專利名稱：在淺溝槽隔離拐角處的注入的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在半導(dǎo)體器件中制造集成電路的方法。更特別地，
本發(fā)明涉及在圖像傳感器的淺溝槽隔離拐角處制造注入(implant)以抑制表面暗電流。
背景技術(shù)：
典型地，金屬或晶格缺陷、表面態(tài)和晶格應(yīng)力在圖像傳感器中產(chǎn)生暗電流。暗電流是不希望的信號，其在半導(dǎo)體襯底中產(chǎn)生并被光電探測器收集。當光照在和不照在光電探測器上時，都產(chǎn)生暗電流。暗電流增加了噪聲，這降低了圖像傳感器的動態(tài)范圍和信噪比。
淺溝槽隔離對像素進行物理隔離，使得在任何給定像素中收集的信號將不會溢出到一個鄰近像素或者多個鄰近像素上。不幸的是，因為STI特征產(chǎn)生額外的表面態(tài)和局部化的高應(yīng)力區(qū)域，所以STI特征會潛在地產(chǎn)生表面暗電流。例如互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器的具有STI區(qū)域的圖像傳感器在STI溝槽的側(cè)壁和底部遭受高的表面暗電流。典型地，在STI區(qū)域的側(cè)面和底部進行大角度注入以減小表面暗電流。此外，拐角注入進一步抑制了表面暗電流。
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有淺溝槽隔離區(qū)域的半導(dǎo)體襯底的截面示圖。襯底IO包括具有帶有拐角注入13和側(cè)壁注入14的溝槽的STI。制造拐角注入13的一種常規(guī)方法要求在器件上形成光致抗蝕劑掩模12并對其進行圖案化，并且將摻雜物注入到淺溝槽的拐角(以箭頭表示)。不幸的是，光致抗蝕劑掩沖莫12的形成和圖案化在半導(dǎo)體器件的制造中產(chǎn)生附加的處理步驟。
另一種形成拐角注入13的方法是從半導(dǎo)體襯底的淺溝槽區(qū)域的側(cè)壁和拐角處去除硬掩模(未示出)并且接著同時對側(cè)壁和拐角進行注入。不幸的是，在制造工藝中隨后進行的蝕刻會在STI的拐角注入處產(chǎn)生不希望的硅坑。
因此，在圖像傳感器中存在減小側(cè)壁注入中的表面暗電流的需求。此外，需要提供一種自對準地形成淺溝槽隔離的方法。
4此外，存在形成拐角注入的需求，該拐角注入在圖像傳感器的隨后
處理期間不在STI拐角處產(chǎn)生硅坑。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在克服上述的一個或多個問題。本發(fā)明涉及制造在淺溝槽
隔離區(qū)域具有拐角注入的圖像傳感器的方法。該方法包括步驟在半導(dǎo) 體襯底上的蝕刻停止層上方形成第一硬掩模層，并且在該硬掩模層上方 提供光致抗蝕劑掩模。該光致抗蝕劑掩模被圖案化以產(chǎn)生開口，并且向 下蝕刻第一硬掩模層暴露在開口中的部分到蝕刻停止層。接著將第一摻 雜物穿過暴露的蝕刻停止層注入到半導(dǎo)體襯底中。去除光致抗蝕劑掩 模，并且第二硬掩模層被形成在剩余的結(jié)構(gòu)上并且被蝕刻以產(chǎn)生沿第一 硬掩模層的側(cè)邊的側(cè)壁隔離物(spacer)。位于側(cè)壁隔離物之間的蝕刻 停止層和半導(dǎo)體襯底接著被蝕刻以產(chǎn)生溝槽，并且第二摻雜物被注入到 溝槽的側(cè)壁和底壁。接著，通常用電介質(zhì)材料填充該溝槽以在半導(dǎo)體襯 底中產(chǎn)生淺溝槽隔離區(qū)域。
本發(fā)明具有的優(yōu)勢是通過形成不產(chǎn)生硅坑的具有自對準的淺溝槽 隔離的拐角注入來減小表面暗電流。
結(jié)合下列的說明和附圖，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)勢將變 得更加顯而易見，其中，在可能的情況下，使用相同的參考標記表示附圖 中公有的相同特征，并且其中
圖1示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有淺溝槽隔離區(qū)域的半導(dǎo)體襯底的截面視
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的半導(dǎo)體襯底和第一硬掩模層的截面 視圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有被蝕刻的第一硬掩模層的半導(dǎo) 體襯底的截面^L圖4示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有淺注入的半導(dǎo)體襯底的截面視
