消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法
【专利摘要】本发明提供一种消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，该方法包括：提供一半导体衬底；于真空环境下在该半导体衬底上制备一粘附层后，制备一金属薄膜覆盖所述粘附层的表面，且所述金属薄膜中形成有应力；在进行后续的退火处理工艺之前，对所述金属薄膜进行破真空应力释放工艺；其中，所述金属薄膜的热稳定性和机械性均低于所述粘附层和\或所述阻挡层的热稳定性和机械性。通过本发明方法能够使金属薄膜能够在后续的高温退火工艺后，仍保持其表面的平整度，避免了小丘状突起缺陷的产生。
【专利说明】消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件生产领域，消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法。
【背景技术】
[0002]在背照式(Back-side Illuminated，简称:BSI)CM0S图像传感器的制备工艺中，一般都需要在感光二极管区域上形成金属栅格结构，而为了减少或消除相邻像素之间的干扰(cross talk)，业界通常采用铝作为金属栅格结构中的金属薄膜。但是，由于铝薄膜在后续退火的过程中容易产生形状类似小丘状的突起缺陷，而这些小丘状的缺陷又会引起不同像素之间的互相干扰，最终导致背照式CMOS图像传感器输出的图像质量不佳。
[0003]在现有的背照式CMOS图像传感器中，位于感光二极管区域的铝薄膜金属栅格结构的制作工艺一般采用以下方法:在一定的温度下，依次沉积一定厚度的Ti/TiN粘附层、铝薄膜和TiN阻挡层，然后通过光刻和刻蚀工艺形成金属栅格。由于工艺制程的需要，后续还会有一系列的高温退火工艺处理，在这些高温退火工艺处理过程中，金属栅格中的铝薄膜由于本身的热稳定性和机械性质不佳，会产生较大的热压应力并造成小丘状的突起，这些突起会使照射到感光二极管区域的光路发生改变，进而引起不同像素之间的相互干扰，最终的成像质量会大打折扣。
[0004]中国专利(CN103378113A)公开了一种背照式传感器的制造方法，在该发明的一个实施例中，制造半导体器件的方法包括提供工件以及在工件的正面上形成集成电路，使用镶嵌工艺在工件的背面上形成导电材料的栅格，其中的导电材料可以为钨、铝、铜或他们的组合。
[0005]中国专利(CN103579267A)公开了一种含有三角形界面的金属栅格的背照式图像传感器，该背照式图像传感器包括具有前侧及后侧的衬底层。光敏像素的阵列安置在衬底层内且对通过衬底层的后侧入射光敏感。金属栅格安置在衬底层的后侧上方，金属栅格包围光敏像素中的每一个且界定光学孔径用于接收通过后侧进入光敏像素内的光，金属栅格包括相交线，相交线每一者具有三角形截面，材料层包围金属栅格。
[0006]上述两个专利中均提及了背照式图像传感器中金属栅格的制备，但均未涉及如何减少金属栅格中金属的突起缺陷的方法。
[0007]因此，在背照式CMOS图像传感器的制备过程中，解决金属栅格结构中的金属薄膜上容易出现的突起缺陷，在现阶段具有十分重要的现实意义。
【发明内容】
[0008]鉴于上述问题，本发明提供一种消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法。
[0009]本发明解决技术问题所采用的技术方案为:
[0010]一种消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述方法包括:
[0011]提供一半导体衬底；
[0012]于真空环境下在该半导体衬底上制备一粘附层后，制备一金属薄膜覆盖所述粘附层的表面，且所述金属薄膜中形成有应力；
[0013]在进行后续的退火处理工艺之前，对所述金属薄膜进行破真空应力释放工艺；
[0014]其中，所述金属薄膜的热稳定性和机械性均低于所述粘附层和/或所述阻挡层的热稳定性和机械性。
[0015]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述粘附层和所述金属薄膜均在同一真空腔中进行制备。
[0016]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，对所述金属薄膜进行所述破真空应力释放工艺的具体步骤为:
[0017]将制备有所述粘附层和所述金属薄膜的半导体衬底暴露于室温和大气环境下，以释放所述金属薄膜中的应力。
[0018]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述半导体衬底包括至少一个感光二极管。
[0019]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述方法还包括:
[0020]对所述金属薄膜进行破真空应力释放工艺后，在真空环境下制备一阻挡层覆盖所述破真空工艺后的金属薄膜表面；
[0021 ] 刻蚀所述阻挡层、所述破真空工艺后的金属薄膜和所述粘附层，形成金属栅格。
[0022]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述粘附层的材质为Ti和TiN。
[0023]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述阻挡层的材质为TiN。
[0024]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述金属层的材质为铝。
[0025]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述方法还包括:
[0026]在所述粘附层制备前，对所述半导体衬底进行表面预处理。
[0027]所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其中，所述预处理包括对所述半导体衬底的表面进行湿法清洗。
[0028]上述技术方案具有如下优点或有益效果:
[0029]本发明通过对在真空腔中制备的金属薄膜进行应力释放后再进行高温退火工艺，从而使得金属薄膜在高温退火工艺后，其表面不会产生热形变，因此不会引起小丘突起缺陷。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
[0031]图1是本发明方法实施例中的步骤流程示意图。
【具体实施方式】
