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1、(10)申请公布号 CN 103996685 A (43)申请公布日 2014.08.20 CN 103996685 A (21)申请号 201410254080.3 (22)申请日 2014.06.09 H01L 27/146(2006.01) (71)申请人 上海华力微电子有限公司 地址 201203 上海市浦东新区张江开发区高 斯路 568 号 (72)发明人 范晓 陈昊瑜 (74)专利代理机构 上海思微知识产权代理事务 所 ( 普通合伙 ) 31237 代理人 王宏婧 (54) 发明名称 生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法 (57) 摘要 一种生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法。
2、， 包 括 ： 在逻辑区上形成栅极多晶硅及多晶硅侧墙之 后， 在逻辑区以及形成光电二极管的像素区上沉 积一层反光膜刻蚀截止层， 反光膜刻蚀截止层包 括氧化物层上方的氮化物层 ； 刻蚀掉光电二极管 上方的反光膜刻蚀截止层 ； 沉积包括下层氧化物 层和上层氮化物层的反光膜 ； 将逻辑区及像素区 中除了光电二极管上方之外的区域的反光膜刻蚀 掉 ； 将逻辑区中将要形成硅化物的区域上的反光 膜刻蚀截止层刻蚀掉， 随后在去除了反光膜刻蚀 截止层的区域表面生长硅化物 ； 在逻辑区和像素 区中沉积接触孔刻蚀截止层 ； 在逻辑区和像素区 中进行层间电介质沉积， 并对沉积的层间电介质 进行化学机械抛光平坦化处理以。
3、形成层间电介质 层。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 5 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图5页 (10)申请公布号 CN 103996685 A CN 103996685 A 1/1 页 2 1. 一种生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法， 其特征在于包括 ： 第一步骤， 用于在晶圆的逻辑区上形成栅极多晶硅及多晶硅侧墙之后， 在逻辑区以及 形成光电二极管的像素区上沉积一层反光膜刻蚀截止层， 其中反光膜刻蚀截止层包括氧化 物层以及处于氧化物层上方的氮化物层 ； 第二步骤， 用于刻蚀掉像素区中光电二。
4、极管上方的反光膜刻蚀截止层， 而且像素区中 除了光电二极管上方之外的区域的反光膜刻蚀截止层被保留 ； 第三步骤， 用于沉积反光膜， 反光膜包括下层氧化物层和上层氮化物层 ； 第四步骤， 用于将逻辑区以及像素区中除了光电二极管上方之外的区域的反光膜刻蚀 掉 ； 第五步骤， 用于将逻辑区中将要形成硅化物的区域上的反光膜刻蚀截止层刻蚀掉， 随 后在去除了反光膜刻蚀截止层的区域表面生长硅化物 ； 第六步骤， 用于在逻辑区和像素区中均沉积接触孔刻蚀截止层 ； 第七步骤， 用于在逻辑区和像素区中均进行层间电介质沉积， 并对沉积的层间电介质 进行化学机械抛光平坦化处理以形成表面平整的层间电介质层。 2. 根。
5、据权利要求 1 所述的生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法， 其特征在于还包括 ： 第 八步骤， 用于在逻辑区和像素区中刻蚀接触孔。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法， 其特征在于， 氧化 物层的厚度为 13nm， 氮化物层的厚度为 27nm ； 氧化物层的材料为氧化硅， 氮化物层的材料 为氮化硅。 4. 根据权利要求 1 或 2 所述的生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法， 其特征在于， 在第 二步骤中利用干法刻蚀来刻蚀掉像素区中光电二极管上方的反光膜刻蚀截止层。 5. 根据权利要求 1 或 2 所述的生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法， 。