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有第二硬掩^t層的半導(dǎo)體襯底的 截面一見圖6示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有被蝕刻的第二硬掩模層的半導(dǎo) 體襯底的截面—見圖；視圖8示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有淺溝槽隔離和側(cè)壁注入的半 導(dǎo)體襯底的截面視圖9a示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有側(cè)壁注入的在兩個淺溝槽 隔離之間含有器件的半導(dǎo)體襯底的第一截面視圖；和
圖9b示出#>據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有側(cè)壁注入的在兩個淺溝槽 隔離之間含有器件的半導(dǎo)體襯底的第二截面視圖。
具體實施例方式
本發(fā)明包括在集成電路的STI區(qū)域中形成拐角注入的方法。該注入自 對準到STI拐角，而不需要遮掩或者暴露STI拐角的附加的光致抗蝕劑， 這會導(dǎo)致硅坑。參考附圖描述本發(fā)明，附圖中示出本發(fā)明的示例性實施例。 不過，本發(fā)明可以以許多不同形式實施，并且不應(yīng)被解釋為限于此處陳述
術(shù)人員。這些附圖未按比例繪制，并且為了清楚起見許多部分被放大。
參考圖2,示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的半導(dǎo)體襯底和第一硬掩模層 的截面^L圖。在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，半導(dǎo)體襯底20是硅、碳化 硅、絕緣體上硅、鍺硅、氮化鎵、或者砷化鎵。此外》，半導(dǎo)體襯底20可 以是n型、p型或者非摻襯底。另外，半導(dǎo)體襯底20可以任選地具有與半 導(dǎo)體襯底2 0相同或相反導(dǎo)電類型的外延層(未示出)。半導(dǎo)體襯底2 Q也可 以含有或者與該外延層或者與半導(dǎo)體襯底20相同或相反的導(dǎo)電類型的注 入在其中的阱。
蝕刻停止層21形成在半導(dǎo)體襯底20的表面上。在根據(jù)本發(fā)明的一個 實施例中，蝕刻停止層21被形成為薄的二氧化硅或者多晶硅層。二氧化 硅蝕刻停止層可以典型地在800-120(TC在氧或蒸汽中生長在襯底上?？蛇x 地，蝕刻停止層21可以通過氧化物化學(xué)氣相沉積直接沉積在半導(dǎo)體襯底 20的表面上。氧化物化學(xué)氣相沉積通過低壓低溫沉積或者等離子體增強化 學(xué)氣相沉積來實現(xiàn)。
笫一硬掩模層22經(jīng)由例如低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)或者等離子體增 強化學(xué)氣相沉積(PECVD)的傳統(tǒng)工藝沉積在蝕刻停止層21上。第一硬掩才莫 層22被配置為沉積在或者生成在器件上的任何掩模層。硬掩模層的例子 包括但不限于氮化硅、多晶硅和金屬膜。圖3示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有被蝕刻的第一硬掩模層的半導(dǎo)
體襯底的截面視圖。光致抗蝕劑掩模23被涂敷在第一硬掩模層22上并且 被圖案化以形成開口 18。接著進行各向異性蝕刻以去除第一硬掩模層22 暴露在開口 18中的部分。第一硬掩模層22中的開口 19比將在半導(dǎo)體襯 底20中形成的淺溝槽的寬度更寬。
