背照式图像传感器的制备方法与流程

本申请涉及半导体制造，具体涉及一种背照式图像传感器的制备方法。

背景技术：

1、为消除cmos图像传感器中像素衍射的影响，研究人员提出了基于背照式工艺(backside illumination，bsi)，从而诞生背照式图像传感器。bsi工艺中广泛使用ta2o5(氧化钽)这种high-k(高k)材料作为tsv(through silicon via，硅通孔技术)的硬掩膜材料。

2、传统方法中，在刻蚀ta2o5制备沟槽的过程中，由于使用含氟的气体(氟化物)参与刻蚀，导致器件表面以及工艺腔室中会产生难挥发、附着性强并且有一定硬度的聚合物杂质(polymer)，具体涉及到的机理及物化特性如下：ta2o5+f-→taof，其中反应生成的副产物taof具有高化学稳定性、高离子键合作用、不易挥发的缺点，这对器件的性能以及工艺腔室的环境等造成不利影响，影响产出芯片的wat(晶圆允收测试)以及white pixels(白像素)等各项参数。

技术实现思路

1、本申请提供了一种背照式图像传感器的制备方法，可以解决目前制备背照式图像传感器的过程中容易产生难挥发、附着性强以及有一定硬度的聚合物杂质，从而影响器件性能以及工艺腔室的环境的问题。

2、本申请实施例提供了一种背照式图像传感器的制备方法，包括：

3、提供一衬底，所述衬底上形成有衬垫氧化层、第一高k介质层、第二高k介质层和绝缘层，其中，所述第二高k介质层至少包括氧化钽层；

4、刻蚀部分厚度的所述绝缘层，以得到第一沟槽；

5、刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层、所述衬垫氧化层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽，其中刻蚀气体至少包括bcl3、氯气和氩气，并且不包括cf4和chf3。

6、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，采用干法刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述绝缘层，以得到第一沟槽。

7、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，在刻蚀部分厚度的所述绝缘层，以得到第一沟槽的过程中，刻蚀气体至少包括：cf4和chf3，cf4的流量为50sccm～100sccm，chf3的流量为30sccm～50sccm；刻蚀射频功率为150w～200w；静电卡盘的温度至少为60℃。

8、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，采用干法刻蚀工艺刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽。

9、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽的过程中，bcl3、氯气和氩气的流量比例为(12～15)：(7～8)：(18～21)；刻蚀射频功率为50w～100w；静电卡盘的温度至少为60℃。

10、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层至所述第二高k介质层表面的过程中，bcl3的流量为120sccm～150sccm，氯气的流量为70sccm～80sccm，氩气的流量为180sccm～210sccm。

11、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，在刻蚀部分厚度的所述绝缘层，以得到第一沟槽之后，以及在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层、所述衬垫氧化层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽之前，所述绝缘层的剩余厚度不超过所述绝缘层初始厚度的五分之一。

12、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，所述绝缘层为氧化硅层。

13、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，所述第一高k介质层的材质为al2o3。

14、可选的，在所述背照式图像传感器的制备方法中，在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层、所述衬垫氧化层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽之后，所述背照式图像传感器的制备方法还包括：形成金属材料层，所述金属材料层填充所述第二沟槽。

15、本申请技术方案，至少包括如下优点：

16、本申请先刻蚀部分厚度的绝缘层，以得到第一沟槽，然后再刻蚀剩余厚度的绝缘层、第二高k介质层、第一高k介质层、衬垫氧化层以及过刻蚀部分厚度的衬底，以得到第二沟槽，其中刻蚀第二高k介质层的气体至少包括bcl3、氯气和氩气，并且不包括cf4和chf3。本申请对绝大部分的绝缘层和第二高k介质层采用两步刻蚀，在刻蚀第二高k介质层时充分利用钽的化合物的性质，不使用cf4和chf3，仅使用至少包括bcl3、氯气和氩气的刻蚀气体，这样可以避免产生强稳定且难挥发的有害副产物杂质(例如钽化物taof)，仅产生不稳定且易挥发的taocl3，即，本申请分两步刻蚀可以避免晶圆表面产生难挥发、附着性强并且有一定硬度的聚合物杂质(polymer)的情况，优化了器件的性能，改善了工艺腔室的环境，保证了产出芯片的wat(晶圆允收测试)以及white pixels(白像素)等各项参数不受影响。

