CN112366211A - 背照式图像传感器基板及背照式图像传感器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种背照式图像传感器基板、背照式图像传感器制造方法，其通过在金属材料层上形成第一氮化层，并对第一氮化层和金属材料层同时执行第一干法刻蚀工艺，以在刻蚀金属材料层的过程中轰击第一氮化层，以使第一氮化层中的氮原子或氮离子逸出。逸出的氮原子或氮离子在形成金属栅格层的过程中，与位于第二开口侧壁的金属发生反应生成氮化金属层，以保护位于第二开口侧壁的金属栅格不被侵蚀，如此一来，使得形成的金属栅格层的侧壁比较比较平滑，形貌较佳。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种背照式图像传感器基板及背照式图像传感器的制造方法。
背景技术
背照式(BSI)传感器的光是从衬底的背面而不是正面进入衬底的，因为减少了光反射，BSI传感器能够比前照式传感器捕捉更多的图像信号。目前，堆栈式CMOS图像传感器(Ultra-Thin Stacked CMOS ImageSensor，UTS CIS)通过硅穿孔(TSV:through Si Via)将逻辑运算芯片与像素(光电二极管)阵列芯片进行三维集成，一方面在保持芯片体积的同时，提高了传感器阵列尺寸和面积，另一方面大幅度缩短功能芯片之间的金属互联，减小发热、功耗、延迟，提高了芯片性能。
在堆栈式CMOS图像传感器(UTS)中，设置金属栅格，并利用金属栅格(metal grid)的不透光特性，防止不同像素(光电二极管)之间的光的串扰，金属栅格的形貌很大程度上影响了背照式图像传感器的性能，而现有技术的金属栅格制备工艺中形成的金属栅格的侧壁形貌不佳。
发明内容
本发明的目的在于提供一种背照式图像传感器基板及背照式图像传感器的制造方法，以解决现有背照式(BSI)传感器中的金属栅格侧壁形貌不佳的问题。
为解决上述问题，本发明提供一种背照式图像传感器基板，包括衬底、依次形成在所述衬底上的金属材料层和具有多个第一开口的第一氮化层，多个所述第一开口的图案构成金属栅格图案；
以及，所述第一氮化层用于在以所述第一氮化层为掩模执行第一干法刻蚀工艺，以刻蚀所述金属材料层形成具有多个第二开口的金属栅格层，并且还用于在执行所述第一干法刻蚀工艺时被轰击以逸出氮原子或氮离子，以与位于所述第二开口侧壁的金属材料发生反应生成金属氮化物。
可选的，所述第一氮化层的材料包括氮化硅或氮氧化硅。
可选的，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述第一氮化层上的第一氧化层。
可选的，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述金属材料层上，且位于所述金属材料层和所述第一氮化层之间的第二氧化层。
可选的，所述第一氮化层的厚度为
所述第一氧化层的厚度为
所述第二氧化层的厚度为
可选的，所述背照式图像传感器基板还包括依次形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述金属材料层之间的第二氮化材料层和第三氧化材料层，所述第二氮化材料层用于在刻蚀其上方的第三氧化材料层时使刻蚀停止于所述第二氮化材料层上。
可选的，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述第二氮化材料层之间的第四氧化层。
可选的，所述第二氮化材料层的材料为氮化硅或氮氧化硅，所述第三氧化材料层和所述第四氧化层的材料为氧化硅。
可选的，所述第二氮化材料层的厚度为：
所述第三氧化材料层的厚度为：
所述第四氧化层的厚度为：
可选的，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述第四氧化层之间的高K电介质层，所述高K电介质层中的介电常数大于25。
可选的，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述高K电介质层之间的介质层。
为解决上述问题，本发明还提供一种背照式图像传感器的制造方法，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上依次形成金属材料层和第一氮化层，其中，所述第一氮化层具有多个第一开口，多个所述第一开口的图案构成金属栅格图案；
以所述第一氮化层为掩模，对所述第一氮化层和所述金属材料层同时执行第一干法刻蚀工艺，刻蚀所述金属材料层以形成金属栅格层，并使所述第一开口延伸至所述金属栅格层中以形成第二开口，且在刻蚀所述金属材料层的过程中轰击所述第一氮化层，以使所述第一氮化层中的氮原子或氮离子逸出，以使所述氮原子或所述氮离子在执行所述第一干法刻蚀工艺的过程中，与位于所述第二开口侧壁的金属发生反应生成金属氮化物。
可选的，所述金属栅格层的所述第二开口的侧壁与所述衬底之间的夹角为85℃～90℃。
可选的，所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀气体包括含氮气体。
可选的，形成所述第一氮化层的方法包括：
在所述金属材料层上依次形成第一氮化材料层和硬掩膜层，其中所述硬掩膜层中开设有多个第一开槽，多个所述第一开槽构成所述金属栅格图案；
