本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種cmos圖像傳感器及其制作方法。

背景技術(shù)：

在半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域中，圖像傳感器是一種能將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。圖像傳感器大體上可以分為電荷耦合元件(ccd)和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體圖像傳感器(cmosimagesensor，cis)。ccd圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)圖像敏感度較高，噪聲小，但是ccd圖像傳感器與其他器件的集成比較困難，而且ccd圖像傳感器的功耗較高。相比之下，cmos圖像傳感器由于具有工藝簡(jiǎn)單、易與其他器件集成、體積小、重量輕、功耗小、成本低等優(yōu)點(diǎn)而逐漸取代ccd的地位。目前cmos圖像傳感器被廣泛應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)、照相手機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、醫(yī)療用攝像裝置(例如胃鏡)、車用攝像裝置等領(lǐng)域之中。

cmos圖像傳感器是通過(guò)對(duì)光電效應(yīng)產(chǎn)生的光電子，進(jìn)行有效的讀取，從而產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的圖像信息，其像素區(qū)域的性能和其各個(gè)像素區(qū)域的隔離性能具有非常強(qiáng)的相關(guān)性，具體如圖1所示，圖中右側(cè)箭頭所指為正常讀取方式，而左側(cè)箭頭則是非正常(即右側(cè)圖像產(chǎn)生的光電子進(jìn)入左側(cè)區(qū)域使得左側(cè)區(qū)域像素給出錯(cuò)誤的圖像信息)。

一旦cmos圖像傳感器的其中一個(gè)像素的信號(hào)如果對(duì)其他像素產(chǎn)生影響，圖像就會(huì)發(fā)生偏差。解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵方法在于如何有效的隔離兩個(gè)相鄰的像素，目前比較常用的方法一般都是比較深的離子注入來(lái)實(shí)現(xiàn)像素之間的隔離。

因此，為解決上述技術(shù)問(wèn)題，有必要提出一種新的cmos圖像傳感器及其制作方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡(jiǎn)化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明實(shí)施例一提供一種cmos圖像傳感器，包括：

半導(dǎo)體襯底，形成于所述半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)像素區(qū)域，形成于相鄰所述像素區(qū)域之間所述半導(dǎo)體襯底中的深溝槽，在所述深溝槽中填充有摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅，在所述半導(dǎo)體襯底中對(duì)應(yīng)所述像素區(qū)域內(nèi)形成有多個(gè)具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，在所述半導(dǎo)體襯底上還形成有與所述多晶硅相連的通孔，以及與所述通孔相連的互連金屬層。

進(jìn)一步，在相鄰所述像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底中還形成有隔離結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述隔離結(jié)構(gòu)的底部位于所述深溝槽的頂部上。

進(jìn)一步，所述通孔貫穿所述隔離結(jié)構(gòu)連接所述多晶硅。

進(jìn)一步，在相鄰所述像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底中還形成有具有所述第一導(dǎo)電類型的隔離阱。

進(jìn)一步，所述隔離阱包圍部分所述深溝槽，所述隔離阱的底部高于所述深溝道的底部。

進(jìn)一步，所述深溝槽的深度為2～3微米。

進(jìn)一步，在每個(gè)所述像素區(qū)域中形成有光電二極管以及多個(gè)晶體管。

進(jìn)一步，還包括與所述晶體管電連接的多個(gè)通孔。

進(jìn)一步，在所述多晶硅的下方所述深溝槽的底部和側(cè)壁上形成有襯墊層。

本發(fā)明實(shí)施例二提供一種cmos圖像傳感器的制作方法，包括：

步驟s1：提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底已定義有源區(qū)以及若干像素區(qū)域；

步驟s2：刻蝕部分所述半導(dǎo)體襯底，以形成位于相鄰所述像素 區(qū)域之間的深溝槽；

步驟s3：在所述深溝槽內(nèi)沉積填充摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅；

步驟s4：在所述有源區(qū)之間的所述半導(dǎo)體襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，在相鄰所述像素區(qū)域之間已經(jīng)形成有深溝槽的區(qū)域，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)位于所述半導(dǎo)體襯底中所述多晶硅的上方；

步驟s5：在所述半導(dǎo)體襯底中形成多個(gè)具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，并在所述半導(dǎo)體襯底上的所述有源區(qū)中形成前端器件；

