一种深孔结构的外延生长预处理方法技术

本发明专利技术提供一种深孔结构的外延生长预处理方法，包括提供衬底，对衬底进行刻蚀形成深孔结构；在刻蚀后两小时内，利用刻蚀气体氟化铵(NH4F)和氟化氢铵(NH 4F

【技术实现步骤摘要】
一种深孔结构的外延生长预处理方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，具体涉及一种深孔结构的外延生长预处理方法。

技术介绍

[0002]近年来，由于集成电路设计技术和工艺水平的提高，55nm CIS(CMOS图像传感器)像素尺寸从1.12um缩小到0.7um，但受到光刻胶的深宽比以及离子注入工艺的深度和浓度限制，传统平面高深宽比光刻和高能离子注入工艺已无法满足高端CIS要求，现通过深孔结构外延生长(Super Cap
‑
EPI)形成超深光电二极管(PD)结构，再做其他表面器件，从而得到高像素的CIS器件。外延沉积前，需要非常洁净的硅表面，这样才能够保证外延沉积的质量。
[0003]在现有技术中，通常利用湿法药液对深孔结构表面进行预处理，以使硅表面符合外延生长工艺的条件，但利用湿法药液液体易挂壁，形成气泡，同时会导致深孔结构底部气体排出困难，影响处理效果，从而造成深孔结构表面凹凸不平，对后续孔内外延沉积造成不利影响。具体的，请参考图1和图2，图1和图2显示为现有技术中采用湿法药液对深孔结构表面进行预处理的结构示意图。如图1和图2中所示，湿法预处理会使深孔结构内部气体排除困难，造成对孔侧壁以及底部处理效果不佳，最终影响外延层质量和深孔结构轮廓。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种深孔结构的外延生长预处理方法，用以解决传统湿法预处理使深孔结构内部气体排除困难，造成对孔侧壁以及底部处理效果不佳，最终影响外延层质量和深孔结构轮廓的问题。
[0005]本专利技术提供一种深孔结构的外延生长预处理方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、提供衬底，对所述衬底进行刻蚀形成深孔结构；
[0007]步骤二、在刻蚀后两小时内，利用刻蚀气体氟化铵(NH4F)和氟化氢铵(NH 4F
·
HF)对所述深孔结构进行预处理，以去除所述深孔结构侧壁和底部的自然氧化层；
[0008]步骤三、采用外延生长在所述深孔结构中形成外延层；
[0009]步骤四、通过FA切片以及SEM数据判断所述外延层的生长质量以及所述深孔结构轮廓状况。
[0010]优选地，步骤一中所述衬底为硅衬底。
[0011]优选地，步骤二中所述自然氧化层为SiO2。
[0012]优选地，步骤二中所述刻蚀气体NH4F和NH 4F
·
HF与所述自然氧化层SiO2的化学反应包括：
[0013]NH4F+NH4F.HF+SiO2
→
(NH4)2SiF6(s)+H20；
[0014](NH4)2SiF6(s)
→
SiF4(g)+NH3(g)+HF(g)。
[0015]优选地，步骤三中所述外延生长在外延工艺腔中进行。
[0016]优选地，步骤三中所述外延层由P型外延层、第一本征外延层、N型外延层以及第二
本征外延层共同构成。
[0017]优选地，步骤三中所述外延层分四步形成：
[0018]在所述深孔结构的侧面和底部表面形成P型外延层；
[0019]在所述P型外延层表面形成第一本征外延层；
[0020]在所述第一本征外延层表面形成N型外延层；
[0021]在所述N型外延层表面形成第二本征外延层，所述第二本征外延层将所述深孔结构填满。
[0022]优选地，步骤四中所述外延层生长质量好，所述深孔结构轮廓状况较好。
[0023]本专利技术对传统外延生长前的预处理方法进行改进，在深孔结构的外延生长前的预处理中，用刻蚀气体NH4F和NH4F.HF取代了传统的湿法药液，对深孔结构侧壁以及底部自然氧化层进行去除，使表面符合外延生长工艺的条件气体，为后续外延层填充奠定良好基础，使得后续外延层生长质量好、深孔结构轮廓状况较好。
附图说明
[0024]通过以下参照附图对本专利技术实施例的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
[0025]图1和图2显示为现有技术中采用湿法药液对深孔结构表面进行预处理的结构示意图；
