CN108831896B - 像素单元顶部的沟槽及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种像素单元顶部的沟槽，像素单元形成于有源区中，在像素单元的周侧形成有多晶硅层，多晶硅层将像素单元的区域全部暴露；顶部介质层覆盖在像素单元和多晶硅层的表面；沟槽通过对顶部介质层的刻蚀形成，沟槽的底部区域的开口边界由多晶硅层的侧面自对准定义，保证沟槽的底部将像素单元的区域全部打开；沟槽的顶部区域的开口边界通过光刻定义，沟槽的顶部区域的开口大于沟槽的底部区域的开口；沟槽的刻蚀工艺以多晶硅层为停止层并使沟槽的顶部区域的开口边界落在多晶硅层上。本发明还公开了一种像素单元顶部的沟槽的制造方法。本发明能防止沟槽的刻蚀工艺对像素单元表面产生损伤，防止像素功能指标恶化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别是涉及一种像素单元顶部的沟槽；本发明还涉及一种像素单元顶部的沟槽的制造方法。
背景技术
CMOS图像传感器(CMOS Image Sensor，CIS)由像素(Pixel)单元电路和CMOS电路构成，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。
像素单元通过感光二极管感光实现将光电信号之间的转换。像素单元形成于有源区中，为了增加像素单元对光的吸收，像素单元上方的介质层被干刻工艺去除以增加透光量，其中介质层被去除的区域形成沟槽。但是由于光刻套准精度的局限，超深沟槽刻蚀经常会造成像素单元损伤。
如图1A所示，是现有像素单元顶部的沟槽的俯视图；图1B是沿图1A的AA线的剖面图；像素单元形成于有源区101中，有源区101周围被场氧104隔离，场氧103通常为浅沟槽场氧；通常，有源区101由被场氧104隔离出的半导体衬底如硅衬底101a组成。沟槽102的形成区域大于有源区101的区域，沟槽102通过对介质层105进行刻蚀后形成。图1A中还显示了传输栅极(Transfer Gate，TG)103，TG103为控制像素单元中的电子向外传输的开关。
介质层105能为多层介质材料的叠加结构，如氧化层和氮化层的叠加结构。
氮化硅层106覆盖在有源区101的表面，并作为介质层105的最底层。氮化硅层106用于在沟槽102刻蚀时作为刻蚀的停止层。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种像素单元顶部的沟槽，能防止沟槽的刻蚀工艺对像素单元表面产生损伤，防止像素功能指标恶化。为此，本发明还提供一种像素单元顶部的沟槽的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明提供的像素单元顶部的沟槽，像素单元形成于有源区中，所述有源区的周侧通过场氧隔离。
在所述像素单元的周侧形成有多晶硅层，所述多晶硅层将所述像素单元的区域全部暴露。
顶部介质层覆盖在所述像素单元和所述多晶硅层的表面。
沟槽通过对所述顶部介质层的刻蚀形成，所述沟槽的底部区域的开口边界由所述多晶硅层的侧面自对准定义，保证所述沟槽的底部将所述像素单元的区域全部打开；
所述沟槽的顶部区域的开口边界通过光刻定义，所述沟槽的顶部区域的开口大于所述沟槽的底部区域的开口；所述沟槽的刻蚀工艺以所述多晶硅层为停止层并使所述沟槽的顶部区域的开口边界落在所述多晶硅层上，防止所述沟槽的光刻套准偏差时刻蚀对所述像素单元的表面产生刻蚀损伤。
进一步的改进是，所述场氧为浅沟槽场氧。
进一步的改进是，所述像素单元为CMOS图像传感器的像素单元，包括3T型结构和4T型结构。
进一步的改进是，所述顶部介质层包括氧化层或氮化层。
进一步的改进是，在俯视面上所述多晶硅层呈由多个多晶硅段组成的环绕式结构。
进一步的改进是，所述多晶硅层和所述有源区之间隔离有栅氧化层；