[0032]本发明提供了一种消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法。
[0033]本发明方法可以但并不局限于应用于背照式CMOS图像传感器中。
[0034]本发明方法主要包括:
[0035]提供一半导体衬底；于真空环境下在该半导体衬底上制备一粘附层后，制备一金属薄膜覆盖所述粘附层的表面，且所述金属薄膜中形成有应力；在进行后续的退火处理工艺之前，对所述金属薄膜进行破真空应力释放工艺；其中，金属薄膜的热稳定性和机械性均低于所述粘附层和/或所述阻挡层的热稳定性和机械性。
[0036]下面结合附图和具体实施例对本发明方法进行详细说明。
[0037]本实施例中方法应用于背照式CMOS图像传感器的制备过程中，具体包括:
[0038]提供一包括感光二极管的半导体衬底，即在该晶圆中已经形成至少一个感光二极管，该包括感光二极管的晶圆可以通过任何现有的背照式CMOS图像传感器的流片工艺制得，由于该工艺其并不是本发明的主要特征，故在此不进行详细赘述。
[0039]如图1所示，对上述半导体衬底的正面进行预处理，以得到后续制备粘附层工艺中满足要求的晶圆表面，此处的预处理步骤可以是湿法清洗等。
[0040]然后，将进行完预处理步骤的该半导体衬底置于一真空腔中，以使该半导体结构在该真空腔中进行工艺，具体的，使晶圆处于该真空腔中，在一定的温度下，使该半导体结构的正面依次制备一粘附层和一金属薄膜，即该粘附层覆盖该晶圆的正面，该金属薄膜覆盖该粘附层的上表面。其中，该粘附层的材质可以为Ti和TiN，在本实施例中，采用化学气象沉积工艺(CVD)制备上述的粘附层和金属铝薄膜，上述的真空腔为化学气相沉积工艺腔室，可选地，也可采用等离子体增强化学气相沉积工艺制备上述的粘附层和金属薄膜，相应地，所使用的真空腔则为等离子体化学气相沉积工艺腔室。
[0041]由于在金属薄膜形成之后，金属薄膜的内部已经产生了一定的应力，而通常这些金属薄膜(如:铝薄膜)的机械性和热稳定性都不佳，所以若不对这些应力进行消除，金属薄膜会在后续的高温退火的热环境下进一步产生更大的应力而导致金属薄膜表面形成类似小丘状的突起缺陷，这样的金属滤膜存在于背照式CMOS图像传感器中会改变感光二极管区域的光路，进而引起不同像素之间的串扰，最终会导致成像质量不佳。
[0042]所以本发明方法中，在制备完粘附层和金属薄膜后，对金属薄膜进行破真空应力释放，以完全或部分消除金属薄膜中的应力，具体的，将正面依次制备粘附层和金属薄膜的半导体衬底从真空腔中取出，置于室温和大气环境下，使得金属薄膜中的应力得以逐渐释放。
[0043]当金属薄膜在大气环境下经过一段时间的应力释放后，其表面的应力满足工艺需要时，再将该晶圆放回真空腔中，继续进行膜层的制备，具体的，在金属薄膜上再制备一层阻挡层，使得该阻挡层覆盖该金属薄膜的上表面，在一实施例中，该阻挡层的材质可以为TiN。
[0044]继续后续工艺流程，通过光刻工艺和刻蚀工艺形成金属栅格。具体的，首先在阻挡层上涂覆光阻，通过曝光、显影等光刻步骤使该光阻中形成开口，以具有开口的光阻为掩膜对下方的阻挡层、金属铝薄膜和粘附层进行刻蚀，从而形成金属栅格，其中该刻蚀可以为干法刻蚀。
[0045]当金属栅格形成后，最后再进行高温退火工艺，该高温退火工艺可以包括一次或多次。
[0046]综上所述，通过本发明方法对机械性和热稳定性不佳的金属薄膜进行处理后，再对该金属薄膜表面的缺陷进行检测，并未发现有小丘状的突起缺陷产生。可见，经过本发明方法处理后的金属薄膜在经过高温退火工艺后，其表面的变形程度得到很明显的改善，避免了小丘状突起缺陷的产生。
[0047]对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
【权利要求】
1.一种消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一半导体衬底； 于真空环境下在该半导体衬底上制备一粘附层后，制备一金属薄膜覆盖所述粘附层的表面，且所述金属薄膜中形成有应力； 在进行后续的退火处理工艺之前，对所述金属薄膜进行破真空应力释放工艺； 其中，所述金属薄膜的热稳定性和机械性均低于所述粘附层和/或所述阻挡层的热稳定性和机械性。
2.如权利要求1所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述粘附层和所述金属薄膜均在同一真空腔中进行制备。
3.如权利要求2所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，对所述金属薄膜进行所述破真空应力释放工艺的具体步骤为: 将制备有所述粘附层和所述金属薄膜的半导体衬底暴露于室温和大气环境下，以释放所述金属薄膜中的应力。
4.如权利要求3所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述半导体衬底包括至少一个感光二极管。
5.如权利要求4所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述方法还包括: 对所述金属薄膜进行破真空应力释放工艺后，在真空环境下制备一阻挡层覆盖所述破真空工艺后的金属薄膜表面； 刻蚀所述阻挡层、所述破真空工艺后的金属薄膜和所述粘附层，形成金属栅格。
6.如权利要求5所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述粘附层的材质为Ti和TiN。
7.如权利要求5所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述阻挡层的材质为TiN。
8.如权利要求1所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述金属层的材质为铝。
9.如权利要求1所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述方法还包括: 在所述粘附层制备前，对所述半导体衬底进行表面预处理。
10.如权利要求9所述的消除金属薄膜表面小丘状缺陷的方法，其特征在于，所述预处理包括对所述半导体衬底的表面进行湿法清洗。
【文档编号】H01L21/8238GK103943569SQ201410134726
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月3日 优先权日:2014年4月3日
【发明者】王佳, 陈俊, 胡胜 申请人:武汉新芯集成电路制造有限公司