CN106409854B - 提高前照式cmos图像传感器红光量子效率的方法及结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法及结构。本发明的提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法包括：第一步骤：在生长接触孔刻蚀阻挡层前用一层定义红光感光区为打开的掩膜板，对金属硅化物的阻挡层二氧化硅层进行刻蚀，完全刻蚀去除红光感光区的金属硅化物的阻挡层，使红光感光区的硅衬底裸露；第二步骤：生长接触孔刻蚀阻挡层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体涉及CMOS图像传感器感光效率的提高；更具体地说，本发明涉及一种提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法及相应的CMOS图像传感器结构。
背景技术
目前，主流前照式CMOS图像传感器由于其***电路所适用的制造技术为传统的CMOS逻辑电路制造流程，故其在光电二极管感光区域的硅衬底上方的薄膜层次典型为SAB(硅化物阻挡层)二氧化硅(用于金属硅化物的阻挡层)/CESL(接触孔刻蚀阻挡层)氮化硅(用于接触孔刻蚀阻挡层，此处也有用氮氧化硅的/ILD(层间电介质)二氧化硅(用于有源区与金属层隔离)，光线传输至位于硅衬底表面的光电二极管区前，需穿透这些层次，由于界面层的折射和反射会损失一部分光照强度，而损失的量由这些薄膜层的厚度和折射率决定，对于这三层的膜厚和折射率通常是逻辑电路的标准工艺决定的，即不同的逻辑电路的工艺决定了入射光量的损失大小。
因此，希望能够提供一种提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法。
为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法，包括：
第一步骤：在生长接触孔刻蚀阻挡层前用一层定义红光感光区为打开的掩膜板，对金属硅化物的阻挡层二氧化硅层进行刻蚀，完全刻蚀去除红光感光区的金属硅化物的阻挡层，使红光感光区的硅衬底裸露；
第二步骤：生长接触孔刻蚀阻挡层。
优选地，在第一步骤，绿光感光区和蓝光感光区在所述掩膜板中定义为未打开，即对金属硅化物的阻挡层二氧化硅层进行刻蚀时，不会刻蚀去除绿光感光区和蓝光感光区的金属硅化物的阻挡层，不会暴露绿光感光区和蓝光感光区的硅衬底。
优选地，在第二步骤，调整薄膜生长工艺的参数使红光感光区的所述接触孔刻蚀阻挡层的折射率介于2.24±3％之间。
优选地，在第二步骤，使得红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层的膜厚介于之间。
优选地，在第二步骤，红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层直接形成在硅衬底上。
优选地，在第二步骤，绿光感光区和蓝光感光区的接触孔刻蚀阻挡层形成在金属硅化物的阻挡层上。
为了实现上述技术目的，根据本发明，还提供了一种前照式CMOS图像传感器结构，包括：红光感光区、绿光感光区和蓝光感光区；其中，红光感光区包括直接形成在硅衬底上的接触孔刻蚀阻挡层，绿光感光区和蓝光感光区包括直接形成在硅衬底上的金属硅化物的阻挡层、以及直接形成在金属硅化物的阻挡层上的接触孔刻蚀阻挡层。
优选地，红光感光区的所述接触孔刻蚀阻挡层的折射率介于2.24±3％之间。
优选地，红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层的膜厚介于之间。
本发明通过改良红光光电二极管上方薄膜结构、折射率以及厚度来提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法的流程图。
图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的前照式CMOS图像传感器结构的示意图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
本发明通过改良红光光电二极管上方薄膜结构、折射率以及厚度来提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率。
具体地，图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法的流程图。
如图1所示，根据本发明优选实施例的提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法包括：
第一步骤S1：在生长接触孔刻蚀阻挡层前用一层定义红光感光区为打开的掩膜板，对金属硅化物的阻挡层二氧化硅层进行刻蚀，完全刻蚀去除红光感光区的金属硅化物的阻挡层，使红光感光区的硅衬底裸露；
其中，在第一步骤S1，绿光感光区和蓝光感光区在所述掩膜板中定义为未打开，即对金属硅化物的阻挡层二氧化硅层进行刻蚀时，不会刻蚀去除绿光感光区和蓝光感光区的金属硅化物的阻挡层，不会暴露绿光感光区和蓝光感光区的硅衬底。
第二步骤S2：生长接触孔刻蚀阻挡层。
优选地，在第二步骤S2，调整薄膜生长工艺的参数使红光感光区的所述接触孔刻蚀阻挡层的折射率介于2.24±3％之间。
而且优选地，在第二步骤S2，使得红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层的膜厚介于之间。
在第二步骤S2，红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层300直接形成在硅衬底100上。而且，在第二步骤S2，绿光感光区和蓝光感光区的接触孔刻蚀阻挡层形成在金属硅化物的阻挡层200上，如图2所示。
