一种改善背照式CMOS图像传感器白色像素的方法与流程

一种改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法
技术领域
1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法。


背景技术：

2.cmos图像传感器凭借其低功耗、低成本、小体积、可随机读取，以及集成度高等一系列优点已经成为图像传感器市场的主流产品。背照式互补金属氧化物半导体图像传感器(backside illuminated cmos image sensor,bsi cis)是在像素尺寸不断缩小的条件下，基于传统的正面照射型(frontside illuminated cmos image sensor)改进的像素结构，其最大优点就是将位于滤光片与光电二极管区之间的金属布线与层间介质层移至芯片的另一侧，这样光线可以从“背面”射入光电二极管区，从而显著提高量子效应。
3.对于背照式cmos图像传感器，正如大家所知晓地，通常情况下，硅悬挂键越少越好。硅悬挂键作为一个有效的陷阱中心，可获取电子或空穴。所属被俘获的电荷聚集到一起便会改变内部电场，使光电二极管的耗尽区扩展到si/sio2界面，导致晶圆表面的钳位光电二极管无法隔离绝缘层与晶圆表面的界面态，进而使得光敏二极管在无光照的条件下也会产生电流。当暗电流足够高时就会在局部区域产生一个可见发光的白点，而此时像素区的其他部分完全是黑暗的，这种像素称之为白色像素(white pixel,wp)。但是，白色像素的产生极大影响了器件成像质量。
4.寻求一种制作简单，工艺兼容性强，并可有效改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。
5.故针对现有技术存在的问题，本案设计人凭借从事此行业多年的经验，积极研究改良，于是有了本发明一种改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法。