參考圖4,示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有淺注入的半導(dǎo)體襯底的 截面視圖。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，淺注入24注入的深度通常在100 和500A之間。光致抗蝕劑掩模23和第一硬掩模層22用作其中不形成淺 注入的半導(dǎo)體襯底的區(qū)域的保護掩模。淺注入24是具有與圖像傳感器中 的光電探測器(未示出)的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的摻雜物。在根據(jù)本 發(fā)明的一個實施例中，所述摻雜物是例如磷、砷或者銻的n型摻雜物。在 根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中，所述摻雜物是例如硼、鋁、鎵或者銦的p 型摻雜物。
注入能量取決于所使用的特定摻雜物，并且對于通常在100和500A 之間的注入深度，注入能量通常在5-200KeV之間。注入剖面分布(prof i le distribution)是這樣的使得注入摻雜物保持在襯底20的表面附近。如 果在注入后進行熱處理，摻雜物將從初始注入?yún)^(qū)擴散開。當選擇基本 (elementary )摻雜物的初始注入深度和濃度時要考慮該擴散。
接著，通過氧灰化工藝(oxygen ashing process)、 與過氧化物混 合的石克酸(wet sulfuric acid)或溶齊'H匕學(xué)(solvent chemistry)方法 去除光致抗蝕劑掩模23。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，如果第一硬掩模層 22采用適當?shù)暮穸龋庵驴刮g劑掩模23被去除并且第一硬掩模層22作為 注入的保護掩模。在根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例中，在第一硬掩模層22 4皮各向異性地蝕刻之前，在襯底20中形成淺注入24。
圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有第二硬掩模層的半導(dǎo)體襯底的 截面視圖。第二硬掩模層25被沉積在第一硬掩模層22和蝕刻停止層21 的暴露部分上。第二硬掩模層25可以是與第一硬掩模層22相同或不同的 材料。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，第二硬掩模層25是這樣一種材料，當 與硅的去除速率相比時，其在STI各向異性蝕刻期間具有較慢的去除速率。
參考圖6，其示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有被蝕刻的第二硬掩 模層的半導(dǎo)體襯底的截面視圖。例如等離子體蝕刻的各向異性蝕刻被用于 形成沿第一硬掩模層22的側(cè)面的側(cè)壁隔離物26。側(cè)壁隔離物26位于淺注
7入24的周邊部分上方。在根據(jù)本發(fā)明的實施例中，側(cè)壁隔離物26的每一 個典型地具有0.05和0. 2jum之間的寬度。側(cè)壁隔離物26的寬度主要由 第二硬掩模層25的厚度控制(見圖5)。
圖。通過各向異性地蝕刻穿過淺注入24并且進入半導(dǎo)體襯底20中來形成 淺溝槽40。淺溝槽40被形成在半導(dǎo)體襯底20中的側(cè)壁隔離物26之間的 區(qū)域。拐角注入27是淺注入24將保留在襯底20中的僅有部分。通過蝕 刻穿過第二硬掩;溪層25中的開口 19，拐角注入27的內(nèi)邊緣和第二硬掩才莫 層25的內(nèi)邊緣自對準。
在根據(jù)本發(fā)明的一個實施例中，淺溝槽40典型地具有0. 3到0. 5 jum 之間的深度和0. 15到0.6pm之間的寬度。淺溝槽40的寬度應(yīng)當盡可能 地小以最小化半導(dǎo)體襯底用于STI區(qū)域的量。最小化STI區(qū)域的尺寸有利 地增加了可用于圖像傳感器中的光電探測器的襯底的量。
參考圖8,淺溝槽40的側(cè)壁和底部用注入摻雜物28注入。在根據(jù)本 發(fā)明的實施例中，注入摻雜物28典型地注入在距襯底20的暴露表面0到 100A之間的位置，并且注入摻雜物28的濃度典型地在10"-10"原子/cm2 之間。通常以一角度并4安四象限(quaded)(即，以相隔九十度的四次分 開的晶片旋轉(zhuǎn)來完成)完成該注入，使得注入摻雜物28被注入到淺溝槽40 的所有四個側(cè)面和底部中。
注入摻雜物28具有與拐角注入27相同的導(dǎo)電類型。在根據(jù)本發(fā)明的 一個實施例中，注入摻雜物28還是與淺注入24的摻雜物相同的摻雜物。 注入摻雜物28可以是例如磷、砷或者銻的n型摻雜物或者例如硼、鋁、 鎵或者銦的p型摻雜物。