以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一氮化材料层以形成第一氮化层，并使所述第一开槽延伸至所述第一氮化层中，以形成所述第一开口。
可选的，在形成所述硬掩膜层之前，所述方法还包括：在所述第一氮化材料层上形成第一氧化材料层；以及，
在以所述硬掩膜层为掩模，刻蚀所述第一氮化材料层的同时或之前，以所述硬掩膜层为掩模，刻蚀所述第一氧化材料层以形成第一氧化层，并使所述第一开槽延伸至所述第一氧化层中。
可选的，在形成第一氮化材料层之前，所述方法还包括：在所述金属材料层上形成第二氧化材料层；
在刻蚀所述第一氮化材料层的同时或之后，所述方法还包括：以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二氧化材料层以形成第二氧化层，并使所述第一开口延伸至所述第二氧化层。
可选的，所述第一氧化层和所述第二氧化层的材料为氧化硅，所述第一氮化层的材料为氮化硅或氮氧化硅。
可选的，所述金属材料层的材质为钨，所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀气体为CL2和NF3的混合气体。
可选的，所述CL2和NF3的气体体积配比为：1：1～1：5，刻蚀温度为55℃～65℃；所述第一干法刻蚀工艺的源功率为300W～500W，偏置功率为600W～800W。
可选的，所述第一干法刻蚀工艺中，所述第一氧化层或所述第二氧化层与所述金属材料层的刻蚀选择比大于6:1，所述第一氮化层与所述金属材料层的刻蚀选择比大于3:1。
可选的，以所述硬掩膜层为掩模，刻蚀所述第一氮化材料层的刻蚀方法为干法刻蚀，刻蚀所述第一氮化材料层的刻蚀气体为CHF3、CH3F和O2的混合气体；
在刻蚀所述第一氮化材料层的同时，刻蚀所述第一氧化材料层和所述第二氧化材料层的方法为干法刻蚀，同时刻蚀所述第一氧化材料层、所述第一氮化材料层和所述第二氧化材料层的刻蚀气体为11、如权利要求10所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，、CH2F2和O2的混合气体；以及，
以所述硬掩膜层为掩模，在刻蚀所述第一氮化材料层之前刻蚀所述第二氧化材料层，或者，在刻蚀所述第一氮化材料层之后，刻蚀所述第一氧化材料层的刻蚀方法为干法刻蚀，刻蚀所述第一氧化材料层的刻蚀气体为：C4F8和O2的混合气体。
可选的，形成所述硬掩膜层的方法包括：
在所述第一氧化材料层上形成硬掩膜材料层和光阻层，其中，所述光阻层中具有多个第二开槽，多个所述第二开槽的图案构成所述金属栅格图案；
以所述光阻层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜材料层以形成所述硬掩膜层，并使所述第二开槽延伸至所述硬掩膜层中以形成所述第一开槽。
可选的，形成所述光阻层的方法包括：
在所述硬掩膜材料层上形成光阻材料层；
提供具有金属栅格图案的掩模版，对所述光阻材料层执行光刻工艺，以将所述金属栅格图案复制至所述光阻材料层，以形成具有多个第二开槽的光阻层。
可选的，形成所述光阻材料层之前，所述方法还包括：在所述硬掩膜材料层上形成抗反射材料层和介质掩膜材料层；
在刻蚀刻蚀所述硬掩膜层之前，所述方法还包括：以所述光阻层为掩膜，依次刻蚀所述抗反射材料层和所述介质掩膜材料层以形成抗反射层和介质掩模层，并使所述第二开槽延伸至所述抗反射层和所述介质掩膜层，并去除所述光阻层；以及，
在刻蚀所述硬掩膜材料层的同时，所述方法还包括：以所述抗反射层和所述介质掩膜层为掩膜，对所述抗反射层和所述硬掩膜材料层同时执行第二干法刻蚀工艺，刻蚀所述硬掩膜材料层形成硬掩膜层，并在刻蚀所述硬掩膜材料层的同时刻蚀所述抗反射层以逐步去除所述抗反射层。
可选的，所述第二干法刻蚀工艺的刻蚀气体为：羰基硫气体和氧气，其中，所述羰基硫气体和所述氧气的气体体积配比为1:2。
可选的，在形成所述金属材料层之前，所述方法还包括：
在所述衬底上依次形成第四氧化层和第二氮化材料层；以及，
在刻蚀所述金属材料层以形成金属栅格层之后，所述方法还包括：以所述第一氮化层为掩膜，对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺，以去除位于所述第二开口下方的所述第二氮化材料层以暴露出所述第四氧化层，以形成第二氮化层，并同时去除所述第一氮化层。
可选的，所述第四氧化层暴露出的部分的最高点和最低点之间的高度差小于30nm。
可选的，所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为CH2F2、Ar和O2的混合气体。
可选的，在所述衬底上形成第二氮化材料层之后，所述方法还包括：在所述氮化材料层上形成第三氧化材料层；以及，
对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺之前或同时，所述方法还包括：以所述第一氮化层为掩膜，刻蚀所述第三氧化材料层以去除位于所述第二开口下方的所述第三氧化材料层，以形成第三氧化层。
可选的，若对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺之前，刻蚀所述第三氧化材料层，则所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为C4F8、C4F6、Ar和CO的混合气体；以及，