本发明所提出的解决方案的参数为理论推导的最佳结果，其理论模型为光线穿过两层介质层进入硅衬底，假设第一层介质层折射率为N1，膜厚为T1，第二层介质层为折射率为N2，膜厚为T2，硅衬底的折射率为3.44(视为已知)。考虑一束波长为λ的入射光线其水平分量对感光没有帮助，故模型只考虑入射光垂直薄膜层射入光电二极管的理想情况，即入射角为0℃，则可得光线从介质一到介质二的反射率表示为
从介质二到硅衬底的反射率表示为
则两个界面总的反射率可表示为
把(1)，(2)代入(3),可得当
R取得最小值时，表达式为
由(5)式可知，当反射率为0，即无反射损失。
对于传统的“硅化物阻挡二氧化硅层/接触孔刻蚀阻挡层/二氧化硅层”结构，其N2＝1.46，要满足这一条件N1需为0.61，目前已知并没有这种物质存在；但如果是“接触孔刻蚀阻挡层/二氧化硅层”的结构，那么，N1＝1.46，要满足(6)式，N2＝2.24，传统的接触孔刻蚀阻挡层可以通过调整工艺参数满足这一要求，再把N2代入(4)，得到T2的值，即无反射时接触孔刻蚀阻挡层的膜厚值，考虑红光的峰值波长为650nm，由此可以计算出T2为
例如，对于某一CIS(CMOS Image Sensor)工艺，其金属硅化物的阻挡层二氧化硅厚度为X，在其硅化物淀积及清洗完以后，在接触孔刻蚀阻挡层生长以前加一道光刻工艺，该工艺定义红光感光的区域为光阻显影后打开区域，其他区域光阻为显影后保留区域，光阻厚度须满足能完全阻挡干法刻蚀X厚度二氧化硅，并有一定余量，然后进行刻蚀工艺，使红光传感器上方二氧化硅薄膜完全刻蚀干净，露出硅衬底。去光阻后进行接触孔刻蚀阻挡层生长前的预清洗工艺，主要是去除红光传感器上方的自然氧化层，然后生长一层膜厚为 折射率为2.24±3％的接触孔刻蚀阻挡层；再进行有源区和金属隔离层二氧化硅的生长。
相对于传统前照式CMOS传感器，红、绿和蓝光上方薄膜层结构相同的结构，本发明利用外加一层掩膜板加刻蚀工艺，单独定义红光上方的薄膜结构。红光传感器上方薄膜层结构顺序调整为“接触孔刻蚀阻挡层/二氧化硅层”，绿光和蓝光区域保持传统结构不变，即“硅化物阻挡二氧化硅层/接触孔刻蚀阻挡层/二氧化硅层”。接触孔刻蚀阻挡层的折射率要求为2.24±3％，对其膜厚要求为
此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，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技术内容对本发明技术方案作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。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。
而且还应该理解的是，本发明并不限于此处描述的特定的方法、化合物、材料、制造技术、用法和应用，它们可以变化。还应该理解的是，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”、“一种”以及“该”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。因此，例如，对“一个元素”的引述意味着对一个或多个元素的引述，并且包括本领域技术人员已知的它的等价物。类似地，作为另一示例，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。因此，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此处描述的结构将被理解为还引述该结构的功能等效物。可被解释为近似的语言应该被那样理解，除非上下文明确表示相反意思。
而且，本发明实施例的方法和/或***的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。而且，根据本发明的方法和/或***的实施例的实际器械和设备，可利用操作***通过硬件、软件或其组合实现几个所选任务。
Claims (3)
1.一种提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法，其特征在于包括：
第一步骤：在生长接触孔刻蚀阻挡层前用一层定义红光感光区为打开的掩膜板，对金属硅化物的阻挡层二氧化硅层进行刻蚀，完全刻蚀去除红光感光区的金属硅化物的阻挡层，使红光感光区的硅衬底裸露；
在第一步骤，绿光感光区和蓝光感光区在所述掩膜板中定义为未打开，即对金属硅化物的阻挡层二氧化硅层进行刻蚀时，不会刻蚀去除绿光感光区和蓝光感光区的金属硅化物的阻挡层，不会暴露绿光感光区和蓝光感光区的硅衬底；
第二步骤：生长接触孔刻蚀阻挡层；
在第二步骤，调整薄膜生长工艺的参数使红光感光区的所述接触孔刻蚀阻挡层的折射率介于2.24±3％之间；
在第二步骤，使得红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层的膜厚介于之间；
在第二步骤，红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层直接形成在硅衬底上。
2.根据权利要求1所述的提高前照式CMOS图像传感器红光量子效率的方法，其特征在于，在第二步骤，绿光感光区和蓝光感光区的接触孔刻蚀阻挡层形成在金属硅化物的阻挡层上。
3.一种前照式CMOS图像传感器结构，其特征在于包括：红光感光区、绿光感光区和蓝光感光区；其中，红光感光区包括直接形成在硅衬底上的接触孔刻蚀阻挡层，绿光感光区和蓝光感光区包括直接形成在硅衬底上的金属硅化物的阻挡层、以及直接形成在金属硅化物的阻挡层上的接触孔刻蚀阻挡层；红光感光区的所述接触孔刻蚀阻挡层的折射率介于2.24±3％之间；红光感光区的接触孔刻蚀阻挡层的膜厚介于之间。
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