步驟s6：在所述半導(dǎo)體襯底上形成分別與所述多晶硅以及所述前端器件相連接的通孔；

步驟s7：在所述通孔上形成與所述通孔電連接的互連金屬層。

進(jìn)一步，在所述步驟s2中，形成所述深溝槽的步驟包括：

步驟s21：在所述半導(dǎo)體襯底的表面上沉積形成硬掩膜層；

步驟s22：圖案化所述硬掩膜層，以暴露位于相鄰所述像素區(qū)域之間的部分半導(dǎo)體襯底的表面；

步驟s23：以圖案化的所述硬掩膜層為掩膜，刻蝕暴露的部分所述半導(dǎo)體襯底，以形成位于相鄰所述像素區(qū)域之間的深溝槽。

進(jìn)一步，所述步驟s3包括步驟：

步驟s31：在所述深溝槽內(nèi)沉積摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅，所述多晶硅覆蓋所述硬掩膜層，對(duì)所述多晶硅進(jìn)行平坦化，停止于所述硬掩膜層中；

步驟s32：回蝕刻部分所述多晶硅，以使所述多晶硅的上表面低于所述硬掩膜層的表面；

步驟s33：去除所述硬掩膜層。

進(jìn)一步，所述深溝槽的深度范圍為2～3μm。

進(jìn)一步，在所述步驟s2之后所述步驟s3之前，還包括步驟：在所述深溝槽的底部和側(cè)壁上形成襯墊層。

進(jìn)一步，所述襯墊層的材料包括氧化硅。

進(jìn)一步，在所述步驟s4中，形成所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的步驟包括：

步驟s41：在所述半導(dǎo)體襯底的表面上以及所述多晶硅的表面上 依次沉積墊氧化物層和墊氮化物層；

步驟s42：刻蝕所述墊氮化物層、墊氧化物層和部分深度的所述半導(dǎo)體襯底，以在所述有源區(qū)之間形成淺溝槽，其中，在相鄰所述像素區(qū)域之間已經(jīng)形成有深溝槽的區(qū)域，還包括對(duì)部分所述多晶硅進(jìn)行刻蝕以形成所述淺溝槽的步驟；

步驟s43：在所述淺溝槽內(nèi)形成隔離材料，所述隔離材料覆蓋所述墊氮化物層；

步驟s44：平坦化所述隔離材料，以暴露所述墊氮化物層；

步驟s45：去除所述墊氮化物層，以形成所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述前端器件包括形成于每個(gè)所述像素區(qū)域中的光電二極管以及多個(gè)晶體管。

進(jìn)一步，在所述步驟s5中，在形成所述前端器件之前還包括：在相鄰所述像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底中形成具有所述第一導(dǎo)電類型的隔離阱的步驟。

進(jìn)一步，所述隔離阱包圍部分所述深溝槽，所述隔離阱的底部高于所述深溝道的底部。

根據(jù)本發(fā)明的制作方法，在cmos圖像傳感器的相鄰像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底中形成深溝槽，并在深溝槽中填充摻雜的多晶硅，徹底隔絕相鄰的像素區(qū)域，因此，在超強(qiáng)光線情況下產(chǎn)生的海量的光電子，將直接被多晶硅收集，而不會(huì)對(duì)相鄰的像素區(qū)域產(chǎn)生影響，另外，通過(guò)通孔將多晶硅連接互連金屬層，并可通過(guò)施加特定的電壓，從而將像素區(qū)域中產(chǎn)生的多余的光電子導(dǎo)出，因此，本發(fā)明的制作方法提高了cmos圖像傳感器的性能。

附圖說(shuō)明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來(lái)解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1示出了現(xiàn)有的一種cmos圖像傳感器的剖視圖；

圖2示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的cmos圖像傳感器的剖視圖；

圖3a-圖3k示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的cmos圖像傳感器的制作方法依次實(shí)施所獲得器件的剖視圖；

圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施方式的cmos圖像傳感器的制作方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對(duì)本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明可以無(wú)需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對(duì)于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開(kāi)徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對(duì)尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在...上”、“與...相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾?，?dāng)元件被稱為“直接在...上”、“與...直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語(yǔ)第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語(yǔ)限制。這些術(shù)語(yǔ)僅僅用來(lái)區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語(yǔ)意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為 “在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“在...下面”和“在...下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語(yǔ)相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語(yǔ)的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語(yǔ)“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說(shuō)明書中使用時(shí)，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。

