本發(fā)明涉及半導(dǎo)體測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種偏壓溫度不穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)構(gòu)及測(cè)試方法。

背景技術(shù)：

圖像傳感器是組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分。根據(jù)元件的不同，可分為CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合元件)和CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件)兩大類。CMOS傳感器因其擁有較高靈敏度、較短曝光時(shí)間和日漸縮小的像素尺寸獲得了廣泛的應(yīng)用。

CMOS圖像傳感器的像素單元是圖像傳感器實(shí)現(xiàn)感光的核心器件。最常用像素單元為包含一個(gè)光電二極管PD，四個(gè)MOS晶體管，懸浮擴(kuò)散極(Floating Diffusion Node，F(xiàn)D)的4T有源像素結(jié)構(gòu)，這些器件中光電二極管是感光單元，實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的收集和光電轉(zhuǎn)換，其它的MOS晶體管是控制單元，包括1個(gè)傳輸管(Transfer Gate，TG)，1個(gè)復(fù)位管(Reset)，1個(gè)源跟隨器(Source Follower，SF)和1個(gè)選通管(Row Selector，RS)，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)光電二極管的選中，復(fù)位，信號(hào)輸出，信號(hào)放大和讀出的控制。其工作原理是：當(dāng)有光線照射進(jìn)光電二極管PD中時(shí)，PD中就會(huì)產(chǎn)生光生載流子的積累，然后通過控制外部電路打開傳輸管PG，光生載流子就從PD流到懸浮擴(kuò)散極FD點(diǎn)，懸浮擴(kuò)散極FD既是傳輸管TG的漏極，又是一個(gè)PN結(jié)電容，F(xiàn)D點(diǎn)將光生載流子轉(zhuǎn)變成電壓信號(hào)輸出。為了避免PD之間的電學(xué)串?dāng)_，PD之間形成淺溝槽隔離STI。然而，在制作STI淺溝槽隔離時(shí)，由于硅襯底與STI填充材料SiO₂界面缺陷，會(huì)產(chǎn)生表面暗電流。

為了減小CMOS圖像傳感器的暗電流，現(xiàn)有技術(shù)中提出了利用離子注入代替制作STI淺溝槽隔離，將相鄰PD隔離的方法。然而，這種方法的隔離效果不如STI淺溝槽隔離，可能導(dǎo)致PD之間的電學(xué)串?dāng)_加劇。另一種減小暗電流的方法，是在相鄰PD之間采用超深STI淺溝槽隔離，在超深STI中填入摻雜的多晶硅/金屬并施加電壓，從而將PD的耗盡層推離STI邊緣，減小STI界面缺陷對(duì)暗電流的影響，并且由于超深槽結(jié)構(gòu)，隔離效果也更好，使得相鄰PD之間的電學(xué)串?dāng)_能大幅改善。然而，這種方法增加了多道工藝步驟，成本較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠簡(jiǎn)單改善CMOS圖像傳感器暗電流的方法極具有減小的暗電流的CMOS圖像傳感器像素結(jié)構(gòu)。

為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提供一種減小CMOS圖像傳感器暗電流的方法，包括以下步驟：

S1：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底中形成像素區(qū)的淺溝槽隔離以及像素區(qū)的光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)以及多晶硅傳輸柵；

S2：形成到達(dá)所述淺溝槽隔離內(nèi)部的第一接觸孔；

S3：在所述第一接觸孔中填充金屬形成淺溝槽隔離接觸；以及

S4：在所述淺溝槽隔離接觸上施加負(fù)偏壓。

優(yōu)選地，步驟S2包括：

S21：沉積刻蝕停止層并刻蝕所述刻蝕停止層以暴露所述淺溝槽隔離；

S22：沉積層間介質(zhì)層并刻蝕所述層間介質(zhì)層以及淺溝槽隔離以形成到達(dá)所述淺溝槽隔離內(nèi)部的第一接觸孔。

優(yōu)選地，所述第一接觸孔的深度大于等于所述光電二極管的深度。

優(yōu)選地，步驟S2還包括：在形成到達(dá)所述淺溝槽內(nèi)部的第一接觸孔的同時(shí)形成到達(dá)所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和多晶硅傳輸柵的第二接觸孔；步驟S3還包括：在所述第二接觸孔中填充金屬形成浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)接觸以及多晶硅傳輸柵接觸。

