消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，該方法包括：提供一半導(dǎo)體襯底；于真空環(huán)境下在該半導(dǎo)體襯底上制備一粘附層后，制備一金屬薄膜覆蓋所述粘附層的表面，且所述金屬薄膜中形成有應(yīng)力；在進(jìn)行后續(xù)的退火處理工藝之前，對所述金屬薄膜進(jìn)行破真空應(yīng)力釋放工藝；其中，所述金屬薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性均低于所述粘附層和\或所述阻擋層的熱穩(wěn)定性和機械性。通過本發(fā)明方法能夠使金屬薄膜能夠在后續(xù)的高溫退火工藝后，仍保持其表面的平整度，避免了小丘狀突起缺陷的產(chǎn)生。
【專利說明】消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件生產(chǎn)領(lǐng)域，消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在背照式(Back-side Illuminated，簡稱:BSI)CM0S圖像傳感器的制備工藝中，一般都需要在感光二極管區(qū)域上形成金屬柵格結(jié)構(gòu)，而為了減少或消除相鄰像素之間的干擾(cross talk)，業(yè)界通常采用鋁作為金屬柵格結(jié)構(gòu)中的金屬薄膜。但是，由于鋁薄膜在后續(xù)退火的過程中容易產(chǎn)生形狀類似小丘狀的突起缺陷，而這些小丘狀的缺陷又會引起不同像素之間的互相干擾，最終導(dǎo)致背照式CMOS圖像傳感器輸出的圖像質(zhì)量不佳。
[0003]在現(xiàn)有的背照式CMOS圖像傳感器中，位于感光二極管區(qū)域的鋁薄膜金屬柵格結(jié)構(gòu)的制作工藝一般采用以下方法:在一定的溫度下，依次沉積一定厚度的Ti/TiN粘附層、鋁薄膜和TiN阻擋層，然后通過光刻和刻蝕工藝形成金屬柵格。由于工藝制程的需要，后續(xù)還會有一系列的高溫退火工藝處理，在這些高溫退火工藝處理過程中，金屬柵格中的鋁薄膜由于本身的熱穩(wěn)定性和機械性質(zhì)不佳，會產(chǎn)生較大的熱壓應(yīng)力并造成小丘狀的突起，這些突起會使照射到感光二極管區(qū)域的光路發(fā)生改變，進(jìn)而引起不同像素之間的相互干擾，最終的成像質(zhì)量會大打折扣。
[0004]中國專利(CN103378113A)公開了一種背照式傳感器的制造方法，在該發(fā)明的一個實施例中，制造半導(dǎo)體器件的方法包括提供工件以及在工件的正面上形成集成電路，使用鑲嵌工藝在工件的背面上形成導(dǎo)電材料的柵格，其中的導(dǎo)電材料可以為鎢、鋁、銅或他們的組合。
[0005]中國專利(CN103579267A)公開了一種含有三角形界面的金屬柵格的背照式圖像傳感器，該背照式圖像傳感器包括具有前側(cè)及后側(cè)的襯底層。光敏像素的陣列安置在襯底層內(nèi)且對通過襯底層的后側(cè)入射光敏感。金屬柵格安置在襯底層的后側(cè)上方，金屬柵格包圍光敏像素中的每一個且界定光學(xué)孔徑用于接收通過后側(cè)進(jìn)入光敏像素內(nèi)的光，金屬柵格包括相交線，相交線每一者具有三角形截面，材料層包圍金屬柵格。
[0006]上述兩個專利中均提及了背照式圖像傳感器中金屬柵格的制備，但均未涉及如何減少金屬柵格中金屬的突起缺陷的方法。
[0007]因此，在背照式CMOS圖像傳感器的制備過程中，解決金屬柵格結(jié)構(gòu)中的金屬薄膜上容易出現(xiàn)的突起缺陷，在現(xiàn)階段具有十分重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于上述問題，本發(fā)明提供一種消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法。
[0009]本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:
[0010]一種消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述方法包括:
[0011]提供一半導(dǎo)體襯底；
[0012]于真空環(huán)境下在該半導(dǎo)體襯底上制備一粘附層后，制備一金屬薄膜覆蓋所述粘附層的表面，且所述金屬薄膜中形成有應(yīng)力；
[0013]在進(jìn)行后續(xù)的退火處理工藝之前，對所述金屬薄膜進(jìn)行破真空應(yīng)力釋放工藝；
[0014]其中，所述金屬薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性均低于所述粘附層和/或所述阻擋層的熱穩(wěn)定性和機械性。
[0015]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述粘附層和所述金屬薄膜均在同一真空腔中進(jìn)行制備。
[0016]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，對所述金屬薄膜進(jìn)行所述破真空應(yīng)力釋放工藝的具體步驟為:
[0017]將制備有所述粘附層和所述金屬薄膜的半導(dǎo)體襯底暴露于室溫和大氣環(huán)境下，以釋放所述金屬薄膜中的應(yīng)力。
