固體攝像器件的製作方法
2023-04-24 15:26:46 2
專利名稱：固體攝像器件的製作方法
技術領域：
本發明涉及固體攝像器件。
背景技術：
過去，作為主要的固體攝像器件，已知的是MOS型攝像器件和CCD(電荷耦合器件)攝像器件。其中，在該MOS型攝像器件中，射入的光通過光電轉換區域(光電二極體)而轉換成信號電荷，信號電荷由電晶體進行放大。若詳細敘述，則光電轉換區域的電位利用通過光電轉換產生的信號電荷來進行調製。並且，放大電晶體的放大係數隨其電位而變化。
並且，在MOS型攝像器件的情況下，對信號電荷進行放大的電晶體包括在像素部。因此，MOS型攝像器件能夠容易適應像素尺寸的減小和像素數目的增加，這一點倍受關注。並且，MOS型攝像器件也還具有高靈敏度，低功耗的特徵、以及用單一電源即可工作的特徵。
再者，MOS型攝像器件與CCD攝像器件相比，還具有在形成了像素的矽襯底上容易組裝各種電路的優點。對MOS型攝像器件例如可以組裝外圍電路(寄存器電路、定時電路)、A/D轉換電路(模擬—數字轉換電路)、指令電路、D/A轉換電路(數字—模擬轉換電路)、DSP(數位訊號處理器)等。這樣，在MOS型攝像器件中，在已形成了像素的矽襯底上，能夠組裝功能電路，所以，與CCD攝像器件相比，能夠實現更低成本化。
並且，MOS型攝像器件，在形成於矽襯底表面附近的光電二極體中進行光電轉換這一點，與CCD攝像器件相同。再者，在兩者中，形成有多個光電二極體，布置成陣列狀。但是，在CCD攝像器件中，通過光電轉換得到的信號電荷能夠在與像素分開設置的擴散區域(信號傳輸區域)中傳輸。因此，在CCD攝像器件中，存在由於通過光電轉換產生的電子漏電而使圖像質量劣化的問題。
具體來說，有在CCD攝像器件中容易產生拖尾和圖像模糊、混色現象的問題。拖尾是指在強光射入到各像素時，由光電二極體產生的電子漏洩到信號傳輸區域，在圖像上出現豎線的現象。此外，圖像模糊是指在和拖尾一樣強光射入到各像素的情況下，電子漏洩到相鄰的像素，所以強光入射的區域成為模糊圖像的現象。混色是指在光入射的像素的襯底深處產生電子，該電子漏洩到相鄰的像素，看起來圖像色彩混雜的現象。
對此，在MOS型攝像器件中，信號電荷用連接在光電二極體上的布線來傳輸(例如參見日本特開2000-150848號公報)。關於這一點用圖12說明。圖12是概要地表示過去的MOS型攝像器件的電路結構的電路結構圖。
如圖12所示，MOS型攝像器件在矽襯底上的圖像獲取區域110中具有布置成陣列的多個像素111。各像素111具有光電轉換元件即光電二極體112、電荷傳輸電晶體113、用於消去電荷的復位電晶體114和放大電晶體115。
在各像素中，光電二極體112和電荷傳輸電晶體113具有將入射的光轉換成信號電荷的光電轉換部的功能。並且，復位電晶體114和放大電晶體115具有檢測信號電荷的信號檢測部的功能。
在矽襯底上的圖像獲取區域110的周圍，形成有進行垂直方向的掃描的垂直移位寄存器121和進行水平方向的掃描的水平移位寄存器122。對每條水平線，各像素111的電荷傳輸電晶體113通過水平像素選擇布線124連接在垂直移位寄存器121上。並且，對每條水平線，復位電晶體114也通過復位布線123連接在垂直移位寄存器121上。對每條垂直線，各像素111的放大電晶體115通過垂直信號布線126連接在水平移位寄存器122上。而且，125是穩流電晶體，128是電壓輸入電晶體。
對垂直移位寄存器121和水平移位寄存器122的工作進行說明。首先，垂直移位寄存器121選擇控制電路(未圖示)所指示的水平線。具體來說，垂直移位寄存器121使位於被指示的水平線上的電荷電晶體113成為導通狀態，使其餘的電荷傳輸電晶體113成為截止狀態。
接著，水平移位寄存器122從左向右對各垂直信號布線126依次施加脈衝，使被選擇的水平線上的各放大電晶體115依次成為導通狀態，對存儲在像素111中的信號電荷進行讀出。這樣，對所有的水平線進行信號電荷的讀出，輸出全部像素的信號電荷。
這樣，在MOS型攝像器件中，與CCD攝像器件不同，信號電荷通過布線來傳輸，所以沒有產生拖尾的餘地。並且，在MOS型攝像器件中，檢測信號電荷的電路布置在相鄰的光電二極體之間的中間位置。這樣，若採用MOS型攝像器件，則與CCD攝像器件相比，能夠抑制相鄰像素之間的信號電荷漏洩，能夠抑制圖像模糊和混色的發生。
但是，在MOS型攝像器件中圖像模糊和混色的抑制也並不完全。並且，在近幾年，由於數位相機和帶相機的行動電話的出現，與CCD攝像器件相比，低成本的MOS型攝像器件的需要增加，隨之，MOS型攝像器件的高圖像質量的要求日益提高。為了適應這種要求，例如上述日本特開2000-150848號公報，公開了對圖像模糊和混色採取了對策的MOS型攝像器件。
在此說明日本特開2000-150848號公報中所示的MOS型攝像器件的結構。圖13是表示對圖像模糊和混色採取了對策的、過去的MOS型攝像器件的結構的剖面圖。而且，圖13僅表示一部分像素。並且，在圖13中，標註了與圖12所示的符號相同的符號的部件表示圖12所示的部件的具體結構。