若对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺的同时，刻蚀所述第三氧化材料层，则所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为CHF3、Ar和O2的混合气体。
可选的，在形成所述金属材料层之前，所述方法还包括：
在所述衬底上依次形成介质层和高K电介质层，所述高K电介质层的介电常数大于25。
本发明提供的一种背照式图像传感器基板中，由于在金属材料层上形成第一氮化层，因此在后续以第一氮化层为掩模执行第一干法刻蚀工艺时，第一氮化层被轰击以逸出氮原子或氮离子，逸出的氮原子或氮离子与位于刻蚀形成的第二开口侧壁的金属，发生反应生成金属氮化物。如此一来，使得形成的金属栅格层的侧壁比较比较平滑，形貌较佳。
附图说明
图1是本发明一实施例中的背照式图像传感器基板的结构示意图；
图2是本发明一实施例中的背照式图像传感器的制造流程示意图；
图3～图10是本发明一实施例中的背照式图像传感器的制造过程结构示意图；
其中，附图标记如下：
1-衬底；11-像素层；
2-介质层；
3-高k电介质层；
4-第四氧化层；
5-第二氮化层； 50-第二氮化材料层；
6-第三氧化层； 60-第三氧化材料层；
7-金属栅格层； 70-金属材料层；
8-第二氧化层； 80-第二氧化材料层；
9-第一氮化层； 90-第一氮化材料层；
10-第一氧化层； 100-第一氧化材料层；
11-硬掩膜层； 110-硬掩膜材料层；
12-介质掩膜层； 120-介质掩模材料层；
13-抗反射层； 130-抗反射材料层；
14-光阻层；
9a-第一开口；
7a-第二开口；
11a-第一开槽；
14a-第二开槽。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种背照式图像传感器基板及背照式图像传感器的制造方法作进一步详细说明。根据下面说明，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。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
图1是本发明一实施例中的背照式图像传感器基板的结构示意图。如图1所示，本实施例公开一种背照式图像传感器基板，本实施例的所述背照式图像传感器基板包括衬底1、以及依次形成在所述衬底1上的金属材料层70和具有多个第一开口9a的第一氮化层9，多个所述第一开口9a的图案构成金属栅格图案。以及，所述第一氮化层9用于在以所述第一氮化层9为掩模执行第一干法刻蚀工艺以刻蚀所述金属材料层70形成具有多个第二开口的金属栅格层，并且还用于在执行所述第一干法刻蚀工艺时被轰击以逸出氮原子或氮离子，以与位于所述第二开口侧壁的金属材料发生反应生成金属氮化物。
在本实施例中，由于在所述金属材料层70上形成所述第一氮化层9，因此在后续以所述第一氮化层9为掩模执行第一干法刻蚀工艺时，所述第一氮化层9被轰击以逸出氮原子或氮离子，逸出的所述氮原子或所述氮离子与位于刻蚀形成的第二开口侧壁的金属，发生反应生成金属氮化物。如此一来，使得形成的金属栅格层的侧壁比较平滑，形貌较佳。
在本实施例中，所述衬底1具有逻辑区和像素区，在所述像素区形成有像素层，所述像素层由多个像素组成，其中，在本实施例中，所述像素层形成在所述衬底1中。在可选的实施例中，还可使所述像素层中的像素与所述金属栅格层中的金属栅格交替设置。所述像素层的结构与位置在此不做具体限定，以实际情况为准。
以及，在本实施例中，可通过硅穿孔(TSV)工艺在所述衬底1的所述逻辑区内形成互连金属和通孔结构，所述互连金属和所述通孔结构可以将逻辑区的逻辑运算电路和像素区的像素层11(即光电图像传感器阵列)实现电连接和三维集成。
此外，在本实施例中，所述衬底1可以包括半导体材料、导体材料或者它们的任意组合，可以为单层结构，也可以包括多层结构。因此，衬底可以是诸如Si、SiGe、SiGeC、SiC、GaAs、InAs、InP和其它的III/V或II/VI化合物半导体的半导体材料。也可以包括诸如，例如Si/SiGe、Si/SiC、绝缘体上硅(SOI)或绝缘体上硅锗的层状衬底。以及，所述第一氮化层9的材料可以包括氮化硅或氮氧化硅。
进一步的，继续参图1所示，本实施例的所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述第一氮化层9上的第一氧化层10和形成在在所述金属材料层70上且位于所述金属材料层70和所述第一氮化层9之间的第二氧化层8。其中，所述第一氧化层10和所述第二氧化层8的材料可以包括氧化硅。以及，所述第一氮化层9的厚度为
所述第一氧化层10的厚度为
所述第二氧化层8的厚度为
以及所述金属材料层70的厚度为
进一步的，继续参图1所示，在本实施例中，所述背照式图像传感器基板还包括依次形成在所述衬底1上且位于所述衬底1和所述金属材料层70之间的第二氮化材料层50和第三氧化材料层60，所述第二氮化材料层50用于在刻蚀其上方的第三氧化材料层60时使刻蚀停止于所述第二氮化材料层50上。
此外，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底1上，且位于所述衬底1和所述第二氮化材料层50之间的第四氧化层4。
