專利名稱：光電轉(zhuǎn)換器件、光電轉(zhuǎn)換器件制造方法、及圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
光電轉(zhuǎn)換器件、光電轉(zhuǎn)換器件 制造方法、及圖像拾取系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域
圖4是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的截面示意圖。0019〗圖5A到5E示出了根據(jù)第二實(shí)施例的制造光電轉(zhuǎn)換器件 的過程。0020圖6是根據(jù)第三實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的截面示意圖。
圖9是用于解釋本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件的截面示意圖。
在本實(shí)施例中，包含防反射膜和覆蓋該防反射膜的氧化 物膜的區(qū)域可以部分留在外圍電路區(qū)域中。而且，形成了由防反射膜 和覆蓋該防反射膜的氧化物膜形成的側(cè)面間隔件。然后，可以在光電 轉(zhuǎn)換的部分形成具有源極和漏極的MOS晶體管，源極和漏極都由重 摻雜半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成且都具有LDD結(jié)構(gòu)。第二實(shí)施例0053在本實(shí)施例中，描述用于制造光電轉(zhuǎn)換器件的方法。圖 5A到5E示出了用于制造光電轉(zhuǎn)換器件的過程。
此外，當(dāng)由包含大量氫分子的氮化硅膜形成絕緣膜時(shí)， 可以更有效地減少在晶體管界面和光電二極管上的硅和氧化硅膜之 間的界面的陷阱(tr ap)的數(shù)量。第三實(shí)施例0067在本實(shí)施例中，將作為位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的MOS晶體 管描述放大MOS晶體管的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)可以與在第一和第二實(shí)施 例每一個(gè)中所描述的復(fù)位MOS晶體管的結(jié)構(gòu)結(jié)合。0068圖6示出了光電轉(zhuǎn)換器件的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域和外圍電路區(qū) 域的截面結(jié)構(gòu)。與第一和第二實(shí)施例中的元件相同的元件使用相同的
附圖
標(biāo)記表示，并且不再重復(fù)冗余的描述。
光學(xué)防反射膜66設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換元件上并且減少了在光 電二極管表面上的界面反射。防反射膜66可以具有包含氮化硅層和 氧化硅層的層疊結(jié)構(gòu)。
在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中沒有對防反射膜66進(jìn)行蝕刻，因此降 低了由于蝕刻的損壞而引起的噪聲。而且，在形成防反射膜66之后， 不執(zhí)行暴露半導(dǎo)體表面的步驟，因此防止了金屬元素等的污染。因此， 可以降低黑暗條件下點(diǎn)缺陷的出現(xiàn)率。0074以下詳細(xì)描述電場緩和層。在電場緩和層中過低的雜質(zhì) 濃度或LDD結(jié)構(gòu)的電場緩和層的過大的寬度增加了晶體管的寄生電 阻(串聯(lián)電阻)，因此顯著惡化了驅(qū)動(dòng)能力和靜態(tài)特性。特別是，在 對其而言驅(qū)動(dòng)能力和靜態(tài)特性很重要的外圍電路中，需要形成寬度相 對較小的電場緩和層。另一方面，在為了小型化的目的而需要緩和電 場的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中，可以形成寬度較大的電場緩和層。從柵極端部 延伸到相應(yīng)的一個(gè)第一導(dǎo)電型的重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域的部分對MOS晶 體管中的電場緩和層有很大貢獻(xiàn)。因此，位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的MOS 晶體管的雜質(zhì)濃度可以低于位于外圍電路區(qū)域中的MOS晶體管的雜 質(zhì)濃度，并且可以具有寬度較大的較低雜質(zhì)濃度區(qū)域。[0075在形成接觸孔之后，可以以自對準(zhǔn)方式通過經(jīng)對應(yīng)的接
觸孔進(jìn)行離子注入而形成每個(gè)與導(dǎo)體直接接觸的第一導(dǎo)電型的重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域302。這允許設(shè)計(jì)小晶體管，并且實(shí)現(xiàn)令人滿意的歐姆 接觸。除了上述效果以外，本實(shí)施例所示的結(jié)構(gòu)具有減少像素缺陷和 降低由流過浮置擴(kuò)散區(qū)域3的泄漏電流引起的隨機(jī)噪聲的效果。[00761如圖6所示，浮置擴(kuò)散區(qū)域3由輕摻雜電場緩和區(qū)域(第 一導(dǎo)電型的輕摻雜半導(dǎo)體區(qū)域301)形成，并因此具有在柵極端部以 外的區(qū)域緩和電場的顯著效果。也就是說，浮置擴(kuò)散區(qū)域3可以緩和 施加到與第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域104的結(jié)和與位于分離部分之下的 溝道停止區(qū)域的結(jié)的電場，因此降低了流過浮置擴(kuò)散區(qū)域3的泄漏電 流和讀出期間的隨機(jī)噪聲。