CN110473888A - Bsi结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法及氧化铝薄膜 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法及氧化铝薄膜，涉及半导体集成电路制造技术，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，增加了氧化铝薄膜中氧原子的含量，也即增加了BSI结构图像传感器中高介电常数层体内的固定的负电荷的量，则在后续经过UV照射工艺时即使负电荷被激发逃逸一部分，也能增加剩下的负电荷的的量，进而增强剩下的负电荷感应半导体衬底表面正电荷的量，从而改善BSI结构图像传感器的DC的性能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术，尤其涉及一种BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法及氧化铝薄膜。
背景技术
随着社会进步和技术的发展，图像传感器的需求量越来越大，且对图像传感器性能的要求越来越高，如希望其图案越来越清晰以为后续各种功能的实现带来可能性。
CMOS图像传感器为常用的图像传感器。目前的CMOS图像传感器的感光器根据进光方向与基板、金属连接层的位置关系主要分为前照式结构(FSI，Front sideillumination)和后照式结构(BSI，Backside illumination)。
随着像素单元的减小，BSI结构图像传感器的应用越来越广泛。BSI结构图像传感器的制造过程包括深沟槽隔离工艺(DTI，Deep Trench Isolation)，深沟槽隔离工艺包括在沟槽中沉积高介电常数层(HK层)。具体的，可参阅图1，图1为BSI结构图像传感器的示意图，如图1所示，BSI结构图像传感器包括半导体衬底100，如硅(Si)衬底；位于半导体衬底上的高介电常数层120，高介电常数层120包括氧化铝层(ALO)和氧化钽层(TaO)，在高介电常数层120与半导体衬底100之间还可包括一层氧化层，如DPO。BSI结构图像传感器后续通常会经过UV(紫外线)照射工艺。UV照射过程会让高介电常数层体内的固定的负电荷，在过强的UV能量下被激发逃逸，降低半导体衬底100表面的正感应电荷，从而影响BSI结构图像传感器的DC的性能。
高介电常数层中的负电荷只主存在于氧化铝薄膜中，由氧化铝的氧的成分提供。也即高介电常数层中的负电荷的量随氧化铝中氧元增多而增多，并随之减少而减少。
目前，业界一直致力于使氧化铝层(ALO)中的铝原子和氧原子比例尽量达到2:3(Al2O3)以形成理想形式的完美的氧化铝薄膜，并使其完美的附着在沟槽的表面。然而，如图1所示，在后续UV照射下，高介电常数层体内的固定的负电荷被激发逃逸一部分，导致剩下的负电荷能够感应半导体衬底100表面的正电荷的量变少，从而影响BSI结构图像传感器的DC的性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，以改善BSI结构图像传感器的DC的性能。
本发明提供的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，包括：S1：提供一半导体衬底；以及S2：在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3。
更进一步的，氧化铝薄膜为位于半导体衬底上的高介电常数层中的氧化铝薄膜层。
更进一步的，高介电常数层中还包括氧化钽薄膜层。
更进一步的，高介电常数层位于半导体衬底上经深沟槽隔离工艺形成的深沟槽内。
更进一步的，氧化铝薄膜经原子层沉积方式形成。
更进一步的，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，为基于形成化学式为Al2O3的氧化铝薄膜所需的铝原子和氧原子的量，减少铝源并增加氧源来实现氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3。
更进一步的，所述半导体衬底为硅衬底。
本发明还提供一种BSI结构图像传感器中的氧化铝薄膜，该氧化铝薄膜位于半导体衬底上，其中该氧化铝薄膜中铝原子和氧原子的比例小于2:3。
更进一步的，氧化铝薄膜为位于半导体衬底上的高介电常数层中的氧化铝薄膜层。
本发明还提供一种BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，包括：S1：提供一半导体衬底；S2：判断后续UV照射工艺时使用的UV光波波长，若UV光波波长为约200nm，则进入步骤S3，若UV光波波长为约200nm之外的其它波长，则进入步骤S4；其中，步骤S3为在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3；步骤S4为在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中设置铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例为2:3。
更进一步的，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，为基于形成化学式为Al2O3的氧化铝薄膜所需的铝原子和氧原子的量，减少铝源并增加氧源来实现氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3。
更进一步的，约200nm有一定的偏差。
更进一步的，所述偏差在20％以内。
更进一步的，所述偏差在10％以内。
更进一步的，所述偏差在5％以内。
本发明提供的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法及氧化铝薄膜，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，增加了氧化铝薄膜中氧原子的含量，也即增加了BSI结构图像传感器中高介电常数层体内的固定的负电荷的量，则在后续经过UV(紫外线)照射工艺时即使负电荷被激发逃逸一部分，也能增加剩下的负电荷的的量，进而增强剩下的负电荷感应半导体衬底表面正电荷的量，从而改善BSI结构图像传感器的DC的性能。
