半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本公开涉及半导体装置及其制造方法。制造方法包括：提供衬底；在衬底的第一面中形成深沟槽；利用中间材料填充深沟槽，以形成中间扩散部，其中中间材料具有掺杂剂，掺杂剂的掺杂类型与衬底的掺杂类型相同；以及使掺杂剂离子扩散到深沟槽的侧壁中，形成掺杂层。

Semiconductor device and manufacturing method

The invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. The manufacturing method includes: providing a substrate; forming a deep groove in the first side of the substrate; filling the deep groove with an intermediate material to form an intermediate diffusion part, wherein the intermediate material has a dopant, and the dopant doping type is the same as that of the substrate; and diffusing the dopant ionon into the side wall of the deep groove to form a dopant layer.

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本公开涉及半导体领域，具体来说，涉及半导体装置及其制造方法。
技术介绍
图像传感器可用于对辐射(例如，光辐射，包括但不限于可见光、红外线、紫外线等)进行感测，从而生成对应的电信号(成像)。图像传感器当前被广泛地应用在数码相机、安保设施或其他成像设备中。对于图像传感器而言，辐射串扰是重要的性能指标。一般通过在感测单元之间设置隔离结构来减少辐射串扰。暗电流也是图像传感器的重要性能指标，降低暗电流有助于提升成像质量和降低噪点。因此存在对于新的技术的需求。
技术实现思路
本公开的目的之一是提供一种新颖的半导体装置及其制造方法，特别地，涉及减小辐射串扰和暗电流中的至少一个，从而改善图像传感器的成像质量并降低噪声。根据本公开的一个方面，提供了一种制造半导体装置的方法，该方法包括：提供衬底；在衬底的第一面中形成深沟槽；利用中间材料填充深沟槽，以形成中间扩散部，其中中间材料具有掺杂剂，掺杂剂的掺杂类型与衬底的掺杂类型相同；以及使掺杂剂离子扩散到深沟槽的侧壁中，形成掺杂层。根据本公开的一个方面，提供了一种半导体装置，该半导体装置通过如上所述的方法形成。根据本公开的另一个方面，提供了一种半导体装置，该半导体装置包括：衬底，具有相对的第一面和第二面；形成在衬底的第二面中的凹陷，凹陷的侧壁中包括掺杂层，掺杂层的掺杂类型与衬底的掺杂类型相同；以及介质层，形成在凹陷的表面上，并且介质层在凹陷的在第二面的开口处形成悬垂部，悬垂部用于在凹陷内形成封闭的气体隔离区。通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：图1示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的半导体装置的制造方法的流程图。图2A至图2K是示出与图1所示的方法的部分步骤对应的半导体装置的示意性截面图。图3示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的半导体装置的示意性截面图。注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。具体实施方式本申请的专利技术人认识到，传统的图像传感器在减小暗电流和辐射串扰二者方面仍然面临较大挑战。在传统的图像传感器中，为减小相邻感测元件之间的辐射串扰，可以采用深沟槽隔离(DTI)技术。深沟槽隔离结构一般需要经由专门的工序在深沟槽中填充金属、电介质等特定的材料来形成。这种设计增加了制造的复杂性和成本。而且，使用由金属材料和/或介质材料构成的单个隔离部或复合(例如，堆叠)隔离部的传统布置方式也一定程度上限制了隔离结构的隔离性能。此外，一般从衬底的背面进行刻蚀来形成深沟槽。为了与形成在衬底正面的器件配合，这种刻蚀方法还需要对准操作。暗电流主要通过硅表面的各种缺陷、陷阱、电荷和悬垂键等从感测元件中泄露。