專利名稱：固態(tài)成像器件及制造其的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種其中每個(gè)單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率得到改進(jìn)的固態(tài)成像器件，和用于制造該固態(tài)成像器件的方法。
背景技術(shù)：
在固態(tài)成像器件中，每個(gè)單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)通過(guò)提高單元像素中的開(kāi)口率或者通過(guò)提高微透鏡的光收集效率而提高。
最近，在固態(tài)成像器件中，已經(jīng)進(jìn)一步提高了像素?cái)?shù)目，導(dǎo)致每個(gè)單元像素面積的減小，因此期望光電轉(zhuǎn)換效率的進(jìn)一步提高。因此，例如光電二極管的情況，在PN結(jié)結(jié)構(gòu)中，在各個(gè)區(qū)域中的雜質(zhì)濃度提高了，且因此光電轉(zhuǎn)換效率提高了(參考Kazuya Yonemoto，“CCD/CMOS imeji sensa no kisoto oyo(CCD/CMOS圖像傳感器的基礎(chǔ)及應(yīng)用)”，CQ Publishing Co.，pp.92-94)。

發(fā)明內(nèi)容
然而，在公知的固態(tài)成像器件中及其制造方法中，如果光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度過(guò)分增加，缺陷像素例如白點(diǎn)經(jīng)常發(fā)生，引起問(wèn)題。
期望提供一種其中每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率可以改進(jìn)的固態(tài)成像器件及這種固態(tài)成像器件的制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，固態(tài)成像器件包括二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)中的多個(gè)像素，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分；元件隔離層，其設(shè)置在沿各個(gè)電荷聚集區(qū)周邊的阱區(qū)表面上并將各個(gè)像素彼此電隔離；和擴(kuò)散層，其設(shè)置在所述元件隔離層下面，并將各個(gè)像素彼此電隔離，所述擴(kuò)散層具有比所述元件隔離層小的寬度，其中每個(gè)電荷聚集區(qū)設(shè)置以在元件隔離層下延伸并與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在用于制造固態(tài)成像器件的方法中，所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)內(nèi)的像素，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分，該方法包括如下步驟在所述阱區(qū)表面上形成元件隔離層，所述元件隔離層將各個(gè)像素彼此電隔離；形成擴(kuò)散層以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)并在所述元件隔離層下將各個(gè)像素彼此電隔離；和對(duì)所述阱區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分被元件隔離層和擴(kuò)散層彼此電隔離。所述光電轉(zhuǎn)換部分的形成步驟包括如下子步驟在所述阱區(qū)中注入雜質(zhì)離子，用于形成每個(gè)電荷聚集區(qū)；和對(duì)通過(guò)形成每個(gè)電荷聚集區(qū)的離子注入子步驟而在阱區(qū)中注入的離子進(jìn)行熱擴(kuò)散，使得電荷聚集區(qū)在元件隔離層下延伸并與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在用于制造固態(tài)成像器件的方法中，所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)內(nèi)的像素，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分，該方法包括如下步驟在所述阱區(qū)表面上形成元件隔離層，所述元件隔離層將各個(gè)像素彼此電隔離；形成擴(kuò)散層以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)并在所述元件隔離層下將各個(gè)像素彼此電隔離；和對(duì)所述阱區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分被元件隔離層和擴(kuò)散層彼此電隔離。所述光電轉(zhuǎn)換部分的形成步驟包括如下子步驟在所述阱區(qū)內(nèi)注入第一雜質(zhì)離子，用于形成每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)；在所述第一離子注入子步驟之后，在電荷聚集區(qū)上設(shè)置掩模；以及在設(shè)置掩模子步驟之后，通過(guò)元件隔離層在每個(gè)電荷聚集區(qū)周邊注入不同于在第一離子注入子步驟中使用的雜質(zhì)的第二雜質(zhì)離子，以形成電荷聚集延伸從而與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在用于制造固態(tài)成像器件的方法中，所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)內(nèi)的像素，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分，該方法包括如下步驟形成擴(kuò)散層以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)并將各個(gè)像素彼此電隔離；在阱區(qū)中形成每個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分被所述擴(kuò)散層彼此電隔離，所述光電轉(zhuǎn)換部分形成步驟包括在阱區(qū)中注入用于形成每個(gè)電荷聚集區(qū)的雜質(zhì)，使得所述電荷聚集區(qū)與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰的子步驟；和在所述離子注入子步驟之后，在所述阱區(qū)表面上形成元件隔離層，所述元件隔離層將各個(gè)像素彼此電隔離，擴(kuò)散層位于元件隔離層下面。