半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底内形成栅孔洞；对所述栅孔洞进行表面处理，形成位于所述栅孔洞侧壁和底部表面的保护层；在形成保护层之后，向所述栅孔洞侧壁和底部注入掺杂离子；对所述衬底进行热退火处理，使所述掺杂离子扩散至所述衬底内；在所述热退火处理之后，去除所述保护层，使所述栅孔洞表面暴露；在所述栅孔洞内形成栅极。在所述热退火处理中，所述保护层内的掺杂离子可以进一步扩散至所述栅孔洞内，提高进入所述栅孔洞侧壁和底部的掺杂离子的浓度，从而有利于在所述栅极周围形成轻掺杂区，以调节器件的阈值电压。值电压。值电压。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构的形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种半导体结构的形成方法。

技术介绍

[0002]图像传感器是将光信号转换为电信号的装置，在数字电视、可视通信市场中有着广泛的应用。目前应用广泛的主要是CCD(Charge
‑
Coupled Device，电荷耦合器件)与CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物场效应管)这两种。其中，CMOS是目前最引人注目，且被认为是最有发展潜力的。
[0003]随着CMOS图像传感器(CMOS image sensor，CIS)产品技术的发展，对图像传感器的像素要求越来越高。通常CMOS图像传感器的单个像素是由感光区(PN结作为感光)和读取电路(一个晶体管器件作为选择开关)组成。因为，感光区越大，感光性能越好，晶体管尺寸越大，开关引入的噪声越小性能越稳定。
[0004]按照接受光线的位置的不同，CMOS图像传感器可以分为前照式(Frontside Illumination，简称FSI)和背照式(Backside Illumination，简称BSI)两种结构。与前照式图像传感器相比，背照式图像传感器的优化之处是改变了元件内部的结构，即将感光层的元件入射光路调转方向，让光线从背面直射进去，避免了在前照式图像传感器中，光线会受到微透镜和光电二极管之间的结构和厚度的影响，提高了光纤接收的效能。
[0005]垂直交换栅极工艺形成的CMOS图像传感器，在相同的像素密度下，具有较高的感光性、较大的晶体管尺寸，可以减少图像传感器中的串扰，并提升信噪比，是提升器件性能的重要工艺。
[0006]然而，现有的垂直交换栅极工艺有待进一步提高。

