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CN105895649B - 一种通过改变sab膜质降低cis器件噪声的方法 - Google Patents

一种通过改变sab膜质降低cis器件噪声的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，通过采用HARP工艺制备具有疏松膜质的SAB层，改变了以往由PECVD工艺制备的SAB层致密膜质，可大大减少Si‑SiO2界面附近陷阱，同时降低声子的散射，并可利用HARP工艺制备的SAB层较厚的厚度，在后续带有等离子体的工艺中减少等离子体损伤对栅氧化层的影响，从而可有效降低CIS产品的各类噪声。

Description

一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法
技术领域
本发明涉及微电子技术领域，更具体地，涉及一种通过改变SAB膜质以降低CIS器件各类噪声的方法。
背景技术
CIS(CMOS Image Sensor，CMOS图像传感器)器件的噪声是制约其性能、质量和可靠性的关键因素，它严重影响着深亚微米集成电路的可靠性。因此，降低各类噪声(noise)一直是CIS产品性能提升的一个重要方向。
通常认为，CIS器件的噪声来自沟道中载流子密度或迁移率的不规则变化。前者取决于Si-SiO2界面附近陷阱对载流子的热激俘获和发射，即Si-Si02界面态密度及其在禁带能级中的位置；而后者则由载流子与声子群的散射决定。因此，提升CIS器件噪声性能的两个重要方向，就是减少界面态密度，同时减少载流子与声子的散射。另外，随着工艺尺寸的减小和栅介质厚度的降低，边界陷阱引起的沟道噪声也正逐渐增大。栅介质中边界陷阱的个数也不断减小，当器件尺寸小至有源区只有一个或数个陷阱时，就会出现幅度很大的沟道电流涨落，且时常数呈随机分布波形的噪声。
以往由于位于CIS产品像素区(pixel)的SAB(salicide block layer，自对准硅化物阻挡层)与大面积的有源区(AA)表面直接接触，使得SIN阻挡层吸附了大量的电子，从而影响了像素区AA表面的像素性能。因此，为了防止SIN阻挡层吸附大量的电子，目前CIS器件的SAB一般采取较为致密的PECVD(等离子体加强化学沉积)纯氧化膜。
在PECVD沉积工艺中，会引入等离子体(Plasma)。虽然沉积结束后已经不再长膜，但反应腔仍处于等离子体的环境中。并且，虽然淀积结束后关掉了原通入的主要反应气流，但仍然会继续通入原气流中的Ar和02，同时用于激发等离子体的RF(射频)源功率降低。此时反应腔中等离子体将产生大量高能UV(紫外)光子。如果这些光子能量大于SiO2栅氧化层的禁带宽度，SiO2材料的价带电子吸收光子后，将由价带跃迁入导带，产生电子空穴对，使得栅氧化层处于导通状态，造成其绝缘能力大大下降。当栅上收集的电荷越来越多时，栅电压相应地越来越高，最终会引起栅氧化层产生FN(Fowler-Nordheim)隧穿。当FN隧穿电流等于收集到的等离子体电流时，栅上会出现一个稳态的电压。而电子由衬底注入进栅氧化层以后，在栅电场的作用下将获得更大的动能，这些高能电子会产生陷阱和界面态，这些陷阱和界面态在CIS器件的工作过程中，会形成各类噪声。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，包括以下步骤：
步骤一：提供一衬底，所述衬底至少具有栅极和源、漏结构；
步骤二：在所述衬底表面形成具有疏松膜质的SAB层；
步骤三：退火。
优选地，步骤二中，采用HARP工艺在所述衬底表面沉积具有疏松膜质的SAB层。
优选地，步骤三中，所述退火为高温退火。
优选地，所述退火为RTA高温退火。
优选地，在D2气氛中进行RTA高温退火。
优选地，还包括步骤四：对所述SAB层进行图形化，暴露出需要形成自对准硅化物的区域；以及步骤五：在所述衬底上形成自对准硅化物层。
优选地，所述SAB层为纯氧化物层。
优选地，所述纯氧化物层为氧化硅层。
从上述技术方案可以看出，本发明通过采用HARP工艺制备具有疏松膜质的SAB层，改变了以往由PECVD工艺制备的SAB层致密膜质，可大大减少Si-SiO2界面附近陷阱，同时降低声子的散射，并可利用HARP工艺制备的SAB层较厚的厚度，在后续带有等离子体的工艺中减少等离子体损伤(plasma damage)对栅氧化层的影响，从而可有效降低CIS产品的各类噪声。
附图说明
图1是本发明一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
