CN112420761A - 改善近红外图像传感器串扰特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善近红外图像传感器串扰特性的方法，包括：在半导体衬底中形成浅沟槽；依次沉积第一高介电介质和第一氧化层，使第一氧化层完全填充浅沟槽；去除半导体衬底表面上的第一氧化层和第一高介电介质；在半导体衬底中形成深沟槽；依次沉积第二高介电介质和第二氧化层，使第二氧化层形成在器件的表面上以及深沟槽的侧壁和底部上；在第二氧化层上沉积金属铝，所述金属铝完全填充深沟槽；对所述金属铝进行刻蚀并停在第二氧化层上，且所述深沟槽中的金属铝保留。本发明利用浅沟槽隔离结构中的高介电介质可以实现近红外成像，利用深沟槽隔离结构中的金属铝填充介质提高像素之间的串扰特性。
Description
技术领域
本发明涉及与图像传感器有关的微电子及半导体集成电路领域，具体属于一种改善近红外图像传感器串扰特性的方法。
背景技术
随着社会的进步和技术的发展，图像传感器已变得无所存在，其广泛应用于数码静态相机、蜂窝式电话、安全摄像机以及医疗、汽车及其它应用中，伴随着需求量的越来越大，对图像传感器性能的要求也越来越高。
用于制造图像传感器，更明确地说，互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)的技术一直在持续快速地发展。例如，对较高分辨率及较低电力消耗的需求已促进了这些图像传感器的进一步小型化及集成。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 Side Illmination)和后照式结构(BSI，Back Side Illmination)。
背照式CMOS图像传感器通过向没有布线层的一面照射光线从而避免了金属线路和晶体管的阻碍，相比正照式的图像传感器，其具有更高的宽容度，拥有更快的数据吞吐率以及更佳的低光照成像能力。
随着技术的发展，远红外成像技术的应用也越来越广泛，例如安保监控、虹膜扫描仪、飞行时间(ToF)传感器等，如何提高像素之间的串扰特性也是评估像素性能的参数之一。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可以改善近红外图像传感器串扰特性的方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，包括如下步骤：
步骤S1，在半导体衬底中形成浅沟槽；
步骤S2，沉积第一高介电介质，所述第一高介电介质形成在所述半导体衬底的表面上以及所述浅沟槽的侧壁和底部上；
步骤S3，在所述第一高介电介质上淀积第一氧化层，所述第一氧化层完全填充所述浅沟槽；
步骤S4，去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质并停在所述半导体衬底的表面，所述浅沟槽内部的所述第一氧化层的顶面与所述半导体衬底的表面保持齐平；
步骤S5，在半导体衬底中形成深沟槽；
步骤S6，沉积第二高介电介质，所述第二高介电介质形成在所述器件的表面上以及所述深沟槽的侧壁和底部上；
步骤S7，在所述第二高介电介质上淀积第二氧化层；
步骤S8，在所述第二氧化层上沉积金属铝，所述金属铝完全填充所述深沟槽；
步骤S9，对所述金属铝进行刻蚀并停在所述第二氧化层上，且所述深沟槽中的金属铝保留。
可选地，在步骤S8和步骤S9中，所述金属铝替换为金属钨。
进一步的，在步骤S4和步骤S5之间，在器件表面形成第一DPO层。
进一步的，在步骤S5和步骤S6之间，形成第二DPO层，所述第二DPO层形成在器件的表面以及所述深沟槽的侧壁和底部。
进一步的，在步骤S1中，通过光刻刻蚀工艺形成所述浅沟槽。
进一步的，在步骤S4中，利用毯式刻蚀工艺去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质。
进一步的，在步骤S4中，利用化学机械研磨工艺去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质。
进一步的，在步骤S5中，通过光刻刻蚀工艺形成所述深沟槽。
进一步的，在步骤S9中，刻蚀后仅保留位于所述深沟槽内部的金属铝以及位于所述深沟槽上方的金属铝。
进一步的，所述第一氧化层和所述第二氧化层采用原子层沉积法形成。