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖；圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖；圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖；圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的截面圖。
具體實(shí)施例方式
根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例中任何一個(gè)的固態(tài)成像器件特征在于，每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)形成以在元件隔離層下延伸并與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。優(yōu)選地，在通過(guò)離子注入來(lái)形成光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)之后，電荷聚集區(qū)被允許在元件隔離層下通過(guò)熱擴(kuò)散延伸。作為選擇，在通過(guò)第一離子注入工藝形成光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)之后，相應(yīng)于圍繞有元件隔離層的電荷聚集區(qū)的阱區(qū)表面形成掩模，然后將與第一離子注入工藝中的雜質(zhì)不同的雜質(zhì)離子注入到電荷聚集區(qū)周邊以形成電荷聚集延伸區(qū)。作為選擇，在元件隔離層形成之前，光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)通過(guò)離子注入形成。
在這種結(jié)構(gòu)的任何一種中，可能增加在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分電荷聚集區(qū)(面積)，且可以提高每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。
第一實(shí)施例下面將參照附圖描述根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件及制造其的方法。
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖，且圖2也是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖。
根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件10包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，例如n型硅襯底11，且第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，例如p型半導(dǎo)體阱區(qū)12設(shè)置在襯底11上。多個(gè)像素20二維地排列在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中，每個(gè)像素20包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD和用于提取聚集在光電二極管PD中的信號(hào)電荷的晶體管(未示出)。元件隔離層13設(shè)置在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上，元件隔離層13將各個(gè)像素20彼此電隔離。p型擴(kuò)散層14設(shè)置在元件隔離層13下面的阱區(qū)12中，以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)，擴(kuò)散層14將各個(gè)像素20彼此電隔離。參考標(biāo)號(hào)15代表設(shè)置在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上的絕緣膜。
每個(gè)光電二極管PD包括p型半導(dǎo)體阱區(qū)12和聚集信號(hào)電荷的第一導(dǎo)電類型即n型的電荷聚集區(qū)17。在此實(shí)施例中，光電二極管PD還包括設(shè)置在n型電荷聚集區(qū)17表面上的第二導(dǎo)電類型P+聚集層16。這種光電二極管PD構(gòu)成具有空穴聚集二極管(HAD)結(jié)構(gòu)的傳感器。
在光電二極管PD中，P+聚集層16抑制了由界面態(tài)引起并導(dǎo)致白點(diǎn)的暗電流。p型擴(kuò)散層14還具有在深度方向?qū)⒐怆姸O管PD彼此隔離的功能。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D1和2描述用于制造固態(tài)成像器件10的方法。
