CN103107178A - 一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，包括以下步骤，器件晶圆与逻辑晶圆键合后，对晶圆表面氧化物进行刻蚀,至露出四乙氧基硅层;在刻蚀后的晶圆表面上淀积一层隔离氧化物层;在隔离氧化物层上涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出负性光刻胶图形，确定刻蚀沟槽的区域；以负性光刻胶图形为掩蔽层进行沟槽刻蚀；沟槽刻蚀后，在硅片上再涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出负性光刻胶图形，以负性光刻胶图形为掩蔽层刻蚀通孔，通孔刻蚀停止在逻辑晶圆顶层金属。本发明通过利用负性光刻胶制造高深宽比的沟槽，提高影像传感器的质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件制作领域，尤其涉及一种利用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法。
背景技术
大规模集成电路制造工艺是一种平面制作工艺，其在同一衬底上形成大量各种类型的半导体器件，并互相连接以具有完整的功能。在集成电路制造过程中，常需要在衬底上形成大量的沟槽，形成的沟槽可通过填充金属形成金属连线。后面的所有器件和连线结构都构建在沟槽之上，因而沟槽蚀刻在整个工艺流程中具有特殊的地位。针对超结器件、压敏传感器件，大功率器件、影像传感器等制作工艺过程中，深沟槽工艺得到广泛应用。深沟槽在硅片的底材中形成，后面的所有器件和连线结构都构建在深沟槽之上，因而深沟槽蚀刻在整个工艺流程中具有特殊的地位。在传统的刻蚀方法中，用于高深宽比的蚀刻剂的蚀刻能力不做，在进行高深宽比的沟槽刻蚀时，尚未刻蚀到预定深度，便会发生刻蚀停止的现象。另外，由于蚀刻剂对光阻的选择比不佳，照成光阻的残留不足的问题，也即在进行刻蚀时，光阻会被损耗以至于无法达到预定的线宽，导致沟槽的临界尺寸无法控制。现有技术中制造高深宽比沟槽成为一个难题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用负性光刻胶制造深沟槽的方法，解决现有技术中高深宽比沟槽蚀刻难的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，包括以下步骤，
步骤一：器件晶圆与逻辑晶圆键合后，对晶圆表面氧化物进行刻蚀,至露出四乙氧基硅层;
步骤二：在刻蚀后的晶圆表面上淀积一层隔离氧化物层;
步骤三：在隔离氧化物层上涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出第一次负性光刻胶图形，确定刻蚀沟槽的区域；
步骤四：以第一次负性光刻胶图形为掩蔽层进行沟槽刻蚀，沟槽刻蚀停止在器件晶圆顶层金属的阻挡层和器件晶圆顶层金属下方的氮化硅层；
步骤五：沟槽刻蚀后，在硅片上再涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出第二次负性光刻胶图形，确定刻蚀通孔的区域；
步骤六：通孔刻蚀，以第二次负性光刻胶图形为掩蔽层刻蚀通孔，通孔刻蚀停止在逻辑晶圆顶层金属。
进一步，所述器件晶圆顶层金属的阻挡层材料为氮化钛。
进一步，所述步骤一中，晶圆表面氧化物刻蚀后开口底部宽度为2.5-3.5微米。
进一步，所述步骤三中，负性光刻胶涂覆的厚度为5500-6500埃。
进一步，所述沟槽刻蚀的宽度为1-3微米。
进一步，所述沟槽刻蚀的深度为2-3微米。
进一步，所述通孔刻蚀的深度为2.5-3微米。
进一步，所述器件晶圆顶层金属与所述逻辑晶圆顶层金属之间制备有两层氮化硅层和置于两氮化硅层之间的氧化物层，所述通孔刻蚀过程中氮化钛与所述氧化物的蚀刻速率比为1：20。
本发明的有益效果是：通过利用负性光刻胶制造高深宽比的沟槽，提高影像传感器的质量。
附图说明
图1为本发明用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法的流程示意图；
图2为本发明的背照式影像传感器的器件晶圆与逻辑晶圆键合后结构图；
图3为本发明对晶圆表面氧化物进行刻蚀后的晶圆结构图；
图4为本发明淀积隔离氧化物层后晶圆结构图；
图5为本发明进行深沟槽刻蚀后晶圆结构图；
图6为本发明制作出负性光刻胶图形后晶圆结构图；
图7为本发明进行通孔刻蚀后晶圆结构图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、衬底硅层，2、层间氧化物层，3、逻辑晶圆顶层金属，4、氮化硅层，5、器件晶圆顶层金属，6、氮化钛层，7、介质层，8、四乙氧基硅层，9、表面氧化物层，10、隔离氧化物层，11、负性光刻胶，12、沟槽，13、通孔。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
