攝像元件和它的製造方法
2023-06-14 03:31:41
專利名稱：攝像元件和它的製造方法
技術領域：
本發明涉及一種攝像元件，多個攝像元件構成一種CCD(即ChargeCoupled Device，電荷耦合器件)型固體圖像敏感器件，也涉及一種製造該攝像元件的方法。
背景技術：
通常已提出各種CCD(即電荷耦合器件)型固體圖像敏感器件。CCD型固體圖像敏感器件由在單塊襯底上例如以線狀或矩陣狀形成的大量攝像元件構成。
圖4是示出現有攝像元件200的結構的圖。光接收部分13把入射光變換成與入射光強度相應的電荷量。當過量的光入射到光接收部分13上時，P型阱層12使光接收部分13中產生的過量電荷放電到N型半導體襯底11。即，P型阱層12的功能是作為垂直型溢流口。電荷讀出部分(也稱為轉移柵部分)23讀出在光接收部分13產生的電荷。CCD層(也稱為電荷轉移部分或CCD寄存器)15輸出光接收部分13的電荷，該電荷由電荷讀出部分23讀出到輸出電路(圖中未示出)。在CCD層15下面的勢壘層14防止N型半導體襯底11與CCD層15之間的電荷交換。表面P+層16包括分隔相鄰攝像元件的P+雜質層16a，表面P+層16控制光接收部分13的暗電流。根據在雜質層17中所摻的P型雜質量，控制電荷讀出部分23的閾值。
下面簡要描述如何製造攝像元件200。
首先，在N型半導體襯底11上形成P阱層12後，在P阱層內部形成由N型雜質構成的CCD層15、在CCD層15下面由P型雜質構成的勢壘層14以及分隔相鄰攝像元件的P+雜質層16a。其後，由硼輻射形成用於控制電荷讀出部分23的閾值的P型雜質層17。由讀硼輻射形成的P型雜質的摻雜是對襯底11上形成攝像元件的整個區域進行的。
在上述工藝後，緊接著形成氧化矽膜18，氮化矽膜19，柵電極20，和覆蓋柵電極20的氧化矽層21。並且，接著形成第二柵電極(圖中未示出)。其後，通過對由柵電極20和第二柵電極限定的長方形區域摻以N型雜質，形成光接收部分13。用相同方法，通過利用柵電極的自對準，形成表面P+層16。此外，表面P+層16也連接到已經形成的P+雜質層16a。在排列了大量攝像元件的區域外，表面P+層16接地，使光接收部分13的表面電位等於地電位。然後，通過用幹法刻蝕形成遮光金屬層22來完成攝像元件200。
由在單塊襯底上形成的大量攝像元件200構成的固體圖像敏感器件(所謂CCD觸點)讀出圖像，因而當已被讀出的該圖像在顯示器件上示出時，與工作不正常的攝像元件所在的位置相對應，在顯示器件的再生圖像上出現空白像素。而空白像素是不希望的。為了形成上述現有的攝像元件200的光接收部分13，在該處摻以N型雜質。因此，執行實際光電變換的N型雜質量由於已被摻入的P型雜質層17的作用而減少，這是引起不正常工作的一個因素。
為了解決上述技術問題，已經提議在製造攝像元件200時(參考日本未經審查的特開平No.1-281764專利公報)，僅僅在柵電極20下面與雜質層17起電荷讀出部分23的作用的位置相對應，形成雜質層17，用於控制閾值。
然而，當雜質層17僅僅在柵電極20下面雜質層17起電荷讀出部分23作用的那個位置形成時，必須在摻雜位置製造抗蝕劑掩模，而且必須使柵電極大(或長)至某種程度。在希望攝像元件小型化的情況下，計及與掩模製造精度相關的任何偏差等，要使柵電極增大(或加長)，這是不希望的，因為這會招致光接收部分13的電容減少。
發明內容
因此，本發明的一個目的在於提供具有能保證必要的電容的光接收部分且能精確工作的小尺寸攝像元件。
本發明的另一個目的在於提供製造小尺寸攝像元件的方法。
為了實現本發明的上述目的，按照其一個方面提供具有一種導電類型的半導體襯底的第一攝像元件，它至少包括光接收部分、電荷讀出部分和電荷轉移部分。光接收部分把入射到光接收表面上的光變換成電荷。電荷讀出部分讀出由光接收部分產生的電荷。電荷轉移部分輸出由電荷讀出部分讀出的電荷。第一攝像元件包括非摻雜區和第一雜質製成的層。非摻雜區在光接收部分的光接收表面內遠離電荷讀出部分一側的邊界線處形成。確定電荷讀出部分的閾值的第一雜質沒有摻入非摻雜區內。第一雜質製成的層至少在光接收部分的光接收表面內除了非摻雜區以外的摻雜區，在電荷轉移部分和在電荷讀出部分形成。
