CN117276297A - 悬梁结构的形成方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种悬梁结构的形成方法，包括：提供一衬底，衬底上形成有硬掩模层，衬底和硬掩模层中形成有沟槽，沟槽的深度和宽度的比值大于6，沟槽具有上部和下部，上部的宽度小于下部的宽度；在沟槽上部的周侧形成线性氧化层；在沟槽下部的周侧形成外延层；去除线形氧化层；在沟槽中填充外延层，外延层封闭沟槽上部和硬掩模层之间的区域，沟槽下部的外延层中具有空洞。本申请通过先在沟槽上部的周侧形成线性氧化层，再在沟槽下部形成外延层，去除线性氧化层后再在沟槽中进行外延层填充，由于沟槽下部先形成有外延层，因此减小了沟槽上部和下部的宽度差距，避免了由于沟槽上部和下部宽度差距较大所导致的提前封口的问题。
Description
技术领域
本申请涉及半导体集成电路制造技术领域，具体涉及一种悬梁结构的形成方法。
背景技术
图像传感器中，互补金属氧化物半导体图像传感器(complementary metal oxidesemiconductor contact image sensor，CIS)是采用CMOS器件制作的图像传感器，由于其具有集成度高、供电电压低和技术门槛低等优势，广泛应用于摄影摄像、安防系统、智能便携电话以及医疗电子等领域。
CIS的感光度与像素区(pixel)的尺寸大小强相关，传统的光电二极管(photodiode，PD)是通过光刻工艺和离子注入工艺形成，会受到光阻的深宽比以及离子注入的深度和浓度的限制。为了在小尺寸的像素上提高感光度，可纵向拓展PD的空间，以避开光阻深宽比的限制，鉴于此，相关技术中提出了在CIS中形成悬梁(super cap)结构，即在形成深层的PD后，再形成表面的器件结构，可避开离子注入和光刻的工艺极限。
然而，在悬梁结构的形成过程中，需要在具有特殊结构的高深宽比的沟槽中进行掺杂的外延层填充，会有较高的几率使深沟槽的开口被提前封口，掺杂的外延层不能填充在整个深沟槽的表面，从而降低了器件的可靠性和良率。
发明内容
本申请提供了一种悬梁结构的形成方法，可以解决相关技术中提供的悬梁结构的形成方法容易使沟槽的开口被提前封口的问题，该方法包括：
提供一衬底，衬底上形成有硬掩模层，衬底和硬掩模层中形成有沟槽，沟槽的深度和宽度的比值大于6，沟槽具有上部和下部，上部的宽度小于下部的宽度；
在所述沟槽上部的周侧形成线性氧化层；
在所述沟槽下部的周侧形成外延层；
去除所述线形氧化层；
在所述沟槽中填充外延层，所述外延层封闭所述沟槽上部和所述硬掩模层之间的区域，所述沟槽下部的外延层中具有空洞。
在一些实施例中，所述在所述沟槽中填充外延层，包括：
进行第一填充，使所述外延层覆盖所述沟槽上部的周侧；
进行第二填充，使所述外延层封闭所述沟槽上部。
在一些实施例中，所述进行第一填充，包括：
通过多次循环生长工艺进行填充，直至填充的外延层满足填充要求，进行第一填充后，进行氢气烘烤对外延层的形貌进行修复。
在一些实施例中，在进行所述循环生长工艺的过程中，通入包含氯化氢的反应气体进行刻蚀，通入包含DCS和氯化氢的反应气体进行沉积。
在一些实施例中，在进行所述循环生长工艺的过程中，气压为1托至20托。
在一些实施例中，在进行所述循环生长工艺的过程中，温度为700摄氏度至1000摄氏度。
在一些实施例中，所述进行第二填充，包括：
通过选择性生长工艺进行填充，直至填充的外延层满足填充要求。
在一些实施例中，在选择性生长工艺的过程中，通过提高生长速率进行填充。
在一些实施例中，在选择性生长工艺的过程中，气压为1托至20托。
在一些实施例中，在进行所述循环生长工艺的过程中，温度为700摄氏度至1000摄氏度。
本申请技术方案，至少包括如下优点：
通过在悬梁结构的制作过程中，先在沟槽上部的周侧形成线性氧化层，再在沟槽下部形成外延层，去除线性氧化层后再在沟槽中进行外延层填充，由于沟槽下部先形成有外延层，因此减小了沟槽上部和下部的宽度差距，避免了由于沟槽上部和下部宽度差距较大所导致的提前封口的问题，在一定程度上提高了器件产品的可靠性和良率。
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是本申请一个示例性实施例提供的悬梁结构的形成方法的流程图；
图2至图7是本申请一个示例性实施例提供的悬梁结构的形成示意剖视图。
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。
参考图1，其示出了本申请一个示例性实施例提供的，该方法可应用于CIS的制造工艺中，如图1所示，该方法包括：
步骤S1，提供一衬底，衬底上形成有硬掩模层，衬底和硬掩模层中形成有沟槽，沟槽的深度和宽度的比值大于6，沟槽具有上部和下部，上部的宽度小于下部的宽度。
其中，沟槽的深度和宽度的比值指的是沟槽的深度和沟槽上部的宽度的比值。参考图2，其示出了在沟槽上部的周侧形成线性氧化(linear oxide)层之前的剖面示意图。示例性的，如图2所示，衬底210上形成有硬掩模(hard mask，HM)层220，衬底210和硬掩模层220中形成有沟槽300，沟槽300具有上部301和下部302，沟槽300上部301的宽度W1小于沟槽300下部302的宽度W2。其中，硬掩模层220包括氮化硅(Si3N4)层。
