CN103594478A - 光电二极管光通路的制备方法 - Google Patents

光电二极管光通路的制备方法 Download PDF

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杨荣华
钱俊
孙昌
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上海华力微电子有限公司
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一种光电二极管光通路的制备方法,包括:提供半导体衬底,并形成电气隔离的光电二极管区域和外围器件区域;在半导体衬底的第一层间介质层内形成至少第一金属层,并在第一金属层上形成第一NDC介质层;去除位于光电二极管区域上方的第一NDC介质层;在第一NDC介质层和第一层间介质层上形成第二层间电介质层;在第二层间介质层内形成至少第二金属层,并在第二金属层上形成氮化硅钝化层;去除位于光电二极管区域空间上方的氮化硅钝化层,获取光通路。本发明避免了传统工艺的深槽刻蚀和材料填充工艺,降低了工艺难度,提高了工艺可操作性和工艺可靠性,并节省成本;同时使得光电二极管灵敏度与业界主流工艺相当,满足设计要求。

Description

光电二极管光通路的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体器件制造技术领域,尤其涉及一种光电二极管光通路的制备方法。

背景技术

[0002] 图像传感器是一种将一维或者二维光学信息转换为电信号的装置。用于将光学图像转换为电信号的图像传感器一般可以分为两种类型:互补金属氧化物半导体(CMOS)和电荷耦合器件(CXD)。

[0003] CMOS图像传感器应用开关方式并且使用MOS晶体管检测输出,其中开关方式产生与像素的数量相对应的金属氧化物半导体(MOS)晶体管。相比于CXD图像传感器,CMOS图像传感器在多个方面都具有优势。例如,由于信号处理电路可以被集成到单个芯片上,所以CMOS图像传感器在操作上更方便,并且能够应用各种扫描方式,以及实现尺寸压缩的产品。此外,通过使用兼容的CMOS技术可以降低制造成本,便可以显著的减小功耗。因此,对CMOS图像传感器的使用越来越多。

[0004] 请参阅图5,图5所示为现有技术的CMOS图像传感器的结构之截面图。所述现有的CMOS图像传感器2包括半导体基底21、形成在所述半导体基底21上且具有多层金属层221的层间电介质22、形成在所述层间电介质22之异于所述半导体基底21 —侧的钝化层23、形成在所述钝化层23之异于所述层间电介质22 —侧的滤色器(Color Filter) 24、形成在所述滤色器24之异于所述钝化层23 —侧的平坦化层25,以及形成在所述平坦化层25之异于所述滤色器24 —侧的微透镜26。半导体基底21进一步包括电气隔离211和光电管212。

[0005] 明显地,形成在所述层间电介质22内的多金属层221增加了所述微透镜26和所述光电管212的厚度,阻碍了穿过所述微透镜26进行传播的光的聚焦。用来改善光的聚焦的尝试包括减小所述微透镜26的曲率。然而,这些尝试已经证明是无效的,而并没有充分的解决从微透镜26之光电管212的光传播的恶化。此外,由于光聚焦在光电管212的上部分,所以在现有的CMOS图像传感器中存在感光度的恶化。同样,由于入射光的不规则漫射和反射,导致了诸如像素间串扰的缺陷。

[0006] 为了克服所述缺陷,传统的CMOS图像传感器的制造方法包括:在包括光电二极管的半导体衬底上形成包括多个金属线的层间电介质;在所述层间电介质中形成沟槽;在所述沟槽中形成钝化层,并进行附加电介质填充;在所述附加电介质上形成滤色器;在所述滤色器上形成平坦层;以及在所述平坦层上形成微透镜。

[0007] 但是,在现有工艺中,所述沟槽的深度约为2.5 μ m,所述沟槽的刻蚀对工艺要求高,而且所述形貌和终点检测管控难度较大。所述沟槽的深度之均匀性不好直接导致后续工艺可靠性差,增加生产成本和工艺复杂度。

[0008] 故针对现有技术存在的问题,本案设计人凭借从事此行业多年的经验,积极研究改良,于是有了本发明一种光电二极管光通路的制备方法。发明内容

[0009] 本发明是针对现有技术中,所述传统的CMOS图像传感器之光电二极管的沟槽深度约为2.5 μ m,所述沟槽的刻蚀对工艺要求高,而且所述形貌和终点检测管控难度较大,且所述沟槽的深度之均匀性不好直接导致后续工艺可靠性差,增加生产成本和工艺复杂度等缺陷提供一种光电二极管光通路的制备方法。

