[发明专利]孔洞的硅外延填充方法

权利要求书

1.一种孔洞的硅外延填充方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成硬质掩膜层的图形，所述硬质掩膜层的图形将孔洞的形成区域打开以及将所述孔洞的形成区域外覆盖，以所述硬质掩膜层为掩膜对所述半导体衬底进行刻蚀形成孔洞；

所述半导体衬底包括硅衬底；

在所述半导体衬底表面还形成有第三硅外延层，所述孔洞形成于所述第三硅外延层中；

步骤二、采用共形外延生长工艺在所述孔洞的内侧表面上形成第一硅外延层；所述第一硅外延层的厚度要求保证所述孔洞具有开口；

步骤三、采用刻蚀沉积循环外延生长工艺在形成有所述第一硅外延层的所述孔洞内从底部到顶部生长第二硅外延层，由所述第一硅外延层和所述第二硅外延层叠加形成无空洞的硅外延填充层；

所述孔洞位于CMOS图像传感器的像素区；

所述第三硅外延层为P型掺杂，所述第一硅外延层为P型掺杂，所述第二硅外延层为N型掺杂；

所述CMOS图像传感器的光电二极管的N型区由所述第二硅外延层形成；所述孔洞的根据所述光电二极管的反偏时的耗尽区的深度要求值设置以实现对所述光电二极管进行纵向尺寸拓展；

所述第一硅外延层作为所述光电二极管之间的隔离区。

2.如权利要求1所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：步骤二的所述共形外延生长工艺之前还包括对所述半导体衬底进行氢气烘烤以去除所述孔洞的内侧表面的自然氧化层。

3.如权利要求2所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：步骤二的所述共形外延生长工艺在外延工艺腔中进行，所述氢气烘烤也在所述外延工艺腔中进行。

4.如权利要求3所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：步骤二中，所述共形外延生长工艺的工艺气体条件包括：通入硅源气体以及不通入刻蚀气体。

5.如权利要求4所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：步骤三中，所述刻蚀沉积循环外延生长工艺的每次循环中包括一次刻蚀子步骤和一次沉积子步骤。

6.如权利要求5所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：步骤三中，所述刻蚀沉积循环外延生长工艺也在所述外延工艺腔中进行。

7.如权利要求5或6所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：所述刻蚀子步骤的工艺气体条件包括通入刻蚀气体以及不通入硅源气体；所述沉积子步骤的工艺气体条件包括通入刻蚀气体和硅源气体。

8.如权利要求7所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：所述硅源气体包括DCS，所述刻蚀气体包括HCl。

9.如权利要求8所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：所述共形外延生长的工艺压强为80Torr，DCS的流量为200sccm。

10.如权利要求8所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：所述刻蚀沉积循环外延生长工艺的工艺压强为10Torr，工艺温度为900℃。

11.如权利要求1所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：在俯视面上，所述孔洞的形状包括方形。

12.如权利要求11所述的孔洞的硅外延填充方法，其特征在于：所述孔洞的关键尺寸为0.5微米～2.0微米，深度为1微米～5微米。