图1为本发明用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法的流程示意图，如图1所示，一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，包括以下步骤，
步骤101：器件晶圆与逻辑晶圆键合后，对晶圆表面氧化物进行刻蚀,至露出四乙氧基硅层;
步骤102：在刻蚀后的晶圆表面上淀积一层隔离氧化物层;
步骤103：在隔离氧化物层上涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光 刻胶上制作出第一次负性光刻胶图形，确定刻蚀沟槽的区域；
步骤104：以第一次负性光刻胶图形为掩蔽层进行沟槽刻蚀，沟槽刻蚀停止在器件晶圆顶层金属的阻挡层和器件晶圆顶层金属下方的氮化硅层；
步骤105：沟槽刻蚀后，在硅片上再涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出第二次负性光刻胶图形，确定刻蚀通孔的区域。
步骤106：通孔刻蚀，以第二次负性光刻胶图形为掩蔽层，通过刻蚀工艺刻蚀通孔，通孔刻蚀停止在逻辑晶圆顶层金属；
下面结合附图，对本发明用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法进行说明。
图2为本发明的背照式影像传感器的器件晶圆与逻辑晶圆键合后结构图，如图2所示，器件晶圆与逻辑晶圆键合连接，其中器件晶圆位于逻辑晶圆上方。键合后的晶圆包括衬底硅层1，所述衬底硅层1上覆盖有多层层间氧化物层2，所述相邻层间氧化物层2之间设置有氮化硅层4，一个逻辑晶圆顶层金属3内嵌在其中一层层间氧化物层2之中并与氮化硅层4相接触，两个器件晶圆顶层金属5内嵌在另一层层间氧化物层2之中并与氮化硅层4相接触，所述器件晶圆顶层金属5上淀积有阻挡层，所述阻挡层为氮化钛层6。所述器件晶圆顶层金属5所在层间氧化物层2之上设有介质层7，所述介质层7上形成有四乙氧基硅层8，所述四乙氧基硅层8上形成有表面氧化物层9。介质层7包括多层氮化硅层和黑钻石(BD)层。
如图3所示，器件晶圆与逻辑晶圆键合后，对晶圆表面氧化物进行刻蚀,直至露出四乙氧基硅层。晶圆表面氧化物刻蚀后开口底部宽度为2.5-3.5微米，也即露出的四乙氧基硅的宽度为2.5-3.5微米。
如图4所示，在刻蚀后的晶圆表面上淀积一层隔离氧化物层10;
如图5所示，在隔离氧化物层10上涂覆一层负性光刻胶，负性光刻胶的厚度为5500-6500埃，通过光刻在负性光刻胶上制作出第一次负性光刻胶 图形，确定刻蚀沟槽的区域。所述负性光刻胶图形的形成方法具体包括：通过曝光将掩模板上的图案转移到负性光刻胶，之后再将负性光刻胶进行显影处理，将未曝光区域的负性光刻胶去除，以形成负性光刻胶图形。
如图6所示，沟槽12刻蚀，以第一次负性光刻胶图形为掩蔽层，通过刻蚀工艺在没有掩蔽层覆盖的区域进行沟槽刻蚀，沟槽刻蚀停止在器件晶圆顶层金属的阻挡层和器件晶圆顶层金属下方的氮化硅层，器件晶圆顶层金属的阻挡层为氮化钛层。其中，沟槽底部的两边分别停止在氮化钛层6上，沟槽底部的中间位置停止在晶圆顶层金属下方的氮化硅层4,这是由不同材料的刻蚀速率不同而控制决定的。所述沟槽宽度为1-3微米，所述沟槽深度为2.5-3微米。沟槽底部的两边露出部分氮化钛以及氮化钛下的器件晶圆顶层金属5。掩蔽层的作用是在刻蚀过程中保护被掩蔽层遮蔽的区域，防止这部分区域被刻蚀掉。
如图7所示，沟槽刻蚀后，在硅片上再涂覆一层负性光刻胶。由于在沟槽刻蚀的时候，负性光刻胶已经几乎损失耗尽，为了在下一步的刻蚀通孔过程中保护器件其他部分不受影响，因而在沟槽刻蚀后，需要在硅片上再涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出第二次负性光刻胶图形，确定刻蚀通孔的区域。负性光刻胶图形制备过程中，将未曝光区域的负性光刻胶去除后，图形底部露出部分氮化钛以及氮化钛下的器件晶圆顶层金属。
如图7所示，通孔13刻蚀，以第二次负性光刻胶图形和露出器件晶圆顶层金属为掩蔽层，通过刻蚀工艺刻蚀通孔，通孔刻蚀停止在逻辑晶圆顶层金属上。通孔刻蚀过程中刻蚀掉了暴露的氮化钛和两器件晶圆顶层金属5之间区域,最终形成的通孔宽度为两器件晶圆顶层金属5之间宽度。在此次制备通孔过程中两器件晶圆顶层金属5起到了自对准的作用,两器件晶圆顶层金属5之间位置为形成通孔区域。所述通孔的刻蚀深度为氮化钛层到逻辑晶 圆顶层金属之间的距离，通孔刻蚀的深度为2.5-3微米。所述器件晶圆顶层金属5与所述逻辑晶圆顶层金属3之间制备有两层氮化硅层4和置于两氮化硅层之间的层间氧化物层2，所述通孔刻蚀过程中氮化钛与所述氧化物的蚀刻速率比为1：20。
