消除cmos图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法
【专利摘要】本发明提供了一种消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，包括：第一步骤：采用掩膜板定义逻辑区与像素区的STI沟槽的位置；第二步骤：根据定义的STI沟槽的位置，蚀刻出STI沟槽；第三步骤：对STI沟槽进行沉积填充；第四步骤：采用掩膜板定义需要进行隔离区注入的部分像素区，并且针对定义的需要进行隔离区注入的部分像素区，执行离子注入。
【专利说明】
消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体制造领域，更具体地说，本发明涉及一种消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法。
【背景技术】
[0002]CMOS图像传感器(CIS)由于其制造工艺和现有的集成电路制造工艺兼容，同时其性能上比原有的电荷耦合器件CCD相比有很多优点。CMOS图像传感器可以将驱动电路和像素集成在一起，简化了硬件设计，同时也降低了系统的功耗。CIS由于在采集光信号的同时就可以取出电信号，还能实时处理图像信息，速度比CXD图像传感器快。CMOS图像传感器还具有价格便宜，带宽较大，防模糊，访问的灵活性和较大的填充系数的优点。
[0003]传统的有源像素是运用光电二极管作为图像传感器件。通常的有源像素单元是由三个晶体管和一个P+/N+/P-光电二极管构成，这种结构适合标准的CMOS制造工艺。图1给出完成背照式图像传感器后端的4T像素的示意图，在光照时，光电二极管在N-处产生电荷，这时转移管是关闭状态。然后转移管打开，将存储在光电二极管中的电荷传输到漂浮节点，传输后，转移管关闭，并等待下一次光照的进入。在漂浮节点上的电荷信号随后用于调整放大晶体管。读出后，带有复位门的复位晶体管将漂浮点复位到一个参考电压。这种设计在大尺寸的像素单元上由于光电二极管的尺寸较大，满阱容量(光电二极管存储电荷的能力)得到提升，从而可以存储更多的电子，从而可以提高像素单元的动态范围(最亮与最暗情况的比值)，降低噪声对像素的影响，信噪比会有所提高。对于现有的使用P型衬底的CMOS图像传感器像素单元，其中的复位管、放大管、选择管和转移管都为N型MOS。
[0004]在原有的CIS芯片制造工艺过程中，逻辑区域的STK浅沟道隔离)沟槽(沟槽深度)比像素区的沟槽深度要深1000A左右。不同沟槽深度的位置，需要掩膜板来定义，同时需要两步蚀刻来完成。两步蚀刻，会导致表面作为阻挡层的SIN(氮化硅)产生高度差，从而导致后续的STI化学机械研磨工艺容易有氧化物残留或者过研磨的问题。为了节省掩膜板，以及消除两步蚀刻造成的SIN高度差，业界倾向于使用统一 STI沟槽深的的方法来量产CIS芯片。鉴于LG区域对STI沟槽深度要求比较高，不能改变其深度，所以像素区STI沟槽深度需要加深到与逻辑区一致。STI沟槽深度加深，会导致沟槽表面积增大。STI沟槽的表面会因为蚀刻工艺，后续高密度等离子体化学气相淀积等工艺导致表面损伤，即硅表面的S1-键被等离子体等工艺过程打断，悬空的硅键很容易捕获电子，但是也容易释放捕获的电子。从而诱导暗电流。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，能够通过离子注入条件改变的方法，来避免暗电流增大的问题。
[0006]为了实现上述技术目的，根据本发明，提供了一种消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，包括:
[0007]第一步骤:采用掩膜板定义逻辑区与像素区的STI沟槽的位置；
[0008]第二步骤:根据定义的STI沟槽的位置，蚀刻出STI沟槽；
[0009]第三步骤:对STI沟槽进行沉积填充；
[0010]第四步骤:采用掩膜板定义需要进行隔离区注入的部分像素区，并且针对定义的需要进行隔离区注入的部分像素区，执行离子注入。
[0011]优选地，在第三步骤中，采用高密度等离子体化学气相工艺对STI沟槽进行沉积填充。
[0012]优选地，像素区的有源器件由N型器件或光电二极管构成。
[0013]优选地，在第四步骤中使用P型离子注入。
[0014]优选地，第四步骤的离子注入包含多次注入，每次注入采用不同注入能量。
[0015]优选地，每次注入采用无角度P型离子注入。
[0016]优选地，每次注入的能量范围为10_20kev、30?50kev或60?80kev。
[0017]优选地，每次注入的剂量在IE12?5E13之间。
[0018]本发明中，CIS图像传感器的STI沟槽深度不需要两种深度，从而避免了工艺上SIN高度差的问题，而且隔离区注入不会影响其它晶体管。同时，隔离区注入分几步进行无角度注入，形成与光电二极管相似的缓变节，可以跟有效的降低暗电流。同时，在STI沉积填充后再进行离子注入，可以有效避免高能量离子注入对STI trench的轰击损伤，避免因为轰击损伤导致的暗电流。本发明可有效抑制由于加深像素区STI沟槽深度引起的暗电流增加问题，从而达到降低图像传感器的暗电流。而且，本发明节省了 STI沟槽的掩膜板以及相应工艺程序。
【附图说明】
[0019]结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中:
[0020]图1示意性地示出了4T有源CMOS图像传感器的结构示意图。
[0021]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法的流程图。
[0022]需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
【具体实施方式】
[0023]为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