電介質(zhì)層29通常通過低壓化學(xué)氣相沉積、大氣壓化學(xué)氣相沉積、等 離子體增強化學(xué)氣相沉積、或高密度等離子體沉積形成在用摻雜物28注 入的硅的區(qū)域中?？梢杂糜陔娊橘|(zhì)層29的電介質(zhì)材料的例子包括但不限 于內(nèi)襯(liner )氧化物或者氮化物?？梢栽谧⑷霌诫s物28注入之前或之 后生長或沉積電介質(zhì)層29。接著，用電介質(zhì)材料(未示出)填充隔離溝槽 40。
參考圖9a,其示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有側(cè)壁注入的、在兩個 淺溝槽隔離之間含有器件的半導(dǎo)體襯底的第一截面視圖。STI區(qū)域42、 43 被示出分別靠近光電探測器30、 31。光電探測器30、 31具有與注入摻雜
8物28和拐角注入27的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型。當轉(zhuǎn)移柵(transfer gate ) 32被脈沖激發(fā)(pulse )時，電荷從一個光電探測器(例如光電探測 器30)轉(zhuǎn)移到包含在阱34中的浮置擴散33中(也稱為感測節(jié)點(sensing node)。接著，該信號由像素放大器(未示出)感測并被饋入該像素陣列 之外的下游電路(未示出)中。浮置擴散33具有與注入摻雜物28和拐角注 入27的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型。
圖9b示出根據(jù)本發(fā)明的實施例中的具有側(cè)壁注入的、在兩個淺溝槽 隔離之間含有器件的半導(dǎo)體襯底的第二截面視圖。拐角注入27，注入摻雜 物28,光電探測器30、 31，浮置擴散33,阱34和釘扎層(pining layer ) 35、 36的導(dǎo)電類型與圖9a中所示的導(dǎo)電類型相反。
第一硬掩模層和第二硬掩模層已經(jīng)從圖9a和9b所示的結(jié)構(gòu)中去除。 但是，應(yīng)當理解，這些層可選地可以保留在最終的結(jié)構(gòu)中。盡管在圖9a 和9b所示的是具有兩個共享光電探測器的圖像傳感器，應(yīng)當理解，可以 使用任意數(shù)目的光電探測器。典型地， 一個、兩個或者四個光電探測器可 以通過轉(zhuǎn)移柵連接到單個浮置擴散。通常以小于淺溝槽的深度形成光電探 測器。部件列表
io半導(dǎo)體襯底 11氧化膜層
12光致抗蝕劑掩模
13拐角注入
14側(cè)壁注入
18光致抗蝕劑掩才莫中的開口
19第一硬掩模層中的開口
20半導(dǎo)體襯底
21蝕刻停止層
22第一硬掩模層
23光致抗蝕劑掩模
24淺注入
25第二硬掩才莫層
26側(cè)壁隔離物
27拐角注入
28注入摻雜物
29電介質(zhì)層
30光電探測器
31光電探測器
32轉(zhuǎn)移柵
33浮置擴散
34阱
35釘扎層
36釘扎層
40淺溝槽
42淺溝槽隔離
43淺溝槽隔離
10
權(quán)利要求
1. 一種在半導(dǎo)體襯底中形成隔離區(qū)域以隔離形成在該襯底中的器件的方法，包括通過穿過第一硬掩模層中的開口注入第一摻雜物在半導(dǎo)體襯底的一部分中形成淺注入；在該半導(dǎo)體襯底的該部分和該第一硬掩模層上方形成第二硬掩模層；蝕刻第二硬掩模層以形成沿第一硬掩模層的側(cè)面的側(cè)壁隔離物，其中每個側(cè)壁隔離物覆蓋該半導(dǎo)體襯底中該淺注入的一部分；并且蝕刻進入該側(cè)壁隔離物之間的半導(dǎo)體襯底中以形成隔離溝槽。
2. 權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括 在半導(dǎo)體襯底表面上方形成蝕刻停止層；在該蝕刻停止層上方形成第 一硬掩模層；在該第 一硬掩模層上方提供光致抗蝕劑掩模層；將該光致抗蝕劑掩模層圖案化以在該光致抗蝕劑掩模層中形成開口 ；以及穿過該光致抗蝕劑掩模層中的開口蝕刻該第 一硬掩模層以在該第一 硬掩模層中形成開口。
3. 權(quán)利要求1所述的方法，進一步包括 將第二摻雜物注入該隔離溝槽的側(cè)壁和底壁。
4. 權(quán)利要求3所述的方法，進一步包括在該隔離溝槽的側(cè)壁和底壁 上方形成共形絕緣層。
5. 權(quán)利要求3所述的方法，其中該第二摻雜物具有與該第一摻雜物 相同的導(dǎo)電類型。