6、其特征在于， 下层 氧化物层的厚度为 100nm， 上层氮化物层的厚度为 50nm 厚 ； 下层氧化物层的材料为氧化硅， 上层氮化物层的材料为氮化硅。 6. 根据权利要求 1 或 2 所述的生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法， 其特征在于， 第四 步骤中利用各向同性干法刻蚀将逻辑区以及像素区中除了光电二极管上方之外的区域的 反光膜刻蚀掉。 7. 根据权利要求 1 或 2 所述的生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法， 其特征在于， 接触 孔刻蚀截止层的厚度为 50nm， 而且接触孔刻蚀截止层的材料为氮化物。 权 利 要 求 书 CN 103996685 A 2 1/4 页 3 生长 CMO。
7、S 图像传感器反光膜的方法 技术领域 0001 本发明涉及半导体制造领域， 更具体地说， 本发明涉及一种生长 CMOS 图像传感器 反光膜的方法。 背景技术 0002 CMOS 图像传感器 (CIS) 的感光元件为光电二极管 (PD)， 而在 PD 中至关重要的结 构是空间电荷区， 空间电荷区内部形成的电场能够把光生电子 - 空穴对分离开来， 让感光 元件收集携带有入射光线信息的电子信号。 因此， 空间电荷区越宽越深， 对光线的收集就越 充分。 0003 但是， 波长较长的红光在硅中的穿透深度比较深， 现有的离子注入条件不能形成 足够深的空间电荷区来充分收集波长较长的光生电子。如果利用不同折射。
8、率的材料， 通过 调节其膜厚形成反光膜， 使穿透空间电荷区的光线经反光膜反射， 再一次回到空间电荷区， 就能够达到对长波的充分吸收。对于背照式 CIS， 反光膜需要集成在整个前段工艺中， 紧邻 PD 有源区。而新加的膜层既要满足光电二极管反射光线的要求， 又要避免对逻辑区的器件 性能产生影响， 无疑给工艺集成带来了挑战。 0004 具体地， 反光膜的生长在多晶硅及其侧墙形成之后， 层间电介质 (ILD) 沉积之前。 反光膜为两层， 其中下层为的氧化物 ( 例如氧化硅 )， 上层为的氮化硅 (SIN)。反光膜沉积 在硅片上之后利用光刻胶作为掩蔽， 遮挡住像素区的光电二极管， 把其它区域的反光膜去。
9、 除干净， 去除工艺为干法刻蚀。由于逻辑区多晶硅层的间隙很小， 反光膜不能完全填充， 多 晶硅间隙里会形成一些空洞(Void)， 如图1所示。 那么有空洞存在的地方， 在反光膜刻蚀过 程中， 刻蚀剂就会先到达底部有源区(AA)。 当光刻胶打开区域的反光膜被刻蚀干净时， 有空 洞存在地方的底部有源区就会形成损伤 ； 另外较厚的反光膜也会在多晶硅侧面形成多余的 侧墙 (Spacer)， 如图 2 所示。 发明内容 0005 本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷， 提供一种生长 CMOS 图像传感器反光膜的集成工艺， 该工艺能够避免在反光膜刻蚀过程中底部有源区的损伤以 及多余侧墙的形。
10、成 ； 在光电二极管有源区集成的反光膜能够提高光电二极管对光线的吸 收。 0006 为了实现上述技术目的， 根据本发明， 提供了一种生长 CMOS 图像传感器反光膜的 方法， 其包括 ： 第一步骤， 用于在晶圆的逻辑区上形成栅极多晶硅及多晶硅侧墙之后， 在逻 辑区以及形成光电二极管的像素区上沉积一层反光膜刻蚀截止层， 其中反光膜刻蚀截止层 包括氧化物层以及处于氧化物层上方的氮化物层 ； 第二步骤， 用于刻蚀掉像素区中光电二 极管上方的反光膜刻蚀截止层， 而且像素区中除了光电二极管上方之外的区域的反光膜刻 蚀截止层被保留 ； 第三步骤， 用于沉积反光膜， 反光膜包括下层氧化物层和上层氮化物层 ；。
11、 第四步骤， 用于将逻辑区以及像素区中除了光电二极管上方之外的区域的反光膜刻蚀掉 ； 说 明 书 CN 103996685 A 3 2/4 页 4 第五步骤， 用于将逻辑区中将要形成硅化物的区域上的反光膜刻蚀截止层刻蚀掉， 随后在 去除了反光膜刻蚀截止层的区域表面生长硅化物 ； 第六步骤， 用于在逻辑区和像素区中均 沉积接触孔刻蚀截止层 ； 第七步骤， 用于在逻辑区和像素区中均进行层间电介质沉积， 并对 沉积的层间电介质进行化学机械抛光平坦化处理以形成表面平整的层间电介质层。 0007 优选地， 所述生长 CMOS 图像传感器反光膜的方法还包括 ： 第八步骤， 用于在逻辑 区和像素区中刻蚀接触。
