CN103779372A

CN103779372A - 基于非本征吸杂技术的ccd制作工艺

Info

Publication number: CN103779372A
Application number: CN201410046403.XA
Authority: CN
Inventors: 雷仁方; 高建威; 韩沛东; 廖乃镘; 李华高
Original assignee: CETC 44 Research Institute
Current assignee: CETC 44 Research Institute
Priority date: 2014-02-10
Filing date: 2014-02-10
Publication date: 2014-05-07

Abstract

一种基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺，包括提供硅衬底，其创新在于：所述提供硅衬底按如下工艺进行：A.采用CVD方式在衬底层上表面淀积硅薄膜；B.采用机械损伤方式、激光损伤方式或离子注入损伤方式对衬底层下表面进行处理，形成背面损伤层；C.采用CVD方式在背面损伤层表面淀积多晶硅薄膜或氮化硅薄膜。本发明的有益技术效果是：通过工艺手段提高非本征吸杂层的吸杂能力，保证外延层的清洁度始终维持在较好的状态，降低成品CCD的暗电流，提高器件品质。

Description

基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺

技术领域

本发明涉及一种CCD制作技术，尤其涉及一种基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺。

背景技术

CCD制作工艺的常规步骤为：提供硅衬底（也即衬底层）→形成栅介质→形成沟阻→形成沟道→形成转移栅→形成地→形成放大器源漏→连接通孔→形成金属引线；其中，与本文的改进点相关的即为提供硅衬底；

外延硅片是常用的衬底层结构，相比于以前用单晶硅片作为衬底层制作出的CCD，用外延硅片作为衬底层制作出的CCD具有更低的暗电流，尤其是对于工作于高温环境下的CCD而言，用外延硅片作为衬底层的CCD的低暗电流优势更为明显，因此，目前的CCD制作中普遍采用外延硅片作为衬底层。

由于CCD制作的工艺周期较长，各个工艺步骤中都存在引入Fe、Ni、Cu等重金属离子的可能性，而重金属离子又是导致CCD暗电流增加的主要原因，因此，在CCD制作时还要考虑采用吸杂技术来去除重金属离子；

现有技术中，对半导体器件进行吸杂处理时，常用手段有本征吸杂和非本征吸杂两种；

本征吸杂的基本原理是：采用高温处理工艺（典型处理流程为1100℃/6小时的高温热处理、650℃/16小时的低温热处理和1000℃/6小时的高温热处理）使硅片表面区的间隙氧原子往外面扩散形成脱氧层，内部间隙氧原子成核形成氧沉淀，利用氧沉淀所形成的缺陷吸除硅片中的杂质；但本征吸杂不适于CCD工艺中的吸杂，其原因是：由于本征吸杂后，CCD制作工艺中存在温度条件为900℃至1000℃的热工艺步骤，氧沉淀会在900℃至1000℃的高温条件下逐渐溶解、消失，起不到吸杂作用。

非本征吸杂的基本原理是：通过在硅片体外（常为硅片背面）引入应变区或损伤区来起到吸杂作用；常用的应变区形成方式如：在硅片背面淀积氮化硅薄膜或多晶硅薄膜；常用的损伤区形成方式有：对硅片背面进行机械损伤处理、激光损伤处理或离子注入损伤处理。现有技术在对CCD工艺中引入的杂质进行吸杂处理时，一般在应变区和损伤区中择一形成非本征吸杂区；虽然应变区和损伤区不会像本征吸杂那样在CCD工艺中的高温条件下完全失效，但CCD工艺中的高温条件仍然会对应变区和损伤区造成负面影响：CCD工艺中的高温条件会对损伤区起到退火作用，使损伤区上的损伤中心数量逐渐减少，降低损伤区的吸杂作用；CCD工艺中的高温条件也会对应变区起到退火作用，使氮化硅薄膜或多晶硅薄膜的应力减小，降低应变区的吸杂作用；并且，若应变区和损伤区暴露在高温环境下的时间太长，也有可能导致非本征吸杂作用完全消失。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺，包括：1）提供硅衬底，2）形成栅介质，3）形成沟阻，4）形成沟道，5）形成转移栅，6）形成地，7）形成放大器源漏，8）连接通孔，9）形成金属引线；其创新之处在于

所述步骤1）提供硅衬底按如下工艺进行：A、采用CVD方式在衬底层上表面淀积硅薄膜，淀积出的硅薄膜即形成外延层；

B、采用机械损伤方式、激光损伤方式或离子注入损伤方式对衬底层下表面进行处理，形成背面损伤层；

C、采用CVD方式在背面损伤层表面淀积多晶硅薄膜或氮化硅薄膜，多晶硅薄膜或氮化硅薄膜即形成应变层；

由衬底层经步骤A、B、C的处理后所形成的结构体，即为一多层复合结构的外延硅片，背面损伤层和应变层即为二层复合结构的非本征吸杂层；继续步骤2）至9）的操作，在外延层上加工出CCD的表面结构，即可获得成品CCD。

前述方案的原理是：通过工艺手段，在衬底层上叠加一二层复合结构的非本征吸杂层，从而得到一多层复合结构的外延硅片，并将这种外延硅片用于CCD的加工制作，在CCD的加工制作过程中，本发明的复合结构的非本征吸杂层可以比现有技术单一的应变区或损伤区具备更强的抗退火作用的能力，从而使吸杂作用的效果水平始终维持在相对较高的水平，最终保证外延层的清洁度在CCD加工过程中始终保持在较好的状态，降低成品CCD的暗电流，提高器件品质。