[0018]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個感光二極管。
[0019]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述方法還包括:
[0020]對所述金屬薄膜進(jìn)行破真空應(yīng)力釋放工藝后，在真空環(huán)境下制備一阻擋層覆蓋所述破真空工藝后的金屬薄膜表面；
[0021 ] 刻蝕所述阻擋層、所述破真空工藝后的金屬薄膜和所述粘附層，形成金屬柵格。
[0022]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述粘附層的材質(zhì)為Ti和TiN。
[0023]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述阻擋層的材質(zhì)為TiN。
[0024]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述金屬層的材質(zhì)為鋁。
[0025]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述方法還包括:
[0026]在所述粘附層制備前，對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行表面預(yù)處理。
[0027]所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其中，所述預(yù)處理包括對所述半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)行濕法清洗。
[0028]上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點或有益效果:
[0029]本發(fā)明通過對在真空腔中制備的金屬薄膜進(jìn)行應(yīng)力釋放后再進(jìn)行高溫退火工藝，從而使得金屬薄膜在高溫退火工藝后，其表面不會產(chǎn)生熱形變，因此不會引起小丘突起缺陷。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]參考所附附圖，以更加充分的描述本發(fā)明的實施例。然而，所附附圖僅用于說明和闡述，并不構(gòu)成對本發(fā)明范圍的限制。
[0031]圖1是本發(fā)明方法實施例中的步驟流程示意圖。
【具體實施方式】
[0032]本發(fā)明提供了一種消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法。
[0033]本發(fā)明方法可以但并不局限于應(yīng)用于背照式CMOS圖像傳感器中。
[0034]本發(fā)明方法主要包括:
[0035]提供一半導(dǎo)體襯底；于真空環(huán)境下在該半導(dǎo)體襯底上制備一粘附層后，制備一金屬薄膜覆蓋所述粘附層的表面，且所述金屬薄膜中形成有應(yīng)力；在進(jìn)行后續(xù)的退火處理工藝之前，對所述金屬薄膜進(jìn)行破真空應(yīng)力釋放工藝；其中，金屬薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性均低于所述粘附層和/或所述阻擋層的熱穩(wěn)定性和機械性。
[0036]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0037]本實施例中方法應(yīng)用于背照式CMOS圖像傳感器的制備過程中，具體包括:
[0038]提供一包括感光二極管的半導(dǎo)體襯底，即在該晶圓中已經(jīng)形成至少一個感光二極管，該包括感光二極管的晶圓可以通過任何現(xiàn)有的背照式CMOS圖像傳感器的流片工藝制得，由于該工藝其并不是本發(fā)明的主要特征，故在此不進(jìn)行詳細(xì)贅述。
[0039]如圖1所示，對上述半導(dǎo)體襯底的正面進(jìn)行預(yù)處理，以得到后續(xù)制備粘附層工藝中滿足要求的晶圓表面，此處的預(yù)處理步驟可以是濕法清洗等。
[0040]然后，將進(jìn)行完預(yù)處理步驟的該半導(dǎo)體襯底置于一真空腔中，以使該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在該真空腔中進(jìn)行工藝，具體的，使晶圓處于該真空腔中，在一定的溫度下，使該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的正面依次制備一粘附層和一金屬薄膜，即該粘附層覆蓋該晶圓的正面，該金屬薄膜覆蓋該粘附層的上表面。其中，該粘附層的材質(zhì)可以為Ti和TiN，在本實施例中，采用化學(xué)氣象沉積工藝(CVD)制備上述的粘附層和金屬鋁薄膜，上述的真空腔為化學(xué)氣相沉積工藝腔室，可選地，也可采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積工藝制備上述的粘附層和金屬薄膜，相應(yīng)地，所使用的真空腔則為等離子體化學(xué)氣相沉積工藝腔室。
