[發(fā)明專利]一種降低CMOS圖像傳感器暗電流的方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611092332.2
• 申請日: 2016-11-30
• 公開（公告）號: CN106783899A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張武志;魏崢穎;王艷生;周維;孫昌;錢俊
• 申請（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 上海天辰知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙)31275
• 代理人: 吳世華,陳慧弘

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體測試領(lǐng)域，特別涉及一種偏壓溫度不穩(wěn)定性測試結(jié)構(gòu)及測試方法。

背景技術(shù)

圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類。CMOS傳感器因其擁有較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸獲得了廣泛的應(yīng)用。

CMOS圖像傳感器的像素單元是圖像傳感器實現(xiàn)感光的核心器件。最常用像素單元為包含一個光電二極管PD，四個MOS晶體管，懸浮擴散極(Floating Diffusion Node，F(xiàn)D)的4T有源像素結(jié)構(gòu)，這些器件中光電二極管是感光單元，實現(xiàn)對光線的收集和光電轉(zhuǎn)換，其它的MOS晶體管是控制單元，包括1個傳輸管(Transfer Gate，TG)，1個復(fù)位管(Reset)，1個源跟隨器(Source Follower，SF)和1個選通管(Row Selector，RS)，主要實現(xiàn)對光電二極管的選中，復(fù)位，信號輸出，信號放大和讀出的控制。其工作原理是：當(dāng)有光線照射進光電二極管PD中時，PD中就會產(chǎn)生光生載流子的積累，然后通過控制外部電路打開傳輸管PG，光生載流子就從PD流到懸浮擴散極FD點，懸浮擴散極FD既是傳輸管TG的漏極，又是一個PN結(jié)電容，F(xiàn)D點將光生載流子轉(zhuǎn)變成電壓信號輸出。為了避免PD之間的電學(xué)串?dāng)_，PD之間形成淺溝槽隔離STI。然而，在制作STI淺溝槽隔離時，由于硅襯底與STI填充材料SiO₂界面缺陷，會產(chǎn)生表面暗電流。

為了減小CMOS圖像傳感器的暗電流，現(xiàn)有技術(shù)中提出了利用離子注入代替制作STI淺溝槽隔離，將相鄰PD隔離的方法。然而，這種方法的隔離效果不如STI淺溝槽隔離，可能導(dǎo)致PD之間的電學(xué)串?dāng)_加劇。另一種減小暗電流的方法，是在相鄰PD之間采用超深STI淺溝槽隔離，在超深STI中填入摻雜的多晶硅/金屬并施加電壓，從而將PD的耗盡層推離STI邊緣，減小STI界面缺陷對暗電流的影響，并且由于超深槽結(jié)構(gòu)，隔離效果也更好，使得相鄰PD之間的電學(xué)串?dāng)_能大幅改善。然而，這種方法增加了多道工藝步驟，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠簡單改善CMOS圖像傳感器暗電流的方法極具有減小的暗電流的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種減小CMOS圖像傳感器暗電流的方法，包括以下步驟：

S1：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底中形成像素區(qū)的淺溝槽隔離以及像素區(qū)的光電二極管、浮動擴散區(qū)以及多晶硅傳輸柵；

S2：形成到達(dá)所述淺溝槽隔離內(nèi)部的第一接觸孔；

S3：在所述第一接觸孔中填充金屬形成淺溝槽隔離接觸；以及

S4：在所述淺溝槽隔離接觸上施加負(fù)偏壓。

優(yōu)選地，步驟S2包括：

S21：沉積刻蝕停止層并刻蝕所述刻蝕停止層以暴露所述淺溝槽隔離；

S22：沉積層間介質(zhì)層并刻蝕所述層間介質(zhì)層以及淺溝槽隔離以形成到達(dá)所述淺溝槽隔離內(nèi)部的第一接觸孔。

優(yōu)選地，所述第一接觸孔的深度大于等于所述光電二極管的深度。

優(yōu)選地，步驟S2還包括：在形成到達(dá)所述淺溝槽內(nèi)部的第一接觸孔的同時形成到達(dá)所述浮動擴散區(qū)和多晶硅傳輸柵的第二接觸孔；步驟S3還包括：在所述第二接觸孔中填充金屬形成浮動擴散區(qū)接觸以及多晶硅傳輸柵接觸。

優(yōu)選地，步驟S2包括：

S21’：沉積刻蝕停止層并刻蝕所述刻蝕停止層以暴露所述淺溝槽隔離；

S22’：沉積層間介質(zhì)層并刻蝕所述層間介質(zhì)層以及淺溝槽隔離；

S23’：刻蝕所述刻蝕停止層以及淺溝槽隔離以形成所述第二接觸孔和第一接觸孔。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種具有減小的暗電流的CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)，包括：形成于半導(dǎo)體襯底中像素區(qū)的淺溝槽隔離、光電二極管、浮動擴散區(qū)和多晶硅傳輸柵；以及到達(dá)所述淺溝槽隔離內(nèi)部的淺溝槽隔離接觸，其中所述淺溝槽隔離接觸上施加負(fù)偏壓。

優(yōu)選地，所述淺溝槽隔離接觸的深度大于等于所述光電二極管的深度。

優(yōu)選地，所述像素結(jié)構(gòu)還包括到達(dá)所述浮動擴散區(qū)和多晶硅傳輸柵的浮動擴散區(qū)接觸以及多晶硅傳輸柵接觸。