在圖13所示的MOS型攝像器件中，在矽襯底130的表層形成有p阱131。並且，在形成了p阱131的區域形成有光電二極體112、電荷傳輸電晶體113、復位電晶體114和放大電晶體115。再者，矽襯底130的導電類型是n型。因此，在圖13所示的MOS型攝像器件中，在比p阱131深的地方產生了電子的情況下，該電子通過p阱131發射到比它更深的地方。因此，若採用圖13所示的MOS型攝像器件，則能夠進一步抑制圖像模糊和混色的發生。
並且，在圖13的例中，p阱131通過向矽襯底130的p型雜質的離子注入、外延生長而形成。p阱131的雜質濃度設定為1×1014個/cm3～1×1016個/cm3。而且，雖未圖示，但在圖像獲取區域110(參見圖12)的周圍區域也形成有p阱。周圍區域的p阱的雜質濃度設定為1×1016個/cm3～1×1018個/cm3。
在圖13中，138是元件隔離區域。117是作為各種電晶體的源或漏使用的半導體區域。光電二極體112也作為電荷傳輸電晶體113的源使用。134是電荷傳輸電晶體113的柵電極，135是復位電晶體114的柵電極，136是放大電晶體115的柵電極。132表示光電轉換部，133表示信號檢測部。
並且，118、119和129是接觸針形接點(contact plug)，120是連接接觸針形接點118和119的布線。137是漏電壓輸入用布線，通過接觸針形接點129與放大電晶體115的漏區(半導體區域117)連接。141、142和143是層間絕緣膜。139是開口設置成矩陣狀的遮光膜，140是用於將外部光會聚到光電二極體112的聚光透鏡。
然而，在圖13所示的MOS型攝像器件中，p阱131連存儲在光電二極體112中的電子也發射到矽襯底130的電路形成面的相反側的面(背面)。因此，存在的問題是，在圖13所示的MOS型攝像器件中，與未形成p阱131的MOS型攝像器件相比，能夠存儲在光電二極體112的電子的最大電子數(飽和電子數)和靈敏度下降。
並且，近年來，由於伴隨像素數目增加的像素尺寸的減小，光電二極體112的尺寸有減小的趨勢，很難維持最大電子數。
另一方面，在MOS型攝像器件中，為了提高圖像質量，必須減小噪音的影響，所以需要儘量提高光電二極體112能夠存儲的電子的最大電子數。
發明內容
本發明的目的在於提供一種固體攝像器件，能夠解決上述問題，能夠對圖像模糊和混色的發生、以及光電二極體中的最大電子數和靈敏度的下降同時進行抑制。
為了達到上述目的，本發明的固體攝像器件，具有n型半導體襯底，該n型半導體襯底上形成有將入射的光轉換成信號電荷的光電轉換部、以及檢測上述信號電荷的信號檢測部，其特徵在於，上述光電轉換部具有形成在上述半導體襯底上的光電二極體，上述半導體襯底具有在上述半導體襯底的厚度方向上與上述光電轉換部和上述信號檢測部重疊的p阱，上述p阱形成為，該p阱的表層側的界面位於比上述光電二極體的表層側的界面更下層。
根據以上特徵，在本發明的固體攝像器件中，p阱的表層側的界面位於比過去更深的地方。因此，本發明的固體攝像器件，對於存儲在光電二極體中的電子，能夠抑制向半導體襯底背面發射，對於在比p阱更深的地方產生的電子，向半導體襯底的背面發射。其結果，若採用本發明，則既能夠抑制圖像模糊和混色的發生，又能夠抑制光電二極體中的最大電子數和靈敏度的下降。並且，由此，在本發明的固體攝像器件中，即使在像素數目增加的情況下，也能夠抑制伴隨像素尺寸的縮小的圖像質量劣化，能夠保持高圖像質量。
圖1是本發明的實施方式1的固體攝像器件的結構的剖面圖；圖2是表示光電二極體的雜質分布的圖，圖2(a)表示圖12和圖13所示的過去的固體攝像器件中的雜質分布，圖2(b)表示圖1所示的實施方式1的固體攝像器件中的雜質分布，圖2(c)表示實施方式1的另一例的雜質分布；圖3是表示圖1所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖3(a)～(d)分別表示一連串主要工序；圖4是表示本發明實施方式2的固體攝像器件的結構的剖面圖；圖5是表示圖4所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖5(a)～(d)分別表示一連串主要工序；圖6是表示本發明實施方式3的固體攝像器件的結構的剖面圖；圖7是表示本發明實施方式4的固體攝像器件的結構的剖面圖；圖8是表示圖7所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖8(a)～(d)分別表示一連串主要工序；圖9是表示本發明實施方式5的固體攝像器件的結構的剖面圖；圖10是表示本發明實施方式6的固體攝像器件的結構的剖面圖；圖11是表示圖10所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖11(a)～(d)分別表示一連串主要工序；圖12是概要表示過去的MOS型攝像器件的電路結構的電路結構圖；圖13是表示對圖像模糊和混色採取了對策的過去的MOS型攝像器件的結構的剖面圖。
