CN113270434A - Cis器件的隔离结构制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种CIS(CMOS Image Sensor，CMOS图像传感器)器件的隔离结构制作方法。CIS器件的隔离结构制作方法包括以下步骤：提供所述CIS器件的基底层，所述基底层包括相对的上表面和下表面；在所述基底层的上表面上制作形成硬质掩模层；通过光刻刻蚀工艺，使得所述硬质掩模层定义出所述隔离结构的图案；基于带有所述图案的硬质掩模层，进行多次刻蚀，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中刻蚀速率，先逐渐递增后逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层，形成由中间向上、下两端逐渐缩小的隔离沟槽。本申请可以解决采用相关技术所制作的CIS器件容易产生信号串扰的问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造技术领域，具体涉及一种CIS(CMOS Image Sensor，CMOS图像传感器)器件的隔离结构制作方法。
背景技术
CMOS图像传感器，其核心结构为光电转换单元，该光电转换单元的核心器件为光电二极管。通常，图像传感器的光电转换单元包括多个呈阵列式排布的光电二极管，光电二极管能够将采集到的光子转变为电子，然后通过其他辅助电路结构将该电子转变为电信号，并进行输出。
参照图1，其示出了相关技术中CIS器件剖视结构示意图，从图1中可以看出，相邻两个光电二极管11之间通过隔离结构12隔离开。以防发生信号串扰，该隔离结构包括隔离阱或者深沟槽隔离结构。
但是，对于相关技术中的CIS器件，当入射光线以一定的倾斜角照射光电二极管时，部分光束会穿过该隔离结构照射到相邻光电二极管中，从而会使得CIS器件产生信号串扰问题。
发明内容
本申请提供了一种CIS器件的隔离结构制作方法，可以解决采用相关技术所制作的CIS器件容易产生信号串扰的问题。
本申请提供一种CIS器件的隔离结构制作方法，所述CIS器件的隔离结构制作方法包括以下步骤：
提供所述CIS器件的基底层，所述基底层包括相对的上表面和下表面；
在所述基底层的上表面上制作形成硬质掩模层；
通过光刻刻蚀工艺，使得所述硬质掩模层定义出所述隔离结构的图案；
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行多次刻蚀，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中刻蚀速率，先逐渐递增后逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层，形成由中间向上、下两端逐渐缩小的隔离沟槽。
可选的，所述基于带有所述图案的硬质掩模层，进行多次刻蚀，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中刻蚀速率，先逐渐递增后逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有硬质掩模层位置处的基底层，形成槽宽由中间至上、下两头逐渐缩小的隔离沟槽，包括依次进行的以下步骤：
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，所述N为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部；
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，所述M为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，形成槽宽由中间向下端逐渐缩小的隔离沟槽下部。
可选的，所述基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，所述N为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部的步骤，包括：
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，所述N为大于等于2的整数；
在各次所述刻蚀的刻蚀环境中，分别提供氧气；
使得按照刻蚀先后顺序，使得各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递减；
使得各次所述刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部。
可选的，所述使得按照刻蚀先后顺序，使得各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递减的步骤中，使得所述基底层被刻蚀氧化生成的保护层逐渐减薄。
可选的，所述基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，所述M为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，形成槽宽由中间向下端逐渐缩小的隔离沟槽下部，包括：
