專利名稱：固態(tài)圖像捕獲裝置及其制造方法和電子信息裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多個(gè)二維設(shè)置的光接收部的固態(tài)圖像捕獲裝置， 所述多個(gè)光接收部用來對(duì)來自對(duì)象的圖像光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且捕獲所 述對(duì)象的圖像；用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法、以及電子信息裝 置，例如數(shù)字照相機(jī)(例如數(shù)字視頻照相機(jī)和數(shù)字靜物照相機(jī))、圖 像輸入照相機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)和裝備有照相機(jī)的蜂窩式電話裝置， 固態(tài)圖像捕獲裝置作為在電子信息裝置的圖像捕獲部中使用的圖像輸 入裝置。
背景技術(shù)：
上述常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置安裝在數(shù)字照相機(jī)、蜂窩式電話裝置 等中，并且這種固態(tài)圖像捕獲裝置包括使用CCD(電荷耦合裝置)的 CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器，與CCD圖像傳感器相比，所述CMOS 圖像傳感器可以和CMOS制造工藝兼容并且具有較低的驅(qū)動(dòng)電壓。
圖10是示意性地示出參考文獻(xiàn)1中公開的常規(guī)CMOS圖像傳感器 中的基本像素的示范性結(jié)構(gòu)的縱截面圖.
在圖10中，在高濃度F襯底101上，提供具有比所述P+襯底101 的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度的P型層102，并且在P型層102上提供N型 光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103，所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103與P型層102連接以形成光 電二極管。結(jié)果，形成了常規(guī)CMOS圖像傳感器的基本像素100。優(yōu)選 地，P型層102通過外延生長形成在P+襯底101上。另外，N型光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域103例如通過離子注入或通過N型雜質(zhì)的擴(kuò)散來形成。
在此，P+襯底101的雜質(zhì)濃度例如從lxl018/cm3fij lxlO"/co^變動(dòng)， P型層102的雜質(zhì)濃度例如從lxl0"/cm3到lxl0"/cm3變動(dòng)。此外，N 型光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103的雜質(zhì)濃度例如從lxl0"/cm3到lxl()27cm3變動(dòng)。
另外，為了防止N型光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103的表面上的泄漏，在P型 層102和N型光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103的表面?zhèn)壬闲纬杀砻鍼+層104。此外， 為了隔開基本像素100和相鄰的基本像素，提供形成在P型層102中 的P+型元件隔離區(qū)域105、形成在P+型元件隔離區(qū)域105上的元件隔離 氧化物膜106等、設(shè)置在表面P+層104上的柵氧化物膜107、形成在元 件隔離氧化物膜106和柵氧化物膜107上以便覆蓋它們?nèi)康膴A層絕 緣膜108、以及用來防止光進(jìn)入形成在夾層絕緣膜108中的多余部分的 遮蔽膜(shading film) 109。
在基本像素100中，P型層102的厚度被設(shè)置得從大約2 jim到10 Hm變動(dòng)。即，從半導(dǎo)體的主表面到P型層102和P+襯底101之間的界 面的長度被設(shè)置得從大于或等于2 nm到小于或等于10 pm變動(dòng)。該大 于或等于2 vim和小于或等于10 nm的深度幾乎與硅中紅色或近紅外區(qū) 域的光學(xué)吸收長度相同?？梢愿鶕?jù)需要感測(cè)的光的波長來改變P型層 102的厚度。
當(dāng)入射光進(jìn)入由N型光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103和其下面的P型層102的 PN結(jié)形成的光電二極管時(shí)，由于信號(hào)電荷累積期間在N型光電轉(zhuǎn)換區(qū) 域103和其下面的P型層102的區(qū)域中的入射光而生成電子和正空穴 對(duì)。然后生成的電子在形成在N型光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103和其下面的P型 層102的一部分中的耗盡層中累積。在該階段，在產(chǎn)生在P型層102 中的光電子中，因?yàn)殡s質(zhì)濃度比P型層102的雜質(zhì)濃度高的F襯底101 設(shè)置在P型層102的下面，所以向襯底下面擴(kuò)散的光電轉(zhuǎn)換電子從P 型層102流到P+襯底101側(cè)并且被捕獲。電子在此重新結(jié)合并且消失。 利用該結(jié)構(gòu)，通過基本像素100中的F襯底101控制電子到相鄰像素 的橫向擴(kuò)散。結(jié)果，能夠減少像素之間的串?dāng)_并且控制圖像分辨率的 下降。
參考文獻(xiàn)l:日本特開公開號(hào)No. 2002-170945
發(fā)明內(nèi)容
在上述常規(guī)結(jié)構(gòu)中，N型光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103設(shè)置在P型層102上， P型層102形成在P+襯底101上，所述P+襯底101是高濃度P型襯底， 并且P型層102具有比P+襯底101的濃度低的濃度。在低濃度P型層 1(^的深區(qū)域中的光電轉(zhuǎn)換電子流到具有比低濃度P型層102更高雜質(zhì)
濃度的P+襯底101中并且被捕獲.結(jié)果，電子到相鄰像素的橫向擴(kuò)散 被控制并且單元像素IOO之間的串?dāng)_被減少，由此控制了圖像分辨率
的下降。然而，由于下一代光接收部區(qū)域的進(jìn)一步被最小化，在形成
光接收部的每個(gè)單元像素100的N型光電轉(zhuǎn)換區(qū)域103中有助于光電 轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷的數(shù)量(電子的數(shù)量)減少。另外，在低濃度P型層 102的深區(qū)域中，光電轉(zhuǎn)換電子(信號(hào)電荷)從低濃度P型層102流到 P+襯底101側(cè)。因此，難以改善綠色到紅色的靈敏度(光電轉(zhuǎn)換效率)， 為此在低濃度P型層102的深位置中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明旨在解決上述常規(guī)問題。本發(fā)明的目的是提供固態(tài)圖像捕 獲裝置，其中靈敏度被改善，包括綠色到紅色的靈敏度(光電轉(zhuǎn)換效 率)，并且信號(hào)電荷對(duì)相鄰像素的串?dāng)_被進(jìn)一步減?。凰龉虘B(tài)圖像 捕獲裝置的制造方法；以及利用所述固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像捕獲 部中的圖像輸入裝置的電子信息裝置。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置具有用來對(duì)來自對(duì)象的圖像光進(jìn) 行光電轉(zhuǎn)換并且捕獲所述來自對(duì)象的圖像光的多個(gè)光接收部，其中， 在所述多個(gè)光接收部中，低濃度相反導(dǎo)電性層設(shè)置在單導(dǎo)電性村底或 單導(dǎo)電性層上，具有比低濃度相反導(dǎo)電性層更高的雜質(zhì)濃度的高濃度 相反導(dǎo)電性層設(shè)置在所述低濃度相反導(dǎo)電性層上，并且光電二極管包 括單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層與所述低濃度相反導(dǎo)電性層的PN結(jié)，由 此實(shí)現(xiàn)上述目的。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，沿襯底深度方向在高濃度 相反導(dǎo)電性層的下面添加低濃度相反導(dǎo)電性層以擴(kuò)大光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的 體積。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，設(shè)置高濃度相反導(dǎo)電性層
導(dǎo)電性層流到高濃度相反J電性層的側(cè)。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，高濃度相反導(dǎo)電性層被設(shè) 置在具有達(dá)到并且包括O. 5 nm的村底深度的區(qū)域中。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，低濃度相反導(dǎo)電性層被設(shè) 置在具有從大約0.5 pm到2 nm變動(dòng)的襯底深度的區(qū)域中。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，耗盡層在低濃度相反導(dǎo)電 性層與單導(dǎo)電性村底或單導(dǎo)電性層之間的PN結(jié)部處延伸到單導(dǎo)電性襯 底或單導(dǎo)電性層的更深側(cè)。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，耗盡層在低濃度相反導(dǎo)電
性層與單導(dǎo)電性村底或單導(dǎo)電性層之間的PN結(jié)部處沿單導(dǎo)電性襯底或 單導(dǎo)電性層的深度方向側(cè)延伸2 pm到3 nm。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，電勢(shì)從高濃度相反導(dǎo)電性 層的-3到-4 V的電勢(shì)向低濃度相反導(dǎo)電性層與單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電 性層之間的PN結(jié)部的小于0 V的電勢(shì)連續(xù)地逐漸傾斜。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，低濃度相反導(dǎo)電性層包括 對(duì)在綠色光和紅色光之間變動(dòng)的波長進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的區(qū)域。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性 層是硅襯底或硅層，并且低濃度相反導(dǎo)電性層的厚度范圍包括硅中從 綠色到紅色變動(dòng)的光的吸收波長。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，對(duì)高濃度相反導(dǎo)電性層執(zhí) 行多步注入。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，在沿上部雜質(zhì)區(qū)域和下部 雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的兩個(gè)步驟中、或在沿上部雜質(zhì)區(qū)域、中間雜質(zhì) 區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的三個(gè)步驟中執(zhí)行該多步注入，并且 上部雜質(zhì)區(qū)域設(shè)置在其中到讀出信號(hào)電荷的區(qū)域的距離比到下部雜質(zhì) 區(qū)域的距離短的位置中。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，通過改變具有預(yù)定角度的 注入方向?qū)ι喜侩s質(zhì)區(qū)域和比上部雜質(zhì)區(qū)域低的雜質(zhì)區(qū)域進(jìn)行雜質(zhì)離 子注入。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，高濃度相反導(dǎo)電性層的注 入雜質(zhì)具有比低濃度相反導(dǎo)電性層的注入雜質(zhì)大的質(zhì)量。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，高濃度相反導(dǎo)電性層的注 入雜質(zhì)是砷(As)，并且低濃度相反導(dǎo)電性層的注入雜質(zhì)是磷(P)。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，對(duì)高濃度相反導(dǎo)電性層下 面的低濃度相反導(dǎo)電性層進(jìn)行多步注入以便更深地進(jìn)行離子注入。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，在沿上部雜質(zhì)區(qū)域和下部 雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的兩個(gè)步驟中、或在沿上部雜質(zhì)區(qū)域、中間雜質(zhì) 區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的三個(gè)步驟中進(jìn)行該多步注入。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置是CMOS固態(tài)圖像捕獲裝置，其中