這里參考作為本發(fā)明的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖來(lái)描述發(fā)明的實(shí)施例。這樣，可以預(yù)期由于例如制造技術(shù)和/或容差導(dǎo)致的從所示形狀的變化。因此，本發(fā)明的實(shí)施例不應(yīng)當(dāng)局限于在此所示的區(qū)的特定形狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀偏差。例如，顯示為矩形的注入?yún)^(qū)在其邊緣通常具有圓的或彎曲特征和/或注入濃度梯度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元改變。同樣，通過(guò)注入形成的埋藏區(qū)可導(dǎo)致該埋藏區(qū)和注入進(jìn)行時(shí)所經(jīng)過(guò)的表面之間的區(qū)中的一些注入。因此，圖中顯示的區(qū)實(shí)質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并不意圖顯示器件的區(qū)的實(shí)際形狀且并不意圖限定本發(fā)明的范圍。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的步驟以及詳細(xì)的結(jié)構(gòu)，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

實(shí)施例一

下面，參照?qǐng)D2對(duì)本發(fā)明提出的cmos圖像傳感器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)描述，其中，圖2示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的cmos圖像傳感器的剖視圖。

如圖2所示，本發(fā)明的一具體實(shí)施方式中的cmos圖像傳感器包括：半導(dǎo)體襯底200，形成于所述半導(dǎo)體襯底200上的多個(gè)像素區(qū) 域，在所述半導(dǎo)體襯底200中對(duì)應(yīng)所述像素區(qū)域內(nèi)形成有多個(gè)具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)2031、2041，形成于相鄰所述像素區(qū)域之間所述半導(dǎo)體襯底200中的深溝槽201，在所述深溝槽201中填充有摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅2012，在所述半導(dǎo)體襯底200上還形成有與所述多晶硅2012相連的通孔206，以及與所述通孔206相連的互連金屬層207。

具體地，所述半導(dǎo)體襯底200可以是以下所提到的材料中的至少一種：硅、絕緣體上硅(soi)、絕緣體上層疊硅(ssoi)、絕緣體上層疊鍺化硅(s-sigeoi)、絕緣體上鍺化硅(sigeoi)以及絕緣體上鍺(geoi)等。在半導(dǎo)體襯底200中定義有各種有源區(qū)。示例性地，半導(dǎo)體襯底200還可以為具有第二導(dǎo)電類型的襯底。

在本實(shí)施例中，上文或下文中涉及的第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型為相反的類型，其中，第一導(dǎo)電類型為n型，則第二導(dǎo)電類型為p型，或者，第一導(dǎo)電類型為p型，則第二導(dǎo)電類型為n型。

所述半導(dǎo)體襯底200上形成有多個(gè)像素區(qū)域，在每個(gè)所述像素區(qū)域中還可以形成有光電二極管203以及多個(gè)晶體管204。示例性地，光電二極管203包括形成于半導(dǎo)體襯底中的具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)201，以及形成于阱區(qū)201中的具有第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)202，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反，所述阱區(qū)201與其中的摻雜區(qū)202構(gòu)成pn結(jié)，作為光電二極管，用于接收光以產(chǎn)生光電荷。其中，根據(jù)實(shí)際器件的需求，晶體管的數(shù)目可以為三個(gè)或者四個(gè)等。

以具有4個(gè)晶體管的cmos圖像傳感器為例，其可以包括一個(gè)光電二極管203和四個(gè)晶體管204(僅示出部分)，即光電二極管203、傳輸晶體管、重置晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管和選擇晶體管，還可以包括浮置擴(kuò)散區(qū)(未示出)，其可以從光電二極管接收電子，然后將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。

其中，傳輸晶體管位于光電二極管的一側(cè)，所述傳輸晶體管包括位于所述半導(dǎo)體襯底200上的柵極結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述柵極結(jié)構(gòu)包括依次位于所述半導(dǎo)體襯底200上的柵極介電層和柵極材料層進(jìn)一步，在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上還形成有間隙壁。

重置晶體管、選擇晶體管和驅(qū)動(dòng)晶體管均包括形成于所述半導(dǎo)體 襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中還形成有與所述摻雜區(qū)2031相同的摻雜類型的源區(qū)和漏區(qū)，即源區(qū)和漏區(qū)為第一導(dǎo)電類型，本實(shí)施例中，當(dāng)摻雜區(qū)2031為n型時(shí)，源區(qū)和漏區(qū)也為n型。此外，亦可視產(chǎn)品需求及功能性考量，另于源極/漏極區(qū)域與各柵極之間分別形成有輕摻雜漏極(ldd)。進(jìn)一步地，在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上還形成有間隙壁。

