CN1779922A - 一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法 - Google Patents

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Abstract

本发明有关一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法，首先进行防反层的刻蚀；接着，进行氧化膜的主刻蚀，且追加过刻蚀，保持高的氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比，使三种接触孔均停留在氮氧化硅形成的阻挡层上；然后，去除接触孔底部的反应生成物；再接着刻蚀氮氧化硅阻挡层及氮化硅层，使与栅极及源漏极连接的接触孔停止在金属硅化物层上，而与底部光电二极管相连接的接触孔停止在氧化膜层上；最后进一步刻蚀与光电二极管连接的接触孔下部的底部氧化膜层。通过上述方法，可以解决因接触孔欠刻蚀而引起的电路不通，或因过刻蚀而引起的器件漏电问题。

Description

一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法
技术领域
本发明涉及一种微电子制造工艺，尤其是一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法。
背景技术
在图像感应器的接触孔制造工艺中，包含3种类型的接触孔。接触孔是连接前道晶体管单元和后道金属配线的通道，既要连接晶体管的栅极，又要连接到源漏极(栅极和源漏极有一栅的高度差)，还要连接到光电二极管。如附图1所示，其为一般的图像感应器结构示意图，接触孔13连接到栅极，接触孔14连接到源漏极，接触孔15连接到光电二极管。上述三个接触孔13、14、15的刻蚀结果的好坏直接影响到晶体管的特性以及产品的良率。
对于上述接触孔的等离子刻蚀工艺中，要求接触孔13和14要停在金属硅化物11中，而接触孔15的底部是光电二极管，没有金属硅化物，要求对硅刻掉约300埃，所以平衡3种接触孔的刻蚀非常重要。而现有技术中对上述三种接触孔的刻蚀经常会产生如下问题，首先刻蚀不足，导致接触孔不通，导致open不良，其次，要求接触孔最终能停在栅极和有源区上的钴硅化物膜层中，(钴硅化物的剩余量要大于100埃)，而且在开发接触孔的刻蚀条件时，考虑到成膜机成长氧化膜厚变化以及硅片面内均匀性，还有刻蚀机刻蚀速率的变化以及硅片面内均匀性，通常会加一定的过刻蚀时间来防止刻蚀不足而造成电路不通。但是，当刻蚀过量时，接触孔把硅化物刻穿，或接触孔15对硅衬底刻蚀量过多，将会引起接触孔的电阻变大，甚至引起器件漏电。
如何解决上述问题，提供一种可以解决因接触孔欠刻蚀而引起的电路不通，或因过刻蚀而引起的器件漏电问题的刻蚀方法成为当前所要解决的一个重要问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法，其可以解决因接触孔欠刻蚀而引起的电路不通，或因过刻蚀而引起的器件漏电问题。
为完成以上技术问题，本发明采用以下技术方案，种图像感应器的接触孔的刻蚀方法，包括连接栅极的接触孔、连接源漏极的接触孔及连接底部光电二极管的接触孔，其上具有多层膜，包括由DARC-SION组成的防反层、氧化层、氮氧化硅组成的阻挡层，连接栅极及源漏极的接触孔处进一步包括金属硅化物层，而连接底部光电二极管的接触孔处具有氮化硅层及底层氧化膜层，其包括以下步骤：
第一步，防反层的刻蚀；
第二步，氧化膜的主刻蚀，且追加过刻蚀，保持高的氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比，使三种接触孔均停留在氮氧化硅形成的阻挡层上；
第三步，去除接触孔底部的反应生成物；
第四步，刻蚀氮氧化硅阻挡层及氮化硅层，保持高的氮氧化硅/氮化硅对氧化膜及金属硅化物的刻蚀速率选择比，使与栅极及源漏极连接的接触孔停止在金属硅化物层上，而与底部光电二极管相连接的接触孔停止在氧化膜层上；
第五步，进一步刻蚀与光电二极管连接的接触孔下部的底部氧化膜层，保持较高的硅及金属硅化物的刻蚀速率选择比。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：由于在第二步氧化膜主刻蚀时，由于氧化膜对氮氧化硅高刻蚀速率选择比，即使加一定量的过刻蚀，也能保证接触孔停在氮氧化硅上，在第四步氮氧化膜和氮化硅主刻蚀时，由于对金属硅化物高刻蚀速率选择比，保证接触孔不损伤金属硅化物，导致漏电，在第五步刻蚀时，接触孔刻掉最下层的氧化膜，与光电二极管相接，不损伤二极管硅衬底；而其他二种接触孔不损伤金属硅化物，导致漏电。
附图说明
图1为本发明图像感应器的接触孔的刻蚀方法刻蚀的图像感应器的一个实施例的结构示意图。
图2是本发明一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