17、进一步的，本申请在刻蚀剩余厚度的绝缘层、第二高k介质层、第一高k介质层、衬垫氧化层以及过刻蚀部分厚度的衬底过程中，通过降低刻蚀射频功率，来减少等离子体轰击，使刻蚀过程更倾向于化学作用，从而可以仅产生不稳定且易挥发的taocl3，避免晶圆表面产生难挥发、附着性强并且有一定硬度的聚合物杂质(polymer)的情况，进一步优化了器件的性能，改善了工艺腔室的环境。

18、此外，本申请在两步刻蚀过程中，提高静电卡盘(esc)表面的温度，促进化学反应正向进行，提高工艺腔室内分子动能，进一步增强钽化物的挥发性。

技术特征：

1.一种背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺刻蚀部分厚度的所述绝缘层，以得到第一沟槽。

3.根据权利要求1或2所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，在刻蚀部分厚度的所述绝缘层，以得到第一沟槽的过程中，刻蚀气体至少包括：cf4和chf3，cf4的流量为50sccm～100sccm，chf3的流量为30sccm～50sccm；刻蚀射频功率为150w～200w；静电卡盘的温度至少为60℃。

4.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，采用干法刻蚀工艺刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽。

5.根据权利要求1或4所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽的过程中，bcl3、氯气和氩气的流量比例为x：y：z，其中，x取值范围为12～15，y取值范围为7～8，z取值范围为18～21；刻蚀射频功率为50w～100w；静电卡盘的温度至少为60℃。

6.根据权利要求5所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层至所述第二高k介质层表面的过程中，bcl3的流量为120sccm～150sccm，氯气的流量为70sccm～80sccm，氩气的流量为180sccm～210sccm。

7.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，在刻蚀部分厚度的所述绝缘层，以得到第一沟槽之后，以及在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层、所述衬垫氧化层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽之前，所述绝缘层的剩余厚度不超过所述绝缘层初始厚度的五分之一。

8.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，所述绝缘层为氧化硅层。

9.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，所述第一高k介质层的材质为al2o3。

10.根据权利要求1所述的背照式图像传感器的制备方法，其特征在于，在刻蚀剩余厚度的所述绝缘层、所述第二高k介质层、所述第一高k介质层、所述衬垫氧化层以及过刻蚀部分厚度的所述衬底，以得到第二沟槽之后，所述背照式图像传感器的制备方法还包括：形成金属材料层，所述金属材料层填充所述第二沟槽。

技术总结
本申请提供一种背照式图像传感器的制备方法，先刻蚀部分厚度的绝缘层，然后再刻蚀剩余厚度的绝缘层、第二高K介质层、第一高K介质层以及过刻蚀部分厚度的衬底，其中刻蚀第二高K介质层的气体至少包括BCl<subgt;3</subgt;、氯气和氩气，并且不包括CF<subgt;4</subgt;和CHF<subgt;3</subgt;。本申请对绝大部分的绝缘层和第二高K介质层采用两步刻蚀，在刻蚀第二高K介质层时充分利用钽的化合物的性质，不使用CF<subgt;4</subgt;和CHF<subgt;3</subgt;，仅使用至少包括BCl<subgt;3</subgt;、氯气和氩气的刻蚀气体，这样可以避免产生强稳定且难挥发的有害副产物，仅产生不稳定且易挥发的副产物，优化了器件的性能，改善了工艺腔室的环境，保证了产出芯片的WAT(晶圆允收测试)以及白像素等各项参数不受影响。

技术研发人员：姚智,王闯,赵雁雁,宋泽凯,杨鑫,姚道州,汪健,王玉新
受保护的技术使用者：华虹半导体（无锡）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/26