該多個(gè)光接收部二維地設(shè)置在圖像捕獲區(qū)域中，在信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換部中 讀出在每個(gè)光接收部中被轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷，并且為每個(gè)像素讀出根據(jù) 在信號(hào)電壓轉(zhuǎn)換部中被轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓放大的信號(hào)作為輸出信號(hào)。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，作為兩個(gè)像素共用的結(jié)構(gòu)， 通常通過用于兩個(gè)光接收部的浮動(dòng)擴(kuò)散和根據(jù)所述兩個(gè)光接收部讀出
信號(hào)電荷的兩個(gè)傳輸晶體管(transfer transistor)來設(shè)置一個(gè)信號(hào) 讀出電路。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，信號(hào)讀出電路包括用來在 設(shè)置成矩陣的多個(gè)光接收部中選擇預(yù)定的光接收部的選擇晶體管；串 聯(lián)連接到所述選擇晶體管的放大晶體管，所述放大晶體管用來根據(jù)信 號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成的信號(hào)電壓放大信號(hào)，該信號(hào)電荷通過傳輸晶體管從選 擇的光接收部被傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散；以及用來在信號(hào)從放大晶體管輸出
后將浮動(dòng)擴(kuò)散的電勢(shì)復(fù)位到預(yù)定電勢(shì)的復(fù)位晶體管。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置是CCD固態(tài)圖像捕獲裝置，其中
該多個(gè)光接收部二維地設(shè)置在圖像捕獲區(qū)域中，并且在每個(gè)光接收部 中的被光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷被讀出到電荷傳輸部并且沿預(yù)定方向被連 續(xù)傳輸。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置中，在相反導(dǎo)電性襯底或相反
導(dǎo)電性層上，形成單導(dǎo)電性層作為具有被離子注入到預(yù)定深度的單導(dǎo)
電性雜質(zhì)的低濃度單導(dǎo)電性阱層。
一種根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，包括在光接
收部形成區(qū)域、整個(gè)多像素區(qū)域、或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素 區(qū)域中形成高濃度相反導(dǎo)電性層的高濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步 驟；在光接收部形成區(qū)域、整個(gè)多像素區(qū)域、或多個(gè)沿行或列方向的
帶形多像素區(qū)域中在高濃度相反導(dǎo)電性層的下面形成低濃度相反導(dǎo)電 性層的低濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步驟；以及通過利用預(yù)定圖案 選擇性地注入單導(dǎo)電性雜質(zhì)離子來隔離光接收部的像素隔離步驟，所 述像素隔離步驟在以該順序或相反的順序進(jìn)行所述兩個(gè)前面的步驟之 后進(jìn)行，由此實(shí)現(xiàn)上述目的。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，高濃度相反導(dǎo) 電性雜質(zhì)離子注入步驟通過利用具有用于整個(gè)多像素區(qū)域、或該多個(gè) 沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域的開口的掩模離子注入具有第一雜質(zhì) 濃度的第一相反導(dǎo)電性雜質(zhì)來形成高濃度雜質(zhì)層。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，低濃度相反導(dǎo) 電性雜質(zhì)離子注入步驟通過利用具有用于整個(gè)多像素區(qū)域、或該多個(gè) 沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域的開口的掩模離子注入具有第一雜質(zhì) 濃度的第二相反導(dǎo)電性雜質(zhì)來形成低濃度雜質(zhì)層。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，像素隔離步驟 通過利用具有開口的掩模選擇性地離子注入單導(dǎo)電性雜質(zhì)以隔離光接 收部的外圍，并且利用元件隔離區(qū)域隔離光接收部的外圍以限定光接 收部的區(qū)域的外圍。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法進(jìn)一步包括STI步驟，
作為高濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步驟和低濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離 子注入步驟前面的步驟，該STI步驟利用單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層 上的絕緣材料隔離光接收部的外圍。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，STI步驟包括 形成隔離單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層上的光接收部的外圍的溝槽凹槽 (trench groove)的溝槽凹槽形成步驟，形成嵌入溝槽凹槽的元件隔 離絕緣膜的步驟，以及拋光形成的元件隔離絕緣膜以平面化襯底表面 的步驟。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法進(jìn)一步包括作為像素 隔離步驟后面的步驟的、形成用來傳輸電荷的柵電極的柵電極形成步 驟。
根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法進(jìn)一步包括在高濃度 相反導(dǎo)電性層的表面中離子注入單導(dǎo)電性雜質(zhì)以形成表面單導(dǎo)電性區(qū) 域的表面單導(dǎo)電性區(qū)域形成步驟。
根據(jù)本發(fā)明的電子信息裝置利用根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置 作為圖像捕獲部中的圖像輸入裝置。
以下將描述具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的功能。
根據(jù)本發(fā)明，具有比高濃度相反導(dǎo)電性層的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃 度的低濃度相反導(dǎo)電性層被深入設(shè)置在形成光接收部的高濃度相反導(dǎo) 電性層下面的襯底內(nèi)部。此外，通過低濃度相反導(dǎo)電性層下面的單導(dǎo) 電性襯底或單導(dǎo)電性層的PN結(jié)，光電二極管被深入形成在襯底的內(nèi)部。
利用這種結(jié)構(gòu)，即使光接收部的光接收面積減小，光接收部也可
以在襯底中形成得更深并且也可以擴(kuò)大光接收部的體積以確保信號(hào)電 荷的數(shù)量。另外，即使在襯底的深區(qū)域也能夠改善靈敏度，包括綠色 到紅色的感色靈敏度(光電轉(zhuǎn)換效率)，并且能夠增加飽和充電容量 (存儲(chǔ)的電子的最大數(shù)目)。
因?yàn)榈蜐舛认喾磳?dǎo)電性層設(shè)置在高濃度相反導(dǎo)電性層之下并且能 級(jí)(電勢(shì))的傾斜被如此設(shè)置使得深入襯底中的低濃度相反導(dǎo)電性層 中生成的光電轉(zhuǎn)換電子流到高濃度相反導(dǎo)電性層，所以光電轉(zhuǎn)換電子 按照慣例從與村底側(cè)上的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電性層流到襯底，由此進(jìn) 一步減小了信號(hào)電荷(電子)對(duì)鄰近的左邊和右邊的像素的串?dāng)_。
另外，在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，進(jìn)行用 來在光接收部形成區(qū)域、整個(gè)多像素區(qū)域、或多個(gè)沿行或列方向的帶 形多像素區(qū)域中形成高濃度相反導(dǎo)電性層的相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注 入，以及用來在整個(gè)多像素區(qū)域或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素區(qū) 域中形成低濃度相反導(dǎo)電性層的相同類型的相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注 入。隨后，進(jìn)行用來隔離像素的單導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入，并且在光接 收部之間形成元件隔離部。因此，與從一開始就將單導(dǎo)電性區(qū)域和相 反導(dǎo)電性區(qū)域限定在各部中并且然后進(jìn)行離子注入的常規(guī)方法相比， 在形成光接收部時(shí)沒有必要考慮偏移的注入位置的裕度。因此，能夠 在更寬范圍內(nèi)形成每個(gè)光接收面積。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的本發(fā)明，在構(gòu)成光接收部的高濃度相反導(dǎo)電 性層下面形成具有比高濃度相反導(dǎo)電性層的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度的 低濃度相反導(dǎo)電性層以便深入襯底內(nèi)部形成光電二極管。因此，即使 下一代固態(tài)圖像捕獲裝置的光接收部面積被最小化，也可以擴(kuò)大光接 收部的體積以確保信號(hào)電荷的數(shù)量。另外，即使在村底的深區(qū)域也能 夠改善靈敏度，包括綠色到紅色的感色靈敏度(改善光電轉(zhuǎn)換效率)， 并且能夠增加飽和容量(存儲(chǔ)的電子的最大數(shù)目)。此外，因?yàn)榈蜐?度相反導(dǎo)電性層形成在高濃度相反導(dǎo)電性層的下面，所以深入村底中 的低濃度相反導(dǎo)電性層的電子流到高濃度相反導(dǎo)電性層的側(cè)并且聚集 在一起，減小了信號(hào)電荷對(duì)鄰近像素的串?dāng)_。
此外，在光接收部形成區(qū)域、整個(gè)多像素區(qū)域、或多個(gè)沿行或列 方向的帶形多像素區(qū)域中形成高濃度相反導(dǎo)電性層，并且全部一起進(jìn) 行用來在整個(gè)多像素區(qū)域或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域中形
成低濃度相反導(dǎo)電性層的雜質(zhì)離子注入。隨后，進(jìn)行用來隔離像素的 單導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入。因此，與從一開始就將單導(dǎo)電性區(qū)域和相反 導(dǎo)電性區(qū)域限定在各部中并且然后進(jìn)行離子注入的常規(guī)情形相比，在 形成光接收部時(shí)沒有必要考慮偏移的注入位置的裕度。因此，能夠在 更寬范圍內(nèi)形成每個(gè)光接收面積。
參考附圖閱讀和理解下列詳細(xì)描述時(shí)，本發(fā)明的這些和其它優(yōu)點(diǎn) 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)變得顯而易見。
圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的固態(tài)圖像捕獲裝置 中的單元像素的結(jié)構(gòu)原理的縱截面圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的CMOS圖像傳感器中具有兩個(gè) 像素共用的結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素的電路圖。
圖3是示意性地示出包括多個(gè)圖2中的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元 像素的示范性平面結(jié)構(gòu)的平面圖.
圖4是示意性地示出圖3的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素的沿線 X-X'的截面圖。
圖5是對(duì)應(yīng)于圖4的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素中基本部分的 截面位置的電勢(shì)等高線圖.
