本发明专利技术提供一种半导体外延的实现方法，包括：在半导体器件的栅极形成之前，刻蚀半导体衬底形成阵列排布的半导体岛状结构，且各所述半导体岛状结构至少上部之间通过至少一处连接结构相互连接；通过外延工艺，在所述半导体岛状结构表面形成第一外延层；在所述第一外延层表面形成介质层；去除所述半导体岛状结构之间沟槽开口处的所述介质层；通过外延工艺于所述开口处形成第二外延层，将所述开口封闭。本发明专利技术提供的半导体外延的实现方法通过固定阵列排布的半导体岛状结构的上部，减少了后续外延步骤时产生的工艺缺陷，提高了半导体器件的性能。性能。性能。
【技术实现步骤摘要】
一种半导体外延的实现方法及半导体器件
[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种半导体外延的实现方法及半导体器件。
技术介绍
[0002]在半导体器件的形成过程中，往往需要对半导体衬底进行刻蚀、离子注入、外延等工艺。以图像传感器为例，图像传感器感光区的光电二极管用于将光信号转换为电信号，其中感光单元便可通过离子注入或外延等方式形成。
[0003]图像传感器感光单元的传统工艺是通过离子注入的方式形成PN结或PIN结。在像素尺寸不断降低的情况下，为了让每个像素继续提供与原来大尺寸像素类似的性能（特别是满阱容量），像素中感光区域的N型掺杂深度必须随之增加，以保持适当的感光体积。然而，随着感光区域注入深度的增加，像素间的P型隔离也要求越来越深，那么进行隔离P型掺杂的注入能量也必须增加。为了保证在非隔离区域对高能量P型掺杂离子的阻挡，所使用的抗蚀剂掩膜厚度也要增加。该掩膜在显影和离子注入等步骤中很容易发生倾斜，导致在后续工艺中像素区或者隔离区无法达到正常离子注入的效果，从而影响最终图像传感器的性能。 2009年的专利CN101677079B中就提到了这个问题，在该专利中采用了多个离子注入掩膜以尝试解决，但是这种方案的工艺过于复杂，成本较高，不适于实际应用。另外，离子注入也有其他缺点，例如产生的缺陷过多、注入的掺杂离子分布不均匀等，而且离子注入需要结合高温退火工艺来修复缺陷，容易损伤已经形成的逻辑器件。
[0004]一种图像传感器感光单元的新型工艺是通过深沟槽蚀刻和选择性外延来形成PN结或PIN结，如专利 CN204632760U和CN113224093A都有提及。选择性外延因其反应温度范围广（可以达到400℃~1150℃）、掺杂浓度可控（一般为10
13
~10
21 at/cc）、掺杂类型灵活（N型、P型均可）、缺陷少等优势而得到广泛的应用。这种方案在需要首先对半导体衬底进行深沟槽刻蚀，然后进行选择性外延生长P型或N型半导体材料。这种方案可以精细控制PN结的尺寸，实现侧向PN结结构，而且掺杂浓度均匀可控。但是该方法也有一定的缺点：1、在外延生长时必须从深沟槽底部往上生长，否则容易发生晶格错位，同时用于隔离像素单元的深沟槽交叉处线宽较大（如图1所示，沟槽交叉处线宽AC的长度大于沟槽线宽AB），外延生长时容易形成空洞，并引起外延层界面处位错。此位错会进一步导致后续外延生长过程的缺陷，从而影响在该区域布置的器件的性能及良率；2、若进行外延工艺时直接从底部向上填满深沟槽，由于深沟槽中间没有空隙，难以达到像素间光学隔离的效果；3、若采用外延工艺从深沟槽上方直接封住槽口，虽然可以形成深沟槽内空隙达到像素单元的光学隔离，但是由于外延不是从底部开始生长，也会产生一些位错缺陷，进而影响后续传感器性能；4、前面1、2两种方案中，无论哪一种，在做背照式图像传感器像素单元隔离深沟槽工艺中，背部深沟槽隔离不容易对准像素单元的正面隔离区域，这样会造成隔离区域偏差，
像素单元性能受影响。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的在于提供一种半导体外延的实现方法，具体地，该方法包括：在半导体器件的栅极形成之前，刻蚀半导体衬底形成阵列排布的半导体岛状结构，且各所述半导体岛状结构至少上部之间通过至少一处连接结构相互连接；通过外延工艺，在所述半导体岛状结构表面形成第一外延层；在所述第一外延层表面形成介质层；去除所述半导体岛状结构之间沟槽开口处的所述介质层；通过外延工艺于所述开口处形成第二外延层，将所述开口封闭。
[0006]进一步地，所述介质层包括一种或多种子介质层的组合。
[0007]进一步地，所述介质层包括第一子介质层和第二子介质层。
[0008]进一步地，所述第一子介质层为氧化硅；所述第二子介质层为氮化硅或氮氧化硅。
[0009]进一步地，所述第二子介质层为氮化硅，通过调整所述氮化硅生长工艺，使所述氮化硅带负电荷，对所述半导体岛状结构之间沟槽的侧壁产生钉扎。
[0010]进一步地，所述介质层作为半导体衬底背面减薄工艺的停止层。
[0011]进一步地，所述半导体岛状结构为多边形。
[0012]进一步地，各所述半导体岛状结构至少上部之间通过位于所述多边形角处的连接结构相互连接，以减少后续外延工艺产生的缺陷。
[0013]进一步地，所述半导体岛状结构为四边形，各所述半导体岛状结构至少上部之间通过位于所述四边形四角处的连接结构相互连接，以减少后续外延工艺产生的缺陷。
[0014]进一步地，在刻蚀所述半导体衬底的过程中，通过控制刻蚀的工艺条件，使所述连接结构底部悬空，形成悬梁连接结构。
[0015]进一步地，在刻蚀所述半导体衬底的过程中，形成所述悬梁连接结构后，继续刻蚀所述半导体衬底，使所述半导体岛状结构后续部分截面大小保持不变。
[0016]进一步地，所述形成悬梁连接结构包括：刻蚀所述半导体衬底，形成所述半导体岛状结构和所述连接结构，所述连接结构两侧的沟槽互不连通；通过侧向同性刻蚀，使所述连接结构两侧的沟槽宽度增大，形成所述悬梁连接结构。
