專利名稱：Cmos圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器(CMOS Image sensor, CIS)是為克服電荷耦合器件(CXD)制造 工藝復(fù)雜并且能耗較高的缺點(diǎn)而產(chǎn)生的，其應(yīng)用CMOS制造技術(shù)，采用數(shù)量與半導(dǎo)體襯底中 單位像素的數(shù)量對應(yīng)的M0S晶體管。CIS由于采用CMOS技術(shù)，可以將像素單元陣列與外圍 電路集成在同一芯片上，與CCD相比，CIS具有體積小、重量輕、功耗低、編程方便、易于控制 以及平均成本低的優(yōu)點(diǎn)。在公開號為US2008/0265295A1的美國專利文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)有圖像傳感器 的制造工藝。如圖1所示，CMOS圖像傳感器包括襯底100，位于襯底100內(nèi)的光電有源區(qū) 110、晶體管有源區(qū)120以及隔離光電有源區(qū)110和晶體管有源區(qū)120的淺溝道隔離區(qū)101 ； 位于晶體管有源區(qū)表面的柵極區(qū)102、位于柵極區(qū)102兩邊的側(cè)墻103 ；位于襯底100表面 并覆蓋柵極區(qū)102和側(cè)墻103的層間介質(zhì)層130 ；位于層間介質(zhì)層130內(nèi)的第一金屬層105、 第二金屬層107和第三金屬層109 ；連接第一金屬層105與柵極區(qū)102的第一接觸孔104， 連接第一金屬層105與第二金屬層107的第二接觸孔106，連接第二金屬層107與第三金屬 層109的第三接觸孔108 ；位于層間介質(zhì)層130內(nèi)并與第三金屬層109電連接的電容，所述 電容包括第一電極113、第二電極111以及位于第一電極113與第二電極111之間的電介質(zhì) 層112 ；連接第二電極111與第三金屬層109的第四接觸孔114。眾所周知，衡量CMOS圖像傳感器性能的一個參數(shù)是敏感度(Sensitivity)，所述 敏感度與入射光到達(dá)光電有源區(qū)110的路程成反比例關(guān)系，換而言之，如果所述層間介質(zhì) 層130越薄，所述CMOS圖像傳感器敏感度越高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提高了 CMOS圖像傳感器的敏感度。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，包括 提供襯底，所述襯底表面形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層表面具有凸起，所述凸起與凸起之間形 成溝槽；在所述介質(zhì)層表面形成底部抗反射層；在所述介質(zhì)層表面和底部抗反射層表面形 成光刻膠層，所述光刻膠層覆蓋凸起；去除部分光刻膠層直至暴露出凸起；以所述底部抗 反射層和光刻膠層為掩膜，刻蝕介質(zhì)層直至刻蝕至溝槽底部；去除所述底部抗反射層和光 刻膠層；對所述介質(zhì)層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明通過將尖角狀凸起與平臺狀凸起 刻蝕成較小的尖角狀凸起，降低了化學(xué)機(jī)械拋光過程的時間，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝處理 后的介質(zhì)層在硅片中心位置和硅片邊緣位置厚度差異比較小，因而可以降低介質(zhì)層的厚 度，提高了 CMOS圖像傳感器的敏感度。


圖1是現(xiàn)有CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法流程示意圖；圖3至圖10是本發(fā)明提供的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法過程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)中，在實際的CMOS圖像傳感器制備過程中，層間 介質(zhì)層通常包括兩層或者兩層以上的介質(zhì)層，并且為了保證后續(xù)形成在介質(zhì)層表面的結(jié)構(gòu) 的質(zhì)量，對所形成的介質(zhì)層要求達(dá)到一定的平坦度。本發(fā)明的發(fā)明人又發(fā)現(xiàn)，所述介質(zhì)層通 常會覆蓋接觸孔或者導(dǎo)電電極等的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，形成的介質(zhì)層表面的平坦度會比較差，現(xiàn) 有的技術(shù)會對介質(zhì)層表面執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，由于化學(xué)機(jī)械拋光工藝的缺陷，對介質(zhì) 層拋光時，在硅片中心位置的介質(zhì)層和在硅片邊緣位置采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝時研磨速率 是不同的，導(dǎo)致化學(xué)機(jī)械拋光工藝處理后的介質(zhì)層在硅片中心位置和硅片邊緣位置厚度差 異比較大，所以，在形成介質(zhì)層的時候，介質(zhì)層的厚度不能夠太薄，否則可能導(dǎo)致硅片邊緣 位置的層間介質(zhì)層被全部去除掉，從而造成芯片失效。對此，有必要提出一種改進(jìn)的處理方 法，使得形成的介質(zhì)層厚度能夠減薄，以提高CMOS圖像傳感器的敏感度。