專利名稱：制造固態(tài)成像器件的方法
背景技術(shù)：
方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于制造具有減小的暗電流和穩(wěn)定的讀出電壓的固態(tài)成像器件的方法。
2、相關(guān)技術(shù)介紹廣知具有掩埋型光電二極管結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件，如JP57(1982)-062557A所介紹的。而且，在減小污點(diǎn)(smear)的嘗試中，廣泛地將如JP8(1996)-130299A中所描述的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于固態(tài)成像器件。
下文中，將描述一種典型的制造固態(tài)成像器件的常規(guī)方法。圖3是說明常規(guī)固態(tài)成像器件的主要部分的截面圖。圖4是在穿過光電元件分離部分的方向(元件分離方向)上截取的固態(tài)成像器件的截面圖。
在圖3和4中，參考編號(hào)21表示P型半導(dǎo)體襯底，在其主表面區(qū)中，形成了構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的N型雜質(zhì)區(qū)22、垂直CCD的掩埋溝道23、P+型雜質(zhì)區(qū)27和元件分離區(qū)30。在P型半導(dǎo)體襯底21的表面上形成絕緣膜24，并且在絕緣膜24上形成讀出電極25，以便與相應(yīng)的掩埋溝道23重疊。每一個(gè)讀出電極25都覆蓋有絕緣膜26和保護(hù)膜28。此外，在保護(hù)膜28上形成光屏蔽膜29，使得僅在每一個(gè)N型雜質(zhì)區(qū)22的上面設(shè)置一個(gè)開口。
在常規(guī)的固態(tài)成像器件的光接收部分中，N型雜質(zhì)區(qū)22的表面覆蓋有P+型雜質(zhì)區(qū)27，從而減小了暗電流。通過主要利用硼進(jìn)行離子注入使得每個(gè)P+型雜質(zhì)區(qū)27相對(duì)于讀出電極25自對(duì)準(zhǔn)、并且進(jìn)行熱處理來(lái)形成每個(gè)P+型雜質(zhì)區(qū)27。
根據(jù)如上所述的常規(guī)制造方法，為了減小暗電流，需要優(yōu)化每個(gè)P+型雜質(zhì)區(qū)27的雜質(zhì)濃度和擴(kuò)散長(zhǎng)度。換句話說，需要防止耗盡層的端部與半導(dǎo)體襯底21和絕緣膜24之間的界面接觸。
在上述常規(guī)結(jié)構(gòu)中，P型半導(dǎo)體襯底21的表面上的P+型雜質(zhì)區(qū)27和讀出電極25彼此交迭。因此，為了穩(wěn)定地讀出信號(hào)電荷，要求N型雜質(zhì)區(qū)22和掩埋溝道23之間的距離L1比較長(zhǎng)。另一方面，為了減小污點(diǎn)，需要光屏蔽膜29也延伸到構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的N型雜質(zhì)區(qū)22的一部分上面，以便完全覆蓋讀出電極25。因此，減小了所述光電轉(zhuǎn)換元件的開口的尺寸S1，并且降低了靈敏度。
此外，為了確保所述開口的尺寸S1，同時(shí)保持P+型雜質(zhì)區(qū)27和垂直CCD的掩埋溝道23之間的適當(dāng)?shù)木嚯xL2，可以使用抗蝕劑圖形的掩膜來(lái)形成P+型雜質(zhì)區(qū)27。然而，這樣使其難以在讀出電極25和P+型雜質(zhì)區(qū)27之間提供一致的距離，導(dǎo)致讀出電壓變化。而且，隨著進(jìn)一步的小型化，所述開口的形狀也因?yàn)橛勺x出電極25形成的臺(tái)階的影響而變化，這不僅使讀出電壓變化，而且使靈敏度變化。
此外，由于在垂直分離方向上從光電元件部分向分離部分P+型雜質(zhì)區(qū)27的陡峭的濃度梯度，導(dǎo)致電場(chǎng)很可能集中。因此進(jìn)一步惡化了污點(diǎn)性能。
JP 5(1993)-102457A公開了一種用于解決這種問題的方法。在JP5(1993)-102457A中公開的所述方法是在所述讀出電極的一個(gè)側(cè)面形成一個(gè)側(cè)墻，并且利用所述讀出電極和所述側(cè)墻作為掩膜進(jìn)行離子注入，來(lái)形成所述P+型雜質(zhì)區(qū)27。然而由于該方法采用抗蝕劑圖形來(lái)形成所述側(cè)墻，因此與其中利用抗蝕劑圖形來(lái)形成所述P+型雜質(zhì)區(qū)27的上述方法類似，該方法難于避免由于所述抗蝕劑圖形定位的變化而導(dǎo)致的所述側(cè)墻厚度的變化。因此JP 5(1993)-102457 A的方法不能解決該問題。