技术实现思路

[0007]本专利技术解决的技术问题是提供一种半导体结构的形成方法，以提高形成的垂直交换栅极的性能。
[0008]为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底内形成栅孔洞；对所述栅孔洞进行表面处理，形成位于所述栅孔洞侧壁和底部表面的保护层；在形成保护层之后，向所述栅孔洞侧壁和底部注入掺杂离子；对所述衬底进行热退火处理，使所述掺杂离子扩散至所述衬底内；在所述热退火处理之后，去除所述保护层，使所述栅孔洞表面暴露；在所述栅孔洞内形成栅极。
[0009]可选的，所述衬底包括相对的第一面和第二面；所述栅孔洞自所述第一面向所述第二面延伸。
[0010]可选的，所述方法还包括：在所述衬底内形成光电掺杂区，所述光电掺杂区的一表面位于所述第二面，所述光电掺杂区的另一表面与所述栅极相接触；在所述第一面形成悬浮扩散区。
[0011]可选的，所述表面处理的工艺包括热氧化处理工艺；所述保护层的材料包括氧化
硅。
[0012]可选的，所述热氧化处理工艺的工艺参数包括：热处理温度范围为900℃至1200℃。
[0013]可选的，所述掩膜层的厚度范围为800A至2000A。
[0014]可选的，所述掩膜层的材料包括介质材料，所述介质材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅和碳氮氧化硅中的一种或多种。
[0015]可选的，在向所述栅孔洞侧壁和底部注入掺杂离子之后，且在所述热退火处理之前，还包括：对所述衬底表面进行清洁处理。
[0016]可选的，所述保护层的厚度范围为30A至150A。
[0017]可选的，所述保护层的材料包括介质材料，所述介质材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅、碳氮化硅和碳氮氧化硅中的一种或多种。
[0018]可选的，所述掺杂离子包括N型导电离子或P型导电离子。
[0019]可选的，所述热退火工艺的工艺参数包括：退火温度范围为900℃至1200℃，退火时间范围为10s至50s。
[0020]现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：
[0021]本专利技术技术方案提供的半导体结构的形成方法中，在去除所述保护层之前，对所述衬底进行热退火处理，在所述热退火处理中，所述保护层内的掺杂离子可以进一步扩散至所述栅孔洞内，提高进入所述栅孔洞侧壁和底部的掺杂离子的浓度，从而有利于在所述栅极周围形成轻掺杂区，以调节器件的阈值电压。
[0022]进一步，所述栅孔洞的形成方法包括：在所述衬底上形成掩膜层，所述掩膜层暴露出部分所述衬底表面；以所述掩膜层为掩膜刻蚀所述衬底。在离子掺杂过程中，所述掩膜层可以保护所述衬底表面，减少离子掺杂到所述衬底表面的概率。
[0023]进一步，在向所述栅孔洞侧壁和底部注入掺杂离子之后，且在对所述衬底进行热退火处理之前，包括：刻蚀所述掩膜层直到所述掩膜层厚度减薄至目标厚度，在所述刻蚀过程中，可以去除所述掩膜层内部和表面残留的大量掺杂离子，减少在热退火处理过程中，掺杂离子扩散至所述栅极周围之外的衬底内的情况，减少对器件的不利影响。
附图说明
[0024]图1至图4是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图；
[0025]图5至图10是本专利技术实施例的半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图。
具体实施方式
[0026]需要注意的是，本说明书中的“表面”、“上”，用于描述空间的相对位置关系，并不限定于是否直接接触。
[0027]如
技术介绍
所述，现有的垂直交换栅极工艺有待进一步改进。现结合一种垂直交换栅极的结构进行说明分析。
[0028]图1至图4是一种半导体结构的形成方法各步骤的结构示意图。
[0029]请参考图1，提供衬底100，所述衬底100包括相对的第一面100a和第二面100b；在所述第一面100a上形成掩膜层101，所述掩膜层101暴露出部分所述第一面100a；以所述掩
膜层101为掩膜刻蚀所述第一面100a，在所述衬底100内形成栅孔洞102。
[0030]请参考图2，在所述掩膜层101上和所述栅孔洞102内形成牺牲层103；自所述第一面100a向所述栅孔洞102内注入硼离子。
[0031]请参考图3，在所述掺杂离子注入工艺之后，采用湿法刻蚀工艺去除所述掩膜层101和所述牺牲层103，使所述栅孔洞102表面暴露。
[0032]请参考图4，在使所述栅孔洞102表面暴露之后，在所述栅孔洞102内形成交换栅极104，所述交换栅极104顶部表面高于所述第一面100a；在所述衬底100内形成光电掺杂区105，所述光电掺杂区105自所述第二面100b向所述第一面100a延伸，且与所述交换栅极104相接触。
[0033]上述方法用于形成CMOS图像传感器结构，具体地，用于形成垂直交换栅极。其中，自所述第一面100a向所述栅孔洞102内注入掺杂离子，其目的在于，在所述交换栅极104周围形成轻掺杂区，以调节器件的阈值电压。
[0034]所述牺牲层103在所述掺杂离子注入工艺过程中，对所述栅孔洞102侧壁和底部起到保护作用，减少因离子注入对所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底；在所述衬底内形成栅孔洞；对所述栅孔洞进行表面处理，形成位于所述栅孔洞侧壁和底部表面的保护层；在形成保护层之后，向所述栅孔洞侧壁和底部注入掺杂离子；对所述衬底进行热退火处理，使所述掺杂离子扩散至所述衬底内；在所述热退火处理之后，去除所述保护层，使所述栅孔洞表面暴露；在所述栅孔洞内形成栅极。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述衬底包括相对的第一面和第二面；所述栅孔洞自所述第一面向所述第二面延伸。3.如权利要求2所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述方法还包括：在所述衬底内形成光电掺杂区，所述光电掺杂区的一表面位于所述第二面，所述光电掺杂区的另一表面与所述栅极相接触；在所述第一面形成悬浮扩散区。4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述表面处理的工艺包括热氧化处理工艺；所述保护层的材料包括氧化硅。5.如权利要求4所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述热氧化处理工艺的工艺参数包括：热处理温度范围为900℃至1200℃。6.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述栅孔洞的形成方法包括：在所述衬底上形成掩膜层，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，苏欣若，刘轩，王吉林，
申请(专利权)人：中芯北方集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：