专利名称：介质层的减薄方法
技术领域：
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种介质层的减薄方法。
背景技术：
CMOS图像传感器(CMOS Image sensor, CIS)是为克服电荷耦合器件(CXD)制造 工艺复杂并且能耗较高的缺点而产生的，其应用CMOS制造技术，采用数量与半导体衬底中 单位像素的数量对应的MOS晶体管。CIS由于采用CMOS技术，可以将像素单元阵列与外围 电路集成在同一芯片上，与CCD相比，CIS具有体积小、重量轻、功耗低、编程方便、易于控制 以及平均成本低的优点。在公开号为US2008/(^65295A1的美国专利文献中可以发现一种现有图像传感器 的制造工艺。如图1所示，CMOS图像传感器包括衬底100，位于衬底100内的光电有源区 110、晶体管有源区120以及隔离光电有源区110和晶体管有源区120的浅沟道隔离区101 ； 位于晶体管有源区表面的栅极区102、位于栅极区102两边的侧墙103 ；位于衬底100表面 并覆盖栅极区102和侧墙103的层间介质层130 ；位于层间介质层130内的第一金属层105、 第二金属层107和第三金属层109 ；连接第一金属层105与栅极区102的第一接触孔104， 连接第一金属层105与第二金属层107的第二接触孔106，连接第二金属层107与第三金属 层109的第三接触孔108 ；位于层间介质层130内并与第三金属层109电连接的电容，所述 电容包括第一电极113、第二电极111以及位于第一电极113与第二电极111之间的电介质 层112 ；连接第二电极111与第三金属层109的第四接触孔114。众所周知，衡量CMOS图像传感器性能的一个参数是敏感度(Sensitivity)，所述 敏感度与入射光到达光电有源区110的路程成反比例关系，换而言之，如果所述层间介质 层130越薄，所述CMOS图像传感器敏感度越高。
发明内容
本发明解决的技术问题是进一步减薄层间介质层，提高CMOS图像传感器敏感度。为解决上述问题，本发明提供一种介质层的减薄方法，包括提供衬底；在所述衬 底表面形成介质层；采用化学机械抛光工艺减薄介质层的第一厚度；采用等离子体刻蚀工 艺减薄介质层的第二厚度，所述减薄第二厚度后的介质层均一性高于所述减薄第一厚度后 的介质层。优选的，所述衬底为多层基片、分级基片、绝缘体上硅基片、外延硅基片、部分处理 的基片、图案化或未被图案化的基片。优选的，所述介质层为金属前介质层或者是层间介质层。优选的，所述介质层为单一覆层或者为多层堆叠结构。优选的，所述第一厚度为介质层厚度的1/4至2/3。优选的，所述化学机械抛光工艺减薄介质层的具体参数为选用SiO2抛光液，抛光 液的PH值为10至11. 5，抛光液的流量为120毫升每分钟至170毫升每分钟，抛光工艺中研磨垫的转速为65转每分钟至80转每分钟，研磨头的转速为55转每分钟至70转每分钟，抛 光工艺的压力为200帕至350帕。优选的，所述第二厚度为介质层厚度的1/4至2/3。优选的，所述采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层的具体参数为刻蚀设备腔体压 力为25毫托至80毫托，静电吸盘冷却气体气压为7托至15托，射频功率为300瓦至600 瓦，C4F8流量为每分钟10标准立方厘米至每分钟30标准立方厘米，CO流量为每分钟50标 准立方厘米至每分钟200标准立方厘米，Ar流量为每分钟200标准立方厘米至每分钟400 标准立方厘米，02流量为每分钟10标准立方厘米至每分钟20标准立方厘米。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明通过采用化学机械抛光工艺减薄 介质层的第一厚度，所述第一厚度为介质层厚度的1/4至2/3，然后采用等离子体刻蚀工艺 减薄介质层的第二厚度，所述第二厚度为介质层厚度的1/4至2/3，使得减薄后的介质层均 一性高于直接采用化学机械抛光工艺减薄的介质层，从而能够进一步减薄介质层的厚度， 提高利用本发明制造的CMOS图像传感器的敏感度。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目 的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按 实际尺寸等比例缩放绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图1是现有CMOS图像传感器的结构示意图；图2是本发明提供的介质层的减薄方法的一实施例的流程示意图；图3至图6为本发明提供的介质层的减薄方法的制造方法的一实施例的过程示意 图。