在以下本发明的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本发明一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法流程图。如图1所示，本发明的一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，可包括以下步骤：
步骤一：提供一衬底，所述衬底至少具有栅极和源、漏结构。
本发明的方法通过改变SAB膜质，来降低CIS器件的各类噪声。首先，在用于制备CIS器件的衬底上制作形成栅极和源、漏结构，也可包括符合设计规则的其他器件结构。
步骤二：在所述衬底表面形成具有疏松膜质的SAB层。
接着，需要在所述衬底表面形成具有疏松膜质的SAB层，以改变现有的由PECVD工艺制备的具有致密膜质的SAB层，因为具有致密膜质的SAB层无益于减少CIS器件中Si-SiO2界面态密度，从而也就无法提升CIS器件的噪声性能。
作为一优选的实施方式，本步骤可采用HARP(高深宽比)工艺，在所述衬底表面沉积具有疏松膜质的SAB层。所述SAB层可采用纯氧化物层，例如，可采用HARP工艺，在所述衬底表面沉积具有疏松膜质的氧化硅SAB层。通过HARP工艺沉积的氧化硅SAB层厚度将明显大于现有采用PECVD工艺制备的具有致密膜质的SAB层厚度。
步骤三：退火。
本步骤中，可采用RTA(快速热退火)对器件进行高温退火。并且，退火可在D2(氘)气氛中进行。
在进行高温退火后，还可继续进行：
步骤四：对所述SAB层进行图形化，暴露出需要形成自对准硅化物的区域。
步骤五：在所述衬底上形成自对准硅化物层。
步骤四和步骤五可采用现有常规工艺执行，本例不再赘述。
通过本发明的上述方法，并采用疏松的SAB薄膜替代现有致密的SAB薄膜后，可以使D2退火中的D离子更易穿过HARP薄膜，从而更容易有效地钝化Si-SiO2界面态陷阱。
同时，本发明通过将现有带有等离子体的PECVD工艺改为不带有等离子体的HARP工艺，在SAB薄膜沉积工艺中就不会有FN隧穿发生。而且在后续带有等离子体的工艺中，由于HARP自对准硅化物阻挡层的厚度比较厚，也会减少隧穿效应的发生，从而在栅氧化层界面产生缺陷的概率就会大大降低。
此外，由于HARP沉积后SAB薄膜中会有多余的H离子，这些离子在后续的RTA工艺时会被推到Si-SiO2界面而影响Si02界面晶格的排列，会使界面中因晶格不匹配而存在的应力变大，载流子与衬底声群的散射变小，从而使其沟道迁移率变大，则使得CIS器件的噪声变小。
综上所述，本发明通过采用HARP工艺制备具有疏松膜质的SAB层，改变了以往由PECVD工艺制备的SAB层致密膜质，可大大减少Si-SiO2界面附近陷阱，同时降低声子的散射，并可利用HARP工艺制备的SAB层较厚的厚度，在后续带有等离子体的工艺中减少等离子体损伤对栅氧化层的影响，从而相比现有技术可将CIS产品的各类噪声降低至原来的1/6，大大提升了CIS产品的性能。
以上所述的仅为本发明的优选实施例，所述实施例并非用以限制本发明的专利保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：提供一衬底，所述衬底至少具有栅极和源、漏结构；
步骤二：在所述衬底表面形成具有疏松膜质的SAB层；其中，采用HARP工艺在所述衬底表面沉积具有疏松膜质的SAB层；
步骤三：退火。
2.根据权利要求1所述的通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，其特征在于，步骤三中，所述退火为高温退火。
3.根据权利要求2所述的通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，其特征在于，所述退火为RTA高温退火。
4.根据权利要求3所述的通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，其特征在于，在D2气氛中进行RTA高温退火。
5.根据权利要求1所述的通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，其特征在于，还包括：
步骤四：对所述SAB层进行图形化，暴露出需要形成自对准硅化物的区域；以及
步骤五：在所述衬底上形成自对准硅化物层。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，其特征在于，所述SAB层为纯氧化物层。
7.根据权利要求6所述的通过改变SAB膜质降低CIS器件噪声的方法，其特征在于，所述纯氧化物层为氧化硅层。
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