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，所述M为大于等于2的整数；
在各次所述刻蚀的刻蚀环境中，分别提供氧气；
使得按照刻蚀先后顺序，各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递增；
使得各次所述刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，形成槽宽由中间至下端逐渐缩小的隔离沟槽下部。
可选的，所述使得按照刻蚀先后顺序，各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递增的步骤中，使得所述基底层被刻蚀氧化生成的保护层逐渐增厚。
可选的，各次所述刻蚀所需的刻蚀气体包括：氢溴酸气体。
可选的，各次所述刻蚀所需的刻蚀气体包括：六氟化硫气体。
本申请技术方案，至少包括如下优点：本实施例所形成的隔离沟槽能够形成两头小中间大的结构，能够使得在隔离结构后续制作工艺，对该隔离沟槽生长外延层后，形成带有隔离腔的隔离结构，为提高隔离结构阻挡光线照射到相邻光电二极管中，提供良好铺垫。
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示出了相关技术中CIS器件剖视结构示意图；
图2示出了本申请一实施例提供的CIS器件的隔离结构制作方法流程图；
图3示出了步骤S41其中一种实施例的流程图；
图4示出了步骤S42其中一种实施例的流程图；
图5a示出了在步骤S41完成后的器件剖面结构示意图；
图5b示出了在步骤S42完成后的器件剖面结构示意图；
图6示出了以本申请实施例所形成的隔离沟槽为基础，继续在该隔离沟槽内生长外延层形成最终隔离结构的电子扫描剖面结构示意图。
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。
图2示出了本申请一实施例提供的CIS器件的隔离结构制作方法，参照图2，该方法包括以下步骤：
步骤S1：提供所述CIS器件的基底层，所述基底层包括相对的上表面和下表面。
其中，该基底层用于制作CIS器件的光电二极管，和用于隔离在相邻光电二极管之间的隔离结构。
步骤S2：在所述基底层的上表面上制作形成硬质掩模层。
该硬质掩模层可以通过化学气相淀积工艺沉积在该基底层的上表面，该硬质掩模层的材质可以采用氮化硅。
步骤S3：通过光刻刻蚀工艺，使得所述硬质掩模层定义出所述隔离结构的图案。
本实施例中，可以先在该硬质掩模层上涂覆一层光刻胶，通过光刻工艺图案化所述光刻胶，使得该光刻胶定义出隔离结构的图案；在基于带有该隔离结构图案的光刻胶层，刻蚀位于该光刻胶下的硬质掩模层，使得该隔离结构的图案转移到硬质掩模层上，从而使得该硬质掩模层定义出所述隔离结构的图案。
步骤S4：基于带有所述图案的硬质掩模层，进行多次刻蚀，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中刻蚀速率，先逐渐递增后逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层，形成由中间向上、下两端逐渐缩小的隔离沟槽。
本实施例中，该步骤S4可以包括依次进行的以下步骤：
步骤S41：基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，所述N为大于等于 2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部。
参照图5a，其示出了在步骤S41完成后的器件剖面结构示意图，由图5a中可以看出，步骤S41完成后所形成的隔离沟槽上部411由基底层42的上表面421向下延伸，且该隔离沟槽上部411的形貌为槽宽由上端至中间逐渐增大。
其中，参照图3，其示出了步骤S41其中一种实施例的流程图，为了使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，可以依次进行以下步骤：
步骤S411：基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，所述N为大于等于2的整数。
步骤S412：在各次所述刻蚀的刻蚀环境中，分别提供氧气。
步骤S413：使得按照刻蚀先后顺序，使得各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递减。
表1为步骤S41一种实施例中各次刻蚀的刻蚀条件表，从表1中可以看出，按照刻蚀先后顺序，N次刻蚀包括依次进行的第1次刻蚀、第2次刻蚀和第3次刻蚀。其中，第1次刻蚀的刻蚀持续时间为50秒，刻蚀环境包括400sccm的氢溴酸气体HBr、 50sccm的六氟化硫气体SF6、23sccm的氧气O2；第2次刻蚀的刻蚀持续时间为20秒，刻蚀环境包括400sccm的氢溴酸气体HBr、50sccm的六氟化硫气体SF6、22sccm的氧气O2；第3次刻蚀的刻蚀持续时间为20秒，刻蚀环境包括400sccm的氢溴酸气体 HBr、50sccm的六氟化硫气体SF6、21sccm的氧气O2。可以看出，氧气的含量逐次减小，六氟化硫气体SF6和氢溴酸气体HBr为刻蚀气体。
表1：