进一步的改进是，所述沟槽的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。
为解决上述技术问题，本发明提供的像素单元顶部的沟槽的制造方法包括如下步骤：
步骤一、在有源区中形成像素单元，所述有源区的周侧通过场氧隔离。
步骤二、在所述像素单元的周侧形成多晶硅层，所述多晶硅层将所述像素单元的区域全部暴露。
步骤三、形成顶部介质层，所述顶部介质层覆盖在所述像素单元和所述多晶硅层的表面。
步骤四、光刻定义出沟槽的形成区域，所述沟槽的形成区域大于所述多晶硅层所围绕的区域。
步骤五、对所述顶层介质层进行刻蚀形成所述沟槽，所述沟槽的刻蚀工艺以所述多晶硅层为停止层，刻蚀完成后，所述沟槽包括底部区域和顶部区域，所述沟槽的底部区域的开口边界由所述多晶硅层的侧面自对准定义，保证所述沟槽的底部将所述像素单元的区域全部打开；所述沟槽的顶部区域为由步骤四中的光刻定义的所述沟槽的形成区域，所述沟槽的顶部区域的开口大于所述沟槽的底部区域的开口；所述沟槽的顶部区域的开口边界落在所述多晶硅层上，防止所述沟槽的光刻套准偏差时刻蚀对所述像素单元的表面产生刻蚀损伤。
进一步的改进是，所述场氧为浅沟槽场氧。
进一步的改进是，所述像素单元为CMOS图像传感器的像素单元，包括3T型结构和4T型结构。
进一步的改进是，所述顶部介质层包括氧化层或氮化层。
进一步的改进是，在俯视面上所述多晶硅层呈由多个多晶硅段组成的环绕式结构。
进一步的改进是，步骤二中在形成所述多晶硅层之前还包括形成栅氧化层的步骤，使所述多晶硅层和所述有源区之间隔离有所述栅氧化层；
进一步的改进是，所述沟槽的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。
进一步的改进是，所述有源区由被所述场氧隔离出来的硅衬底形成。
进一步的改进是，所述顶部介质层中最底层采用氮化硅层，通过所述顶部介质层的最底层的氮化硅层作为步骤五中所述沟槽刻蚀时所述像素单元的区域的刻蚀停止层。
本发明通过在形成顶部介质层之前，在像素单元的周侧形成将像素单元的区域全部暴露的多晶硅层，这样，多晶硅层能够作为沟槽的刻蚀工艺中对顶部介质层刻蚀的停止层，使沟槽的刻蚀停止在多晶硅层上，防止沟槽的刻蚀工艺特别是沟槽的光刻套准偏差时刻蚀对像素单元表面产生损伤；同时，多晶硅层的侧面还作为沟槽的底部区域开口边界的自对准侧面，从而能保证沟槽的底部将像素单元的区域全部打开，所以，本发明能在保证沟槽将像素单元全部打开并实现像素单元很好的光吸收的条件下，防止沟槽的光刻套准偏差时刻蚀对像素单元表面产生损伤并防止像素功能指标恶化。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
图1A是现有像素单元顶部的沟槽的俯视图；
图1B是沿图1A的AA线的剖面图；
图2A是本发明实施例像素单元顶部的沟槽的俯视图；
图2B是沿图2A的BB线的剖面图。
具体实施方式
如图2A所示，是本发明实施例像素单元顶部的沟槽的俯视图；图2B是沿图2A的BB线的剖面图，本发明实施例中，像素单元形成于有源区1中，所述有源区1的周侧通过场氧4隔离。通常，所述场氧4为浅沟槽场氧，所述有源区1由被所述场氧4隔离的半导体衬底如硅衬底1a组成。所述像素单元为CMOS图像传感器的像素单元，包括3T型结构和4T型结构。
在所述像素单元的周侧形成有多晶硅层2，所述多晶硅层2将所述像素单元的区域全部暴露。在俯视面上所述多晶硅层2呈由多个多晶硅段组成的环绕式结构。所述多晶硅层2和所述有源区1之间隔离有栅氧化层。
图2A中还显示了传输栅极3，传输栅极3为控制像素单元中的电子向外传输的开关。
顶部介质层5覆盖在所述像素单元和所述多晶硅层2的表面。所述顶部介质层5包括氧化层或氮化层。
沟槽6通过对所述顶部介质层5的刻蚀形成，所述沟槽6的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。所述沟槽6的底部区域的开口边界由所述多晶硅层2的侧面自对准定义，保证所述沟槽6的底部将所述像素单元的区域全部打开。