圖6是對(duì)應(yīng)于常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素中基本部分的截 面位置的電勢(shì)等高線圖，圖6是與圖5比較的參考實(shí)例。
圖7是示出在圖5中橫軸位置X1中沿村底的深度的電勢(shì)的圖。
圖8是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的CCD圖像傳感器中 的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素的縱截面圖。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的電子信息裝置的示范性基本 結(jié)構(gòu)的方塊圖。
圖IO是示意性地示出參考文獻(xiàn)1中公開的常規(guī)CMOS圖像傳感器 中的基本像素的示范性結(jié)構(gòu)的縱截面圖。 10、 IOA、 10B 單元像素
1 單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層
2 低濃度相反導(dǎo)電性層
3 高濃度相反導(dǎo)電性層
4 元件隔離部
11、 12、 30 光電二極管
13、 14 傳輸晶體管 13a、 14a、 38 柵極
15 信號(hào)讀出電路
16 選擇晶體管
17 放大晶體管
18 復(fù)位晶體管
19 信號(hào)線
21、 31 N型半導(dǎo)體襯底
22、 32 低濃度P型阱
23、 33 高濃度P型阱
24、 34 低濃度N層
25、 35 高濃度N層
26、 36 用來隔離元件的高濃度P型層 26a、 36a STI
27、 37 表面P+層 33a 電荷讀出部
50 電子信息裝置
51 固態(tài)圖像捕獲裝置
52 信號(hào)處理部
53 存儲(chǔ)器部
54 顯示器部
55 通信部 FD 浮動(dòng)擴(kuò)散 TF 電荷傳輸部
具體實(shí)施例方式
在下文中，根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的基本原理和所述固 態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法將被描述為實(shí)施例1。其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施 例1的固態(tài)圖像捕獲裝置及其制造方法被應(yīng)用到CMOS圖像傳感器的情 形將被描述為實(shí)施例2。其中根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1的固態(tài)圖像捕獲裝
置及其制造方法被應(yīng)用到CCD圖像傳感器的情形將被描述為實(shí)施例3。 此外，利用根據(jù)實(shí)施例1到3固態(tài)圖像捕獲裝置中的任何一個(gè)作為圖 像捕獲部中的圖像輸入裝置的電子信息裝置將被描述為實(shí)施例4。將參 考附圖描述全部實(shí)施例。
在此，將簡(jiǎn)要描述CMOS圖像傳感器和CCD圖像傳感器的特性。 CMOS圖像傳感器類似于CCD圖像傳感器在于對(duì)應(yīng)于像素的光電轉(zhuǎn) 換元件(光接收部)被二維地設(shè)置在CMOS圖像傳感器中。然而，不同 于CCD圖像傳感器，CMOS圖像傳感器并不使用CCD來利用垂直傳輸部
傳輸部傳輸信號(hào)電荷。代替地，CMOS圖像傳感器類似存儲(chǔ)器裝置那樣
且將所述信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成電壓。隨后，CMOS圖像傳感器連續(xù)從選擇的 像素讀出根據(jù)轉(zhuǎn)換的電壓放大的成像信號(hào)。另一方面，CCD圖像傳感器 需要多個(gè)正和負(fù)的電源電壓來驅(qū)動(dòng)CCD,而CMOS圖像傳感器能夠利用 單電源驅(qū)動(dòng)它自己，與CCD圖像傳感器相比這實(shí)現(xiàn)了低電耗和低電壓 驅(qū)動(dòng)。此外，因?yàn)槭褂锚?dú)特的CCD制造工藝來制造CCD圖像傳感器， 所以難以將通常用于CMOS電路的制造工藝直接應(yīng)用到CCD圖像傳感器 的制造方法。另一方面，CMOS圖像傳感器使用通常用于CMOS電路的制 造工藝。因此，可以通過被頻繁用來制造控制顯示器的驅(qū)動(dòng)器電路、 控制圖像捕獲的驅(qū)動(dòng)器電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器例如DRAM、以及邏輯電路 的CMOS工藝同時(shí)形成邏輯電路、模擬電路和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。即，容 易在其上形成了半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、控制顯示器的驅(qū)動(dòng)器電路、和控制圖 像捕獲的驅(qū)動(dòng)器電路的相同半導(dǎo)體芯片上形成CMOS圖像傳感器。另外， 關(guān)于CMOS圖像傳感器的制造，CMOS圖像傳感器容易與半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、 控制顯示器的驅(qū)動(dòng)器電路、和控制圖像捕獲的驅(qū)動(dòng)器電路共用生產(chǎn)線。 (實(shí)施例1 )
圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例1的固態(tài)圖像捕獲裝置 中的單元像素的結(jié)構(gòu)原理的縱截面圖。
根據(jù)圖1,在根據(jù)實(shí)施例1的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素10中 的光接收部(光電轉(zhuǎn)換部)中，低濃度相反導(dǎo)電性層2設(shè)置在單導(dǎo)電 性襯底或單導(dǎo)電性層1上。在低濃度相反導(dǎo)電性層2上，設(shè)置具有比 低濃度相反導(dǎo)電性層2的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)濃度的高濃度相反導(dǎo)電性
層3，并且通過單導(dǎo)電性層1和低濃度相反導(dǎo)電性層2的PN深入襯底 內(nèi)部形成光電二極管。
如上所述，通過在比高濃度相反導(dǎo)電性層3深的區(qū)域中提供具有 比高濃度相反導(dǎo)電性層3的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度的低濃度相反導(dǎo)電 性層2,即使下一代固態(tài)圖像捕獲裝置的在其中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光接收 部面積進(jìn)一步被最小化，也可以擴(kuò)大光接收部的體積。另外，從比高 濃度相反導(dǎo)電性層3的底部深的低濃度相反導(dǎo)電性層2的區(qū)域不知道 光電轉(zhuǎn)換電子流到哪個(gè)方向，所述光電轉(zhuǎn)換電子可以有效地從具有較 低雜質(zhì)濃度的低濃度相反導(dǎo)電性層2被汲取到高濃度相反導(dǎo)電性層3 的將被積累的側(cè)。
如上所述，低濃度相反導(dǎo)電性層2設(shè)置在高濃度相反導(dǎo)電性層3 的底部使得能級(jí)(電勢(shì))的傾斜被設(shè)置得使光電轉(zhuǎn)換電子從單導(dǎo)電性 襯底或?qū)?到低濃度相反導(dǎo)電性層2的PN結(jié)部平穩(wěn)地流到高濃度相反 導(dǎo)電性層3的側(cè)。因此，能夠改善靈敏度，包括綠色到紅色的感色靈 敏度(改善光電轉(zhuǎn)換效率)，并且能夠增加飽和容量(存儲(chǔ)的電子的 最大數(shù)目)，以及能夠減少信號(hào)電荷對(duì)鄰近像素的串?dāng)_。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，進(jìn)行相反導(dǎo)電 性雜質(zhì)離子注入以在光接收部形成區(qū)域、整個(gè)圖像捕獲區(qū)域(整個(gè)多 像素區(qū)域)、或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素部(多像素區(qū)域)中 形成高濃度相反導(dǎo)電性層3。此外，進(jìn)行相同的相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注 入以在整個(gè)圖像捕獲區(qū)域(整個(gè)多像素區(qū)域)或多個(gè)沿行或列方向的 帶形多像素部(多像素區(qū)域)中形成低濃度相反導(dǎo)電性層2。隨后，進(jìn) 行用來隔離像素的單導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入，通過單導(dǎo)電類型元件隔離 部4隔離光接收部的周圍，并且可以通過為光接收部限定各部來形成 光接收部。因此，與從一開始就將光接收部的單導(dǎo)電性區(qū)域(元件隔 離部)和相反導(dǎo)電性區(qū)域限定在各部中并且然后進(jìn)行離子注入的常規(guī) 方法相比，沒有必要考慮在光接收部和元件隔離部4之間的離子注入 位置的裕度。因此，能夠在更寬范圍內(nèi)形成每個(gè)光接收部的每個(gè)光接 收面積。
(實(shí)施例2 )
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例2的CMOS圖像傳感器中具有兩個(gè) 像素共用的結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素的電路圖。
根據(jù)圖2，在根據(jù)實(shí)施例2的CMOS圖像傳感器中具有兩個(gè)像素共 用的結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像捕獲裝置中的單元像素部10A中，光電二極管11 和l2起兩個(gè)光接收部的作用并且設(shè)置用來讀出對(duì)應(yīng)于相應(yīng)光電二極管 11和12的信號(hào)電荷的兩個(gè)傳輸晶體管13和14，并且也為所述兩個(gè)光 電二極管和兩個(gè)傳輸晶體管設(shè)置一個(gè)公共信號(hào)讀出電路15。