在上述晶體管中，柵極介電層可以包括傳統(tǒng)的電介質(zhì)材料諸如具有電介質(zhì)常數(shù)從大約4到大約20(真空中測(cè)量)的硅的氧化物、氮化物和氮氧化物?；蛘?，柵極介電層可以包括具有電介質(zhì)常數(shù)從大約20到至少大約100的通常較高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)材料。這種較高電介質(zhì)常數(shù)電解質(zhì)材料可以包括但不限于：氧化鉿、硅酸鉿、氧化鈦、鈦酸鍶鋇(bsts)和鋯鈦酸鉛(pzts)。柵極材料層可以包括各個(gè)材料，所述各個(gè)材料包含但不限于：某些金屬、金屬合金、金屬氮化物和金屬硅化物，及其層壓制件和其復(fù)合物。柵極材料層也可以包括摻雜的多晶硅和多晶硅-鍺合金材料(即，具有從每立方厘米大約1e18到大約1e22個(gè)摻雜原子的摻雜濃度)以及多晶硅金屬硅化物(polycide)材料(摻雜的多晶硅/金屬硅化物疊層材料)。

本發(fā)明的cmos圖像傳感器還進(jìn)一步包括形成于相鄰所述像素區(qū)域之間所述半導(dǎo)體襯底200中的深溝槽201，在所述深溝槽中填充有摻雜有第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅2012。

在一個(gè)示例中，在所述多晶硅2012的下方所述深溝槽201的底部和側(cè)壁上還形成有襯墊層2011。襯墊層2011的材料可以為任何適合的絕緣材料，例如氧化硅、氮氧化硅等，本實(shí)施例中，較佳地襯墊層2011的材料包括氧化硅。

示例性地，深溝槽201的深度范圍可以為2～3微米。所述多晶硅2012中摻雜有第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型為n型時(shí)，n型雜質(zhì)可以為p、as等n型施主中的一種或幾種，或者，當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型為p型時(shí)，p型雜質(zhì)可以為b等p型施主。

在半導(dǎo)體襯底200中還形成有用于隔離器件的多個(gè)隔離結(jié)構(gòu)202，示例性地，在相鄰所述像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底200中還形成有隔離結(jié)構(gòu)202。所述隔離結(jié)構(gòu)202較佳地為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，淺 溝槽隔離結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體襯底200中的淺溝槽，位于淺溝槽底部側(cè)壁上的襯墊層以及填充淺溝槽的隔離材料，其中，襯墊層的材料可以為氧化物或氮氧化物等，本實(shí)施例中，較佳地，襯墊層的材料為氧化硅。隔離材料可以包括氧化硅等。

進(jìn)一步地，位于相鄰像素區(qū)域之間的隔離結(jié)構(gòu)202的底部位于所述深溝槽201的頂部上，而深溝槽201的頂部低于半導(dǎo)體襯底200的表面。

在一個(gè)示例中，在相鄰所述像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底200中還形成有具有所述第一導(dǎo)電類型的隔離阱205。該隔離阱205用于隔離相鄰像素區(qū)域。進(jìn)一步地，所述隔離阱205包圍部分所述深溝槽201，所述隔離阱205的底部高于所述深溝道201的底部。隔離阱具有與其兩側(cè)用于形成器件的阱區(qū)相反的導(dǎo)電類型，例如，其具有與阱區(qū)2031相反的導(dǎo)電類型。

本發(fā)明的cmos圖像傳感器還包括形成于所述半導(dǎo)體襯底100上與所述多晶硅2012相連的通孔207，以及與所述通孔207相連的互連金屬層208。

進(jìn)一步地，在半導(dǎo)體襯底100上形成覆蓋半導(dǎo)體襯底100上形成的器件的介電層206。示例性地，位于相鄰像素區(qū)域之間的所述通孔207貫穿該介電層206以及隔離結(jié)構(gòu)202與深溝槽201中填充的多晶硅2012相連接。

示例性地，還包括與每個(gè)像素區(qū)域中的晶體管204電連接的多個(gè)通孔207，該通孔也與互連金屬層208電連接。

其中，互連金屬層208可以包括多層金屬層，相鄰金屬層有金屬通孔相連接，以構(gòu)成互連結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)示例中，通孔207可以為任何合適的金屬通孔，例如w、cu或者al通孔等。

綜上所述，本發(fā)明的cmos圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，在相鄰像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底中設(shè)置深溝槽并在深溝槽中填充摻雜的多晶硅，徹底隔絕相鄰的像素區(qū)域，因此，在超強(qiáng)光線情況下產(chǎn)生的海量的光電子，將直接被多晶硅收集，而不會(huì)對(duì)相鄰的像素區(qū)域產(chǎn)生影響，另外，通過(guò)通孔將多晶硅連接互連金屬層，并可通過(guò)施加特定的電壓， 從而將像素區(qū)域中產(chǎn)生的多余的光電子導(dǎo)出，因此本發(fā)明的cmos圖像傳感器具有更高的性能。