所述顶部介质层5中最底层采用氮化硅层7，通过所述顶部介质层5的最底层的氮化硅层7作为所述沟槽6刻蚀时所述像素单元的区域的刻蚀停止层。
所述沟槽6的顶部区域的开口边界通过光刻定义，所述沟槽6的顶部区域的开口大于所述沟槽6的底部区域的开口；所述沟槽6的刻蚀工艺以所述多晶硅层2为停止层并使所述沟槽6的顶部区域的开口边界落在所述多晶硅层2上，防止所述沟槽6的光刻套准偏差时刻蚀对所述像素单元的表面产生刻蚀损伤。
本发明实施例像素单元顶部的沟槽的制造方法包括如下步骤：
步骤一、在有源区1中形成像素单元，所述有源区1的周侧通过场氧4隔离。
所述场氧4为浅沟槽场氧。所述有源区1由被所述场氧4隔离的半导体衬底如硅衬底1a组成。
所述像素单元为CMOS图像传感器的像素单元，包括3T型结构和4T型结构。
步骤二、在所述像素单元的周侧形成多晶硅层2，所述多晶硅层2将所述像素单元的区域全部暴露。
在俯视面上所述多晶硅层2呈由多个多晶硅段组成的环绕式结构。
步骤二中在形成所述多晶硅层2之前还包括形成栅氧化层的步骤，使所述多晶硅层2和所述有源区1之间隔离有所述栅氧化层。
步骤三、形成顶部介质层5，所述顶部介质层5覆盖在所述像素单元和所述多晶硅层2的表面。
所述顶部介质层5包括氧化层或氮化层。
所述顶部介质层5中最底层采用氮化硅层7，通过所述顶部介质层5的最底层的氮化硅层7作为后续步骤五中沟槽6刻蚀时所述像素单元的区域的刻蚀停止层。
步骤四、光刻定义出沟槽6的形成区域，所述沟槽6的形成区域大于所述多晶硅层2所围绕的区域。
步骤五、对所述顶层介质层进行刻蚀形成所述沟槽6，所述沟槽6的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。所述沟槽6的刻蚀工艺以所述多晶硅层2为停止层，刻蚀完成后，所述沟槽6包括底部区域和顶部区域，所述沟槽6的底部区域的开口边界由所述多晶硅层2的侧面自对准定义，保证所述沟槽6的底部将所述像素单元的区域全部打开；所述沟槽6的顶部区域为由步骤四中的光刻定义的所述沟槽6的形成区域，所述沟槽6的顶部区域的开口大于所述沟槽6的底部区域的开口；所述沟槽6的顶部区域的开口边界落在所述多晶硅层2上，防止所述沟槽6的光刻套准偏差时刻蚀对所述像素单元的表面产生刻蚀损伤。
本发明实施例通过在形成顶部介质层5之前，在像素单元的周侧形成将像素单元的区域全部暴露的多晶硅层2，这样，多晶硅层2能够作为沟槽6的刻蚀工艺中对顶部介质层5刻蚀的停止层，使沟槽6的刻蚀停止在多晶硅层2上，防止沟槽6的刻蚀工艺特别是沟槽6的光刻套准偏差时刻蚀对像素单元表面产生损伤；同时，多晶硅层2的侧面还作为沟槽6的底部区域开口边界的自对准侧面，从而能保证沟槽6的底部将像素单元的区域全部打开，所以，本发明能在保证沟槽6将像素单元全部打开并实现像素单元很好的光吸收的条件下，防止沟槽6的光刻套准偏差时刻蚀对像素单元表面产生损伤并防止像素功能指标恶化。
以上通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，但这些并非构成对本发明的限制。在不脱离本发明原理的情况下，本领域的技术人员还可做出许多变形和改进，这些也应视为本发明的保护范围。
Claims (15)
1.一种像素单元顶部的沟槽，其特征在于：
像素单元形成于有源区中，所述有源区的周侧通过场氧隔离；
在所述像素单元的周侧形成有多晶硅层，所述多晶硅层将所述像素单元的区域全部暴露；
顶部介质层覆盖在所述像素单元和所述多晶硅层的表面；
沟槽通过对所述顶部介质层的刻蚀形成，所述沟槽的底部区域的开口边界由所述多晶硅层的侧面自对准定义，保证所述沟槽的底部将所述像素单元的区域全部打开；