另一方面，根據(jù)半導(dǎo)體元件的小型化和降低的工作電壓，傾向于將所述讀出電極25上的絕緣膜26的厚度制得更小。在所述讀出電極25上面，通常布置一個(gè)傳輸電極，同時(shí)在所述讀出電極25和所述傳輸電極之間插入絕緣膜26。在所述絕緣膜26具有更小的厚度的情況下，當(dāng)在用于形成所述側(cè)墻的蝕刻工藝過程中減小了所述絕緣膜26的厚度時(shí)，所述讀出電極25和上層電極之間的絕緣變得不充分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種制造固態(tài)成像器件的方法，該固態(tài)成像器件能夠減小暗電流、穩(wěn)定讀出電壓和降低電壓，同時(shí)不降低靈敏度，并且進(jìn)一步可以使得所述讀出電極上的絕緣膜可以保持足夠的厚度，以便在所述讀出電極和上層電極之間保持充分的絕緣。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的制造固態(tài)成像器件的方法包括在一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面部分中選擇性地形成構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)；在該半導(dǎo)體襯底的所述主表面部分中形成構(gòu)成一個(gè)傳輸元件的相反導(dǎo)電類型的掩埋溝道區(qū)，該傳輸元件用于從該光電轉(zhuǎn)換元件傳輸信號(hào)電荷；在該半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣膜；在該第一絕緣膜上、在包含所述掩埋溝道區(qū)上的一個(gè)區(qū)的區(qū)域中形成一個(gè)讀出電極，用于從該光電轉(zhuǎn)換元件讀出和傳輸信號(hào)電荷；形成用于覆蓋所述讀出電極的第二絕緣膜；在包含第二絕緣膜上的一個(gè)區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成側(cè)墻形成膜；進(jìn)行蝕刻，以使對(duì)于所述側(cè)墻形成膜的蝕刻速度高于相對(duì)于所述第二絕緣膜的蝕刻速度，由此選擇性地除去側(cè)墻形成膜，以便在所述讀出電極的側(cè)面上形成由側(cè)墻形成膜制成的側(cè)墻，在它們之間插有第二絕緣膜；使用所述讀出電極和側(cè)墻作為掩膜進(jìn)行離子注入，以在所述光電轉(zhuǎn)換元件的表面上以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成一種導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)；并且除去所述側(cè)墻。
附圖簡(jiǎn)述

圖1A至1D是說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的制造固態(tài)成像器件的方法的工藝步驟的截面圖；圖2是在元件分離方向上截取的通過所述工藝步驟制造的固態(tài)成像器件的截面圖；圖3是說明通過常規(guī)制造方法制造的固態(tài)成像器件的主要部分的截面圖；圖4是在元件分離方向上截取的固態(tài)成像器件的截面圖。
發(fā)明詳述根據(jù)本發(fā)明的制造固態(tài)成像器件的方法，利用形成在讀出電極側(cè)面上的側(cè)墻作為掩膜，以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成第二雜質(zhì)區(qū)，從而可以精確地定位第二雜質(zhì)區(qū)。其原因在于，側(cè)墻的尺寸變化比抗蝕劑圖形的尺寸變化小。因此，盡可能地減小了讀出電極與第二雜質(zhì)區(qū)的交迭。此外，能夠減小讀出電極相對(duì)于用于傳輸信號(hào)電荷的掩埋溝道區(qū)的伸出長(zhǎng)度，從而能夠擴(kuò)大開口并且提高靈敏度。此外，由于所述側(cè)墻的屏蔽效果，可以使第二雜質(zhì)區(qū)在垂直分離方向上從光電元件部分到分離部分的濃度梯度變得緩和，并因此電場(chǎng)不集中，導(dǎo)致污點(diǎn)性能提高。此外，由于所述側(cè)墻是通過基于所述側(cè)墻形成膜相對(duì)于所述第二絕緣膜的蝕刻選擇比進(jìn)行選擇性蝕刻來(lái)形成的，因此所述第二絕緣膜的厚度基本上不減小。因此所述第二絕緣膜可以保持足夠的厚度，以便在所述讀出電極和上層電極之間保持充分的絕緣。
在本發(fā)明的制造固態(tài)成像器件的方法中，在形成所述側(cè)墻中，所述側(cè)墻形成膜相對(duì)于所述第二絕緣膜的蝕刻選擇比優(yōu)選不小于30。更優(yōu)選，所述側(cè)墻形成膜相對(duì)于所述第一絕緣膜的蝕刻選擇比大于30。
