40nm BSI CMOS Image Sensor预览

Lower OCL Coating Deposition

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Optical Pad 3 Deposition

Optical Pad 3 CMP
346Optical Pad 3 Deposition347Optical Pad 3 CMP348Post CMP Cleaning349Pre Litho Cleaning350Mid Vertical Grid Trench - Photo351Optical Pad 3 Etch352Lower OCL Coating Etch353Lower OCL Etch354Optical Pad 2 Etch355Ashing & Strip/Clean356Mid Vertical Grid Deposition357W CMP358Post CMP Cleaning359Upper Vertical Grid Barrier Deposition360Upper Vertical Grid Deposition361Pre Litho Cleaning362Upper Vertical Grid - Photo363W Etch364TiN Etch365Ashing & Strip/Clean366Upper Grid Seal Layer Deposition367Pre Litho Cleaning

工艺截面图

ISP WaferCIS Wafer · BacksideLS_GRID · L22 · Optical Pad 3 DepositionTaOAlOP+ implanted regionSiCESLSiO2CuTaAlOptical Pad 3Lower OCLSiNSiONOptical Pad 1Grid SealWTiNBPMD

本步要点

在下层片上微透镜结构上沉积SiO₂或氮氧化硅作为平坦化层,以实现均匀的CMP加工并防止光学干扰 。

原理展开

在40nm BSI CMOS图像传感器工艺流程中,Optical Pad 3沉积步骤作为下层片上微透镜(OCL)结构之上的关键介质封装层和平坦化层 。虽然Optical Pad 1和2通常作为基础抗反射层或遮光栅格的初始间隙填充层,但Optical Pad 3专门沉积在已完成的下层OCL之上,旨在为顶层集成建立平坦的光学基准 (工程实践)。该沉积工艺必须完全覆盖下方的形貌,以为后续的Optical Pad 3 CMP步骤做好准备 。正如先进平坦化建模所指出的,在图形化衬

底上进行沉积时的材料生长在很大程度上取决于局部几何特征,这直接决定了CMP必须平坦化的初始形貌 。该步骤的物理机制依赖于化学气相沉积,利用等离子体方向性、前驱体迁移率以及表面反应速率来实现致密的薄膜堆积 。为了确保深槽填充且不留空隙,通常采用高密度等离子体CVD(HDP-CVD)或流体式CVD(FCVD)等技术 。所沉积的介质材料必须作为一种高透明度介质,最大限度地减少吸收损耗,并防止光信号在向光电二极管传输过程中产生干扰,这类似于硅光子学中使用的低损耗氧化物包层 。此外,材料的结构完整性必须足以承受后续CMP步骤产生的机械剪切力 。材料选择倾向于SiO₂或定制的氮氧化硅,因为它们具有出色的光学透明度和良好的BEOL兼容性 。薄膜的物理性能(如密度和折射率)通过调节前驱体气体比例、等离子体功率和腔室压力等工艺参数进行控制 。为确保工艺稳定性,利用光谱反射测量法对薄膜厚度和折射率进行严格监控 。该量测技术依赖于薄膜光学干涉原理,通过分析来自多层介质界面的白光反射,来验证新沉积垫层的精确尺寸 。在纳米尺度技术节点,持续的器件微缩推动像素间距向亚微米尺寸发展,从而增加了底层栅格结构的有效深宽比 。因此,该步骤需要先进的间隙填充能力,以减轻在致密阵列上的非线性堆积行为 。此外,由于沉积发生在下层OCL模块之后,必须严格控制热预算,以防止先前对温度敏感的聚合物层发生热降解 。

风险与挑战

  • [高] 间隙填充空洞形成:在密集网格图案上沉积时,前驱体迁移率不足或等离子体方向性过强可能导致过早发生夹止(pinch-off),在光路内留下空洞,从而散射入射光 。
  • [中] 沉积后形貌欠佳:高度非线性的表面堆积受局部图案密度影响,可能产生极大的高度差异,导致在随后的 Optical Pad 3 CMP 步骤中出现严重的碟形化(dishing)或腐蚀 。
  • [中] 折射率失配:等离子体参数或前驱体流量比的变化可能改变介电材料的化学计量组成,进而改变其折射率,并降低向底层传感器进行光学耦合的效率 。
  • [低] 热预算过高:生长致密氧化物所需的高沉积温度可能会无意中导致先前沉积的较低 OCL 涂层或底层的后段工艺(BEOL)互连结构退化 。

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相关步骤

  • LS/Aperture Grid Barrier Deposition
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