實(shí)施例二

下面，參考圖3a-3k以及圖4對(duì)本發(fā)明一具體實(shí)施例的cmos圖像傳感器的制作方法做詳細(xì)描述。其中，圖3a-圖3k示出了本發(fā)明一具體實(shí)施方式的cmos圖像傳感器的制作方法依次實(shí)施所獲得器件的剖視圖；圖4為本發(fā)明一具體實(shí)施方式的cmos圖像傳感器的制作方法的流程圖。

作為示例，本實(shí)施例中的cmos圖像傳感器的制作方法，具體包括如下步驟：

首先，執(zhí)行步驟s401，提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底已定義有源區(qū)以及若干像素區(qū)域。

如圖3a所示，所述半導(dǎo)體襯底300可以是以下所提到的材料中的至少一種：硅、絕緣體上硅(soi)、絕緣體上層疊硅(ssoi)、絕緣體上層疊鍺化硅(s-sigeoi)、絕緣體上鍺化硅(sigeoi)以及絕緣體上鍺(geoi)等。示例性地，半導(dǎo)體襯底300還可以為具有第二導(dǎo)電類型的襯底。在半導(dǎo)體襯底300中定義有各種有源區(qū)以及像素區(qū)域圖形，其中像素區(qū)域圖形對(duì)應(yīng)的半導(dǎo)體襯底用于之后的像素區(qū)域中相應(yīng)器件的制作。

接著，執(zhí)行步驟s402，刻蝕部分所述半導(dǎo)體襯底，以形成位于相鄰所述像素區(qū)域之間的深溝槽。

在一個(gè)示例中，如圖3a至3c所示，形成所述深溝槽的步驟包括：

首先，如圖3a所示，在所述半導(dǎo)體襯底300的表面上沉積形成硬掩膜層301。硬掩膜層301的材料可以選擇任何適合的硬掩膜材料，例如氮化物、氧化物、氮氧化物等。本實(shí)施例中，硬掩膜層301的材料包括氧化硅?？刹捎萌魏纬练e方法形成，比較常用的包括化學(xué)氣相沉積和物理氣相沉積等。

接著，如圖3b所示，圖案化所述硬掩膜層301，以暴露位于相 鄰所述像素區(qū)域之間的部分半導(dǎo)體襯底300的表面。可采用光刻工藝和刻蝕工藝實(shí)現(xiàn)對(duì)硬掩膜層301的圖案化，其定義預(yù)定形成的深溝槽的關(guān)鍵尺寸。

接著，如圖3c所示，以圖案化的所述硬掩膜層301為掩膜，刻蝕暴露的部分所述半導(dǎo)體襯底300，以形成位于相鄰所述像素區(qū)域之間的深溝槽302?？刹捎萌魏芜m用的刻蝕方法完成對(duì)半導(dǎo)體襯底300的刻蝕，例如，濕法刻蝕或者干法刻蝕，其中，干法刻蝕工藝包括但不限于：反應(yīng)離子刻蝕(rie)、離子束刻蝕、等離子體刻蝕或者激光切割。最好通過(guò)一個(gè)或者多個(gè)rie步驟進(jìn)行干法刻蝕。示例性地，刻蝕形成的深溝槽302的深度范圍可以為2～3μm。

接著，執(zhí)行步驟s403，在所述深溝槽內(nèi)沉積填充摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅。

在一個(gè)示例中，如圖3c所示，在形成多晶硅之前，還包括步驟：在所述深溝槽302的底部和側(cè)壁上形成襯墊層3021。襯墊層3021的材料可以為任何適合的絕緣材料，例如氧化硅、氮氧化硅等，本實(shí)施例中，較佳地襯墊層3021的材料包括氧化硅。可采用化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積等方法形成。

作為示例，形成摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅的步驟包括以下步驟：

首先，如圖3d所示，在所述深溝槽302內(nèi)沉積摻雜第一導(dǎo)電類型雜質(zhì)的多晶硅3022，所述多晶硅3022覆蓋所述硬掩膜層301，對(duì)所述多晶硅3022進(jìn)行平坦化，停止于所述硬掩膜層301中。