技术实现要素：

6.本发明是针对现有技术中，传统的背照式cmos图像传感器通常情况下存在大量硅悬挂键，而硅悬挂键作为一个有效的陷阱中心，可获取电子或空穴，进而导致白色像素产生，对器件成像质量带来极大影响等缺陷提供一种改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法。
7.为实现本发明之目的，本发明提供一种改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法，所述改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法，包括：
8.执行步骤s1：提供具有像素结构的硅基衬底；
9.执行步骤s2：在所述硅基衬底的像素结构表面沉积层间介质层之氮化硅层间介质层，所述氮化硅层间介质层沉积过程中所采用的氢离子浓度为第一氢离子浓度，形成所述第一氢离子浓度的氢离子通过第一氢离子源提供；
10.执行步骤s3：提供具有第二氢离子浓度的第二氢离子源，使得所述第二氢离子源所产生的氢离子与所述氮化硅层间介质层的硅悬挂键键合；
11.执行步骤s4，获得氮化硅层间介质层之硅悬挂键与氢离子键合后的背照式cmos图像传感器。
12.可选地，所述具有第二氢离子浓度的第二氢离子源与所述氮化硅层间介质层沉淀过程中导入的第一氢离子源相同。
13.可选地，所述第二氢离子源与所述第一氢离子源相同，均为nh3。
14.可选地，所述氮化硅层间介质层沉淀过程中增加所述第一氢离子源的流量。
15.可选地，所述氮化硅层间介质层沉淀过程中增加所述第一氢离子源的流量，使得所述第一氢离子源产生的氢离子总浓度大于或等于所述第一氢离子浓度和所述第二氢离子浓度之和。
16.可选地，所述氮化硅层间介质层沉淀过程中增加所述第一氢离子源的流量，使得所产生的氢离子总浓度为所述第一氢离子浓度的120％。
17.可选地，所述白色像素数量降低35.2％。
18.可选地，所述改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法适于90nm及以下工艺。
19.本发明通过提供具有第二氢离子浓度的第二氢离子源，使得所述第二氢离子源产生的氢离子与所述氮化硅层间介质层的硅悬挂键键合，极大的减少了硅悬挂键，提高了暗光下的图像质量，抑制白点像素的形成。
附图说明
20.图1所示为本发明改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法之流程图；
21.图2所示为本发明背照式cmos图像传感器的结构示意图；
22.图3所示为本发明所述氮化硅层间介质层沉淀过程中增加第一氢离子源的流量后对白色像素的改善对比图。
具体实施方式
23.为详细说明本发明创造的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。
24.作为本领域技术人员，容易知晓地，在形成互补金属氧化物半导体器件的硅片在流片过程中通常需要沉积层间介质层。在本发明中，所述背照式cmos图像传感器的层间介质层包括但不限于氮化硅缓冲层；非限制性地，定义作为所述层间介质层的氮化硅缓冲层沉积过程中所采用的氢离子浓度为第一氢离子浓度。
25.请参阅图1，图1所示为本发明改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法之流程图。所述改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法，包括：
26.执行步骤s1：提供具有像素结构的硅基衬底；
27.执行步骤s2：在所述硅基衬底的像素结构表面沉积层间介质层之氮化硅层间介质层；其中，定义所述层间介质层之氮化硅层间介质层沉积过程中所采用的氢离子浓度为第一氢离子浓度，形成所述第一氢离子浓度的氢离子通过第一氢离子源提供，所述第一氢离子源为nh3。
28.执行步骤s3：提供具有第二氢离子浓度的第二氢离子源，使得所述第二氢离子源所产生的氢离子与所述氮化硅层间介质层的硅悬挂键键合；
29.执行步骤s4，获得氮化硅层间介质层之硅悬挂键与氢离子键合后的背照式cmos图像传感器。
30.显然地，本发明通过提供具有第二氢离子浓度的第二氢离子源，使得所述第二氢离子源所产生的氢离子与所述氮化硅层间介质层的硅悬挂键键合，极大的减少了硅悬挂键，提高了暗光下的图像质量，抑制白点像素的形成。
31.为了简化半导体器件制造流程，提高工艺集成度，更具体地，本发明所采用的具有第二氢离子浓度的第二氢离子源可与所述氮化硅层间介质层沉淀过程中导入的第一氢离子源相同。即，所述第二氢离子源与所述第一氢离子源相同，均为nh3。
32.更优化地，本发明通过在所述氮化硅层间介质层沉淀过程中增加所述第一氢离子源的流量，使得所述第一氢离子源产生的氢离子总浓度大于或等于所述第一氢离子浓度和所述第二氢离子浓度之和。更优选地，在所述氮化硅层间介质层沉淀过程中增加所述第一氢离子源的流量，使得所产生的氢离子总浓度为所述第一氢离子浓度的120％。