所述沟槽的顶部区域的开口边界通过光刻定义，所述沟槽的顶部区域的开口大于所述沟槽的底部区域的开口；所述沟槽的刻蚀工艺以所述多晶硅层为停止层并使所述沟槽的顶部区域的开口边界落在所述多晶硅层上，防止所述沟槽的光刻套准偏差时刻蚀对所述像素单元的表面产生刻蚀损伤。
2.如权利要求1所述的像素单元顶部的沟槽，其特征在于：所述场氧为浅沟槽场氧。
3.如权利要求1所述的像素单元顶部的沟槽，其特征在于：所述像素单元为CMOS图像传感器的像素单元，包括3T型结构和4T型结构。
4.如权利要求1所述的像素单元顶部的沟槽，其特征在于：所述顶部介质层包括氧化层或氮化层。
5.如权利要求1所述的像素单元顶部的沟槽，其特征在于：在俯视面上所述多晶硅层呈由多个多晶硅段组成的环绕式结构。
6.如权利要求1所述的像素单元顶部的沟槽，其特征在于：所述多晶硅层和所述有源区之间隔离有栅氧化层。
7.如权利要求1所述的像素单元顶部的沟槽，其特征在于：所述沟槽的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。
8.一种像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、在有源区中形成像素单元，所述有源区的周侧通过场氧隔离；
步骤二、在所述像素单元的周侧形成多晶硅层，所述多晶硅层将所述像素单元的区域全部暴露；
步骤三、形成顶部介质层，所述顶部介质层覆盖在所述像素单元和所述多晶硅层的表面；
步骤四、光刻定义出沟槽的形成区域，所述沟槽的形成区域大于所述多晶硅层所围绕的区域；
步骤五、对所述顶部介质层进行刻蚀形成所述沟槽，所述沟槽的刻蚀工艺以所述多晶硅层为停止层，刻蚀完成后，所述沟槽包括底部区域和顶部区域，所述沟槽的底部区域的开口边界由所述多晶硅层的侧面自对准定义，保证所述沟槽的底部将所述像素单元的区域全部打开；所述沟槽的顶部区域为由步骤四中的光刻定义的所述沟槽的形成区域，所述沟槽的顶部区域的开口大于所述沟槽的底部区域的开口；所述沟槽的顶部区域的开口边界落在所述多晶硅层上，防止所述沟槽的光刻套准偏差时刻蚀对所述像素单元的表面产生刻蚀损伤。
9.如权利要求8所述的像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于：所述场氧为浅沟槽场氧。
10.如权利要求8所述的像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于：所述像素单元为CMOS图像传感器的像素单元，包括3T型结构和4T型结构。
11.如权利要求8所述的像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于：所述顶部介质层包括氧化层或氮化层。
12.如权利要求8所述的像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于：在俯视面上所述多晶硅层呈由多个多晶硅段组成的环绕式结构。
13.如权利要求8所述的像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于：步骤二中在形成所述多晶硅层之前还包括形成栅氧化层的步骤，使所述多晶硅层和所述有源区之间隔离有所述栅氧化层。
14.如权利要求8所述的像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于：所述沟槽的刻蚀工艺为干法刻蚀工艺。
15.如权利要求11所述的像素单元顶部的沟槽的制造方法，其特征在于：所述顶部介质层中最底层采用氮化硅层，通过所述顶部介质层的最底层的氮化硅层作为步骤五中所述沟槽刻蚀时所述像素单元的区域的刻蚀停止层。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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