首先，如圖1所示，在n型硅襯底11上形成p型半導(dǎo)體阱區(qū)12。隨后，采用光刻，通過(guò)在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12上構(gòu)圖來(lái)形成隔離圖案，該隔離圖案將每個(gè)都包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的各個(gè)像素20隔離，然后通過(guò)在深度方向上進(jìn)行一次或多次離子注入形成p型擴(kuò)散層14。在這種情況下，在離子注入過(guò)程中的劑量為約1×1012cm-2，且p型擴(kuò)散層14的寬度d1為約0.05到10μm。通過(guò)將p型擴(kuò)散層14的寬度d1設(shè)置在上述范圍內(nèi)，且使其為加工能力所允許的盡可能的小，使得寬度d1小于元件隔離層13的線寬度d2，在每個(gè)像素中，在元件隔離層13被p型擴(kuò)散層14所圍繞的位置下面的p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中產(chǎn)生延伸區(qū)18，該延伸區(qū)18顯著地?cái)U(kuò)大了n型電荷聚集區(qū)17的電荷聚集面積。
隨后，采用光刻，通過(guò)在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上構(gòu)圖，形成元件隔離圖案，該元件隔離圖案將每個(gè)都包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的各個(gè)像素20隔離，且因此形成例如由SiO2構(gòu)成的元件隔離層13。然后，通過(guò)元件隔離層13的每個(gè)開(kāi)口13A，將離子注入到p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中，例如以約1×1012cm-2的劑量。因此，形成了具有相應(yīng)于開(kāi)口13A的面積的n型電荷聚集區(qū)17。隨后，具有高濃度例如5×1017cm-3或以上的p型離子被注入到n型電荷聚集區(qū)17的表面，隨后擴(kuò)散，因此形成P+聚集層16。
隨后，具有圖1所示結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件10被放置在熱擴(kuò)散爐(未示出)中并在例如900℃的預(yù)定溫度的氛圍下加熱例如約10分鐘的預(yù)定時(shí)間，以熱擴(kuò)散在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中的n型電荷聚集區(qū)17。因此，如圖2所示n型電荷聚集區(qū)17在光電二極管PD的深度方向及垂直于該深度的方向上、至少在垂直于光電二極管PD的深度方向上擴(kuò)大，使得n型電荷聚集區(qū)17的周邊部分接觸或緊鄰在元件隔離層13下面的p型擴(kuò)散層14。此處，術(shù)語(yǔ)“緊鄰”意味著n型電荷聚集區(qū)17朝向p型擴(kuò)散層14延伸了至少延伸區(qū)18寬度的一半。
在根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)成像器件10及制造其的方法中，在形成用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的步驟中，在通過(guò)離子注入形成光電二極管PD的電荷聚集區(qū)17之后，允許電荷聚集區(qū)17在元件隔離層13下面延伸且與擴(kuò)散層14形成接觸或與其緊鄰。因此，電荷聚集區(qū)17也可以在元件隔離層13下面容易地形成。因此，可能增加在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)(面積)，且能增加每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，不需要像過(guò)去所需要的那樣增加光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度，且因此可能減少缺陷像素例如白點(diǎn)的發(fā)生。
第二實(shí)施例下面將參照?qǐng)D3和4描述根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件及制造其的方法。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖，且圖4也是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖。
如在第一實(shí)施例中一樣，根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件30包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，例如n型硅襯底11，且第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，例如p型半導(dǎo)體阱區(qū)12，且第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，例如p型半導(dǎo)體阱區(qū)12設(shè)置在襯底11上。多個(gè)像素20二維地排列在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中，每個(gè)像素20包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD。元件隔離層13設(shè)置在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上，元件隔離層13將各個(gè)像素20彼此電隔離。p型擴(kuò)散層14設(shè)置在元件隔離層13下面的阱區(qū)12中，以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)，擴(kuò)散層14將各個(gè)像素20彼此電隔離。參考標(biāo)號(hào)15代表設(shè)置在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上的絕緣膜。
