[发明专利]CMOS光学传感器的深槽隔离结构形成方法

说明书

本发明公开了一种CMOS光学传感器的深槽隔离结构形成方法，对沟槽的刻蚀采用Bosch工艺进行包含刻蚀和沉积的N个反复的循环步骤；每个循环步骤包含：A步骤，在半导体衬底上刻蚀形成初始沟槽，再沉积一层聚合物保护层保护住沟槽的侧壁，然后对沟槽底部向下进行刻蚀；B步骤，去除沟槽侧壁的聚合物保护层，对沟槽底部及沟槽侧壁进行全局的刻蚀；C步骤，在整个结构表面沉积一层聚合物保护层；沉积完成之后，再返回执行A步骤，以此完成循环步骤；每完成一个循环步骤，沟槽的深度向下加深一段；通过控制循环步骤的循环次数以及循环内每步骤的工艺时间梯度，最终刻蚀的沟槽形成开口及底部收缩、中间膨胀的酒桶型剖面形貌。

技术领域

本发明涉及半导体器件制造领域，特别是指一种减少光串扰的CMOS光学传感器的深槽隔离结构形成方法。

背景技术

随着CMOS工艺水平的提高，CMOS光学图像传感器（CIS）凭借功耗低、成本低、体积小、可随机读取等一系列优点，实现了在平板电脑、智能手机等消费类电子领域的广泛应用。CIS的核心结构为光电转换单元，该光电转换单元的核心器件为光电二极管。通常，图像传感器的光电转换单元包括多个呈阵列式排布的光电二极管，光电二极管能够将采集到的光子转变为电子，然后通过其他辅助电路结构将该电子转变为电信号，并进行输出。但是，CIS的占有因子（fill factor, FF）较小，暗电流较大，串扰较大等缺点是其尚未成为主流光学图像传感器的主要原因，尤其在当前CIS的主流工艺已经降到0.35μm以下后，像素尺寸的不断减小使得像素间距越来越小，造成了串扰现象更容易发生。

CMOS光学图像传感器中的串扰可分为两种：光串扰和电荷串扰。其中光串扰又包含两种形式：一是在像素单元上方以较大角度入射的光，在被完全吸收前到达相邻的像素位置，并在相邻像素位置被吸收；二是部分光（也是大角度入射的光）并没有入射到感光位置，而是入射到互联层，经互联层间反射进入相邻像素的感光部位。由串扰的发生机制可以看出，感光单元的间隔越小，串扰现象越严重，从而影响到图像的解析度和精度。因此在像素尺寸不断减小的趋势下，应采取有效措施来降低串扰的发生。

针对某一型的BCIS Super cap是在常规有源区AA循环刻蚀之前的工艺，在有源区AA下面埋更深的光电二极管，以提升CIS的像素性能。

该型BCIS PB mask super cap（CIS器件的深沟槽器件隔离）用空气隔离，使光线束缚不影响其他成像单元。

刻蚀过程中，需要将原本垂直如图1所示的传统的沟槽剖面形貌做成如图2所示的上部收口、整体呈酒桶形的剖面形貌，使其后面外延长成中间形成空隙起到空气隔离的作用，如图3的剖面显微图所示。

当相应的沟槽深宽比光电二极管光刻胶足够遮挡的情况下，使用光刻胶方案来替代硬掩模方案，省去氮化硅硬掩模的生长和回刻蚀去除工艺。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种CMOS光学传感器的深槽隔离结构形成方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种CMOS光学传感器的深槽隔离结构形成方法，包含：

提供一半导体衬底，所述半导体衬底用于形成CMOS光学传感器；在所述半导体衬底上涂覆BARC层以及足够厚度的光刻胶；光刻及刻蚀工艺打开光刻胶及BARC层，形成用于刻蚀深槽隔离结构的图案，然后采用刻蚀工艺向下刻蚀半导体衬底；

在刻蚀过程中，所述刻蚀工艺采用Bosch工艺，进行循环刻蚀：所述循环刻蚀包含刻蚀和沉积的反复的N个循环步骤，N∈正整数；单个的循环步骤具体包含：

A步骤，利用光刻及刻蚀工艺，在半导体衬底上刻蚀形成初始沟槽，再沉积一层聚合物保护层，保护住沟槽的侧壁，然后对沟槽底部向下进行刻蚀；

B步骤，去除沟槽侧壁的聚合物保护层，对沟槽底部及沟槽侧壁进行全局的刻蚀；