CN112993083A - 超深光电二极管的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种超深光电二极管的制作方法,涉及半导体制造领域,该方法包括在衬底中形成具有预定深度的深沟槽;对衬底进行离子注入,在深沟槽的侧壁和底部外侧形成具有预定厚度的掺杂层;掺杂层具有第一导电类型;生长具有第二导电类型的外延层,利用外延层完全填充深沟槽;第一导电类型与第二导电类型相反;对衬底进行平坦化,在衬底中形成超深光电二极管;解决了超深光电二极管的深度受光刻和离子注入工艺限制的问题;达到了有效拓展超深光电二极管的深度的效果。

Description

超深光电二极管的制作方法
技术领域
本申请涉及半导体制造领域,具体涉及一种超深光电二极管的制作方法。
背景技术
CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor,CIS)是一种将光信号转换为电信号的器件。CIS器件包括若干个像素单元,每个像素单元由光电二极管和MOS管构成。CIS器件的性能与光电二极管具有强相关性,为了令CIS器件的像素单元收集更多的光信号,需要提升光电二极管的尺寸。
随着器件小型化的发展,为了提高小尺寸像素区的感光度,需要在纵向上拓展光电二极管。传统的光电二极管采用光刻和离子注入工艺制作,但是,受到光刻胶的深宽比以及离子注入工艺的深度和浓度限制,传统工艺难以形成超深光电二极管结构。
发明内容
为了解决相关技术中的问题,本申请提供了一种超深光电二极管的制作方法。该技术方案如下:
一方面,本申请实施例提供了一种超深光电二极管的制作方法,该方法包括:
在衬底中形成具有预定深度的深沟槽;
对衬底进行离子注入,在深沟槽的侧壁和底部外侧形成具有预定厚度的掺杂层;掺杂层具有第一导电类型;
生长具有第二导电类型的外延层,利用外延层完全填充深沟槽;第一导电类型与第二导电类型相反;
对衬底进行平坦化,在衬底中形成超深光电二极管。
可选的,在衬底中形成具有预定深度的深沟槽,包括:
在衬底表面形成刻蚀阻挡层;
通过光刻和刻蚀工艺在刻蚀阻挡层中形成若干个深孔图案;
根据深孔图案刻蚀衬底,形成具有预定深度的深沟槽。
可选的,刻蚀阻挡层的厚度为100nm-800nm。
可选的,在对衬底进行离子注入时,离子束的倾斜角度为10°至30°,离子束的旋转速度为30°/次至90°/次。
可选的,对衬底进行平坦化,在衬底中形成超深光电二极管,包括:
对衬底进行CMP处理,对外延层进行平坦化;
去除衬底表面的刻蚀阻挡层;
对衬底进行CMP处理,去除高出衬底表面的外延层,在衬底中形成超深光电二极管。
可选的,深沟槽的预定深度为1um-5um。
可选的,第一导电类型为P型,第二导电类型为N型。
可选的,刻蚀阻挡层的材料为二氧化硅或氮化硅。
本申请技术方案,至少包括如下优点:
通过在衬底中形成深沟槽,对衬底进行离子注入,在深沟槽外侧形成掺杂层,生长外延层填充深沟槽,掺杂层和外延层的导电类型相反,利用掺杂层和外延层构成超深光电二极管;解决了超深光电二极管的深度受光刻和离子注入工艺限制的问题;达到了有效拓展超深光电二极管的深度的效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本申请的一些实施方式,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种超深光电二极管的制作方法的流程图;
图2是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图;
图3是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图;
图4是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图;
图5是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图;
图6是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图;
图7是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图;
图8是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图;
图9是本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法的实施示意图。
具体实施方式
下面将结合附图,对本申请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申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本申请的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电气连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,还可以是两个元件内部的连通,可以是无线连接,也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
此外,下面所描述的本申请不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
请参考图1,其示出了本申请实施例提供的一种超深光电二极管的制作方法的流程图,该方法至少包括如下步骤:
步骤101,在衬底中形成具有预定深度的深沟槽。
在衬底表面定义超深光电二极管图案,根据超深光电二极管图案刻蚀衬底,在衬底中形成具有预定深度的深沟槽。
深沟槽的数量、位置、深度根据实际情况确定。
步骤102,对衬底进行离子注入,在深沟槽的侧壁和底部外侧形成具有预定厚度的掺杂层,掺杂层具有第一导电类型。
可选的,衬底上除深沟槽以外的区域被保护,深沟槽暴露,向衬底注入具有第一导电类型的掺杂离子,在掺杂离子被注入到深沟槽侧壁和底部的衬底中,在深沟槽的侧壁和底部外侧形成具有预定厚度的掺杂层。
掺杂层的厚度根据实际情况确定。
通过控制离子注入时的工艺参数,令掺杂层的厚度一致。
步骤103,生长具有第二导电类型的外延层,利用外延层完全填充深沟槽,第一导电类型与第二导电类型相反。