每個(gè)光電二極管PD包括p型半導(dǎo)體阱區(qū)12和聚集信號(hào)電荷的第一導(dǎo)電類型即n型的電荷聚集區(qū)17。在此實(shí)施例中，光電二極管PD還包括設(shè)置在n型電荷聚集區(qū)17表面上的第二導(dǎo)電類型P+聚集層16。這種光電二極管PD構(gòu)成具有HAD結(jié)構(gòu)的傳感器。
在光電二極管PD中，P+聚集層16抑制了由界面態(tài)引起并導(dǎo)致白點(diǎn)的暗電流。p型擴(kuò)散層14還具有在深度方向?qū)⒐怆姸O管PD彼此隔離的功能。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D3和4描述用于制造固態(tài)成像器件30的方法。
首先，參照?qǐng)D3，如在第一實(shí)施例中一樣，在n型硅襯底11上形成p型半導(dǎo)體阱區(qū)12。隨后，采用光刻，通過(guò)在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12上構(gòu)圖形成隔離圖案，該隔離圖案把每個(gè)都包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的各個(gè)像素20隔離，然后通過(guò)在深度方向上進(jìn)行一次或多次離子注入形成p型擴(kuò)散層14。在這種情況下，在離子注入過(guò)程中的劑量為約1×1012cm-2，且p型擴(kuò)散層14的寬度d1為約0.05到10μm。通過(guò)將p型擴(kuò)散層14的寬度d1設(shè)置在上述范圍內(nèi)，且使其為加工能力所允許的盡可能的小，使得寬度d1小于元件隔離層13的線寬度d2，在每個(gè)像素中，在元件隔離層13被p型擴(kuò)散層14所圍繞的位置下面的p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中產(chǎn)生延伸區(qū)18，該延伸區(qū)18顯著地?cái)U(kuò)大了n型電荷聚集區(qū)17的電荷聚集面積。
隨后，與在第一實(shí)施例中一樣，采用光刻，通過(guò)在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上構(gòu)圖，形成元件隔離圖案，該元件隔離圖案將每個(gè)都包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的各個(gè)像素20隔離，且因此形成例如由SiO2構(gòu)成的元件隔離層13。然后，通過(guò)元件隔離層13的每個(gè)開(kāi)口13A，將離子注入到p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中，例如以約1×1012cm-2的劑量。因此，形成了具有相應(yīng)于開(kāi)口13A的面積的n型電荷聚集區(qū)17。隨后，具有高濃度例如5×1017cm-3或以上的p型離子被注入到n型電荷聚集區(qū)17的表面，隨后擴(kuò)散，因此形成P+聚集層16。
隨后，如圖4所示，在完成用于形成n型電荷聚集區(qū)17的離子注入步驟之后，將相應(yīng)于被元件隔離層13所圍繞的開(kāi)口13A的光電二極管PD的表面區(qū)域用抗蝕劑膜21遮掩。然后，將與用于n型電荷聚集區(qū)17的離子注入的雜質(zhì)不同的雜質(zhì)離子通過(guò)元件隔離層13注入到位于n型電極聚集區(qū)17的外周邊與p型擴(kuò)散層14的內(nèi)周邊之間的延伸區(qū)18中。因此，形成電荷聚集延伸19從而與n型擴(kuò)散層14的內(nèi)周邊形成接觸或與其緊鄰，電荷聚集延伸19顯著擴(kuò)大了n型電荷聚集區(qū)17的電荷聚集面積。此處，術(shù)語(yǔ)“緊鄰”意味著型電荷聚集延伸19朝向p型擴(kuò)散層14延伸了至少延伸區(qū)18寬度的一半。
在根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)成像器件30及制造其的方法中，在形成用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的步驟中，在通過(guò)離子注入形成光電二極管PD的電荷聚集區(qū)17之后，將相應(yīng)于被元件隔離層13所圍繞的開(kāi)口13A的光電二極管PD的表面區(qū)域用抗蝕劑膜21遮掩，且然后將與用于n型電荷聚集區(qū)17的離子注入的雜質(zhì)不同的雜質(zhì)離子通過(guò)元件隔離層13注入到面對(duì)n型電荷聚集區(qū)17的外周邊的延伸區(qū)18中，以形成電荷聚集延伸19，從而與擴(kuò)散層14形成接觸或與其緊鄰。因此，電荷聚集區(qū)17也可以在元件隔離層13下面容易地形成。因此，可能增加在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)(面積)，且能增加每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，不需要像過(guò)去所需要的那樣增加光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度，且因此可能減少缺陷像素例如白點(diǎn)的發(fā)生。
第三實(shí)施例下面將參照?qǐng)D5和6描述根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件及制造其的方法。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖，且圖6也是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件的重要部分及其制造工藝步驟的示意性截面圖。