进一步的，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底1上且位于所述衬底1和所述第四氧化层4之间的高K电介质层3，所述第四氧化层4用于保护所述高K电介质层3。以及，所述高K电介质层3中的介电常数大于25。在本实施例中，所述高K电介质层3可以为金属氧化层或者非金属材质进行离子掺杂之后形成，当所述高K电介质层3为金属氧化层时，所述金属氧化层可以包括依次形成的氧化铝材料层和氧化钽材料层；所述所述高K电介质层3的材质在此不做具体限定，能够实现调节衬底1表面电性的作用即可。
以及，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底1上且位于所述衬底1和所述高K电介质层3之间的介质层2。所述介质层2的材料可以为氧化硅，所述介质层2用于保护位于所述衬底1内的相关器件以及隔离所述高K电介质材料层3和所述衬底1。
在本实施例中，所述第二氮化材料层50的材料为氮化硅或氮氧化硅，所述第三氧化材料层60和所述第四氧化层4的材质可以为氧化硅。以及，所述第二氮化材料层50的厚度为：
所述第三氧化材料层60的厚度为：
所述第四氧化层4的厚度为：
图2是本发明一实施例中的背照式图像传感器的制造流程示意图；图3～图10是本发明一实施例中的背照式图像传感器的制造过程结构示意图。下面结合附图3～图10对本实施例提供的背照式图像传感器的制造方法其各个步骤进行详细说明。
在步骤S10中，如图3所示，在本实施例中，提供衬底1。
在步骤S20中，参图7和图8所示，在所述衬底1上依次形成金属材料层70和第一氮化层9，其中，所述第一氮化层9中具有多个第一开口9a，多个所述第一开口9a的图案构成金属栅格图案。在本实施例中，所述金属材料层70的材料为钨。以及所述第一氮化层9可以包括氮化硅或氮氧化硅。
其中，在本实施例中，形成所述第一氮化层9的方法包括如下步骤一和步骤二。
在步骤一中，如图4和图5所示，在所述金属材料层70上依次形成第一氮化材料层90和硬掩膜层11，其中所述硬掩膜层11中开设有多个第一开槽11a，多个所述第一开槽11a构成所述金属栅格图案。其中，在本实施例中，所述硬掩膜层11可以为APF(AdvancedPatterning Film,无定形碳材料)层、SOC(旋涂碳层)层或者ODL(organic dielectriclayer，有机介电)层。以及，在本实施例中，所述硬掩膜层11的厚度为
在步骤二中，继续参图5所示，以所述硬掩膜层11为掩膜，刻蚀所述第一氮化材料层90以形成第一氮化层9，并使所述第一开槽11a延伸至所述第一氮化层9中以形成所述第一开口9a。
进一步的，在本实施例中，形成所述硬掩膜层11的方法包括如下步骤。
首先，参图3所示，在所述第一氧化材料层100上形成硬掩膜材料层110和光阻层14，其中，所述光阻层14中具有多个第二开槽14a，多个所述第二开槽14a的图案构成所述金属栅格图案。
其次，继续参图3并结合图4和图5所示，以所述光阻层14为掩膜，刻蚀所述硬掩膜材料层110以形成所述硬掩膜层11，并使所述第二开槽14a延伸至所述硬掩膜层11中以形成所述第一开槽11a。
在本实施例中，形成所述光阻层14的方法包括如下步骤。
首先，继续参图3所示，在所述硬掩膜材料层110上形成光阻材料层；
其次，继续参图3所示，提供具有金属栅格图案的掩模版，对所述光阻材料层执行光刻工艺，以将所述金属栅格图案复制至所述光阻材料层，以形成具有多个第二开槽14a的光阻层14。
其中，在形成所述光阻材料层之前，所述方法还包括：在所述硬掩膜材料层110上形成抗反射材料层130和介质掩膜材料层120，其中，所述抗反射材料层130的厚度为
以及，在执行所述光刻工艺以形成所述光阻层14时，所述抗反射材料层130能够增强反光性，以在形成同一条件的所述光阻层14时，使用较少量的光能，进而节省能耗。
进一步的，参图3和图4所示，在刻蚀所述硬掩膜材料层110之前，所述方法还包括：以所述光阻层14为掩膜，依次刻蚀所述抗反射材料层130和所述介质掩膜材料层120以形成抗反射层13和介质掩模层12，以使所述第二开槽14a延伸至所述抗反射层13和所述介质掩膜层12中，并去除所述光阻层14。
继续参图4和图5所示，在刻蚀所述硬掩膜材料层110的同时，所述方法还包括：以所述抗反射层13和所述介质掩膜层12为掩膜，对所述抗反射层13和所述硬掩膜材料层110同时执行第二干法刻蚀工艺，刻蚀所述硬掩膜材料层110形成硬掩膜层11，并在刻蚀所述硬掩膜材料层110的同时刻蚀所述抗反射层13以逐步去除所述抗反射层13。
进一步的，在本实施例中，所述第二干法刻蚀工艺的刻蚀气体为：羰基硫气体(COS)和氧气(O2)，其中，所述羰基硫气体和所述氧气的气体体积配比为1:2。
进一步的，继续参图4到图7所示，在本实施例中，在形成所述硬掩膜层11之前，所述方法还包括：在所述第一氮化材料层90上形成第一氧化材料层100。以及，在以所述硬掩膜层11为掩模，刻蚀所述第一氮化材料层90的同时或之前，以所述硬掩膜层11为掩模，刻蚀所述第一氧化材料层100以形成第一氧化层10，并使所述第一开槽11a延伸至所述第一氧化层10中。在本实施例中，所述第一氧化层10用于保护位于其下的所述金属材料层90刻蚀之后形成的所述金属栅格层9。
