[发明专利]具有改进电特性的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法，尤其涉及一种具有改进电特性的半导体器件及其制造方法。

背景技术

图像传感器可以是一种用以将光学图像转换成电信号的半导体器件，并且可分为电荷耦合器件(CCD)图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。在CCD图像传感器中，用以将光学信号转换成电信号的多个光电二极管(PD)按矩阵排列。CCD图像传感器包括：多个垂直电荷耦合器件(VCCD)，用以在垂直方向传送在PD中产生的电荷；水平电荷耦合器件(HCCD)，用以在水平方向传送由VCCD传送的电荷；和检测放大器，用以检测在水平方向传送的电荷并输出电信号。

然而，CCD具有复杂的驱动方法和高功耗。此外，由于CCD需要多个步骤的光刻工艺，所以CCD涉及了复杂的制造过程。难以将控制电路、信号处理电路和模拟/数字(A/D)转换器集成在CCD芯片上。因此，难以减小CCD产品的尺寸。

近来，CMOS图像传感器作为克服CCD缺陷的下一代图像传感器吸引了更多的注意力。CMOS图像传感器包括MOS晶体管，通过使用CMOS制造技术将所述MOS晶体管形成在与单位像素对应的半导体衬底上。传感器可将控制电路和信号处理电路用作外围电路，并且可采用一种切换方法，以通过MOS晶体管依次检测单位像素的输出。在CMOS图像传感器中，由于PD和MOS晶体管形成在单位像素中，所以可通过一种切换方法依次检测单位像素的电信号，以显示图像。由于CMOS图像传感器使用CMOS制造技术，所以CMOS图像传感器消耗较少的功率，以及需要涉及较少光刻工艺步骤的相对简单的制造过程。在CMOS图像传感器中，由于可以将控制电路、信号处理电路、模拟/数字转换器等集成在CMOS传感器芯片上，所以很容易减小产品的尺寸。因此，CMOS图像传感器可用于多种应用，包括数码相机、数码摄像机等。

在CMOS图像传感器中，在接口顶部的周围(即在CMOS图像传感器的光电二极管和STI之间的角部)可形成小凹槽(valley)，称为缺角(divot)。在角部上可生长薄栅极氧化物。由于对多晶栅极(gate poly)进行选择性蚀刻，所以多晶残留物可保留在缺角中。从而产生驼峰现象(humpphenomenon)，即在晶体管开启之前，该缺角已开启，从而晶体管开启两次。由于有多晶残留物，所以在栅极之间会产生短路。在CMOS图像传感器中，由于在STI的侧壁界面和栅极沟道的STI角中的掺杂剂降低，所以产生驼峰现象。为了防止驼峰现象，可以将光电二极管的结耗尽区从STI侧壁的有源区界面分离，或者可以在有源区的边缘执行附加的掺杂工艺。

将参照图1A至图1F和图2A至图2B来描述一种通过将掺杂剂注入至STI侧壁的有源区边缘中的半导体器件制造方法。如图1A所示，可在硅半导体衬底101上形成衬垫(pad)氧化物膜102和衬垫氮化物膜103。可对部分衬垫氮化物膜103和部分衬垫氧化物膜102进行选择性蚀刻，以暴露部分衬底101，并且可使用蚀刻方法在衬底101中形成预定沟槽106。

如图1B所示，可使用例如离子注入方法将包含硼的P型掺杂剂掺杂到沟槽的内壁中。如图1C所示，可使用高温热氧化工艺在已掺杂的沟槽的内壁上形成衬里氧化物(liner oxide)膜104。通过热氧化工艺中执行的热处理使得掺杂剂扩散至沟槽内壁的有源区边缘。

如图1D所示，可在执行离子注入工艺之前在沟槽内壁上形成衬里氧化物膜104，并且可使用离子注入方法对沟槽内壁的有源区边缘执行附加的掺杂工艺。即，可以在沟槽内壁上形成衬里氧化物膜104之前或之后执行离子注入。

如图1E所示，可使用绝缘材料填充氧化物衬里沟槽，以形成STI 105。可使用化学机械抛光(CMP)工艺对STI氧化物的表面进行平坦化。

当通过上述方法来掺杂STI侧壁的有源区边缘时，也可以将离子注入至STI底部。可不去除这些离子。如图1F所示，当按剂量5E12、8E12或11E12离子/cm³将掺杂剂注入至STI侧壁的有源区边缘时，获得这样的掺杂分布，即在STI侧壁的有源区边缘的上侧，掺杂浓度级相对较低，在STI侧壁的有源区边缘的下侧，掺杂浓度级相对较高。具体地，由于上表面附近的掺杂浓度级相对较低，所以难以获得期望的效果。因此，为了防止CMOS图像传感器的驼峰现象，有必要增加上侧角区域的掺杂浓度级。