CN116435320A - 图像传感器的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图像传感器的制作方法，包括：提供衬底，刻蚀衬底形成若干深沟槽；形成底部抗反射涂层，底部抗反射涂层从深沟槽的底部填充预设深度的深沟槽；湿法刻蚀衬底的第一表面以及深沟槽顶部的底部抗反射涂层暴露出的侧壁表面；去除底部抗反射涂层。本发明在刻蚀形成深沟槽之后，采用底部抗反射涂层从深沟槽的底部填充预设深度的深沟槽，底部抗反射涂层保护了深沟槽预设深度范围内(顶部以下)的衬底，使该范围内的深沟槽的侧壁衬底不被湿法刻蚀，该范围内衬底不减少，从而保住了满阱容量，亦即使满阱容量不减少。湿法刻蚀去除了衬底在刻蚀形成深沟槽过程造成的等离子体损伤区域，从而降低了图像传感器的白噪声，提高了产品性能。
Description
技术领域
本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种图像传感器的制作方法。
背景技术
图像传感器是将光信号转化为电信号的半导体器件，图像传感器具有光电转换元件。CMOS图像传感器具有工艺简单、易与其他器件集成、体积小、重量轻、功耗小、成本低等优点。目前CMOS图像传感器已经广泛应用于静态数码相机、照相手机、数码摄像机、医疗用摄像装置、车用摄像装置等。CMOS图像传感器分为前照式图像传感器(FSI)和背照式图像传感器(BSI)。BSI由于金属层等多层位于进光方向的背面，能有效防止进光造成的串扰，提供入射光通量，目前已广泛应用于中高像素图像传感器领域。
在制作背照式图像传感器的过程中，在像素区阵列排布的像素单元需要通过深沟槽隔离结构(DTI)进行物理隔离和电学隔离。深沟槽隔离结构包括刻蚀衬底形成的深沟槽以及在深沟槽中填充的隔离材料。干法刻蚀衬底形成深沟槽的工艺中，干法刻蚀过程中的等离子体轰击衬底表面和深沟槽表面，衬底位于深沟槽靠近顶部的侧壁部分被轰击损伤尤为严重。衬底等离子损伤增大了图像传感器的白噪声，降低了产品性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种图像传感器的制作方法，在刻蚀形成深沟槽之后，采用底部抗反射涂层填充预设深度的深沟槽，使该范围内的深沟槽的侧壁衬底不被湿法刻蚀，使满阱容量不减少。而且，湿法刻蚀去除了衬底在刻蚀形成深沟槽过程造成的等离子体损伤区域，从而降低了图像传感器的白噪声，提高了产品性能。
本发明提供一种图像传感器的制作方法，包括：
提供衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，自所述第一表面向所述第二表面刻蚀所述衬底形成若干深沟槽，相邻的所述深沟槽之间的所述衬底中设置有像素单元；
形成底部抗反射涂层，所述底部抗反射涂层从所述深沟槽的底部填充预设深度的所述深沟槽；所述预设深度小于所述深沟槽的深度；
湿法刻蚀所述衬底的第一表面以及所述深沟槽顶部的所述底部抗反射涂层暴露出的侧壁表面，以去除所述衬底在刻蚀形成所述深沟槽过程造成的等离子体损伤区域；
去除所述底部抗反射涂层。
进一步的，所述预设深度为所述深沟槽的深度的50％～90％。
进一步的，形成所述底部抗反射涂层具体包括：形成底部抗反射涂层材料层，所述底部抗反射涂层材料层填充所述深沟槽并覆盖所述衬底的第一表面；回刻蚀所述底部抗反射涂层材料层，刻蚀去除位于所述衬底的第一表面以及所述深沟槽顶部的所述底部抗反射涂层材料层；剩余的所述底部抗反射涂层材料层作为所述底部抗反射涂层。
进一步的，湿法刻蚀过程中使用的刻蚀剂为TMAH溶液。
进一步的，所述TMAH溶液为四甲基氢氧化铵晶体与水配成质量分数为20％～45％的溶液，湿法刻蚀温度范围为50℃～90℃。
进一步的，湿法刻蚀过程中使用的刻蚀剂为硝酸溶液，或者双氧水与氢氟酸溶液的混合溶液。
进一步的，采用CF4气体，或者CL2和O2的混合气体刻蚀去除所述底部抗反射涂层。
进一步的，湿法刻蚀后的所述深沟槽的顶部侧壁为斜坡状或弧形状。
进一步的，去除所述底部抗反射涂层之后，还包括：形成隔离材料，所述隔离材料填充所述深沟槽；所述隔离材料包括二氧化硅或多晶硅。