以及，继续参图4到图7所示，在本实施例中，在形成第一氮化材料层90之前，所述方法还包括：在所述金属材料层70上形成第二氧化材料层80。
并在刻蚀所述第一氮化材料层90的同时或之后，以所述硬掩膜层11为掩膜，刻蚀所述第二氧化材料层80以形成第二氧化层8，并使所述第一开口9a延伸至所述第二氧化层8。
进一步的，在本实施例中，所述第一氮化层9的材料为氮化硅或氮氧化硅，所述第一氧化层10和所述第二氧化层8的材料为氧化硅。
以及，在本实施例中，以所述硬掩膜层11为掩模，刻蚀所述第一氮化材料层90的刻蚀方法为干法刻蚀，刻蚀所述第一氮化材料层90的刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)、甲基氟(CH3F)和氧气(O2)的混合气体。其中，所述三氟甲烷(CHF3)、甲基氟(CH3F)和氧气(O2)的混合气体对所述硬掩膜层11与所述第一氮化材料层90的刻蚀选择比大于5:1。如此一来，可设置厚度较薄的所述硬掩膜层11即可达到掩模的目的，节省材料的使用。
此外，在本实施例中，在刻蚀所述第一氮化材料层90的同时，刻蚀所述第二氧化材料层80和所述第一氧化材料层100的方法为干法刻蚀，同时刻蚀所述第二氧化材料层80、所述第一氮化材料层90和所述第一氧化材料层100的的刻蚀气体为四氟化碳(CF4)、二氟甲烷(CH2F2)和氧气(O2)的混合气体。
进一步的，在本实施例中，以所述硬掩膜层11为掩模，在刻蚀所述第一氮化材料层90之前刻蚀所述第一氧化材料层100，或者，在刻蚀所述第一氮化材料层90之后，刻蚀所述第二氧化材料层80的刻蚀方法为干法刻蚀。刻蚀所述第二氧化材料层80的刻蚀气体为：八氟环丁烷(C4F8)和氧气(O2)的混合气体。
在本实施例中，通过上述步骤，在所述金属材料层70上形成了依次设置的第二氧化层8、第一氮化层9和第一氧化层10，即ONO层。在可选的实施例中，所述金属材料层70上还可以仅形成第一氮化层9，或者形成第一氮化层9并仅在所述第一氮化层9上形成第一氧化层10，或者仅在所述第一氮化层9下方形成第二氧化层8。具体的在此不做限定，依据实际情况而定。
进一步的，继续参图6和图7所示，在本实施例中，在所述金属材料层70上形成依次设置的所述第二氧化层8、所述第一氮化层9和所述第一氧化层10之后，所述方法还包括：去除所述硬掩膜层11。
在步骤S30中，继续参图7和图8所示，以所述第一氮化层9为掩模，对所述第一氮化层9和所述金属材料层70同时执行第一干法刻蚀工艺，刻蚀所述金属材料层70以形成金属栅格层7，并使所述第一开口9a延伸至所述金属栅格层7中以形成第二开口7a，且在刻蚀所述金属材料层70的过程中轰击所述第一氮化层9以使所述第一氮化层9中的氮原子或氮离子逸出，以使所述氮原子或所述氮离子在执行所述第一干法刻蚀工艺的过程中与位于所述第二开口7a侧壁的金属发生反应生成金属氮化物。
继续参图7和图8所示，本实施例中的所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀气体包括含氮气体。在本实施例中，由于所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀气体中包括含氮气体，在执行所述第一干法刻蚀工艺时，所述含氮气体也能够被轰击以逸出氮原子或氮离子，进而能够增加刻蚀过程的所述氮原子和所述氮离子的逸出量。进而增强第二开口7a侧壁生成的金属氮化物的量。如此以使本实施例中形成的所述金属栅格层7的侧壁更加光滑，形貌更佳。
进一步的，在本实施离中，由于所述金属材料层70上形成有依次堆叠设置的所述第二氧化层8、所述第一氮化层9和所述第一氧化层10。因此，在刻蚀所述金属材料层70以形成所述金属栅格层7时，以依次堆叠设置的所述第二氧化层8、所述第一氮化层9和所述第一氧化层10为掩模刻蚀所述金属材料层70。
可选的，还可在所述金属材料层70上仅形成所述第一氮化层9时，仅以所述第一氮化层9为掩模刻蚀所述金属材料层70，以及，在所述金属材料层70形成依次堆叠设置的所述第二氧化层8和所述第一氮化层9时，以所述堆叠设置的所述第二氧化层8和所述第一氮化层9为掩模刻蚀所述金属材料层70。在此不做具体限制，以实际情况为准。
进一步的，在本实施例中，所述第一干法刻蚀工艺为脉冲干法刻蚀工艺，在本实施例中，采用所述脉冲干法刻蚀工艺刻蚀时堆积在所述第二开口7a中的金属材料能够被及时清除，如此以保证堆积的所述金属材料不会影响刻蚀效果，进而保证刻蚀形成的所述金属栅格层7具有较佳的形貌。
进一步的，在本实施例中，所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀气体为氯气(CL2)和三氟化氮气体(NF3)的混合气体。其中，所述第二氧化层8或所述第一氧化层10与所述金属材料层70的刻蚀选择比大于6:1，所述第一氮化层9与所述金属材料层70的刻蚀选择比大于3:1。由于所述第二氧化层8或所述第一氧化层10相对所述所述金属材料层70来说具有较高的刻蚀选择比，则可设置膜厚较薄的所述第二氧化层8或所述第一氧化层10即能够起到掩膜作用，如此以节省材料的使用。
此外，在本实施例中，所述第一干法刻蚀工艺中的所述CL2和NF3的气体体积配比为：1：1～1：5，刻蚀温度为55℃～65℃；所述第一干法刻蚀工艺的源功率为300W～500W，偏置功率为600W～800W。