具體實施例方式
本發明的固體攝像器件具有n型半導體襯底，該n型半導體襯底上形成有將入射的光轉換成信號電荷的光電轉換部、以及檢測上述信號電荷的信號檢測部，其特徵在於，上述光電轉換部具有形成在上述半導體襯底上的光電二極體，上述半導體襯底具有在上述半導體襯底的厚度方向上與上述光電轉換部和上述信號檢測部重疊的p阱，上述p阱形成為，該p阱表層側的界面位於比上述光電二極體的表層側的界面更下層。
在上述本發明的固體攝像器件中，可以採用這樣的方式上述p阱形成為，上述p阱的表層側的界面位於比上述光電二極體下層側的界面更下層，上述p阱的雜質分布與上述光電二極體的雜質分布不相重疊，在上述光電二極體和上述p阱之間，存在沒有通過上述半導體襯底的形成工序以外的工序來引入雜質的區域。
在採用該方式的情況下，能夠進一步實現圖像模糊和混色發生的抑制、及光電二極體中的最大電子數和靈敏度下降的抑制。並且，在沒有通過上述半導體襯底的形成工序以外的工序來引入雜質的區域，希望n型雜質的雜質濃度為1×1012個/cm3～1×1016個/cm3，p型雜質的雜質濃度為1×1012個/cm3～1×1016個/cm3。
並且，在上述本發明的固體攝像器件中，上述p阱形成為，使上述p阱的表層側的界面位於上述光電二極體的表層側的界面與其下層側的界面之間。
在上述本發明的固體攝像器件中，也可以採用如下方式上述半導體襯底在上述p阱的上層，具有雜質濃度比上述p阱高的第二p阱，上述信號檢測部形成在形成了上述第二p阱的區域。若採用該方式，則能夠提高構成信號檢測部的電晶體元件的性能，能夠抑制封閉鎖定等現象的發生。
並且，在上述本發明的固體攝像器件中，也可以採用在上述p阱的下層具有雜質濃度比上述p阱高的p型埋入區域的方式。在該方式中，能夠進一步抑制在比p阱深的地方產生的電子向光電轉換部的侵入。
在上述本發明的固體攝像器件中，也可以採用如下方式在上述半導體襯底上分別形成多個上述光電轉換部和上述信號檢測部，多個上述光電轉換部和多個上述信號檢測部具有多個像素的功能，上述多個像素布置成矩陣狀，在上述半導體襯底的相鄰的像素之間形成有元件隔離區域。在該方式中，最好是上述半導體襯底在上述元件隔離區域的下層具有雜質濃度比上述p阱高、且以隔離上述像素之間的方式形成的p型第二埋入區域。在該情況下，也能夠進一步抑制在比p阱深的地方產生的電子向光電轉換部的侵入。
再者，在上述本發明的固體攝像器件中，上述半導體襯底也可以在包括上述元件隔離區域與除此以外的區域的界面的區域，具有雜質濃度比上述第二p阱高的p型半導體區域。此情況下也可以進一步抑制在比p阱深的地方產生的電子向光電轉換部的侵入。
(實施方式1)以下參照圖1～圖3說明本發明實施方式1的固體攝像器件。該實施方式1的固體攝像器件，是MOS型攝像器件，具有與圖12所示的過去的MOS型攝像器件相同的電路結構，但是剖面結構這一點與其不同。以下說明這一點。
用圖1對實施方式1的固體攝像器件的剖面結構進行說明。圖1是本發明的實施方式1的固體攝像器件的結構的剖面圖。如圖1所示，在半導體襯底30上p阱31形成為，在半導體襯底30的厚度方向上與光電轉換部32和信號檢測部33相重疊。換言之，p阱31形成為，其形成區域在從其厚度方向來觀察半導體襯底30時，與光電轉換部32和信號檢測部33的形成區域相重疊。
並且，在該實施方式1中，p阱31形成為，使其表層側的界面31a比光電二極體12的下層側的界面16b位於更下層。並且，在光電二極體12和p阱31之間，存在著未通過半導體襯底30的形成工序以外的工序、例如離子注入工序來引入雜質的區域(以下稱為「非摻雜區域」)50。
在該實施方式1中，使用n型矽襯底作為半導體襯底30。因此，在非摻雜區域50不存在由離子注入產生的雜質，但是存在製造半導體襯底30時的外延生長時引入的n型雜質(n型離子)。具體來說，非摻雜區域50的雜質區域最好是如下的區域n型雜質的雜質濃度為1×1012個/cm3～1×1016個/cm3，尤其是1×1013個/cm3～1×1015個/cm3，p型雜質的雜質濃度為1×1012個/cm3～1×1016個/cm3，尤其是1×1013個/cm3～1×1015個/cm3。
而且，如圖1所示，在該實施方式1中，也和過去的例子一樣，光電二極體12由n型半導體區域形成，根據入射光的強度，存儲信號電荷。在光電二極體12的表層也可以形成p型表面反轉層。並且，光電二極體12和電荷傳輸電晶體13構成將入射光轉換成信號電荷的光電轉換部32。復位電晶體14和放大電晶體15構成檢測信號電荷的信號檢測部33。在光電轉換部32和信號檢測部33之間形成有元件隔離區域38。
並且，電荷傳輸電晶體13將光電二極體12作為源使用，還具有作為漏使用的n型半導體區域17a和柵電極34。復位電晶體14具有作為源使用的n型半導體區域17b、柵電極35、以及作為漏使用的n型半導體區域17c。