进一步的，俯视方向看，所述深沟槽呈网格形，所述像素单元位于网格内的所述衬底中。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种图像传感器的制作方法，包括：提供衬底，刻蚀衬底形成若干深沟槽；形成底部抗反射涂层，底部抗反射涂层从深沟槽的底部填充预设深度的深沟槽；湿法刻蚀衬底的第一表面以及深沟槽顶部的底部抗反射涂层暴露出的侧壁表面；去除底部抗反射涂层。本发明在刻蚀形成深沟槽之后，采用底部抗反射涂层从深沟槽的底部填充预设深度的深沟槽，底部抗反射涂层保护了深沟槽预设深度范围内(顶部以下)的衬底，使该范围内的深沟槽的侧壁衬底不被湿法刻蚀，该范围内衬底不减少，从而保住了满阱容量，亦即使满阱容量不减少。湿法刻蚀去除了衬底在刻蚀形成深沟槽过程造成的等离子体损伤区域，从而降低了图像传感器的白噪声，提高了产品性能。
附图说明
图1为本发明实施例的图像传感器的制作方法流程示意图。
图2为本发明实施例的图像传感器的制作方法中形成深沟槽后的示意图。
图3为本发明实施例的图像传感器的制作方法中形成底部抗反射涂层材料层后的示意图。
图4为本发明实施例的图像传感器的制作方法中回刻蚀底部抗反射涂层材料层后的示意图。
图5为本发明实施例的图像传感器的制作方法中湿法刻蚀衬底的第一表面以及深沟槽顶部的侧壁表面后的示意图。
图6为本发明实施例的图像传感器的制作方法中去除底部抗反射涂层后的示意图。
图7为本发明实施例的图像传感器的制作方法中形成金属栅格后的示意图。
其中，附图标记如下：
10-衬底；f1-第一表面；f2-第二表面；V-深沟槽；P-像素单元；11-底部抗反射涂层材料层；111-底部抗反射涂层；K-开口；D-深沟槽顶部侧壁；12-隔离材料；13-氧化层；14-金属栅格。
具体实施方式
如背景技术所述，干法刻蚀衬底形成深沟槽的工艺中，衬底等离子损伤增大了图像传感器的白噪声，降低了产品性能。因此，如何减小深沟槽刻蚀引入的等离子损伤变得尤为重要。
发明人尝试降低深沟槽刻蚀的功率，然而低功率刻蚀需要消耗更厚的光阻，厚光阻会减小光阻曝光的工艺窗口，使得深沟槽关键尺寸变大；而且低功率刻蚀还会增加每片晶圆的刻蚀时间，降低生产效率。发明人又尝试使深沟槽远离光电二极管，这又限制了单个像素的面积。发明人还尝试在干法刻蚀形成深沟槽后，采用四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液湿法刻蚀深沟槽整个深度范围内的衬底侧壁，来去除深沟槽被等离子损伤的部分，然而该过程整个深度范围内的深沟槽衬底侧壁表面全被湿法刻蚀，深沟槽衬底侧壁等离子体损伤区域被湿法刻蚀去除，降低了图像传感器的白噪声。但是湿法刻蚀要消耗衬底，亦即减少了深沟槽周侧的衬底，深沟槽宽度变宽，衬底减少导致降低了图像传感器的满阱容量(FullWell Capacity,FWC)。尝试的上述三种方法均不理想，减小深沟槽刻蚀引入的等离子损伤的同时，分别又带来了新的问题。
基于上述深入研究分析，本发明提供一种图像传感器的制作方法。以下结合附图和具体实施例对本发明进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
为了便于描述，本申请一些实施例可以使用诸如“在…上方”、“在…之下”、“顶部”、“下方”等空间相对术语，以描述如实施例各附图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件之间的关系。应当理解的是，除了附图中描述的方位之外，空间相对术语还旨在包括装置在使用或操作中的不同方位。例如若附图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或部件“下方”或“之下”的元件或部件，随后将被定位为在其它元件或部件“上方”或“之上”。下文中的术语“第一”、“第二”、等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。
本发明实施例提供了一种图像传感器的制作方法，如图1所示，包括：
步骤S1、提供衬底，衬底具有相对的第一表面和第二表面，自第一表面向第二表面刻蚀衬底形成若干深沟槽，相邻的深沟槽之间的衬底中设置有像素单元；
步骤S2、形成底部抗反射涂层，底部抗反射涂层从深沟槽的底部填充预设深度的深沟槽；预设深度小于深沟槽的深度；
步骤S3、湿法刻蚀衬底的第一表面以及深沟槽顶部的底部抗反射涂层暴露出的侧壁表面，以去除衬底在刻蚀形成深沟槽过程造成的等离子体损伤区域；
步骤S4、去除底部抗反射涂层。
下面结合图2至图7详细介绍本发明实施例的图像传感器的制作方法的各步骤。