在衬底上生长具有第二导电类型的外延层,具有第二导电类型的外延层完全填充深沟槽。
步骤104,对衬底进行平坦化,在衬底中形成超深光电二极管。
由于具有第二导电类型的外延层生长后,衬底表面不平整,通过CMP工艺对衬底表面进行平坦化。
在衬底中,由于深沟槽的侧壁和底部外侧的掺杂层具有第一导电类型,深沟槽中填充的外延层具有第二导电类型,第一导电类型和第二导电类型为P型和N型,因此,深沟槽外侧的掺杂层和深沟槽内填充的外延层构成PN结,形成超深光电二极管。
可选的,第一导电类型为P型,第二导电类型为N型;或,第一导电类型为N型,第二导电类型为P型。
综上所述,本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法,通过在衬底中形成深沟槽,对衬底进行离子注入,在深沟槽外侧形成掺杂层,生长外延层填充深沟槽,掺杂层和外延层的导电类型相反,利用掺杂层和外延层构成超深光电二极管;解决了超深光电二极管的深度受光刻和离子注入工艺限制的问题;达到了有效拓展超深光电二极管的深度的效果。
本申请实施例提供的超深光电二极管的制作方法,可以用于CIS器件的制作中,提升CIS器件的像素性能。
本申请另一实施例提供了一种超深光电二极管的制作方法,该方法至少包括如下步骤:
步骤201,在衬底表面形成刻蚀阻挡层。
如图2所示,在衬底21表面形成刻蚀阻挡层22。
可选的,刻蚀阻挡层的厚度为100nm-800nm。
可选的,刻蚀阻挡层的材料为二氧化硅或氮化硅。
可选的,刻蚀阻挡层的材料为多晶硅。
步骤202,通过光刻和刻蚀工艺在刻蚀阻挡层中形成若干个深孔图案。
在刻蚀阻挡层表面涂布光刻胶,通过曝光显影后,刻蚀阻挡层22表面的光刻胶层23中形成若干个深孔图案,如图3所示。
深孔图案的位置对应超深光电二极管的位置。
步骤203,根据深孔图案刻蚀衬底,形成具有预定深度的深沟槽。
以形成有深刻图案的光刻胶层23为掩膜对刻蚀阻挡层22进行刻蚀,去除光刻胶,再以经过刻蚀的刻蚀阻挡层22为掩膜刻蚀衬底21,在衬底21中形成深沟槽24,如图4所示。
深沟槽的开口尺寸根据实际情况确定。在一个例子中,深沟槽的预定深度为1um-5um。
步骤204,对衬底进行离子注入,在深沟槽的侧壁和底部外侧形成具有预定厚度的掺杂层;掺杂层具有第一导电类型。
在一个例子中,第一导电类型为P型,掺杂离子为P型。
对衬底21进行一次离子注入或多次离子注入,在深沟槽24的侧壁和底部外侧形成具有预定厚度的掺杂层25,如图5所示。
可选的,在对衬底进行离子注入时,离子束的倾斜角度为10°至30°,离子束的旋转速度为30°/次至90°/次。
在对衬底进行离子注入时,令离子束倾斜,并且在注入过程中旋转离子束,以实现对深沟槽外侧的衬底均匀注入的效果。
需要说明的是,在每次离子注入时,旋转速度可以为固定的某一值,也可以为变化的速度;在每次离子注入时,离子束的倾斜角度可以为固定的某一角度,也可以为变化的角度。
步骤205,生长具有第二导电类型的外延层,利用外延层完全填充深沟槽;第一导电类型与第二导电类型相反。
在一个例子中,第二导电类型为N型;在深沟槽中生长N型外延层26,N型外延层26将深沟槽完全填充,如图6所示。
步骤206,对衬底进行CMP处理,对外延层进行平坦化。
由于生长后的外延层表面不平坦,对衬底21进行CMP处理,对外延层26进行平坦化;经过CMP处理后的外延层26与刻蚀阻挡层22的顶部在同一水平面上,如图7所示。
步骤207,去除衬底表面的刻蚀阻挡层。
可选的,通过干法刻蚀或湿法腐蚀工艺去除衬底表面的刻蚀阻挡层。
如图8所示,衬底21表面的刻蚀阻挡层被去除,外延层26的顶部高于衬底21的表面。
步骤208,对衬底进行CMP处理,去除高出衬底表面的外延层,在衬底中形成超深光电二极管。
由于外延层26高出衬底表面,对衬底21进行CMP处理,将高出衬底21的外延层26磨平,如图9所示。
在一个例子中,P型掺杂层25与填充深沟槽的N型外延层26构成超深光电二极管。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本申请创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种超深光电二极管的制作方法,其特征在于,所述方法包括:
在衬底中形成具有预定深度的深沟槽;
对所述衬底进行离子注入,在所述深沟槽的侧壁和底部外侧形成具有预定厚度的掺杂层;所述掺杂层具有第一导电类型;
生长具有第二导电类型的外延层,利用所述外延层完全填充所述深沟槽;所述第一导电类型与所述第二导电类型相反;
对所述衬底进行平坦化,在所述衬底中形成超深光电二极管。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述在衬底中形成具有预定深度的深沟槽,包括:
在所述衬底表面形成刻蚀阻挡层;
通过光刻和刻蚀工艺在所述刻蚀阻挡层中形成若干个深孔图案;
根据所述深孔图案刻蚀所述衬底,形成具有预定深度的深沟槽。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述刻蚀阻挡层的厚度为100nm-800nm。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在对所述衬底进行离子注入时,离子束的倾斜角度为10°至30°,离子束的旋转速度为30°/次至90°/次。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对所述衬底进行平坦化,在所述衬底中形成超深光电二极管,包括:
对所述衬底进行CMP处理,对所述外延层进行平坦化;
去除所述衬底表面的刻蚀阻挡层;
对所述衬底进行CMP处理,去除高出所述衬底表面的外延层,在所述衬底中形成超深光电二极管。
6.根据权利要求1至5任一所述的方法,其特征在于,所述深沟槽的预定深度为1um-5um。
7.根据权利要求1至5任一所述的方法,其特征在于,所述第一导电类型为P型,所述第二导电类型为N型。
8.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述刻蚀阻挡层的材料为二氧化硅或氮化硅。
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