形成cmos图像传感器像素间隔离沟槽的方法
【专利摘要】本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，通过在一键合晶圆表面覆盖一阻挡层，并采用微影工艺和第一湿法刻蚀工艺在阻挡层上刻蚀出若干图形窗口，并以此阻挡层为掩膜对晶圆进行第二湿法刻蚀工艺处理以代替传统的干法刻蚀工艺，形成若干隔离沟槽并进行后续的氧化物填充；该技术方案可以避免传统的干法刻蚀工艺的过程中，高能量的离子轰击会破坏衬底并导致半导体器件的漏电电流较大；因此减少了CMOS图像传感器中像素间的信号串扰，增强了CMOS图像传感器的光电特性。
【专利说明】形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种形成CMOS图像传感器像素间隔 离沟槽的方法。
【背景技术】
[0002] 随着半导体制造技术的不断成熟发展，CMOS图像传感器越来越集中应用于数码相 机、PCCamera、影像电话、第三代手机、视讯会议、智能型保全系统、汽车倒车雷达、玩具以 及工业、医疗等其他领域中。
[0003]CMOS图像传感器属于光电元器件，CMOS图像传感器由于其制造工艺与现有集成 电路制造工艺兼容，同时其性能比原有的电荷耦合器件（CCD)有很多优点，而且逐渐成为 图像传感器的主流，其可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计同时也降低了 系统的功耗。CMOS图像传感器由于在采集光信号的同时就可以获取电信号，还能实时处理 图像信息，反应速度快；同时CMOS图像传感器还具有价格便宜，带宽较大，防模糊，访问的 灵活性和较大的填充系数的优点并得到了大量的使用。
[0004]CMOS图像传感器可分为前照式CMOS图像传感器和CMOS图像传感器，其CMOS图像 传感器相对于前照式CMOS图像传感器较大效率的提高了光线接收的效能。但是现有技术 中的CMOS图像传感器中，光线会进入相邻的像素单元进而造成信号串扰，降低CMOS图像传 感器的光电特性。
[0005] 沟槽隔离技术被应用于减少CMOS图像传感器中像素间的信号串扰，当前使用干 法刻蚀的方法去挖沟槽，如图Ia?Ic所示，首先提供两个相互键合的晶圆（晶圆11和晶 圆13)，且两键合晶圆中填充有BEOL(Back-End-Of-Line，简称BE0L，也即常规所言的后 段制程层）介质层12 ;在键合晶圆的上表面进行阻挡层的覆盖、微影以及干法刻蚀工艺，在 键合晶圆上表面以于形成若干沟槽14 ;继续进行对沟槽的填充物15的填充、磨平工艺进而 完成形成CMOS图像传感器中像素间的隔离沟槽工艺。
[0006] 但是干法刻蚀工艺的过程中，高能量的离子体轰击会破坏表层的衬底，以至于导 致半导体器件的漏电电流较大，从而影响到CMOS图像传感器的光电特性，影响输出图像的 质量。
[0007] 因此采用一种新的方法去挖隔离沟槽，使衬底不会被高能量的离子破坏成为半导 体制造【技术领域】中逐渐研究的对象。
【发明内容】
[0008] 鉴于上述问题，本发明提供一种形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，以 解决现有技术中，因干法刻蚀工艺的过程中，高能量的离子体会破坏表层的衬底，以至于导 致半导体器件的漏电电流较大，从而影响到CMOS图像传感器的光电特性的缺陷。
[0009] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
[0010] 一种形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，所述方法包括：
[0011] 步骤sI、制备一键合晶圆，所述键合晶圆包括第一晶圆和键合所述第一晶圆下方 的第二晶圆；
[0012] 步骤S2、于所述第一晶圆的上表面覆盖一阻挡层，并采用第一湿法刻蚀工艺在所 述阻挡层中刻蚀出若干间隔开且将所述第一晶圆的部分上表面予以暴露的图形窗口；
[0013] 步骤S3、以所述阻挡层为刻蚀掩膜对所述第一晶圆进行第二湿法刻蚀工艺，以在 所述第一晶圆中形成若干隔离沟槽；
[0014] 步骤S4、对所述隔离沟槽进行氧化物填充，且所述氧化物完全覆盖所述阻挡层。
[0015] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，所述第一晶圆 包括第一衬底和第一BEOL介质层，所述第二晶圆包括第二衬底和第二BEOL介质层；
[0016] 其中，所述第二BEOL介质层覆盖所述第二衬底的上表面，所述第一BEOL介质层位 于所述第二BEOL介质层之上，所述第一衬底覆盖所述第一BEOL介质层的上表面。
[0017] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，第二湿法刻蚀 工艺对所述第一衬底的刻蚀速率与第二湿法刻蚀工艺对所述阻挡层的刻蚀速率的比值大 于为100:1。
[0018] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，在所述第一晶 圆的上表面覆盖所述阻挡层之前，所述方法还包括：
[0019] 对所述键合晶圆进行减薄处理，以降低第一晶圆的厚度。
[0020] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，对所述隔离沟 槽进行氧化物的填充工艺之后，所述方法还包括：
[0021] 对所述氧化物进行平坦化工艺处理。
[0022] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，步骤S2中还包 括：采用微影工艺对所述阻挡层进行处理，之后进行第一湿法刻蚀，以形成所述图形窗口。
