光電轉換器件的製造方法

2023-08-09 03:09:31 2

專利名稱：光電轉換器件的製造方法
技術領域：
近年來，在二維圖像輸入設備如數字靜物照相機和便攜 式攝像機中以及在一維圖像讀取器例如傳真機和掃描儀中使用光電 轉換器件作為圖像拾取器件的需求正在快速增長。考慮到上述問題，根據本發明的光電轉換器件包括光 電轉換區域，其具有多個光電轉換元件和配置為響應每個光電轉換元 件的電荷而讀取信號的第一 MOS電晶體；以及外圍電路區域，其具 有配置為驅動所述第一MOS電晶體和/或放大從所述光電轉換區域讀 取的信號的第二MOS電晶體，所述光電轉換區域和所述外圍電路區 域位於同一半導體襯底上，其中所述第一MOS電晶體的漏極中的雜 質濃度低於所述第二 MOS電晶體的漏極中的雜質濃度。
本發明還^Hf—種光電轉換器件的製造方法，所述光電轉換器件包 括光電轉換區域，其具有多個光電轉換元件和配置為響應每個光電轉 換元件的電荷而讀取信號的第一 MOS電晶體；以及外圍電路區域，其 具有配置為驅動所述第一 MOS電晶體和/或放大從所述光電轉換區域讀 取的信號的第二 MOS電晶體，所述光電轉換區域和所述外圍電路區域 位於同一半導體襯底上。所述方法包括如下步驟形成所述第一 MOS 電晶體和所述第二 MOS電晶體的柵電極；通過使用所述柵電極作為掩 模，注入第一導電類型的雜質離子；形成絕緣膜，以便覆蓋所述光電轉 換區域和所述外圍電路區域；在通過掩模來保護形成在所述光電轉換區 域上的所述絕緣膜的情況下，通過回蝕刻來去除形成在所述外圍電路區 域上的所述絕緣膜，並形成所述第二 MOS電晶體的側面間隔件；以及 通過使用在所述光電轉換區域上的所述絕緣膜和所述側面間隔件作為掩 模，注入所述第一導電類型的雜質離子。圖3是根據本發明的光電轉換器件的電路圖。圖5A到5E示出了根據第二實施例的製造光電轉換器件 的過程。圖9是用於解釋本發明的光電轉換器件的截面示意圖。
圖4所示的光電轉換區域101包括傳輸MOS電晶體的柵 電極31和復位MOS電晶體的柵電極32。附圖
標記33表示第一導電 型半導體區域33，該半導體區域構成了光電轉換元件。使用與被視為 信號的電荷相同的導電類型。當電荷是電子時，半導體區域是n型半 導體區域。浮置擴散區域3由第一導電型半導體區域形成。附圖標記 34表示第一導電型的半導體區域。用於復位或像素選擇的參考電壓被 施加到半導體區域34。半導體區域34用作復位MOS電晶體的漏極。 由氧化矽膜37a覆蓋氮化矽膜36a。氮化矽膜36a和氧化矽膜37a的 組合可以構成防反射膜，其降低了入射光從光電轉換元件表面的反 射。整個區域除了光電轉換區域101中的接觸孔的底部以外都被由氮 化矽膜36a和氧化矽膜37a構成的絕緣膜覆蓋。接觸孔41a被例如接 觸插柱的導體充填。絕緣膜不限於氮化矽膜和氧化矽膜的組合。
0043傳輸MOS電晶體的源極也用作構成光電轉換元件的半 導體區域33。傳輸MOS電晶體的漏極、復位MOS電晶體的漏極以 及浮置擴散區域由公共半導體區域形成。浮置擴散區域3通過電極(未 示出)連接到放大MOS電晶體的柵電極。半導體區域34通過電極連
接到用於復位的參考電壓線(未示出)。在外圍電路區域102中，由於MOS電晶體具有重摻雜半 導體區域，並且具有每個都具有LDD結構的源極和漏極，所以可以 獲得高驅動能力和對熱載流子的阻抗。特別地，在外圍電路區域中的 操作速度需要比光電轉換區域中的操作速度高。因此，MOS電晶體 具有高驅動能力是重要的。因而，正如本實施例這樣，位於光電轉換 區域中的MOS電晶體的電場緩和區的結構與外圍電路區域中的不同 是重要的。