12、孔。 0008 优选地， 氧化物层的厚度为 13nm， 氮化物层的厚度为 27nm ； 氧化物层的材料为氧 化硅， 氮化物层的材料为氮化硅。 0009 优选地， 在第二步骤中利用干法刻蚀来刻蚀掉像素区中光电二极管上方的反光膜 刻蚀截止层。 0010 优选地， 下层氧化物层的厚度为 100nm， 上层氮化物层的厚度为 50nm 厚 ； 下层氧化 物层的材料为氧化硅， 上层氮化物层的材料为氮化硅。 0011 优选地， 第四步骤中利用各向同性干法刻蚀将逻辑区以及像素区中除了光电二极 管上方之外的区域的反光膜刻蚀掉。 0012 优选地， 接触孔刻蚀截止层的厚度为 50nm， 而且接触孔刻蚀截止层的材料。
13、为氮化 物。 0013 在本发明中， 为了避免底部有源区损伤和多余侧墙的形成， 采用了一层反光膜刻 蚀截止层， 反光膜刻蚀时会停在该反光膜刻蚀截止层上， 而且在后续工艺中， 该反光膜刻蚀 截止层可作为自对准多晶硅化物的阻挡层。 反光膜刻蚀截止层为氧化物和氮化物的双层结 构， 氮化物起到对反光膜刻蚀阻挡层作用， 氧化物作为氮化物和底部有源区的缓冲层。由 此， 该工艺能够避免在反光膜刻蚀过程中底部有源区的损伤以及多余侧墙的形成 ； 在光电 二极管有源区集成的反光膜能够提高光电二极管对光线的吸收。 附图说明 0014 结合附图， 并通过参考下面的详细描述， 将会更容易地对本发明有更完整的理解 并且更。
14、容易地理解其伴随的优点和特征， 其中 ： 0015 图 1 和图 2 示意性地示出了根据现有技术的 CMOS 图像传感器的缺陷。 0016 图 3 至图 11 示意性地示出了根据本发明优选实施例的生长 CMOS 图像传感器反光 膜的方法的各个步骤。 0017 需要说明的是， 附图用于说明本发明， 而非限制本发明。注意， 表示结构的附图可 能并非按比例绘制。并且， 附图中， 相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。 具体实施方式 0018 为了使本发明的内容更加清楚和易懂， 下面结合具体实施例和附图对本发明的内 容进行详细描述。 0019 本发明公开了一种生长 CMOS 图像传感器反光膜的半导。
15、体集成工艺。该工艺能够 在光电二极管的有源区生长一层反光膜， 提高光电二极管对光线的吸收 ； 同时利用一层反 光膜刻蚀截止层 (RESLReflector Etch Stop Layer)， 把除光电二极管以外区域的反光膜 刻蚀干净， 反光膜刻蚀截止层又可作为后续自对准金属硅化物的阻挡层。 由此， 该工艺能够 说 明 书 CN 103996685 A 4 3/4 页 5 避免在反光膜刻蚀过程中底部有源区的损伤以及多余侧墙的形成 ； 在光电二极管有源区集 成的反光膜能够提高光电二极管对光线的吸收。 0020 具体地， 图 3 至图 11 示意性地示出了根据本发明优选实施例的生长 CMOS 图像传。
16、 感器反光膜的方法的各个步骤。 0021 如图 3 至图 11 所示， 根据本发明优选实施例的生长 CMOS 图像传感器反光膜的方 法包括 ： 0022 第一步骤， 用于在晶圆的逻辑区上形成栅极多晶硅11及多晶硅侧墙12之后， 在逻 辑区以及形成光电二极管 20 的像素区上沉积一层反光膜刻蚀截止层 30， 其中反光膜刻蚀 截止层30包括氧化物层以及处于氧化物层上方的氮化物层， 如图3所示 ； 优选地， 氧化物层 的厚度为 13nm， 氮化物层的厚度为 27nm ； 例如， 氧化物层的材料为氧化硅， 氮化物层的材料 为氮化硅。 0023 第二步骤， 用于利用光刻胶(未示出)作为掩蔽层， 刻蚀掉像。
17、素区中光电二极管20 上方的反光膜刻蚀截止层 30， 而且像素区中除了光电二极管 20 上方之外的区域的反光膜 刻蚀截止层 30 被保留 ； 随后去除光刻胶 ； 例如， 刻蚀工艺为干法刻蚀， 如图 4 所示。 0024 第三步骤， 用于沉积反光膜， 反光膜包括下层氧化物层 40 和上层氮化物层 50， 如 图 5 所示 ； 优选地， 下层氧化物层 40 的厚度为 100nm， 上层氮化物层 50 的厚度为 50nm 厚 ； 其中， 如图 5 所示， 有可能反光膜不能完全填充多晶硅之间的区域， 从而多晶硅栅极之间的 间隙里中形成一些空洞。 0025 第四步骤， 用于光刻胶 ( 未示出 ) 作为掩。