為了實現本發明的上述目的，按照其另一方面，形成第二攝像元件，其中，由第一雜質製成的層至少在光接收部分的光接收表面內除了非摻雜區以外的摻雜區，以及在除了光接收部分以外的光接收部分外側的區域形成。
為了實現本發明的上述目的，按照其又一方面，形成第三攝像元件，其中，相對於在上述第一和第二攝像元件之一中第一雜質未摻入其中的非摻雜區和第一雜質的摻雜區，光接收部分通過僅僅摻以與第一雜質的導電類型不同的必要量的第二雜質形成，用於使非摻雜區起光接收部分的作用。
為了實現本發明的上述另一目的，提供製造攝像元件的第一方法，該攝像元件具有一種導電類型的半導體襯底，至少包括光接收部分，電荷讀出部分和電荷轉移部分。光接收部分把入射到光接收表面上的光變換成電荷。電荷讀出部分讀出由光接收部分產生的電荷。電荷轉移部分輸出由電荷讀出部分讀出的電荷。本發明的製造攝像元件的第一方法包括至少在光接收部分的光接收表面內除了非摻雜區以外的摻雜區和電荷讀出部分，形成確定電荷讀出部分的閾值的由第一雜質製成的層的步驟。非摻雜區在光接收部分的光接收表面內遠離電荷讀出部分一側的邊界線處形成，它阻止第一雜質的摻雜。
為了實現本發明的上述另一目的，提供製造攝像元件的第二方法，其中，在形成第一雜質製成的層的步驟中，由第一雜質製成的層在光接收部分的光接收表面內除了非摻雜區以外的摻雜區和在除了光接收部分以外的光接收部分外側的區域形成。
為了實現本發明的上述另一目的，提供製造攝像元件的第三方法，其中，相對於在上述第一和第二方法之一中第一雜質未摻入其中的非摻雜區和第一雜質的摻雜區，如同形成其光接收部分的步驟一樣，還提供僅僅摻以與第一雜質的導電類型不同的必要量的第二雜質的步驟，使得非摻雜區起光接收部分的作用。
本發明的這些目的和其它目的以及特點可參照下列附圖，結合其優選實施例的下列描述而變得明晰。
圖1是示出按照本發明的實施例的攝像元件的結構的截面圖。
圖2A-2E是示出製造圖1中的攝像元件的步驟的剖面圖。
圖3A是圖1的攝像元件在製作時的俯視圖。
圖3B是圖1的攝像元件的俯視圖，示出由第一柵電極和第二柵電極區隔的光接收部分區域。
圖4是示出按照現有技術的攝像元件的結構的截面圖。
具體實施例方式
在由單塊襯底上形成的眾多攝像元件構成的固體圖像敏感器件讀出圖像，從而已經讀出的圖像在顯示器件上示出的情況下，涉及由攝像元件的不正常工作引起在顯示器件的再生圖像上的以白斑示出的像素缺陷，本申請的發明人研究了這種像素缺陷的起因。作為研究結果，發明人發現，當光接收部分的雜質量超過必要量，像素缺陷的發生率增加。這就是說，發明人發現，當試圖通過在上述攝像元件200(參見圖4)中增加N型雜質的摻雜量來保證光接收部分13的某個電容時，攝像元件200的品質反而惡化。
同時，也如上所解釋的，在僅僅在柵電極20下面起電荷讀出部分23作用的位置處摻以少量雜質(如日本未經審查的特開平No.1-281764專利公報)的情況下，導致柵電極的尺寸增大，還根據N型雜質的分散造成的電容變化，和/或導致CCD層15和光接收部分13的品質如同產品一樣呈現不均勻性。
按照本發明，攝像元件有非摻雜區「A」(參見圖1)，用來防止為控制電荷讀出部分的閾值的P型雜質摻入那個在光接收部分的光接收表面內遠離電荷讀出部分一側的邊界線的位置。在該結構中，P型雜質摻入整個其餘區域。術語「整個其餘區域」是指形成攝像元件的一個區域，它相應於光接收部分中除了非摻雜區「A」以外的「摻雜區」，也相應於除了光接收部分的「光接收部分外側的區域」。此外，關於非摻雜區「A」、摻雜區和光接收部分外側的區域，參照圖3詳細解釋如下。採用讀結構，在形成光接收部分時，可以只摻必要量的N型雜質，使得光接收部分精確地相對於非摻雜區「A」工作。因而，可以防止柵電極尺寸增大，形成具有必要電容的光接收部分13，並可防止會引起品質惡化的不必要的過量雜質的摻雜。
