半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种半导体器件的制造方法，通过在退火再结晶工艺中，将电磁波波长范围从可见光波段扩展到了红外光波段，在注入杂质的原子半径大于半导体衬底元素的原子半径时，在传统的退火工艺基础上，本发明专利技术所增加的红外波段的退火工艺效力可以抵达硅片表面以下更深的区域，从而提高了衬底的再结晶恢复能力，可有效减少深掺杂区域的晶格位错，抑制金属杂质向半导体衬底的扩散，能够有效消除白色像素缺陷问题。

Method for manufacturing semiconductor device

The invention discloses a method for manufacturing a semiconductor device, the recrystallization process, the electromagnetic wave length range from visible to infrared band spread, atomic radius is larger than the semiconductor substrate elements in the atomic radius of the implanted impurity, based on the traditional annealing process, the effect of annealing process of infrared band the invention can increase the silicon surface below arrived in deeper areas, so as to improve the recrystallization substrate recovery capability, can effectively reduce the lattice dislocation deep doped region, inhibition of metal impurity diffusion to the semiconductor substrate, can effectively eliminate the defects of white pixels.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体生产工艺，更具体地，涉及制造图像传感器时的注入和退火工艺。
技术介绍
本专利技术与图像传感器生产中的离子注入和退火再结晶工艺相关。传统的，在图像传感器的集成电路制造工艺中，通常采用离子注入和退火热处理工艺形成图像传感器器件中的特定杂质分布，其要求具有电活性的高掺杂结。一般的，使用各种离子源进行离子注入，并使用传统方法完成后续退火激活工艺形成杂质层。在传统的退火再结晶工艺中，一般采用可见光波段的电磁波进行照射。在这种工艺条件下，通常会出现白色像素缺陷问题，且暗电流偏大，导致图像出现较多噪点，使得芯片的成品率偏低。尤其在低光照情况下进行图像采集时，由于感光度不足通常会施加比较高的增益，从而噪点也被同步放大，使得画面效果更差。已知产生白色像素缺陷问题的主要原因，是由于杂质元素(例如P)的原子半径同半导体衬底材料(例如Si)的原子半径不一致所导致的晶格位错，以及处于晶格间隙的金属(Metal)杂质离子的沾污，如图4a～图4c所示。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种半导体器件的制造方法，以消除白色像素缺陷问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种半导体器件的制造方法，包括：对半导体衬底进行单次离子注入，所注入杂质的原子半径大于半导体衬底材料的原子半径；然后使用电磁波对半导体衬底进行数次退火再结晶工艺，每次使用不同波长的电磁波，所使用的电磁波包括可见光和红外光波段。优选地，所述半导体衬底材料为硅，所注入杂质的种类为砷、锑、铝、镓或铟。优选地，所使用的电磁波的波长范围为350～2500纳米。优选地，所使用的电磁波的发射源包括激光、氙气灯、氙气汞灯、氙气闪光灯或LED灯。优选地，通过定义离子注入区域，并进行单次离子注入和数次退火再结晶工艺，在所述半导体衬底中形成光电二极管，并继续通过在所述半导体衬底上制备栅极和多层介质层，以及制备接触孔和形成金属硅化物、金属布线工程、层间介质层及平坦化过程，从而制备出所需的半导体器件。一种半导体器件的制造方法，包括：对半导体衬底进行多次离子注入，每次的注入深度不同，所注入杂质的原子半径大于半导体衬底材料的原子半径；然后使用电磁波对半导体衬底进行数次退火再结晶工艺，每次使用不同波长的电磁波，所使用的电磁波包括可见光和红外光波段。优选地，所述半导体衬底材料为硅，所注入杂质的种类为砷、锑、铝、镓或铟。优选地，所使用的电磁波的波长范围为350～2500纳米。优选地，所使用的电磁波的发射源包括激光、氙气灯、氙气汞灯、氙气闪光灯或LED灯。优选地，通过定义离子注入区域，并进行多次离子注入和数次退火再结晶工艺，在所述半导体衬底中形成光电二极管，并继续通过在所述半导体衬底上制备栅极和多层介质层，以及制备接触孔和形成金属硅化物、金属布线工程、层间介质层及平坦化过程，从而制备出所需的半导体器件。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过在采用的退火再结晶工艺中，大幅展宽了所使用的退火工艺中电磁波的波长范围，将电磁波的波长范围从可见光波段扩展到了红外光波段；对于注入杂质的原子半径大于半导体衬底元素的原子半径的情况，使用本专利技术的工艺方法进行退火再结晶工艺时，在传统的退火工艺基础上，增加的红外波段的退火工艺效力可以抵达硅片表面以下更深的区域，从而提高了衬底的再结晶恢复能力，可有效减少深掺杂区域的晶格位错，抑制金属杂质向半导体衬底的扩散。