步骤S1、如图2所示，提供衬底10，衬底10具有相对的第一表面f1和第二表面f2，自第一表面f1向第二表面f2刻蚀衬底10形成若干深沟槽V，相邻的深沟槽V之间的衬底10中设置有像素单元P。形成深沟槽V采用干法刻蚀或者干法结合湿法工艺刻蚀形成。干法刻蚀过程中的等离子体轰击衬底10第一表面f1和深沟槽V表面，衬底10位于深沟槽V顶部的侧壁部分被轰击损伤尤为严重。衬底10等离子损伤增大了图像传感器的白噪声，降低了产品性能。像素单元P包括至少一个光电二极管，用于接收光照，并把光信号转化为电信号。衬底10可为后续工艺提供操作平台，其可以是本领域技术人员熟知的任何用以承载半导体集成电路组成元件的底材，可以是裸片，也可以是经过外延生长工艺处理后的晶圆。衬底10包括绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)基底、体硅(bulk silicon)基底、锗基底、锗硅基底、磷化铟(InP)基底、砷化镓(GaAs)基底或者绝缘体上锗基底等。图像传感器例如为背照式图像传感器，则光线由衬底的背面方向入射。
步骤S2、如图3和图4所示，形成底部抗反射涂层(BARC)111，底部抗反射涂层111从深沟槽V的底部填充预设深度m的深沟槽V；预设深度m小于深沟槽的深度n。示例性的，预设深度m为深沟槽的深度n的50％～90％。底部抗反射涂层(BARC)111为一种高度交联的有机聚合物。形成底部抗反射涂层111具体包括：形成底部抗反射涂层材料层11，底部抗反射涂层材料层11填充深沟槽V并覆盖衬底10的第一表面f1；回刻蚀底部抗反射涂层材料层11，刻蚀去除位于衬底10的第一表面f1以及深沟槽V顶部的底部抗反射涂层材料层11。剩余预设深度m的底部抗反射涂层材料层11作为底部抗反射涂层(BARC)111。
步骤S3、如图5所示，湿法刻蚀衬底10的第一表面f1以及深沟槽V顶部的底部抗反射涂层111暴露出的侧壁表面，以去除衬底10在刻蚀形成深沟槽V过程造成的等离子体损伤区域，从而降低了图像传感器的白噪声。示例性的，湿法刻蚀后的深沟槽顶部侧壁D为斜坡状或弧形状。
在一示例中，湿法刻蚀过程中使用的刻蚀剂为四甲基氢氧化铵(TMAH)溶液，TMAH为具有优良刻蚀性能的各向异性刻蚀液，选择性好、低毒性、低污染，与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容。TMAH水溶液具有较高的腐蚀速率、便于操作，将衬底10暴露在TMAH溶液中进行湿法刻蚀。TMAH刻蚀可采用先进过程控制对工艺进行控制。TMAH湿法刻蚀速率及粗糙度与溶液的浓度、温度有关。TMAH溶液为四甲基氢氧化铵晶体与水配成质量分数为20％～45％的溶液，温度范围为50℃～90℃，温度越高，湿法刻蚀速率越快。TMAH溶液对底部抗反射涂层(BARC)111基本不腐蚀或腐蚀很少。底部抗反射涂层(BARC)111保护了深沟槽V预设深度m范围内(顶部以下)的衬底10，使预设深度m范围内的深沟槽V的侧壁衬底不被湿法刻蚀，该预设深度m范围内衬底10的面积和体积不减少，从而保住了满阱容量。
满阱容量简单来说就是一个像素承载由光子转换为电子的数量；承载的电子数量越多，图像传感器的动态范围越大。当噪声一定时，满阱越大，接受的电子数越多，电讯号越强，信噪比越高，图像质量越好。提升满阱容量的方法有：增大单个像素的面积、增加总像素数、提升单位面积内的感光效率。互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器的满阱容量代表可存储在光电二极管势阱内的最大电荷量，是衡量CMOS图像传感器感光能力的重要指标。
在另一示例中，湿法刻蚀过程中使用的刻蚀剂可为硝酸溶液，或者双氧水与氢氟酸溶液的混合溶液。
步骤S4、如图6所示，去除底部抗反射涂层111。在一示例中，可用CF4气体刻蚀去除底部抗反射涂层111。在另一示例中，可用CL2和O2刻蚀去除底部抗反射涂层111。
如图7所示，后续工艺可在深沟槽V中填充隔离材料12形成深沟槽隔离结构(DTI)，隔离材料12包括但不限于二氧化硅或多晶硅，用于保证各个像素单元P之间的电隔离。在衬底10上还可形成金属栅格14。金属栅格14和衬底10之间还设置有氧化层13。氧化层13用于将衬底10与金属栅格14隔离开，以保护衬底10。其中，氧化层13的材质包括二氧化硅，易于实现衬底10和金属栅格14之间的连接。衬底10和氧化层13均具有平坦化表面，且金属栅格14设置于氧化层13的平坦化表面上。金属栅格14具有不透光性，以起到阻挡光线，避免光线串扰的目的。金属栅格14的材质包括但不限于为金属铝、金属铜或金属钨等。