6. 權(quán)利要求2所述的方法，進一步包括在半導(dǎo)體襯底中形成光電探 測器以捕獲光并且將其轉(zhuǎn)化為電荷的步驟，其中該光電探測器在橫向上鄰 近該隔離溝槽。
7. 權(quán)利要求2所述的方法，其中蝕刻該側(cè)壁隔離物之間的半導(dǎo)體襯 底以形成隔離溝槽的步驟使第 一摻雜物的邊緣和硬掩模層的側(cè)壁自對準。
8. —種用于在圖像傳感器襯底中形成淺溝槽隔離區(qū)域以隔離該襯底 中形成的器件的方法，包括a. 在半導(dǎo)體襯底表面上形成蝕刻停止層；b. 在該蝕刻停止層上方形成第一硬掩模層，其中該硬掩模層由與該蝕刻停止層中的材料不同的材料構(gòu)成；c. 在第一硬掩模層上方提供光致抗蝕劑掩模層；d. 將光致抗蝕劑掩模層圖案化以在光致抗蝕劑掩模層中形成開口 ；e. 穿過該光致抗蝕劑掩模層中的開口蝕刻該第 一硬掩模層以在該第 一硬掩;^莫層中形成開口；f. 注入第一摻雜物，穿過光致抗蝕劑掩模層中的開口，穿過第一硬 掩模層中的開口并穿過蝕刻停止層以在半導(dǎo)體襯底中形成淺注入；g. 去除光致抗蝕劑掩模層；h. 在步驟g后剩下的結(jié)構(gòu)上方形成第二硬掩模層；i. 蝕刻該第二硬掩模層以形成沿第 一硬掩模層的側(cè)面的側(cè)壁隔離物， 其中每個側(cè)壁隔離物覆蓋該半導(dǎo)體襯底中的該淺注入的一部分；以及j.蝕刻穿過該蝕刻停止層并進入該側(cè)壁隔離物之間的半導(dǎo)體襯底中 以形成隔離溝槽。
9. 權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括將具有與該第一摻雜物相同 導(dǎo)電類型的第二摻雜物注入到該隔離溝槽的側(cè)壁和底壁中。
10. 權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第一摻雜物具有與襯底中的底 層區(qū)域的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型。
11. 權(quán)利要求8所述的方法，其中所述第二硬掩模層是共形的。
12. 權(quán)利要求8所述的方法，其中蝕刻該第二硬掩模層以在第一硬掩 模層的側(cè)面形成側(cè)壁隔離物，包括各向異性地蝕刻該第二硬掩模層以在第 一硬掩模層的側(cè)面形成側(cè)壁隔離物。
13. 權(quán)利要求8所述的方法，其中蝕刻穿過該蝕刻停止層并進入該側(cè) 壁隔離物之間的半導(dǎo)體襯底中以形成隔離溝槽，包括各向異性地蝕刻穿過 該蝕刻停止層并進入該側(cè)壁隔離物之間的半導(dǎo)體襯底以形成隔離溝槽。
14. 權(quán)利要求8所述的方法，其中所述半導(dǎo)體襯底從由硅、絕緣體上 硅、鍺硅和砷化鎵組成的組中選擇。
15. 權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括在注入該第二摻雜物之前， 在該隔離溝槽的側(cè)壁和底壁上方形成共形絕緣層的步驟。
16. 權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括在注入所述第二摻雜物之后， 在該隔離溝槽的側(cè)壁和底壁上方形成共形絕緣層的步驟。
17. 權(quán)利要求8所述的方法，進一步包括在圖像傳感器襯底中形成光 電探測器以捕獲光并將其轉(zhuǎn)化為電荷的步驟。
全文摘要
一種用于在圖像傳感器的淺溝槽隔離區(qū)域中制造拐角注入的方法，該方法包括步驟在半導(dǎo)體襯底上在覆蓋蝕刻停止層的第一硬掩模層上形成光致抗蝕劑層。該光致抗蝕劑掩模被圖案化以產(chǎn)生開口，并且向下蝕刻第一硬掩模層暴露在開口中的部分到蝕刻停止層。第一摻雜物穿過暴露的蝕刻停止層注入到半導(dǎo)體襯底中。去除光致抗蝕劑掩模，并且第二硬掩模層形成在剩余的結(jié)構(gòu)上并且被蝕刻以產(chǎn)生沿第一硬掩模層的側(cè)邊的側(cè)壁隔離物。位于側(cè)壁隔離物之間的蝕刻停止層和半導(dǎo)體襯底被蝕刻以產(chǎn)生溝槽，并且第二摻雜物被注入到溝槽的側(cè)壁和底壁中。
文檔編號H01L21/70GK101512752SQ200780032278
公開日2009年8月19日 申請日期2007年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月1日
發(fā)明者E·G·斯蒂芬斯, H·Q·董 申請人:伊斯曼柯達公司