下面通过另一实施例对本发明用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法进行说明，具体如下，对晶圆表面氧化物进行刻蚀,在晶圆表面氧化物上刻蚀出底部宽度为3.1微米的开口，在刻蚀后的晶圆表面上淀积一层厚度为5900埃隔离氧化物层10。通过光刻在负性光刻胶上制作出第一次负性光刻胶图形，以第一次负性光刻胶图形为掩蔽层进行沟槽刻蚀，沟槽宽度为2微米，并且深度为2.11微米。沟槽刻蚀后，在硅片上再涂覆一层负性光刻胶，制作出第二次负性光刻胶图形，然后进行通孔刻蚀，氮化钛与氧化物的蚀刻速率比为1：20，刻蚀出的通孔深度为2.51微米。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一：器件晶圆与逻辑晶圆键合后，对晶圆表面氧化物进行刻蚀,至露出四乙氧基硅层;
步骤二：在刻蚀后的晶圆表面上淀积一层隔离氧化物层;
步骤三：在隔离氧化物层上涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出第一次负性光刻胶图形，确定刻蚀沟槽的区域；
步骤四：以第一次负性光刻胶图形为掩蔽层进行沟槽刻蚀，沟槽刻蚀停止在器件晶圆顶层金属的阻挡层和器件晶圆顶层金属下方的氮化硅层；
步骤五：沟槽刻蚀后，在硅片上再涂覆一层负性光刻胶，通过光刻在负性光刻胶上制作出第二次负性光刻胶图形，确定刻蚀通孔的区域；
步骤六：通孔刻蚀，以第二次负性光刻胶图形为掩蔽层刻蚀通孔，通孔刻蚀停止在逻辑晶圆顶层金属。
2.根据权利要求1所述的一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：所述器件晶圆顶层金属的阻挡层材料为氮化钛。
3.根据权利要求1或2所述的一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：所述步骤一中，晶圆表面氧化物刻蚀后开口底部宽度为2.5-3.5微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：所述步骤三中，负性光刻胶涂覆的厚度为5500-6500埃。
5.根据权利要求4所述的一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：所述沟槽刻蚀的宽度为1-3微米。
6.根据权利要求4所述的一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：所述沟槽刻蚀的深度为2-3微米。
7.根据权利要求1或2所述的一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：所述通孔刻蚀的深度为2.5-3微米。
8.根据权利要求1或2所述的一种用负性光刻胶制作背照式影像传感器深沟槽的方法，其特征在于：所述器件晶圆顶层金属与所述逻辑晶圆顶层金属之间制备有两层氮化硅层和置于两氮化硅层之间的氧化物层，所述通孔刻蚀过程中氮化钛与所述氧化物的蚀刻速率比为1：20。
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| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20130802 Address after: 430205 Wuhan Province, East Lake City Development Zone, No., No. four high road, No. 18 Applicant after: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co.,Ltd. Address before: 200124, room 9, No. 905, Lane 301, Haiyang Road, Shanghai, Pudong New Area Applicant before: Lu Wei |
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 430205 No.18, Gaoxin 4th Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee after: Wuhan Xinxin Integrated Circuit Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 430205 No.18, Gaoxin 4th Road, Donghu Development Zone, Wuhan City, Hubei Province Patentee before: Wuhan Xinxin Semiconductor Manufacturing Co.,Ltd. Country or region before: China |