所述第二絕緣膜可以由氧化硅膜制成，而所述側(cè)墻形成膜可以由硅制成?；蛘撸龅诙^緣膜可以由氧化硅膜制成，而所述側(cè)墻形成膜可以由非晶硅制成?；蛘?，所述第二絕緣膜可以由氧化硅膜制成，而所述側(cè)墻形成膜可以由氮化硅膜制成。
優(yōu)選，從所述讀出電極的上面、在相對(duì)于與所述半導(dǎo)體襯底垂直的方向朝向讀出側(cè)傾斜的方向上進(jìn)行用于形成一種導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)的離子注入，從而通過所述讀出電極和所述側(cè)墻形成盲區(qū)(shadow)。
可以通過濕法蝕刻來(lái)除去所述側(cè)墻。所述側(cè)墻形成膜的膜厚優(yōu)選為所述讀出電極厚度的50％至300％。所述讀出電極可以是金屬電極。
下文中，將參考附圖描述根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的制造固態(tài)成像器件的方法。圖1A至1C是說明制造方法的工藝步驟的截面圖。圖2是在元件分離方向上截取的通過該制造方法制造的固態(tài)成像器件的截面圖。
首先，如圖1A所示，在P型硅襯底1的主表面區(qū)中選擇性地形成構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的N型雜質(zhì)區(qū)2和N型掩埋溝道區(qū)3。接著，在硅襯底1的表面上形成讀出電極5，同時(shí)第一絕緣膜4置于其間。讀出電極5的材料可以是多晶硅。第一絕緣膜4例如由所謂的ONO(氧化物—氮化物—氧化物)柵絕緣膜形成，其包括從襯底側(cè)按順序排列的熱氧化SiO2膜/通過低壓CVD(化學(xué)汽相淀積)得到的氮化硅膜/氮氧化硅膜。此外，如圖2所示，形成元件分離區(qū)11。
然后，如圖1B所示，形成用于覆蓋每一個(gè)讀出電極5的第二絕緣膜6。所述第二絕緣膜6可以由通過所述讀出電極5的熱氧化得到的氧化硅膜來(lái)構(gòu)成。第二絕緣膜6的厚度可以是大約80nm。接著，在硅襯底1的整個(gè)表面上形成非晶硅膜(側(cè)墻形成膜)7a。非晶硅7a的厚度可以在100nm到300nm的范圍之內(nèi)。
然后對(duì)非晶硅膜7a進(jìn)行選擇性干法蝕刻(回刻)。設(shè)置蝕刻條件，以使相對(duì)于所述側(cè)墻形成膜的蝕刻速度高于相對(duì)于第二絕緣膜6的蝕刻速度，從而在每個(gè)讀出電極5的側(cè)面上形成側(cè)墻7，如圖1C所示。
此后，利用讀出電極5和側(cè)墻7作為掩膜，在相對(duì)于與硅襯底1垂直的方向、朝向讀出側(cè)(圖1C中的左側(cè))傾斜的方向，即如圖中的箭頭所示的方向進(jìn)行離子注入，從而以自對(duì)準(zhǔn)的方式在相應(yīng)的N型雜質(zhì)區(qū)2的表面上形成P+型雜質(zhì)區(qū)8。通常，由于在N型雜質(zhì)區(qū)2表面上的適當(dāng)位置容易控制注入深度，因此采用從如上所述的傾斜方向進(jìn)行的離子注入。
當(dāng)注入離子時(shí)，讀出電極5和P+型雜質(zhì)區(qū)8在圖1C中的讀出側(cè)彼此遠(yuǎn)離。然而，當(dāng)完成制造工藝時(shí)，由于在工藝過程中經(jīng)過熱處理，雜質(zhì)擴(kuò)散，使得P+型雜質(zhì)區(qū)8覆蓋了N型雜質(zhì)區(qū)2的整個(gè)表面，如圖1D所示。為了確保得到這種結(jié)構(gòu)，在不小于1度到不大于20度的范圍內(nèi)調(diào)整離子注入的傾斜角度。在圖1D所示的工藝步驟中，通過蝕刻除去側(cè)墻7之后，形成保護(hù)膜9，并接著形成光屏蔽膜10，從而設(shè)置開口。
在上述制造工藝期間，在形成側(cè)墻7的過程中，利用了非晶硅膜相對(duì)于第一絕緣膜4和第二絕緣膜6的高蝕刻選擇比，因此優(yōu)選所述高蝕刻選擇比不小于30。
當(dāng)形成P+型雜質(zhì)區(qū)8時(shí)，由于使用側(cè)墻7來(lái)作為掩膜材料(阻擋層(stopper))，因此優(yōu)選側(cè)墻7由非晶硅而不是由多晶硅制成。與使用抗蝕劑等引起的10％的變化相比，將側(cè)墻尺寸的變化改善為3％。此外，為了既滿足讀出性能又滿足白缺陷(white flaw)性能，優(yōu)選完成后的側(cè)墻7的膜厚落在讀出電極5厚度的50％至300％的范圍內(nèi)。這里所使用的側(cè)墻7的膜厚是在讀出電極5的側(cè)面上的膜厚，并因此對(duì)應(yīng)于硅襯底1的平面方向上的寬度。為了使完成后的側(cè)墻7的膜厚落在讀出電極5厚度的50％至300％的范圍內(nèi)，優(yōu)選非晶硅形成膜的厚度為讀出電極5的厚度的50％至300％。