如在第一實(shí)施例中一樣，根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件40包括第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底，例如n型硅襯底11，和第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，例如p型半導(dǎo)體阱區(qū)12，且第二導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體阱區(qū)，例如p型半導(dǎo)體阱區(qū)12設(shè)置在襯底11上。多個(gè)像素20二維地排列在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中，每個(gè)像素20包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD。元件隔離層13設(shè)置在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上，元件隔離層13將各個(gè)像素20彼此電隔離。p型擴(kuò)散層14設(shè)置在元件隔離層13下面的阱區(qū)12中，以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)，擴(kuò)散層14將各個(gè)像素20彼此電隔離。參考標(biāo)號(hào)15代表設(shè)置在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上的絕緣膜。
每個(gè)光電二極管PD包括p型半導(dǎo)體阱區(qū)12和聚集信號(hào)電荷的第一導(dǎo)電類型即n型電荷聚集區(qū)17。在此實(shí)施例中，光電二極管PD還包括設(shè)置在n型電荷聚集區(qū)17表面上的第二導(dǎo)電類型P+聚集層16。這種光電二極管PD構(gòu)成具有HAD結(jié)構(gòu)的傳感器。
在光電二極管PD中，P+聚集層16抑制了由界面態(tài)引起并導(dǎo)致白點(diǎn)的暗電流。p型擴(kuò)散層14還具有在深度方向?qū)⒐怆姸O管PD彼此隔離的功能。
現(xiàn)在將參照?qǐng)D5和6描述用于制造固態(tài)成像器件40的方法。
首先，參照?qǐng)D5，如在第一實(shí)施例中一樣，在n型硅襯底11上形成p型半導(dǎo)體阱區(qū)12。隨后，采用光刻，通過(guò)在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12上構(gòu)圖形成隔離圖案，該隔離圖案將每個(gè)都包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的各個(gè)像素20隔離，然后通過(guò)在深度方向上進(jìn)行一次或多次離子注入形成p型擴(kuò)散層14。在這種情況下，在離子注入過(guò)程中的劑量為約1×1012cm-2，且p型擴(kuò)散層14的寬度d1為約0.05到10μm。通過(guò)將p型擴(kuò)散層14的寬度d1設(shè)置在上述范圍內(nèi)，且使其為加工能力所允許的盡可能的小，使得寬度d1小于元件隔離層13的線寬度d2，在每個(gè)像素中，在元件隔離層13下面的p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中被p型擴(kuò)散層14所圍繞的位置產(chǎn)生延伸區(qū)，該延伸區(qū)顯著地?cái)U(kuò)大了n型電荷聚集區(qū)17的電荷聚集面積。
隨后，在元件隔離層13形成之前，以約1×1012cm-2的劑量在每個(gè)像素的p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面注入離子，因此形成具有能與p型擴(kuò)散層14的內(nèi)周邊形成接觸或與其緊鄰的尺寸的n型電荷聚集區(qū)17。隨后，具有例如5×1017cm-3的高濃度的p型離子注入到n型電荷聚集區(qū)17的表面，然后擴(kuò)散，且因此形成P+聚集層16。
隨后，采用光刻，通過(guò)在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12表面上構(gòu)圖，形成元件隔離圖案，該元件隔離圖案將每個(gè)都包括用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的各個(gè)像素20隔離，且因此在p型半導(dǎo)體阱區(qū)12上形成例如由SiO2構(gòu)成的元件隔離層13。
在根據(jù)第三實(shí)施例的固態(tài)成像器件40及制造其的方法中，在形成用作光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PD的步驟中，在元件隔離層13形成之前，形成具有能與p型擴(kuò)散層14的內(nèi)周邊形成接觸或與其緊鄰的尺寸的n型電荷聚集區(qū)17。在電荷聚集區(qū)17形成之后，形成元件隔離層13。因此，電荷聚集區(qū)17也可以在元件隔離層13下面容易地形成。因此，可能增加在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)(面積)，且能增加每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，不需要像過(guò)去所需要的那樣增加光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度，且因此可能減少缺陷像素例如白點(diǎn)的發(fā)生。