[0023] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，所述阻挡层的 厚度范围为IOA?丨00A。
[0024] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，所述阻挡层的 材质为二氧化硅或氮化硅。
[0025] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，所述氧化物的 材质为二氧化钨。
[0026] 较佳的，上述形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其中，所述隔离沟槽 的形状为V形。
[0027] 上述技术方案具有如下优点或有益效果：
[0028] 本发明公开了一种形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，通过在一键合 晶圆表面覆盖一阻挡层，并采用微影工艺和第一湿法刻蚀工艺在阻挡层上刻蚀出若干图 形窗口，并以此阻挡层为掩膜对晶圆进行第二湿法刻蚀工艺处理以代替传统的干法刻蚀工 艺，形成若干隔离沟槽并进行后续的氧化物填充；该技术方案可以避免传统的干法刻蚀工 艺的过程中，高能量的离子轰击会破坏衬底并导致半导体器件的漏电电流较大；因此减少 了CMOS图像传感器中像素间的信号串扰，增强了CMOS图像传感器的光电特性。
[0029] 具体【专利附图】
【附图说明】
[0030] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜 形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比 例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0031] 图Ia?Ic是现有技术中隔离沟槽的形成方法示意图；
[0032] 图2a?2e是本发明中CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的形成方法示意图。
【具体实施方式】
[0033] 本发明的核心思想是：在一键合晶圆的上表面覆盖一阻挡层，并采用微影工艺和 第一湿法刻蚀工艺在阻挡层上刻蚀出若干图形窗口，并以此阻挡层为掩膜对晶圆进行第二 湿法刻蚀工艺处理以代替传统的干法刻蚀工艺，在晶圆中形成若干隔离沟槽并进行后续的 氧化物填充。
[0034] 下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限 定。
[0035] 步骤Sl、制备一键合晶圆，该键合晶圆包括第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆位于第 二晶圆的上方，且两晶圆的正面相互键合，具体的，第一晶圆包括第一衬底21和第一BEOL 介质层22,第二晶圆包括第二衬底24与第二BEOL介质层23,在传统的键合晶圆制备时，是 通过在第一衬底21上的一表面制备第一BEOL介质层22,在第二衬底24上的一表面制备 第二BEOL介质层23,进一步的将第一BEOL介质层22和第二BEOL介质层23进行键合，形 成如图2a所示的结构。在图2a中，第二BEOL介质层23覆盖第二衬底24的上表面，第一 BEOL介质层22位于第二BEOL介质层23之上，第一衬底21覆盖第一BEOL介质层22的上 表面，以第一BEOL介质层22与第二BEOL介质层23的接触面作为第一晶圆、第二晶圆的正 面，相应的，第一晶圆的背面即第一衬底21的上表面，第二晶圆的背面即第二衬底24的下 表面。
[0036] 在本发明的实施例中，可根据实际工艺需求对上述键合晶圆进行减薄工艺，以降 低第一晶圆的厚度（可视为降低第一晶圆顶部的第一衬底21的厚度）。
[0037] 步骤S2、对上述键合晶圆的表面覆盖一层阻挡层25作为掩膜，具体来说，对第一 晶圆的上表面覆盖一层阻挡层25,形成如图2b所示的结构；当然本领域技术人员应当理解 为可根据具体的工艺需求，其阻挡层25也可选的覆盖在第二晶圆的下表面，便于进行后续 隔离沟槽的形成，但对本发明无实质影响，且在实际应用中同样适用。
[0038] 继续对上述阻挡层25进行处理，即采用微影工艺后继续进行第一湿法刻蚀工艺 在该阻挡层25中刻蚀出若干相互间隔开的图形窗口，该图形窗口自阻挡层25的上表面延 伸至阻挡层25的下表面，即图形窗口贯穿阻挡层25并完全暴露出第一晶圆的部分上表面， 如图2c所示，其中251表示剩余的阻挡层。在此选用微影工艺可在阻挡层25中形成若干 间隔开且开口宽度较小的窗口。
[0039] 为保证刻蚀工艺不会对键合晶圆的背面表面造成损伤导致半导体的漏电电流较 大，在本发明的一个可选的实施例中，上述阻挡层25的厚度为]OA?20A，优选的该阻挡层 25为二氧化硅、氮化硅或者其他在半导体制备工艺中比较常用的掩膜。
[0040]步骤S3、继续以上述形成若干图形窗口的阻挡层251为刻蚀掩膜，采用第二湿法 刻蚀工艺对第一晶圆（具体为第一衬底21)的上表面进行刻蚀，以在第一晶圆中形成若干 隔离沟槽26,作为可选项，该些隔离沟槽26可为上宽下窄的形状，而在一作为示范性但并 不作为局限的实施例中，该隔离沟槽26为V形沟槽，同时剩余部分第一衬底211，如图2d所 示。其中，以第二湿法刻蚀工艺处理代替传统的干法刻蚀工艺，可以避免因传统的干法刻蚀 工艺的过程中，高能量的离子轰击会破坏第一衬底21以至于导致半导体器件的漏电电流 较大，因此减少了CMOS图像传感器中像素间的信号串扰，大大增强了CMOS图像传感器的光 电特性。