導(dǎo)致流過浮置擴(kuò)散區(qū)域3的大泄漏電流突 然出現(xiàn)的像素的出現(xiàn)與施加到浮置擴(kuò)散區(qū)域3的電場相關(guān)。因此，根 據(jù)本實(shí)施例也可以減少點(diǎn)缺陷。0077在本實(shí)施例中，已經(jīng)描述了位于外圍電路區(qū)域中的MOS 晶體管，其導(dǎo)電類型與位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的MOS晶體管的導(dǎo)電類 型相同?？蛇x擇的是，在外圍電路區(qū)域可以使用CMOS晶體管。而 且，導(dǎo)電類型與位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的MOS晶體管的導(dǎo)電類型相反 的MOS晶體管可以具有相同的結(jié)構(gòu)。100781根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)對容易產(chǎn)生熱載流子的n型MOS晶 體管具有深遠(yuǎn)的影響。當(dāng)n型MOS晶體管位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中時(shí)， 并且當(dāng)位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的n型MOS晶體管和位于外圍電路區(qū)域 中的n型MOS晶體管都具有根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)時(shí)，可以獲得特別 顯著的效果。0079另一方面，當(dāng)p型MOS晶體管位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域時(shí)，從 這種微小像素的可加工性角度來看，根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)是有效的。 在本實(shí)施例中，使用防反射膜66。在具有根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的傳感 器中，以及在使用不具有防反射特性的單氧化物膜代替防反射膜的情 況下，可以施加本實(shí)施例的效果，例如電場緩和以及點(diǎn)缺陷的減少。第四實(shí)施例0080圖7示出了根據(jù)本實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的截面結(jié)構(gòu)。
與第一至第三實(shí)施例中的元件相同的元件使用相同的附圖標(biāo)記表示， 并且不再重復(fù)冗余的描述。[0081在本實(shí)施例中，盡管在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中對防反射膜進(jìn)行 了蝕刻，但是第一導(dǎo)電型的重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域43沒有位于光電轉(zhuǎn)換 區(qū)域中。以用抗蝕劑覆蓋光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的方式形成用于形成第一導(dǎo)電 型的重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域43的掩模圖案。掩模圖案的使用產(chǎn)生圖7所 示的結(jié)構(gòu)。0082在本實(shí)施例中，可以設(shè)計(jì)具有低雜質(zhì)濃度或較大寬度的 輕摻雜電場緩和層(第一導(dǎo)電型的輕摻雜半導(dǎo)體區(qū)域301)，因而改 善了緩和電場的效果。這可以抑制熱載流子的產(chǎn)生，因此提高了可靠 性和耐受電壓。在外圍電路區(qū)域中，可以形成寬度相對較小的電場緩 和層。第五實(shí)施例[0083在本實(shí)施例中，將要描述與導(dǎo)體直接接觸的漏極區(qū)域。 通常，與MOS晶體管的源極和漏極電連接的導(dǎo)體例如接觸插柱需要 具有低的電阻和歐姆特性。在對由于金屬污染而引起的點(diǎn)缺陷敏感的 光電轉(zhuǎn)換器件中，在一些情況下，有意不采用形成硅化物或自對準(zhǔn)硅 化物(自對準(zhǔn)多晶硅化物)的工藝。因此，用于形成漏極與導(dǎo)體之間 的歐姆接觸的方法對于光電轉(zhuǎn)換器件特別重要。0084在位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的MOS晶體管的漏極具有上述 實(shí)施例中所述的電場緩和結(jié)構(gòu)的情況下，需要用于形成低電阻歐姆接 觸的方法。以下將要描述提供低電阻歐姆接觸的結(jié)構(gòu)和方法。[0085圖8示出了根據(jù)本實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的截面圖。與 第一至第四實(shí)施例中的元件相同的元件使用相同的附圖標(biāo)記表示，并 且不再重復(fù)冗余的描述。附圖標(biāo)記101表示其中位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中 的MOS晶體管(n型)連接到導(dǎo)體的部分。附圖標(biāo)記104表示其中 位于外圍電路區(qū)域中的n型MOS晶體管的源極或漏極連接到導(dǎo)體的 部分。附圖標(biāo)記105表示其中位于外圍電路區(qū)域中的p型MOS晶體 管的源極或漏極連接到導(dǎo)體的部分。[0086正如部分101中所示，浮置擴(kuò)散區(qū)域3包括與導(dǎo)體直接 接觸的n型重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域45。而且在部分104中，源極或漏極包 括n型重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域45。