[发明专利]孔洞的硅外延填充方法

说明书

本发明公开了一种孔洞的硅外延填充方法，包括：步骤一、在半导体衬底上形成硬质掩膜层的图形并对半导体衬底进行刻蚀形成孔洞。步骤二、采用共形外延生长工艺在孔洞的内侧表面上形成第一硅外延层；第一硅外延层的厚度要求保证孔洞具有开口。步骤三、采用刻蚀沉积循环外延生长工艺在孔洞内从底部到顶部生长第二硅外延层，由第一硅外延层和第二硅外延层叠加形成无空洞的硅外延填充层。本发明能对孔洞实现无空洞填充，从而能提高填充质量；特别适用于CMOS图像传感器的孔洞填充工艺中，从而能对光电二极管的纵向尺寸进行很好的拓展并实现高质量的光电二极管结构。

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路制造方法，特别是涉及一种孔洞的硅外延填充方法。

背景技术

现有CMOS图像传感器由像素(Pixel)单元电路和CMOS电路构成，像素(Pixel)单元电路位于像素区(Pixel area)、CMOS电路为逻辑电路位于逻辑区(Logic area)。相对于CCD图像传感器，CMOS图像传感器因为采用CMOS标准制作工艺，因此具有更好的可集成度，可以与其他数模运算和控制电路集成在同一块芯片上，更适应未来的发展。

根据现有CMOS图像传感器的像素单元电路所含晶体管数目，其主要分为3T型结构和4T型结构。

如图1所示，是现有3T型CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路示意图；现有3T型CMOS图像传感器的像素单元电路包括光电二极管D1和CMOS像素读出电路。所述CMOS像素读出电路为3T型像素电路，包括复位管M1、放大管M2、选择管M3，三者都为NMOS管。

所述光电二极管D1的N型区和所述复位管M1的源极相连。

所述复位管M1的栅极接复位信号Reset，所述复位信号Reset为一电位脉冲，当所述复位信号Reset为高电平时，所述复位管M1导通并将所述光电二极管D1的电子吸收到读出电路的电源Vdd中实现复位。当光照射的时候所述光电二极管D1产生光生电子，电位升高，经过放大电路将电信号传出。所述选择管M3的栅极接行选择信号Rs，用于选择将放大后的电信号输出即输出信号Vout。

如图2所示，是现有4T型CMOS图像传感器的像素单元电路的等效电路示意图；和图1所示结构的区别之处为，图2所示结构中多了一个转移晶体管或称为传输管M4，所述转移晶体管M4的源区为连接所述光电二极管D1的N型区，所述转移晶体管M4的漏区为浮空有源区(Floating Diffusion，FD)，所述转移晶体管M4的栅极连接传输控制信号Tx。所述光电二极管D1产生光生电子后，通过所述转移晶体管M4转移到浮空有源区中，然后通过浮空有源区连接到放大管M2的栅极实现信号的放大。

如图3A所示，是现有CMOS图像传感器的像素区的俯视图；图3B是沿图3A中线AA处的剖面图；像素区用于形成各像素单元，各像素单元中包括了光电二极管和CMOS像素读出电路，光电二极管是将光转换为电的关键器件，光电二极管是由N型区102和由底部的P型半导体衬底101组成的P型区叠加而成。在N型区102的周侧还形成有P型阱103。CMOS像素读取电流的各晶体管通常都为NMOS，这些NMOS管都形成在P型阱103上。由图3A所示可知，各像素单元会排列成阵列结构。

CIS的感光度会和像素区的尺寸大小强相关。光电二极管在复位后，N型区102基本会被耗尽，光会在耗尽区中被吸收被产生对应的光生电子，耗尽区还作为存储光生电子的势阱。所以，光电二极管的N型区102所形成的耗尽区越大，吸收效率和感光度也就会越高，势阱所能存储的光生电子的容量即满阱容量也会越大。

但是，如果通过增加光电二极管的N型区102的横向尺寸来提高光电二极管的N型区102所形成的耗尽区，则会光电二极管所占用的面积会增加，不利于CMOS图像传感器的尺寸缩小。