附图说明
图1为BSI结构图像传感器的示意图。
图2为本发明一实施例的BSI结构图像传感器的示意图。
图3为氧化铝薄膜受UV照射引起负电荷逃逸与UV强度的波形示意图。
图中主要元件附图标记说明如下：
100、半导体衬底；120、高介电常数层。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在不做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
为了满足BSI结构图像传感器对半导体衬底表面的正电荷的量需求。本发明一实施例中，在于提供一种BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法。具体的，该BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，包括：S1：提供一半导体衬底，如硅衬底；S2：在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3。
如上所述，本发明通过在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，增加了氧化铝薄膜中氧原子的含量，也即增加了BSI结构图像传感器中高介电常数层体内的固定的负电荷的量，则在后续经过UV(紫外线)照射工艺时即使负电荷被激发逃逸一部分，也能增加剩下的负电荷的的量，进而增加剩下的负电荷感应半导体衬底表面正电荷的量，从而改善BSI结构图像传感器的DC的性能。
更具体的，请参阅图2，图2为本发明一实施例的BSI结构图像传感器的示意图，如图2所示，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，因此增加了氧化铝薄膜中氧原子的含量，也即增加了BSI结构图像传感器中高介电常数层120体内的固定的负电荷的量，在后续经过UV(紫外线)照射工艺时负电荷被激发逃逸一部分，相对于图1所示的现有技术的BSI结构图像传感器而言，也能增加剩下的负电荷的的量，进而增加剩下的负电荷感应半导体衬底100表面正电荷的量，从而改善BSI结构图像传感器的DC的性能。
更具体的，在本发明一实施例中，氧化铝薄膜为位于半导体衬底100上的高介电常数层120中的氧化铝薄膜层。
更具体的，在本发明一实施例中，高介电常数层120中还包括氧化钽薄膜层(Ta2O5)。
更具体的，在本发明一实施例中，高介电常数层120位于半导体衬底100上经深沟槽隔离工艺形成的深沟槽内。
更具体的，在本发明一实施例中，氧化铝薄膜经原子层沉积方式形成。
更具体的，在本发明一实施例中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，更进一步的为，基于形成化学式为Al2O3的氧化铝薄膜所需的铝原子和氧原子的量，减少铝源并增加氧源来实现氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，如此形成一个特定的原子比的氧化铝薄膜。在实现氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3的过程中，减小铝源非常重要，其可使形成的氧化铝薄膜更加完美，易于附着在沟槽内。
更具体的，本发明一实施例中，还提供一种BSI结构图像传感器中的氧化铝薄膜，氧化铝薄膜位于半导体衬底上，其中该氧化铝薄膜中铝原子和氧原子的比例小于2:3。
另，经研究发现，请参阅图3，图3为氧化铝薄膜受UV照射引起负电荷逃逸与UV强度的波形示意图，并请参阅表1，表1为BSI结构图像传感器中各层材料受UV照射引起负电荷逃逸与UV波波长的关系。如图3和表1所示，氧化铝薄膜中的负电荷仅在UV光波波长约在200nm照射时而被激发逃逸，降低半导体衬底表面的正感应电荷。
| 成分 | Band gap(eV) | 激发λ |
| Al2O3 | 5.8-6.0 | ～200nm |
| Ta2O5 | 4.07-4.51 | ～280nm |
| Si | 1.1-1.3 | ～1033nm |
因此更进一步的，在本发明另一实施例中，还提供另一种BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，在该BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，包括：S1：提供一半导体衬底，如硅衬底；S2：判断后续UV照射工艺时使用的UV光波波长，若UV光波波长为约200nm，则进入步骤S3，若UV光波波长为约200nm之外的其它波长，则进入步骤S4；S3：在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3；S4：在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中设置铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例为2:3。
如此，在BSI结构图像传感器的制造过程中，通过判断后续UV照射工艺时使用的UV光波波长，根据波长调整形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例，当UV光波波长为约200nm时，调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，当UV光波波长为约200nm之外的其它波长时，设置铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例为2:3，可使得无论UV光波波长为多少，均能在UV照射工艺引起负电荷被激发逃逸一部分后，剩下的负电荷的量感应的半导体衬底表面正电荷的量满足BSI结构图像传感器的DC的性能要求。