讀出電路15包括作為像素選擇部的選擇晶體管16，用來根據(jù)所選 像素的浮動(dòng)擴(kuò)散FD的信號(hào)電荷電壓放大信號(hào)、串聯(lián)連接到選擇晶體管 16并且起信號(hào)放大部的作用的放大晶體管17，以及用來將浮動(dòng)擴(kuò)散FD 的電勢(shì)復(fù)位到預(yù)定電勢(shì)的復(fù)位晶體管18。讀出電路15將信號(hào)電荷從兩 個(gè)頂部和底部光電二極管11和12連續(xù)傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散FD以將電荷轉(zhuǎn) 換成電壓。根據(jù)轉(zhuǎn)換的信號(hào)電壓，由選擇晶體管16選擇的像素中的放 大晶體管17放大所述信號(hào)使得信號(hào)線19為每個(gè)像素連續(xù)讀出所述信 號(hào)作為圖像捕獲像素信號(hào)。隨后，浮動(dòng)擴(kuò)散FD通過復(fù)位晶體管18被 復(fù)位到電源電壓Vdd的預(yù)定電勢(shì)。
光電二極管11和12根據(jù)光的量進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換以將入射光轉(zhuǎn)換成 信號(hào)電荷。起電荷傳輸部(傳輸柵極)的作用的傳輸晶體管13和14 分別設(shè)置在相應(yīng)的光電二極管11和12與浮動(dòng)擴(kuò)散FD之間。
電荷傳輸控制信號(hào)TX1和TX2通過用來傳輸電荷的電荷傳輸控制 線被提供給相應(yīng)傳輸晶體管13和14的柵極13a和14a，并且由光電二 極管11和12光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷(光電轉(zhuǎn)換電子)被連續(xù)傳輸?shù)礁?動(dòng)擴(kuò)散FD。
放大晶體管17的柵極被連接到浮動(dòng)擴(kuò)散FD,并且串聯(lián)的選擇晶體 管16和放大晶體管17被連接在電源線和信號(hào)線19之間。放大晶體管 17具有源跟隨器型放大器結(jié)構(gòu)。另外，電源線通過復(fù)位晶體管18電連 接到浮動(dòng)擴(kuò)散FD,并且浮動(dòng)擴(kuò)散FD的電勢(shì)在讀出到信號(hào)線19之后并 且在信號(hào)電荷讀出到浮動(dòng)擴(kuò)散FD之前被周期性地復(fù)位到電源電壓Vdd 的預(yù)定電勢(shì)等。
圖3是示意性地示出包括多個(gè)圖2中的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元 像素的示范性結(jié)構(gòu)的平面圖.圖4是示意性地示出圖3的固態(tài)圖像捕 獲裝置的單元像素的沿線X-X'的截面圖。
根據(jù)圖3和圖4，在根據(jù)實(shí)施例1的固態(tài)圖像捕獲裝置的每個(gè)像素 部10A中，低濃度P型阱22設(shè)置在N型半導(dǎo)體襯底21的襯底部上。
在正好在柵電極13之下的區(qū)域(溝道形成區(qū)域)中，設(shè)置包括上述的 低濃度P型阱22的區(qū)域、和避免與光電二極管11接觸的區(qū)域、具有 比低濃度P型阱22高的濃度的P型層23.另外，在低濃度P型阱22 和高濃度P型層23中的每個(gè)光接收區(qū)域中設(shè)置起低濃度相反導(dǎo)電性層 的作用的低濃度N層24，并且設(shè)置起具有比低濃度N層24的雜質(zhì)濃度 高的雜質(zhì)濃度的高濃度相反導(dǎo)電性層的作用的高濃度N層25。通過低 濃度P型阱22和高濃度P型層23中的低濃度N層24和高濃度N層25 形成起圖2中描述的光電轉(zhuǎn)換部的作用的光電二極管11。鄰近于光電 二極管11，在高濃度P型層23上設(shè)置用來傳輸信號(hào)電荷到浮動(dòng)擴(kuò)散 FD的電荷傳輸晶體管的電荷傳輸部(晶體管溝道部)。
柵電極(柵極13a)通過柵絕緣膜(未示出)設(shè)置在浮動(dòng)擴(kuò)散FD 和高濃度N層25之間的電荷傳輸部的高濃度P型層23上，所述柵電 極(柵極13a)是平面圖中覆蓋矩形光電二極管11的一角的三角形引 出電極(extraction electrode)(電荷傳輸電極)。此夕卜，為每兩 個(gè)單元像素IOA設(shè)置信號(hào)讀出電路(未示出)，其中從光電二極管11
行放大并且信號(hào)讀出電路為每個(gè)像素讀出成像信號(hào)。
另外，沿由起光接收部的作用的光電二極管11和12、柵極13a和 14a以及在柵極13a和14a之間的浮動(dòng)擴(kuò)散FD形成的兩個(gè)單元像素10A 的區(qū)域的外圍以圍繞的方式設(shè)置用來隔離元件并且具有比高濃度P型 層23的雜質(zhì)濃度高的雜質(zhì)濃度的高濃度P型層26和STI 26a。
此外，在高濃度N層25上設(shè)置表面P+層27使得構(gòu)成光電二極管 11以防止暗電流的低濃度N層24和高濃度N層25將具有嵌入式結(jié)構(gòu). 簡(jiǎn)而言之，通過表面P+層27、柵極13a和高濃度P型層26將低濃度N 層24和高濃度N層25嵌入低濃度P型阱22和高濃度P型層23中。
上述的柵極13a和14a、多個(gè)電路布線例如上述信號(hào)讀出電路(未 示出)以及夾層絕緣膜交替設(shè)置。例如，浮動(dòng)擴(kuò)散FD通過接觸28連 接到上部布線并且上部布線連接到放大晶體管17的柵極。此外，在布 線上，相應(yīng)的R、 G和B顏色的濾色器以對(duì)應(yīng)的方式形成到相應(yīng)的光接 收部。此外，用來將光聚集到對(duì)應(yīng)的光接收部的微型透鏡設(shè)置在上面。
由光電二極管11和12光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷被傳輸晶體管13和14 從光電二極管11和12傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散FD，并且在此信號(hào)電荷從電荷
被轉(zhuǎn)換成電壓。根據(jù)轉(zhuǎn)換的電壓，進(jìn)行將被信號(hào)線19讀出的信號(hào)放大。 然而，即使通過多級(jí)注入將光電二極管11和12形成為甚至更深的高 濃度N區(qū)域3，傳輸路徑的勢(shì)壘也不會(huì)降低，即使在襯底的深部分中施 加預(yù)定的電荷傳輸電壓，并且需要施加更高的電荷傳輸電壓.因此， 在不施加作為電荷傳輸電壓的更高電壓到柵極13a和14a的情況下難 以讀出電荷。相反，通過在比高濃度N層25更深的位置中設(shè)置低濃度 N層24，耗盡層可以延伸到低濃度N層24下面，同時(shí)避免了高電壓驅(qū) 動(dòng)并且電荷傳輸在有利的條件下進(jìn)行。
圖5是對(duì)應(yīng)于圖4的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素中基本部分的 截面位置的電勢(shì)結(jié)構(gòu)圖，圖6是與圖5比較的參考實(shí)例，并且是對(duì)應(yīng) 于常規(guī)固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素中基本部分的截面位置的電勢(shì)結(jié) 構(gòu)圖。在圖5和6中，縱軸(Z)表示村底的深度，并且上端表示村底 的表面，以及橫軸(X)表示沿襯底平面的方向，并且在相應(yīng)圖中的參 考數(shù)字的位置對(duì)應(yīng)于圖4中部件的參考數(shù)字的位置。
如圖5和6中所示，在根據(jù)實(shí)施例2的單元像素10A中，高濃度N 層25是大約0.5 nm深并且高濃度N層25的中心部分是大約0.3 nm 深。另一方面，低濃度N層24是至多約2jim深并且中心部分是1.0pm 深。隨后，因?yàn)樵诰哂械蜐舛萈型阱22的PN結(jié)部處的耗盡層從低濃 度N層24的2 pm的深度進(jìn)一步延伸，所以在大約2 jim到3 pm深度 中的光電轉(zhuǎn)換電子可以積累在高濃度N層"中。
在圖5和6中，-3到-4 V的電勢(shì)存在于深到并包括位置a并且N 型電勢(shì)強(qiáng)，其是電子容易存在的區(qū)域。-2到-3 V的電勢(shì)區(qū)域達(dá)到并包 括位置b， -l到-2 V的電勢(shì)區(qū)域達(dá)到并包括位置c， 0到-1 V的電勢(shì) 區(qū)域達(dá)到并包括位置d，以及小于O V的電勢(shì)區(qū)域達(dá)到并包括位置e。 與圖6的參考實(shí)例相比，根據(jù)實(shí)施例2，電勢(shì)的傾斜由于低濃度N層 24而深入存在于村底的內(nèi)部，并且可以認(rèn)識(shí)到，電勢(shì)的傾斜被設(shè)置使 得光電轉(zhuǎn)換電子平穩(wěn)地流到低濃度P型阱22、低濃度N層24、和高濃 度N層25的側(cè)。在圖7中示出電勢(shì)的這種傾斜。
圖7是示出在圖5中橫軸位置X1中沿襯底的深度的電勢(shì)的圖。
如圖7中所示，與根據(jù)圖5的實(shí)施例2的單元像素10A的情形相 比，圖6的常規(guī)參考實(shí)例的情形示出僅較淺的襯底深度中的光電轉(zhuǎn)換 電子可以積累到高濃度N層25的側(cè)。然而，在根據(jù)圖5的實(shí)施例2的
單元像素10A的情形中，低濃度N層24設(shè)置在高濃度N層25的下面， 以便圖5中電勢(shì)的輪廓可以被如此設(shè)置使得在電勢(shì)中產(chǎn)生傾斜以便光 電轉(zhuǎn)換電子從高濃度N層25的側(cè)的襯底深度的達(dá)到0. 5 nm的深襯底 深度中的低濃度N層24的位置平穩(wěn)地流動(dòng)并且光電轉(zhuǎn)換電子積累在高 濃度N層25b側(cè)上.
