CN103872180A - 一种利用碳离子注入吸杂的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种利用碳离子注入吸杂的方法。包括以下步骤：采用离子注入工艺通过硅片背面裸露层或者硅片背面二氧化硅层注入高能量碳离子，并在硅片的注入层中形成晶体缺陷区；进行退火过程，使晶体缺陷区转变为吸杂区，并捕获所述硅片中的金属离子形成去杂区；采用化学机械研磨方法去除所述去杂区。本发明的离子注入吸杂工艺和光电二极管的制造过程兼容性高，可以很容易的加入到现有技术中，且碳离子注入对器件性能没有副作用，离子注入吸杂过程也不容易污染器件；同时通过对离子注入吸杂的工艺参数进行优化和控制，金属离子吸杂效果好，吸杂后的光电二极管性能有了明显好转，暗电流和白像素明显降低，提高CMOS传感器的成像效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种吸杂方法，特别涉及一种利用碳离子注入吸杂的方法。
背景技术
光电二极管是将光信号变成电信号的半导体器件。它的核心部分是一个PN结，其已被广泛应用于CMOS传感器领域。在光电二极管的制造过程中，因机台的硬件材料以及制备工艺等原因不可避免的会造成金属污染的问题，而金属浓度过高会影响CMOS传感器的成像质量，产生白像素(white pixel)。现有技术通常采用抑制或去除金属源的方法解决金属污染，即对制造环境和制造工艺进行严格控制，尽力保持“超净”的工作状态，这种方法不仅作用有限，而且会大幅提高生产成本，无法满足器件更高的要求。现在更多的则是采用离子注入吸杂的方式降低金属杂质的浓度。离子注入吸杂技术又叫离子背面轰击工艺，它是利用高剂量的高能离子轰击硅片,产生大量晶格损伤缺陷,然后再经适当条件退火,把硅单晶正面有源区中的有害重金属杂质吸除到背面对器件性能无影响的损伤区中,从而降低金属杂质的浓度，提高硅单晶的完整性和单晶性。而采用的注入离子类型、离子注入能量、离子注入剂量等参数，对离子注入吸杂的效果有较大的影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用碳离子注入吸杂的方法，解决了现有技术中金属杂质难以去除、CMOS传感器的成像质量较差，存在白像素等问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种利用碳离子注入吸杂的方法，包括以下步骤：
步骤一，在光电二极管发射结形成前，采用离子注入工艺通过硅片背面裸露层或者硅片背面二氧化硅层注入高能量碳离子，并在硅片的注入层中形成晶体缺陷区；
步骤二，在氮气或氩气的保护中进行退火，使晶体缺陷区转变为吸杂区，并捕获所述硅片中的金属离子形成去杂区；
步骤三，采用化学机械研磨方法去除所述去杂区。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述碳离子的注入能量为100～300kev，注入剂量为1～3×1015cm-2。
进一步，步骤二中，所述退火温度为90～100℃，退火时间为1～3小时。
进一步，所述二氧化硅层厚度为
进一步，所述去杂区厚度为10～30um。
本技术方案的有益效果是：本发明的离子注入吸杂工艺和光电二极管的制造过程兼容性高，可以很容易的加入到现有技术中，且碳离子注入对器件性能没有副作用，离子注入吸杂过程也不容易污染器件；同时通过对离子注入吸杂的工艺参数进行优化和控制，金属离子吸杂效果好，吸杂后的光电二极管性能有了明显好转，暗电流和白像素明显降低，提高CMOS传感器的成像效果。
附图说明
图1为本发明碳离子注入吸杂方法的流程图；
图2a～2c为本发明碳离子注入吸杂方法对应的结构图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，为本发明碳离子注入吸杂方法的流程图，图2a～2c为本发明碳离子注入吸杂方法对应的结构图。本发明的方法包括以下步骤：
步骤101，在光电二极管1的发射结形成前，采用离子注入工艺通过硅片2背面裸露层注入一定能量和一定剂量的高能量碳离子，并在硅片的注入层中形成晶体缺陷区3，如图2a、2b所示；优选的，碳离子的注入能量为100～300kev，剂量为1～3×1015cm-2，本实施例中，所述注入能量为200kev，注入剂量为1.5×1015cm-2。
在其他实施例中，也可通过硅片背面二氧化硅层注入高能量碳离子，并在硅片的注入层中形成晶体缺陷区3，所述二氧化硅层厚度优选的可为
例如
。
步骤102，在氮气或氩气的保护中进行退火，使晶体缺陷区3变为吸杂区，并捕获所述硅片中的铁、铜等有害金属离子形成去杂区4，如图2c所示；优选的，退火步骤为在90～100℃温度下，在真空炉中退火处理1～3小时，捕获金属离子后形成的去杂区4厚度为10～30um，本实施例中，在95℃温度下，在真空炉中退火处理2小时，捕获金属离子后形成的去杂区4厚度为20um。
步骤103，采用化学机械研磨方法去除所述去杂区4。
本发明的方法利用一定剂量的高能碳离子子轰击硅片,产生大量晶格损伤缺陷,然后再经适当条件退火,把硅单晶正面有源区中的有害重金属杂质吸除到背面对器件性能无影响的损伤区中,从而降低金属杂质的浓度。本技术方案的离子注入吸杂工艺和光电二极管的制造过程兼容性高，可以很容易的加入到现有技术中，且碳离子注入对器件性能没有副作用，离子注入吸杂过程也不容易污染器件；同时通过对离子注入吸杂的工艺参数进行优化和控制，金属离子吸杂效果好，吸杂后的光电二极管性能有了明显好转，暗电流和白像素明显降低，提高CMOS传感器的成像效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种利用碳离子注入吸杂的方法，包括以下步骤：
步骤一，在光电二极管发射结形成前，采用离子注入工艺通过硅片背面裸露层或者硅片背面二氧化硅层注入高能量碳离子，并在硅片的注入层中形成晶体缺陷区；
步骤二，在氮气或氩气的保护中进行退火，使晶体缺陷区转变为吸杂区，并捕获所述硅片中的金属离子形成去杂区；
步骤三，采用化学机械研磨方法去除所述去杂区。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤一中，所述碳离子的注入能量为100～300kev，注入剂量为1～3×1015cm-2。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤二中，所述退火温度为90～100℃，退火时间为1～3小时。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述硅片背面二氧化硅层厚度为
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述去杂区厚度为10～30um。
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