[0010] 为实现本发明之目的,本发明提供一种光电二极管光通路的制备方法,所述光电二极管光通路的制备方法包括:

[0011 ] 执行步骤S1:提供半导体衬底,并在所述半导体衬底上形成通过所述器件隔离层进行电气隔离的光电二极管区域和外围器件区域;

[0012] 执行步骤S2:在所述半导体衬底之光电二极管区域和所述外围器件区域的第一层间介质层内形成至少所述第一金属层,并在所述第一金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第一 NDC介质层;

[0013] 执行步骤S3:去除设置在所述第一金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的第一 NDC介质层;

[0014] 执行步骤S4:在所述第一 NDC介质层和所述第一层间介质层之异于所述半导体衬底的一侧形成所述第二层间电介质层;

[0015] 执行步骤S5:在所述第二层间介质层内形成至少所述第二金属层,并在所述第二金属层上形成所述氮化硅钝化层;

[0016] 执行步骤S6:去除设置在所述第二金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的氮化硅钝化层,获取所述光电二极管光通路。

[0017] 可选地,所述光电二极管区域形成所述光电二极管,在所述外围器件区域形成所述MOS晶体管。

[0018] 可选地,所述半导体衬底上分别形成第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层。

[0019] 可选地,所述光电二极管光通路的制备方法进一步包括:

[0020] 在所述半导体衬底之光电二极管区域和所述外围器件区域的第一层间介质层内形成所述第一金属层,并在所述第一金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第一 NDC介质层;

[0021] 在所述第一 NDC介质层和所述第一层间介质层之异于所述半导体衬底的一侧形成所述第二层间电介质层;

[0022] 在所述第二层间介质层内形成所述第二金属层,并在所述第二金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第二 NDC介质层;

[0023] 在所述第二 NDC介质层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第三层间介质层;

[0024] 在所述第三层间介质层内形成所述第三金属层,并在所述第三金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第三NDC介质层;

[0025] 去除设置在所述第三金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的第三NDC介质层;

[0026] 在所述第三NDC介质层和所述第三层间介质层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第四层间介质层;

[0027] 在所述第四层间介质层内形成所述第四金属层,并在所述第四金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述氮化硅钝化层;

[0028] 去除设置在所述第四金属层上,且位于所述光电二极管区域空间上方的氮化硅钝化层,获得所述光电二极管光通路。

[0029] 综上所述,本发明通过在所述半导体衬底上分别形成所述第一层间电介质层和所述第二层间电介质层,避免了传统工艺的深槽刻蚀和材料填充工艺,降低了工艺难度,提高了工艺可操作性和工艺可靠性,并节省成本;同时,通过去除设置在所述第一金属层上,且位于所述光电二极管区域的空间上方之第一 NDC介质层,以及去除设置在所述第二金属层上,且位于所述光电二极管区域的空间上方之氮化硅钝化层,使得所述光电二极管灵敏度与业界主流工艺相当,满足设计要求。

附图说明

[0030] 图1所示为本发明光电二极管光通路的制备方法之流程图;

[0031] 图2所示为通过本发明光电二极管光通路的制备方法所获得的光电二极管之灵敏度测试图;

[0032] 图3所示为本发明光电二极管光通路的制备方法之阶段性结构示意图;

[0033] 图4所示为本发明光电二极管光通路的结构示意图;

[0034] 图5所示为现有技术的CMOS图像传感器的结构之截面图。

具体实施方式

[0035] 为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效,下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

[0036] 请参阅图1,图1所示为本发明光电二极管光通路的制备方法之流程图。所述光电二极管光通路的制备方法包括:

[0037] 执行步骤S1:提供半导体衬底,并在所述半导体衬底上形成通过所述器件隔离层进行电气隔离的光电二极管区域和外围器件区域,在所述光电二极管区域形成所述光电二极管,在所述外围器件区域形成所述MOS晶体管;