參照圖1 圖2A-圖2E 圖3A和圖3B，按照本發明的實施例，對攝像元件100說明如下。此外，與上述攝像元件200相應的那些元件，用相同的參考數字標明。
圖1是示出攝像元件100的結構的示意圖。光接收部分13是N型雜質層，它把入射到光接收表面的光變換為與光強度相應的電荷量。當過量的光入射到光接收表面上時，P型阱層12把光接收部分13中產生的過量電荷放電到N型半導體襯底11。即，P型阱層12的功能是作為垂直型溢流口。電荷讀出部分(也稱為轉移柵部分)23讀出在光接收部分13中產生的電荷。CCD層(也稱為電荷轉移部分或CCD寄存器)15輸出光接收部分13的電荷，該電荷由電荷讀出部分23讀出到輸出電路(圖中未示出)。在CCD層15下面的勢壘層14防止CCD層15與N型半導體襯底11之間的電荷交換。表面P+層16包括分隔相鄰攝像元件的P+雜質層16a，表面P+層16控制光接收部分13的暗電流。根據在P型雜質層24內所摻的P型雜質量，控制電荷讀出部分23的閾值。
如圖所示，攝像元件100的特點是，在光接收部分13的光接收表面內遠離電荷讀出部分一側的邊界線的位置處設置P型雜質未摻入其中的非摻雜區「A」，即，在光接收部分13的光接收表面的大致中央處設置非摻雜區「A」。在形成光接收部分13時，設置非摻雜區「A」，使非摻雜區「A」據以精確地起光接收部分的作用的必要的雜質量將摻入其中。由此，能夠形成具有必要電容而不使柵電極20尺寸增大的光接收部分13，也能夠阻止可引起圖像品質惡化的過量雜質的摻入。
同樣，按照本發明的實施例，沒有必要對柵電極20下面的僅僅起電荷讀出部分23作用的部分摻以少量P型雜質。因此，在製作過程中無需準備微細的抗蝕劑，從而有助於製造。
同樣，按照本發明的實施例，沒有必要將柵電極設計成覆蓋已摻入的少量P型雜質。因此，能夠使柵電極最小。
圖2A到2E是示出製作具有上述結構的攝像元件100的一系列步驟的圖。首先，如圖2A所示，通過依序和重複執行構圖、離子摻雜、抗蝕劑剝離和熱處理，在一種導電類型的N型半導體襯底11上連續地形成P型阱層12、在CCD層15下面的由P型雜質製成的勢壘層14、由N型雜質製成的CCD層15和分隔相鄰攝像元件的P+雜質層16a。
接著，如圖2B所示，通過離子注入摻以P型雜質來形成P型雜質層24。因此，為了限定光接收部分13的光接收表面內遠離電荷讀出部分23一側的邊界線的非摻雜區「A」，與非摻雜區「A」相應的P型阱層12的一個區域用抗蝕劑25掩蔽。
此外，抗蝕劑25的尺寸和抗蝕劑25被固定的位置這樣設定，使得非摻雜區「A」不處在光接收部分13外側，不與電荷讀出部分23的區域重疊，該重疊可能是在製造過程中由掩模的偏離引起的。如下面所解釋的，光接收部分13依據用柵電極進行自對準而形成。因此，抗蝕劑25的尺寸和抗蝕劑25被固定的位置，是在考慮了抗蝕劑25本身的製作過程中由於精確度(或精密度)引起抗蝕劑25的尺寸變化和固定位置失準，和/或考慮了掩模的製作過程中由於精確度(或精密度)引起柵電極的掩模尺寸變化和掩模固定位置失準等等而設定的。考慮這些因素並採用以這種方式設定的抗蝕劑25，可防止非摻雜區「A」處在光接收部分13外側，也可防止與電荷讀出部分23重疊。因此，例如可以防止通過在P型阱層12內形成低密度雜質區、相鄰攝像元件之間的不適當分隔、光接收部分13的電容變化等等引起的其讀出特性的惡化。
此外，非摻雜區域「A」的形成位置是確保非摻雜區域「A」在光接收部分13的光接收表面內遠離電荷讀出部分23一側的邊界線的位置。如果滿足這個條件，並且如果非摻雜區「A」處在不影響相鄰攝像元件的功能的程度內，則非摻雜區「A」可以設置在待形成光接收部分13的平面區域之外。例如，如果希望非摻雜區「A」在圖中向右擴展，則能夠形成與P+型雜質層16a的部分重疊的區域。然而，在這種情況下，非摻雜區「A」必須不與CCD層15重疊。這是因為其重疊減小了相鄰攝像元件(即在圖中由P+雜質層16a分隔的右面的攝像元件)的電荷讀出部分區域的面積。