半導體區域17c也作為放大電晶體15的源使用。放大像素15具有柵電極36、以及作為漏使用的n型半導體區域17d。電荷傳輸電晶體13的漏(半導體區域17a)和放大電晶體15的柵電極36通過接觸針形接點18、布線20和接觸針形接點19連接。
在半導體襯底30的襯底面上與過去的例子一樣，形成有層間絕緣膜41～43、漏電壓輸入用布線37、開口設置成矩陣狀的遮光膜39、以及用於將外部光會聚到光電二極體12的聚光透鏡40。作為放大電晶體15的漏使用的半導體區域17d，通過接觸針形接點29與漏電壓輸入用布線37連接。
這裡，利用圖2與過去的例子對比並說明光電二極體12的雜質分布。圖2是表示光電二極體的雜質分布的圖，圖2(a)表示圖12和圖13所示的過去的固體攝像器件中的雜質分布，圖2(b)表示圖1所示的實施方式1的固體攝像器件中的雜質分布，圖2(c)表示實施方式1的另一例的雜質分布。
如圖13所示，在過去的MOS型攝像器件中，光電二極體112的表層側的界面和p阱131的表層側的界面均與襯底面一致。因此，如圖2(a)所示，光電二極體112的雜質分布在其整個襯底深度方向上，與p阱131的雜質分布相重疊。
對此，如圖2(b)所示，在該實施方式1中，p阱31形成為其雜質分布不與光電二極體12的雜質分布相重疊。因此，在本實施方式1中，如圖1所示，在光電二極體12和p阱31之間存在無摻雜區域50。
這樣，在該實施方式1中，光電二極體12比p阱31的表層側的界面31a形成在更上層。所以，能夠抑制存儲在光電二極體12中的電子過度地向半導體襯底30的背面發射。因此，若採用實施方式1，則能夠抑制光電二極體12中的信號電荷的最大電子數和靈敏度下降。
再者，在半導體襯底30的厚度方向上p阱31與光電二極體12相重疊，所以，在比p阱31深的地方產生的電子不會侵入相鄰的像素(光電轉換部32)內，而向半導體襯底30的背面發射。因此，若採用該實施方式1，則能夠抑制圖像模糊和混色的發生。
並且，在該實施方式1中，p阱31並不僅限於圖1和圖2(b)所示的結構。p阱31形成為，表層側的界面31a比光電二極體12的表層側的界面16a位於更下層即可。例如，如圖2(c)所示，也可以是p阱31的表層側的界面位於光電二極體表層側的界面(襯底面)和下層側的界面之間、這些雜質分布的一部分相重疊的方式。
即使是這種方式，也能夠抑制光電二極體12中存儲的電子過多地發射到半導體襯底30的背面，能夠獲得上述的效果。並且，在採用圖2(c)所示的方式的情況下，p阱31的雜質分布的與光電二極體12的雜質分布相重疊的部分的深度方向的長度d，若將光電二極體12的雜質分布的深度方向的長度設為D，則最好是設定為D/2以下。
而且，如圖2(b)和(c)所示，最好是對p阱31的雜質分布賦予朝向半導體襯底30的背面雜質濃度上升的梯度。在賦予了這種梯度的情況下，能夠使從光電二極體12發射的電子再次返回到光電二極體12。並且，能夠促進在比p阱31深的地方產生的電子向半導體襯底30的背面發射。
接著，利用圖3說明圖1所示的該實施方式1的固體攝像器件的製造方法。圖3是表示圖1所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖3(a)～(d)分別表示一連串主要工序。
最初，如圖3(a)所示，在半導體襯底30上按預先設定的間隔形成多個元件隔離區域38。在本實施方式1中，利用STI(淺溝槽隔離)法形成有埋入溝槽結構的元件隔離區域38。並且，在本實施方式1中，最好是半導體襯底30的電阻率為10Ω以上，尤其是設定為10Ω～50Ω。這是因為，半導體襯底30的電阻率若不到10Ω，則由向半導體襯底的離子注入產生的電位變化減小，尤其很難向p型區域反轉。
然後，離子注入硼(B)等p型雜質，在半導體襯底30內部形成具有圖2(b)所示的雜質分布的p阱31。這時，p阱31最好是形成為，p阱31的表層側的界面31a位於半導體襯底30的襯底面之下，最好是位於距離襯底面1μm～20μm的地方；雜質濃度為1×1012個/cm3～1017個/cm3，尤其最好是1×1014個/cm3～1×1016個/cm3。
並且，即使是在因之後的熱處理而p阱31的雜質擴散的情況下，也將條件設定為非摻雜區域50存在於光電二極體12和p阱31之間來進行離子注入。再者，p阱31最好是具有平緩的雜質濃度梯度、分布在較寬的範圍。具體來說，最好是通過將設定加速能量為100keV～2000keV、劑量為1×1014個/cm3～1×1016個/cm3的離子注入進行2～10次來形成p阱31。
然後，如圖3(b)所示，在p阱31的上層(半導體襯底30的表層附近)形成光電二極體12。具體來說，首先，在半導體襯底30的襯底面上，形成光電二極體12的形成區域開口的阻擋層圖形51。然後，將阻擋層圖形51作為掩模，離子注入砷(As)等n型雜質。這時的離子注入最好是設定加速能量(加速電壓)為100keV～1000keV、劑量為1×1012個/cm2～5×1012個/cm2來進行。然後除去阻擋層圖形51。