多晶硅3022可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何方法制備形成，作為示例，多晶硅3022的形成方法可選用低壓化學(xué)氣相淀積(lpcvd)工藝。形成所述多晶硅層的工藝條件包括：反應(yīng)氣體為硅烷(sih4)，所述硅烷的流量范圍可為100～200立方厘米/分鐘(sccm)，如150sccm；反應(yīng)腔內(nèi)溫度范圍可為700～750攝氏度；反應(yīng)腔內(nèi)壓力可為250～350毫毫米汞柱(mtorr)，如300mtorr；所述反應(yīng)氣體中還可包括緩沖氣體，所述緩沖氣體可為氦氣(he)或氮?dú)?，所述氦氣和氮?dú)獾牧髁糠秶蔀?～20升/分鐘(slm)，如8slm、10slm或15slm。其中， 當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型為n型時(shí)，可在沉積工藝期間通過(guò)供應(yīng)如磷化氫(ph3)或砷化氫(ash3)等摻雜物質(zhì)使多晶硅3022包括如磷(p)或砷(as)或其組合等的n型摻雜雜質(zhì)。而當(dāng)?shù)谝粚?dǎo)電類型為p型時(shí)，可在沉積工藝器件通過(guò)供應(yīng)如bf2等摻雜物質(zhì)使多晶硅3022包括b等的p型摻雜雜質(zhì)。

可以使用半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中常規(guī)的平坦化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多晶硅3022表面的平坦化。該平坦化方法的非限制性實(shí)例包括機(jī)械平坦化方法和化學(xué)機(jī)械拋光平坦化方法。化學(xué)機(jī)械拋光平坦化方法更常用。

接著，如圖3e所示，回蝕刻部分所述多晶硅302，以使所述多晶硅302的上表面低于所述硬掩膜層301的表面?；匚g刻可以采用濕法刻蝕或者干法刻蝕。在本發(fā)明的一具體實(shí)施例中，可以采用干法刻蝕執(zhí)行回刻蝕工藝，干法蝕刻工藝包括但不限于：反應(yīng)離子蝕刻(rie)、離子束蝕刻、等離子體蝕刻或者激光切割。例如采用等離子體刻蝕，刻蝕氣體可以采用基于氧氣(o2-based)的氣體。具體的，采用較低的射頻能量并能產(chǎn)生低壓和高密度的等離子體氣體來(lái)實(shí)現(xiàn)干法刻蝕。作為一個(gè)實(shí)例，采用等離子體刻蝕工藝，采用的刻蝕氣體為基于氧氣(o2-based)的氣體，刻蝕氣體的流量范圍可為50立方厘米/分鐘(sccm)～150立方厘米/分鐘(sccm)，反應(yīng)室內(nèi)壓力可為5毫托(mtorr)～20毫托(mtorr)。其中，干法刻蝕的刻蝕氣體還可以是溴化氫氣體、四氟化碳?xì)怏w或者三氟化氮?dú)怏w。需要說(shuō)明的是上述蝕刻方法僅僅是示例性的，并不局限于該方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以選用其他常用的方法。

接著，如圖3f所示，去除所述硬掩膜層301。既可以采用干法刻蝕也可以采用濕法刻蝕移除硬掩膜層301。干法刻蝕能夠采用基于氟化碳?xì)怏w的各向異性蝕刻法。濕法刻蝕能夠采用氫氟酸溶液，例如緩沖氧化物蝕刻劑(bufferoxideetchant(boe))或氫氟酸緩沖溶液(buffersolutionofhydrofluoricacid(bhf))。

接著，執(zhí)行步驟s404，在所述有源區(qū)之間的所述半導(dǎo)體襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，其中，在相鄰所述像素區(qū)域之間已經(jīng)形成有深溝槽的區(qū)域，所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)位于所述半導(dǎo)體襯底中所述多晶硅 的上方。

作為示例，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)的方法包括以下步驟：首先，如圖3g所示，在所述半導(dǎo)體襯底300的表面上以及所述多晶硅3022的表面上依次沉積墊氧化物層303和墊氮化物層304。示例性地，該墊氧化物層303的材料可以包括氧化硅，墊氮化物層304的材料可以包括氮化硅。

接著，如圖3h所示，刻蝕所述墊氮化物層304、墊氧化物303和部分深度的所述半導(dǎo)體襯底300，以在所述有源區(qū)之間形成淺溝槽，其中，在相鄰所述像素區(qū)域之間已經(jīng)形成有深溝槽的區(qū)域，還包括對(duì)部分所述多晶硅3022進(jìn)行刻蝕以形成所述淺溝槽的步驟。可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何方法進(jìn)行該步驟的刻蝕，包括但不限于濕法刻蝕或者干法刻蝕等。

