浅沟槽隔离结构及其形成方法、CMOS图像传感器技术

本发明专利技术提供一种浅沟槽隔离结构及其形成方法、CMOS图像传感器；形成方法包括：提供衬底；刻蚀部分厚度的衬底形成沟槽；从沟槽处向衬底中实施氧离子注入，氧离子与沟槽下方及周侧的衬底发生反应生成隔离氧化层；形成隔离层，隔离层填充沟槽。本发明专利技术先形成隔离氧化层（靠下），再形成隔离层（靠上），通过垂直于衬底方向上的隔离氧化层和隔离层共同起隔离作用，隔离氧化层形成于衬底中，如此沟槽可以做的更浅，以尽可能减小沟槽表面，从而减少刻蚀沟槽过程中等离子体轰击导致的沟槽表面损伤。氧离子注入形成的隔离氧化层与衬底之间的界面缺陷减少，表面暗电流降低，提高了STI结构制成的器件性能，改善了CMOS图像传感器的噪声现象。改善了CMOS图像传感器的噪声现象。改善了CMOS图像传感器的噪声现象。

【技术实现步骤摘要】
浅沟槽隔离结构及其形成方法、CMOS图像传感器


[0001]本专利技术属于集成电路制造
，具体涉及一种浅沟槽隔离结构及其形成方法、CMOS图像传感器。

技术介绍

[0002]伴随着对超大规模集成电路高集成度和高性能的需求的增加，半导体技术向着更小特征尺寸的技术节点发展，使得沟槽宽度也相应地缩小，深宽比亦随之提高，这就要求浅沟槽隔离结构的形成能力有进一步的提升。
[0003]衬底（例如硅衬底）中形成浅沟槽隔离（STI）结构，具体如图1所示，衬底01上依次形成有衬垫氧化层02和衬垫氮化层03；刻蚀衬垫氮化层03、衬垫氧化层02以及部分厚度的衬底01形成沟槽V0，沟槽V0的深度为a；在沟槽V0中填充氧化物形成隔离层04。干法刻蚀过程中，沟槽V0的衬底表面会因等离子体轰击导致损伤从而产生界面缺陷，由于沟槽V0的衬底表面与填充氧化物（例如氧化硅）之间有界面缺陷，会产生表面暗电流，影响浅沟槽隔离（STI）结构制成的半导体器件（例如CMOS图像传感器）的性能，例如影响CMOS图像传感器成像的质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种浅沟槽隔离结构及其形成方法、CMOS图像传感器，减少刻蚀沟槽过程中等离子体轰击导致的沟槽表面损伤，减少界面缺陷，降低表面暗电流，提高了浅沟槽隔离（STI）结构制成的半导体器件的性能。
[0005]本专利技术提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，包括：提供衬底，在所述衬底上依次形成衬垫氧化层和衬垫氮化层；刻蚀所述衬垫氮化层、所述衬垫氧化层以及部分厚度的所述衬底形成沟槽；从所述沟槽处向所述衬底中实施氧离子注入，所述氧离子与所述沟槽下方及周侧的衬底发生反应生成隔离氧化层；形成隔离层，所述隔离层填充所述沟槽。
[0006]进一步的，所述沟槽的深度小于等于1.2μm。
[0007]进一步的，所述沟槽的深度范围为：0.2μm～1.2μm；在垂直于所述衬底的截面上，所述沟槽的最大截面宽度范围为：0.1μm～2μm。
[0008]进一步的，所述氧离子注入工艺中，注入的离子包括：O
+
、O
2+
、HO
+
、H2O
+
中的至少一种。
[0009]进一步的，所述氧离子注入工艺中，注入能量范围为：20KeV～600KeV，氧离子的注入剂量为2
×
10 17
cm
‑2~7
×
10 17
cm
‑2，注入温度为100℃～900℃。
[0010]进一步的，实施所述氧离子注入后进行退火，退火温度范围为：1200℃～1400℃；退火时间为 1～20小时；退火气氛为氮气或氩气与氧气的混合气体，其中氧气的含量为 0.5％～25％。
[0011]进一步的，所述隔离层包括氧化硅、多晶硅或正硅酸乙酯中的至少一种。
[0012]进一步的，所述隔离层采用等离子体增强化学气相沉积或高纵横比工艺形成。
[0013]本专利技术还提供一种浅沟槽隔离结构，包括：衬底，所述衬底上依次形成有衬垫氧化层和衬垫氮化层；沟槽，所述沟槽贯穿所述衬垫氮化层、所述衬垫氧化层以及部分厚度的所述衬底；隔离氧化层，所述隔离氧化层位于所述沟槽下方及周侧的衬底中；隔离层，所述隔离层填充所述沟槽。
[0014]进一步的，所述沟槽的深度小于等于1.2μm。
[0015]进一步的，所述沟槽的深度范围为：0.2μm～1.2μm；在垂直于所述衬底的截面上，所述沟槽的最大截面宽度范围为：0.1μm～2μm。
[0016]进一步的，所述隔离层包括氧化硅、多晶硅或正硅酸乙酯中的至少一种。
[0017]本专利技术还提供一种CMOS图像传感器，包括：衬底；沟槽，所述沟槽至少贯穿部分厚度的所述衬底；隔离氧化层，所述隔离氧化层位于所述沟槽下方及周侧的衬底中；隔离层，所述隔离层填充所述沟槽；其中，所述CMOS图像传感器包含多个像素，相邻所述像素之间由垂直于所述衬底方向上的所述隔离氧化层和隔离层共同隔离，所述隔离氧化层位于所述隔离层的正下方。
[0018]进一步的，所述像素包括光电二极管、转移晶体管、浮动扩散部、复位晶体管、源极跟随器和行选择晶体管。