本发明的背照式图像传感器同时具备浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构，利用浅沟槽隔离结构中填充的高介电介质可以实现近红外成像的功能，同时深沟槽隔离结构中的填充介质由全部的高介电介质改为高介电介质内部填充金属铝，利用金属铝提高近红外图像传感器的串扰特性。
附图说明
图1A至图1C为现有技术的背照式图像传感器形成隔离结构的各工艺步骤的器件结构的截面示意图；
图2为本发明实施例一的工艺方法流程图；
图3为本发明实施例二的工艺方法流程图；
图4A至4H为本发明实施例形成隔离结构的各工艺步骤的器件结构的截面示意图；
图5为本发明形成的器件的应用示意图。
具体实施方式
本发明实施例的方法是通过对现有技术进行分析的基础上形成的，故在详细描述本发明实施例的方法前先对现有的背照式(BSI)图像传感器进行如下介绍：
如图1A所示，在半导体衬底10中形成浅沟槽12，其中，先进行CDTI(浅沟槽隔离工艺)曝光，利用光刻刻蚀工艺形成浅沟槽12。
如图1B所示，在所述浅沟槽12的旁边形成深沟槽14，其中，先进行DTI(DeepTrench Isolation，深沟槽隔离工艺)曝光，利用光刻刻蚀工艺形成深沟槽14。
如图1C所示，形成第一氧化层(图中未示出)，沉积高介电介质(HK)16，所述高介电介质16填充侧壁和底部已形成第一氧化层的所述浅沟槽12和所述深沟槽14；
如图1C所示，利用原子层沉积法淀积氧化层18，所述氧化层18完全填充所述深沟槽14和所述浅沟槽12。
上述背照式图像传感器结构中形成有深沟槽隔离结构，由于所述深沟槽隔离结构中完全填充高介电介质，因此该深沟槽隔离结构对于相邻像素之间的串扰抑制效果不佳。
下面结合附图通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可以由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明亦可通过其它不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，本领域技术人员在不背离本发明的精神下可以进行各种类似推广和替换。
还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
实施例一
如图2所示，是本发明实施例一的工艺流程图。本发明的图像传感器包括浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构，用于改善近红外图像传感器串扰特性，所述隔离结构的形成方法包括如下步骤：
步骤S1，在半导体衬底中形成浅沟槽；
步骤S2，沉积第一高介电介质，所述第一高介电介质形成在所述半导体衬底的表面上以及所述浅沟槽的侧壁和底部上；
步骤S3，在所述第一高介电介质上淀积第一氧化层，所述第一氧化层完全填充所述浅沟槽；
步骤S4，去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质并停在所述半导体衬底的表面，所述浅沟槽内部的所述第一氧化层的顶面与所述半导体衬底的表面保持齐平；
步骤S5，在半导体衬底中形成深沟槽；
步骤S6，沉积第二高介电介质，所述第二高介电介质形成在所述器件的表面上以及所述深沟槽的侧壁和底部上；
步骤S7，在所述第二高介电介质上淀积第二氧化层；
步骤S8，在所述第二氧化层上沉积金属铝，所述金属铝完全填充所述深沟槽；
步骤S9，对所述金属铝进行刻蚀并停在所述第二氧化层上，且所述深沟槽中的金属铝保留。
在本实施例中，背照式图像传感器同时具备浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构，利用浅沟槽隔离结构中填充的高介电介质可以实现近红外成像的功能，同时深沟槽隔离结构中的填充介质由全部的高介电介质改为高介电介质内部填充金属铝，利用金属铝提高近红外图像传感器的串扰特性。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施例结合器件结构的截面示意图进一步对工艺步骤加以说明。如图3所示，是本发明实施例二的工艺流程图。如图4A至图4H所示，是本发明实施例二的方法各步骤中的器件结构的截面示意图。本发明的图像传感器包括浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构，用于改善近红外图像传感器串扰特性，所述隔离结构的形成方法包括如下步骤：
步骤S1，在半导体衬底10中形成浅沟槽12，如图4A所示。