步骤S2，在沟槽上部的周侧形成线性氧化层。
参考图3，其示出了在沟槽上部的周侧形成线性氧化层后的剖面示意图。示例性的，如图3所示，沟槽300上部的周侧，衬底210的表面形成有线性氧化层230。
步骤S3，在沟槽下部的周侧形成外延层。
参考图4，其示出了在沟槽下部的周侧形成外延层后的剖面示意图。示例性的，如图4所示，可通过外延生长工艺在沟槽300下部302的周侧形成外延层240。可选的，在沟槽下部的周侧形成外延层，可进行氢气(H2)烘烤对外延层240的形貌进行修复。
步骤S4，去除线形氧化层。
参考图5，其示出了去除线性氧化层后的剖面示意图。示例性的，如图5所示，可通过湿法刻蚀工艺去除线性氧化层230，去除线性氧化层230后，沟槽300上部301和下部302之间的宽度差距变小。
步骤S5，在沟槽中填充外延层，外延层封闭沟槽上部和硬掩模层之间的区域，沟槽下部的外延层中具有空洞。
示例性的，步骤S5包括但不限于：进行第一填充，使外延层覆盖沟槽上部的周侧；进行第二填充，使外延层封闭沟槽上部。
参考图6，其示出了进行第一填充后的剖面示意图。示例性的，如图6所示，可通过多次循环生长工艺进行填充，直至填充的外延层240满足填充要求(即使外延层240覆盖沟槽300上部301的周侧)，进行第一填充后，可进行氢气烘烤对外延层的形貌进行修复。其中，在进行循环生长工艺的过程中，通入包含氯化氢(HCl)的反应气体进行刻蚀，通入包含二氯甲硅烷((SiH2Cl2，DCS)和氯化氢的反应气体进行沉积；可选的，在进行循环生长工艺的过程中，气压为1托(torr)至20托；可选的，，在进行循环生长工艺的过程中，温度为700摄氏度(℃)至1000摄氏度。
参考图7，其示出了进行第二填充后的剖面示意图。示例性的，如图7所示，通过选择性生长工艺进行填充，直至填充的外延层240满足填充要求(即使外延层240封闭沟槽300上部301)。其中，在选择性生长工艺的过程中，可通过提高生长速率进行填充；可选的，在选择性生长工艺的过程中，气压为1托至20托；可选的，在进行循环生长工艺的过程中，温度为700摄氏度至1000摄氏度。
综上所述，本申请实施例中，通过在悬梁结构的制作过程中，先在沟槽上部的周侧形成线性氧化层，再在沟槽下部形成外延层，去除线性氧化层后再在沟槽中进行外延层填充，由于沟槽下部先形成有外延层，因此减小了沟槽上部和下部的宽度差距，避免了由于沟槽上部和下部宽度差距较大所导致的提前封口的问题，在一定程度上提高了器件产品的可靠性和良率。
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 (10)
1.一种悬梁结构的形成方法，其特征在于，所述方法应用于CIS的制作工艺中，所述方法包括：
提供一衬底，衬底上形成有硬掩模层，衬底和硬掩模层中形成有沟槽，沟槽的深度和宽度的比值大于6，沟槽具有上部和下部，上部的宽度小于下部的宽度；
在所述沟槽上部的周侧形成线性氧化层；
在所述沟槽下部的周侧形成外延层；
去除所述线形氧化层；
在所述沟槽中填充外延层，所述外延层封闭所述沟槽上部和所述硬掩模层之间的区域，所述沟槽下部的外延层中具有空洞。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述沟槽中填充外延层，包括：
进行第一填充，使所述外延层覆盖所述沟槽上部的周侧；
进行第二填充，使所述外延层封闭所述沟槽上部。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进行第一填充，包括：
通过多次循环生长工艺进行填充，直至填充的外延层满足填充要求，进行第一填充后，进行氢气烘烤对外延层的形貌进行修复。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在进行所述循环生长工艺的过程中，通入包含氯化氢的反应气体进行刻蚀，通入包含DCS和氯化氢的反应气体进行沉积。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在进行所述循环生长工艺的过程中，气压为1托至20托。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在进行所述循环生长工艺的过程中，温度为700摄氏度至1000摄氏度。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述进行第二填充，包括：
通过选择性生长工艺进行填充，直至填充的外延层满足填充要求。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在选择性生长工艺的过程中，通过提高生长速率进行填充。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在选择性生长工艺的过程中，气压为1托至20托。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在进行所述循环生长工艺的过程中，温度为700摄氏度至1000摄氏度。
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