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)通過提高單元像素中的開 口率或者通過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)濃度過分增加，缺陷像素例如白點(diǎn)經(jīng)常發(fā)生，引起問題。 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l是示出根據(jù)本發(fā)明第 驟的示意性截面圖；
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明第 驟的示意性截面圖；
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明第 驟的示意性截面圖；
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明第 驟的示意性截面圖；
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明第 驟的示意性截面圖；
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明第 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熱 擴(kuò)散延伸。作為選擇，在通過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
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 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 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 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 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 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，在離子注入過程中的劑量為約lX1012cm—2，且p型擴(kuò) 散層14的寬度dl為約0. 05到10 ii m。通過將p型擴(kuò)散層14的寬度dl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dl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Si02構(gòu)成的元件隔離層13。然后，通過元件隔離層13的每個(gè)開口 13A，將離子 注入到P型半導(dǎo)體阱區(qū)12中，例如以約lX1012cm—2的劑量。因此，形成了具有相應(yīng)于開口 13A的面積的n型電荷聚集區(qū)17。隨后，具有高濃度例如5X 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90(TC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IO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，在離子注入過程中的劑量為約 1 X 1012cm—2，且p型擴(kuò)散層14的寬度dl為約0. 05到10 y m。通過將p型擴(kuò)散層14的寬度 dl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dl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Si(^構(gòu)成的元件隔離層13。然后，通過元件隔離層13 的每個(gè)開口 13A，將離子注入到p型半導(dǎo)體阱區(qū)12中，例如以約lX10 m—2的劑量。因此， 形成了具有相應(yīng)于開口 13A的面積的n型電荷聚集區(qū)17。隨后，具有高濃度例如5X10"cm—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ll，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，在離子注入過程中的劑量為約
1 X 1012cm—2，且p型擴(kuò)散層14的寬度dl為約0. 05到10 y m。通過將p型擴(kuò)散層14的寬度
dl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dl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IX 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5X 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Si02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 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
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)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分具有聚集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)和設(shè)置于所述電荷聚集區(qū)上的聚集層；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從而在所述多個(gè)像素的每個(gè)中在被所述擴(kuò)散層圍繞的位于所述元件隔離層正下方的位置產(chǎn)生延伸區(qū)，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，或者在所述延伸區(qū)中朝向所述擴(kuò)散層延伸了至少所述延伸區(qū)的寬度的一半，且其中所述聚集層的導(dǎo)電類型與所述擴(kuò)散層相同，且所述聚集層在所述元件隔離層下延伸從而接觸所述擴(kuò)散層。
2. —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)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分具有聚 集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)和設(shè)置于所述電荷聚集區(qū)上的聚集層，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，所述擴(kuò)散層具有比所述元件隔離層小的寬度從而在所述多個(gè)像素的每個(gè)中在被所述擴(kuò) 散層圍繞的位于所述元件隔離層正下方的位置產(chǎn)生延伸區(qū)；禾口對(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)；注入具有與所述擴(kuò)散層的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型的離子到所述電荷聚集區(qū)的表面， 隨后擴(kuò)散，由此形成所述聚集層，所述聚集層在所述元件隔離層下延伸從而接觸所述擴(kuò)散 層；以及對(duì)通過形成每個(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，或者使所述電荷聚集區(qū) 在所述延伸區(qū)中朝向所述擴(kuò)散層延伸了至少所述延伸區(qū)的寬度的一半。
3. —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)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分具有聚 集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)和設(shè)置于所述電荷聚集區(qū)上的聚集層，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)； 注入具有與所述擴(kuò)散層的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型的離子到所述電荷聚集區(qū)的表面，隨后擴(kuò)散，由此形成所述聚集層，所述聚集層在所述元件隔離層下延伸從而接觸所述擴(kuò)散層；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；禾口在設(shè)置掩模子步驟之后，通過元件隔離層在每個(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。
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)像素包括光電轉(zhuǎn)換部分，所述光電轉(zhuǎn)換部分具有聚 集信號(hào)電荷的電荷聚集區(qū)和設(shè)置于所述電荷聚集區(qū)上的聚集層，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)的子 步驟和注入具有與所述擴(kuò)散層的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型的離子到所述電荷聚集區(qū)的表 面，隨后擴(kuò)散，由此形成所述聚集層的子步驟；禾口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且具有比所述元件隔離層小的 寬度，從而在所述多個(gè)像素的每個(gè)中在被所述擴(kuò)散層圍繞的位于所述元件隔離層正下方的 位置產(chǎn)生延伸區(qū)，其中每個(gè)電荷聚集區(qū)設(shè)置為在元件隔離層下延伸并與擴(kuò)散層形成接觸，或者在所述延 伸區(qū)中朝向所述擴(kuò)散層延伸了至少所述延伸區(qū)的寬度的一半，且所述聚集層設(shè)置為在所述 元件隔離層下延伸且接觸所述擴(kuò)散層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種固態(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)H04N5/335GK101728409SQ20091020910
公開日2010年6月9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)明者古川雅一, 大橋正典, 山本敦彥, 正垣敦, 田谷圭司, 阿部秀司 申請(qǐng)人:索尼株式會(huì)社