[0017]进一步地，所述半导体外延的实现方法用于形成图像传感器，所述半导体岛状结构用于形成像素单元。
[0018]进一步地，所述第一外延层中至少包括与所述半导体岛状结构掺杂离子类型相反的子外延层，以形成所述像素单元的PN结结构。
[0019]进一步地，所述形成第一外延层包括：在所述半导体岛状结构侧壁表面外延低掺杂或本征半导体，形成所述第一外延层的第一子外延层；在所述第一子外延层表面外延形成与所述半导体岛状结构掺杂离子类型相反的第二子外延层，以形成所述像素单元的PN结结构。
[0020]进一步地，所述在所述半导体岛状结构侧壁表面进行外延形成第一外延层包括：在所述半导体岛状结构侧壁表面外延第一掺杂类型的半导体材料，形成所述第一外延层的第三子外延层；刻蚀去除所述半导体岛状结构之间的沟槽底面的所述第三子外延层并刻蚀加深沟槽的深度；在所述第三子外延层表面外延低掺杂或本征半导体，形成第四子外延层；在所述第四子外延层表面外延与所述第一掺杂类型相反的半导体材料，形成第五子外延层，以形成所述像素单元的PN结结构。
[0021]进一步地，对所述连接结构两侧的沟槽进行后处理，使所述悬梁连接结构底部平滑。
[0022]进一步地，所述半导体岛状结构为四边形时，所述连接结构为X形或四角相连的环状结构。
[0023]进一步地，在所述继续刻蚀所述半导体衬底之前，还包括步骤：在所述半导体岛状结构和所述连接结构的侧壁表面形成第一保护介质层，以在继续刻蚀时保护所述连接结构。
[0024]进一步地，所述使所述连接结构底部悬空，形成悬梁连接结构包括：刻蚀所述半导体衬底形成，形成所述半导体岛状结构和所述连接结构，所述连接结构底部不连通；在所述半导体岛状结构和所述连接结构的侧壁表面形成第二保护介质层，以在继续刻蚀时保护所述连接结构；继续刻蚀，使所述连接结构两侧的沟槽通过侧向同性刻蚀，使本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种半导体外延的实现方法，其特征在于，包括：在半导体器件的栅极形成之前，刻蚀半导体衬底形成阵列排布的半导体岛状结构，且各所述半导体岛状结构至少上部之间通过至少一处连接结构相互连接；通过外延工艺，在所述半导体岛状结构表面形成第一外延层；在所述第一外延层表面形成介质层；去除所述半导体岛状结构之间沟槽开口处的所述介质层；通过外延工艺于所述开口处形成第二外延层，将所述开口封闭。2.如权利要求1所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述介质层包括一种或多种子介质层的组合。3.如权利要求2所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述介质层包括第一子介质层和第二子介质层。4.如权利要求3所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述第一子介质层为氧化硅；所述第二子介质层为氮化硅或氮氧化硅。5.如权利要求3所述的图像传感器的形成方法，所述第二子介质层为氮化硅，其特征在于，通过调整所述氮化硅生长工艺，使所述氮化硅带负电荷，对所述半导体岛状结构之间沟槽的侧壁产生钉扎。6.如权利要求1所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述介质层作为半导体衬底背面减薄工艺的停止层。7.如权利要求1所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述半导体岛状结构为多边形。8.如权利要求7所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，各所述半导体岛状结构至少上部之间通过位于所述多边形角处的连接结构相互连接，以减少后续外延工艺产生的缺陷。9.如权利要求8所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述半导体岛状结构为四边形，各所述半导体岛状结构至少上部之间通过位于所述四边形四角处的连接结构相互连接，以减少后续外延工艺产生的缺陷。10.如权利要求1所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，在刻蚀所述半导体衬底的过程中，通过控制刻蚀的工艺条件，使所述连接结构底部悬空，形成悬梁连接结构。11.如权利要求10所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，在刻蚀所述半导体衬底的过程中，形成所述悬梁连接结构后，继续刻蚀所述半导体衬底，使所述半导体岛状结构后续部分截面大小保持不变。12.如权利要求10所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述形成悬梁连接结构包括：刻蚀所述半导体衬底，形成所述半导体岛状结构和所述连接结构，所述连接结构两侧的沟槽互不连通；通过侧向同性刻蚀，使所述连接结构两侧的沟槽宽度增大，形成所述悬梁连接结构。13.如权利要求1所述的半导体外延的实现方法，其特征在于，所述半...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨瑞坤，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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