具体实施例方式本发明的发明人发现，现有技术中，在实际的CMOS图像传感器制备过程中，层间 介质层通常包括两层或者两层以上的介质层，并且为了保证后续形成在介质层表面的结构 的质量，对所形成的介质层要求达到一定的平坦度。本发明的发明人又发现，所述介质层通 常会覆盖接触孔或者导电电极等的半导体结构，形成的介质层表面的平坦度会比较差，现 有的技术会对介质层表面执行化学机械抛光工艺，由于化学机械抛光工艺的缺陷，对介质 层抛光时，在衬底中心位置的介质层和在衬底边缘位置采用化学机械抛光工艺时研磨速率 是不同的，导致化学机械抛光工艺处理后的介质层在衬底中心位置和衬底边缘位置厚度差 异比较大，所以，在形成介质层的时候，介质层的厚度不能够太薄，否则可能导致衬底边缘 位置的层间介质层被全部去除掉，从而造成生产线的金属污染甚至导致芯片失效。对此，有 必要提出一种改进的处理方法，使得形成的介质层厚度能够减薄，以提高CMOS图像传感器 的敏感度。为此，本发明的发明人提出一种介质层的减薄方法，用于减薄CMOS图像传感器的 介质层厚度，以提高CMOS图像传感器的敏感度，具体包括如下步骤提供衬底；在所述衬底表面形成介质层；
采用化学机械抛光工艺减薄介质层的第一厚度；采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层的第二厚度，所述减薄第二厚度后的介质层均 一性高于所述减薄第一厚度后的介质层。优选的，所述衬底为多层基片、分级基片、绝缘体上硅基片、外延硅基片、部分处理 的基片、图案化或未被图案化的基片。优选的，所述介质层为金属前介质层或者是层间介质层。优选的，所述介质层为单一覆层或者为多层堆叠结构。优选的，所述第一厚度为介质层厚度的1/4至2/3。优选的，所述化学机械抛光工艺减薄介质层的具体参数为选用SiO2抛光液，抛光 液的PH值为10至11. 5，抛光液的流量为120毫升每分钟至170毫升每分钟，抛光工艺中研 磨垫的转速为65转每分钟至80转每分钟，研磨头的转速为55转每分钟至70转每分钟，抛 光工艺的压力为200帕至350帕。优选的，所述第二厚度为介质层厚度的1/4至2/3。优选的，所述采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层的具体参数为刻蚀设备腔体压 力为25毫托至80毫托，静电吸盘冷却气体气压为7托至15托，射频功率为300瓦至600 瓦，C4F8流量为每分钟10标准立方厘米至每分钟30标准立方厘米，CO流量为每分钟50标 准立方厘米至每分钟200标准立方厘米，Ar流量为每分钟200标准立方厘米至每分钟400 标准立方厘米，02流量为每分钟10标准立方厘米至每分钟20标准立方厘米。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以 很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况 下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表 示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应 限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。图2是本发明提供的介质层的减薄方法的一实施例的流程示意图，图3至图6为 本发明提供的介质层的减薄方法的制造方法的一实施例的过程示意图。下面结合图2至图 6对本发明的介质层的减薄方法进行说明。步骤S101，提供衬底。参考图3，所述衬底200可以为多层基片(例如，具有覆盖电介质和金属膜的硅衬 底)、分级基片、绝缘体上硅基片(SOI)、外延硅基片、部分处理的基片(包括集成电路及其 他元件的一部分)、图案化或未被图案化的基片。步骤S102，在所述衬底200表面形成介质层。