[发明专利]沟槽隔离结构、其制作方法及半导体器件和图像传感器

说明书

本申请公开了一种沟槽隔离结构、其制作方法及半导体器件和图像传感器。其中，该沟槽隔离结构包括设置于衬底中的浅沟槽，设置于浅沟槽中的隔离物质层，以及设置于浅沟槽与隔离物质层之间的外延结构，其中外延结构包括至少一层由原位掺杂形成的外延层。上述外延层由浅沟槽的内壁向外沉积而成，其能够与浅沟槽的内表面形成紧密的结合界面，从而避免了在浅沟槽的内壁与外延层之间的结合处产生漏电流，同时通过原位掺杂的方式能够使外延层的成分或结构发生变化，从而进一步减少载流子在外延层中的迁移，并进一步减少半导体器件中存在的漏电流。

技术领域

本申请涉及半导体集成电路制作技术领域，具体而言，涉及一种沟槽隔离结构、其制作方法及半导体器件和图像传感器。

背景技术

在半导体器件中需要在不同器件之间设置隔离结构以将器件隔离开。其中，沟槽隔离结构因其具有隔离效果好、制作工艺简单等优点，成为半导体器件中最常用的隔离结构之一。现有沟槽隔离结构通常包括设置于衬底中的浅沟槽，以及设置于浅沟槽中的隔离物质层。这种沟槽隔离结构在实际操作的过程中，由于浅沟槽周围衬底中的载流子会迁移到浅沟槽内表面，进而在浅沟槽内表面和隔离物质层之间产生漏电流，从而降低半导体器件的性能。

图像传感器是能够感受光学图像信息并将其转换成可输出信号的半导体传感器。现有图像传感器通常包括设置于衬底中的光电二极管和晶体管等器件，以及设置于上述器件之间的沟槽隔离结构。在实际操作的过程中，图像传感器中的沟槽隔离结构同样也会产生上述所指出的浅沟槽内表面和沟槽隔离结构之间产生漏电流的问题。这种漏电流现象的产生会降低图像传感器的像素，进而降低图像传感器的性能。

目前，技术人员尝试在沟槽隔离结构的制作过程中，形成浅沟槽后，对浅沟槽的内壁进行离子注入以在浅沟槽的内壁上形成注入区，通过改变浅沟槽内壁部分相对于衬底的材料，以阻挡衬底中的载流子迁移到浅沟槽内表面，进而减少沟槽隔离结构中的漏电流。然而，在这种方法中，离子注入的过程因会受到衬底上其他器件结构（例如光刻胶等）的阻挡，而造成注入区中的注入离子分布不均匀。而这种不均匀分布就能够导致沟槽隔离结构中仍然会产生漏电流。于此同时，在上述方法中，离子注入的过程还有可能会对衬底以及其他器件造成损伤，进而进一步降低半导体器件的性能。

发明内容

本申请旨在提供一种沟槽隔离结构、其制作方法、及半导体器件和图像传感器，以提高半导体器件的性能。

本申请提供了一种沟槽隔离结构，包括设置于衬底中的浅沟槽，以及设置于浅沟槽中的隔离物质层，其中沟槽隔离结构还包括：外延结构，设置于浅沟槽与隔离物质层之间，外延结构包括至少一层由原位掺杂形成的外延层。

进一步地，上述浅沟槽隔离结构的外延层中所掺杂的掺杂元素为碳或硼。

进一步地，上述浅沟槽隔离结构的外延结构包括：第一外延层，设置于浅沟槽与隔离物质层之间；以及第二外延层，设置于第一外延层与隔离物质层之间。

进一步地，上述浅沟槽隔离结构的外延结构中，第一外延层中掺杂元素为硼；第二外延层中掺杂元素为碳。

进一步地，上述浅沟槽隔离结构的外延结构还包括：第三外延层，设置于浅沟槽和第一外延层之间，第三外延层中掺杂元素为碳。

进一步地，上述浅沟槽隔离结构中各外延层中掺杂元素的掺杂量为5×10¹³～5×10¹⁸atom/cm³。

进一步地，上述浅沟槽隔离结构中外延结构的厚度为浅沟槽的宽度的1/10～1/4。

本申请还提供了一种沟槽隔离结构的制作方法，该制作方法包括：在衬底中形成浅沟槽；在浅沟槽的内壁上形成外延结构，形成外延结构的步骤包括形成至少一层由原位掺杂形成的外延层；在外延结构上形成隔离物质层。