接著，如圖3(c)所示，在p阱31的上層(半導體襯底30的表層附近)形成成為電晶體的源或漏的半導體區域17a～17d。具體來說，首先，在半導體襯底30的襯底面上形成半導體區域17a～17d的形成區域開口的阻擋層圖形52。然後將阻擋層圖形52作為掩模，離子注入砷(As)等n型雜質。這時的離子注入最好是設定加速能量(加速電壓)為10keV～100keV、劑量為1×1012個/cm2～1×1016個/cm2來進行。然後，除去阻擋層圖形52。
接著，如圖3(d)所示，當形成柵電極34～36、接觸針形接點18、19和29、布線20、層間絕緣膜41～43、漏電壓輸入用布線37、遮光膜39和聚光鏡40時，能夠獲得圖1所示的固體攝像器件。在圖3(d)中省略了關於層間絕緣膜43、遮光膜39和聚光鏡40的圖示。
而且，也可以在實施圖3(c)所示的工序之前預先形成柵電極34～36。此情況下，能夠將柵電極34～36作為掩模使用，能夠以自對準方式形成成為源或漏的半導體區域17a～17d。並且，此情況下，也可以不形成阻擋層圖形52，所以能夠實現縮短工藝。
(實施方式2)接著，參照圖4和圖5說明本發明的實施方式2的固體攝像器件。該實施方式2的固體攝像器件也是MOS型攝像器件，它具有與圖12所示的過去的MOS型攝像器件相同的電路結構。
首先，用圖4說明實施方式2的固體攝像器件的剖面結構。圖4是表示本發明實施方式2的固體攝像器件的結構的剖面圖。而且，在圖4中，標註了圖1所示的符號的部分是與圖1所示的部分相同的部分。
如圖4所示，在該實施方式2中，在半導體襯底30的p阱31的上層，形成有表層側的界面與襯底面一致的第二p阱60。第二p阱60在半導體襯底30的厚度方向上僅與信號檢測部33重疊，信號檢測部33形成在形成了第二p阱60的區域。
再者，第二p阱60的雜質濃度設定為比p阱31的雜質濃度高。在該實施方式2中，p阱31的雜質濃度最好是設定為，例如1×1014個/cm3～1×1017個/cm3。第二p阱60的雜質濃度，最好是設定為比p阱31的雜質濃度約大1個數量級的值，例如，1×1015個/cm3～1×1018個/cm3。
這樣，在該實施方式2中，在半導體襯底30上形成第二p阱60。因此，能夠使構成信號檢測部33的復位電晶體14和放大電晶體15的特性穩定，能夠抑制在復位電晶體14和放大電晶體15中產生封閉鎖定等故障。因此，若採用該實施方式2，則既能夠實現抑制光電二極體12的飽和電子數的減少，與實施方式1相比又能夠使信號檢測部33的性能穩定。
並且，除了形成有第二p阱60這一點以外，實施方式2的固體攝像器件的結構與實施方式1的固體攝像器件相同。也就是說，在該實施方式2中，與實施方式1一樣地在半導體襯底30上形成有p阱31。因此，該實施方式2的固體攝像器件也能夠獲得實施方式1所述的效果。
而且，在該實施方式2中第二p阱60不僅限於圖4所示的例子。例如第二p阱60也可以形成為，在信號檢測部33和第二p阱60之間存在非摻雜區域。
接著，用圖5說明圖4所示的該實施方式2的固體攝像器件的製造方法。圖5是表示圖4所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖5(a)～(d)分別表示一連串主要工序。
最初，如圖5(a)所示，在半導體襯底30上依次形成元件隔離區域38和p阱31。元件隔離區域38和p阱31的形成與實施方式1中圖3(a)所示的工序相同地進行。而且，在該實施方式2中，半導體襯底30的電阻率設定為10Ω以上，尤其設定為10Ω～500Ω。
接著，在半導體襯底30上形成第二p阱60的形成區域(信號檢測部33的形成區域(參見圖3))開口的阻擋層圖形61。並且，將阻擋層圖形61作為掩模，離子注入硼(B)等p型雜質。這樣來形成第二p阱60。並且，然後除去阻擋層圖形61。
但是，第二p阱60需要形成在比p阱31淺的區域。因此，第二p阱60最好是通過將設定加速能量為100keV～800keV，劑量為1×1015個/cm2～1×1017個/cm2的離子注入進行2次～3次來形成。
接著，如圖5(b)所示，p阱31的上層(半導體襯底30的表層附近)，在未形成有第二p阱60的區域形成光電二極體12。具體地，在形成阻擋層圖形62之後，將此作為掩模離子注入n型雜質。然後，除去阻擋層圖形62。而且，光電二極體12的形成與實施方式1中圖3(b)所示的工序相同地進行。
接著，如圖5(c)所示地形成半導體區域17a～17d。其中，半導體區域17b～17d形成在形成了第二p阱60的區域。具體來說，首先，在半導體襯底30的襯底面上形成半導體區域17a～17d的形成區域開口的阻擋層圖形63，然後，將此作為掩模離子注入n型雜質。然後，除去阻擋層圖形63。而且，半導體區域17a～17d的形成與實施方式1中圖3(c)所示的工序相同地進行。