[0038] 执行步骤S2:在所述半导体衬底之光电二极管区域和所述外围器件区域的第一层间介质层内形成至少所述第一金属层,并在所述第一金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第一 NDC (Nitrogen doped Carbon)介质层;

[0039] 执行步骤S3:去除设置在所述第一金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的第一 NDC介质层;

[0040] 执行步骤S4:在所述第一 NDC介质层和所述第一层间介质层之异于所述半导体衬底的一侧形成所述第二层间电介质层;

[0041] 执行步骤S5:在所述第二层间介质层内形成至少所述第二金属层,并在所述第二金属层上形成所述氮化硅钝化层;

[0042] 执行步骤S6:去除设置在所述第二金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的氮化硅钝化层,获取所述光电二极管光通路。[0043] 请参阅图2,并结合参阅图1,图2所示为通过本发明光电二极管光通路的制备方法所获得的光电二极管之灵敏度测试图。明显地,本发明通过在所述半导体衬底上分别形成所述第一层间电介质层和所述第二层间电介质层,避免了传统工艺的深槽刻蚀和材料填充工艺,降低了工艺难度,提高了工艺可操作性和工艺可靠性,并节省成本;同时,通过去除设置在所述第一金属层上,且位于所述光电二极管区域的空间上方之第一 NDC介质层,以及去除设置在所述第二金属层上,且位于所述光电二极管区域的空间上方之氮化硅钝化层,使得所述光电二极管灵敏度与业界主流工艺相当,满足设计要求。

[0044] 为了更直观的阐述本发明之光电二极管光通路的制备方法,并凸显本发明之有益效果,作为具体的实施方式,不凡以在所述半导体衬底上分别形成第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层为例进行阐述。其中,所述金属层的数量仅为列举,不应视为对本发明技术方案的限制。

[0045] 请参阅图3、图4,并结合参阅图1,图3所示为本发明光电二极管光通路的制备方法之阶段性结构示意图。图4所示为本发明光电二极管光通路的结构示意图。所述光电二极管光通路的制备方法,包括:

[0046] 执行步骤SI,:提供半导体衬底10,并在所述半导体衬底10上形成通过所述器件隔离层11进行电气隔离的光电二极管区域12和外围器件区域13,在所述光电二极管区域12形成所述光电二极管121,在所述外围器件区域13形成所述MOS晶体管131 ;

[0047] 执行步骤S2’:在所述半导体衬底10之光电二极管区域12和所述外围器件区域13的第一层间介质层14内形成所述第一金属层141,并在所述第一金属层141之异于所述半导体衬底10 —侧形成所述第一 NDC (Nitrogen doped Carbon)介质层15 ;

[0048] 执行步骤S3’:在所述第一 NDC介质层15和所述第一层间介质层14之异于所述半导体衬底10的一侧形成所述第二层间电介质层16 ;

[0049] 执行步骤S4’:在所述第二层间介质层16内形成所述第二金属层161,并在所述第二金属层161之异于所述半导体衬底10 —侧形成所述第二 NDC介质层17 ;

[0050] 执行步骤S5’:在所述第二 NDC介质层17之异于所述半导体衬底10 —侧形成所述第三层间介质层18 ;

[0051] 执行步骤S6’:在所述第三层间介质层18内形成所述第三金属层181,并在所述第三金属层181之异于所述半导体衬底10 —侧形成所述第三NDC介质层19 ;

[0052] 执行步骤S7’:去除设置在所述第三金属层181之上,且位于所述光电二极管区域12空间上方的第三NDC介质层19 ;

[0053] 执行步骤S8’:在所述第三NDC介质层19和所述第三层间介质层18之异于所述半导体衬底10 —侧形成所述第四层间介质层20 ;

[0054] 执行步骤S9 在所述第四层间介质层20内形成所述第四金属层201,并在所述第四金属层201之异于所述半导体衬底10 —侧形成所述氮化硅钝化层21 ;