请参阅图1及图2所示，本发明一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法，图像感应器上淀积有多层膜结构，光电二极管12上的栅极10及源漏极处均具有金属硅化物层11，其上具有三个接触孔，包括连接光电二极管12的接触孔15、连接栅极10的接触孔13及连接源漏极的接触孔14，在连接光电二极管12的接触孔15处淀积有一层底部氧化膜层8，底部氧化膜层8上具有氮化硅层7，上述氮化硅层7及底部氧化膜层8处于栅极10的一侧。然后是一层由氮氧化硅组成的刻蚀阻挡层6，上述刻蚀阻挡层6处于光电二极管12的整体上方。刻蚀阻挡层6上具有硼磷酸硅玻璃(BPSG)层5，其上是非掺杂氧化膜层4，接着一层是常压氧化膜层3，然后是一层由DRAC(抗反射介电履层，Dielectric Anti-reflect Coating)-SION组成的防反层2，最上层的光刻胶层1。
由于接触孔13、14、15的刻蚀需要从上到下依次刻多层不同的膜，所以针对不同材料的膜，需要采用不同的方法来刻蚀。请参阅图2所示，本发明的一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法，第一步进行顶层防反层2的刻蚀，如果不把这层膜刻干净(有氮氧化硅残留)，将会影响到下一步氧化膜的刻蚀，发生开接触孔中途停止。在本步刻蚀中的主要参数为上下部电极间距20mm，腔体压力60毫托，上部功率1000瓦，下部功率1000瓦，氩气200sccm，三氟甲烷20sccm，氧气15sccm，背部氦气压力中部15托，边缘5托。第二步进行氧化膜的主刻蚀，包括对常压氧化膜层3、非掺杂氧化膜层4和BPSG层5)。考虑到氧化膜淀积的膜厚变化和面内不均匀性，以及干法刻蚀速率变化和面内不均匀性，需要追加50％的过刻蚀，从而确保硅片面内每个接触孔都打开。要求通过该步刻蚀，使接触孔13、14、15均停在底部阻挡层6上，如果刻蚀不足，会导致开接触孔不良，如果不能停在氮氧化硅组成的阻挡层6上，会导致在下一步刻蚀时，把底下的硅化物(包括氮化硅层7及金属硅化物11)刻穿，产生漏电。所以要求该步刻蚀中，氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比要高(大于15)，在本步中的主要参数是八氟化五碳(C5F8)，配合相应氧气，反应产生碳氢(C-H)化合物，附着于各接触孔13、14、15的侧壁，保持接触孔的垂直刻蚀，得到高的刻蚀选择比。由于对氮氧化硅有低的刻蚀速率，即使增加刻蚀时间，也可以保证由氮氧化硅组成的阻挡层6不会被刻穿。氩气由于原子质量大，在下部电极的牵引下，垂直轰击硅片被刻蚀膜层，可以防止开接触孔不良。在本步中的主要参数为上下部电极间距20mm，腔体压力50毫托，上部功率2000瓦，下部功率1200瓦，八氟化五碳(C5F8)12sccm，氩气750sccm，氧气15sccm，背部氦气压力中部5托，边缘15托。第三步中将接触孔13、14、15底部反应生成物去除。由于在上一步刻蚀时(因为高选择比条件)产生大量反应生成物，需要用氧气灰化反应去除这些生成物。加入氩气稀释氧气比例，防止氧气浓度过高，会反应刻蚀掉一部分光刻胶层1(使接触孔13、14、15的顶部开口处光刻胶的形状变形)，导致在下一步刻蚀时接触孔被刻成喇叭口样。本步中的主要参数为：上下部电极间距20mm，腔体压力25毫托，上部功率500瓦，下部功率200瓦，氩气200sccm，氧气10sccm，背部氦气压力中部5托，边缘15托。第四步进行氮氧化硅组成的刻蚀阻挡层6的刻蚀。调整三氟甲烷和氧气的比例，加上氩气稀释，得到较高的氮氧化硅对氧化膜的刻蚀选择比的条件，去除氮氧化硅，使接触孔13、14、15停在下层硅化物(包括氮化硅层7及金属硅化物11)中。因为高的刻蚀速率选择比，不会伤及金属硅化物11，导致漏电。本步中的主要参数：上下部电极间距20mm，腔体压力40毫托，上部功率1000瓦，下部功率200瓦，氩气200sccm，三氟甲烷15sccm，氧气15sccm，背部氦气压力中部15托，边缘5托。最后进行与光电二极管12连接的接触孔15底部氧化膜层8的刻蚀。接触孔15刻掉底部氧化膜层8，与光电二极管12相连。由于对硅及金属硅化物刻蚀选择比高，不会形成损伤，导致漏电。本步中的主要参数为：上下部电极间距20mm，腔体压力50毫托，上部功率2000瓦，下部功率1200瓦，八氟化五碳(C5F8)12sccm，氩气750sccm，氧气15sccm，背部氦气压力中部5托，边缘15托。
综上所述，本发明完成了发明人的发明目的，在第二步氧化膜主刻蚀时，由于氧化膜对氮氧化硅高刻蚀速率选择比(大于15)，即使加50％过刻蚀，也能保证接触孔13、14、15均停在氮氧化硅上，且在第四步氮氧化膜和氮化硅主刻蚀时，由于对金属硅化物高刻蚀速率选择比，保证接触孔13、14不损伤金属硅化物11，导致漏电，另外在第五步刻蚀时，接触孔15刻掉最下层的氧化膜8，与光电二极管12相接，不损伤光电二极管12硅衬底；而其他二种接触孔13、14不损伤金属硅化物11，导致漏电。

