[发明专利]浅沟槽隔离结构及其形成方法

说明书

本发明涉及浅沟槽隔离结构及其形成方法。在一个实施例中，本公开涉及一种浅沟槽隔离结构，包括形成在接地的半导体衬底中的浅沟槽；形成在浅沟槽的侧壁及底部上的氧化层；形成在氧化层上以填满所述浅沟槽的导电填充体，其中导电填充体被施加负电势以使得半导体衬底与浅沟槽的界面处的自由电荷在负电势的驱动下通过半导体衬底流向地。

技术领域

本公开一般涉及半导体器件制造技术领域，特别是涉及一种浅沟槽隔离结构、半导体器件及其制备方法。

背景技术

随着集成电路技术的不断成熟，在半导体衬底单位面积上集成的有源器件的数量越来越多(例如数以百万计)，因此器件被更紧密地放置在芯片中以适应芯片的可用空间。为了让器件之间不相互影响，需要采用隔离技术将各个有源器件相互隔离。由于半导体衬底单位面积上的有源器件的密度不断增加，因此器件之间的有效绝缘隔离变得更加重要。

浅沟槽隔离(Shallow Trench Isolation，STI)为常用的一种隔离技术。浅沟槽隔离技术具有良好的隔离效果(例如工艺隔离效果和电性隔离效果)，浅沟槽隔离技术还具有减少占用晶圆表面的面积和增加器件集成度等优点。现有的浅沟槽隔离技术主要包括如下步骤：首先，在硅衬底上位于不同有源器件之间的区域刻蚀出沟槽；然后，在所述沟槽的侧壁及底部形成一层薄氧化层作为浅沟槽隔离衬垫；最后，在所述浅沟槽隔离衬垫的表面形成填满所述沟槽的隔离材料以形成浅沟槽隔离结构。

然而，在硅衬底上刻蚀出的沟槽与填充沟槽的隔离材料之间会产生悬挂键，这种悬挂键会导致在没有光照射的状态下，在有源区的光电元件中形成流动的电流，即暗电流。因此，当浅沟槽隔离结构位于相邻的有源区之间时，即使没有光照，浅沟槽隔离结构也会在光电元件中产生电流；另外在有光照的条件下，这些多余电荷会扩散或者漂移到光电元件区域，从而使得光电元件产生与实际光照不符的电流。无论哪种情况，浅沟槽隔离结构都会因为界面缺陷所引入的多余电荷而增加图像传感器的噪声，从而影响半导体器件的性能。

因此，需要避免这种由浅沟槽隔离结构引入的多余电荷进入到光电元件区域，从而导致暗电流的情况。

发明内容

浅沟槽隔离作为一种半导体制造工艺中常用的隔离技术具有良好的隔离效果。但是，由于蚀刻半导体衬底使得半导体衬底的晶格在表面突然终止，表面的最外层的原子将有未配对的电子，即有未饱和的键，称之为悬挂键。所述悬挂键会在半导体衬底和浅沟槽隔离结构之间的交界面形成界面缺陷，从而在界面处产生多余电荷。当这些多余电荷进入到光电元件时便会形成暗电流。该暗电流会增加图像传感器的噪声，从而影响半导体器件的性能。

为了解决现有技术中所存在的缺陷，本公开提供一种本领域的新技术。本发明提供了一种改进的浅沟槽隔离结构。

总体来说，本发明的改进方向在于在光电元件接收外界入射光之前，也就是光电元件上电之前，将浅沟槽隔离结构中的多余电荷通过半导体衬底流向地，或者将浅沟槽隔离结构中的多余电荷固定在某个位置处使之不能自由流动。由此，多余电荷要么是在光电元件开始运行之前就已经被释放到了半导体衬底外，要么就是被固定在半导体器件中的某个位置处不能自由流动。无论哪种情况这些多余电荷都无法再干扰光电元件的运行，也就不会产生暗电流的情形了。

具体来说，在一种实施例中，本发明将现有技术中的浅沟槽隔离结构中的“氧化层-绝缘填充体”结构改进成“氧化层-导电填充体”，并且在光电元件运行之前对该导电填充体施以负电势。由于衬底接地，而导电填充体被施加了负电势，在半导体衬底和浅沟槽隔离结构的界面处的多余电荷会在负电势的驱动下向半导体衬底方向流动并且通过半导体衬底的接地线而最终被释放到半导体衬底外。在自由电荷已经被释放到半导体衬底外之后，断开导电填充体的负电势，再启动光电元件以接收外部入射光。