在除去側(cè)墻7的步驟中，優(yōu)選使用濕法蝕刻，以避免由于等離子或類似物質(zhì)破壞P+型雜質(zhì)區(qū)8。此外，不需要完全除去側(cè)墻7，但是優(yōu)選在不影響光接收效率的范圍內(nèi)對(duì)它們進(jìn)行蝕刻，以便對(duì)P+型雜質(zhì)區(qū)8造成最小的損傷。
根據(jù)包括上述工藝步驟的制造方法，側(cè)墻尺寸的變化比抗蝕劑掩膜等的尺寸的變化小。因此，即使當(dāng)位于讀出電極5下方的P+型雜質(zhì)區(qū)8的長(zhǎng)度盡可能地減小時(shí)，也能夠確保彼此相鄰的讀出電極5和P+型雜質(zhì)區(qū)8之間的位置關(guān)系。這樣降低了由于P+型雜質(zhì)區(qū)8的影響而導(dǎo)致的讀出電極5的電位中的調(diào)制程度，從而得到了穩(wěn)定的讀出電壓和降低的電壓。
此外，由于可以精確定位P+型雜質(zhì)區(qū)8，因此可以減小作為讀出電極5的有效柵長(zhǎng)的垂直CCD的N型掩埋溝道區(qū)3和P+型雜質(zhì)區(qū)8之間的距離L2，從而可以使每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的開口擴(kuò)大。此外，由于在垂直分離方向從光電元件部分到分離部分的P+型雜質(zhì)區(qū)8的緩和的濃度梯度，因此電場(chǎng)不集中，由此可以得到有利的污點(diǎn)性能。
此外，在形成所述側(cè)墻7的過程中，優(yōu)選設(shè)置蝕刻條件，以使非晶硅膜7a相對(duì)于第二絕緣膜6的蝕刻選擇比不小于30。由此在蝕刻期間所述第二絕緣膜6的厚度的減小可以抑制到基本為零。因此第二絕緣膜可以保持足夠的厚度，以便在所述讀出電極和上層電極例如傳輸電極之間保持充分的絕緣。
例如，在讀出電極5和所述上層電極之間的最大額定電壓為25V的情況下，第二絕緣膜6的可允許的最小厚度為50nm。因此，如果如上所述，第二絕緣膜6的原始厚度為80nm，由于用于形成所述側(cè)墻7的蝕刻所導(dǎo)致的膜厚的減小應(yīng)該限制到30nm或者更小。在這種情況下，如果非晶硅膜7a相對(duì)于第二絕緣膜6的蝕刻選擇比低于10，在非晶硅膜7a的厚度為250nm并且進(jìn)行了50％的過蝕刻的條件下，膜厚的減小變成大約為38nm，這在可允許的最小厚度之下。另一方面，在非晶規(guī)膜7a相對(duì)于第二絕緣膜6的蝕刻選擇比不低于30的情況下，膜厚的減小變成大約為10nm，從而通過第二絕緣膜6保持了絕緣。應(yīng)該注意到，由于第二絕緣膜6是由多晶硅的熱氧化形成的，如果考慮到電場(chǎng)的集中，所述蝕刻選擇比的20％可能是不夠的。
在上述例子中，構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的N型雜質(zhì)區(qū)2和讀出電極5彼此不交迭。然而，可以將本實(shí)施例應(yīng)用于具有下述結(jié)構(gòu)的固態(tài)成像器件，在所述結(jié)構(gòu)中，N型雜質(zhì)區(qū)2和讀出電極5彼此交迭或者它們彼此遠(yuǎn)離，從而得到相同的效果。
此外，在上述例子中，讀出電極5也作為傳輸電極。然而，本實(shí)施例可以應(yīng)用于除了讀出電極5之外還設(shè)置有傳輸電極的情況，從而得到相同的效果。
此外，在上述例子中，當(dāng)形成P+型雜質(zhì)區(qū)8使其覆蓋N型雜質(zhì)區(qū)2的表面時(shí)，調(diào)整注入離子的傾斜角度。然而，可以調(diào)整側(cè)墻7的膜厚，從而得到相同的效果。
權(quán)利要求
1.一種制造固態(tài)成像器件的方法，包括在一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底的主表面部分中選擇性地形成構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)；在所述半導(dǎo)體襯底的所述主表面部分中形成構(gòu)成傳輸元件的相反導(dǎo)電類型的掩埋溝道區(qū)，所述傳輸元件用于從所述光電轉(zhuǎn)換元件傳輸信號(hào)電荷；在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣膜；在所述第一絕緣膜上、在包含掩埋溝道區(qū)上的一個(gè)區(qū)的區(qū)域中形成一個(gè)讀出電極，用于從所述光電轉(zhuǎn)換元件讀出和傳輸信號(hào)電荷；形成用于覆蓋該讀出電極的第二絕緣膜；在包含第二