CN100487905C - 固态图像拾取器件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
为了提供一种高质量的固态图像拾取器件，在半导体衬底中注入杂质以形成沿第一方向转移电荷的垂直转移通道并形成经由形成阻挡层的门极接近各个垂直转移通道的漏区。在垂直转移通道、门极和漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜。在垂直转移通道上方的所述第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层，并在第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜。蚀刻第二氧化硅膜和氮化硅膜，使得氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在门极接近漏区以外的部分上方延伸。在绝缘膜上和第一氧化硅膜上形成门控制电极。在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比漏区更深的电荷积聚区，使得各列电荷积聚区在接近各个垂直转移通道处形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种固态图像拾取器件及其制造方法，特别涉及一种具有在接近电荷扫除漏区(charge sweeping drain)的门极上方的绝缘膜中含有氮化物薄膜结构的固态图像拾取器件及其制造方法。
背景技术
图7A是显示出装配有固态图像拾取器件的固态图像拾取装置主要部分的方框图，图7B和7C是显示出图态图像拾取设备结构的平面示意图。图7D是显示出固态图像拾取器件的像素区域部分的截面示意图。
参见图7A所描述的固态图像拾取装置的结构。固态图像拾取器件51根据每个像素上的入射光量产生信号电荷，并根据产生的信号电荷提供图像信号。驱动信号产生器52产生驱动固态图像拾取器件51的驱动信号(转移电压等)，并将其提供给固态图像拾取器件51。模拟前端(AFE)53对来自固态图像获取单元51的输出信号进行相关双重采样、按外部设定增益放大采样信号、将其转换为数字信号、并输出数字信号。数字信号处理器(DSP)54处理由模拟前端53提供的图像信号，进行例如识别处理、数据压缩和网络控制，并输出所处理的图像信号。定时脉冲发生器(TG)55产生固态图像拾取器件51、驱动信号发生器52及模拟前端53的定时信号以控制其操作。驱动信号产生器52包括例如产生垂直电荷耦合器件(CCD)驱动信号的V驱动器。由驱动信号发生器52提供给固态图像拾取器件51的信号包括水平CCD驱动信号、垂直CCD驱动信号、输出放大器驱动信号和衬底偏置信号。
如图7B所示，固态图像拾取器件由以下构成：以例如矩阵形状设置的多个光敏器件62、邻近每列光敏器件62设置的多个垂直CCD64、经由V漏区域68电连接到垂直CCD的水平CCD66、和连接到水平CCD66的输出端子用于放大水平CCD66的输出电荷信号的放大器电路67。像素区域61由光敏器件62和垂直CCD64构成。
光敏器件由光敏元件构成，例如光电转换元件(光敏二极管)和读取门极。光电转换元件根据入射光量产生信号电荷并积聚该信号电荷。由施加到读取门极上的电压来控制将积聚的信号电荷读取至垂直CCD(垂直转移通道)64。在垂直CCD(垂直转移通道)64中朝着水平CCD66(以垂直或列方向)转移读取至垂直CCD64的信号电荷。
从垂直CCD64的底端经由V漏区域(垂直CCD漏区)68转移的信号电荷在水平CCD(水平转移通道)66中以水平方向(也称为行方向)被转移、被放大器电路67放大并输出到外部。V漏区域68具有漏区95，将在后面具体描述。
光敏器件62以如图7B中显示出的在行和列方向上恒定间距的方形矩阵布局设置，或以在行和列方向上每两个光敏器件改变例如一半间距的蜂窝状布局设置。
