[发明专利]CMOS图像传感器及其形成方法、半导体器件形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种CMOS图像传感器及其形成方法、半导体器件形成方法。

背景技术

目前电荷耦合器件(charge coupled device，CCD)是主要的实用化固态图像传感器件，具有读取噪声低、动态范围大、响应灵敏度高等优点，但是CCD同时具有难以与主流的互补金属氧化物半导体(Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor，CMOS)技术相兼容的缺点，即以CCD为基础的图像传感器难以实现单芯片一体化。而CMOS图像传感器(CMOS Image sensor，CIS)由于采用了相同的CMOS技术，可以将像素单元阵列与外围电路集成在同一芯片上，与CCD相比，CIS具有体积小、重量轻、功耗低、编程方便、易于控制以及平均成本低的优点。

现有形成CMOS图像传感器的工艺参照附图加以说明。参照附图1，提供包含外围电路区IA和像素单元区IB的半导体衬底100，所述像素单元区IB包括光电二极管区域(未图示)和驱动电路区域(未图示)；然后，用热氧化法在半导体衬底100上形成垫氧化层101，所述垫氧化层101的材料为氧化硅；用化学气相沉积法或物理气相沉积法在垫氧化层101上形成阻挡层102，所述阻挡层102的材料为氮化硅；用旋涂法在阻挡层102在形成光刻胶层103，经过曝光、显影工艺，在光刻胶层103上定义出浅沟槽图形104。

如图2所示，以光刻胶层103为掩膜，用干法刻蚀法沿浅沟槽图形104刻蚀阻挡层102、垫氧化层101和半导体衬底100，形成浅沟槽105；用灰化法去除光刻胶层103，然后再用湿法刻蚀法去除残留的光刻胶层103。

如图3所示，采用热氧化法氧化浅沟槽105内表面形成衬氧化层106，所述衬氧化层106的材料为氧化硅；然后，用高密度等离子体工艺在阻挡层102上及浅沟槽105内形成绝缘氧化层107，其中，绝缘氧化层107填充满浅沟槽105，所述绝缘氧化层107的材料为氧化硅；用化学机械抛光法平坦化绝缘氧化层107至露出阻挡层102；最后，用湿法蚀刻方法去除阻挡层102和垫氧化层101，形成浅沟槽隔离结构。

如图4所示，在外围电路区IA的半导体衬底100上形成栅介质层108a，在像素单元区IB的驱动电路区域的半导体衬底100上形成复位晶体管的栅介质层109a、源跟随晶体管的栅介质层110a和输出晶体管的栅介质层111a；然后在栅介质层108a上形成栅极108b、在复位晶体管的栅介质层109a上形成复位晶体管的栅极109b、在源跟随晶体管的栅介质层110a上形成源跟随晶体管的栅极110b及在输出晶体管的栅介质层111a上形成输出晶体管的栅极111b；接着，在光电二极管区域的半导体衬底100内形成与半导体衬底100导电类型相反的深掺杂阱112，与半导体衬底100之间构成PN结，形成光电二极管。

在深掺杂阱112上对应形成与之导电类型相反的浅掺杂区113a；在驱动电路区域形成浅扩散区113b、113c、113d及113e；在外围电路区IA形成浅扩散区113f。

在像素单元区IB的复位晶体管的栅极109b、源跟随晶体管的栅极110b、输出晶体管的栅极111b和外围电路区IA晶体管的栅极108b两侧形成侧墙118；然后，在像素单元区IB的复位晶体管的栅极109b、源跟随晶体管的栅极110b、输出晶体管的栅极111b和外围电路区IA晶体管的栅极108b两侧的半导体衬底100中进行源/漏极离子注入。由于复位晶体管的源极与深掺杂阱相连接，复位晶体管的源极不需要进行注入；复位晶体管和源跟随晶体管共用漏极114、源跟随晶体管和输出晶体管的共用源极115；形成输出晶体管的漏极116；在外围电路区IA晶体管的栅极108b两侧分别形成源极117a及漏极117b。

在中国专利申请200310101949还可以发现更多与上述技术方案相关的信息。

现有技术在制作CMOS图像传感器的过程中，外围电路区和像素单元区的浅沟槽隔离结构是同时形成的，但是，在像素单元区的需要增大感光面积，像素单元之间距离应尽可能小，即像素单元间的浅沟槽隔离结构关键尺寸要尽量小。然而，关键尺寸的减小，会造成浅沟槽隔离结构的深宽比增大，进而会导致像素单元区的浅沟槽内绝缘氧化层不能完全填满，会在绝缘氧化层内产生如图5所示的空洞10，使浅沟槽的隔离功能降低，进而导致后续半导体器件之间的短路。同时，像素单元区的浅沟槽隔离结构截面积也会增大，导致浅沟槽内产生漏电流。

发明内容