在此，在實(shí)施例2的CMOS圖像傳感器中具有兩個(gè)像素共用的結(jié)構(gòu) 的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素部10A可以制造如下。關(guān)于單元像素 IOA，實(shí)際上在固態(tài)圖像捕獲裝置的圖像捕獲區(qū)域中以二維矩陣設(shè)置了 多個(gè)單元像素10A。在此，為簡(jiǎn)單起見，僅示出一個(gè)單元像素部IOA。
首先，形成用來隔離元件的STI 26a。
在STI形成步驟中，通過熱氧化N型半導(dǎo)體襯底21的表面上的例 如n型硅來形成Si02膜，所述N型半導(dǎo)體村底21是n型硅襯底。在Si02 膜上，通過低壓CVD形成SiN膜作為保護(hù)膜。此外，利用光刻技術(shù)在 期望形成例如光電二極管部的像素區(qū)域上圖案化光致抗蝕劑掩模。利 用所述光致抗蝕劑掩模，對(duì)應(yīng)于元件隔離區(qū)域的Si02膜和SiN膜通過 干法刻蝕被刻蝕并且被圖案化。此外，利用SiN膜作為掩?？涛gSi襯 底以形成例如350 nm深的溝槽凹槽。隨后，為了除去由于刻蝕產(chǎn)生的 表面缺陷層，通過在氧氣氛中在850攝氏度氧化溝槽凹槽la內(nèi)部的表 面部分來形成犧牲氧化膜。隨后，所述犧牲氧化膜被除去。在形成凹 槽溝槽時(shí)所述凹槽溝槽的表面部分是粗糙的。然而，通過氧化所述凹 槽溝槽的內(nèi)表面形成犧牲氧化膜，并且用氟除去所述犧牲氧化膜。結(jié) 果，表面上的晶體缺陷被除去并且表面被凈化。隨后，通過CVD方法 形成HDP膜作為嵌入溝槽凹槽的元件隔離絕緣膜。通過CMP方法拋光 所述HDP膜以平面化村底表面并且除去表面上的SiN膜3.通過元件隔 離絕緣膜隔離光接收部區(qū)域的外圍。形成用來限定光接收部區(qū)域的STI 26a,因?yàn)猷徑墓饨邮詹勘簧院髮⒚枋龅母邼舛萈型層電隔離，可以 僅沿浮動(dòng)擴(kuò)散存在的方向(平面圖中的左和右方向)形成STI,而不是 在光接收部區(qū)域的四個(gè)邊緣上形成STI。此外，HDP膜可以在形成高濃 度P型層26后被嵌入溝槽凹槽中作為元件隔離絕緣膜。
然后，硼(B)作為P型雜質(zhì)被注入由N型硅構(gòu)成的N型半導(dǎo)體襯 底21中達(dá)到預(yù)定的深度以形成低濃度P型阱22。此外，使用眾所周知 的光刻技術(shù)并且抗蝕劑圖案被用作掩模，所述抗蝕劑圖案包括將要形
成柵電極13的區(qū)域和開口的區(qū)域而不包括光接收部區(qū)域，使得硼(B) 被注入達(dá)到預(yù)定深度以在低濃度P型阱22或具有比低濃度P型阱22 更高的濃度的高濃度P型層23上形成區(qū)域。 此外，形成淺側(cè)上的高濃度N層25。
在高濃度N型雜質(zhì)離子注入步驟中，使用眾所周知的光刻技術(shù)并 且使用抗蝕劑圖案作為掩模，其中用來形成光接收部的區(qū)域被開口， 離子注入雜質(zhì)濃度為5xl0"/cm3到lxl0"/cm3的砷(As)以便形成淺側(cè) 上的高濃度N層25。在該情形下，在兩個(gè)改變離子注入方向的傾斜度 (七度)的步驟中形成高濃度N層25。首先，以遠(yuǎn)離稍后將形成的柵 極13a的側(cè)傾斜七度的離子注入方向在0. 12到0. 25 的注入深度和 1到2xlO"/cm2的注入濃度下進(jìn)行離子注入以在上部側(cè)上形成高濃度N 層。隨后，以傾向稍后將形成的柵極13a的側(cè)的離子注入方向(沿到 達(dá)柵極13a下面的方向)在0.05到0.12 pm的注入深度和2.5到 4xlOL7cn^的注入濃度下進(jìn)行離子注入以在下部側(cè)上形成高濃度N層。 結(jié)果，在高濃度N層25中的所述兩個(gè)下部高濃度N層和上部高濃度N 層中形成具有從O到0.5 pm變動(dòng)的襯底深度的區(qū)域。上部高濃度N層 形成得比下部高濃度N層更靠近浮動(dòng)擴(kuò)散FD中有源區(qū)域的端部，使得 能夠?qū)π盘?hào)電荷進(jìn)行低壓傳輸驅(qū)動(dòng)?？梢岳每刮g劑圖案作為掩模進(jìn) 行高濃度N型雜質(zhì)離子注入步驟，在所述抗蝕劑圖案中在整個(gè)多像素 區(qū)域中或在多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域中(整個(gè)圖像捕獲區(qū) 域或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素部)的區(qū)域被開口。因?yàn)榭刮g劑 處理容易，所以更優(yōu)選這種情形。
此外，形成更深側(cè)上的低濃度N層24。
在低濃度N型雜質(zhì)離子注入步驟中，使用抗蝕劑圖案作為掩模， 其中在整個(gè)多像素區(qū)域中或在多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域中 (整個(gè)圖像捕獲區(qū)域或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素部)的區(qū)域被 開口，比砷(As)輕的磷(P)以5xl015/cmU 5xl0"/cm3的雜質(zhì)濃度 注入甚至更深的襯底深度中，以便形成更深側(cè)上的低濃度N層24。在 該情形下，在三個(gè)步驟中沿村底深度方向形成低濃度N層24。首先， 在O. 7 ± 0. 1 jim的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以0. 3到3xl0"/cm'的 注入濃度進(jìn)行第一離子注入以形成上部低濃度N層。隨后，在l士O. 1 jim的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以0. 2到1. 5xl(T7cn^的注入濃度進(jìn)
行第二離子注入以形成中間低濃度N層。此外，在1.4 ± 0. 1 iim的范 圍內(nèi)的村底深度的區(qū)域中以0.5到3. 5xl()i7ci^的注入濃度進(jìn)行第三 離子注入以形成下部低濃度N層。結(jié)果，低濃度N層24由所述三個(gè)上 部低濃度N層、中間低濃度N層和下部低濃度N層形成。結(jié)果，在圖7 的電勢(shì)中，在不在所述電勢(shì)中形成勢(shì)壘或勢(shì)阱的情況下形成平滑的傾 斜使得光電轉(zhuǎn)換電子從低濃度N層24平穩(wěn)地流到高濃度N層25的側(cè) 并且所述光電轉(zhuǎn)換電子被積累到高濃度N層25的側(cè)。結(jié)果，能夠利用 低壓進(jìn)行電荷傳輸。另外，在從O到0. 5 nm變動(dòng)的襯底深度中形成高 濃度N層25，并且在形成高濃度N層25后通過盡可能深地?cái)U(kuò)大區(qū)域到 襯底中的深位置來形成低濃度N層24。因?yàn)樯?As)具有比磷(P)大 的質(zhì)量，所以砷(As)難以移動(dòng)并且因此容易控制所述區(qū)域。利用多 步注入進(jìn)行盡可能深的離子注入。通過該多步注入在這種條件下進(jìn)行 離子注入以使電勢(shì)變平滑而在所述電勢(shì)的中間沒有電勢(shì)聚集 (build-up)。
隨后，以這種方式形成高濃度P型層26作為元件隔離部使得STI 26a沿平面寬度方向位于元件隔離的中心部。
在元件隔離步驟，利用抗蝕劑圖案作為掩模，其中區(qū)域被選擇性 地開口以隔離光接收部區(qū)域的外圍，以5xl016/cm1，J lxlO"/cn^的雜質(zhì)
濃度注入P型雜質(zhì)離子(B)(或銦In)，光接收部的外圍通過P型元 件隔離區(qū)域隔離，并且光接收部區(qū)域的外圍被限定。在該情形下，在 四個(gè)步驟中沿襯底深度方向進(jìn)行對(duì)隔離元件的注入。首先，在0. 7 ± 0. 1 fim的范圍內(nèi)的村底深度的區(qū)域中以2到6xl0<2>/cm<2>的注入濃度進(jìn)行第 一離子注入。隨后，在l ± 0. 1 jim的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以2 到6xl0<2>/cm<2>的注入濃度進(jìn)行第二離子注入。此外，在1.4 ± 0. 1 jim 的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以2到6xl0<2>/cm<2>的注入濃度進(jìn)行第三離 子注入并且然后在0.2 ± 0.15 |im的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以3 到8xl0<2>/cm<2>^的注入濃度進(jìn)行第三離子注入。由于該注入，P型雜質(zhì)4皮 注入N型區(qū)域以將N型區(qū)域變成P型區(qū)域。結(jié)果，沒有必要考慮光接 收部和元件隔離區(qū)域之間的離子注入的位置的裕度，并且可以在更寬 的范圍內(nèi)形成每個(gè)光接收部中的光接收面積。
然后，形成用來傳輸電荷的柵電極(柵極13a)。 在通過眾所周知的技術(shù)例如熱氧化在村底表面上形成柵絕緣膜
(未示出)之后，在村底部上形成導(dǎo)電性材料膜。此外，在其上面，
抗蝕劑圖案被用作掩模，其中包括低濃度N層24和高濃度N層25的 光電二極管的區(qū)域以及浮動(dòng)擴(kuò)散FD的有源區(qū)域是開口的并且用來傳輸 電荷的柵極區(qū)域被覆蓋以保留所述區(qū)域，導(dǎo)電性材料膜被刻蝕，并且 柵電極(柵極13a)被形成為預(yù)定形狀作為電荷傳輸電極。 此外，形成表面P+層27。
在表面P型區(qū)域形成步驟中，為了形成嵌入式光電二極管，具有 預(yù)定圖案的抗蝕劑圖案和柵電極(柵極13a)被用作掩模，并且以 5xlOu/cmU 3xl0"/cn^的注入濃度將硼離子注入到構(gòu)成光電二極管的 高濃度N層25的表面中從0. 01到0. 05 pm變動(dòng)的深度。結(jié)果，形成 具有l(wèi)xl0"/cm3到lxl0"/cm3的雜質(zhì)濃度的表面P+型區(qū)域。
此外，形成浮動(dòng)擴(kuò)散FD的有源區(qū)域。
使用抗蝕劑圖案作為掩模，其中將成為浮動(dòng)擴(kuò)散FD的有源區(qū)域的 區(qū)域是開口的，并且以lx1013到5xl0"/cm2的注入濃度將砷(As)離 子注入到從0. 01到0. 2 nm變動(dòng)的深度。結(jié)果，形成具有5xl0"/cm3到 lxl()27cm3的雜質(zhì)濃度的浮動(dòng)擴(kuò)散FD的有源區(qū)域。
隨后，執(zhí)行布線形成，并且形成濾色器和微型透鏡。
盡管在圖中未示出，但是在柵電極(柵極13a)上交替形成多個(gè)金 屬布線部和夾層膜部之后，在光電二極管區(qū)域上形成相應(yīng)的濾色器。 此外，在形成平面化膜之后，以相應(yīng)的方式將微型透鏡形成到光電二 極管區(qū)域。結(jié)果，可以制造CMOS型固態(tài)圖像捕獲裝置。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的實(shí)施例2，在CMOS型固態(tài)圖像捕獲裝置中低 濃度N層24形成在高濃度N層25的下面。因此，即使在下一代中固 態(tài)圖像捕獲裝置的光接收部面積被最小化，也可以擴(kuò)大光接收部的體 積以確保信號(hào)電荷的數(shù)量。另外，即使在襯底的深區(qū)域也能夠改善靈 敏度，包括綠色到紅色的感色靈敏度(改善光電轉(zhuǎn)換效率)，并且能 夠增加飽和容量(存儲(chǔ)的電子的最大數(shù)目)。此外，因?yàn)榈蜐舛萅層 24形成在高濃度N層25的下面，在深村底深度中的低濃度N層24中 的電子流到高濃度N層25的側(cè)并且將被積累，減少了信號(hào)電荷對(duì)鄰近
像素的常規(guī)串?dāng)_.