[0041]由于在金屬薄膜形成之后，金屬薄膜的內(nèi)部已經(jīng)產(chǎn)生了一定的應(yīng)力，而通常這些金屬薄膜(如:鋁薄膜)的機械性和熱穩(wěn)定性都不佳，所以若不對這些應(yīng)力進(jìn)行消除，金屬薄膜會在后續(xù)的高溫退火的熱環(huán)境下進(jìn)一步產(chǎn)生更大的應(yīng)力而導(dǎo)致金屬薄膜表面形成類似小丘狀的突起缺陷，這樣的金屬濾膜存在于背照式CMOS圖像傳感器中會改變感光二極管區(qū)域的光路，進(jìn)而引起不同像素之間的串?dāng)_，最終會導(dǎo)致成像質(zhì)量不佳。
[0042]所以本發(fā)明方法中，在制備完粘附層和金屬薄膜后，對金屬薄膜進(jìn)行破真空應(yīng)力釋放，以完全或部分消除金屬薄膜中的應(yīng)力，具體的，將正面依次制備粘附層和金屬薄膜的半導(dǎo)體襯底從真空腔中取出，置于室溫和大氣環(huán)境下，使得金屬薄膜中的應(yīng)力得以逐漸釋放。
[0043]當(dāng)金屬薄膜在大氣環(huán)境下經(jīng)過一段時間的應(yīng)力釋放后，其表面的應(yīng)力滿足工藝需要時，再將該晶圓放回真空腔中，繼續(xù)進(jìn)行膜層的制備，具體的，在金屬薄膜上再制備一層阻擋層，使得該阻擋層覆蓋該金屬薄膜的上表面，在一實施例中，該阻擋層的材質(zhì)可以為TiN。
[0044]繼續(xù)后續(xù)工藝流程，通過光刻工藝和刻蝕工藝形成金屬柵格。具體的，首先在阻擋層上涂覆光阻，通過曝光、顯影等光刻步驟使該光阻中形成開口，以具有開口的光阻為掩膜對下方的阻擋層、金屬鋁薄膜和粘附層進(jìn)行刻蝕，從而形成金屬柵格，其中該刻蝕可以為干法刻蝕。
[0045]當(dāng)金屬柵格形成后，最后再進(jìn)行高溫退火工藝，該高溫退火工藝可以包括一次或多次。
[0046]綜上所述，通過本發(fā)明方法對機械性和熱穩(wěn)定性不佳的金屬薄膜進(jìn)行處理后，再對該金屬薄膜表面的缺陷進(jìn)行檢測，并未發(fā)現(xiàn)有小丘狀的突起缺陷產(chǎn)生。可見，經(jīng)過本發(fā)明方法處理后的金屬薄膜在經(jīng)過高溫退火工藝后，其表面的變形程度得到很明顯的改善，避免了小丘狀突起缺陷的產(chǎn)生。
[0047]對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述方法包括: 提供一半導(dǎo)體襯底； 于真空環(huán)境下在該半導(dǎo)體襯底上制備一粘附層后，制備一金屬薄膜覆蓋所述粘附層的表面，且所述金屬薄膜中形成有應(yīng)力； 在進(jìn)行后續(xù)的退火處理工藝之前，對所述金屬薄膜進(jìn)行破真空應(yīng)力釋放工藝； 其中，所述金屬薄膜的熱穩(wěn)定性和機械性均低于所述粘附層和/或所述阻擋層的熱穩(wěn)定性和機械性。
2.如權(quán)利要求1所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述粘附層和所述金屬薄膜均在同一真空腔中進(jìn)行制備。
3.如權(quán)利要求2所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，對所述金屬薄膜進(jìn)行所述破真空應(yīng)力釋放工藝的具體步驟為: 將制備有所述粘附層和所述金屬薄膜的半導(dǎo)體襯底暴露于室溫和大氣環(huán)境下，以釋放所述金屬薄膜中的應(yīng)力。
4.如權(quán)利要求3所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底包括至少一個感光二極管。
5.如權(quán)利要求4所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述方法還包括: 對所述金屬薄膜進(jìn)行破真空應(yīng)力釋放工藝后，在真空環(huán)境下制備一阻擋層覆蓋所述破真空工藝后的金屬薄膜表面； 刻蝕所述阻擋層、所述破真空工藝后的金屬薄膜和所述粘附層，形成金屬柵格。
6.如權(quán)利要求5所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述粘附層的材質(zhì)為Ti和TiN。
7.如權(quán)利要求5所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述阻擋層的材質(zhì)為TiN。
8.如權(quán)利要求1所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述金屬層的材質(zhì)為鋁。
9.如權(quán)利要求1所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述方法還包括: 在所述粘附層制備前，對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行表面預(yù)處理。
10.如權(quán)利要求9所述的消除金屬薄膜表面小丘狀缺陷的方法，其特征在于，所述預(yù)處理包括對所述半導(dǎo)體襯底的表面進(jìn)行濕法清洗。
【文檔編號】H01L21/8238GK103943569SQ201410134726
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月3日
【發(fā)明者】王佳, 陳俊, 胡勝 申請人:武漢新芯集成電路制造有限公司