40nm BSI CMOS Image Sensor预览

杂表面所必需的，以实现隧穿效应并降低有效势垒，从而形成可靠的欧姆接触，这符合金属-半导体接触的基本物理原理 [T1]。该步骤的物理机制依赖于反应离子蚀刻 (RIE)，它利用了低压放电等离子体中产生的活性化学自由基与定向加速离子的协同作用 [P1]。由于硅晶体结构具有由其周期性势场决定的强共价键 [T1]，仅靠中性自由基进行的纯化学蚀刻容易导致严重的侧向蚀刻和较差的尺寸控制 [P1]。因此，需要来自等离子体的加速离子轰击来物理破坏表面原子键，降低化学反应活化能，并促进挥发性蚀刻产物的形成 [P3]。硅RIE通常采用卤素基化学工艺，其中氯或氟提供主要的反应物种，而溴的副产物常用于钝化沟槽侧壁 [P4]。这种钝化作用阻挡了侧向化学侵蚀，使定向离子能够主导垂直蚀刻速率，并获得高度各向异性的垂直剖面 [P4]。对于该结构层级，干法RIE严格优于湿法化学蚀刻方法 [P2]。传统的湿法蚀刻从根本上受到晶体取向依赖性的限制，而先进的金属辅助化学湿法蚀刻则极大地依赖于催化剂纳米颗粒的形貌，这会降低亚微米尺寸下的工艺稳定性和可控性 [P2]。此外，精确的尺寸缩放和对准对于避免干扰相邻的有源结构至关重要，这使得解耦等离子体RIE系统提供的先进剖面控制变得不可或缺 [P4]。然而，使用高能离子在蚀刻速率、剖面垂直度和等离子体诱导表面损伤之间产生了一种物理折衷 [P3]。对于40nm BSI图像传感器而言，控制这种等离子体诱导损伤是主要的优化约束条件 [P1]。由过度离子轰击引起的硅晶格结构缺陷会产生带隙中间能态，这些能态充当产生-复合中心 [T1]。在光电二极管阵列的背景下，这些陷阱态直接表现为不可接受的高暗电流和孤立的白像素缺陷，从而严重降低传感器性能 （工程实践）。因此，必须严格调节RF偏置电压和等离子体化学性质，以确保所得沟槽不受严重的晶体损伤 [P3]，同时后续的灰化和湿法清洗步骤被专门设计用于去除残留在硅表面的任何含氟碳或溴化聚合物残留物 [P1]。