18、蔽层掩蔽像素区中光电二极管 20 上方区 域， 利用干法刻蚀将逻辑区以及像素区中除了光电二极管 20 上方之外的区域的反光膜刻 蚀掉 ； 随后去除光刻胶。刻蚀参数调节为稍带各向同性， 避免侧墙形成， 如图 6 所示。 0026 第五步骤， 用于用光刻胶(未示出)作为硅化物掩蔽层， 将逻辑区中将要形成硅化 物的区域上的反光膜刻蚀截止层 30 刻蚀掉 ( 如图 7 所示 )， 随后在去除了反光膜刻蚀截止 层 30 的区域表面生长硅化物 60( 如图 8 所示 ) ； 其中， 可以看出反光膜刻蚀后留下的部分 反光膜刻蚀截止层 30 作为后续生长硅化物 60 的工艺中的硅化物生长的阻挡层。例如， 第 。
19、五步骤的过程为先干法刻蚀去除氮化物层， 再用干法刻蚀剥离光刻胶， 然后湿法刻蚀刻蚀 掉留下来的氧化物层， 最后生长硅化物。 0027 第六步骤， 用于在逻辑区和像素区中均沉积接触孔刻蚀截止层 70( 如图 9 所示 ) ； 优选地， 接触孔刻蚀截止层 70 的厚度为 50nm， 而且优选地， 接触孔刻蚀截止层 70 的材料为 高应力的氮化物， 例如高应力的氮化硅。接触孔刻蚀截止层 70 除了作为接触孔刻蚀的截止 层， 而且接触孔刻蚀截止层 70 还能一方面补偿光电二极管 20 区域上方发射层的氮化物的 厚度， 并且另一方面还作为逻辑区器件性能的应力调整层。 0028 第七步骤， 用于在逻辑区和。
20、像素区中均进行层间电介质沉积， 并对沉积的层间电 介质进行化学机械抛光 (CMP) 平坦化处理以形成表面平整的层间电介质层 80， 如图 10 所 示。 0029 第八步骤， 例如可以在逻辑区和像素区中刻蚀接触孔90， 如图11所示。 例如， 该步 骤可以采用现有技术的任意适当工艺执行。 0030 在本发明中， 为了避免底部有源区损伤和多余侧墙的形成， 采用了一层反光膜刻 蚀截止层， 反光膜刻蚀时会停在该反光膜刻蚀截止层上， 而且在后续工艺中， 该反光膜刻蚀 说 明 书 CN 103996685 A 5 4/4 页 6 截止层可作为自对准多晶硅化物的阻挡层。 反光膜刻蚀截止层为氧化物和氮化物的。
21、双层结 构， 氮化物起到对反光膜刻蚀阻挡层作用， 氧化物作为氮化物和底部有源区的缓冲层。 该工 艺能够避免在反光膜刻蚀过程中底部有源区的损伤以及多余侧墙的形成 ； 在光电二极管有 源区集成的反光膜能够提高光电二极管对光线的吸收。 0031 此外， 需要说明的是， 除非特别说明或者指出， 否则说明书中的术语 “第一” 、“第 二” 、“第三” 等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、 元素、 步骤等， 而不是用于表示各个 组件、 元素、 步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。 0032 可以理解的是， 虽然本发明已以较佳实施例披露如上， 然而上述实施例并非用以 限定本发明。 对于任何熟悉本领域的技术人。
22、员而言， 在不脱离本发明技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰， 或修改为等 同变化的等效实施例。 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 以上实施例所做的任何简单修改、 等同变化及修饰， 均仍属于本发明技术方案保护的范围 内。 说 明 书 CN 103996685 A 6 1/5 页 7 图 1 图 2 图 3 说 明 书 附 图 CN 103996685 A 7 2/5 页 8 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 103996685 A 8 3/5 页 9 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103996685 A 9 4/5 页 10 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103996685 A 10 5/5 页 11 图 10 图 11 说 明 书 附 图 CN 103996685 A 11 。