為此，本發(fā)明的發(fā)明人提出一種CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，圖2是本發(fā) 明CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法的流程示意圖，具體包括如下步驟步驟S101，提供襯底；步驟S102，在所述襯底表面形成介質(zhì)層，所述介質(zhì)層表面具有凸起，所述凸起包括 尖角狀凸起與平臺狀凸起，所述凸起與凸起之間形成溝槽；步驟S103，在所述介質(zhì)層表面形成底部抗反射層；步驟S104，在所述介質(zhì)層表面和底部抗反射層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層 覆蓋凸起；步驟S105，去除部分光刻膠層直至暴露出凸起；步驟S106，以所述底部抗反射層和光刻膠層為掩膜，刻蝕介質(zhì)層直至刻蝕至溝槽 底部；步驟S107，去除所述底部抗反射層和光刻膠層；步驟S108，對所述介質(zhì)層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光。下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法進(jìn)行詳細(xì)說明。參考圖3，提供襯底200，所述襯底200可以為多層基片(例如，具有覆蓋電介質(zhì)和 金屬膜的硅襯底)、分級基片、絕緣體上硅基片(S0I)、外延硅基片、部分處理的基片(包括 集成電路及其他元件的一部分)、圖案化或未被圖案化的基片。參考圖4，在所述襯底200表面形成介質(zhì)層210，所述介質(zhì)層210表面具有凸起 211，所述凸起211包括尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111，所述凸起211與凸起211之間 形成溝槽。所述介質(zhì)層210用于對襯底200內(nèi)的有源區(qū)與有源區(qū)之間的隔離，或者用于對 襯底上的導(dǎo)線與導(dǎo)線之間的隔離，具體所述介質(zhì)層110可以是金屬前介質(zhì)層(Pre-Metal Dielectric，PMD)，也可以是層間介質(zhì)層(Inter-Metal Dielectric，ILD)。PMD 是沉積在具有M0S器件的襯底上，利用化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor deposition,CVD)工藝形成，在 PMD中會在后續(xù)工藝形成溝槽，用金屬填充溝槽形成連接孔，所述連接孔用于連接M0S器件 的電極和上層互連層中的金屬導(dǎo)線。ILD是后道工藝在金屬互聯(lián)層之間的介電層，ILD中會 在后續(xù)工藝中形成溝槽，用金屬填充溝槽形成連接孔，所述連接孔用于連接相鄰金屬互連 層中的導(dǎo)線。所述介質(zhì)層210的材料通常選自Si02或者摻雜的Si02，例如USG(Und0ped silicon glass,沒有摻雜的硅玻璃)、BPSG(Borophosphosilicate glass,摻雜硼磷的硅玻璃)、 BSG(borosilicate glass，摻雜硼的硅玻璃)、PSG(Phosphosilitcate Glass，摻雜磷的硅 玻璃)等。所述介質(zhì)層210的形成工藝可以為現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積工藝(Chemical Vapor Deposition, CVD)，在這里不做贅述。本發(fā)明的發(fā)明人在介質(zhì)層210的制備中發(fā)現(xiàn)，形成的介質(zhì)層210表面平坦度會比 較差，所述介質(zhì)層210表面具有凸起211，所述凸起211具有不同形貌，依舊參考圖4，所述 凸起211包括尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111。在現(xiàn)有的工藝制備中，會對所述介質(zhì)層210直接執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光工藝，由于凸 起211包括尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111，所述平臺狀凸起2111會導(dǎo)致化學(xué)機(jī)械拋 光過程比較長，并參照之前所述，化學(xué)機(jī)械拋光工藝處理后的介質(zhì)層210在硅片中心位置 和硅片邊緣位置厚度差異比較大，較長的化學(xué)機(jī)械拋光過程導(dǎo)致介質(zhì)層210在硅片中心位 置和硅片邊緣位置厚度差異變大，綜上所述，在現(xiàn)有工藝背景下，介質(zhì)層210的厚度不能夠 太薄。為此，本發(fā)明將尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111刻蝕成較小的尖角狀凸起，降 低了化學(xué)機(jī)械拋光過程的時間，使得介質(zhì)層210厚度要求降低，經(jīng)過發(fā)明人大量的創(chuàng)造性 勞動，通過實驗數(shù)據(jù)可以得到介質(zhì)層210厚度為1500埃至1. 2微米。參考圖5，在所述介質(zhì)層210表面形成底部抗反射層220。所述底部抗反射層220材料為含C元素、H元素和0元素的化合物，形成底部抗反 射層120的工藝可以為旋涂工藝。所述底部抗反射層220厚度為填充所述溝槽的深度的1/3至1/2。所述底部抗反射層220由于有比較好的抗刻蝕性，用于填充凸起211與凸起211 之間形成的溝槽，以保護(hù)溝槽底部不被后續(xù)的刻蝕工藝過度刻蝕。參考圖6，在所述介質(zhì)層210表面和底部抗反射層220表面形成光刻膠層230，所 述光刻膠層230覆蓋凸起211。