33.为了更直观的揭露本发明之技术方案，凸显本发明之有益效果，现结合具体实施方式，对所述改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法和原理进行阐述。本发明所述改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法适于90nm及以下工艺。在具体实施方式中，所述背照式cmos图像传感器之功能层的结构设计、尺寸大小、材料选择等仅为列举，不应视为对本发明技术方案的限制。
34.请参阅图2，并结合参阅图1，图2所示为本发明背照式cmos图像传感器的结构示意图。需要明确地，在形成互补金属氧化物半导体器件的硅片在流片过程中通常需要沉积层间介质层。在本发明的实施例中，所述背照式cmos图像传感器可采用如图2所示的结构，亦可为设计变化后之结构。广义的认为，只要在形成有cmos图像传感器的硅片在流片过程中沉积层间介质层的均适用于本发明创造，在此不予赘述。其中，所述背照式cmos图像传感器的层间介质层包括但不限于氮化硅缓冲层；非限制性地，定义作为所述层间介质层的氮化硅缓冲层沉积过程中所采用的氢离子浓度为第一氢离子浓度。
35.请继续参阅图2，并结合参阅图1，所述背照式cmos图像传感器1的像素结构2包括硅基衬底21、外延层22、二氧化硅层间介质层23、氮化硅层间介质层24、转移管25、光电二极管26和钳位光电二极管27。其中，所述外延层22、二氧化硅层间介质层23和氮化硅层间介质层24形成于所述硅基衬底21上。所述光电二极管26和所述钳位光电二极管27形成于所述外延层22上。钳位光电二极管27形成于所述光电二极管26上。所述二氧化硅层间介质层23和所述氮化硅层间介质层24形成于整个背照式cmos图像传感器1上。
36.所述改善背照式cmos图像传感器白色像素的方法，包括：
37.执行步骤s1：提供具有像素结构2的硅基衬底1；
38.执行步骤s2：在所述硅基衬底1的像素结构2表面沉积层间介质层之氮化硅层间介质层24；其中，定义所述层间介质层之氮化硅层间介质层24沉积过程中所采用的氢离子浓度为第一氢离子浓度，形成所述第一氢离子浓度的氢离子通过第一氢离子源提供，所述第一氢离子源为nh3。
39.执行步骤s3：提供具有第二氢离子浓度的第二氢离子源，使得所述第二氢离子源所产生的氢离子与所述氮化硅层间介质层24的硅悬挂键键合；
40.执行步骤s4，获得氮化硅层间介质层24之硅悬挂键与氢离子键合后的背照式cmos
图像传感器1。
41.对于背照式cmos图像传感器1，正如大家所知晓地，通常情况下，硅悬挂键越少越好。硅悬挂键作为一个有效的陷阱中心，可获取电子或空穴。所述被俘获的电荷聚集到一起便会改变内部电场，使光电二极管26的耗尽区扩展到si/sio2界面，导致硅基衬底21表面的钳位光电二极管27无法隔离绝缘层与晶圆表面的界面态，进而使得光电二极管26在无光照的条件下也会产生电流。当暗电流足够高时就会在局部区域产生一个可见发光的白点，而此时像素区的其他部分完全是黑暗的，这种像素称之为白色像素(white pixel,wp)。
42.显然地，本发明通过提供具有第二氢离子浓度的第二氢离子源，使得所述第二氢离子源所产生的氢离子与所述氮化硅层间介质层24的硅悬挂键键合，极大的减少了硅悬挂键，提高了暗光下的图像质量，抑制白点像素的形成。
43.为了简化半导体器件制造流程，提高工艺集成度，更具体地，本发明所采用的具有第二氢离子浓度的第二氢离子源可与所述氮化硅层间介质层24沉淀过程中导入的第一氢离子源相同。即，所述第二氢离子源与所述第一氢离子源相同，均为nh3。
44.更优化地，本发明通过在所述氮化硅层间介质层24沉淀过程中增加所述第一氢离子源的流量，使得所述第一氢离子源产生的氢离子总浓度大于或等于所述第一氢离子浓度和第二氢离子浓度之和。更优选地，在所述氮化硅层间介质层24沉淀过程中增加所述第一氢离子源的流量，使得所产生的氢离子总浓度为所述第一氢离子浓度的120％。
45.请参阅图3，并结合参阅图1、图2，图3所示为本发明所述氮化硅层间介质层沉淀过程中增加第一氢离子源的流量后对白色像素的改善对比图。从白色像素改善的图谱可以知晓，本发明所述氮化硅层间介质层24沉淀过程中增加第一氢离子源的流量使得所产生的氢离子总浓度为所述第一氢离子浓度的120％时，白色像素改善明显，白色像素数量降低达35.2％。
46.综上所述，本发明通过提供具有第二氢离子浓度的第二氢离子源，使得所述第二氢离子源产生的氢离子与所述氮化硅层间介质层的硅悬挂键键合，极大的减少了硅悬挂键，提高了暗光下的图像质量，抑制白点像素的形成。
47.本领域技术人员均应了解，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和变型。因而，如果任何修改或变型落入所附权利要求书及等同物的保护范围内时，认为本发明涵盖这些修改和变型。