接著，繼續(xù)參考圖3h，在所述淺溝槽內(nèi)形成隔離材料，所述隔離材料覆蓋所述墊氮化物層304。該隔離材料可為任何適合的絕緣材料，包括但不限于氧化硅、氮氧化硅或氮化硅等。本實(shí)施例中，較佳地墊氮化物層304包括高密度等離子體(hdp)制造工藝形成的氧化硅的材料層。隔離材料的沉積方法可采用化學(xué)氣相沉積、等離子化學(xué)氣相沉積等。之后，平坦化所述隔離材料，以暴露所述墊氮化物層304?？刹捎萌魏芜m合的方法進(jìn)行該步驟中的平坦化工藝，本實(shí)施例中，較佳地，采用化學(xué)機(jī)械拋光。

接著，參考圖3i，去除所述墊氮化物層304，以形成所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)305。可采用任何對(duì)氮化物層304具有高的刻蝕選擇比的濕法刻蝕工藝去除墊氮化物層304，例如，可采用熱磷酸刻蝕去除墊氮化物層304。

接著，執(zhí)行步驟s405，在所述半導(dǎo)體襯底中形成多個(gè)具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，并在所述半導(dǎo)體襯底上的所述有源區(qū)中形成前端器件。

可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何方法形成該步驟中的多個(gè)阱區(qū)，例如，采用離子注入工藝。當(dāng)所述第二導(dǎo)電類型為p型時(shí)，可采用向半導(dǎo)體襯底中的預(yù)定形成阱區(qū)的區(qū)域離子注入b離子而形成p 型阱區(qū)，而第二導(dǎo)電類型為n型時(shí)，可采用向半導(dǎo)體襯底中的預(yù)定形成阱區(qū)的區(qū)域離子注入as、p等p型摻雜離子而形成n型阱區(qū)。

在一個(gè)示例中，在形成前端器件之前，還可在相鄰所述像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底中形成具有所述第一導(dǎo)電類型的隔離阱，所述隔離阱包圍部分所述深溝槽，所述隔離阱的底部高于所述深溝道的底部。

其中，對(duì)于前端器件的制備工藝可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何工藝來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如常見(jiàn)的cmos制備工藝等。對(duì)于cmos圖像傳感器而言，所述前端器件包括形成于每個(gè)所述像素區(qū)域中的光電二極管以及多個(gè)晶體管(未示出)。示例性地，光電二極管包括形成于半導(dǎo)體襯底中的具有第二導(dǎo)電類型的阱區(qū)，以及形成于阱區(qū)中的具有第一導(dǎo)電類型的摻雜區(qū)，所述第二導(dǎo)電類型與所述第一導(dǎo)電類型相反，所述阱區(qū)與其中的摻雜區(qū)構(gòu)成pn結(jié)，作為光電二極管，用于接收光以產(chǎn)生光電荷。

其中，根據(jù)實(shí)際器件的需求，晶體管的數(shù)目可以為三個(gè)或者四個(gè)等。以具有4個(gè)晶體管的cmos圖像傳感器為例，其可以包括一個(gè)光電二極管和四個(gè)晶體管，即光電二極管、傳輸晶體管、重置晶體管、驅(qū)動(dòng)晶體管和選擇晶體管，還可以包括浮置擴(kuò)散區(qū)(未示出)，其可以從光電二極管接收電子，然后將電荷信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。

其中，傳輸晶體管位于光電二極管的一側(cè)，所述傳輸晶體管包括位于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，所述柵極結(jié)構(gòu)包括依次位于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極介電層和柵極材料層進(jìn)一步，在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上還形成有間隙壁。其可以采用現(xiàn)有的柵極結(jié)構(gòu)的任何制造方法形成。

重置晶體管、選擇晶體管和驅(qū)動(dòng)晶體管均包括形成于所述半導(dǎo)體襯底上的柵極結(jié)構(gòu)，在柵極結(jié)構(gòu)的兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底中還形成有與光電二極管中的摻雜區(qū)相同的摻雜類型的源區(qū)和漏區(qū)，即源區(qū)和漏區(qū)為第一導(dǎo)電類型，本實(shí)施例中，當(dāng)摻雜區(qū)為n型時(shí)，源區(qū)和漏區(qū)也為n型?？刹捎秒x子注入的方法形成。此外，亦可視產(chǎn)品需求及功能性考量，另于源極/漏極區(qū)域與各柵極之間分別形成輕摻雜漏極(ldd)。進(jìn)一步地，在所述柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上還形成有間隙壁。

