[发明专利]具有气隙的浅沟槽隔离结构、采用该浅沟槽隔离结构的互补金属氧化物半导体图像传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，比如CMOS传感器。更具体地，本发明涉及具有气隙的浅沟槽隔离结构、采用该浅沟槽隔离结构的CMOS图像传感器及该CMOS传感器的制造方法。

背景技术

随着半导体制造技术的发展，已经扩展了半导体器件的应用领域，因此已经密集地进行了各种研究和开发以增加半导体器件的集成度。随着半导体器件集成度的增加，研究已经更多地追求基于微制造工艺来制造微小尺寸的半导体器件。在半导体器件的微制造技术中，用于将器件彼此隔离以集成器件的隔离层缩减技术非常重要。

作为常规隔离技术，LOCOS(硅的局部氧化)技术通过在半导体衬底上选择生长厚的氧化物层而形成隔离层。然而，根据LOCOS技术，氧化物层形成在不需要横向扩散的区域中，从而限制了隔离层宽度的减小。

因此，LOCOS技术不适用于具有亚微米尺寸的半导体器件，所以需要新的隔离技术。

对此，已经提出了浅沟槽隔离技术。根据浅沟槽隔离技术，浅沟槽通过蚀刻工艺形成在半导体器件中，而绝缘材料填充在该浅沟槽中，由此与LOCOS技术相比更加减少了隔离区域的宽度。

这样的浅沟槽隔离技术应用于CMOS图像传感器，该CMOS图像传感器是将光学图像转换成电信号的半导体器件。随着光学器件被高度集成，CMOS图像传感器中采用的光敏二极管的尺寸也随之减小。在这种情况下，注入到相邻像素的光子在通过浅沟槽隔离结构的同时可能会在其他像素中产生电子和空穴，使得光学器件的特性劣化。也就是，暗电流和串扰会发生在CMOS图像传感器中，因此正努力通过解决暗电流和串扰来改善光学器件的特性。

发明内容

技术问题

因而，进行本发明以解决现有技术中产生的上述问题，本发明的目标是提供能够防止由光学器件的高度集成引起的光学器件的劣化的浅沟槽隔离结构。

本发明另一目标是提供具有这样的浅沟槽隔离结构的CMOS图像传感器及其制造方法。

技术方案

根据本发明的一方面，所提供的浅沟槽隔离结构包括：沟槽，形成在衬底的无源区域上；内壁氧化物层，形成在沟槽上；衬里，形成在内壁氧化物层上；氧化物层，形成在衬里上，以填充沟槽；气隙，形成在沟槽与衬里之间；以及缓冲层，密封气隙。

气隙可以形成在沟槽的一个横向侧。

气隙可以形成在沟槽的两个横向侧。

气隙可以形成在沟槽的一个横向侧和底表面处。

气隙可以通过选择性蚀刻内壁氧化物层而形成。

衬里可以具有用于防止当内壁氧化物层被选择性蚀刻时所述衬里被去除的足够的厚度。

缓冲层可以包括CVD SiO₂、SiON、Si₃N₄和多晶硅之一。

根据本发明的另一方面，提供了一种CMOS图像传感器的制造方法，该方法包括步骤：在衬底上形成包括沟槽、内壁氧化物层、衬里和氧化物层的浅沟槽隔离结构；在衬底上形成栅极图案；在衬底中形成光敏二极管的n型离子注入区域；在栅极图案的两个侧壁处形成间隔物；在衬底上形成浮置扩散区域；在沟槽和衬里之间形成气隙；形成覆盖气隙的缓冲层；以及在衬底中形成光敏二极管的p型离子注入区域。

形成气隙的步骤可以包括：形成蚀刻掩模，使得形成在沟槽和衬里之间的内壁氧化物层被选择性暴露；以及蚀刻被暴露的内壁氧化物层。

在形成蚀刻掩模的步骤中，蚀刻掩模可以形成为使得内壁氧化物层在沟槽的一个横向侧被暴露。

在形成蚀刻掩模的步骤中，蚀刻掩模可以形成为使得内壁氧化物层在沟槽的两个横向侧被暴露。

在蚀刻内壁氧化物层的步骤中，内壁氧化物层的一部分可以在沟槽的横向侧被蚀刻，以在沟槽的该横向侧的一部分处形成气隙。

在蚀刻内壁氧化物层的步骤中，内壁氧化物层可以在沟槽的横向侧被蚀刻，以在沟槽的该横向侧的整个表面上形成气隙。

在蚀刻内壁氧化物层的步骤中，内壁氧化物层可以在沟槽的一个横向侧和底表面处被蚀刻，以在沟槽的该横向侧和底表面上形成气隙。

蚀刻内壁氧化物层的步骤中采用的蚀刻剂的蚀刻速率对氧化物层可以相对较高，而对硅可以相对较低。

衬里可以具有用于防止在蚀刻内壁氧化物层时衬里被去除的足够的厚度。

缓冲层可以包括能够在自对准硅化工艺中抑制金属离子扩散的材料。

缓冲层可以包括CVD SiO₂、SiON、Si₃N₄和多晶硅之一。

根据本发明的又一方面，提供了通过以上方法制造的CMOS图像传感器。

有益效果