接著，如圖5(d)所示，當形成柵電極34～36、接觸針形接點18、19和29、布線20、層間絕緣膜41～43、漏電壓輸入用布線37、遮光膜39和聚光鏡40時，能夠獲得圖4所示的固體攝像器件。在圖5(d)中省略了關於層間絕緣膜43、遮光膜39和聚光鏡40的圖示。
而且，在該實施方式2中，第二p阱60的形成最好是與復位電晶體14及放大電晶體15的閾值控制用的離子注入同時進行。在此情況下，用一次工序能夠同時進行第二p阱60的形成和閾值控制。因此，能夠減少工序，進而實現製造成本的削減。並且，在該實施方式2中，也可以在實施圖5(c)所示的工序之前預先形成柵電極34～36，將它們作為掩模使用。
(實施方式3)接著，參照圖6說明本發明的實施方式3的固體攝像器件。該實施方式3的固體攝像器件也是MOS型攝像器件，具有與圖12所示的過去的MOS型攝像器件相同的電路結構。圖6是表示本發明實施方式3的固體攝像器件的結構的剖面圖。而且，在圖6中標註了圖1和圖4所示的符號的部分是與圖1和圖4所示的部分相同的部分。
如圖6所示，在該實施方式3中，在半導體襯底30的p阱31的下層形成有雜質濃度比p阱31高的p型埋入區域70。埋入區域70的表層側的界面與p阱31的下層側的界面一致。並且，埋入區域70的雜質濃度與第二p阱60一樣，最好是設定為例如1×1015個/cm3～1×1018個/cm3。
並且，埋入區域70的形成可以在形成p阱31之前與圖像獲取區域(參見圖12)的周圍區域的p阱(未圖示)的形成同時進行。這時的離子注入，例如使用硼(B)作為雜質，設定加速能量為300keV～1000keV，最好是設定為800keV左右、劑量為1×1012個/cm2～1×1014個/cm2進行。
這樣，在該實施方式3中，在p阱31的下層形成有埋入區域70，埋入區域70的電位能量上比p阱31高。因此，在該實施方式3中，與實施方式1和2相比，能夠進一步抑制在比p阱31深的地方產生的電子向光電轉換部32的侵入。即，若採用該實施方式3，則與實施方式1、2相比，更能夠抑制圖像模糊和混色的發生。
並且，除了形成有埋入區域70這一點外，該實施方式3的固體攝像器件具有與實施方式2的固體攝像器件相同的結構。因此，該實施方式3的固體攝像器件也能夠獲得實施方式2中所述的效果。而且，該實施方式3的固體攝像器件是具有埋入區域70的形式即可，雖未圖示，但也可以是與實施方式1相同地不具有第二p阱60的形式。
(實施方式4)接著，參照圖7和圖8說明本發明實施方式4的固體攝像器件。該實施方式4的固體攝像器件也是MOS型攝像器件，具有與圖12所示的過去的MOS型攝像器件相同的電路結構。
首先，利用圖7說明該實施方式4的固體攝像器件的剖面結構。圖7是表示本發明實施方式4的固體攝像器件的結構的剖面圖。而且，在圖7中，標註了圖1和圖4所示的符號的部分是與圖1及圖4所示的部分相同的部分。
如圖7所示，在該實施方式4中，在半導體襯底30上形成的元件隔離區域38中，在位於相鄰的像素之間的邊界的元件隔離區域38的下層以隔離像素之間的方式形成有p型埋入區域71。並且，埋入區域71從元件隔離區域38的下層側的界面到達p阱31。
再者，埋入區域71的雜質濃度設定為比p阱31的雜質濃度高的值。在該實施方式4中，p阱31的雜質濃度最好是設定為例如1×1014個/cm3～1×1017個/cm3。埋入區域71的雜質濃度最好是設定為比p阱31的雜質濃度約大1個數量級的值，例如設定為1×1015個/cm3～1×1018個/cm3。
這樣，在該實施方式4中形成有埋入區域71。因此，若採用該實施方式4，與實施方式1和2相比，能夠進一步抑制在比p阱31深的地方產生的電子向光電轉換部32的侵入。也就是說，若採用該實施方式4，與實施方式1、2相比，更能夠抑制圖像模糊和混色的發生。
並且，除了形成埋入區域71這一點以外，該實施方式4的固體攝像器件具有與實施方式2的固體攝像器件相同的結構。因此，該實施方式4的固體攝像器件也能夠獲得在實施方式2中所述的效果。
而且，埋入區域71的深度並沒有特別限制，根據有效地進行電子向像素侵入的抑制這一點，最好是設定為比第二p阱60的下層側的界面深。
接著，利用圖8說明圖7所示的該實施方式4的固體攝像器件的製造方法。圖8是表示圖7所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖8(a)～(d)分別表示一連串主要工序。
最初，如圖8(a)所示，在依次形成了元件隔離區域38和p阱31之後，在半導體襯底30上形成第二p阱60的形成區域開口的阻擋層圖形72，將此作為掩模離子注入硼(B)等p型雜質。這樣，形成第二p阱60。然後，除去阻擋層圖形72。該工序與實施方式2中圖5(a)所示的工序相同地進行。
接著，如圖8(b)所示，形成埋入區域71的形成區域(即、位於像素之間的邊界的元件隔離區域38上的區域)開口的阻擋層圖形73。然後，將阻擋層圖形73作為掩模，離子注入硼(B)等p型雜質，形成埋入區域71。