所述光刻膠層230的形成工藝可以為旋涂工藝，所述光刻膠層230用于形成后續(xù) 刻蝕尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111的掩膜層。參考圖7，去除一部分光刻膠層230直至暴露出凸起211。所述去除部分光刻膠230的工藝可以為等離子去除工藝，所述去除光刻膠層的厚 度根據(jù)具體的介質(zhì)層平坦度以及光刻膠層的厚度設(shè)定，在本實施例中，所述去除光刻膠層 的厚度可以通過刻蝕設(shè)備中的停止點(diǎn)(End-point)測試設(shè)備測試得到。在本實施例中，去除部分光刻膠230可以選用電容耦合等離子(Capacitive Coupled Plasma, CCP)設(shè)備中進(jìn)行，具體工藝參數(shù)包括刻蝕設(shè)備腔體壓力為50毫托至100毫托，射頻功率為300瓦至500瓦，02流量為每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘250標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，N2流量為每分鐘20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘40標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，CO流量為每分鐘50 標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘90標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，以上述刻蝕條件去除光刻膠230直至暴露出凸起 211。參考圖8，以所述底部抗反射層220和光刻膠層230為掩膜，刻蝕介質(zhì)層210直至 刻蝕至溝槽底部。依舊參考圖7，尖角狀凸起2110的一部分尖角與平臺狀凸起2111的平臺面已經(jīng)暴 露出來，后續(xù)步驟將尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111刻蝕形成較小的尖角狀突起2112。所述刻蝕介質(zhì)層210的工藝可以為等離子刻蝕工藝，在本實施例里，為了節(jié)約工 藝步驟，可以采用與去除光刻膠層刻蝕工藝相同的刻蝕設(shè)備，使得步驟S106的刻蝕工藝與 步驟S105的刻蝕工藝可以在同一刻蝕設(shè)備中完成，提高了效率。所述刻蝕介質(zhì)層210的具體工藝參數(shù)為刻蝕設(shè)備腔體壓力為25毫托至80毫托， 射頻功率為300瓦至600瓦，C4F8流量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘30標(biāo)準(zhǔn)立方厘 米，CO流量為每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，Ar流量為每分鐘200標(biāo) 準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，02流量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘20標(biāo) 準(zhǔn)立方厘米，以上述刻蝕條件，刻蝕介質(zhì)層210直至刻蝕至溝槽底部。參考圖9，去除所述底部抗反射層220和光刻膠層230。去除所述底部抗反射層220和光刻膠層230可以為灰化去除工藝，在本實施例中， 為了節(jié)約工藝步驟，可以采用與步驟S105和步驟S106的刻蝕工藝相同的刻蝕設(shè)備。去除所述底部抗反射層220和光刻膠層230的具體工藝參數(shù)包括選用電容耦合 等離子設(shè)備，刻蝕設(shè)備腔體壓力為50毫托至150毫托，射頻功率為400瓦至800瓦，02流量 為每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘500標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，N2流量為每分鐘20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米 至每分鐘100標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，直至去除所述底部抗反射層220和光刻膠層230。本發(fā)明將尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111刻蝕形成較小的尖角狀突起2112， 所述形成有較小的尖角狀突起2112的介質(zhì)層210采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝可以在比較短的 時候去除。參考圖10，對所述介質(zhì)層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光。所述化學(xué)機(jī)械拋光工藝參數(shù)具體為選用Si02拋光液，拋光液的PH值為10至 11. 5，拋光液的流量為120毫升每分鐘至170毫升每分鐘，拋光工藝中研磨墊的轉(zhuǎn)速為65 轉(zhuǎn)每分鐘至80轉(zhuǎn)每分鐘，研磨頭的轉(zhuǎn)速為55轉(zhuǎn)每分鐘至70轉(zhuǎn)每分鐘，拋光工藝的壓力為 200帕至350帕。本發(fā)明通過將尖角狀凸起2110與平臺狀凸起2111刻蝕成較小的尖角狀凸起 2112，降低了化學(xué)機(jī)械拋光過程的時間，采用化學(xué)機(jī)械拋光工藝處理后的介質(zhì)層在硅片中 心位置和硅片邊緣位置厚度差異比較小，因而可以降低介質(zhì)層的厚度，提高了 CMOS圖像傳 感器的敏感度。