CN107403787A - 金属隔离栅的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种形成金属隔离栅的方法，包括在基底上依次形成金属层和阻挡层，先刻蚀所述阻挡层和部分所述金属层，能够快速的形成一开口，再刻蚀所述开口内剩余金属层，会一边对所述开口内的金属层进行刻蚀，形成沟槽，一边在所述沟槽的侧壁上形成聚合物，所述聚合物覆盖所述沟槽的侧壁，以保护所述沟槽的侧壁不被进一步刻蚀，刻蚀完成后，所述沟槽的侧壁具有垂直的轮廓，便于填充，避免了后续对所述沟槽进行填充时产生填充空洞，提高的器件的性能和良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种金属隔离栅的形成方法。
背景技术
金属隔离栅，其具有多个金属栅格，每个金属栅格环绕每个像素，并阻止入射光穿过该入射像素而照射到相邻像素上，从而在像素间产生高效的光隔离，避免相邻像素之间的电性互扰杂讯。由于金属隔离栅结构本身对光的吸收很小，通过反射自然光的一个偏振而让另外一个偏振通过，可以使被反射的光通过偏振旋转再次被回收利用，因此在液晶显示中具有很大的潜力，并且可以制作出像素尺寸、分辨率高的图像传感器和光学镜头等。
现有技术中形成的金属隔离栅隔离性能不高，光通过金属隔离栅的折射和反射不好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种金属隔离栅的形成方法，以解决现有技术中金属隔离栅隔离性能不高，光通过金属隔离栅的折射和反射不好等问题。
为了达到上述目的，本发明提供了一种金属隔离栅的形成方法，包括：
提供基底，在所述基底上依次形成有金属层和阻挡层；
刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，形成一开口；
刻蚀所述开口内剩余的所述金属层，形成一沟槽和聚合物，所述聚合物附着在所述沟槽的侧壁上；
可选的，刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层采用的刻蚀气体包括六氟化硫、氧气和氮气；
可选的，刻蚀所述开口内剩余金属层采用的刻蚀气体包括四氟化碳；
可选的，刻蚀所述开口内剩余金属层采用的刻蚀气体还包括氯气、二氟甲烷和氮气；
可选的，刻蚀所述阻挡层和部分所述金属层较刻蚀所述开口内剩余金属层的速率快；
可选的，所述金属层的材料包括钨和/或铝；
可选的，所述基底和所述金属层之间还形成有一氧化层，所述氧化层的材料包括氧化硅、氮氧化硅和碳氧化硅中的一种或多种；
可选的，所述沟槽的深度为2000埃-3000埃，所述沟槽的截面宽度为50nm-80nm；
可选的，刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，形成一开口包括：
在所述阻挡层上涂覆光刻胶并曝光，以形成图形化的掩模层；
采用干法刻蚀刻蚀所述阻挡层；
采用各向同性刻蚀刻蚀部分厚度的所述金属层，形成一开口。
可选的，刻蚀所述开口内剩余的所述金属层，形成一沟槽和聚合物，所述聚合物附着在所述沟槽的侧壁上之后，所述金属隔离栅的形成方法还包括：
采用湿法刻蚀去除所述聚合物。
发明人发现，现有技术中形成的沟槽的侧壁是倾斜的，不利于后续对沟槽填充材料，可能会产生填充空洞，影响器件的性能。
在本发明提供的金属隔离栅的形成方法中，包括在基底上依次形成金属层和阻挡层，先刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，能够快速的形成一开口，再刻蚀所述开口内剩余厚度的金属层，分两步对所述金属层进行刻蚀，可以刻蚀的金属层更厚，形成的沟槽更深，使光束之间的串扰变弱，并且一边对所述开口内的金属层进行刻蚀，形成沟槽，一边在所述沟槽的侧壁上形成聚合物，所述聚合物覆盖所述沟槽的侧壁，以保护所述沟槽的侧壁不被进一步刻蚀，刻蚀完成后，所述沟槽的侧壁具有垂直的轮廓，便于填充，避免了后续对所述沟槽进行填充时产生填充空洞，提高的器件的性能和良率。
附图说明
图1为实施例提供的金属隔离栅的形成方法的流程图；
图2-图6为使用所述金属隔离栅的形成方法形成的半导体结构的剖面示意图；
其中，1-基底，2-氧化层，3-金属层，4-阻挡层，5-掩模层，6-开口，7-沟槽8-聚合物。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
参阅图1，其为实施例提供的金属隔离栅的形成方法的流程图，如图1所示，金属隔离栅的形成方法包括：
S1：提供基底，所述基底上依次形成有金属层和阻挡层；