優(yōu)選地，步驟S2包括：

S21’：沉積刻蝕停止層并刻蝕所述刻蝕停止層以暴露所述淺溝槽隔離；

S22’：沉積層間介質(zhì)層并刻蝕所述層間介質(zhì)層以及淺溝槽隔離；

S23’：刻蝕所述刻蝕停止層以及淺溝槽隔離以形成所述第二接觸孔和第一接觸孔。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種具有減小的暗電流的CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)，包括：形成于半導(dǎo)體襯底中像素區(qū)的淺溝槽隔離、光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和多晶硅傳輸柵；以及到達(dá)所述淺溝槽隔離內(nèi)部的淺溝槽隔離接觸，其中所述淺溝槽隔離接觸上施加負(fù)偏壓。

優(yōu)選地，所述淺溝槽隔離接觸的深度大于等于所述光電二極管的深度。

優(yōu)選地，所述像素結(jié)構(gòu)還包括到達(dá)所述浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和多晶硅傳輸柵的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)接觸以及多晶硅傳輸柵接觸。

本發(fā)明通過在CMOS圖像傳感器像素區(qū)的淺溝槽隔離上形成到達(dá)其內(nèi)部的淺溝槽隔離接觸并施加負(fù)偏壓來吸引電子、凍化界面缺陷、擴(kuò)大淺溝槽隔離側(cè)壁與光電二極管之間的耗盡層，從而減小STI側(cè)壁缺陷對(duì)PD的影響，最終降低暗電流。

附圖說明

圖1所示為本發(fā)明一實(shí)施例的具有減小的暗電流的CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖2-圖5所示為本發(fā)明一實(shí)施例的減小CMOS圖像傳感器暗電流的方法的各步驟后形成的結(jié)構(gòu)的剖視圖；

圖6和圖7所示為本發(fā)明實(shí)施例的第一接觸孔的兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚易懂，以下結(jié)合說明書附圖，對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的一般替換也涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。

請(qǐng)參見圖1，本發(fā)明的具有減小的暗電流的CMOS圖像傳感器的像素結(jié)構(gòu)包括形成于半導(dǎo)體襯底中像素區(qū)的淺溝槽隔離、光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和多晶硅傳輸柵、和到達(dá)淺溝槽隔離內(nèi)部的淺溝槽隔離接觸。此外，在浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)和多晶硅傳輸柵上也分別形成了浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)接觸以及多晶硅傳輸柵接觸。需要注意的是，在淺溝槽隔離接觸上施加了負(fù)偏壓VSS，通過施加該負(fù)偏壓可以吸引光電二極管PN結(jié)電子、擴(kuò)大淺溝槽隔離側(cè)壁與光電二極管之間的耗盡層，從而減小STI側(cè)壁缺陷對(duì)光電二極管的影響，最終降低暗電流。優(yōu)選地，淺溝槽隔離接觸的深度為大于等于光電二極管的深度，以提供更好的電子吸引效果，凍化界面缺陷。

將下來將結(jié)合圖2-圖5對(duì)本發(fā)明一實(shí)施例的減小CMOS圖像傳感器暗電流的方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明的減小CMOS圖像傳感器暗電流的方法包括以下步驟：

S1：提供半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底中形成像素區(qū)的淺溝槽隔離以及像素區(qū)的光電二極管、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)以及多晶硅傳輸柵。

如圖2所示，在半導(dǎo)體襯底100中形成像素區(qū)的淺溝槽隔離101和像素區(qū)的光電二極管102、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)103以及多晶硅傳輸柵104(像素區(qū)的其他晶體管結(jié)構(gòu)在此省略)。其中淺溝槽隔離的材料例如為二氧化硅。