其中，利用常规的光刻刻蚀(PH/ET)工艺在半导体衬底10中形成所述浅沟槽12。
具体地，在所述半导体衬底10上旋涂光刻胶，通过曝光显影将掩膜版上的图案转移到光刻胶上，从而限定浅沟槽12的开口的位置和尺寸，对暴露出来的半导体衬底10进行刻蚀形成浅沟槽12，最后去除光刻胶。
所述浅沟槽12具有一深度，所述深度指的是从半导体衬底的表面与浅沟槽12的底部的距离，在本实施例中，深沟槽的深度为0.4μm。
本实施例中，像素之间的隔离结构在半导体衬底10中形成，所述半导体衬底10例如为硅衬底。然而，在其它实施例中，所述半导体衬底10也可以为锗衬底、硅锗衬底、SOI(绝缘体上硅，Silicon On Insulator)或者GOI(绝缘体上锗，Germanium On Insulator)等。
步骤S2，在所述半导体衬底10的表面及所述浅沟槽12的侧壁和底部形成第一高介电介质16，如图4B所示。
步骤S3，在所述第一高介电介质16上沉积第一氧化层18，所述第一氧化层18完全填充所述浅沟槽12，如图4C所示。
所述第一氧化层18采用原子层沉积(ALD)的方式形成。
优选地，还可以对沉积后的第一氧化层18进行化学机械研磨(CMP)，从而减薄其厚度。
步骤S4，去除所述半导体衬底10的表面上的所述第一氧化层18及所述第一高介电介质16，所述浅沟槽12内部的所述第一第一氧化层18的顶面与所述半导体衬底10的表面保持齐平，如图4D所示，形成浅沟槽隔离结构。
其中，利用毯式刻蚀(Blanket ET)工艺刻蚀所述第一氧化层18及所述第一高介电介质16停在所述半导体衬底10的表面。当然，在其它实施例中，也可以利用化学机械研磨工艺去除所述第一氧化层18及所述第一高介电介质16停在所述半导体衬底10的表面，从而来平坦化浅沟槽12中的高介电介质和氧化层的表面。
在本实施例中，所述浅沟槽12内部填充的所述第一氧化层18为氧化物，通过浅沟槽内部的氧化物可以增大光的散射，从而实现近红外成像。
步骤S5，在所述半导体衬底10的表面形成第一DPO层(图中未示出)。
优选地，所述第一DPO层采用低温等离子体氧化工艺(DPO)形成。
步骤S6，在所述半导体衬底10中形成深沟槽14。
所述深沟槽14通过光刻刻蚀工艺形成，其中可以采用干式刻蚀工艺进行刻蚀。
所述深沟槽14具有一深度，所述深度指的是从半导体衬底的表面与深沟槽14的底部的距离，所述深沟槽的深度大于所述浅沟槽的深度，在本实施例中，深沟槽的深度为2μm。
步骤S7，形成第二DPO层，所述第二DPO层形成在器件表面以及所述深沟槽14的侧壁和底部(图中未示出)。
优选地，所述第二DPO层采用低温等离子体氧化工艺(DPO)形成。
步骤S8，在所述第二DPO层上形成第二高介电介质22，所述第二高介电介质22形成在所述深沟槽14的侧壁和底部上的第二DPO层上，如图4E所示。
步骤S9，沉积第二氧化层24，所述第二氧化层24形成在所述第二高介电介质22上，如图4F所示。
所述第二氧化层24采用原子层沉积(ALD)的方式形成。
步骤S10，在所述第二氧化层24上沉积金属铝26，所述金属铝26完全填充所述深沟槽，如图4G所示，所述深沟槽内依次形成有第二DPO层、第二高介电介质22、第二氧化层24和金属铝26。
步骤S11，对所述金属铝26进行刻蚀并停在所述第二氧化层24上，且所述深沟槽中的金属铝26保留，如图4H所示。
优选地，对金属铝26进行刻蚀，仅保留位于所述深沟槽内部的金属铝以及位于所述深沟槽上方的金属铝，如图4H所示，呈T型。
在所述金属铝26上旋涂光刻胶，通过曝光显影将掩膜版上的图案转移到光刻胶上，使得除深沟槽以外的区域的光刻胶被去除。
对暴露出来的金属铝进行刻蚀去除，由于深沟槽上方及内部的金属铝被光刻胶保护，所以在金属铝的刻蚀过程中不会被刻蚀，最后去除光刻胶得到深沟槽隔离结构。
如图5所示，对深沟槽隔离结构加电压进行控制，深沟槽隔离结构中填充的金属铝可以改善串扰。
所述浅沟槽内部的所述第一高介电介质和所述深沟槽内部的所述第二高介电介质可以采用介电常数相同的介电材料，当然，在其它实施例中，也可以采用介电常数不同的介电材料，常用的介电材料包括氧化铝和氧化钽。
实施例三
在实施例一和实施例二的基础上，本实施例对填充的金属进行替换。
具体的，本发明实施例的图像传感器包括浅沟槽隔离结构和深沟槽隔离结构，
用于改善近红外图像传感器串扰特性，所述隔离结构的形成方法包括如下步骤：
步骤S1，在半导体衬底中形成浅沟槽；