在上述第一到第三實(shí)施例的每個(gè)中，光電二極管PD用作具有空穴聚集二極管(HAD)結(jié)構(gòu)的傳感器，在HAD結(jié)構(gòu)中，P+聚集層16設(shè)置在n型電荷聚集區(qū)17上。然而，本發(fā)明不局限于此。光電二極管PD可以具有沒(méi)有P+聚集層16的結(jié)構(gòu)。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，根據(jù)設(shè)計(jì)要求和其他因素，可以在權(quán)利要求及其等同物所限定的范疇內(nèi)進(jìn)行各種改進(jìn)、組合、子組合及變化。
在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固態(tài)成像器件中，由于每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)設(shè)置以在元件隔離層下面延伸且與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰，可能增加每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)(面積)，且能增加每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，不需要像過(guò)去所需要的那樣增加光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度，且因此可能減少缺陷像素例如白點(diǎn)的發(fā)生。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例之一用于制造固態(tài)成像器件的方法中，在光電轉(zhuǎn)換部分形成步驟中，在由離子注入形成每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)之后，允許電荷聚集區(qū)在元件隔離層下面延伸并通過(guò)熱擴(kuò)散與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。因此，電荷聚集區(qū)也可以容易地形成在元件隔離層下面。因此，可能增加在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)(面積)，且能增加每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，不需要像過(guò)去所需要的那樣增加光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度，且因此可能減少缺陷像素例如白點(diǎn)的發(fā)生。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例之一用于制造固態(tài)成像器件中，在光電轉(zhuǎn)換部分形成步驟中，在每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)通過(guò)第一離子注入子步驟形成之后，相應(yīng)于被元件隔離層所圍繞的每個(gè)電荷聚集區(qū)的半導(dǎo)體襯底表面區(qū)域被掩蓋，且在這種狀態(tài)中，將與用在第一離子注入子步驟中的雜質(zhì)不同的雜質(zhì)離子注入到電荷聚集區(qū)的周邊，以形成電極聚集延伸，從而與擴(kuò)散層形成接觸或者與其緊鄰。因此電荷聚集區(qū)也可以容易地形成在元件隔離層下面。因此，可能增加在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)(面積)，且能增加每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，不需要像過(guò)去所需要的那樣增加光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度，且因此可能減少缺陷像素例如白點(diǎn)的發(fā)生。
在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例之一用于制造固態(tài)成像器件的方法中，在光電轉(zhuǎn)換部分形成步驟中，在元件隔離層形成步驟之前，通過(guò)離子注入形成每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)，且在電荷聚集區(qū)形成之后，形成元件隔離層。因此，電荷聚集區(qū)也可以容易地形成在元件隔離層下面。因此，可能增加在每個(gè)像素中的光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)(面積)，且能增加每單元像素的光電轉(zhuǎn)換效率。此外，不需要像過(guò)去所需要的那樣增加光電轉(zhuǎn)換元件的雜質(zhì)區(qū)的雜質(zhì)濃度，且因此可能減少缺陷像素例如白點(diǎn)的發(fā)生。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)成像器件，包括多個(gè)像素，二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)中，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分；元件隔離層，設(shè)置在沿各個(gè)電荷聚集區(qū)周邊的所述阱區(qū)表面上，且將各個(gè)像素彼此電隔離；和擴(kuò)散層，設(shè)置在所述元件隔離層下面，從而圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)，且將各個(gè)像素彼此電隔離，所述擴(kuò)散層具有比所述元件隔離層小的寬度，其中每個(gè)電荷聚集區(qū)設(shè)置以在元件隔離層下延伸并與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)成像器件，其中所述光電轉(zhuǎn)換部分包括設(shè)置在所述電荷聚集區(qū)上的空穴聚集層。