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，包括提供襯底，所述襯底表面形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層表面具有凸起，所述凸起與凸起之間形成溝槽；在所述介質(zhì)層表面形成底部抗反射層；在所述介質(zhì)層表面和底部抗反射層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層覆蓋凸起；去除部分光刻膠層直至暴露出凸起；以所述底部抗反射層和光刻膠層為掩膜，刻蝕介質(zhì)層直至刻蝕至溝槽底部；去除所述底部抗反射層和光刻膠層；對所述介質(zhì)層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光。
2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述介質(zhì)層 厚度為1500埃至1.2微米。
3.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述凸起包 括尖角狀凸起與平臺狀凸起。
4.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述去除部 分光刻膠工藝為等離子刻蝕去除工藝。
5.如權(quán)利要求4所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述去除部 分光刻膠工藝的參數(shù)為刻蝕設(shè)備腔體壓力為50毫托至100毫托，射頻功率為300瓦至500 瓦，O2流量為每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘250標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，N2流量為每分鐘20標(biāo) 準(zhǔn)立方厘米至每分鐘40標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，CO流量為每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘90標(biāo) 準(zhǔn)立方厘米。
6.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述刻蝕介 質(zhì)層為等離子刻蝕去除工藝。
7.如權(quán)利要求6所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述刻蝕介 質(zhì)層參數(shù)為刻蝕設(shè)備腔體壓力為25毫托至80毫托，射頻功率為300瓦至600瓦，C4F8流 量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘30標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，CO流量為每分鐘50標(biāo)準(zhǔn)立方厘 米至每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米，Ar流量為每分鐘200標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘400標(biāo)準(zhǔn)立方 厘米，O2流量為每分鐘10標(biāo)準(zhǔn)立方厘米至每分鐘20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
8.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述去除部 分光刻膠工藝，刻蝕介質(zhì)層工藝和去除所述底部抗反射層和光刻膠層在同一設(shè)備中完成。
9.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，其特征在于，所述化學(xué)機(jī) 械拋光的具體參數(shù)為選用SiO2拋光液，拋光液的PH值為10至11. 5，拋光液的流量為120 毫升每分鐘至170毫升每分鐘，拋光工藝中研磨墊的轉(zhuǎn)速為65轉(zhuǎn)每分鐘至80轉(zhuǎn)每分鐘，研 磨頭的轉(zhuǎn)速為55轉(zhuǎn)每分鐘至70轉(zhuǎn)每分鐘，拋光工藝的壓力為200帕至350帕。
全文摘要
一種CMOS圖像傳感器介質(zhì)層的拋光方法，包括提供襯底，所述襯底表面形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層表面具有凸起，所述凸起與凸起之間形成溝槽；在所述介質(zhì)層表面形成底部抗反射層；在所述介質(zhì)層表面和底部抗反射層表面形成光刻膠層，所述光刻膠層覆蓋凸起；去除部分光刻膠層直至暴露出凸起；以所述底部抗反射層和光刻膠層為掩膜，刻蝕介質(zhì)層直至刻蝕至溝槽底部；去除所述底部抗反射層和光刻膠層；對所述介質(zhì)層執(zhí)行化學(xué)機(jī)械拋光。本發(fā)明能夠提高CMOS圖像傳感器的敏感度。
文檔編號H01L21/3105GK101989575SQ200910056029
公開日2011年3月23日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月6日
發(fā)明者羅飛, 鄒立 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司