在部分105中，源極或漏極包括p型重 摻雜半導(dǎo)體區(qū)域46。通過應(yīng)用根據(jù)本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，所有接觸插柱具 有低電阻和令人滿意的歐姆接觸性。[0087以下將描述用于制造根據(jù)本實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換器件的方法。[0088通過與第二實(shí)施例中直到形成圖5D所示的結(jié)構(gòu)相同的 過程來形成該光電轉(zhuǎn)換器件。在大約1E17/ci^到5E18/cn^的范圍內(nèi) 設(shè)定輕摻雜半導(dǎo)體區(qū)域中的雜質(zhì)濃度dl。然后，通過各向異性干法蝕 刻來形成與連接到導(dǎo)體的源極或漏極相對應(yīng)的每個(gè)接觸孔。接下來， 使用光掩模將n型雜質(zhì)例如PH3引入到與位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的浮置 擴(kuò)散區(qū)域3連通的接觸孔的底部和與位于外圍電路區(qū)域104中的半導(dǎo) 體區(qū)域43連通的孔的底部。為了獲得光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的半導(dǎo)體區(qū)域3 的低電阻歐姆接觸，可以以使得在與導(dǎo)體直接接觸的區(qū)域中的雜質(zhì)濃 度d2處于5E18/cn^到5E19/cm3的范圍內(nèi)的方式來設(shè)定劑量。考慮 到成本降低，可以在沒有光掩模的情況下將n型雜質(zhì)引入到整個(gè)表面。[0089然后，使用光掩模將p型雜質(zhì)如B引入到與外圍電路區(qū) 域105中的p型重?fù)诫s半導(dǎo)體區(qū)域連通的接觸孔的底部，從而形成重 摻雜半導(dǎo)體區(qū)域?？蛇x擇的是，可以通過用上述n型雜質(zhì)進(jìn)行離子注 入形成p型半導(dǎo)體區(qū)域。在這種情況下，用于注入p型雜質(zhì)離子的條 件需要以所得半導(dǎo)體區(qū)域覆蓋位于外圍電路區(qū)域104中的整個(gè)n型重 摻雜半導(dǎo)體區(qū)域45的方式來設(shè)定。例如，也可以以使得在與導(dǎo)體直 接接觸的區(qū)域中的雜質(zhì)濃度d3處于5E18/cn^到5E19/cm3的范圍內(nèi) 的方式來設(shè)定劑量。0090才艮據(jù)本實(shí)施例的過程可以應(yīng)用于第一到第四實(shí)施例。此 外，該過程也可以應(yīng)用于位于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域中的各MOS晶體管。圖像拾取系統(tǒng)[0091圖IO示出了當(dāng)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件應(yīng)用于攝像機(jī)時(shí)的 方框示意圖?？扉T1001位于成像透鏡1002之前并且控制膝光。光團(tuán) 1003根據(jù)需要控制光量，然后將光聚焦到光電轉(zhuǎn)換器件1004上。由 信號處理電路1005處理從光電轉(zhuǎn)換器件1004提供的信號。A/D轉(zhuǎn)換 器1006將所得模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。由信號處理器1007對輸出 的數(shù)字信號進(jìn)行算術(shù)處理。處理過的數(shù)字信號存儲在存儲器1010中 或者通過外部接口 1013被傳送到外部設(shè)備。由定時(shí)發(fā)生器控制光電 轉(zhuǎn)換器件1004、圖像信號處理電路1005、 A/D轉(zhuǎn)換器1006以及信號 處理器1007。整個(gè)系統(tǒng)由全局控制和算術(shù)單元1009控制。為了將圖 像記錄到記錄介質(zhì)1012上，通過由全局控制和算術(shù)單元1009控制的 記錄介質(zhì)控制接口 1011記錄輸出的數(shù)字信號。[0092盡管已經(jīng)參考示意性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是可以理 解，本發(fā)明不限于所公開的示意性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍應(yīng)被 賦予最寬的解釋，以包含所有修改、等同結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換器件，包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，其具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件和配置為響應(yīng)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的電荷而讀取信號的第一MOS晶體管；以及外圍電路區(qū)域，其具有配置為驅(qū)動(dòng)所述第一MOS晶體管和/或放大從所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域讀取的信號的第二MOS晶體管，所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域和所述外圍電路區(qū)域位于同一半導(dǎo)體襯底上，其中所述第一MOS晶體管的漏極中的雜質(zhì)濃度低于所述第二MOS晶體管的漏極中的雜質(zhì)濃度。
