[發(fā)明專利]一種垂直柵半導體器件的制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202110865250.1
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113611718A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發(fā)明（設計）人: 陳彩云;張磊;顧珍;董立群;王奇?zhèn)?/a>;陳昊瑜
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146;H01L29/423
• 代理公司: 上海思微知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 周耀君

本發(fā)明提供了一種垂直柵半導體器件的制備方法，包括：提供襯底，所述襯底內形成有溝槽以及分別位于所述溝槽兩側的光電二極管區(qū)和浮動擴散區(qū)；在所述襯底上形成第一多晶硅層，所述第一多晶硅層填充所述溝槽的部分深度；在所述第一多晶硅層上形成無定型硅層，所述無定型硅層填充所述溝槽的剩余深度，形成所述無定型硅層的同時通入摻雜氣體進行原位摻雜；對所述無定型硅層進行熱退火處理，以使所述無定型硅層轉換為第二多晶硅層。本發(fā)明提供一種多晶硅的生長及摻雜方式，減少多晶硅中的雜質和晶格缺陷，進而改善圖像傳感器中漏電流及白色像素點的現(xiàn)象。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種垂直柵半導體器件的制備方法。

背景技術

為了增加圖像傳感器單位面積的像素數(shù)，圖像傳感器的像素尺寸不斷縮小，隨之帶來的問題是，有效像素區(qū)面積大幅度縮小，光電二極管的電子數(shù)明顯減少，導致光敏性下降，應對光敏性下降的首要辦法是提高光電二極管區(qū)域的離子注入深度和濃度。對于2D平面柵結構，在傳輸柵打開時，光電二極管區(qū)域產(chǎn)生的電子經(jīng)過表面溝道傳輸至浮動擴散區(qū)，進而被讀取，這種電子傳輸方式通路較小，電子抽取效率低，不利于快速讀取。

3D垂直柵結構有效解決了上述電子轉移速度慢效率低的問題。對于3D垂直柵結構，通過刻蝕在襯底內部形成溝槽結構，溝槽延伸到光電二極管所在深度，非常容易產(chǎn)生薄弱區(qū)域，進而產(chǎn)生暗電流和白色像素。現(xiàn)有技術對于3D垂直柵仍然使用2D平面柵先生長多晶硅，再離子注入的工藝，這使摻雜離子不能有效擴散到垂直柵孔深處的多晶硅中，垂直柵孔側壁多晶硅以及多晶硅內部離子摻雜濃度不均勻，多晶硅層中存在雜質和晶格缺陷，在光電子轉移時很容易形成漏電流，從而導致圖像傳感器在工作時產(chǎn)生較多的白色像素點。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種垂直柵半導體器件的制備方法，以改善垂直柵中多晶硅層內部出現(xiàn)的雜質和缺陷，進而改善圖像傳感器中白色像素點過多的現(xiàn)象。為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種垂直柵半導體器件的制備方法，包括：

提供襯底，所述襯底內形成有溝槽以及分別位于所述溝槽兩側的光電二極管區(qū)和浮動擴散區(qū)；

在所述襯底上形成第一多晶硅層，所述第一多晶硅層填充所述溝槽的部分深度；

在所述第一多晶硅層上形成無定型硅層，所述無定型硅層填充所述溝槽的剩余深度，形成所述無定型硅層的同時通入摻雜氣體進行原位摻雜；

對所述無定型硅層進行熱退火處理，以使所述無定型硅層轉換為第二多晶硅層。

可選的，所述溝槽的深度為

可選的，所述第一多晶硅層的厚度為

可選的，所述無定型硅層的厚度為

可選的，所述摻雜氣體包括含碳氣體和含磷氣體。

可選的，所述含碳氣體的流量為40sccm～150sccm，和/或，所述含磷氣體的濃度為1E25atom/cm～7E20atom/cm。

可選的，所述熱退火處理的溫度為600℃～1000℃。

可選的，其特征在于，在所述第一多晶硅層上形成所述無定型硅前，還包括：對所述第一多晶硅層進行離子注入工藝。

可選的，所述離子注入工藝采用磷離子進行注入，磷離子注入的能量為1KeV～3KeV，磷離子注入的濃度為1E15atom/cm～4E15atom/cm。

可選的，在所述溝槽中形成所述第一多晶硅層前，還包括：在所述溝槽中形成氧化層，所述氧化層覆蓋所述溝槽內壁并延伸覆蓋所述襯底表面。