[0041] 在本发明的实施例中，第二湿法刻蚀工艺对第一晶圆的第一衬底21的刻蚀速率 与第二湿法刻蚀工艺对该阻挡层251的刻蚀速率的比值至少为100:1，以保证在形成隔离 沟槽26的同时，避免损伤第一衬底21，进而提高CMOS图像传感器的光电特性，增加输出图 像的质量。
[0042] 步骤S4、对上述第一晶圆中的隔离沟槽26进行氧化物27的填充工艺，且该氧化物 27完全覆盖剩余的阻挡层251，最终形成如图2e所示的结构。
[0043] 作为可选项，上述氧化物27可采用金属氧化物，例如在一实施例中，可选用二氧 化钨来作为氧化物27。当然，本领域技术人员应当理解，上述二氧化钨仅仅为一种较佳的实 施例，在其他一些实施例中亦可采用半导体制备工艺中常规的材料（例如氧化硅）来对沟 槽进行填充。
[0044] 在本发明的实施例中，可进一步根据实际工艺需求对上述填充的氧化物27进行 平坦化工艺处理，使得氧化物27的上表面齐平。
[0045] 综上所述，通过在一键合晶圆表面覆盖一阻挡层，并采用微影工艺和第一湿法刻 蚀工艺在阻挡层上刻蚀出若干图形窗口，并以此阻挡层为掩膜对晶圆进行第二湿法刻蚀工 艺处理以代替传统的干法刻蚀工艺，形成若干隔离沟槽并进行后续的氧化物填充；该技术 方案可以避免传统的干法刻蚀工艺的过程中，高能量的离子轰击会破坏衬底并导致半导体 器件的漏电电流较大；因此减少了CMOS图像传感器中像素间的信号串扰，增强了CMOS图像 传感器的光电特性。
[0046] 本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以 实现所述变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘 述。
[0047] 以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述 特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实 施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示 的方法和技术内容对本发明技术方案做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，这并不影响本发明的实质内容。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。
【权利要求】
1. 一种形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，所述方法包括： 步骤S1、制备一键合晶圆，所述键合晶圆包括第一晶圆和键合于所述第一晶圆下方的 第二晶圆； 步骤S2、于所述第一晶圆的上表面覆盖一阻挡层，并采用第一湿法刻蚀工艺在所述阻 挡层中刻蚀出若干间隔开且将所述第一晶圆的部分上表面予以暴露的图形窗口； 步骤S3、以所述阻挡层为刻蚀掩膜对所述第一晶圆进行第二湿法刻蚀工艺，以在所述 第一晶圆中形成若干隔离沟槽； 步骤S4、对所述隔离沟槽进行氧化物填充，且所述氧化物完全覆盖所述阻挡层。
2. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，所 述第一晶圆包括第一衬底和第一 BE0L介质层，所述第二晶圆包括第二衬底和第二BE0L介 质层； 其中，所述第二BE0L介质层覆盖所述第二衬底的上表面，所述第一 BE0L介质层位于所 述第二BE0L介质层之上，所述第一衬底覆盖所述第一 BE0L介质层的上表面。
3. 如权利要求2所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，第 二湿法刻蚀工艺对所述第一衬底的刻蚀速率与第二湿法刻蚀工艺对所述阻挡层的刻蚀速 率的比值大于100:1。
4. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，在 所述第一晶圆的上表面覆盖所述阻挡层之前，所述方法还包括： 对所述键合晶圆进行减薄处理，以降低第一晶圆的厚度。
5. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，对 所述隔离沟槽进行氧化物的填充工艺之后，所述方法还包括： 对所述氧化物进行平坦化工艺处理。
6. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，步 骤S2中还包括：采用微影工艺对所述阻挡层进行处理，之后进行第一湿法刻蚀，以形成所 述图形窗口。
7. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，所 述阻挡层的厚度范围为10A?100A。
8. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，所 述阻挡层的材质为二氧化硅或氮化硅。
9. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，所 述氧化物的材质为二氧化钨。
10. 如权利要求1所述的形成CMOS图像传感器像素间隔离沟槽的方法，其特征在于，所 述隔离沟槽的形状为V形。
【文档编号】H01L27/146GK104347661SQ201410490063
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】董金文, 朱继锋, 肖胜安, 胡思平 申请人:武汉新芯集成电路制造有限公司