在传统的图像传感器中，为防止暗电流的发生，一般在衬底的各个表面通过离子注入来形成表面势垒，从而阻止电子跨过表面形成暗电流。但是，当在上述深沟槽的侧壁上形成表面势垒时，由于深沟槽一般具有大的深宽比，通常需要更大的注入能量来使注入的离子到达所要求的深度处。一般采用高能量离子注入技术来实现上述要求。这不仅会消耗更多能量，还要求使用掩模，从而增加了形成掩模的工序。因此，在简化制造工序、降低制造成本的同时减小暗电流和辐射串扰以保证成像质量，对于图像传感器而言有着重要意义。本申请的专利技术人提出了一种半导体装置及其制造方法。在该半导体装置(例如，图像传感器)的制造方法的各个实施例中，在衬底的正面形成深沟槽，并在形成的深沟槽中填充具有掺杂剂的中间材料，例如包含硼(B)的硼硅玻璃(BSG)，其中掺杂剂的掺杂类型与衬底的掺杂类型相同。利用诸如退火处理之类的热处理，中间材料中的掺杂剂离子扩散至沟槽附近的衬底中，形成掺杂层。基于该设计，掺杂层能够用作阻止电子跨过表面形成暗电流的表面势垒。即，本公开的技术通过热处理引起的扩散在深沟槽的侧壁处形成表面势垒。相对于传统的高能量离子注入方法，本公开的技术节省了形成掩模的工序和离子注入的能耗。而且，形成的掺杂层能够非常薄，从而可以减小占用的空间，间接地增加用于接收辐射的有效面积。值得注意的是，退火处理的温度一般相对较低，对器件产生的影响可以忽略。而且，在衬底正面形成深沟槽的步骤能够更好地与在衬底正面形成的器件配合，从而避免失配。该半导体装置的制造方法的各个实施例还包括：减薄衬底背面，从减薄后的衬底背面去除沟槽中的中间材料从而形成凹陷，以及在凹陷中形成介质层。由于凹陷的深度较大，在形成介质层的过程中，在凹陷的开口处发生悬垂(overhang)效应。结果，在凹陷内形成气体隔离区。基于该设计，形成的气体隔离区的折射率能够近似为1，从而基于全反射效应改进隔离结构的隔离性能。其中，在衬底正面形成深沟槽造成的侧壁坡度也有助于在从背面形成介质层时发生悬垂效应。因此，有利地，使用本公开的技术能够简化制造工序、降低制造成本、降低暗电流以及改善相邻感测元件之间的隔离性能，从而提高图像传感器的成像质量。另外，本领域技术人员均能理解，虽然本文描述的例子主要是针对图像传感器进行处理，但本专利技术也可以适用于对辐射进行感测的其他半导体装置。下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。图1示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的半导体装置的制造方法的流程图。图2A至图2K是示出与图1所示的方法的部分步骤对应的半导体装置的示意性截面图。下面将结合图1以及图2A至2K进行说明。在步骤10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制造半导体装置的方法，其特征在于，包括：/n提供衬底；/n在所述衬底的第一面中形成深沟槽；/n利用中间材料填充所述深沟槽，以形成中间扩散部，其中所述中间材料具有掺杂剂，所述掺杂剂的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同；以及/n使所述掺杂剂离子扩散到所述深沟槽的侧壁中，形成掺杂层。/n

【技术特征摘要】
1.一种制造半导体装置的方法，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底的第一面中形成深沟槽；
利用中间材料填充所述深沟槽，以形成中间扩散部，其中所述中间材料具有掺杂剂，所述掺杂剂的掺杂类型与所述衬底的掺杂类型相同；以及
使所述掺杂剂离子扩散到所述深沟槽的侧壁中，形成掺杂层。


2.根据权利要1所述的方法，其特征在于，其中：
通过热处理使所述掺杂剂离子扩散到所述深沟槽的侧壁中。


3.根据权利要1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述衬底中被所述深沟槽相互隔离的区域中形成辐射感测部，其中所述深沟槽用于隔离相邻的辐射感测部；以及
在所述衬底的第一面上形成下列中的至少一个：
栅极绝缘层；
栅极层；
层间绝缘层；以及
布线层。


4.根据权利要1所述的方法，其特征在于，还包括：
在形成所述中间扩散部之后，在所述衬底中形成浅沟槽，所述浅沟槽使得所述深沟槽中的所述中间扩散部的一部分被去除；
利用绝缘材料填充所述浅沟槽，形成浅沟槽隔离部。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘胜娜，陈世杰，黄晓橹，
申请(专利权)人：德淮半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32