0050當通過各向異性千法蝕刻來打開觸點時，可以使用光電 轉換區域101中的氮化矽膜36a作為蝕刻停止。因此，即使在由於未 對準而在元件隔離區域上形成該觸點時，該觸點也不與該元件隔離區 域或側面上的阱39接觸。因而，可以抑制該阱39與輕摻雜半導體區 域3和34之間的洩漏電流，因而減小了該觸點和元件隔離區域之間 的距離以使該元件小型化。如圖5A所示，在由矽等構成的半導體襯底38上形成第 一導電型(n型)的阱(未示出)和第二導電型(p型)的阱39。通過 淺溝槽隔離(STI)、選擇性氧化等來形成元件隔離區域41。為了方 便描述，在圖5A到5E中，示出光電轉換區域101與外圍電路區域 102相鄰。
0055如圖5B所示，在形成MOS電晶體的多晶矽柵電極31、 32和42之後，通過引入n型雜質來形成構成光電轉換元件的光電二 極管的半導體區域33。然後，通過引入p型雜質以該光電二極體具有 埋入結構的方式來形成p型表面區域35。
0065通過以柵電極為掩模進行離子注入來引入n型雜質。因 此，以自對準的方式形成輕摻雜半導體區域3、 34和44,其部分地構 成位於鄰近柵電極的表面上的源極和/或漏極。在形成氧化矽膜之後的任何步驟中，可以在350。C或更高 的溫度下進行熱處理。
0061上面已經描述了包含n型MOS電晶體的實施例。在通過 CMOS工藝製造光電轉換器件的情況下，如果導電類型變化，則可以 類似地形成p型MOS電晶體。通過該工藝製造的光電轉換器件可以抑制由於熱載流子 而導致位於光電轉換區域中的MOS電晶體的特性變差，並且可以實現位於外圍電路區域中的MOS電晶體的高驅動能力。接收來自光電轉換元件的電荷的浮置擴散區域3包括輕 摻雜半導體區域301和用於與導體連接的重摻雜半導體區域302。在光電轉換區域中沒有對防反射膜66進行蝕刻，因此降 低了由於蝕刻的損壞而引起的噪聲。而且，在形成防反射膜66之後， 不執行暴露半導體表面的步驟，因此防止了金屬元素等的汙染。因此， 可以降低黑暗條件下點缺陷的出現率。在形成接觸孔之後，可以以自對準方式通過經對應的接 觸孔進行離子注入而形成每個與導體直接接觸的第一導電型的重摻 雜半導體區域302。這允許設計小電晶體，並且實現令人滿意的歐姆 接觸。除了上述效果以外，本實施例所示的結構具有減少像素缺陷和 降低由流過浮置擴散區域3的洩漏電流引起的隨機噪聲的效果。在本實施例中，已經描述了位於外圍電路區域中的MOS電晶體，其導電類型與位於光電轉換區域中的MOS電晶體的導電類 型相同。可選擇的是，在外圍電路區域可以使用CMOS電晶體。而 且，導電類型與位於光電轉換區域中的MOS電晶體的導電類型相反 的MOS電晶體可以具有相同的結構。另一方面，當p型MOS電晶體位於光電轉換區域時，從 這種微小像素的可加工性角度來看，根據本實施例的結構是有效的。 在本實施例中，使用防反射膜66。在具有根據本實施例的結構的傳感 器中，以及在使用不具有防反射特性的單氧化物膜代替防反射膜的情 況下，可以施加本實施例的效果，例如電場緩和以及點缺陷的減少。