S2：形成到達(dá)淺溝槽隔離內(nèi)部的第一接觸孔。

請(qǐng)參見圖3，本步驟中，首先在圖2所示的結(jié)構(gòu)上沉積一層襯氧化層110和一層刻蝕停止層120，刻蝕該刻蝕停止層120和襯氧化層110從而形成暴露淺溝槽隔離101的開口?？涛g停止層120的材料例如是氮化硅，襯氧化層的材料例如是二氧化硅。然后如圖4所示，沉積一層層間介質(zhì)層130并平坦化。上述的沉積工藝可通過常規(guī)CMOS工藝完成，本發(fā)明不加以限制。請(qǐng)繼續(xù)參考圖5，刻蝕該層間介質(zhì)層130以及淺溝槽隔離101從而形成到達(dá)淺溝槽隔離101內(nèi)部的第一接觸孔105。圖6和圖7所示為第一接觸孔的俯視圖。在本實(shí)施中，第一接觸孔在平面方向上可以設(shè)計(jì)為如圖6所示的具有多個(gè)分隔的正方形的結(jié)構(gòu)，也可以是如圖7所示的設(shè)計(jì)為具有長(zhǎng)條形結(jié)構(gòu)。本步驟中，也同時(shí)形成到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102和多晶硅傳輸柵103的第二接觸孔106。具體來說，在對(duì)應(yīng)于淺溝槽隔離101、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102和多晶硅傳輸柵103的位置向下刻蝕層間介質(zhì)層130，由于氮化硅/二氧化硅的高刻蝕選擇比，對(duì)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102和多晶硅傳輸柵103的刻蝕將停止于刻蝕停止層120；同時(shí)由于淺溝槽隔離上方?jīng)]有覆蓋刻蝕停止層120，而其本身材料與層間介質(zhì)層130相同，淺溝槽隔離101將繼續(xù)被刻蝕到其內(nèi)部，在其內(nèi)部形成深槽。之后，繼續(xù)刻蝕該氮化硅刻蝕停止層120以到達(dá)浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)102和多晶硅傳輸柵103，形成接觸孔106；在刻蝕氮化硅刻蝕停止層120的過程中，淺溝槽隔離101內(nèi)部也可能會(huì)繼續(xù)被刻蝕，最終形成接觸孔105。較佳地，接觸孔105的深度大于等于光電二極管102的深度。

S3：在第一接觸孔中填充金屬形成淺溝槽隔離接觸。

本步驟中，在接觸孔105和106中填充金屬，形成淺溝槽隔離接觸、浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)接觸以及多晶硅傳輸柵接觸。

S4：在淺溝槽隔離接觸上施加負(fù)偏壓。

最后，在淺溝槽隔離接觸上施加負(fù)偏壓VSS，形成如圖1所示的結(jié)構(gòu)，從而吸引光電二極管PN結(jié)電子、擴(kuò)大淺溝槽隔離側(cè)壁與光電二極管之間的耗盡層，減小暗電流。

本發(fā)明通過在CMOS圖像傳感器像素區(qū)的淺溝槽隔離上形成到達(dá)其內(nèi)部的淺溝槽隔離接觸并施加負(fù)偏壓來吸引電子、凍化界面缺陷、擴(kuò)大淺溝槽隔離側(cè)壁與光電二極管之間的耗盡層，從而減小STI側(cè)壁缺陷對(duì)PD的影響，最終降低暗電流。此外，本發(fā)明中淺溝槽隔離接觸可在形成浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)接觸以及多晶硅傳輸柵接觸的同時(shí)形成，無需額外的工藝步驟，節(jié)約了工藝成本。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭示如上，然所述諸多實(shí)施例僅為了便于說明而舉例而已，并非用以限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下可作若干的更動(dòng)與潤(rùn)飾，本發(fā)明所主張的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求書所述為準(zhǔn)。