圖8是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例3的CCD圖像傳感器中 的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像素的縱截面圖。
在圖8中，在根據(jù)本實(shí)施例3的CCD圖像傳感器的每個(gè)單元像素 10B中的N型半導(dǎo)體襯底31的村底部上設(shè)置低濃度P型阱32。在低濃 度P型阱32上設(shè)置具有比低濃度P型阱32高的濃度的P型層33。另 外，在低濃度P型阱32和高濃度P型層33中為平面圖中的每一個(gè)光 接收部設(shè)置起低濃度相反導(dǎo)電性層的作用的低濃度N層34。在低濃度 N層34上設(shè)置高濃度N層35,高濃度N層35起高濃度相反導(dǎo)電性層 的作用并且具有比低濃度N層34高的雜質(zhì)濃度。通過低濃度P型阱32 中的低濃度N層34和高濃度N層35形成光電二極管30，所述光電二 極管30起光電轉(zhuǎn)換部的作用，所述光電轉(zhuǎn)換部用來對(duì)入射光進(jìn)行光電 轉(zhuǎn)換以生成信號(hào)電荷。通過P型層33設(shè)置用來將信號(hào)電荷傳輸?shù)诫姾?傳輸部TF的電荷讀出部33a (晶體管溝道部)，所述電荷讀出部33a 鄰近于光電二極管30。
在電荷讀出部33a上，柵極38通過柵絕緣膜(未示出)沿預(yù)定的 方向連續(xù)設(shè)置，起用來讀出信號(hào)電荷并且控制電荷傳輸?shù)碾姾蓚鬏旊?極的作用。盡管柵極38被設(shè)置在電荷讀出部33a上，但是它可以被設(shè) 置在電荷傳輸部TF和電荷讀出部33a上以不僅起用來讀出電荷的柵極 的作用而且起垂直電荷傳輸柵極的作用。
此外，用來隔離元件的、具有比P型層33高的雜質(zhì)濃度的高濃度 P型層36沿包括作為光接收部的光電二極管30和柵極38的單元像素 IOB的區(qū)域設(shè)置以包圍它，并且起元件隔離絕緣區(qū)域的作用的STI 36a 沿寬度方向設(shè)置在高濃度P型層36的中心部。
此外，為了防止暗電流，用來使構(gòu)成光電二極管30的低濃度N層 34和高濃度N層35用作嵌入式結(jié)構(gòu)的表面P+層37設(shè)置在高濃度N層 35的上側(cè)上。簡(jiǎn)而言之，通過表面P+層37、柵極38和高濃度P型層 36將低濃度N層34和高濃度N層35嵌入到低濃度P型阱32和P型層 33中。
根據(jù)實(shí)施例3的CCD圖像傳感器中的固態(tài)圖像捕獲裝置的單元像 素部10B可以被制造如下。注意，多個(gè)單元像素部10B實(shí)際上以二維 矩陣的形式被設(shè)置在固態(tài)圖像捕獲裝置的圖像捕獲區(qū)域中。在此，為 了簡(jiǎn)單起見僅示出一個(gè)單元像素部IOB。
首先，形成用來隔離元件的STI 36a。
在STI形成步驟中，通過熱氧化N型半導(dǎo)體襯底21的表面的例如
n型硅來形成Si02膜，所述N型半導(dǎo)體襯底21是n型硅襯底，在Si02 膜上，通過低壓CVD形成SiN膜作為保護(hù)膜。此外，利用光刻技術(shù)在 期望形成例如光電二極管的像素區(qū)域上圖案化光致抗蝕劑掩模。利用 所述光致抗蝕劑掩模，對(duì)應(yīng)于元件隔離區(qū)域的Si02膜和SiN膜通過干 法刻蝕被刻蝕并且被圖案化。此外，利用SiN膜作為掩?？涛gSi襯底 以形成例如350 nm深的溝槽凹槽。隨后，為了除去由于刻蝕產(chǎn)生的表 面缺陷層，通過在氧氣氛中在850攝氏度氧化溝槽凹槽la內(nèi)部的表面 部分來形成犧牲氧化膜。隨后，所述犧牲氧化膜被除去。在形成凹槽 溝槽時(shí)所述凹槽溝槽的表面部分是粗糙的。然而，通過氧化所述凹槽 溝槽的內(nèi)表面形成犧牲氧化膜，并且用氟除去所述犧牲氧化膜。結(jié)果， 表面上的晶體缺陷被除去并且表面被凈化。隨后，通過CVD方法形成 HDP膜作為嵌入溝槽凹槽的元件隔離絕緣膜。通過CMP方法拋光所述 HDP膜以平面化襯底表面并且除去表面上的SiN膜3。通過元件隔離絕 緣膜隔離光接收部區(qū)域的外圍。形成用來限定光接收部區(qū)域的STI 26a。 另外，HDP膜可以在形成高濃度P型層36后被嵌入溝槽凹槽中作為元 件隔離絕緣膜.
然后，硼(B)作為p型雜質(zhì)被離子注入由n型硅構(gòu)成的N型半導(dǎo) 體村底31中達(dá)到并包括預(yù)定的深度以形成低濃度P型阱32。此外，為 了形成低濃度P型阱32上面的區(qū)域，硼(B)被離子注入達(dá)到并包括 預(yù)定深度以形成具有比低濃度P型阱32更高的濃度的高濃度P型層 33。
此外，形成淺側(cè)上的高濃度N層35和電荷傳輸區(qū)域TF。 在高濃度N型雜質(zhì)離子注入步驟中，使用眾所周知的光刻技術(shù)并 且使用抗蝕劑圖案作為掩模，其中用來形成光接收部的區(qū)域是開口的， 以5xl0"/cm3到lxl0"/cm3的雜質(zhì)濃度離子注入砷(As )，以便形成淺 側(cè)上的高濃度N層25.在該情形下，在兩個(gè)改變離子注入方向步驟中 形成高濃度N層25。首先，以遠(yuǎn)離稍后將形成的柵極38的側(cè)傾斜七度 的離子注入方向在0. 12到0. 25 nm的注入深度和1到2xl0"/cn^的注 入濃度下進(jìn)行離子注入以在上部側(cè)上形成高濃度N層。隨后，以傾向 稍后將形成的柵極38的側(cè)的離子注入方向(沿到達(dá)電極下面的方向) 在0. 05到0. 12 nm的注入深度和2. 5到4xl012/cm2的注入濃度下進(jìn)4亍 離子注入以在下部側(cè)上形成高濃度N層。結(jié)果，在高濃度N層35中的
所述兩個(gè)下部高濃度N層和上部高濃度N層中形成具有從O到0.5 nm 變動(dòng)的襯底深度的區(qū)域.上部高濃度N層形成得比下部高濃度N層更 靠近電荷傳輸部TF中有源區(qū)域的端部的側(cè)，使得能夠?qū)π盘?hào)電荷進(jìn)行 低壓傳輸驅(qū)動(dòng)。可以利用抗蝕劑圖案作為掩模進(jìn)行高濃度N型雜質(zhì)離 子注入步驟，其中在整個(gè)多像素區(qū)域中或在多個(gè)沿行或列方向的帶形 多像素區(qū)域中(整個(gè)圖像捕獲區(qū)域或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素 部)的區(qū)域是開口的。因?yàn)榭刮g劑處理容易，所以更優(yōu)選這種情形。
在該情形下，使用抗蝕劑圖案作為掩模，所述抗蝕劑圖案在多個(gè) 沿行或列方向的帶形區(qū)域中被選擇性地開口 ，并且以lxl0"/cm3到 lxlO"/cn^的雜質(zhì)濃度注入砷(As),以便同時(shí)形成電荷傳輸部TF。
此外，形成更深側(cè)上的低濃度N層34。
在低濃度N型雜質(zhì)離子注入步驟中，使用抗蝕劑圖案作為掩模，
其中在多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素部(多像素區(qū)域)中的區(qū)域是 開口的，比砷(As)輕的磷(P)以5xl015/cmU 5xl0"/cm3的雜質(zhì)濃
度被離子注入甚至更深的襯底深度，以便形成更深側(cè)上的低濃度N層 34。在該情形下，在三個(gè)步驟中沿襯底深度方向形成低濃度N層"。 首先，在O. 7±0. 1 jim的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以0. 3到3xlO"/cm2 的注入濃度進(jìn)行第一離子注入以形成上部低濃度N層。隨后，在1±0. 1 jim的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以0.2到1. 5xl0"/cn^的注入濃度進(jìn) 行第二離子注入以形成中間低濃度N層。此外，在1.4士0.1nm的范 圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以0.5到3. 5xl0"/cm'的注入濃度進(jìn)行笫三 離子注入以形成下部低濃度N層。結(jié)果，低濃度N層34由所述三個(gè)上 部低濃度N層、中間低濃度N層和下部低濃度N層形成。結(jié)果，類似 于對(duì)在圖7中的電勢(shì)的解釋，在不在所述電勢(shì)中形成勢(shì)壘或阱的情況 下形成平滑的變化使得光電轉(zhuǎn)換電子從低濃度N層34平穩(wěn)地流到高濃 度N層35的側(cè)并且所述光電轉(zhuǎn)換電子被積累到高濃度N層35的側(cè).