2. —種光電轉(zhuǎn)換器件，包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，其具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件和配置為響應(yīng)每個(gè)光電 轉(zhuǎn)換元件的電荷而讀取信號的第一MOS晶體管；以及外圍電路區(qū)域，其具有配置為驅(qū)動(dòng)所述第一 MOS晶體管和/或放 大從所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域讀取的信號的第二MOS晶體管，所述光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域和所述外圍電路區(qū)域位于同 一半導(dǎo)體襯底上，其中所述第一 MOS晶體管包括具有與導(dǎo)體直接接觸的第 一 區(qū)域 和位于所述第一區(qū)域與所述第一 MOS晶體管的溝道之間的第二區(qū)域 的漏極，所述第二MOS晶體管包括具有與導(dǎo)體直接接觸的第一區(qū)域 和位于所述第一區(qū)域與所述第二 MOS晶體管的溝道之間的第二區(qū)域 的漏極，并且所述第二MOS晶體管的所述第二區(qū)域包括鄰近所述溝 道的第一子區(qū)域和在所述第一子區(qū)域與所述第一區(qū)域之間的第二子 區(qū)域，并且其中所述第一MOS晶體管的所述第二區(qū)域中的雜質(zhì)濃度低于所 述第二MOS晶體管的所述第二子區(qū)域中的雜質(zhì)濃度。
3. 如權(quán)利要求2所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中所述第二 MOS晶體 管的漏極具有LDD結(jié)構(gòu)。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中側(cè)面間隔件設(shè) 置在所述第二MOS晶體管的柵電極的側(cè)壁上，并且在所述第一MOS 晶體管的柵電極的側(cè)壁上不設(shè)置側(cè)面間隔件。
5. 如權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中所述光電轉(zhuǎn)換元件 和所述第一 MOS晶體管被絕緣膜完全覆蓋，并且所述第二 MOS晶 體管的側(cè)面間隔件具有與所述絕緣膜相同的結(jié)構(gòu)。
6. 如權(quán)利要求5所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中所述絕緣膜用作減 少入射光從所述光電轉(zhuǎn)換元件的表面的反射的防反射膜。
7. 如權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中所述防反射膜由包 含大量氫分子的氮化硅構(gòu)成。
8. —種光電轉(zhuǎn)換器件，包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，其具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件和配置為響應(yīng)每個(gè)光電 轉(zhuǎn)換元件的電荷而讀取信號的第一MOS晶體管；以及外圍電路區(qū)域，其具有配置為驅(qū)動(dòng)所述第一 MOS晶體管和/或放 大從所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域讀取的信號的第二MOS晶體管，所述光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域和所述外圍電路區(qū)域位于同 一半導(dǎo)體襯底上，其中所述第二 MOS晶體管的漏極具有包含第 一半導(dǎo)體區(qū)域和比 所述笫一半導(dǎo)體區(qū)域更接近溝道且雜質(zhì)濃度比所述第一半導(dǎo)體區(qū)域 低的第二半導(dǎo)體區(qū)域的LDD結(jié)構(gòu)，并且所述第一 MOS晶體管的漏極 包括通過形成所述第一半導(dǎo)體區(qū)域的相同步驟形成的第三半導(dǎo)體區(qū) 域和與導(dǎo)體直接接觸的第四半導(dǎo)體區(qū)域，其中該導(dǎo)體被用來填充貫穿設(shè)置在該漏極上的層間絕緣膜的接觸孔，并且其中通過以自對準(zhǔn)方式將雜質(zhì)引入所述接觸孔中來形成所述笫 四半導(dǎo)體區(qū)域。
9. 一種圖像拾取系統(tǒng)，包括 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件； 將光線聚焦到所述光電轉(zhuǎn)換器件上的光學(xué)系統(tǒng)；以及 對從所述光電轉(zhuǎn)換器件提供的輸出信號進(jìn)行處理的信號處理電
全文摘要
一種光電轉(zhuǎn)換器件，包括光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，其具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件和配置為響應(yīng)每個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件的電荷而讀取信號的第一MOS晶體管；以及外圍電路區(qū)域，其具有配置為驅(qū)動(dòng)所述第一MOS晶體管和/或放大從所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域讀取的信號的第二MOS晶體管，并且所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域和所述外圍電路區(qū)域位于同一半導(dǎo)體襯底上，其中所述第一MOS晶體管的漏極中的雜質(zhì)濃度低于所述第二MOS晶體管的漏極中的雜質(zhì)濃度。
文檔編號H04N5/361GK101118919SQ20071014375
公開日2008年2月6日 申請日期2007年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月2日
發(fā)明者成瀨裕章, 板橋政次, 板野哲也, 渡邊高典, 滝本俊介, 虻川浩太郎, 西村茂, 高橋秀和 申請人:佳能株式會社