图像传感器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种图像传感器的制造方法，应用于半导体技术领域。具体的，通过在侧墙刻蚀工艺(形成第一侧墙结构和第二侧墙结构)之前在半导体衬底上形成图案化的光阻层，使其覆盖在光电二极管区对应的半导体衬底的表面上，之后，再进行后续刻蚀工艺，以防止在刻蚀工艺中光电二极管区对应的半导体衬底完全暴露在等离子体环境中，避免了对光电二极管区对应的半导体衬底表面造成损伤，进而避免了表面损伤造成的暗电流，同时又保证了像素器件区和逻辑器件区的功能正常，并最终提升了图像传感器的性能。性能。性能。

【技术实现步骤摘要】
图像传感器及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
CMOS图像传感器，特别涉及一种图像传感器及其制造方法。

技术介绍

[0002]随着人工智能、物联网以及工业4.0等新兴领域的蓬勃发展，市场对CMOS图像传感器(CMOS Image Senser)的需求与日俱增，对于其性能要求也越来越高，而图像传感性能的一个重要指标就是暗电流水平。暗电流指的是光电二极管(Photo Diode)在完全无光的条件下，仍然能产生电荷，并形成电流信号被读出，在图像成像中体现为“白”像素，降低画面质量。
[0003]对于某些特殊应用场景，如监控等应用暗电流的指标显得格外重要，暗电流的主要来源有等离子体造成的表面损伤、硅体应力、离子注入损伤、晶格缺陷等，对于诸如监控、工业监测、无人机拍摄等对画面质量要求较高的应用领域，设计中会采用大像元结构，即光电二极管区面积特别大以获得足够进光量，这类产品的像元尺寸通常在5微米以上，更有甚者会做到十几微米，为了防止“拖尾效应”，光电二极管区(PD区)的离子注入一般不会太深，在这样一种既具有超大表面积，离子注入又浅的情况下，表面损伤所引起的暗电流格外明显。
[0004]现有的图像传感器制造工艺中，参阅图1～2，图1～2是现有的图像传感器制造工艺中的器件示意图，侧墙刻蚀工艺中，图像传感器经历了由图1到图2的变化过程，利用干法刻蚀去除所述衬底上的氮化硅层、氧化物层和高温热氧化层，然而，刻蚀后的光电二极管区表面仅有10nm厚度的栅极氧化物层，刻蚀工艺中的等离子体作用到表面容易造成损伤，从而引起暗电流，对于像元尺寸大于5微米的产品，光电二极管区表面损伤引起的暗电流更加明显。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种图像传感器及其制造方法，以防止图像传感器在制造工艺中造成光电二极管区的表面损伤，从而有效降低暗电流，进一步使得产品图像性能得到提高。
[0006]第一方面，为了实现上述目的，本专利技术提供了一种图像传感器的制造方法，具体包括如下步骤：
[0007]S1、提供一半导体衬底，所述半导体衬底内定义有像素器件区，所述像素器件区包括光电二极管区和转移晶体管区，在所述转移晶体管区对应的半导体衬底的表面上依次形成有第一栅极结构和覆盖在所述第一栅极结构表面上，并延伸覆盖在所述光电二极管区对应的半导体衬底表面上的侧墙材料层，所述侧墙材料层的表面为氮化物层；
[0008]S2、对所述侧墙材料层背向所述第一栅极结构的表层进行氧气处理工艺，以使得所述侧墙材料层背向所述第一栅极结构的表层转换为氮氧化物层；
[0009]S3、形成图案化的光阻层，所述图案化的光阻层覆盖在所述光电二极管区和部分所述转移晶体管区对应的侧墙材料层的表面上，以暴露出部分所述转移晶体管区对应的侧墙材料层；
[0010]S4、以所述图案化的光阻层为掩膜，刻蚀所述暴露出的侧墙材料层，以在所述第一栅极结构的一侧形成第一侧墙结构；
[0011]S5、去除所述图案化的光阻层，并对包含所述覆盖在所述光电二极管区和部分所述转移晶体管区对应的侧墙材料层的所述半导体衬底进行后续工艺，以形成所述图像传感器的电学结构。
[0012]进一步的，所述步骤S1中提供的半导体衬底内还可以形成有器件隔离结构和通过所述器件隔离结构与所述像素器件区分离开的逻辑器件区，且所述逻辑器件区对应的半导体衬底的表面上可以形成有第二栅极结构；所述步骤S1中的侧墙材料层还可以延伸覆盖在所述器件隔离结构和所述第二栅极结构的表面上。
[0013]进一步的，所述侧墙材料层可以为单层结构或双层结构。
[0014]进一步的，当所述侧墙材料层为单层结构为单层结构时，所述侧墙材料层的材料可以包括氮化物；当所述侧墙材料层为多层结构时，所述侧墙材料层的材料可以包括依次堆叠的氧化物和氮化物。
[0015]进一步的，所述步骤S2中的氧气处理工艺的工艺条件可以包括：温度范围可以为200℃～300℃，反应气体可以为氧气与氮气的混合气体，工艺持续时间可以为20s～90s。
[0016]进一步的，所述步骤S5中去除所述图案化的光阻层的工艺可以为干法刻蚀工艺；所述干法刻蚀工艺的工艺条件可以包括：温度范围为200℃～300℃，反应气体可以为氧气与氮气的等离子气体，工艺持续时间可以为30s～90s。