[0026]图3显示为本专利技术实施例的深孔结构的外延生长预处理方法的流程图；
[0027]图4显示为本专利技术实施例的形成深孔结构后的结构示意图；
[0028]图5显示为本专利技术实施例的去除所述深孔结构侧壁和底部的自然氧化层后的结构示意图；
[0029]图6显示为本专利技术实施例的在深孔结构中形成外延层的结构示意图；
[0030]图7和图8显示为本专利技术实施例的对深孔结构表面进行预处理后的结构示意图。
具体实施方式
[0031]以下基于实施例对本专利技术进行描述，但是本专利技术并不仅仅限于这些实施例。在下文对本专利技术的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本专利技术。为了避免混淆本专利技术的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
[0032]此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
[0033]除非上下文明确要求，否则整个申请文件中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
[0034]在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0035]图3显示为本专利技术实施例的深孔结构的外延生长预处理方法的流程图。如图3所示，包括以下步骤：
[0036]步骤一、如图4所示，提供衬底，对衬底进行刻蚀形成深孔结构。
[0037]本专利技术实施例中，衬底为硅衬底。当然，衬底也可以是硅、锗、砷化镓或硅锗化合物；衬底还可以具有外延层或绝缘体上的硅衬底(SOI衬底)；衬底还可以是其它半导体材料。本领域的技术人员可以根据衬底上形成的晶体管类型选择衬底类型。
[0038]对衬底进行刻蚀形成深孔结构，具体地，在衬底表面形成硬掩膜层(HM)；在衬底上形成图案化的光刻胶层(未示出)；以光刻胶层为掩膜，交替地引入刻蚀性气体和保护性气体，从而交替地对衬底进行蚀刻，以及对蚀刻后形成的侧壁进行保护，直至形成预定尺寸的深孔结构；去除所述光刻胶层。本专利技术实施例中，在光电二极管的形成区域中的衬底上形成深孔结构。
[0039]步骤二，如图5所示，在刻蚀后两小时内，利用刻蚀气体氟化铵(NH4F)和氟化氢铵(NH 4F
·
HF)对深孔结构进行预处理，以去除深孔结构侧壁和底部的自然氧化层。
[0040]在步骤一中，刻蚀形成的深孔结构表面(侧壁和底部)形成有自然氧化层。外延沉积前，需要非常洁净的硅表面，这样才能够保证选择性外延沉积的质量，硅表面的自然氧化层阻碍外延的生长或者导致生长的界面不好。因而，外延生长前的预处理对外延层的质量以及深孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种深孔结构的外延生长预处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、提供衬底，对所述衬底进行刻蚀形成深孔结构；步骤二、在刻蚀后两小时内，利用刻蚀气体氟化铵(NH4F)和氟化氢铵(NH 4F
·
HF)对所述深孔结构进行预处理，以去除所述深孔结构侧壁和底部的自然氧化层；步骤三、采用外延生长在所述深孔结构中形成外延层；步骤四、通过FA切片以及SEM数据判断所述外延层的生长质量以及所述深孔结构轮廓状况。2.根据权利要求1所述的深孔结构的外延生长预处理方法，其特征在于，步骤一中所述衬底为硅衬底。3.根据权利要求1所述的深孔结构的外延生长预处理方法，其特征在于，步骤二中所述自然氧化层为SiO2。4.根据权利要求3所述的深孔结构的外延生长预处理方法，其特征在于，步骤二中所述刻蚀气体NH4F和NH 4F
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HF与所述自然氧化层SiO2的化学反应包括：NH4F+NH4F.HF+SiO2
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【专利技术属性】
技术研发人员：彭勇，杨德明，王勇，马寒骏，包赛赛，
申请(专利权)人：华虹半导体无锡有限公司，
类型：发明
国别省市：