3.一種用于制造固態(tài)成像器件的方法，所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)內(nèi)的像素，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分，所述方法包括如下步驟在所述阱區(qū)表面上形成元件隔離層，所述元件隔離層將各個(gè)像素彼此電隔離；形成擴(kuò)散層，從而圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)，并在所述元件隔離層下將各個(gè)像素彼此電隔離；和對(duì)所述阱區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分被元件隔離層和擴(kuò)散層彼此電隔離，其中所述光電轉(zhuǎn)換部分的形成步驟包括如下子步驟在所述阱區(qū)中注入雜質(zhì)離子，用于形成每個(gè)電荷聚集區(qū)；和對(duì)通過(guò)形成每個(gè)電荷聚集區(qū)的離子注入子步驟而在阱區(qū)中注入的離子進(jìn)行熱擴(kuò)散，使得所述電荷聚集區(qū)在元件隔離層下延伸并與所述擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。
4.一種用于制造固態(tài)成像器件的方法，所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)內(nèi)的像素，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分，所述方法包括如下步驟在所述阱區(qū)表面上形成元件隔離層，所述元件隔離層將各個(gè)像素彼此電隔離；形成擴(kuò)散層，從而圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)，并在所述元件隔離層下將各個(gè)像素彼此電隔離；和對(duì)所述阱區(qū)內(nèi)的每個(gè)像素形成光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分被元件隔離層和擴(kuò)散層彼此電隔離，其中所述光電轉(zhuǎn)換部分的形成步驟包括如下子步驟在所述阱區(qū)內(nèi)注入第一雜質(zhì)離子，用于形成每個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的電荷聚集區(qū)；在所述第一離子注入子步驟之后，在電荷聚集區(qū)上設(shè)置掩模；和在設(shè)置掩模子步驟之后，通過(guò)元件隔離層在每個(gè)電荷聚集區(qū)周邊注入與第一離子注入子步驟中使用的雜質(zhì)不同的第二雜質(zhì)離子，以形成電荷聚集延伸區(qū)從而與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。
5.一種用于制造固態(tài)成像器件的方法，所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)內(nèi)的像素，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分，所述方法包括如下步驟形成擴(kuò)散層以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)并將各個(gè)像素彼此電隔離；在所述阱區(qū)中形成每個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分由所述擴(kuò)散層彼此電隔離，所述光電轉(zhuǎn)換部分形成步驟包括在阱區(qū)中注入用于形成每個(gè)電荷聚集區(qū)的雜質(zhì)，使得所述電荷聚集區(qū)與所述擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰的子步驟；和在所述離子注入子步驟之后，在所述阱區(qū)表面上形成元件隔離層，所述元件隔離層將各個(gè)像素彼此電隔離，所述擴(kuò)散層位于所述元件隔離層下面。
6.根據(jù)權(quán)利要求3、4或5的任何一個(gè)的用于制造所述固態(tài)成像器件的方法，其中所述光電轉(zhuǎn)換部分包括設(shè)置在所述電荷聚集區(qū)上的空穴聚集層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種固態(tài)成像器件及其制造方法，所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)像素，二維地排列在設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的阱區(qū)中，每個(gè)像素包括具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)的光電轉(zhuǎn)換部分；元件隔離層，其設(shè)置在沿各個(gè)電荷聚集區(qū)周邊的阱區(qū)表面上，且其將各個(gè)像素彼此電隔離；和擴(kuò)散層，其設(shè)置在所述元件隔離層下面，以圍繞各個(gè)電荷聚集區(qū)，且將各個(gè)像素彼此電隔離，所述擴(kuò)散層具有比所述元件隔離層小的寬度。每個(gè)電荷聚集區(qū)設(shè)置以在元件隔離層下延伸并與擴(kuò)散層形成接觸或與其緊鄰。
文檔編號(hào)H04N5/374GK1812115SQ20061005130
公開(kāi)日2006年8月2日 申請(qǐng)日期2006年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月5日
發(fā)明者田谷圭司, 阿部秀司, 大橋正典, 正垣敦, 山本敦彥, 古川雅一 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社