[0017]进一步的，所述步骤S5中对所述半导体衬底进行后续工艺的步骤可以包括：
[0018]S5.1、在包含所述覆盖在所述光电二极管区和部分所述转移晶体管区对应的侧墙材料层的所述半导体衬底的表面上依次沉积氧化物层、氮化物层、层间介质层和图案化的硬掩膜层；
[0019]S5.2、以所述硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述层间介质层和氮化物层，以在所述转移晶体管区和逻辑器件区中形成相应的接触孔，所述接触孔的底部暴露出所述第一栅极结构或所述第二栅极结构的顶部；
[0020]S5.3、形成填充于所述接触孔中的导电插塞。
[0021]进一步的，所述步骤S3中形成的所述图案化的光阻层沿靠近所述逻辑器件区一侧的边界与形成在所述转移晶体管区中的导电插塞的水平间距可以为1/5～1/3L，其中L可以为所述转移晶体管区中形成的导电插塞沿平行于所述半导体衬底表面方向的宽度。
[0022]进一步的，所述步骤S4中在形成第一栅极结构的第一侧墙结构的同时，还可以在所述第二栅极结构的两侧形成第二侧墙结构。
[0023]第二方面，基于如上所述的图像传感器的制造方法，本专利技术还提供了一种图像传感器，具体的，所述图像传感器可以采用如上所述的图像传感器的制造方法制成。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下有益效果：
[0025]本专利技术提供的图像传感器的制造方法，通过在侧墙刻蚀工艺(形成第一侧墙结构和第二侧墙结构)之前在半导体衬底上形成图案化的光阻层，使其覆盖在光电二极管区对
应的半导体衬底的表面上，之后，再进行后续刻蚀工艺，以防止在刻蚀工艺中光电二极管区对应的半导体衬底完全暴露在等离子体环境中，避免了对光电二极管区对应的半导体衬底表面造成损伤，进而避免了表面损伤造成的暗电流，同时又保证了像素器件区和逻辑器件区的功能正常，并最终提升了图像传感器的性能。
[0026]本专利技术提供的图像传感器，通过采用本专利技术提供的图像传感器的制造方法制造而成，通过光刻胶覆盖所述光电二极管区避免了刻蚀工艺中等离子气体对光电二极管区的表面损伤，避免了表面损伤造成的暗电流，提升了图像传感器的性能。
附图说明
[0027]图1是现有的图像传感器制造工艺中的器件示意图；
[0028]图2是现有的图像传感器制造工艺中的器件示意图；
[0029]图3是本专利技术一实施例提供的图像传感器的制造方法中的流程示意图；
[0030]图4a～图4f是本专利技术一实施例提供的图像传感器的制造方法在其制备过程中的结构示意图。
[0031]其中，附图标记说明如下：
[0032]01
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种图像传感器的制造方法，其特征在于，包括：S1、提供一半导体衬底，所述半导体衬底内定义有像素器件区，所述像素器件区包括光电二极管区和转移晶体管区，在所述转移晶体管区对应的半导体衬底的表面上依次形成有第一栅极结构和覆盖在所述第一栅极结构表面上，并延伸覆盖在所述光电二极管区对应的半导体衬底表面上的侧墙材料层，所述侧墙材料层的表面为氮化物层；S2、对所述侧墙材料层背向所述第一栅极结构的表层进行氧气处理工艺，以使得所述侧墙材料层背向所述第一栅极结构的表层转换为氮氧化物层；S3、形成图案化的光阻层，所述图案化的光阻层覆盖在所述光电二极管区和部分所述转移晶体管区对应的侧墙材料层的表面上，以暴露出部分所述转移晶体管区对应的侧墙材料层；S4、以所述图案化的光阻层为掩膜，刻蚀所述暴露出的侧墙材料层，以在所述第一栅极结构的一侧形成第一侧墙结构；S5、去除所述图案化的光阻层，并对包含所述覆盖在所述光电二极管区和部分所述转移晶体管区对应的侧墙材料层的所述半导体衬底进行后续工艺，以形成所述图像传感器的电学结构。2.如权利要求1所述的图像传感器的制造方法，其特征在于，所述步骤S1中提供的半导体衬底内还形成有器件隔离结构和通过所述器件隔离结构与所述像素器件区分离开的逻辑器件区，且所述逻辑器件区对应的半导体衬底的表面上形成有第二栅极结构；所述步骤S1中的侧墙材料层还延伸覆盖在所述器件隔离结构和所述第二栅极结构的表面上。3.如权利要求2所述的图像传感器的制造方法，其特征在于，所述侧墙材料层为单层结构或双层结构。4.如权利要求3所述的图像传感器的制造方法，其特征在于，当所述侧墙材料层为单层结构时，所述侧墙材料层的材料包括氮化物；当所述侧墙材料层为多层结构时，所述侧墙材料层的材料包括依次堆叠...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇伟，张磊，詹曜宇，
申请(专利权)人：上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：