图7C是具有蜂窝状布局的固态图像拾取器件的平面示意图。蜂窝状布局具有以第一方形矩阵布局设置的光敏器件62和在第一方形矩阵布局的晶格点之间的位置上以第二方形矩阵布局的光敏器件62。垂直CCD(垂直转移通道)64以Z字形设置在光敏器件62之间。虽然该布局称作蜂窝状布局，但是大多数蜂窝状布局的光敏器件62是八角形的。
如图7D所示，由n型杂质掺杂区制成的电荷积聚区71、形成在光电转换元件上的p+型埋入区71a、和接近光电转换元件和埋入区设置的由n型区制成的垂直转移通道73，形成在形成于例如n型硅衬底的半导体衬底81中的p型阱82中。n型电荷积聚区71和下方的p型区构成光电转换元件。光电转换元件根据入射光量产生信号电荷。产生的信号电荷积聚在电荷积聚区71中。读取门极72被限定在电荷积聚区71和垂直转移通道73之间。垂直转移电极75形成在垂直转移通道73上方，其间夹有一绝缘膜74。P型通道停止区76形成在相邻的电荷积聚区71之间。
通道停止区76用作电隔离电荷积聚区71、垂直转移通道73等。绝缘膜74例如是通过热氧化工艺形成在半导体衬底81上的氧化硅膜。垂直转移电极75由例如多晶硅制成的第一和第二垂直转移电极构成。第一和第二垂直转移电极可以由非晶硅制成。根据施加到垂直转移电极75上的电压，在垂直转移通道73中转移信号电荷。读取门极72上方的垂直转移电极75还具有根据施压(驱动信号)从读取门极72向垂直转移通道73读取电荷积聚区71中积聚的信号电荷的作用。绝缘氧化硅膜77例如通过热氧化多晶硅工艺形成在垂直转移电极75上。垂直CCD64由垂直转移通道73、上部绝缘膜74和垂直转移电极75构成。
在垂直转移电极75上形成光屏蔽膜79例如钨，其间夹有绝缘氧化硅膜77。在电荷积聚区71上方的位置中形成透过光屏蔽膜79的开口79a。在光屏蔽膜79上形成氮化硅膜78。氮化硅膜78不是必需的。
如上所述，在电荷积聚区71上方的光屏蔽膜79中具有开口79a，防止像素区域61上的入射光进入光电转换元件以外的区域。
在光屏蔽膜79上形成例如由硼磷酸硅玻璃(BPSG)制成的平面化层83a。在该平面化表面上，形成三原色红(R)、绿(G)和蓝(B)的滤色层84。在滤色层84上形成另一平面化层83b。在具有平面化表面的平面化层83b上，通过例如熔化和固化微透镜光刻胶图案形成微透镜85。各个微透镜85是设置在各个电荷积聚区71上方的微细半球状凸镜。微透镜85把入射光会聚到光电转换元件上。由一个微透镜85会聚的光通过红(R)、绿(G)和蓝(B)之一的滤色层84然后成为光电转换元件的入射光。因此，光电转换元件包括三种类型的光电转换元件：通过红(R)滤色层84的光成为其上的入射光的光电转换元件，通过绿(G)滤色层84的光成为其上的入射光的光电转换元件，和通过蓝(B)滤色层84的光成为其上的入射光的光电转换元件。
图8A和8B是演示固态图像拾取器件的制造方法的示意图。
参见图8A，制备半导体衬底81例如n型硅衬底，并注入p型杂质例如硼离子形成p型阱82。
在阱82的表面层中，注入n型杂质例如磷或砷离子形成垂直转移通道73，并注入p型离子例如硼离子形成通道停止区76。在半导体衬底81上形成绝缘膜74，绝缘膜可以是包括热氧化工艺的氧化硅膜、通过化学气相沉积(CVD)形成的氮化硅膜和通过热氧化氮化硅膜表面形成的氧化硅膜的氧化物～氮化物～氧化物(ONO)膜。绝缘膜74中的氮化硅膜具有氧截止膜的作用。
形成覆盖垂直转移通道73、由例如多晶硅制成的垂直转移电极75。垂直转移电极75由例如第一和第二电荷转移电极制成。通过控制垂直转移通道73的电势，在垂直方向中转移光电转换元件产生的信号电荷。在绝缘膜74上例如通过CVD沉积多晶硅、利用光刻法对其构图并蚀刻形成垂直转移电极75。