這時的離子注入，最好是設定例如加速能量為100keV～1000keV、劑量為1×1015個/cm2～1×1018個/cm2，並進行2次～4次。這樣一來，在p阱31和元件隔離區域38之間能夠使雜質離子大致均勻地分布。
以下，如圖8(c)所示，在p阱31的上層(半導體襯底30的表層附近)，在未形成第二p阱60的區域形成光電二極體12。具體來說，在形成了阻擋層圖形74之後，將此作為掩模離子注入n型雜質。然後，除去阻擋層圖形74。而且，光電二極體12的形成與實施方式1中圖3(b)所示的工序相同地進行。
接著，如圖8(d)所示，形成構成電晶體的源或漏的半導體區域17a～17d。半導體區域17a～17d的形成與實施方式1中圖3(c)所示的工序相同地進行。
再者，當形成柵電極34～36、接觸針形接點18、19和29、布線20、層間絕緣膜41～43、漏電壓輸入用布線37、遮光膜39和聚光鏡40時，能夠獲得圖7所示的固體攝像器件。在圖8(d)中，省略了關於層間絕緣膜43、遮光膜39和聚光鏡40的圖示。
而且，該實施方式4的固體攝像器件是具有埋入區域71的形式即可，雖未圖示，但也可以和實施方式1一樣不具有第二p阱60的形式。
(實施方式5)接著，參照圖9說明本發明實施方式5的固體攝像器件。該實施方式5的固體攝像器件也是MOS型攝像器件，具有與圖12所示的過去的MOS型攝像器件一樣的電路結構。圖9是表示本發明實施方式5的固體攝像器件的結構的剖面圖。而且，在圖9中，標註了圖1、圖4、圖6和圖7所示的符號的部分是與圖1、圖4、圖6和圖7所示的部分相同的部分。
如圖9所示，該實施方式5的固體攝像器件具有圖6所示的實施方式3的固體攝像器件的特徵、以及圖7所示的實施方式4的固體攝像器件的特徵。也就是說，在該實施方式5中，在半導體襯底30的p阱31的下層形成有雜質濃度比p阱31高的p型埋入區域70。並且，在半導體襯底30上形成的元件隔離區域38中，在位於相鄰的像素之間的邊界上的元件隔離區域38的下層也以隔離像素之間的方式形成有p型埋入區域71。
因此，在該實施方式5的固體攝像器件中，各像素形成由埋入區域70和埋入區域71包圍的狀態。因此，若採用實施方式5，則能夠比實施方式3和4更能夠抑制圖像模糊和混色的發生。
(實施方式6)接著，參照圖10和圖11，說明本發明的實施方式6的固體攝像器件。該實施方式6的固體攝像器件也是MOS型攝像器件，具有與圖12所示的過去的MOS型攝像器件相同的電路結構。
首先，利用圖10說明該實施方式6的固體攝像器件的剖面結構。圖10是表示本發明實施方式6的固體攝像器件的結構的剖面圖。而且，在圖10中，標註了圖1、圖4和圖6所示的符號的部分是和圖1、圖4和圖6所示的部分相同的部分。
如圖10所示，在該實施方式6中，在包括元件隔離區域38與其以外的區域的界面的區域形成有p型半導體區域80。半導體區域80向元件隔離區域38與其以外的區域的界面、以及其附近擴展。在該實施方式6中，半導體區域80最好是從元件隔離區域38與其以外的區域的界面，在半導體襯底30的深度方向上形成1nm～100nm、尤其是5nm～30nm程度的範圍。
再者，半導體區域80的雜質濃度設定為比第二p阱60的雜質濃度高的值。在該實施方式6中，第二p阱60的雜質濃度最好是設定為例如1×1015個/cm3～1×1018個/cm3。並且，半導體區域80的雜質濃度最好是設定為例如1×1016個/cm3～1×1019個/cm3。
這樣，在該實施方式6中形成有半導體區域80。因此，若採用該實施方式6，比實施方式2和3更加能夠抑制像素之間產生的電子的漏洩。若採用該實施方式6，與實施方式2和3相比，更加能夠抑制由像素之間產生的電子的漏洩造成的圖像模糊和混色的發生。
並且，對除形成有半導體區域80這一點以外，該實施方式6的固體攝像器件具有與實施方式3的固體攝像器件相同的結構。因此，實施方式6的固體攝像器件也能夠獲得實施方式3所述的效果。
接著，用圖11說明圖10所示的該實施方式6的固體攝像器件的製造方法。圖11是表示圖10所示的固體攝像器件的製造方法的剖面圖，圖11(a)～(d)分別表示一連串主要工序。
最初，如圖11(a)所示，在半導體襯底30上形成襯底保護膜81之後，在元件隔離區域38的形成區域形成溝槽82。在該實施方式6中，襯底保護膜81是依次形成氧化矽膜和氮化矽膜得到的層疊膜。
接著，如圖11(b)所示，將殘存的襯底保護膜作為掩模，離子注入硼等p型雜質。這樣形成半導體區域80。這時的離子注入最好是設定例如加速能量(加速電壓)為5keV～100keV、劑量為1×1016個/cm2～1×1019個/cm2進行1次～3次。
接著，如圖11(c)所示，形成氧化矽膜等絕緣膜83，將溝槽82的內部填埋。接著，如圖11(d)所示，對半導體襯底30的表面進行研磨、平坦化，僅在溝槽82的內部殘留絕緣膜83。這樣，形成界面形成了半導體區域80的元件隔離區域38。