絕緣膜上的一個(gè)區(qū)域的半導(dǎo)體襯底上形成側(cè)墻形成膜；進(jìn)行蝕刻，以使相對(duì)于所述側(cè)墻形成膜的蝕刻速度高于相對(duì)于所述第二絕緣膜的蝕刻速度，由此選擇性地除去所述側(cè)墻形成膜，以便在所述讀出電極的側(cè)面上形成由所述側(cè)墻形成膜制成的側(cè)墻，在所述讀出電極和所述側(cè)墻之間插有第二絕緣膜；使用所述讀出電極和所述側(cè)墻作為掩膜進(jìn)行離子注入，以在所述光電轉(zhuǎn)換元件的表面上以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成一種導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)；以及除去所述側(cè)墻。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中在形成所述側(cè)墻的過程中，所述側(cè)墻形成膜相對(duì)于該第二絕緣膜的蝕刻選擇比不小于30。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中所述側(cè)墻形成膜相對(duì)于所述第一絕緣膜的蝕刻選擇比大于30。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中所述第二絕緣膜由氧化硅膜制成，而所述側(cè)墻形成膜由硅制成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中所述第二絕緣膜由氧化硅膜制成，而所述側(cè)墻形成膜由非晶硅制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中所述第二絕緣膜由氧化硅膜制成，而所述側(cè)墻形成膜由氮化硅膜制成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中從所述讀出電極的上面、在相對(duì)于與所述半導(dǎo)體襯底垂直的方向朝向讀出側(cè)傾斜的方向上進(jìn)行用于形成一種導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)的離子注入，從而通過所述讀出電極和所述側(cè)墻形成盲區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中通過濕法蝕刻除去所述側(cè)墻。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中所述側(cè)墻形成膜的膜厚是所述讀出電極厚度的50％至300％。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造固態(tài)成像器件的方法，其中所述讀出電極是金屬電極。
全文摘要
在一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體襯底1的主表面部分中形成構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件的相反導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)2和構(gòu)成傳輸元件的相反導(dǎo)電類型的掩埋溝道區(qū)3，所述傳輸元件用于傳輸信號(hào)電荷，并且在該半導(dǎo)體襯底上形成第一絕緣膜4。然后，在包含所述掩埋溝道區(qū)上的一個(gè)區(qū)的區(qū)域中形成讀出電極5，并且形成用于覆蓋所述讀出電極的第二絕緣膜6。此后，形成側(cè)墻形成膜7a，并且基于一個(gè)蝕刻選擇比來(lái)進(jìn)行選擇性蝕刻，由此在所述讀出電極的側(cè)面上形成側(cè)墻7，同時(shí)第二絕緣膜置于其間。接著，利用所述讀出電極和所述側(cè)墻作為掩膜來(lái)進(jìn)行離子注入，以便以自對(duì)準(zhǔn)的方式形成一種導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)8，接著除去所述側(cè)墻。在不降低靈敏度的情況下能夠得到減小的暗電流、穩(wěn)定的讀出電壓等，并且可以保持第二絕緣膜足夠的厚度。
文檔編號(hào)H01L21/3205GK1665032SQ20051005181
公開日2005年9月7日 申請(qǐng)日期2005年3月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月2日
發(fā)明者邊見健 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社