[0019]本专利技术还提供一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，在所述衬底上依次形成衬垫氧化层和衬垫氮化层；刻蚀所述衬垫氮化层、所述衬垫氧化层以及部分厚度的所述衬底形成沟槽；从所述沟槽处向所述衬底中实施磷离子和/或氩离子注入，之后进行含氧气气氛下退火，所述氧气与所述沟槽下方及周侧的衬底发生反应生成隔离氧化层；形成隔离层，所述隔离层填充所述沟槽。
[0020]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术提供一种浅沟槽隔离结构及其形成方法、CMOS图像传感器；形成方法包括：提供衬底，在所述衬底上依次形成衬垫氧化层和衬垫氮化层；刻蚀所述衬垫氮化层、所述衬垫氧化层以及部分厚度的衬底形成沟槽；从所述沟槽处向所述衬底中实施氧离子注入，所述氧离子与所述沟槽下方及周侧的衬底发生反应生成隔离氧化层；形成隔离层，所述隔离层填充所述沟槽。
[0021]本专利技术先形成隔离氧化层（靠下），再形成隔离层（靠上），通过垂直于衬底方向上的隔离氧化层和隔离层共同起隔离作用，隔离氧化层形成于衬底中，如此沟槽可以做的更浅，以尽可能减小沟槽表面，从而减少刻蚀沟槽过程中等离子体轰击导致的沟槽表面损伤。氧离子注入形成的隔离氧化层与衬底之间的界面缺陷减少，表面暗电流降低，提高了浅沟槽隔离（STI）结构制成的半导体器件的性能，例如改善了CMOS图像传感器的噪声现象。
附图说明
[0022]图1为一种浅沟槽隔离结构示意图。
[0023]图2为本专利技术实施例的浅沟槽隔离结构的形成方法流程示意图。
[0024]图3为本专利技术实施例形成方法中提供衬底后的示意图。
[0025]图4为本专利技术实施例形成方法中形成沟槽后的示意图。
[0026]图5为本专利技术实施例形成方法中实施氧离子注入后的示意图。
[0027]图6为本专利技术实施例形成方法中形成隔离层后的示意图。
[0028]图7为本专利技术实施例形成方法中去除衬垫氮化层后的示意图。
[0029]图8为本专利技术实施例CMOS图像传感器的示意图。
[0030]其中，附图标记如下：01
‑
衬底；02
‑
衬垫氧化层；03
‑
衬垫氮化层；04
‑
隔离层；V0‑
沟槽；11
‑
衬底；12
‑
衬垫氧化层；13
‑
衬垫氮化层；V1‑
沟槽；14
‑
隔离氧化层；15
‑
隔离层。
具体实施方式
[0031]基于上述研究，本专利技术实施例提供一种浅沟槽隔离结构及其形成方法、CMOS图像传感器。以下结合附图和具体实施例对本专利技术进一步详细说明。根据下面说明，本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，在所述衬底上依次形成衬垫氧化层和衬垫氮化层；刻蚀所述衬垫氮化层、所述衬垫氧化层以及部分厚度的所述衬底形成沟槽；从所述沟槽处向所述衬底中实施氧离子注入，所述氧离子与所述沟槽下方及周侧的衬底发生反应生成隔离氧化层；形成隔离层，所述隔离层填充所述沟槽。2.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述沟槽的深度小于等于1.2μm。3.如权利要求2所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述沟槽的深度范围为：0.2μm～1.2μm；在垂直于所述衬底的截面上，所述沟槽的最大截面宽度范围为：0.1μm～2μm。4.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述氧离子注入工艺中，注入的离子包括：O
+
、O
2+
、HO
+
、H2O
+
中的至少一种。5.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述氧离子注入工艺中，注入能量范围为：20KeV～600KeV，氧离子的注入剂量为2
×
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cm ‑2~7
×
10 17
cm ‑2，注入温度为100℃～900℃。6.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，实施所述氧离子注入后进行退火，退火温度范围为：1200℃～1400℃；退火时间为 1～20小时；退火气氛为氮气或氩气与氧气的混合气体，其中氧气的含量为 0.5％～25％。7.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征在于，所述隔离层包括氧化硅、多晶硅或正硅酸乙酯中的至少一种。8.如权利要求1所述的浅沟槽隔离结构的形成方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊珊珊，李波，谢荣源，
申请(专利权)人：晶芯成北京科技有限公司，
类型：发明
国别省市：