金属栅格14上具有多个开口K。其中，每个开口K暴露出至少一个像素单元P，以使光线入射至像素单元P中。换言之，一个开口K与一个像素单元P相对应，或者与两个及以上像素单元P相对应。本实施例所指的相对应，是指开口K暴露出像素单元P部分或全部的感光面，以使光线能够进入至像素单元P中，以保证像素单元P的正常作业，同时金属栅格14能够起到防止光线串扰的目的，从而提高成像效果。本实施例中的开口K的尺寸可以都是相同的，也可以部分相同，部分不同，以满足不同的像素单元P的需要，对此本实施例不做具体限定。同时，多个开口K的排布方式包括但不限于为阵列式排布、线性排布和环形排布。在后续的工艺中会在开口中设置滤光镜(未图示)，以及形成金属互连结构等器件，本实施例在此不做赘述。
综上所述，本发明提供一种图像传感器的制作方法，包括：提供衬底，刻蚀衬底形成若干深沟槽；形成底部抗反射涂层，底部抗反射涂层从深沟槽的底部填充预设深度的深沟槽；湿法刻蚀衬底的第一表面以及深沟槽顶部的底部抗反射涂层暴露出的侧壁表面；去除底部抗反射涂层。本发明在刻蚀形成深沟槽之后，采用底部抗反射涂层从深沟槽的底部填充预设深度的深沟槽，底部抗反射涂层保护了深沟槽预设深度范围内(顶部以下)的衬底，使该范围内的深沟槽的侧壁衬底不被湿法刻蚀，该范围内衬底不减少，从而保住了满阱容量，亦即使满阱容量不减少。湿法刻蚀去除了衬底在刻蚀形成深沟槽过程造成的等离子体损伤区域，从而降低了图像传感器的白噪声，提高了产品性能。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的方法而言，由于与实施例公开的器件相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明权利范围的任何限定，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种图像传感器的制作方法，其特征在于，包括：
提供衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，自所述第一表面向所述第二表面刻蚀所述衬底形成若干深沟槽，相邻的所述深沟槽之间的所述衬底中设置有像素单元；
形成底部抗反射涂层，所述底部抗反射涂层从所述深沟槽的底部填充预设深度的所述深沟槽；所述预设深度小于所述深沟槽的深度；
湿法刻蚀所述衬底的第一表面以及所述深沟槽顶部的所述底部抗反射涂层暴露出的侧壁表面，以去除所述衬底在刻蚀形成所述深沟槽过程造成的等离子体损伤区域；
去除所述底部抗反射涂层。
2.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述预设深度为所述深沟槽的深度的50％～90％。
3.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，形成所述底部抗反射涂层具体包括：
形成底部抗反射涂层材料层，所述底部抗反射涂层材料层填充所述深沟槽并覆盖所述衬底的第一表面；
回刻蚀所述底部抗反射涂层材料层，刻蚀去除位于所述衬底的第一表面以及所述深沟槽顶部的所述底部抗反射涂层材料层；剩余的所述底部抗反射涂层材料层作为所述底部抗反射涂层。
4.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，湿法刻蚀过程中使用的刻蚀剂为TMAH溶液。
5.如权利要求4所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，所述TMAH溶液为四甲基氢氧化铵晶体与水配成质量分数为20％～45％的溶液，湿法刻蚀温度范围为50℃～90℃。
6.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，湿法刻蚀过程中使用的刻蚀剂为硝酸溶液，或者双氧水与氢氟酸溶液的混合溶液。
7.如权利要求1所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，采用CF4气体，或者CL2和O2的混合气体刻蚀去除所述底部抗反射涂层。
8.如权利要求1至7任意一项所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，湿法刻蚀后的所述深沟槽的顶部侧壁为斜坡状或弧形状。
9.如权利要求1至7任意一项所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，去除所述底部抗反射涂层之后，还包括：
形成隔离材料，所述隔离材料填充所述深沟槽；所述隔离材料包括二氧化硅或多晶硅。
10.如权利要求1至7任意一项所述的图像传感器的制作方法，其特征在于，俯视方向看，所述深沟槽呈网格形，所述像素单元位于网格内的所述衬底中。
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