第四實施例在本實施例中，儘管在光電轉換區域中對防反射膜進行 了蝕刻，但是第一導電型的重摻雜半導體區域43沒有位於光電轉換 區域中。以用抗蝕劑覆蓋光電轉換區域的方式形成用於形成第一導電 型的重摻雜半導體區域43的掩模圖案。掩模圖案的使用產生圖7所 示的結構。在本實施例中，將要描述與導體直接接觸的漏極區域。 通常，與MOS電晶體的源極和漏極電連接的導體例如接觸插柱需要 具有低的電阻和歐姆特性。在對由於金屬汙染而引起的點缺陷敏感的 光電轉換器件中，在一些情況下，有意不採用形成矽化物或自對準矽 化物(自對準多晶矽化物)的工藝。因此，用於形成漏極與導體之間 的歐姆接觸的方法對於光電轉換器件特別重要。以下將描述用於製造根據本實施例的光電轉換器件的方法。通過與第二實施例中直到形成圖5D所示的結構相同的 過程來形成該光電轉換器件。在大約1E17/cm3到5E18/cii^的範圍內 設定輕摻雜半導體區域中的雜質濃度dl。然後，通過各向異性幹法蝕 刻來形成與連接到導體的源極或漏極相對應的每個接觸孔。接下來， 使用光掩模將n型雜質例如PH3引入到與位於光電轉換區域中的浮置 擴散區域3連通的接觸孔的底部和與位於外圍電路區域104中的半導體區域43連通的孔的底部。為了獲得光電轉換區域中的半導體區域3 的低電阻歐姆接觸，可以以使得在與導體直接接觸的區域中的雜質濃 度d2處於5E18/cm3到5E19/cm3的範圍內的方式來設定劑量。考慮 到成本降低，可以在沒有光掩模的情況下將n型雜質引入到整個表面。儘管已經參考示意性實施例描述了本發明，但是可以理 解，本發明不限於所公開的示意性實施例。所附權利要求的範圍應被 賦予最寬的解釋，以包含所有修改、等同結構和功能。
權利要求
1.一種光電轉換器件的製造方法，所述光電轉換器件包括光電轉換區域，其具有多個光電轉換元件和配置為響應每個光電轉換元件的電荷而讀取信號的第一MOS電晶體；以及外圍電路區域，其具有配置為驅動所述第一MOS電晶體和/或放大從所述光電轉換區域讀取的信號的第二MOS電晶體，所述光電轉換區域和所述外圍電路區域位於同一半導體襯底上，所述方法包括如下步驟形成所述第一MOS電晶體和所述第二MOS電晶體的柵電極；通過使用所述柵電極作為掩模，注入第一導電類型的雜質離子；形成絕緣膜，以便覆蓋所述光電轉換區域和所述外圍電路區域；在通過掩模來保護形成在所述光電轉換區域上的所述絕緣膜的情況下，通過回蝕刻來去除形成在所述外圍電路區域上的所述絕緣膜，並形成所述第二MOS電晶體的側面間隔件；以及通過使用在所述光電轉換區域上的所述絕緣膜和所述側面間隔件作為掩模，注入所述第一導電類型的雜質離子。
2.如權利要求1所述的光電轉換器件的製造方法，還包括如下步驟 形成第二絕緣膜，以便覆蓋所述光電轉換區域和所述外圍電路區域 的整體；在所述第二絕緣膜的相應於漏極區域的區域中形成接觸孔；以及 以自對準的方式將所述第一導電類型的雜質離子注入到所迷接觸孔中。
全文摘要
本發明公開光電轉換器件的製造方法，該器件包括光電轉換區域，具有多個光電轉換元件和響應每個光電轉換元件的電荷讀取信號的第一MOS電晶體；外圍電路區域，具有驅動第一MOS電晶體和/或放大從光電轉換區域讀取的信號的第二MOS電晶體，光電轉換區域和外圍電路區域位於同一半導體襯底上。該方法包括形成第一和第二MOS電晶體的柵電極；用柵電極作為掩模注入第一導電類型雜質離子；形成絕緣膜以覆蓋光電轉換區域和外圍電路區域；在通過掩模保護光電轉換區域上的絕緣膜時，通過回蝕刻去除外圍電路區域上的絕緣膜，並形成第二MOS電晶體的側面間隔件；用光電轉換區域上的絕緣膜和側面間隔件作為掩模，注入第一導電類型雜質離子。
文檔編號H04N5/335GK101609813SQ20091015187
公開日2009年12月23日 申請日期2007年8月2日 優先權日2006年8月2日
發明者成瀨裕章, 板橋政次, 板野哲也, 渡邊高典, 滝本俊介, 虻川浩太郎, 西村茂, 高橋秀和 申請人:佳能株式會社