[0055] 执行步骤S10’:去除设置在所述第四金属层201上,且位于所述光电二极管区域12空间上方的氮化硅钝化层21,获得所述光电二极管光通路。

[0056] 作为本领域技术人员,容易理解地,在本发明中所定义的形成在所述第一金属层141上的第一 NDC介质层15、形成在所述第二金属层161上的第二 NDC介质层16、形成在所述第三金属层181上的第三NDC介质层19,以及形成在所述第四金属层201上的氮化硅钝化层21仅为在进行具体阐述时便于识别之用,并非强调形成在所述第一金属层141上的第一 NDC介质层15、形成在所述第二金属层161上的第二 NDC介质层16、形成在所述第三金属层181上的第三NDC介质层19,以及形成在所述第四金属层201上的氮化硅钝化层21为依序生长沉积的多层。故,本发明光电二极管光通路的制备方法中对形成在所述第一金属层141上的第一 NDC介质层15、形成在所述第二金属层161上的第二 NDC介质层16、形成在所述第三金属层181上的第三NDC介质层19,以及形成在所述第四金属层201上的氮化硅钝化层21的去除包括但不限于对所述第一 NDC介质层15、第二 NDC介质层17、第三NDC介质层19,以及氮化硅钝化层21的其中之一进行去除,或者对其组合层进行去除。

[0057] 综上所述,本发明通过在所述半导体衬底上分别形成所述第一层间电介质层和所述第二层间电介质层,避免了传统工艺的深槽刻蚀和材料填充工艺,降低了工艺难度,提高了工艺可操作性和工艺可靠性,并节省成本;同时,通过去除设置在所述第一金属层上,且位于所述光电二极管区域的空间上方之第一 NDC介质层,以及去除设置在所述第二金属层上,且位于所述光电二极管区域的空间上方之氮化硅钝化层,使得所述光电二极管灵敏度与业界主流工艺相当,满足设计要求。

[0058] 本领域技术人员均应了解,在不脱离本发明的精神或范围的情况下,可对本发明进行各种修改和变型。因而,如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时,认为本发明涵盖这些修改和变型。

Claims (4)

1.一种光电二极管光通路的制备方法,其特征在于,所述光电二极管光通路的制备方法包括: 执行步骤S1:提供半导体衬底,并在所述半导体衬底上形成通过所述器件隔离层进行电气隔离的光电二极管区域和外围器件区域; 执行步骤S2:在所述半导体衬底之光电二极管区域和所述外围器件区域的第一层间介质层内形成至少所述第一金属层,并在所述第一金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第一 NDC介质层; 执行步骤S3:去除设置在所述第一金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的第一 NDC介质层; 执行步骤S4:在所述第一 NDC介质层和所述第一层间介质层之异于所述半导体衬底的一侧形成所述第二层间电介质层; 执行步骤S5:在所述第二层间介质层内形成至少所述第二金属层,并在所述第二金属层上形成所述氮化硅钝化层; 执行步骤S6:去除设置在所述第二金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的氮化硅钝化层,获取所述光电二极管光通路。
2.如权利要求1所述的光电二极管光通路的制备方法,其特征在于,所述光电二极管区域形成所述光电二极管,在所述外围器件区域形成所述MOS晶体管。
3.如权利要求1所述的光电二极管光通路的制备方法,其特征在于,所述半导体衬底上分别形成第一金属层、第二金属层、第三金属层和第四金属层。
4.如权利要求3所述的光电二极管光通路的制备方法,其特征在于,所述光电二极管光通路的制备方法进一步包括: 在所述半导体衬底之光电二极管区域和所述外围器件区域的第一层间介质层内形成所述第一金属层,并在所述第一金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第一 NDC介质层; 在所述第一 NDC介质层和所述第一层间介质层之异于所述半导体衬底的一侧形成所述第二层间电介质层; 在所述第二层间介质层内形成所述第二金属层,并在所述第二金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第二 NDC介质层; 在所述第二 NDC介质层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第三层间介质层; 在所述第三层间介质层内形成所述第三金属层,并在所述第三金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第三NDC介质层; 去除设置在所述第三金属层之上,且位于所述光电二极管区域空间上方的第三NDC介质层; 在所述第三NDC介质层和所述第三层间介质层之异于所述半导体衬底一侧形成所述第四层间介质层; 在所述第四层间介质层内形成所述第四金属层,并在所述第四金属层之异于所述半导体衬底一侧形成所述氮化硅钝化层; 去除设置在所述第四金属层上,且位于所述光电二极管区域空间上方的氮化硅钝化层,获得所述光电二极管光通路。
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