[發(fā)明專利]CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)及其形成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310461748.7
• 申請(qǐng)日: 2013-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN104517976B
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魏琰;宋化龍;馬燕春
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中芯國(guó)際集成電路制造(北京)有限公司;中芯國(guó)際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146
• 代理公司: 北京集佳知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11227
• 代理人: 駱蘇華

1.一種CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括：

提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底中摻雜有第一雜質(zhì)離子；

刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底中形成凹槽；

在凹槽的兩側(cè)側(cè)壁表面形成隔離層，所述隔離層的頂部表面與半導(dǎo)體襯底的表面齊平；

在形成所述隔離層后，在凹槽內(nèi)形成外延硅層，所述外延層覆蓋所述隔離層和凹槽兩側(cè)側(cè)壁外側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底的表面并填充滿凹槽，所述外延硅層中摻雜有第二雜質(zhì)離子，第二雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型與第一雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型相反，所述外延硅層和半導(dǎo)體襯底構(gòu)成光電二極管；

在外延硅層一側(cè)的半導(dǎo)體襯底上形成柵極結(jié)構(gòu)；

在柵極結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離外延硅層的一側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成浮置擴(kuò)散區(qū)。

2.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述凹槽的形成過程為：在所述半導(dǎo)體襯底上形成掩膜層，所述掩膜層中具有暴露半導(dǎo)體表面的開口；以所述掩膜層為掩膜，刻蝕所述半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底中形成凹槽。

3.如權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在形成凹槽后，刻蝕所述掩膜層，使得掩膜層中的開口的寬度向兩邊增大，暴露出部分半導(dǎo)體襯底的表面。

4.如權(quán)利要求3所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述外延硅層的頂部表面高于半導(dǎo)體襯底的表面，高于半導(dǎo)體襯底表面的外延層填充寬度增大后的開口，并覆蓋開口暴露的部分半導(dǎo)體襯底的表面。

5.如權(quán)利要求3所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，使得掩膜層的開口的寬度增大的工藝采用濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝。

6.如權(quán)利要求3所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，寬度增大后的開口的側(cè)壁與凹槽的側(cè)壁之間的直線距離為0.1～1微米。

7.如權(quán)利要求2所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述隔離層的過程為：在所述凹槽的側(cè)壁和底部、以及掩膜層表面形成隔離材料層；無掩膜刻蝕所述隔離材料層，在所述凹槽的兩側(cè)側(cè)壁上形成隔離層。

8.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述隔離層的材料為二氧化硅，所述隔離層的厚度為8～20納米。

9.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述外延硅層的形成工藝為原位摻雜選擇性外延工藝。

10.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型為P型，第二雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型為N型，浮置擴(kuò)散區(qū)中摻雜的雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型為N型。

11.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型為N型，第二雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型為P型，浮置擴(kuò)散區(qū)中摻雜的雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型為P型。

12.如權(quán)利要求1所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)的形成方法，還包括：進(jìn)行離子注入，在所述外延硅層的表面形成遮蓋層，遮蓋層中的注入的雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型與第二雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型相反。

13.一種CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底中摻雜有第一雜質(zhì)離子；

位于半導(dǎo)體襯底內(nèi)的凹槽；

位于凹槽的兩側(cè)側(cè)壁表面的隔離層，所述隔離層的頂部表面與半導(dǎo)體襯底的表面齊平；

位于凹槽內(nèi)的外延硅層，所述外延層覆蓋所述隔離層和凹槽兩側(cè)側(cè)壁外側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底的表面并填充滿凹槽，所述外延硅層中摻雜有第二雜質(zhì)離子，第二雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型與第一雜質(zhì)離子的導(dǎo)電類型相反，所述外延硅層和半導(dǎo)體襯底構(gòu)成光電二極管；

位于外延硅層一側(cè)的半導(dǎo)體襯底上的柵極結(jié)構(gòu)；

位于柵極結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)離外延硅層的一側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)的浮置擴(kuò)散區(qū)。

14.如權(quán)利要求13所述的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外延硅層的頂部表面高于半導(dǎo)體襯底的表面，高于半導(dǎo)體襯底表面的外延層覆蓋凹槽兩側(cè)的部分半導(dǎo)體襯底的表面。