[發明專利]一種利用N型離子注入形成雙深度隔離溝道的方法

無效

• 申請號: 201110222151.8
• 申請日: 2011-08-04
• 公開（公告）號: CN102437081A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 羅飛
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L21/762
• 分類號: H01L21/762;H01L21/3115;H01L27/146
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 王敏杰

技術領域

本發明涉及CMOS半導體器件工藝領域，尤其涉及一種利用N型離子注入形成雙深度隔離溝道的方法。

背景技術

自上世紀60年代末期美國貝爾實驗室開發出固態成像器件和一維CCD（電荷耦合元件，Charge-Coupled?Device）模型器件以來，CCD在圖像傳感、信號處理、數字存儲等方面發展迅速。隨著CCD器件的廣泛應用，其缺點逐漸顯露出來，為此人們又開發了另外幾種固態圖像傳感器，其中最有發展潛力的是采用標準CMOS制造工藝制造的CMOS圖像傳感器。到了90年代初期，超大規模集成技術的飛速發展，而CMOS圖像傳感器可在單芯片內集成A/D轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲等功能，大大減小了系統復雜性，降低了成本，此外，它還具有低功耗、單電源、低工作電壓、成品率高等優點，因而顯示出強勁的發展勢頭。

成像質量是衡量CMOS圖像傳感器性能的最重要指標之一，要得到好的成像質量，提高器件的信噪比是一個有效的方法。為了提高信噪比，在版圖設計上可以加大器件中用來收集光信號的有源區面積所占全部芯片面積的比例（即像素填充率）。圖1顯示了圖像傳感器像素單元區的有源區形貌，其中，感光器件有源區100和控制器件有源區200被隔離溝道300隔離開。隨著填充率的提高，有源區100、200尺寸的加大會造成隔離溝道300的尺寸減小，當隔離溝道300減小到一定程度時就會因為深寬比過大而產生溝道填充不充分的問題，比如空洞或者縫隙等；圖2顯示了一個典型的因為隔離溝道深寬比過大而產生的空洞000。

為了解決這個問題，目前比較成熟的解決方法是用兩次有源區形成工藝來分別對圖像傳感器的像素單元區和之外的邏輯電路區進行圖形化，通過刻蝕時間的不同來分別控制兩個不同區域的隔離溝道的深度，使像素單元區的深度適當降低來減小這一區域溝道的深寬比，從而解決溝道填充不充分的難題。但是這種工藝需要重復進行有源區的圖形化，且需要額外的光罩，工藝流程復雜，制造成本高昂。

Kirt?R.?Williams和Richard?S.?Muller兩人合著并于1996年公開發表于IEEE微機電系統雜志上的一篇文章《微機械加工的刻蝕率》（Etch?Rates?for?Micromachining?Processing）中指出，單晶硅中因為摻雜了N型離子所以費米能級上升，從而使得干法刻蝕的過程中硅原子更容易與刻蝕氣體中的鹵族原子如氯，溴等結合而形成易揮發的物質，因此其刻蝕速率比沒有摻雜的像素單元區快。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明的目的是提供一種利用N型離子注入形成雙深度隔離溝道的方法，在保證后續溝道填充工藝不受影響的條件下，隔離溝道深度降低后的像素單元區允許像素單元之間的間隔縮小，從而增加像素單元中感光有源區的面積，進而增加了感光有源區所占芯片總面積的比例，即像素填充率，從而提高傳感器的成像質量，簡化了工藝流程步驟，降低了制造成本。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

一種利用N型離子注入形成雙深度隔離溝道的方法，其中，包括下列步驟：

提供包含像素單元區和外圍電路區的半導體襯底，所述半導體襯底上形成有襯底氧化物層；

在所述襯底氧化物層上沉積硬掩膜層；

在所述硬掩膜層上形成光刻膠層，進行光刻，從而在所述光刻膠層的與所述像素單元區在垂直方向上的延伸區域交疊的區域中形成第一開口，在所述光刻膠層的與所述外圍電路區在垂直方向上的延伸區域交疊的區域中形成第二開口；

利用所述第一開口和所述第二開口對所述硬掩膜層進行刻蝕并且刻蝕停止于所述襯底氧化物層，以在所述硬掩膜層的與所述像素單元區在垂直方向上的延伸區域交疊的區域中形成第三開口，同時在所述硬掩膜層的與所述外圍電路區在垂直方向上的延伸區域交疊的區域中形成第四開口，之后去除剩余的光刻膠；

通過光阻將所述像素單元區上方的和所述外圍電路區上方的所述硬掩膜層覆蓋，并同時覆蓋所述第三開口和所述第四開口，進行光刻，移除所述外圍電路區上方的所述硬掩膜層上的光阻，并將所述第四開口予以暴露；

通過所述第四開口將N型離子注入至所述外圍電路區；

去除光阻，通過熱處理方式活化注入N型離子；

通過所述第三開口和所述第四開口分別對所述像素單元區和所述外圍電路區進行刻蝕，所述第三開口和所述第四開口下方的所述襯底氧化物層同時也被刻蝕掉，以在所述像素單元區和所述外圍電路區內分別形成隔離溝道，位于所述像素單元區內的隔離溝道的深度淺于位于所述外圍電路區內的隔離溝道的深度。