参考图4，所述介质层210用于对衬底200内的有源区与有源区之间的隔离，或者 用于对衬底200上的导线与导线之间的隔离，所述介质层210的厚度为20纳米至5000纳 米。具体所述介质层210可以是金属前介质层(Pre-Metal Dielectric，PMD)，也可以 是层间介质层(Inter-Metal Dielectric, ILD)，需要特别指出的是，所述介质层还可以是单一覆层也可以是多层堆叠结构。金属前介质层是沉积在具有MOS器件的衬底上，利用沉积工艺形成，在金属前介质层中会在后续工艺形成沟槽，用金属填充沟槽形成连接孔，所述连接孔用于连接MOS器 件的电极和上层互连层中的金属导线。层间介质层是后道工艺在金属互连层之间的介电层，层间介质层中会在后续工艺 中形成沟槽，用金属填充沟槽形成连接孔，所述连接孔用于连接相邻金属互连层中的导线。所述介质层210的材料通常选自SiO2或者掺杂的SiO2，例如USG (Undoped Silicon Glass,没有掺杂的硅玻璃)、BPSG(BorophosphosilicateGlass，掺杂硼磷的硅玻璃)、 BSG(Borosilicate Glass，掺杂硼的硅玻璃)、PSG(Phosphosilitcate Glass，掺杂磷的硅 玻璃)等。所述介质层210在130纳米及以下的工艺节点一般选用低介电常数的介电材料， 所述介质层210的材料具体选自氟硅玻璃(FSG)、碳掺杂的氧化硅(Black Diamond)以及氮 掺杂的碳化硅(BLOK)。所述介质层210的形成工艺可以是任何常规真空镀膜技术，例如原子沉积(ALD)、 物理气相淀积(PVD)、化学气相淀积(CVD)、等离子体增强型化学气相淀积(PECVD)等等，在 这里不做赘述。步骤S103，采用化学机械抛光工艺减薄介质层210的第一厚度。所述化学机械抛光工艺为根据抛光介质层210的厚度、材料而采用不同工艺，在 本实施例中，以介质层210材料为S^2做示范性说明。所述减薄介质层210的化学机械抛光工艺具体参数为选用S^2抛光液，抛光液 的PH值为10至11. 5，抛光液的流量为120毫升每分钟至170毫升每分钟，抛光工艺中研磨 垫的转速为65转每分钟至80转每分钟，研磨头的转速为55转每分钟至70转每分钟，抛光 工艺的压力为200帕至350帕。现有工艺通常直接采用化学机械抛光工艺减薄介质层210，由之前的叙述可知，现 有的技术会对介质层表面执行化学机械抛光工艺，由于化学机械抛光工艺能力的局限性， 对介质层抛光时，在衬底中心位置的介质层和在衬底边缘位置采用化学机械抛光工艺时研 磨速率是不同的，导致化学机械抛光工艺处理后的介质层在衬底中心位置和衬底边缘位置 厚度差异比较大，所以，在形成介质层的时候，介质层的厚度不能够太薄，否则可能导致衬 底边缘位置的层间介质层被全部去除掉，从而造成生产线的金属污染甚至导致芯片失效。为此，本发明提出一种改进的减薄工艺，参考图5，采用化学机械抛光工艺减薄介 质层210的第一厚度，所述第一厚度为介质层厚度的1/4至2/3，由于化学机械抛光工艺的 限制，减薄后的边缘位置I的介质层厚度与中心位置II介质层厚度具有较大的差异，在本 实施例中，以减薄衬底中心位置介质层210的第一厚度为标准，需要特别指出的是，在其他 实施例中，也可以选用减薄衬底边缘位置介质层210的第一厚度为标准。步骤S104，采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层210的第二厚度，所述减薄第二厚 度后的介质层均一性高于所述减薄第一厚度后的介质层。参考图6，采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层210的第二厚度，所述第二厚度为介 质层厚度的1/4至2/3，为了与步骤S103中标准统一，本实施例中，以减薄衬底中心位置介 质层210的第二厚度为标准。本发明的发明人经过大量的实验，通过等离子体刻蚀工艺减薄介质层210的第二 厚度，以化学机械抛光工艺减薄介质层210使得边缘位置I的介质层厚度小于中心位置II介质层为例，通过控制等离子体刻蚀工艺中等离子体刻蚀边缘位置I的介质层速度小于中 心位置II介质层，从而使得边缘位置I的介质层210厚度与中心位置II介质层210厚度 具有较小的差异。