进一步的，继续参图8所示，刻蚀之后形成的所述金属栅格层7的所述第二开口7a的侧壁与所述衬底之间的夹角为85℃～90℃。在本实施例中，通过上述方法制备而成的所述第二开口7a的侧壁用于所述衬底之间基本垂直，如此以达到最佳形貌。
进一步的，继续参图7～图8并结合图9和图10所示，在本实施例中，在形成所述金属材料层70之前，所述方法还包括：在所述衬底1上依次形成介质层2和高K电介质层3，所述高K电介质层3的介电常数大于25。在本实施例中，所述高K电介质层3可以为金属氧化层或者非金属材质进行离子掺杂之后形成，当所述高K电介质层3为金属氧化层时，所述金属氧化层可以包括依次形成的氧化铝材料层和氧化钽材料层；所述所述高K电介质层3的材料在此不做具体限定，能够实现调节衬底1表面电性的作用即可。以及，所述介质层2的材料可以为氧化硅，所述介质层2用于保护位于所述衬底1内的相关器件以及隔离所述高K电介质材料层3和所述衬底1。
在本实施例中，在形成所述金属材料层90之前，所述方法还包括：在所述衬底1上依次形成第四氧化层4和第二氮化材料层50。以及，在刻蚀所述金属材料层70以形成金属栅格层7之后，所述方法还包括：以所述第一氮化层9为掩膜，对所述第一氮化层9和所述第二氮化材料层50同时执行第三干法刻蚀工艺，以去除位于所述第二开口7a下方的所述第二氮化材料层50以暴露出所述第四氧化层4，以形成第二氮化层5，并同时去除所述第一氮化层9。其中，所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为二氟甲烷(CH2F2)、氩气(Ar)和氧气(O2)的混合气体，其中，所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀温度为50℃～70℃，刻蚀压力为30mt～40mt。在本实施例中，由于在所述第四氧化层4和所述金属栅格层7之间形成有所述第二氮化材料层50，则在对所述第一氮化层9和所述第二氮化材料层50执行第三干法刻蚀工艺时，所述第一氮化层9相对所述第四氧化层4具有较高的刻蚀选择比，如此以使刻蚀所述第二氮化材料层50之后暴露出的所述第四氧化层4的顶表面比较平坦。其中，所述第四氧化层暴露出的部分的最高点和最低点的高度差小于30nm。
以及，在所述衬底1上形成第二氮化材料层50之后，所述方法还包括：在所述氮化材料层50上形成第三氧化材料层60；以及，
对所述第一氮化层9和所述第二氮化材料层5同时执行第三干法刻蚀工艺之前或同时，所述方法还包括：以所述第一氮化层9为掩膜，刻蚀所述第三氧化材料层60以去除位于所述第二开口7a下方的所述第三氧化材料层60，以形成第三氧化层6。
其中，若对所述第一氮化层9和所述第二氮化材料层50同时执行第三干法刻蚀工艺之前，刻蚀所述第三氧化材料层60，则所述刻蚀方法为干法刻蚀，执行所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为八氟环丁烷(C4F8)、全氟丁二烯(C4F6)、氧气(O2)、氩气(Ar)和一氧化碳(CO)的混合气体。刻蚀温度为50℃～70℃，以及刻蚀压力为30mt～50mt。由于执行所述第三干法刻蚀的刻蚀气体对所述第三氧化材料层60具有较高的刻蚀选择比，如此一来，在刻蚀时位于所述第三氧化材料层60下的第二氮化材料层50顶部比较平坦，后续在刻蚀所述第二氮化材料层50时不会过度损伤位于所述第二氮化材料层50下的第四氧化层4，以进一步提升刻蚀所述第二氮化材料层50后暴漏出的所述第四氧化层4顶表面的平坦度。
以及，若对所述第一氮化层9和所述第二氮化材料层50同时执行第三干法刻蚀工艺的同时，刻蚀所述第三氧化材料层60，则执行所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为三氟甲烷(CHF3)、氩气(Ar)和氧气(O2)的混合气体。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (32)
1.一种背照式图像传感器基板，其特征在于，包括衬底、依次形成在所述衬底上的金属材料层和具有多个第一开口的第一氮化层，多个所述第一开口的图案构成金属栅格图案；
以及，所述第一氮化层用于在以所述第一氮化层为掩模执行第一干法刻蚀工艺，以刻蚀所述金属材料层形成具有多个第二开口的金属栅格层，并且还用于在执行所述第一干法刻蚀工艺时被轰击以逸出氮原子或氮离子，以与位于所述第二开口侧壁的金属材料发生反应生成金属氮化物。
2.如权利要求1所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述第一氮化层的材料包括氮化硅或氮氧化硅。
3.如权利要求1所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述第一氮化层上的第一氧化层。
4.如权利要求3所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述金属材料层上，且位于所述金属材料层和所述第一氮化层之间的第二氧化层。
5.如权利要求4所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述第一氮化层的厚度为
所述第一氧化层的厚度为
所述第二氧化层的厚度为