[0024]在具体说明本发明的原理之前，先简要描述原有的两次有源区循环工艺步骤。具体地，原有的两次有源区循环工艺步骤如下:
[0025]首先，采用掩膜板定义较厚STI沟槽(在此称为第一STI沟槽)的位置；
[0026]随后，蚀刻出第一STI沟槽的初始的第一深度；
[0027]此后，采用掩膜板定义出所有STI沟槽的位置；
[0028]此后，针对所有STI沟槽进行蚀刻，其中所有STI沟槽中除第一STI沟槽之外的第二STI沟槽具有第二深度，而第一 STI沟槽的深度为第一深度与第二深度之和。此时，第一 STI沟槽被两次蚀刻，其表面的氮化硅的厚度要比像素区的薄(例如薄100A左右)；
[0029]此后，采用掩膜板定义像素区，然后打一道P型离子，以便起到隔离N型器件的作用，补偿像素区中的第二 STI沟槽的深度的不足；
[0030]对所有STI沟槽进行沉积填充。
[0031]本发明从降低图像传感器的暗电流出发，利用离子注入的方式，避免STI沟槽表面断裂的硅键捕获电子直接释放在光电二极管区，降低暗电流，提高图像的质量。
[0032]图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法的流程图。
[0033]如图2所示，根据本发明优选实施例的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法包括:
[0034]第一步骤S1:采用掩膜板定义逻辑区与像素区的STI沟槽的位置；
[0035]第二步骤S2:根据定义的STI沟槽的位置，蚀刻出STI沟槽；
[0036]第三步骤S3:对STI沟槽进行沉积填充;例如，在第三步骤S3中，采用高密度等离子体化学气相工艺对STI沟槽进行沉积填充。
[0037]第四步骤S4:采用掩膜板定义需要进行隔离区注入的部分像素区，并且针对定义的需要进行隔离区注入的部分像素区，执行离子注入。
[0038]为了达到消除暗电流的同时不影响像素区其他功能的效果，下面将描述隔离区注入的注入区域以及注入方式的具体细节。
[0039]由于像素区的有源器件都是N型器件或光电二极管，故使在第四步骤S4中使用P型离子注入达到隔离效果。
[0040]优选地，第四步骤S4的离子注入包含多次注入，每次注入采用不同注入能量，而且每次注入采用无角度P型离子注入。
[0041]由于STI沟槽深度加大，为了保证离子注入能够完全达到期望位置，去除力支撑诸如的角度;暗电流的产生主要来源于光电二极管中的电子被沟槽表面电荷捕获，而光电二极管部位的N型注入区也有不同的分布(主要的分布包括即^)、0即1^1、0即1^2三个区域)。为了有针对性的消除可能的暗电流来源，本发明优选实施例的方法中的离子注入分3次注入，每次注入的能量范围可以为10-20ke V、30?50ke V或60?80ke V，每次注入的剂量在IE12?5E13之间。
[0042]由于本发明的隔离区注入能量大，注入步骤多，所以隔离区注入要避开光电二极管的区域以及其他必要的区域，可以通过隔离区光刻来定义其具体的区域。
[0043]后续工艺不变，按照现有的工艺流程流片。
[0044]本发明中，CIS图像传感器的STI沟槽深度不需要两种深度，从而避免了工艺上SIN高度差的问题，而且隔离区注入不会影响其它晶体管。同时，隔离区注入分几步进行无角度注入，形成与光电二极管相似的缓变节，可以跟有效的降低暗电流。本发明可有效抑制由于加深像素区STI沟槽深度引起的暗电流增加问题，从而达到降低图像传感器的暗电流。而且，本发明节省了 STI沟槽的掩膜板以及相应工艺程序。
[0045]此外，需要说明的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
[0046]可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于包括: 第一步骤:采用掩膜板定义逻辑区与像素区的STI沟槽的位置； 第二步骤:根据定义的STI沟槽的位置，蚀刻出STI沟槽； 第三步骤:对STI沟槽进行沉积填充； 第四步骤:采用掩膜板定义需要进行隔离区注入的部分像素区，并且针对定义的需要进行隔离区注入的部分像素区，执行离子注入。2.根据权利要求1所述的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于，在第三步骤中，采用高密度等离子体化学气相工艺对STI沟槽进行沉积填充。3.根据权利要求1或2所述的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于，像素区的有源器件由N型器件或光电二极管构成。4.根据权利要求3所述的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于，在第四步骤中使用P型离子注入。5.根据权利要求1或2所述的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于，第四步骤的离子注入包含多次注入，每次注入采用不同注入能量。6.根据权利要求5所述的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于，每次注入采用无角度P型离子注入。7.根据权利要求5所述的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于，每次注入的能量范围为10_20kev、30?50kev或60?80kev。8.根据权利要求5所述的消除CMOS图像传感器浅沟槽隔离诱导暗电流的方法，其特征在于，每次注入的剂量在IE12?5E13之间。
【文档编号】H01L21/266GK105870004SQ201610212543
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年4月7日
【发明人】白英英, 李娟娟, 田志, 陈昊瑜
【申请人】上海华力微电子有限公司