对CMOS图像传感器的HfO2/SiO2‑Si界面的改进的制作方法与工艺

对CMOS图像传感器的HfO2/SiO2-Si界面的改进技术领域本发明涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，具体而言，涉及对CMOS图像传感器的HfO2/SiO2-Si界面的改进。

背景技术：
互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)通常利用在半导体衬底的像素区阵列内形成的一系列光电二极管从而感测光何时照射到光电二极管。邻近在每一像素区内的每一光电二极管可以形成转移晶体管从而在期望的时间传输由光电二极管内所感测的光产生的信号。这些光电二极管和转移晶体管通过在期望的时间运行转移晶体管从而使得图像在期望的时间被捕获。可以在前照式(FSI)配置或者背照式(BSI)配置中形成CIS。在前照式配置中，光从已形成转移晶体管的图像传感器的“前”面传递到光电二极管。然而，由于金属层、介电层和转移晶体管可能不一定是透明的并且不容易使光穿过，因此在光到达光电二极管之前，迫使光穿过任何上覆的金属层、介电层并经过转移晶体管可能产生加工和/或运行问题。在BSI配置中，转移晶体管、金属层和介电层形成在衬底的前面上并且容许光从衬底的“背”面传递到光电二极管。这样，在光到达转移晶体管、介电层或者金属层之前光射到光电二极管。这样的配置可以降低制造图像传感器的复杂度并且改进图像传感器的运行。可惜的是，常规的CIS可能出现不期望量的气泡缺陷和/或暗电流(DC)。

技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底；以及抗反射涂层，设置在所述衬底上，所述抗反射涂层和所述衬底形成界面，在所述界面处的碳浓度和氯浓度小于氧浓度。在所述的半导体器件中，所述衬底由硅形成。在所述的半导体器件中，所述衬底是由硅和二氧化硅层形成。在所述的半导体器件中，所述抗反射涂层是由氧化铪形成。在所述的半导体器件中，所述抗反射涂层由设置在五氧化二钽上方的氧化铪形成。在所述的半导体器件中，所述界面位于所述抗反射涂层的上表面之下约50μm至约60μm之间。在所述的半导体器件中，所述抗反射涂层是使用原子层沉积工艺形成的。在所述的半导体器件中，所述抗反射涂层是使用二甲基氨基铪和臭氧作为前体形成的。在所述的半导体器件中，等离子体增强氧化物被设置在所述抗反射涂层上方。在所述的半导体器件中，第一氧化物、第二氧化物和缓冲氧化物被设置在所述抗反射涂层上方。在所述的半导体器件中，所述第一氧化物具有约1100埃的第一厚度，所述第二氧化物具有约4200埃的第二厚度，以及所述缓冲氧化物具有约500埃的第三厚度。根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件，包括：衬底，由覆盖在硅上面的二氧化硅形成；以及抗反射涂层，由覆盖在五氧化二钽上面的氧化铪形成，所述抗反射涂层的氧化铪和所述衬底的二氧化硅形成界面，在所述界面处的碳浓度和氯浓度小于氧浓度。在所述的半导体器件中，所述界面位于所述抗反射涂层的上表面之下约50μm至约60μm之间。在所述的半导体器件中，所述抗反射涂层是使用原子层沉积工艺形成的。在所述的半导体器件中，所述抗反射涂层是使用二甲基氨基铪和臭氧作为前体形成的。在所述的半导体器件中，至少两层氧化物层被设置在所述抗反射涂层上方，并且所述至少两层氧化物层支撑金属栅格。根据本发明的又一方面，提供了一种形成半导体器件的方法，包括：使用原子层沉积工艺和作为前体的二甲基氨基铪和臭氧在衬底上方形成抗反射涂层；以及保持所述抗反射涂层和所述衬底之间的界面处的碳浓度和氯浓度小于氧浓度。在所述的方法中，由硅和二氧化硅层形成所述衬底。在所述的方法中，由设置在五氧化二钽上方的氧化铪形成所述抗反射涂层。所述的方法进一步包括：在所述抗反射涂层的上表面之下约50μm至约60μm之间处形成所述界面。