6.如权利要求1所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述背照式图像传感器基板还包括依次形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述金属材料层之间的第二氮化材料层和第三氧化材料层，所述第二氮化材料层用于在刻蚀其上方的第三氧化材料层时使刻蚀停止于所述第二氮化材料层上。
7.如权利要求6所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述第二氮化材料层之间的第四氧化层。
8.如权利要求7所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述第二氮化材料层的材料为氮化硅或氮氧化硅，所述第三氧化材料层和所述第四氧化层的材料为氧化硅。
9.如权利要求7所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述第二氮化材料层的厚度为：
所述第三氧化材料层的厚度为：
所述第四氧化层的厚度为：
10.如权利要求7所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述第四氧化层之间的高K电介质层，所述高K电介质层中的介电常数大于25。
11.如权利要求10所述的背照式图像传感器基板，其特征在于，所述背照式图像传感器基板还包括形成在所述衬底上，且位于所述衬底和所述高K电介质层之间的介质层。
12.一种背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底；
在所述衬底上依次形成金属材料层和第一氮化层，其中，所述第一氮化层具有多个第一开口，多个所述第一开口的图案构成金属栅格图案；
以所述第一氮化层为掩模，对所述第一氮化层和所述金属材料层同时执行第一干法刻蚀工艺，刻蚀所述金属材料层以形成金属栅格层，并使所述第一开口延伸至所述金属栅格层中以形成第二开口，且在刻蚀所述金属材料层的过程中轰击所述第一氮化层，以使所述第一氮化层中的氮原子或氮离子逸出，以使所述氮原子或所述氮离子在执行所述第一干法刻蚀工艺的过程中，与位于所述第二开口侧壁的金属发生反应生成金属氮化物。
13.如权利要求12所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述金属栅格层的所述第二开口的侧壁与所述衬底之间的夹角为85℃～90℃。
14.如权利要求13所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀气体包括含氮气体。
15.如权利要求12所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，形成所述第一氮化层的方法包括：
在所述金属材料层上依次形成第一氮化材料层和硬掩膜层，其中所述硬掩膜层中开设有多个第一开槽，多个所述第一开槽构成所述金属栅格图案；
以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一氮化材料层以形成第一氮化层，并使所述第一开槽延伸至所述第一氮化层中，以形成所述第一开口。
16.如权利要求15所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，在形成所述硬掩膜层之前，所述方法还包括：在所述第一氮化材料层上形成第一氧化材料层；以及，
在以所述硬掩膜层为掩模，刻蚀所述第一氮化材料层的同时或之前，以所述硬掩膜层为掩模，刻蚀所述第一氧化材料层以形成第一氧化层，并使所述第一开槽延伸至所述第一氧化层中。
17.如权利要求16所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，在形成第一氮化材料层之前，所述方法还包括：在所述金属材料层上形成第二氧化材料层；
在刻蚀所述第一氮化材料层的同时或之后，所述方法还包括：以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二氧化材料层以形成第二氧化层，并使所述第一开口延伸至所述第二氧化层。
18.如权利要求17所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述第一氧化层和所述第二氧化层的材料为氧化硅，所述第一氮化层的材料为氮化硅或氮氧化硅。
19.如权利要求18所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述金属材料层的材质为钨，所述第一干法刻蚀工艺的刻蚀气体为CL2和NF3的混合气体。
20.如权利要求19所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述CL2和NF3的气体体积配比为：1：1～1：5，刻蚀温度为55℃～65℃；所述第一干法刻蚀工艺的源功率为300W～500W，偏置功率为600W～800W。
21.如权利要求19所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述第一干法刻蚀工艺中，所述第一氧化层或所述第二氧化层与所述金属材料层的刻蚀选择比大于6:1，所述第一氮化层与所述金属材料层的刻蚀选择比大于3:1。