更具体的，在本发明一实施例中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，更进一步的为，基于形成化学式为Al2O3的氧化铝薄膜所需的铝原子和氧原子的量，减少铝源并增加氧源来实现氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，如此形成一个特定的原子比的氧化铝薄膜。
在本发明一实施例中，上述的约200nm可有一定的偏差。在本发明一是实施了中，所述偏差在20％以内。较优的，所述偏差在10％以内。更优的，所述偏差在5％以内。
综上所述，本发明通过在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，增加了氧化铝薄膜中氧原子的含量，也即增加了BSI结构图像传感器中高介电常数层体内的固定的负电荷的量，则在后续经过UV(紫外线)照射工艺时即使负电荷被激发逃逸一部分，也能增加剩下的负电荷的的量，进而增强剩下的负电荷感应半导体衬底表面正电荷的量，从而改善BSI结构图像传感器的DC的性能。性对于现有技术中，本领域技术人员一直致力于研究如何基于氧化铝的化学式为Al2O3获得理想形式的完美的氧化铝薄膜，也即使得氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例为标准的2:3，或从其它角度研究如何提高BSI结构图像传感器的DC的性能，而本发明另辟蹊径，通过在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，增加了氧化铝薄膜中氧原子的含量，则在后续经过UV(紫外线)照射工艺时即使负电荷被激发逃逸一部分，也能增加剩下的负电荷的的量，进而增强剩下的负电荷感应半导体衬底表面正电荷的量，从而改善BSI结构图像传感器的DC的性能。也即本发明可在不增加工艺和成本的情况下，即可达到业界技术人员一直致力于研究的改善BSI结构图像传感器的DC的性能的优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (15)
1.一种BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，包括：
S1：提供一半导体衬底；以及
S2：在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3。
2.根据权利要求1所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，氧化铝薄膜为位于半导体衬底上的高介电常数层中的氧化铝薄膜层。
3.根据权利要求2所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，高介电常数层中还包括氧化钽薄膜层。
4.根据权利要求2所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，高介电常数层位于半导体衬底上经深沟槽隔离工艺形成的深沟槽内。
5.根据权利要求1所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，氧化铝薄膜经原子层沉积方式形成。
6.根据权利要求1所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，为基于形成化学式为Al2O3的氧化铝薄膜所需的铝原子和氧原子的量，减少铝源并增加氧源来实现氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3。
7.根据权利要求1所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，所述半导体衬底为硅衬底。
8.一种BSI结构图像传感器中的氧化铝薄膜，其特征在于，氧化铝薄膜位于半导体衬底上，其中该氧化铝薄膜中铝原子和氧原子的比例小于2:3。
9.根据权利要求8所述的BSI结构图像传感器中的氧化铝薄膜，其特征在于，氧化铝薄膜为位于半导体衬底上的高介电常数层中的氧化铝薄膜层。
10.一种BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，包括：
S1：提供一半导体衬底；
S2：判断后续UV照射工艺时使用的UV光波波长，若UV光波波长为约200nm，则进入步骤S3，若UV光波波长为约200nm之外的其它波长，则进入步骤S4；
其中，步骤S3为在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3；步骤S4为在半导体衬底上形成氧化铝薄膜，其中，在氧化铝薄膜的形成过程中设置铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例为2:3。
11.根据权利要求10所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，在氧化铝薄膜的形成过程中调整铝原子和氧原子的量使得形成的氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3，为基于形成化学式为Al2O3的氧化铝薄膜所需的铝原子和氧原子的量，减少铝源并增加氧源来实现氧化铝薄膜的铝原子和氧原子的比例小于2:3。
12.根据权利要求10所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，约200nm有一定的偏差。
13.根据权利要求12所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，所述偏差在20％以内。
14.根据权利要求12所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，所述偏差在10％以内。
15.根据权利要求12所述的BSI结构图像传感器中氧化铝薄膜的形成方法，其特征在于，所述偏差在5％以内。
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