在各次刻蚀过程中，刻蚀气体中加入的氧气能够氧化刻蚀面处材质为硅的基底层，使得氧化结合形成材质为氧化硅的保护层，该氧化硅中包括硅氧键；该硅氧键相对于原本的硅键，需要更多的物理轰击能量得以断裂，因此在刻蚀气体中加入含量不同的氧气，能够调节在刻蚀面上形成的硅氧键的数量，从而得以控制各次刻蚀过程的刻蚀速率。
含氧量较多的刻蚀，所形成的硅氧键较多，所需的刻蚀能量更大，从而同等刻蚀能量条件下的刻蚀速率较慢。
步骤S414：使得各次所述刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部。
步骤S42：基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，所述M为大于等于 2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，形成槽宽由中间向下端逐渐缩小的隔离沟槽下部。
参照图5b，其示出了在步骤S42完成后的器件剖面结构示意图，由图5b中可以看出，步骤S42完成后，在图5a的所述隔离沟槽上部411的基础上，使得该隔离沟槽上部411继续扩展形成图5b所示的隔离沟槽41的形貌，该隔离沟槽为槽宽由中间向下端逐渐缩小。
其中，参照图4，其示出了步骤S42其中一种实施例的流程图，为了使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，可以依次进行以下步骤：
步骤S421：基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，所述M为大于等于2的整数。
步骤S422：在各次所述刻蚀的刻蚀环境中，分别提供氧气。
步骤S423：使得按照刻蚀先后顺序，各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递增。
表2为步骤S42一种实施例中各次刻蚀的刻蚀条件表，从表2中可以看出，按照刻蚀先后顺序，M次刻蚀包括依次进行的第5次刻蚀、第6次刻蚀和第7次刻蚀。其中，第5次刻蚀的刻蚀持续时间为20秒，刻蚀环境包括400sccm的氢溴酸气体HBr、 50sccm的六氟化硫气体SF6、21sccm的氧气O2；第6次刻蚀的刻蚀持续时间为20秒，刻蚀环境包括400sccm的氢溴酸气体HBr、50sccm的六氟化硫气体SF6、22sccm的氧气O2；第7次刻蚀的刻蚀持续时间为90秒，刻蚀环境包括400sccm的氢溴酸气体 HBr、50sccm的六氟化硫气体SF6、23sccm的氧气O2。可以看出，氧气的含量逐次减小，六氟化硫气体SF6和氢溴酸气体HBr为刻蚀气体。
表2：
在各次刻蚀过程中，刻蚀气体中加入的氧气能够氧化刻蚀面处材质为硅的基底层，使得氧化结合形成材质为氧化硅的保护层，该氧化硅中包括硅氧键；该硅氧键相对于原本的硅键，需要更多的物理轰击能量得以断裂，因此在刻蚀气体中加入含量不同的氧气，能够调节在刻蚀面上形成的硅氧键的数量，从而得以控制各次刻蚀过程的刻蚀速率。
含氧量较多的刻蚀，所形成的硅氧键较多，所需的刻蚀能量更大，从而同等刻蚀能量条件下的刻蚀速率较慢。
步骤S424：使得各次所述刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，形成槽宽由中间至下端逐渐缩小的隔离沟槽下部。
为了使得所形成的隔离沟槽形貌清晰，本实施例还包括在第3次刻蚀之后、第5 次刻蚀之前进行的第4次刻蚀，该第4次刻蚀的刻蚀持续时间为80秒，刻蚀环境包括400sccm的氢溴酸气体HBr、50sccm的六氟化硫气体SF6、20sccm的氧气O2。第4 次刻蚀所采用的氧气含量，介于第3次刻蚀的氧气含量和第5次刻蚀的氧气含量之间，从而使得第4次刻蚀的刻蚀速率最大。进而按照顺序依次进行第1次刻蚀至第7次刻蚀，所采用的氧气含量先逐渐递减再逐渐递增，刻蚀速率先逐渐递增再逐渐递减，使得所形成的隔离沟槽，其槽宽由上端至下端，先逐渐增宽在逐渐缩小。
本实施例所形成的隔离沟槽能够形成两头小中间大的结构，能够使得在隔离结构后续制作工艺，对该隔离沟槽生长外延层后，形成带有隔离腔的隔离结构，为提高隔离结构阻挡光线照射到相邻光电二极管中，提供良好铺垫。
图6示出了以本申请实施例所形成的隔离沟槽为基础，继续在该隔离沟槽内生长外延层形成最终隔离结构的电子扫描剖面结构示意图，从图6中可以看出，该隔离结构包括隔离沟槽61，和沿着该隔离沟槽61的形貌生长的外延层62，该外延层62包围形成封闭的隔离腔63，光线能够在该隔离腔63的位置处发生折射，从而避免光线照射到相邻的光电二极管中。
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CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，所述CIS器件的隔离结构制作方法包括以下步骤：
提供所述CIS器件的基底层，所述基底层包括相对的上表面和下表面；
在所述基底层的上表面上制作形成硬质掩模层；
通过光刻刻蚀工艺，使得所述硬质掩模层定义出所述隔离结构的图案；
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行多次刻蚀，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中刻蚀速率，先逐渐递增后逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层，形成由中间向上、下两端逐渐缩小的隔离沟槽。