22.如权利要求18所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，以所述硬掩膜层为掩模，刻蚀所述第一氮化材料层的刻蚀方法为干法刻蚀，刻蚀所述第一氮化材料层的刻蚀气体为CHF3、CH3F和O2的混合气体；
在刻蚀所述第一氮化材料层的同时，刻蚀所述第一氧化材料层和所述第二氧化材料层的方法为干法刻蚀，同时刻蚀所述第一氧化材料层、所述第一氮化材料层和所述第二氧化材料层的刻蚀气体为CF4、CH2F2和O2的混合气体；以及，
以所述硬掩膜层为掩模，在刻蚀所述第一氮化材料层之前刻蚀所述第二氧化材料层，或者，在刻蚀所述第一氮化材料层之后，刻蚀所述第一氧化材料层的刻蚀方法为干法刻蚀，刻蚀所述第一氧化材料层的刻蚀气体为：C4F8和O2的混合气体。
23.如权利要求12所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，形成所述硬掩膜层的方法包括：
在所述第一氧化材料层上形成硬掩膜材料层和光阻层，其中，所述光阻层中具有多个第二开槽，多个所述第二开槽的图案构成所述金属栅格图案；
以所述光阻层为掩膜，刻蚀所述硬掩膜材料层以形成所述硬掩膜层，并使所述第二开槽延伸至所述硬掩膜层中以形成所述第一开槽。
24.如权利要求23所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，形成所述光阻层的方法包括：
在所述硬掩膜材料层上形成光阻材料层；
提供具有金属栅格图案的掩模版，对所述光阻材料层执行光刻工艺，以将所述金属栅格图案复制至所述光阻材料层，以形成具有多个第二开槽的光阻层。
25.如权利要求24述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，形成所述光阻材料层之前，所述方法还包括：在所述硬掩膜材料层上形成抗反射材料层和介质掩膜材料层；
在刻蚀刻蚀所述硬掩膜层之前，所述方法还包括：以所述光阻层为掩膜，依次刻蚀所述抗反射材料层和所述介质掩膜材料层以形成抗反射层和介质掩模层，并使所述第二开槽延伸至所述抗反射层和所述介质掩膜层，并去除所述光阻层；以及，
在刻蚀所述硬掩膜材料层的同时，所述方法还包括：以所述抗反射层和所述介质掩膜层为掩膜，对所述抗反射层和所述硬掩膜材料层同时执行第二干法刻蚀工艺，刻蚀所述硬掩膜材料层形成硬掩膜层，并在刻蚀所述硬掩膜材料层的同时刻蚀所述抗反射层以逐步去除所述抗反射层。
26.如权利要求25所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述第二干法刻蚀工艺的刻蚀气体为：羰基硫气体和氧气，其中，所述羰基硫气体和所述氧气的气体体积配比为1:2。
27.如权利要求12所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，在形成所述金属材料层之前，所述方法还包括：
在所述衬底上依次形成第四氧化层和第二氮化材料层；以及，
在刻蚀所述金属材料层以形成金属栅格层之后，所述方法还包括：以所述第一氮化层为掩膜，对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺，以去除位于所述第二开口下方的所述第二氮化材料层以暴露出所述第四氧化层，以形成第二氮化层，并同时去除所述第一氮化层。
28.如权利要求27所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述第四氧化层暴露出的部分的最高点和最低点之间的高度差小于30nm。
29.如权利要求27所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为CH2F2、Ar和O2的混合气体。
30.如权利要求27所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，在所述衬底上形成第二氮化材料层之后，所述方法还包括：在所述氮化材料层上形成第三氧化材料层；以及，
对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺之前或同时，所述方法还包括：以所述第一氮化层为掩膜，刻蚀所述第三氧化材料层以去除位于所述第二开口下方的所述第三氧化材料层，以形成第三氧化层。
31.如权利要求30所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，若对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺之前，刻蚀所述第三氧化材料层，则所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为C4F8、C4F6、Ar和CO的混合气体；以及，
若对所述第一氮化层和所述第二氮化材料层同时执行第三干法刻蚀工艺的同时，刻蚀所述第三氧化材料层，则所述第三干法刻蚀工艺的刻蚀气体为CHF3、Ar和O2的混合气体。
32.如权利要求12所述的背照式图像传感器的制造方法，其特征在于，在形成所述金属材料层之前，所述方法还包括：
在所述衬底上依次形成介质层和高K电介质层，所述高K电介质层的介电常数大于25。
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