S2：刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，形成一沟槽；
S3：刻蚀所述沟槽内剩余的所述金属层，形成聚合物，所述聚合物附着在所述沟槽的侧壁上。
现有技术中，通常采用干法刻蚀的方法一步刻蚀所述金属层，由于金属层较厚，一步刻蚀通常会使形成的沟槽的侧壁是倾斜的，不利于后续的填充。本实施例中，先刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，能够快速的形成一开口，再刻蚀所述开口内剩余厚度的金属层，分两步对所述金属层进行刻蚀，可以刻蚀的金属层更厚，形成的沟槽更深，使光束之间的串扰变弱，并且会一边对所述开口内的金属层进行刻蚀，形成沟槽，一边在所述沟槽的侧壁上形成聚合物，所述聚合物覆盖所述沟槽的侧壁，以保护所述沟槽的侧壁不被进一步刻蚀，刻蚀完成后，所述沟槽的侧壁具有垂直的轮廓，便于填充，避免了后续对所述沟槽进行填充时产生填充空洞，提高的器件的性能和良率。
具体的，请参考图2至图6，其为使用所述金属隔离栅的形成方法形成的半导体结构的剖面示意图。接下来，将结合图2至图6对所述金属隔离栅的形成方法作进一步描述。
首先，请参考图2，提供一基底1，所述基底为一具有光滑表面的绝缘基底或半导体基底。具体地，所述基底1的材料可以为硅，也可以是锗、锗化硅、氮化镓、砷化镓、绝缘体上的硅等，不限于此。进一步地，所述基底1的材料也可以为掺杂的半导体材料，如P型氮化镓、N型氮化镓等，所述基底1的大小、厚度和形状不限，可以根据实际需要进行选择，本实施例中，所述基底1的材料为硅。
在所述基底1上依次形成氧化层2、金属层3和阻挡层4，所述氧化层2覆盖所述基底1，所述金属层3覆盖所述氧化层2，所述阻挡层4覆盖所述金属层3。所述氧化层2的厚度为90埃-150埃，例如是100埃、110埃、120埃、130埃和140埃等，本实施例中，所述氧化层2的厚度为120埃；所述金属层3的厚度为2000埃-3000埃之间，例如是2000埃、2200埃、2400埃、2600埃、2800埃和3000埃等，本实施例中，所述金属层3的厚度为2000埃；所述阻挡层4为一层坚固的掩模，在后续刻蚀中会被消耗掉，所述阻挡层4的厚度为500埃-3000埃，例如是1000埃、1500埃、2000埃、2500埃和3000埃等，本实施例中，所述阻挡层4的厚度为2000埃。
所述氧化层2的作用是隔离基底1和金属层3，所述氧化层2的材料包括氧化硅、氮氧化硅和碳氧化硅中的一种或多种，本实施例中，所述氧化层2的材料为氧化硅；所述金属层3的材料可以为铝和/或钨，综合对比铝和钨的隔离性能，发现钨的隔离性能优于铝，使用钨材料制成的金属隔离栅成像的像素之间无干扰，更清晰，像素更高，本实施例中，所述金属层3的材料为钨；所述阻挡层4为一层坚固的掩模材料，其材料包括氮化硅和/或不定型碳，本实施例中，所述阻挡层4为氮化硅-不定型碳的复合层结构，采用化学气相沉积、物理气相沉积或原子层沉积形成所述氧化层2、金属层3和阻挡层4，当然也可以采用现有技术的其他方法，本发明不作限制。
请接着参阅图3，在所述阻挡层4上涂覆一层光刻胶并进行曝光，以定义出图案化的掩模层5，以所述掩模层5为掩模，采用干法刻蚀打开所述阻挡层4，继续参阅图4，采用各向同性的刻蚀方法刻蚀所述被打开区域下方的部分厚度的金属层3。优选的，在这一刻蚀步骤中，刻蚀去除的金属层3的厚度为金属层3的总厚度的20％～80％。这一刻蚀步骤中采用的刻蚀气体主要为包含六氟化硫，例如是氧气、氮气和四氟化硫的混合气体，快速刻蚀一部分厚度的金属层3，以形成一开口6，由于刻蚀工艺的问题，形成的开口6的侧壁为倾斜的斜面。
请继续参阅图5，采用干法刻蚀的方法刻蚀所述开口6内的剩余金属层3，形成一沟槽7，这一刻蚀步骤中采用的刻蚀气体包括四氟化碳，例如是氯气、二氟甲烷、四氟化碳和氮气的混合气体，其刻蚀速率较以上刻蚀部分所述金属层3的步骤慢一倍，刻蚀剩余金属层3形成一沟槽7的同时，也会产生聚合物，所述聚合物为含碳、氟及金属层材料等元素的混杂聚合物，所述聚合物在附着在所述沟槽7的侧壁上，以在所述沟槽7的侧壁上形成聚合物8，当然，理想状态中，所述聚合物8呈上窄下宽的结构，但实际生产中，所述聚合物8可以是不规则或表面不平整的结构。
刻蚀所述开口6内的剩余金属层时，会将开口6的侧壁倾斜的部分刻蚀平整，并且所述聚合物8覆盖所述沟槽7的侧壁，充当保护层以保护所述沟槽7的侧壁不被进一步刻蚀，刻蚀完成后，所述沟槽7的侧壁具有垂直的轮廓，便于填充，避免了后续对所述沟7进行填充时产生填充空洞，提高的器件的性能和良率，需要说明的是，为了彻底去除沟槽7内的金属层3，通常会对金属层3进行过刻蚀，过刻蚀后，所述氧化层2会被刻蚀一部分。