2.如权利要求1所述的CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，所述基于带有所述图案的硬质掩模层，进行多次刻蚀，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中刻蚀速率，先逐渐递增后逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有硬质掩模层位置处的基底层，形成槽宽由中间至上、下两头逐渐缩小的隔离沟槽，包括依次进行的以下步骤：
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，所述N为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部；
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，所述M为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，形成槽宽由中间向下端逐渐缩小的隔离沟槽下部。
3.如权利要求2所述的CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，所述基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，所述N为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部的步骤，包括：
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行N次刻蚀，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的上部，所述N为大于等于2的整数；
在各次所述刻蚀的刻蚀环境中，分别提供氧气；
使得按照刻蚀先后顺序，使得各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递减；
使得各次所述刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递增，形成槽宽由上端至中间逐渐增大的隔离沟槽上部。
4.如权利要求3所述的CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，所述使得按照刻蚀先后顺序，使得各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递减的步骤中，使得所述基底层被刻蚀氧化生成的保护层逐渐减薄。
5.如权利要求2所述的CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，所述基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，所述M为大于等于2的整数，使得按照刻蚀先后顺序，各次刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，形成槽宽由中间向下端逐渐缩小的隔离沟槽下部，包括：
基于带有所述图案的硬质掩模层，进行M次刻蚀，以刻蚀去除未覆盖有所述硬质掩模层的基底层的下部，所述M为大于等于2的整数；
在各次所述刻蚀的刻蚀环境中，分别提供氧气；
使得按照刻蚀先后顺序，各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递增；
使得各次所述刻蚀过程中的刻蚀速率逐渐递减，形成槽宽由中间至下端逐渐缩小的隔离沟槽下部。
6.如权利要求3所述的CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，所述使得按照刻蚀先后顺序，各次所述刻蚀过程中的氧气含量逐渐递增的步骤中，使得所述基底层被刻蚀氧化生成的保护层逐渐增厚。
7.如权利要求1至6项中任一项所述的CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，各次所述刻蚀所需的刻蚀气体包括：氢溴酸气体。
8.如权利要求1至6项中任一项所述的CIS器件的隔离结构制作方法，其特征在于，各次所述刻蚀所需的刻蚀气体包括：六氟化硫气体。
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| CN102386122A (zh) * | 2011-11-02 | 2012-03-21 | 上海宏力半导体制造有限公司 | 采用硬掩膜形成隔离沟槽的方法 |
| US20160204143A1 (en) * | 2015-01-13 | 2016-07-14 | Yun Ki Lee | Image sensors and methods of forming the same |
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