接著，在圖11中，雖未圖示，但和實施方式1～5一樣，通過離子注入形成埋入區域70、p阱31、第二p阱60、光電二極體12和半導體區域17a～17d(參見圖5(a)～圖5(c))。再者，當形成柵電極34～36、接觸針形接點18、19和29、布線20、層間絕緣膜41～43、漏電壓輸入用布線37、遮光膜39和聚光鏡40，就能夠獲得圖10所示的固體攝像器件。
並且，在該實施方式6中，半導體區域80以自對準方式形成在元件隔離區域38與其以外的區域的界面。因此，若採用該實施方式6，與實施方式5相比，能夠容易實現縮小像素尺寸(縮小元件隔離區域38之間的距離)。這是因為，在實施方式5中，元件隔離區域38和埋入區域71通過其它工序形成，所以考慮到掩模的位置偏移，與該實施方式6相比，必須形成大的元件隔離區域38。
而且，該實施方式6的固體攝像器件與實施方式1一樣，也可以是不具有第二p阱60的方式，或者不具有埋入區域70的方式。
在上述實施方式1～6所使用的圖1、圖3～圖10中，對層間絕緣膜41～43省略了剖面線。此外，對於半導體襯底30中未通過離子注入引入雜質的區域也省略了剖面線。並且，在各剖面圖中僅圖示剖面上出現的線。
若採用本發明的固體攝像器件，能夠同時消除互相相反的、圖像模糊和混色的發生、與光電二極體中的最大電子數和靈敏度的下降。這樣，本發明的固體攝像器件在應用於對攝像機和數位相機等的應用時有用。
以上說明的實施方式，其目的歸根到底是為了說明本發明的技術內容，本發明並不僅限於這樣的具體例子，在本發明的精神和權利要求書所述的範圍內實施方式能夠進行各種變更來實施，應當廣義地解釋本發明。
權利要求
1.一種固體攝像器件，具有n型半導體襯底，該n型半導體襯底上形成有將入射的光轉換成信號電荷的光電轉換部、以及檢測上述信號電荷的信號檢測部，其特徵在於，上述光電轉換部具有形成在上述半導體襯底上的光電二極體；上述半導體襯底具有在上述半導體襯底的厚度方向上與上述光電轉換部和上述信號檢測部重疊的p阱；上述p阱形成為，該p阱的表層側的界面位於比上述光電二極體的表層側的界面更下層。
2.如權利要求1所述的固體攝像器件，其特徵在於，上述p阱形成為，上述p阱的表層側的界面位於比上述光電二極體的下層側的界面更下層，上述p阱的雜質分布不與上述光電二極體的雜質分布重疊；在上述光電二極體和上述p阱之間存在未通過上述半導體襯底的形成工序以外的工序來引入雜質的區域。
3.如權利要求2所述的固體攝像器件，其特徵在於，在未通過上述半導體襯底的形成工序以外的工序來引入雜質的區域，n型雜質的雜質濃度為1×1012個/cm3～1×1016個/cm3、p型雜質的雜質濃度為1×1012個/cm3～1×1016個/cm3。
4.如權利要求1所述的固體攝像器件，其特徵在於，上述p阱形成為，上述p阱的表層側的界面位於上述光電二極體的表層側的界面與其下層側的界面之間。
5.如權利要求1所述的固體攝像器件，其特徵在於，上述半導體襯底在上述p阱的上層具有雜質濃度比上述p阱高的第二p阱；上述信號檢測部形成在形成有上述第二p阱的區域。
6.如權利要求1所述的固體攝像器件，其特徵在於，上述半導體襯底在上述p阱的下層具有雜質濃度比上述p阱高的p型埋入區域。
7.如權利要求1所述的固體攝像器件，其特徵在於，在上述半導體襯底上，上述光電轉換部和上述信號檢測部分別形成多個；多個上述光電轉換部和多個上述信號檢測部具有多個像素的功能；上述多個像素配置成矩陣狀；在上述半導體襯底的相鄰的像素之間形成有元件隔離區域。
8.如權利要求7所述的固體攝像器件，其特徵在於，上述半導體襯底在元件隔離區域的下層具有雜質濃度比上述p阱高、且以隔離上述像素之間的方式形成的p型第二埋入區域。
9.如權利要求7所述的固體攝像器件，其特徵在於，上述半導體襯底在上述p阱的上層具有雜質濃度比上述p阱高的第二p阱，並且，在包括上述元件隔離區域與其以外的區域的界面的區域，具有雜質濃度比上述第二p阱高的p型半導體區域；在形成有上述第二p阱的區域形成了上述信號檢測部。
全文摘要
本發明使用一種固體攝像器件，其具有n型半導體襯底(30)，該n型半導體襯底上形成有光電轉換部(32)和檢測信號電荷的信號檢測部(33)。在光電轉換部具有光電二極體(12)，在半導體襯底上形成在半導體襯底的厚度方向上與光電轉換部及信號檢測部重疊的p阱(31)。p阱形成為，該p阱的表層側的界面(31a)位於比光電二極體的表層側的界面(16a)更下層。最好是表層側的界面位於比光電二極體的下層側的界面(16b)更下層，使得p阱(31)的雜質分布不與光電二極體(12)的雜質分布重疊。這時，在光電二極體和p阱之間存在非摻雜區域(50)。
文檔編號H04N5/335GK1848444SQ20061007353
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月11日 優先權日2005年4月11日
發明者勝野元成, 松長誠之 申請人:松下電器產業株式會社