附图说明为了更加充分地理解本发明以及优点，现在将结合附图作出的以下描述作为参考，其中：图1是实施例互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)的的代表性部分的透视图；图2是图1的CIS的剖面部分，突出显示了图1的CIS中抗反射涂层(ARC)和下面的衬底之间的界面；图3是列举与图1的CIS中抗反射涂层(ARC)和下面的衬底之间的界面有关的各种参数、条件和测试结果的图表；以及图4a至图4d是示出对于不同的工具类型和前体，在图1的CIS中抗反射涂层(ARC)和下面的衬底之间的界面处的碳[C]、氯[Cl]和氧[O]的量的曲线图。除非另有说明，不同附图中相应的编号和符号通常是指相应的部分。绘制附图以清晰地示出实施例的相关方面并且附图不必按比例绘制。具体实施方式在下面详细讨论本发明优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，实施例提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的发明构思。所讨论的具体实施例仅是示例性的，而不用于限制本发明的范围。将参照具体环境中的优选实施例描述本发明，即互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)。然而，本发明的构思还可以适用于其他半导体结构或者电路。参照图1，示出了实施例互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器(CIS)10。在一个实施例中，CIS10通常包括阵列部分12。如图所示，CIS10的阵列部分12包括覆盖在金属电介质16和层间电介质18上面的衬底14。衬底14可以由例如硅或者含硅材料(例如，硅锗等)形成。虽然本文中没有详细描述，但应该认识到CIS10还包括其他结构、部件和部分(例如，金属屏蔽，E-垫(E-pad)，SL(SPM&OVL)等)。仍参照图1，在衬底14上方形成抗反射涂层(ARC)20以减少入射光的反射。如图所示，在抗反射涂层20上方形成第一氧化物22、第二氧化物24和缓冲氧化物26。在一个实施例中，第一氧化物22是厚度为约1100埃的等离子体增强氧化物(PEOX)。在一个实施例中，第二氧化物24是厚度为约4200埃的低沉积速率电阻保护氧化物(LRPO)。在一个实施例中，缓冲氧化物26是厚度为约500埃的等离子体增强氧化物(PEOX)。这样，在一个实施例中，第一氧化物22、第二氧化物24和缓冲氧化物26的总厚度为约5800埃。如图所示，在CIS10中包含栅格28。在一个实施例中，栅格28由第一氧化物22支撑、嵌入第二氧化物24中并且设置在缓冲氧化物26的下方。栅格28可以由各种合适的材料形成，举例来说，诸如钨、铝、铜、合金或者复合物。在一个实施例中，栅格28由低折射率材料形成，举例来说，诸如氧化物。如图1所示，栅格28通常限定出数个腔30，这些腔30设置在衬底14中的像素区32上方。像素区32每一个都支撑或者包含光电二极管(未示出)和相应的图像传感器电路(例如，晶体管等)。现参照图2，图2是图1中的CIS10的剖面部分，进一步详细地示出衬底14和抗反射涂层20之间的界面34。在一个实施例中，界面34位于抗反射涂层20的上表面之下约50μm至约60μm之间。即便如此，在其他实施例中，可以在其他深度形成或者设置界面34。在一个实施例中，由于硅38的氧化，衬底14包括在下面的硅38上形成的二氧化硅(SiO2)36薄层。在一个实施例中，抗反射涂层20由设置在五氧化二钽(Ta2O5)42的层或膜上或上方的氧化铪(HfO2)40的层或膜形成。如图所示，第一氧化物22、第二氧化物24和缓冲氧化物26设置在五氧化二钽42上或上方。应该认识到，在其他实施例中可以存在中介层。现参照图3，已收集了列举出与CIS10中的抗反射涂层20和下面的衬底14之间的界面34有关的各种参数、条件和测试结果的图表44。实际上，图表44包括表示在形成图1的CIS10中所使用的工具类型46和前体48的列。图表44还示出在界面34处的元素浓度比较50，以电子/秒(e/s)表示的阵列暗电流52，暗像不均匀性(DINU)故障率54百分比，以及气泡缺陷56结果。