Claims (9)

1.一种图像感应器的接触孔的刻蚀方法，包括连接栅极的接触孔、连接源漏极的接触孔及连接底部光电二极管的接触孔，其上具有多层膜，包括由DARC-SION组成的介质防反层、氧化层、氮氧化硅组成的阻挡层，连接栅极及源漏极的接触孔处进一步包括金属硅化物层，而连接底部光电二极管的接触孔处具有氮化硅层及底层氧化膜层，其包括以下步骤：
第一步，对于氮氧化硅组成的防反层的刻蚀；
第二步，氧化膜的主刻蚀，且追加过刻蚀，保持高的氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比，使三种接触孔均停留在氮氧化硅形成的阻挡层上；
第三步，去除接触孔底部的反应生成物；
第四步，刻蚀氮氧化硅阻挡层及氮化硅层，保持高的氮氧化硅/氮化硅对氧化膜及金属硅化物的刻蚀速率选择比，使与栅极及源漏极连接的接触孔停止在金属硅化物层上，而与底部光电二极管相连接的接触孔停止在氧化膜层上；
第五步，进一步刻蚀与光电二极管连接的接触孔下部的底部氧化膜层，保持较高的硅及金属硅化物的刻蚀速率选择比。
2.如权利要求1所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：所述第二步中氧化膜对氮氧化硅的刻蚀速率选择比高于15。
3.如权利要求1或2所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：所述第二步中追加50％的过刻蚀。
4.如权利要求1或2所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：第二步刻蚀的主要参数是八氟化五碳，配合相应氧气，反应产生碳氢化合物，附着于接触孔的侧壁，保持接触孔的垂直刻蚀，得到高的刻蚀选择比。
5.如权利要求1所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：所述氧化膜包括常压氧化膜层、非掺杂氧化膜层及硼磷酸硅玻璃层。
6.如权利要求1或5所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：所述第二步中对氧化膜的主刻蚀选用干法刻蚀。
7.如权利要求1所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：所述第三步中对接触孔底部反应生成物的去除用氧气灰化反应去除，并加入氩气作为稀释气体。
8.如权利要求1所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：所述第四步对氮氧化硅及氮化硅的刻蚀中，使用三氟甲烷及氧气刻蚀。
9.如权利要求8所述的图像感应器接触孔的刻蚀方法，其特征在于：所述第四步对氮氧化硅及氮化硅的刻蚀中，加入氩气为稀释气体。
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