为了进一步减少CCD加工过程中的高温条件对非本征吸杂层的负面影响，本发明还作了如下改进：在步骤C完成之后，步骤2）开始之前，采用CVD方式在应变层表面淀积低温二氧化硅薄膜，低温二氧化硅薄膜形成背封层。背封层可让应变层与外部环境保持隔离，避免应变层被氧化，延缓非本征吸杂层吸杂能力的衰减速率。

优选地，所述背面损伤层上的损伤中心的密度为2E14cm^-3以上；所述应变层厚度为800nm以上；所述背封层厚度为800nm以上。

本发明的有益技术效果是：通过工艺手段提高非本征吸杂层的吸杂能力，保证外延层的清洁度始终维持在较好的状态，降低成品CCD的暗电流，提高器件品质。

附图说明

图1、由本发明的工艺所获得的外延硅片的结构示意图。

具体实施方式

一种基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺，包括：1）提供硅衬底，2）形成栅介质，3）形成沟阻，4）形成沟道，5）形成转移栅，6）形成地，7）形成放大器源漏，8）连接通孔，9）形成金属引线；其改进在于

所述步骤1）提供硅衬底按如下工艺进行：A、采用CVD方式在衬底层2上表面淀积硅薄膜，淀积出的硅薄膜即形成外延层1；

B、采用机械损伤方式、激光损伤方式或离子注入损伤方式对衬底层2下表面进行处理，形成背面损伤层3；

C、采用CVD（化学气相沉积）方式在背面损伤层3表面淀积多晶硅薄膜或氮化硅薄膜，多晶硅薄膜或氮化硅薄膜即形成应变层4；

由衬底层2经步骤A、B、C的处理后所形成的结构体，即为一多层复合结构的外延硅片，背面损伤层3和应变层4即为二层复合结构的非本征吸杂层；继续步骤2）至9）的操作，在外延层1上加工出CCD的表面结构，即可获得成品CCD。

进一步地，在步骤C完成之后，步骤2）开始之前，采用CVD方式在应变层4表面淀积低温二氧化硅薄膜，低温二氧化硅薄膜形成背封层5。

进一步地，所述背面损伤层3上的损伤中心的密度为2E14cm^-3以上；所述应变层4厚度为800nm以上；所述背封层5厚度为800nm以上。

为了便于本领域技术人员实施，本发明还公开了如下的优选实施方式：

所述提供硅衬底，按如下工艺进行：

A、采用CVD（化学气相沉积）方式在衬底层2上表面淀积硅薄膜，淀积出的硅薄膜即形成外延层1，外延层厚度通常为8～20μm，外延层硼离子掺杂浓度通常为4E14～2E15cm^-3；

B、采用机械损伤方式、激光损伤方式或离子注入损伤方式对衬底层2下表面进行处理，形成背面损伤层3，损伤中心的密度为2E14cm^-3以上；

C、采用CVD方式在背面损伤层3表面淀积多晶硅薄膜或氮化硅薄膜，多晶硅薄膜或氮化硅薄膜即形成应变层4，应变层厚度为800nm以上；

所述形成栅介质，栅介质为SiO₂/Si₃N₄复合介质。

所述形成沟阻，所述沟阻由硼离子注入后热生长一定厚度的氧化层而成。

所述形成沟道，所述沟道由磷离子注入形成。

所述形成转移栅，也即多晶硅转移栅，它由重掺杂的多晶硅一、多晶硅二和多晶硅三组成，形成CCD器件的Ø1、Ø2和Ø3三个转移相。

所述形成地，所述地由硼扩散或硼离子注入形成。

所述形成放大器源漏，由磷扩散或磷离子注入形成。

所述连接通孔工艺，所述连接通孔由等离子干法刻蚀或湿法刻蚀工艺形成，用以形成金属布线与多晶硅转移栅、地和源漏的接触。

所述形成金属引线，也即金属布线，它由热蒸发或磁控溅射金属铝，采用干法刻蚀或湿法腐蚀技术进行图形化而成。

前述的步骤2）至9）仅为简述，其工艺参数和条件均为常规选择，在此不再赘述。

采用本发明的方案后，CCD图像传感器的暗电流可得到较大程度的降低。

Claims

1.一种基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺，包括：1）提供硅衬底，2）形成栅介质，3）形成沟阻，4）形成沟道，5）形成转移栅，6）形成地，7）形成放大器源漏，8）连接通孔，9）形成金属引线；其特征在于

所述步骤1）提供硅衬底按如下工艺进行：A、采用CVD方式在衬底层（2）上表面淀积硅薄膜，淀积出的硅薄膜即形成外延层（1）；

B、采用机械损伤方式、激光损伤方式或离子注入损伤方式对衬底层（2）下表面进行处理，形成背面损伤层（3）；

C、采用CVD方式在背面损伤层（3）表面淀积多晶硅薄膜或氮化硅薄膜，多晶硅薄膜或氮化硅薄膜即形成应变层（4）；

由衬底层（2）经步骤A、B、C的处理后所形成的结构体，即为一多层复合结构的外延硅片，背面损伤层（3）和应变层（4）即为二层复合结构的非本征吸杂层；继续步骤2）至9）的操作，在外延层（1）上加工出CCD的表面结构，即可获得成品CCD。

2.根据权利要求1所述的基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺，其特征在于：在步骤C完成之后，步骤2）开始之前，采用CVD方式在应变层（4）表面淀积低温二氧化硅薄膜，低温二氧化硅薄膜形成背封层（5）。

3.根据权利要求2所述的基于非本征吸杂技术的CCD制作工艺，其特征在于：所述背面损伤层（3）上的损伤中心的密度为2E14cm^-3以上；所述应变层（4）厚度为800nm以上；所述背封层（5）厚度为800nm以上。