在一个实施例中，使用二次离子质谱法(SIMS)来确定用于元素浓度比较50的元素浓度。二次离子质谱法是在材料科学和表面科学中用于通过采用聚焦的一次离子束溅射样品的表面并且收集和分析射出的二次离子来分析固体表面和薄膜的组成的技术。如图3中的图表44所示，在第一迭代中，使用来自应用材料(AppliedMaterials，AMAT)的原子层沉积(ALD)工具类型46和四氯化铪和水(HfCl4+H2O)的前体48形成CIS10。当对CIS10的界面34进行SIMS测试时，发现在界面34处碳[C]的浓度小于氧[O]的浓度，并且氯[Cl]的浓度大于氧[O]的浓度，如图4a的SIMS分布图58所示。返回参照图3，进一步的测试表明阵列暗电流52为6.4以及DINU故障率54为0％，这两者都是可接受的。然而，气泡缺陷56的发生率是不良的(NG)，这是不可接受的。如图3中的图表44所示，在第二迭代中，使用来自应用材料(AMAT)的金属有机化学汽相沉积(MOCVD)工具类型46和二乙基氨基铪和氧气(TDESH+O2)的前体48形成CIS10。当对CIS10的界面34进行SIMS测试时，发现在界面34处碳[C]的浓度大于氧[O]的浓度并且氯[Cl]的浓度小于氧[O]的浓度，如图4b的SIMS分布图58所示。返回参照图3，进一步的测试表明阵列暗电流52为147以及DINU故障率54为86％，这两者都是不可接受的。然而，CIS10没有气泡缺陷56，这是期望的。如图3中的图表44所示，在第三迭代中，使用来自东京毅力科创株式会社(TokyoElectronLimited，TEL)的原子层沉积(ALD)工具类型46和二甲基氨基铪和臭氧(TDMAH+O3)的前体48形成CIS10。当对CIS10的界面34进行SIMS测试时，发现在界面34处碳[C]的浓度小于氧[O]的浓度并且氯[Cl]的浓度小于氧[O]的浓度，如图4c的SIMS分布图58所示。返回参照图3，进一步的测试表明阵列暗电流52为6以及DINU故障率54为0.4％，这两者都是可接受的。此外，CIS10没有气泡缺陷56，这是所期望的。如图3中的图表44所示，在第四迭代中，使用来自国际先进半导体材料(AdvancedSemiconductorMaterialsInternational，ASM)的原子层沉积(ALD)工具类型46和四氯化铪和水(HfCl4+H2O)的前体48形成CIS10。当对CIS10的界面34进行SIMS测试时，发现在界面34处碳[C]的浓度小于氧[O]的浓度并且氯[Cl]的浓度大于氧[O]的浓度，如图4d中的SIMS分布图58所示。返回参照图3，进一步的测试表明阵列暗电流52为5.98以及DINU故障率54为0％，这两者都是可接受的。然而，气泡缺陷56的发生率是不良的(NG)，这是不可接受的。根据图3至图4提供的数据和结果，发现当界面34处的碳[C]的浓度和氯[Cl]的浓度都小于氧[O]的浓度时，阵列暗电流52、DINU故障率54和气泡缺陷56全都是可接受的。换句话说，通过控制界面34处的[C]、[Cl]和[O]的相对浓度，使用合适的工具类型46和沉积工艺和/或使用合适的前体48，CIS10具有可接受的暗电流52、DINU故障率54和气泡缺陷56量。一种实施例半导体器件包括衬底和设置在衬底上的抗反射涂层，该抗反射涂层和衬底形成界面，在该界面处的碳浓度和氯浓度小于氧浓度。一种实施例半导体器件包括由覆盖在硅上面的二氧化硅形成的衬底，以及由覆盖在五氧化二钽上面的氧化铪形成的抗反射涂层，抗反射涂层的氧化铪和衬底的二氧化硅形成界面，在该界面处的碳浓度和氯浓度小于氧浓度。一种形成半导体器件的实施例方法包括：使用原子层沉积工艺和作为前体的二甲基氨基铪和臭氧在衬底上方形成抗反射涂层，以及保持抗反射涂层和衬底之间的界面处的碳浓度和氯浓度小于氧浓度。虽然本发明提供了示例性实施例，但是预期并不以限制性意义来解释本说明书。在参考本说明书时，示例性实施例的各种修改和组合以及其他实施例对本领域技术人员将是显而易见的。因此，预期所附权利要求涵盖任何这样的修改或实施例。