圖3A是示出圖2B的攝像元件100的俯視圖。在該圖中，用抗蝕劑25掩蔽的用來確保非摻雜區「A」的區域用交叉的陰影線示出。任何相應的構件或部件由與其它圖中採用的相同參考數字標明。同樣，待形成光接收部分13的平面區域用長方形的點線示出。摻以P型雜質的區域用陰影線示出。
此外，在被點線包圍的區域(即待形成光接收部分13的平面區域)內用交叉陰影線示出的區域外側的區域(即相應於非摻雜區「A」的區域)是上述的「摻雜區」。同時，在用陰影線示出的區域內在光接收部分13外側的區域在上面被稱為在「光接收部分外側的區域」。
在圖3B中，區隔光接收部分13的第一柵電極圖形55用空白輪廓標記；第二柵電極圖形56用陰影標記。同樣，在圖中，為確保非摻雜區「A」的抗蝕劑25用交叉的陰影標記。第一柵電極圖形55示出了柵電極(第一柵電極)20的掩模圖形。第二柵電極圖形56示出了第二柵電極的掩模圖形，它在圖2A-2E中未示出。第二柵電極是為從光接收部分13將電荷讀出到CCD層15以及為輸出CCD層15的電荷到輸出電路(圖中未示出)所用的電極。
接著，回到圖2G，柵絕緣膜(或氧化矽膜)18和氮化矽膜19對P型阱層12形成，還形成由熱擴散磷或離子注入實現的低阻多晶矽膜。柵電極20通過構圖和幹法刻蝕在那裡形成，然後通過熱氧化在柵電極20上形成氧化矽膜21。用同樣的方式形成第二柵電極(圖中未示出)。
接著，如圖2D所示，N型雜質被摻到光接收表面的整個區域，光接收表面區域被柵電極20和第二柵電極區隔，它包括非摻雜區域「A」，從而形成了光接收部分13。在將雜質摻入其內時，採用小於柵電極20的抗蝕劑26，應用柵電極20的自對準工藝。此外，使非摻雜區「A」精確地起光接收部分13作用的N型雜質的必要量優選地是達到同樣目的的被摻入的N型雜質的最小量，而沒有考慮已經摻入其中的P型雜質的抵消作用。因而，可以防止引起光接收部分13不正常工作的過量雜質摻入光接收部分13。
進而，如圖2E所示，由於柵電極20的自對準，表面P+層16通過構圖、離子注入、抗蝕劑剝離和熱處理而形成。為了使光接收部分的表面可以接地到GND電位，與P+雜質層16a連接的表面P+層在像素區外側被接地到GND電位。此後，通過形成由鎢等製成的高熔點金屬層，進行構圖和幹法刻蝕，形成遮光層22。
採取上述步驟後，製造了攝像元件100。
按照本發明的第一攝像元件，在光接收部分除了非摻雜區以外的摻雜區、電荷轉移部分和電荷讀出部分，有用於控制電荷讀出部分的閾值的第一雜質層。換句話說，從光接收部分到電荷讀出部分，存在第一雜質。因此，利用該結構，能有效地防止攝像元件不正常工作。
同時，第一攝像元件的光接收部分有第一雜質未被摻入的非摻雜區。因此，光接收部分不受第一雜質的影響，從而實現了穩定的性能。
按照本發明第二攝像元件，在除了非摻雜區以外的摻雜區和除了光接收部分以外的光接收部分外側區域，有用於控制電荷讀出部分中的閾值的第一雜質層。即，從光接收部分到電荷讀出部分，存在第一雜質，因此能有效地防止攝像元件不正常工作。
同時，第二攝像元件的光接收部分有第一雜質未摻入其中的非摻雜區。因此，光接收部分不受第一雜質的影響，從而實現了穩定的性能。
按照本發明的第三攝像元件的光接收部分由必要數量的第二雜質製成，以使非摻雜區能正常地起光接收部分的作用。因此，利用該結構，有效地減少了攝像元件的不正常工作的發生。
按照本發明製造攝像元件的第一方法，第一雜質層至少在光接收部分內除了非摻雜區以外的摻雜區和電荷讀出部分形成。因此，與第一雜質層僅在電荷讀出部分形成的結構相比，其製造是容易的，因為不需要任何微細的掩模。