所述沟槽7的深度与所述金属层3的厚度一致，为2000埃-3000埃之间，例如是2000埃、2200埃、2400埃、2600埃、2800埃和3000埃等，本实施例中，所述沟槽7的厚度为2000埃，与现有技术相比，本实施例分两步刻蚀所述金属层3，可以更好的刻蚀金属层3并且产生垂直的轮廓，所述沟槽7的深度更深，其优点是光透射阻隔的距离更大，使光束之间的串扰变弱。所述沟槽7的截面宽度为50nm-80nm之间，例如是55nm、60nm、65nm、70nm、75nm和80nm等；本实施例中，所述沟槽7的截面宽度为60nm，由于沟槽7的侧壁是垂直的，避免了后续填充空洞的产生，与现有技术相比，所述沟槽7的截面宽度可以设置的更窄，在固定面积的基底上形成的沟槽7更多，使像素变大，感光区域更大。
最后请参阅图6，采用湿法刻蚀的方法去除所述沟槽7侧壁的聚合物8，所述聚合物8去除后，所述沟槽7的侧壁呈近似垂直的轮廓，便于后续的填充，再对所述半导体结构进行多次清洗并烘干，以去除刻蚀产生的杂质或颗粒。
综上，在本发明实施例提供的金属隔离栅的形成方法中，包括在基底上依次形成金属层和阻挡层，先刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，能够快速的形成一开口，再刻蚀所述开口内剩余厚度的金属层，分两步对所述金属层进行刻蚀，可以刻蚀的金属层更厚，形成的沟槽更深，使光束之间的串扰变弱，并且一边对所述开口内的金属层进行刻蚀，形成沟槽，一边在所述沟槽的侧壁上形成聚合物，所述聚合物覆盖所述沟槽的侧壁，以保护所述沟槽的侧壁不被进一步刻蚀，刻蚀完成后，所述沟槽的侧壁具有垂直的轮廓，便于填充，避免了后续对所述沟槽进行填充时产生填充空洞，提高的器件的性能和良率。
上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种金属隔离栅的形成方法，其特征在于，所述金属隔离栅的形成方法包括：
提供基底，在所述基底上依次形成有金属层和阻挡层；
刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，形成一开口；
刻蚀所述开口内剩余的所述金属层，形成一沟槽和聚合物，所述聚合物附着在所述沟槽的侧壁上。
2.如权利要求1所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层采用的刻蚀气体包括六氟化硫、氧气和氮气。
3.如权利要求2所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，刻蚀所述开口内剩余金属层采用的刻蚀气体包括四氟化碳。
4.如权利要求3所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，刻蚀所述开口内剩余金属层采用的刻蚀气体还包括氯气、二氟甲烷和氮气。
5.如权利要求1所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层较刻蚀所述开口内剩余金属层的速率快。
6.如权利要求1所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，所述金属层的材料包括钨和/或铝。
7.如权利要求1所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，所述基底和所述金属层之间还形成有一氧化层，所述氧化层的材料包括氧化硅、氮氧化硅和碳氧化硅中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，所述沟槽的深度为2000埃-3000埃，所述沟槽的截面宽度为50nm-80nm。
9.如权利要求1所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，刻蚀所述阻挡层和部分厚度的所述金属层，形成一开口包括：
在所述阻挡层上涂覆光刻胶并曝光，以形成图形化的掩模层；
采用干法刻蚀刻蚀所述阻挡层；
采用各向同性刻蚀刻蚀部分厚度的所述金属层，形成一开口。
10.如权利要求1-9中任一项所述的金属隔离栅的形成方法，其特征在于，刻蚀所述开口内剩余所述金属层，形成一沟槽和聚合物，所述聚合物附着在所述沟槽的侧壁上之后，所述金属隔离栅的形成方法还包括：
采用湿法刻蚀去除所述聚合物。
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