步骤S2，沉积第一高介电介质，所述第一高介电介质形成在所述半导体衬底的表面上以及所述浅沟槽的侧壁和底部上；
步骤S3，在所述第一高介电介质上淀积第一氧化层，所述第一氧化层完全填充所述浅沟槽；
步骤S4，去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质并停在所述半导体衬底的表面，所述浅沟槽内部的所述第一氧化层的顶面与所述半导体衬底的表面保持齐平；
步骤S5，在半导体衬底中形成深沟槽；
步骤S6，沉积第二高介电介质，所述第二高介电介质形成在所述器件的表面上以及所述深沟槽的侧壁和底部上；
步骤S7，在所述第二高介电介质上淀积第二氧化层；
步骤S8，在所述第二氧化层上沉积金属钨，所述金属钨完全填充所述深沟槽；
步骤S9，对所述金属钨进行刻蚀并停在所述第二氧化层上，且所述深沟槽中的金属钨保留。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，该实施例仅仅是本发明的较佳实施例，本发明并不局限于上述实施方式。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员做出的等效置换和改进，均应视为在本发明所保护的技术范畴内。
Claims (10)
1.一种改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，在半导体衬底中形成浅沟槽；
步骤S2，沉积第一高介电介质，所述第一高介电介质形成在所述半导体衬底的表面上以及所述浅沟槽的侧壁和底部上在所述第二氧化层上沉积金属铝，所述金属铝完全填充所述深沟槽对所述金属铝进行刻蚀并停在所述第二氧化层上，且所述深沟槽中的金属铝保留；
步骤S3，在所述第一高介电介质上淀积第一氧化层，所述第一氧化层完全填充所述浅沟槽；
步骤S4，去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质并停在所述半导体衬底的表面，所述浅沟槽内部的所述第一氧化层的顶面与所述半导体衬底的表面保持齐平；
步骤S5，在半导体衬底中形成深沟槽；
步骤S6，沉积第二高介电介质，所述第二高介电介质形成在所述器件的表面上以及所述深沟槽的侧壁和底部上；
步骤S7，在所述第二高介电介质上淀积第二氧化层；
步骤S8，在所述第二氧化层上沉积金属铝，所述金属铝完全填充所述深沟槽；
步骤S9，对所述金属铝进行刻蚀并停在所述第二氧化层上，且所述深沟槽中的金属铝保留。
2.根据权利要求1所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S8和步骤S9中，所述金属铝替换为金属钨。
3.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S4和步骤S5之间，在器件表面形成第一DPO层。
4.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S5和步骤S6之间，形成第二DPO层，所述第二DPO层形成在器件的表面以及所述深沟槽的侧壁和底部。
5.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S1中，通过光刻刻蚀工艺形成所述浅沟槽。
6.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S4中，利用毯式刻蚀工艺去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质。
7.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S4中，利用化学机械研磨工艺去除所述第一氧化层和所述第一高介电介质。
8.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S5中，通过光刻刻蚀工艺形成所述深沟槽。
9.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，在步骤S9中，刻蚀后仅保留位于所述深沟槽内部的金属铝以及位于所述深沟槽上方的金属铝。
10.根据权利要求1或2所述的改善近红外图像传感器串扰特性的方法，其特征在于，所述第一氧化层和所述第二氧化层采用原子层沉积法形成。
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