在上述晶體管中，柵極介電層可以包括傳統(tǒng)的電介質(zhì)材料諸如具 有電介質(zhì)常數(shù)從大約4到大約20(真空中測(cè)量)的硅的氧化物、氮化物和氮氧化物?；蛘?，柵極介電層可以包括具有電介質(zhì)常數(shù)從大約20到至少大約100的通常較高電介質(zhì)常數(shù)電介質(zhì)材料。這種較高電介質(zhì)常數(shù)電解質(zhì)材料可以包括但不限于：氧化鉿、硅酸鉿、氧化鈦、鈦酸鍶鋇(bsts)和鋯鈦酸鉛(pzts)。柵極材料層可以包括各個(gè)材料，所述各個(gè)材料包含但不限于：某些金屬、金屬合金、金屬氮化物和金屬硅化物，及其層壓制件和其復(fù)合物。柵極材料層也可以包括摻雜的多晶硅和多晶硅-鍺合金材料(即，具有從每立方厘米大約1e18到大約1e22個(gè)摻雜原子的摻雜濃度)以及多晶硅金屬硅化物(polycide)材料(摻雜的多晶硅/金屬硅化物疊層材料)。所述柵極材料層的形成工藝可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何現(xiàn)有技術(shù)，較佳的為化學(xué)氣相沉積法，例如低壓等離子體化學(xué)氣相沉積或者等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝。

接著，執(zhí)行步驟s406，在所述半導(dǎo)體襯底上形成分別與所述多晶硅以及所述前端器件相連接的通孔。

示例性地，如圖3j和圖3k所示，在形成通孔之前，可先沉積介電層306以覆蓋半導(dǎo)體襯底300以及其上的前端器件(未示出)。介電層306可以使用例如sio2、碳氟化合物(cf)、摻碳氧化硅(sioc)、或碳氮化硅(sicn)等。或者，也可以使用在碳氟化合物(cf)上形成了sicn薄膜的膜等。碳氟化合物以氟(f)和碳(c)為主要成分。碳氟化合物也可以使用具有非晶體(非結(jié)晶性)構(gòu)造的物質(zhì)。介電層306還可以使用例如摻碳氧化硅(sioc)等多孔質(zhì)構(gòu)造。可采用化學(xué)氣相沉積或其他任何合適的方法制備。

在一個(gè)示例中，形成通孔的方法包括：在介電層306上形成圖案化的掩膜層，該掩膜層定義預(yù)定形成的通孔的位置以及尺寸等。以圖案化的掩膜層為掩膜刻蝕貫穿介電層306，其中，對(duì)于相鄰像素區(qū)域之間形成有深溝槽302的區(qū)域，為了實(shí)現(xiàn)通孔307與多晶硅3022的電連接，還需對(duì)深溝槽302上方的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)305進(jìn)行刻蝕，直到暴露多晶硅3022，之后在通孔中填充金屬材料，例如cu、al或w等，以形成最終的通孔307。其中，由于連接多晶硅3022的通孔307 與連接前端器件的通孔307具有不同的深度，因此，可分別對(duì)其進(jìn)行刻蝕。

最后，執(zhí)行步驟s407，在所述通孔307上形成與所述通孔307電連接的互連金屬層308。

互連金屬層308可以包括多層金屬層，相鄰金屬層有金屬通孔相連接，以構(gòu)成互連結(jié)構(gòu)，例如銅金屬互連結(jié)構(gòu)等。該互連金屬層308可以互連金屬層308的形成工藝可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何工藝，例如，大馬士革工藝等。

上述內(nèi)容中，所述第一導(dǎo)電類型為p型，所述第二導(dǎo)電類型為n型，或者，所述第一導(dǎo)電類型為n型，所述第二導(dǎo)電類型為p型，根據(jù)實(shí)際的器件類型進(jìn)行選擇。

至此完成了本發(fā)明的cmos圖像傳感器的關(guān)鍵制作步驟的介紹，其中，對(duì)于完整的cmos圖像傳感器的制備還可以包括其他的中間步驟以及后續(xù)步驟，再次均不再贅述。

綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的制作方法，在cmos圖像傳感器的相鄰像素區(qū)域之間的半導(dǎo)體襯底中形成深溝槽，并在深溝槽中填充摻雜的多晶硅，徹底隔絕相鄰的像素區(qū)域，因此，在超強(qiáng)光線情況下產(chǎn)生的海量的光電子，將直接被多晶硅收集，而不會(huì)對(duì)相鄰的像素區(qū)域產(chǎn)生影響，另外，通過(guò)通孔將多晶硅連接互連金屬層，并可通過(guò)施加特定的電壓，從而將像素區(qū)域中產(chǎn)生的多余的光電子導(dǎo)出，因此，本發(fā)明的制作方法提高了cmos圖像傳感器的性能。

本發(fā)明已經(jīng)通過(guò)上述實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說(shuō)明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。