隨后，以這種方式形成高濃度P型層36作為元件隔離部使得STI 36a沿平面寬度方向位于元件隔離的中心部。
在元件隔離步驟中，利用抗蝕劑圖案作為掩模，所述抗蝕劑圖案 選擇性地開口以隔離光接收部區(qū)域的外圍，以5xl0"/cn^到lxl0"/cm3 的雜質(zhì)濃度離子注入P型雜質(zhì)離子(B)(或銦In)，光接收部的外圍 通過元件隔離區(qū)域隔離，并且光接收部區(qū)域的外圍被限定。在該情形
下，在四個(gè)步驟中沿村底深度方向進(jìn)行對(duì)隔離元件的注入。首先，在
0. 7 ± 0.1 jim的范圍內(nèi)的村底深度的區(qū)域中以2到6xl(^7cn^的注入 濃度進(jìn)行第一離子注入。隨后，在1± 0. 1 fim的范圍內(nèi)的襯底深度的 區(qū)域中以2到6xl0"/cm'的注入濃度進(jìn)行第二離子注入。此外，在1.4 ± 0.1 nm的范圍內(nèi)的襯底深度的區(qū)域中以2到6xl0"/cn^的注入濃度 進(jìn)行第三離子注入并且然后在0.2 ± 0.15 nm的范圍內(nèi)的村底深度的 區(qū)域中以3到8xlO'7cn^的注入濃度進(jìn)行第三離子注入。由于該注入， P型雜質(zhì)被注入N型區(qū)域中以將所述N型區(qū)域變成P型區(qū)域。作為推理 的結(jié)果(as a result of a deduction) , P型雜質(zhì)被注入N型區(qū)域 中使得所述N型區(qū)域被變成P型區(qū)域。結(jié)果，沒有必要考慮光接收部 和元件隔離區(qū)域之間的離子注入的位置的裕度，并且可以在更寬的范 圍內(nèi)形成每個(gè)光接收部中的光接收面積。
然后，形成用來讀出電荷的柵電極(柵極38)。 在襯底部上形成導(dǎo)電性材料膜。此外，抗蝕劑圖案被用作掩模， 所述抗蝕劑圖案在包括低濃度N層34和高濃度N層35的光電二極管 的區(qū)域上開口并且覆蓋用來傳輸電荷到電荷傳輸部TF的電荷讀出部 33a (晶體管溝道部)以保留所述區(qū)域，導(dǎo)電性材料膜被刻蝕，并且柵 電極(柵極38)被形成為預(yù)定形狀作為電荷傳輸電極。 此外，形成表面P+層37。
在表面P型區(qū)域形成步驟中，為了形成嵌入式光電二極管，抗蝕 劑圖案和柵電極(柵極38)被用作掩模，并且將硼離子注入構(gòu)成光電 二極管的高濃度N層35的表面中。結(jié)果，形成高濃度P+型區(qū)域。
隨后，執(zhí)行布線形成，并且形成濾色器和微型透鏡。
盡管在圖中未示出，但是交替形成多個(gè)金屬布線部和夾層膜部之 后，在光電二極管區(qū)域上形成濾色器。此外，在形成平面化膜之后， 以相應(yīng)的方式將微型透鏡形成到光電二極管區(qū)域。結(jié)果，可以制造CCD 型固態(tài)圖像捕獲裝置。
根據(jù)具有上述結(jié)構(gòu)的實(shí)施例3，在CCD型固態(tài)圖像捕獲裝置中低濃 度N層34形成在高濃度N層35的下面。因此，即使在下一代中固態(tài) 圖像捕獲裝置的光接收部面積被最小化，也可以擴(kuò)大光接收部的體積 以確保信號(hào)電荷的數(shù)量。另外，即使在襯底的深區(qū)域也能夠改善靈敏 度，包括綠色到紅色的感色靈敏度(改善光電轉(zhuǎn)換效率)，并且能夠
增加飽和容量(存儲(chǔ)的電子的最大數(shù)目)。此外，因?yàn)榈蜐舛萅層34 形成在高濃度N層35的下面，在深襯底深度中的低濃度N層34中的 電子流到高濃度N層35的側(cè)并且將被積累，減少了信號(hào)電荷對(duì)鄰近像 素的常規(guī)串?dāng)_。 (實(shí)施例4 )
在本發(fā)明的實(shí)施例4中，以下將描述電子信息裝置。電子信息裝 置，例如數(shù)字照相機(jī)(例如數(shù)字視頻照相機(jī)和數(shù)字靜物照相機(jī))、圖 像輸入照相機(jī)(例如監(jiān)控照相機(jī)、門對(duì)講系統(tǒng)照相機(jī)、車安裝的照相 機(jī)、用于電視電話的照相機(jī)和用于蜂窩式電話的照相機(jī))、掃描儀、 傳真機(jī)和裝備有照相機(jī)的蜂窩式電話裝置，具有裝備有上述根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例1到3的固態(tài)圖像捕獲裝置中的至少任何一個(gè)的圖像捕獲 部作為圖像輸入裝置。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例4的電子信息裝置50包括信號(hào)處理部52， 所述信號(hào)處理部52用來處理通過利用上述在圖像捕獲部中使用的根據(jù) 實(shí)施例l到3的固態(tài)圖像捕獲裝置51中的任何一個(gè)而獲得的圖像捕獲 信號(hào)；存儲(chǔ)器部53 (例如記錄介質(zhì))，所述存儲(chǔ)器部53用來在對(duì)用來 記錄的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處理之后記錄從信號(hào)處理部52獲得的 高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)；顯示器部54 (例如液晶顯示器裝置)，所述顯示器 部54用來在對(duì)用于顯示的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處理后在顯示屏 (例如液晶顯示屏)上顯示從信號(hào)處理部52獲得的高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)； 以及通信部55 (例如發(fā)送和接收裝置)，所述通信部55用來在對(duì)用于 通信的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)定的信號(hào)處理后傳送來自信號(hào)處理部52的高質(zhì) 量圖像數(shù)據(jù)。另外，可以進(jìn)一步包括用來打印(打出)和輸出(印出) 來自信號(hào)處理部52的高質(zhì)量圖像數(shù)據(jù)的圖像輸出部(未示出)，并且 可以不包括通信部55。
根據(jù)上述實(shí)施例1到3，通過在用來進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的高濃度N層下 面設(shè)置低濃度N層，即使光接收部的光接收區(qū)域被最小化，也可以將 光接收部的體積擴(kuò)大低濃度N層的尺寸。另外，從比高濃度N層深的 低濃度N層的區(qū)域不知道光電轉(zhuǎn)換電子流到哪個(gè)方向，例如哪個(gè)村底 方向，所述光電轉(zhuǎn)換電子可以有效地從具有較低雜質(zhì)濃度的低濃度N 層流到將被積累的高濃度N層25的側(cè)。因此，能夠改善靈敏度，包括 綠色到紅色的感色靈敏度(改善光電轉(zhuǎn)換效率)，并且能夠減少信號(hào)
電荷對(duì)鄰近像素的串?dāng)_.
盡管已經(jīng)關(guān)于N型半導(dǎo)體村底21和31、低濃度P型阱22和32、 高濃度P型層23和33、低濃度N層24和34、高濃度N層25和35、 用來隔離元件的高濃度P型層26和36、以及表面P+層27和37描述 了實(shí)施例2和3，但是它們的導(dǎo)電類型可以在P型和N型之間轉(zhuǎn)換。即， 它們也可以是P型半導(dǎo)體襯底21和31、低濃度N型阱22和32、高濃 度N型層23和33、低濃度P層24和34、高濃度P層25和35、用來 隔離元件的高濃度N型層26和36、以及表面N+層27和37。
根據(jù)實(shí)施例1到3，在兩個(gè)步驟中為上部雜質(zhì)區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域 進(jìn)行高濃度N層的多步注入，并且上部雜質(zhì)區(qū)域設(shè)置在離用來讀出信 號(hào)電荷的區(qū)域的距離比離下部雜質(zhì)區(qū)域的距離短的位置中。在低濃度N 層中，在三個(gè)步驟中為上部雜質(zhì)區(qū)域、中間雜質(zhì)區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域 進(jìn)^f亍用來深入地注入離子的多步注入。它并不限于此?？梢栽谌齻€(gè)步 驟或更多步驟中為上部雜質(zhì)區(qū)域和上部雜質(zhì)區(qū)域下面的下部雜質(zhì)區(qū)域 進(jìn)行高濃度N層的多步注入，其中最上部的雜質(zhì)區(qū)域設(shè)置在與其它下 部雜質(zhì)區(qū)域相比具有離用來讀出信號(hào)電荷的區(qū)域最短的距離的位置 中。另外，可以在兩個(gè)步驟中為上部雜質(zhì)區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域進(jìn)行用 來深入低濃度N層中注入離子的多步注入，或可以在三個(gè)步驟或更多 步驟中進(jìn)行多步注入。
如上所述，通過優(yōu)選實(shí)施例1到4的使用來舉例說明了本發(fā)明。 然而，不應(yīng)只根據(jù)上述實(shí)施例1到4來解釋本發(fā)明。要理解的是，本 發(fā)明的范圍應(yīng)當(dāng)只根據(jù)權(quán)利要求來解釋。也要理解的是，本領(lǐng)域技術(shù) 人員可以根據(jù)本發(fā)明和來自本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例1到4的詳細(xì)描述的 常識(shí)來實(shí)施技術(shù)的等效范圍。此外，要理解的是，在本說明書中引用 的任何專利、任何專利申請(qǐng)和任何參考文獻(xiàn)應(yīng)當(dāng)以與其中所述內(nèi)容被 具體描述的相同方式并入本說明書中作為參考。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明可以應(yīng)用于以下領(lǐng)域具有多個(gè)二維設(shè)置的光接收部的固 態(tài)圖像捕獲裝置，所述多個(gè)光接收部用來對(duì)來自對(duì)象的圖像光進(jìn)行光 電轉(zhuǎn)換并且捕獲所述對(duì)象的圖像光；固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法、 以及電子信息裝置，例如數(shù)字照相機(jī)(例如數(shù)字視頻照相機(jī)和數(shù)字靜 物照相機(jī))、圖像輸入照相機(jī)、掃描儀、傳真機(jī)和裝備有照相機(jī)的蜂
窩式電話裝置，固態(tài)圖像捕獲裝置作為在電子信息裝置的圖像捕獲部 中使用的圖像輸入裝置。在構(gòu)成光接收部的高濃度相反導(dǎo)電性層下面 形成具有比高濃度相反導(dǎo)電性層的雜質(zhì)濃度低的雜質(zhì)濃度的低濃度相 反導(dǎo)電性層以便深入襯底內(nèi)部形成光電二極管。因此，即使在下一代 中固態(tài)圖像捕獲裝置的光接收部面積被最小化，也可以擴(kuò)大光接收部 的體積以確保信號(hào)電荷的數(shù)量。另外，即使在襯底的深區(qū)域也能夠改 善靈敏度，包括綠色到紅色的感色靈敏度(改善光電轉(zhuǎn)換效率)，并 且能夠增加飽和容量(存儲(chǔ)的電子的最大數(shù)目)。此外，因?yàn)榈蜐舛?相反導(dǎo)電性層形成在高濃度相反導(dǎo)電性層的下面，所以深入襯底中的 低濃度相反導(dǎo)電性層的電子流到高濃度相反導(dǎo)電性層的側(cè)并且聚集在 一起，減小了信號(hào)電荷對(duì)鄰近像素的串?dāng)_。
另外，全部一起進(jìn)行雜質(zhì)離子注入用來在整個(gè)多像素區(qū)域或多個(gè) 沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域中形成高濃度相反導(dǎo)電性層和低濃度 相反導(dǎo)電性層.隨后，進(jìn)行用來隔離像素的單導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入。 因此，與從一開始就將單導(dǎo)電性區(qū)域和相反導(dǎo)電性區(qū)域限定在各部中 并且然后進(jìn)行離子注入的常規(guī)情形相比，在形成光接收部時(shí)沒有必要 考慮偏移的注入位置的裕度。因此，能夠在更寬范圍內(nèi)形成每個(gè)光接 收面積。
在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，多種其它修改對(duì)本領(lǐng)域
因此，;附權(quán)利要求的范圍并不^在局限于這里所闡二:具體^施方 式，而是所述權(quán)利要求可以被廣泛地解釋。
權(quán)利要求
1.一種具有多個(gè)光接收部的固態(tài)圖像捕獲裝置，所述多個(gè)光接收部用來對(duì)來自對(duì)象的圖像光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且捕獲來自對(duì)象的圖像光，其中，在所述多個(gè)光接收部中，低濃度相反導(dǎo)電性層設(shè)置在單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層上，具有比低濃度相反導(dǎo)電性層更高的雜質(zhì)濃度的高濃度相反導(dǎo)電性層設(shè)置在所述低濃度相反導(dǎo)電性層上，并且光電二極管包括所述單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層與所述低濃度相反導(dǎo)電性層的PN結(jié)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中沿襯底深度方向在 所述高濃度相反導(dǎo)電性層下面添加低濃度相反導(dǎo)電性層以擴(kuò)大光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域的體積。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中設(shè)置高濃度相低濃度相反導(dǎo)電性層流到高濃度相反"^電性層的側(cè)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中所述高濃度相 反導(dǎo)電性層設(shè)置在具有達(dá)到并且包括0. 5 jim的襯底深度的區(qū)域中.