本专利技术起到了如下显而易见的效果：1)大幅减少了金属离子向半导体衬底扩散的能力，抑制了金属污染，能够降低由此导致的白色像素缺陷水平，减少图像的噪点。2)较少的位错，可降低光电二极管的暗电流，提高图像传感器的信噪比，得到更好的画面效果。3)更佳的再结晶恢复能力，可以带来感光灵敏度的提升。附图说明图1a～图1f为本专利技术实施例一的工艺流程示意图；图2a～图2f为本专利技术实施例二的工艺流程示意图；图3为本专利技术的退火再结晶过程中的衬底晶格恢复及金属离子移动示意图；图4a～图4c为传统的退火再结晶过程中的衬底晶格恢复及金属离子移动示意图。图中1.半导体衬底，2.二氧化硅，3.光刻胶，4.注入离子，5.注入后的二氧化硅，6.离子掺杂层，7.发光设备，8.电磁波，9.绝缘层，10.杂质层。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。实施例一在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图1a～图1f，图1a～图1f为本专利技术实施例一的工艺流程示意图。如图1a～图1f所示，本专利技术的一种半导体器件的制造方法，包括以下步骤：1)对半导体衬底进行常规的RCA清洗之后，在衬底表面形成二氧化硅薄膜。如图1a所示，在本实施例中，可使用衬底电阻率为80～100Ω·cm、晶向为(100)的N型半导体外延片，比如外延硅片作为半导体衬底1。本专利技术不限于此。首先对半导体衬底1进行常规的RCA清洗，清洗溶液可为SC1和HF，以及SC2。然后可通过湿法氧化在衬底表面形成一层二氧化硅2，厚度例如为氧化的条件例如可为950摄氏度，工艺时间18分钟。本专利技术对氧化的具体工艺条件不作限制。2)光刻定义离子掺杂区。如图1b所示，在半导体衬底上涂布光刻胶后，可采用步进式光刻机进行光刻和显影，形成图形化的光刻胶3，通过光刻工艺，在半导体衬底上定义出离子掺杂(注入)区；光刻胶厚度例如为0.8μm。本专利技术对光刻胶厚度不作限制。3)进行离子注入掺杂。如图1c所示，以光刻胶3为掩模，对半导体衬底进行离子注入掺杂。在本实施例中，当半导体衬底材料是硅时，注入离子4的元素种类可为砷、锑、铝、镓或铟，例如为带两个正电荷的砷离子。所注入杂质的原子半径大于半导体衬底材料的原子半径。离子注入的剂量例如为5.5E12cm-2，能量例如为340keV。本专利技术对离子注入的具体工艺条件不作限制。进行离子注入时，可采用等离子体流枪来防止因离子注入而导致的电荷积累问题。如图1d所示，通过离子注入，在定义的离子掺杂(注入)区，即没有光刻胶阻挡的注入后的二氧化硅5层下方的衬底区域，形成离子掺杂层6。与此同时，由于离子注入工艺本身会引入金属杂质，如钨、钼、铁、镍、锰等等，这些金属离子一般会留在注入后的二氧化硅5层或硅衬底1中。在随后的采用传统工艺的高温退火热处理工艺中，金属离子会向半导体衬底扩散，从而出现白色像素缺陷等问题，造成图像传感器的成像质量较差。4)去胶。完成离子注入之后，需要将光刻胶去除。一般的，可通过等离子体氧气对光刻胶进行灰化处理，去除光刻胶，再通过硫酸双氧水溶液和去离子水进一步去除残余胶和清洗。5)进行退火再结晶工艺。如图1e所示，在本实施例中，可通过如下方式进行退火工艺：在热处理之前，先对半导体衬底进行预清洗，顺序例如为45摄氏度下8分钟的SC1溶液清洗，20秒的稀释氢氟酸清洗，以及80摄氏度下8分钟的SC2溶液清洗，最后进行IPA蒸气干燥。本专利技术对预清洗的具体工艺条件不作限制。完成预清洗之后，进行退火工艺。本专利技术提出了使用电磁波对半导体衬底进行退火再结晶工艺，所使用的电磁波包括可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：对半导体衬底进行单次离子注入，所注入杂质的原子半径大于半导体衬底材料的原子半径；然后使用电磁波对半导体衬底进行数次退火再结晶工艺，每次使用不同波长的电磁波，所使用的电磁波包括可见光和红外光波段。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：对半导体衬底进行单次离子注入，所注入杂质的原子半径大于半导体衬底材料的原子半径；然后使用电磁波对半导体衬底进行数次退火再结晶工艺，每次使用不同波长的电磁波，所使用的电磁波包括可见光和红外光波段。2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述半导体衬底材料为硅，所注入杂质的种类为砷、锑、铝、镓或铟。3.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所使用的电磁波的波长范围为350～2500纳米。4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所使用的电磁波的发射源包括激光、氙气灯、氙气汞灯、氙气闪光灯或LED灯。5.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，通过定义离子注入区域，并进行单次离子注入和数次退火再结晶工艺，在所述半导体衬底中形成光电二极管，并继续通过在所述半导体衬底上制备栅极和多层介质层，以及制备接触孔和形成金属硅化物、金属布线工程、层间介质层及平坦化过程，从而制备出所需的半导体器件。6.一种半...

【专利技术属性】
技术研发人员：龟井诚司，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31