具体的说，在等离子体刻蚀设备中，所述衬底200放置于等离子体刻蚀设备的静 电吸盘表面，所述静电吸盘能够通过静电吸盘的冷却气体流动速度来改变衬底200的表面 温度，而衬底200的表面温度不同能够影响等离子体在衬底不同表面区域的刻蚀速度，从 而实现使得等离子体刻蚀边缘位置I的介质层210于中心位置II介质层210厚度具有较 小的差异。本发明的发明人进一步研究发现，所述静电吸盘的冷却气体流动速度可以控制静 电吸盘的冷却气体气压来实现，在本实施例中，所述静电吸盘的冷却气体为氦气。所述刻蚀工艺的具体参数为刻蚀设备腔体压力为25毫托至80毫托，静电吸盘冷 却气体气压为7托至15托，射频功率为300瓦至600瓦，C4F8流量为每分钟10标准立方厘 米至每分钟30标准立方厘米，CO流量为每分钟50标准立方厘米至每分钟200标准立方厘 米，Ar流量为每分钟200标准立方厘米至每分钟400标准立方厘米, 流量为每分钟10标 准立方厘米至每分钟20标准立方厘米，减薄介质层210的第二厚度。本发明通过采用化学机械抛光工艺减薄介质层210的第一厚度，所述第一厚度为 介质层厚度的1/4至2/3，然后采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层210的第二厚度，所述第 二厚度为介质层厚度的1/4至2/3，使得减薄后的介质层210均一性高于直接采用化学机 械抛光工艺减薄的介质层210，从而能够进一步减薄介质层的厚度，提高利用本发明制造的 CMOS图像传感器的敏感度。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种介质层的减薄方法，其特征在于，包括提供衬底；在所述衬底表面形成介质层；采用化学机械抛光工艺减薄介质层的第一厚度；采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层的第二厚度，所述减薄第二厚度后的介质层均一性 高于所述减薄第一厚度后的介质层。
2.如权利要求1所述的介质层的减薄方法，其特征在于，所述衬底为多层基片、分级基 片、绝缘体上硅基片、外延硅基片、部分处理的基片、图案化或未被图案化的基片。
3.如权利要求1所述的介质层的减薄方法，其特征在于，所述介质层为金属前介质层 或者是层间介质层。
4.如权利要求1所述的介质层的减薄方法，其特征在于，所述介质层为单一覆层或者 为多层堆叠结构。
5.如权利要求1所述的介质层的减薄方法，其特征在于，所述第一厚度为介质层厚度 的 1/4 至 2/3。
6.如权利要求1所述的介质层的减薄方法，其特征在于，所述化学机械抛光工艺减薄 介质层的具体参数为选用SiO2抛光液，抛光液的PH值为10至11. 5，抛光液的流量为120 毫升每分钟至170毫升每分钟，抛光工艺中研磨垫的转速为65转每分钟至80转每分钟，研 磨头的转速为阳转每分钟至70转每分钟，抛光工艺的压力为200帕至350帕。
7.如权利要求1所述的介质层的减薄方法，其特征在于，所述第二厚度为介质层厚度 的 1/4 至 2/3。
8.如权利要求1所述的介质层的减薄方法，其特征在于，所述采用等离子体刻蚀工艺 减薄介质层的具体参数为刻蚀设备腔体压力为25毫托至80毫托，静电吸盘冷却气体气压 为7托至15托，射频功率为300瓦至600瓦，C4F8流量为每分钟10标准立方厘米至每分 钟30标准立方厘米，CO流量为每分钟50标准立方厘米至每分钟200标准立方厘米，Ar流 量为每分钟200标准立方厘米至每分钟400标准立方厘米，02流量为每分钟10标准立方 厘米至每分钟20标准立方厘米。
全文摘要
一种介质层的减薄方法，包括提供衬底；在所述衬底表面形成介质层；采用化学机械抛光工艺减薄介质层的第一厚度；采用等离子体刻蚀工艺减薄介质层的第二厚度，所述减薄第二厚度后的介质层均一性高于所述减薄第一厚度后的介质层。本发明能够进一步减薄介质层的厚度，提高利用本发明制造的CMOS图像传感器的敏感度。
文档编号H01L21/768GK102044472SQ20091019693
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月9日 优先权日2009年10月9日
发明者罗飞, 邹立 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司