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中所述低濃度相反導(dǎo) 電性層設(shè)置在具有從大約0.5 jim到2 jim變動(dòng)的襯底深度的區(qū)域中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中耗盡層在低濃度相 反導(dǎo)電性層和單導(dǎo)電性村底或單導(dǎo)電性層之間的PN結(jié)部處延伸到單導(dǎo) 電性襯底或單導(dǎo)電性層的更深側(cè)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中耗盡層在低濃度相 反導(dǎo)電性層和單導(dǎo)電性村底或單導(dǎo)電性層之間的PN結(jié)部處沿單導(dǎo)電性 襯底或單導(dǎo)電性層的深度方向側(cè)延伸2 jim到3 jim。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中所述電勢(shì)從高濃度 相反導(dǎo)電性層的-3到-4 V的電勢(shì)向低濃度相反導(dǎo)電性層與單導(dǎo)電性襯 底或單導(dǎo)電性層之間的PN結(jié)部的小于0 V的電勢(shì)連續(xù)地逐漸傾斜。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中低濃度相反導(dǎo)電性 層包括對(duì)在綠色光和紅色光之間變動(dòng)的波長進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的區(qū)域。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中單導(dǎo)電性襯底或 單導(dǎo)電性層是硅襯底或硅層，并且低濃度相反導(dǎo)電性層的厚度范圍包 括硅中從綠色到紅色變動(dòng)的光的吸收長度。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中對(duì)所述高濃度相 反導(dǎo)電性層進(jìn)行多步注入。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中在沿上部雜質(zhì)區(qū) 域和下部雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的兩個(gè)步驟中、或在沿上部雜質(zhì)區(qū)域、 中間雜質(zhì)區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的三個(gè)步驟中進(jìn)行所述多步 注入，并且上部雜質(zhì)區(qū)域設(shè)置在到讀出信號(hào)電荷的區(qū)域的距離比到下 部雜質(zhì)區(qū)域的距離短的位置中。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中通過改變具有預(yù)定角度的注入方向?qū)ι喜侩s質(zhì)區(qū)域和比上部雜質(zhì)區(qū)域低的雜質(zhì)區(qū)域進(jìn) 行雜質(zhì)離子注入。
14. 根據(jù)權(quán)利要求12的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中高濃度相反導(dǎo)電 性層的注入雜質(zhì)具有比低濃度相反導(dǎo)電性層的注入雜質(zhì)大的質(zhì)量。
15. 根據(jù)權(quán)利要求1或14的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中高濃度相反 導(dǎo)電性層的注入雜質(zhì)是砷(As),并且低濃度相反導(dǎo)電性層的注入雜 質(zhì)是磷(P )。
16. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中對(duì)高濃度相反導(dǎo) 電性層下面的低濃度相反導(dǎo)電性層進(jìn)行多步注入以便更深地進(jìn)行離子 注入。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中在沿上部雜質(zhì)區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的兩個(gè)步驟中、或在沿上部雜質(zhì)區(qū)域、中間雜質(zhì)區(qū)域和下部雜質(zhì)區(qū)域的深度方向的三個(gè)步驟中進(jìn)行所述多步注入。
18. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其是CMOS固態(tài)圖像捕 獲裝置，其中所述多個(gè)光接收部二維地設(shè)置在圖像捕獲區(qū)域中，在信 號(hào)電壓轉(zhuǎn)換部中讀出在每個(gè)光接收部中被轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷，并且為每為輸出信號(hào)。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中作為兩個(gè)像素共 用的結(jié)構(gòu)，通常通過用于兩個(gè)光接收部的浮動(dòng)擴(kuò)散和根據(jù)所述兩個(gè)光 接收部讀出信號(hào)電荷的兩個(gè)傳輸晶體管來設(shè)置一個(gè)信號(hào)讀出電路。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中信號(hào)讀出電路包 括用來在設(shè)置成矩陣的多個(gè)光接收部中選擇預(yù)定的光接收部的選擇晶 體管；串聯(lián)連接到所述選擇晶體管的放大晶體管，所述放大晶體管用 來根據(jù)信號(hào)電荷轉(zhuǎn)換成的信號(hào)電壓放大信號(hào)，所述信號(hào)電荷通過傳輸 晶體管從選擇的光接收部被傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散；以及用來在信號(hào)從放大晶體管輸出后將浮動(dòng)擴(kuò)散的電勢(shì)復(fù)位到預(yù)定電勢(shì)的復(fù)位晶體管。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其是CCD固態(tài)圖像捕 獲裝置，其中所述多個(gè)光接收部二維地設(shè)置在圖像捕獲區(qū)域中，并且 在每個(gè)光接收部中的被光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)電荷被讀出到電荷傳輸部并且 沿預(yù)定方向被連續(xù)傳輸。
22. 根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中在相反導(dǎo)電性村 底或相反導(dǎo)電性層上，形成單導(dǎo)電性層作為具有被離子注入到預(yù)定深 度的單導(dǎo)電性雜質(zhì)的低濃度單導(dǎo)電性阱層。
23. —種用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，包括 在光接收部形成區(qū)域、整個(gè)多像素區(qū)域、或多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域中形成高濃度相反導(dǎo)電性層的高濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì) 離子注入步驟；在光接收部形成區(qū)域、整個(gè)多像素區(qū)域、或多個(gè)沿行或列方向的 帶形多像素區(qū)域中在高濃度相反導(dǎo)電性層的下面形成低濃度相反導(dǎo)電 性層的低濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步驟；以及通過利用預(yù)定圖案選擇性地注入單導(dǎo)電性雜質(zhì)離子來隔離光接收 部的像素隔離步驟，所述像素隔離步驟在以該順序或相反的順序進(jìn)行 所述兩個(gè)前面的步驟之后進(jìn)行。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23的用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，其中 高濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步驟通過利用具有用于整個(gè)多像素區(qū) 域、或所述多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域的開口的掩模離子注 入具有第一雜質(zhì)濃度的第一相反導(dǎo)電性雜質(zhì)來形成高濃度雜質(zhì)層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求23的用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，其中 低濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步驟通過利用具有用于整個(gè)多像素區(qū) 域、或所述多個(gè)沿行或列方向的帶形多像素區(qū)域的開口的掩模離子注 入具有第一雜質(zhì)濃度的第二相反導(dǎo)電性雜質(zhì)來形成低濃度雜質(zhì)層。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23的用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，其中 像素隔離步驟通過利用具有開口的掩模選擇性地離子注入單導(dǎo)電性雜 質(zhì)以隔離光接收部的外圍，并且利用元件隔離區(qū)域隔離光接收部的外 圍以限定光接收部的區(qū)域的外圍。
27. 根據(jù)權(quán)利要求23或26的用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法， 進(jìn)一步包括STI步驟，作為高濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步驟和低 濃度相反導(dǎo)電性雜質(zhì)離子注入步驟前面的步驟，所述STI步驟利用單 導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層上的絕緣材料來隔離光接收部的外圍.
28. 根據(jù)權(quán)利要求27的用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，其中 所述STI步驟包括形成隔離單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層上的光接收部的外圍的溝槽 凹槽的溝槽凹槽形成步驟；形成嵌入所述溝槽凹槽的元件隔離絕緣膜的步驟；以及 拋光形成的元件隔離絕緣膜以平面化襯底表面的步驟。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23的用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，進(jìn)一 步包括作為像素隔離步驟后面的步驟的、形成用來傳輸電荷的柵電極 的柵電極形成步驟。
30. 根據(jù)權(quán)利要求29的用于固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法，進(jìn)一 步包括在高濃度相反導(dǎo)電性層的表面中離子注入單導(dǎo)電性雜質(zhì)以形成 表面單導(dǎo)電性區(qū)域的表面單導(dǎo)電性區(qū)域形成步驟。
31. —種利用根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 6、 7、 9到14、以及16到22 中的任一項(xiàng)的固態(tài)圖像捕獲裝置作為圖像捕獲部中的圖像輸入裝置的 電子信息裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像捕獲裝置及其制造方法和電子信息裝置。提供一種具有多個(gè)用來對(duì)來自對(duì)象的圖像光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并且捕獲來自對(duì)象的圖像光的光接收部的固態(tài)圖像捕獲裝置。在光接收部中，低濃度相反導(dǎo)電性層設(shè)置在單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層上，具有比低濃度相反導(dǎo)電性層更高的雜質(zhì)濃度的高濃度相反導(dǎo)電性層設(shè)置在所述低濃度相反導(dǎo)電性層上，并且光電二極管由所述單導(dǎo)電性襯底或單導(dǎo)電性層與所述低濃度相反導(dǎo)電性層的PN結(jié)構(gòu)成。
文檔編號(hào)H01L21/82GK101359675SQ20081014515
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年8月4日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月3日
發(fā)明者武藤彰良 申請(qǐng)人:夏普株式會(huì)社