本發(fā)明的目的、特點和優(yōu)點，以下將結合附圖對本發(fā)明的較佳實施例進行詳細描述，其中
圖Ia至Ic是本發(fā)明第一實施例的深溝槽圖形化方法示意 圖2a至2c是本發(fā)明第二實施例的深溝槽圖形化方法示意圖。
具體實施例方式第一實施例
請參閱圖la，利用標準CMOS工藝在硅襯底I上制備光敏二極管7和用于CMOS器件的多層結構(自下而上依次包括柵極氧化層2、多晶硅層3、接觸孔層4、銅互連層5以及其上的通孔層和金屬互連層，以及鈍化層6)，光敏二極管7上方定義深溝槽圖形，并且光敏二極管7上方自下而上制備柵極氧化層2、第一多晶硅層31和互連介質層32 (SiO2)0其中，定義光敏二極管7區(qū)域上方的柵極氧化層2為標準CMOS工藝中的厚柵極氧化層。請繼續(xù)參閱圖lb，用CF4氣體刻蝕光敏二極管7上方的互連介質層32，并停留在第一多晶硅層31。其中，第一多晶硅層31圖形邊緣距離深溝槽圖形邊緣O. 2um。請接著參閱圖lc，用HBr氣體刻蝕第一多晶硅層31，并停留在柵極氧化層2上，完成深溝槽圖形化工藝。第二實施例
與第一實施例相同，利用標準CMOS工藝在硅襯底I上制備光敏二極管7和用于CMOS器件的多層結構(自下而上依次包括柵極氧化層2、多晶硅層3、接觸孔層4、鋁互連層8以及其上的通孔層和金屬互連層，以及鈍化層6)，光敏二極管上方7上方定義深溝槽圖形，并且光敏二極管7上方自下而上制備柵極氧化層2、第一互連介質層82 (SiN)、第一金屬層81(Al)和互連介質層(Si02)。其中，定義光敏二極管7區(qū)域上方的柵極氧化層2為標準CMOS工藝中的厚柵極氧化層。請參閱圖2a，用CF4氣體刻蝕光敏二極管上方的互連介質層，并停留在第一金屬層81上。其中，第一金屬層81圖形邊緣距離深溝槽圖形邊緣0.2um。請繼續(xù)參閱圖2b，用HCl氣體刻蝕第一金屬層81，并停留在第一互連介質層82上。請接著參閱圖2c，用CHF3氣體刻蝕第一互連介質層82，并停留在柵極氧化層2上，完成深溝槽圖形化工藝。其中，根據(jù)一般CMOS工藝順序，柵極氧化層上方有會形成一層自對準硅化物阻擋層(SAB層)，本發(fā)明的深溝槽圖形化方法還可以包括去除該SAB層的步驟；而由于該層較薄，也可以保留該SAB層。對于上述第二實施例，可以在刻蝕第一互連介質82之后，停留在SAB層上；然后去除或保留該SAB層。
權利要求
1.一種CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于，包括以下步驟 步驟SOl :利用標準CMOS工藝在硅襯底上制備光敏元件和用于CMOS器件的多層結構，在光敏元件上方定義深溝槽圖形，且光敏元件上方自下而上制備a.柵極氧化層、b.刻蝕阻擋層和c.互連介質層,其中，刻蝕阻擋層包括第一多晶娃層或第一金屬層； 步驟S02 :以該深溝槽圖形刻蝕去除光敏元件上方的互連介質層，并停留在刻蝕阻擋層上； 步驟S03 :以該深溝槽圖形刻蝕去除刻蝕阻擋層，并停留在柵極氧化層上； 步驟S04:深溝槽圖形化完成。
2.根據(jù)權利要求I所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于該光敏元件是光敏二極管；該多層結構包括標準CMOS多晶硅層、接觸孔層、金屬互連層、通孔層和互連介質層。
3.根據(jù)權利要求I所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于該刻蝕阻擋層圖形范圍覆蓋深溝槽圖形。
4.根據(jù)權利要求3所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于該多晶硅層圖形或第一金屬層圖形邊緣距離深溝槽圖形邊緣O. 05um-lum。
5.根據(jù)權利要求4所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于定義光敏二極管上方的柵極氧化層為標準CMOS工藝中的厚柵極氧化層。
6.根據(jù)權利要求I所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于步驟S02中刻蝕的互連介質層的介質包括Si02、SiN, SiON, SiC、SiCN ;刻蝕氣體包括CF4、CHF3>CH2F2, C4F6, CH3F3,刻蝕液體包括 HF。
7.根據(jù)權利要求I所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于步驟S03中刻蝕的第一多晶硅層包括摻有B、P、As的多晶硅材料；刻蝕氣體包括SF6、HC1、BC13、HBr, XeF2,刻蝕液體包括KOH、TMAH0
8.根據(jù)權利要求I所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于步驟S03中刻蝕的第一金屬層包括Ti、TiN, Al、TiN, TaN, Ta、Cu及其復合金屬；刻蝕氣體包括HC1、BC13、HBr，刻蝕液體包括 NaOH、ΗΡ04。
9.根據(jù)權利要求I所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于若該刻蝕阻擋層為第一金屬層，則柵極氧化層和第一金屬層之間還有第一互連介質層，那么步驟S03包括刻蝕第一金屬層，停留在第一互連介質層；刻蝕第一互連介質層，停留在柵極氧化層上。
10.根據(jù)權利要求9所述的CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，其特征在于上述步驟S03中刻蝕的第一互連介質層包括Si02、SiN、Si0N、SiC、SiCN ;刻蝕氣體包括CF4、CHF3、CH2F2, C4F6, CH3F3,刻蝕液體包括 HF。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種CMOS影像傳感器的深溝槽圖形化方法，包括利用標準CMOS工藝在硅襯底上制備光敏元件和用于CMOS器件的多層結構，光敏元件上方定義深溝槽圖形，光敏元件上方自下而上制備柵極氧化層、刻蝕阻擋層和互連介質層；刻蝕光敏元件上方的互連介質層，并停留在刻蝕阻擋層上；刻蝕刻蝕阻擋層，并停留在柵極氧化層上；深溝槽圖形化完成。本發(fā)明可以實現(xiàn)整個硅片內深溝槽刻蝕的均勻性，并能夠防止過刻蝕造成的損傷和欠刻蝕帶來的透光性問題，提高了工藝窗口和像元的靈敏度，提升了芯片的性能和可靠性。
文檔編號H01L27/146GK102891156SQ201210413428
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月25日 優(yōu)先權日2012年10月25日
發(fā)明者康曉旭, 趙宇航, 袁超, 左青云 申請人:上海集成電路研發(fā)中心有限公司