按照本發明製造攝像元件的第二方法，第一雜質層在除了非摻雜區以外的摻雜區和除了光接收部分以外的光接收部分外側的區域形成。因此，與第一雜質層僅在電荷讀出部分形成的結構相比，其製造是容易的，因為不需要任何微細的掩模。
按照本發明製造攝像元件的第三方法，第二雜質對非摻雜區只摻入必要的量，使非摻雜區能正常地起光接收部分的作用。因此，利用該方法，能夠製造具有穩定的和精確的性能的攝像元件。
雖然本發明已經參照附圖結合其優選實施例進行了完整的描述，但必須指出，對本領域的技術人員而言，顯然可以對發明進行各種其它的變更和修改。正如所附權利要求定義的，這樣的變更和修改將被理解為包括在本發明的範圍內，除非它們背離下述權利要求。
權利要求
1.一種攝像元件，它具有一種導電類型的半導體襯底，至少包括光接收部分(13)，用於把入射到光接收表面上的光變換為電荷；電荷讀出部分(23)，用於讀出由光接收部分產生的電荷；和電荷轉移部分(15)，用於輸出由電荷讀出部分讀出的電荷；該攝像元件(100)的特徵在於，具備非摻雜區(A)，它在光接收部分的光接收表面內遠離電荷讀出部分一側的邊界線處形成，確定電荷讀出部分的閾值的第一雜質沒有摻入其中；以及由上述第一雜質製成的層，該層至少在光接收部分的光接收表面內除了非摻雜區以外的摻雜區、在電荷轉移部分和在電荷讀出部分形成。
2.如權利要求1的攝像元件，其中由第一雜質製成的層在光接收部分(13)的光接收表面內除了非摻雜區(A)以外的摻雜區，以及在除了光接收部分的光接收部分外側的區域形成。
3.如權利要求1的攝像元件，其中，相對於第一雜質未摻入其中的非摻雜區和相對於第一雜質的摻雜區，光接收部分(13)通過僅僅摻以與第一雜質的導電類型不同的必要量的第二雜質形成，用於使非摻雜區(A)起光接收部分的作用。
4.如權利要求2的攝像元件，其中，相對於第一雜質未摻入其中的非摻雜區和相對於第一雜質的摻雜區，光接收部分(13)通過僅僅摻以與第一雜質的導電類型不同的必要量的第二雜質形成，用於使非摻雜區域(A)起光接收部分的作用。
5.一種攝像元件的製造方法，該攝像元件具有一種導電類型的半導體襯底，它至少包括光接收部分(13)，用於把入射到光接收表面的光變換為電荷；電荷讀出部分(23)，用於讀出由光接收部分產生的電荷；和電荷轉移部分(15)，用於輸出由電荷讀出部分讀出的電荷；本方法的特徵在於，包括步驟至少在光接收部分的光接收表面內除了非摻雜區(A)以外的摻雜區和在電荷讀出部分，形成用於確定電荷讀出部分的閾值的由第一雜質製成的層，其中，非摻雜區在光接收部分的光接收表面內遠離電荷讀出部分一側的邊界線處形成，它阻止第一雜質的摻雜。
6.如權利要求5的方法，其中，在由第一雜質製成的層的形成步驟中，由第一雜質製成的層在光接收部分(13)的光接收表面內除了非摻雜區(A)以外的摻雜區和在除了光接收部分以外的光接收部分外側的區域形成。
7.如權利要求5的方法，還包括步驟相對於第一雜質未摻入其中的非摻雜區和相對於第一雜質的摻雜區，僅僅摻以與第一雜質的導電類型不同的必要量的第二雜質，用於使非摻雜區(A)起光接收部分(13)的作用，作為形成光接收部分的步驟。
8.如權利要求6的方法，還包括步驟相對於第一雜質未摻入其中的非摻雜區和相對於第一雜質的摻雜區，僅僅摻以與第一雜質的導電類型不同的必要量的第二雜質，用於使非摻雜區(A)起光接收部分(13)的作用，作為形成光接收部分的步驟。
全文摘要
本發明的課題是一種具有半導體襯底的攝像元件，包括光接收部分13、電荷讀出部分23和電荷轉移部分15。元件100具有非摻雜區「A」和由第一雜質製成的層。前者在光接收表面內遠離電荷讀出部分一側的邊界線，它不包括確定電荷讀出部分的閾值的第一雜質。後者在光接收表面內在非摻雜區外側的摻雜區，在電荷讀出部分和在電荷轉移部分形成。
文檔編號H01L27/146GK1574382SQ20041004579
公開日2005年2月2日 申請日期2004年5月28日 優先權日2003年5月28日
發明者川崎隆之 申請人:夏普株式會社