[發明專利]具有氣隙的淺溝槽隔離結構、采用該淺溝槽隔離結構的互補金屬氧化物半導體圖像傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 200980133383.7
• 申請日: 2009-08-27
• 公開（公告）號: CN102138210A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 成洛昀
• 申請（專利權）人: 科洛司科技有限公司
• 主分類號: H01L21/76
• 分類號: H01L21/76
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 彭久云

技術領域

本發明涉及一種半導體器件，比如CMOS傳感器。更具體地，本發明涉及具有氣隙的淺溝槽隔離結構、采用該淺溝槽隔離結構的CMOS圖像傳感器及該CMOS傳感器的制造方法。

背景技術

隨著半導體制造技術的發展，已經擴展了半導體器件的應用領域，因此已經密集地進行了各種研究和開發以增加半導體器件的集成度。隨著半導體器件集成度的增加，研究已經更多地追求基于微制造工藝來制造微小尺寸的半導體器件。在半導體器件的微制造技術中，用于將器件彼此隔離以集成器件的隔離層縮減技術非常重要。

作為常規隔離技術，LOCOS(硅的局部氧化)技術通過在半導體襯底上選擇生長厚的氧化物層而形成隔離層。然而，根據LOCOS技術，氧化物層形成在不需要橫向擴散的區域中，從而限制了隔離層寬度的減小。

因此，LOCOS技術不適用于具有亞微米尺寸的半導體器件，所以需要新的隔離技術。

對此，已經提出了淺溝槽隔離技術。根據淺溝槽隔離技術，淺溝槽通過蝕刻工藝形成在半導體器件中，而絕緣材料填充在該淺溝槽中，由此與LOCOS技術相比更加減少了隔離區域的寬度。

這樣的淺溝槽隔離技術應用于CMOS圖像傳感器，該CMOS圖像傳感器是將光學圖像轉換成電信號的半導體器件。隨著光學器件被高度集成，CMOS圖像傳感器中采用的光敏二極管的尺寸也隨之減小。在這種情況下，注入到相鄰像素的光子在通過淺溝槽隔離結構的同時可能會在其他像素中產生電子和空穴，使得光學器件的特性劣化。也就是，暗電流和串擾會發生在CMOS圖像傳感器中，因此正努力通過解決暗電流和串擾來改善光學器件的特性。

發明內容

技術問題

因而，進行本發明以解決現有技術中產生的上述問題，本發明的目標是提供能夠防止由光學器件的高度集成引起的光學器件的劣化的淺溝槽隔離結構。

本發明另一目標是提供具有這樣的淺溝槽隔離結構的CMOS圖像傳感器及其制造方法。

技術方案

根據本發明的一方面，所提供的淺溝槽隔離結構包括：溝槽，形成在襯底的無源區域上；內壁氧化物層，形成在溝槽上；襯里，形成在內壁氧化物層上；氧化物層，形成在襯里上，以填充溝槽；氣隙，形成在溝槽與襯里之間；以及緩沖層，密封氣隙。

氣隙可以形成在溝槽的一個橫向側。

氣隙可以形成在溝槽的兩個橫向側。

氣隙可以形成在溝槽的一個橫向側和底表面處。

氣隙可以通過選擇性蝕刻內壁氧化物層而形成。

襯里可以具有用于防止當內壁氧化物層被選擇性蝕刻時所述襯里被去除的足夠的厚度。

緩沖層可以包括CVD?SiO₂、SiON、Si₃N₄和多晶硅之一。

根據本發明的另一方面，提供了一種CMOS圖像傳感器的制造方法，該方法包括步驟：在襯底上形成包括溝槽、內壁氧化物層、襯里和氧化物層的淺溝槽隔離結構；在襯底上形成柵極圖案；在襯底中形成光敏二極管的n型離子注入區域；在柵極圖案的兩個側壁處形成間隔物；在襯底上形成浮置擴散區域；在溝槽和襯里之間形成氣隙；形成覆蓋氣隙的緩沖層；以及在襯底中形成光敏二極管的p型離子注入區域。

形成氣隙的步驟可以包括：形成蝕刻掩模，使得形成在溝槽和襯里之間的內壁氧化物層被選擇性暴露；以及蝕刻被暴露的內壁氧化物層。

在形成蝕刻掩模的步驟中，蝕刻掩模可以形成為使得內壁氧化物層在溝槽的一個橫向側被暴露。

在形成蝕刻掩模的步驟中，蝕刻掩模可以形成為使得內壁氧化物層在溝槽的兩個橫向側被暴露。

在蝕刻內壁氧化物層的步驟中，內壁氧化物層的一部分可以在溝槽的橫向側被蝕刻，以在溝槽的該橫向側的一部分處形成氣隙。

在蝕刻內壁氧化物層的步驟中，內壁氧化物層可以在溝槽的橫向側被蝕刻，以在溝槽的該橫向側的整個表面上形成氣隙。

在蝕刻內壁氧化物層的步驟中，內壁氧化物層可以在溝槽的一個橫向側和底表面處被蝕刻，以在溝槽的該橫向側和底表面上形成氣隙。

蝕刻內壁氧化物層的步驟中采用的蝕刻劑的蝕刻速率對氧化物層可以相對較高，而對硅可以相對較低。

襯里可以具有用于防止在蝕刻內壁氧化物層時襯里被去除的足夠的厚度。

緩沖層可以包括能夠在自對準硅化工藝中抑制金屬離子擴散的材料。

緩沖層可以包括CVD?SiO₂、SiON、Si₃N₄和多晶硅之一。

根據本發明的又一方面，提供了通過以上方法制造的CMOS圖像傳感器。

有益效果