使用垂直转移电极75作为掩模，或使用通过在垂直转移电极75和绝缘膜74的表面上涂敷抗蚀剂并曝光和显影抗蚀剂形成的抗蚀剂图案，注入n型杂质例如磷或砷离子形成电荷积聚区71。在电荷积聚区71上通过注入p型杂质例如硼离子形成埋入层71a。限定在电荷积聚区71和垂直转移通道73之间的p型区为读取门极72。热氧化垂直转移电极75在其表面砂锅内形成氧化硅膜77。光电转换元件(电荷积聚区71)可以以方形矩阵布局或以蜂窝状布局设置。
虽然在图8A的截面示意图中没有显示出，然而通过部分包括上述工艺的工艺在半导体衬底81上形成水平CCD66和V漏区域68。例如，使用与在像素区域中形成第一垂直转移电极层的工艺相同的工艺，在V漏区域中形成第一垂直转移电极层，并使用与在像素区域中形成第二垂直转移电极层的工艺相同的工艺，在V漏区域中第一垂直转移电极层的上方形成门控制电极。类似还形成放大器67。V漏区域将在后面更具体描述。
参见图8B，在氧化硅膜77上形成光屏蔽膜79例如钨。在光屏蔽膜79上涂敷抗蚀剂，曝光并显影以在预定区域留下抗蚀剂。使用该抗蚀剂为掩模，蚀刻光屏蔽膜79形成位于各个电荷积聚区71上方的开口79a。
形成覆盖光屏蔽膜79的氮化硅膜78，然后例如通过CVD形成BPSG平面化层83a。例如，把沉积的BPSG膜回流到850℃形成平面化层83a。除回流之外，可以通过例如化学机械抛光(CMP)执行平面化。也可使用掺有杂质的氧化硅代替BPSG来降低熔点。
在平面化层83a的平面化表面上，形成三原色红(R)、绿(G)和蓝(B)的滤色层84。例如，通过在平面化层83a的表面上涂敷混合有颜料颗粒的光刻胶液体(颜料分散在光刻胶液体中)、使其曝光并显影、在220℃的固化温度下使其固化。依次形成红(R)、绿(G)和蓝(B)的滤色层。
因为滤色层84的表面是不规则的，所以在滤色层84上形成平面化层83b。例如，通过涂敷具有与透明树脂类似组成的材料并在220℃的固化温度下使其固化形成平面化层83b。接着，在平面化层83b上形成微透镜85。
图9A和9B是显示V漏区域68的平面示意图和截面示意图。
参见图9A，如前所述，V漏区域68邻近像素阵列的信号电荷垂直转移方向的顺流侧的像素区域61设置(像素区域61和水平CCD之间)。
V漏区域68具有V漏区(垂直CCD漏区)68a，其具有高速扫除光敏器件62中产生的多余电荷，光敏器件62、垂直转移通道73等中的剩余电荷，和像素区域以外的区域产生的不必要的电荷的作用。V漏区68a具有设置在例如每列光敏器件62处的n型掺杂区漏区95。接近从像素区域61延伸的垂直转移通道73形成漏区95。在V漏区68a中，形成覆盖第一垂直转移电极层75b的门控制电极99。
图9B是沿图9A显示出的线9B～9B的截面示意图。不必要的电荷从垂直转移通道73经过门极94移至漏区95。门极94是限定在垂直转移通道73和漏区95之间的阻挡区。通过施加到门控制电极99上的电压(扫除电压)控制门极94的电势。不必要的电荷漏到(被扫除)漏区95中。扫除(移动)进入漏区95的不必要的电荷经过金属引线96被排出到V漏区68a外部。金属引线96电连接到漏区95的接触点100。
为了简化附图，省略了门控制电极99和金属引线96之间的结构。类似于图7D显示出的结构，该结构包括门控制电极99上的氧化硅膜77、具有开口79a的上部光屏蔽膜79、上部氮化硅膜78和平面化层83a。
施加到组成元件上的电压大致如下。约15V的电源电压施加至漏区95、金属引线96和门控制电极99。约0V～10V的脉冲电压施加到第一垂直转移电极层75b以用于信号电荷转移。
具有V漏区68a的固态图像拾取器件能够执行高速信号电荷驱动所必须的操作，例如连续照相。
通过与在像素区域61中形成绝缘膜74的工艺相同的工艺形成V漏区68a的绝缘膜74。类似于像素区域，V漏区68a的绝缘膜(形成在半导体衬底81表面并位于第一垂直转移电极层75b下方)采用氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b和氧化硅膜(顶部氧化膜)74c的ONO结构。
由扫除电压产生的高电场积聚的不必要电荷、部分热电子被俘获在氮化硅膜74b和氧化硅膜74a之间的界面处，其会引起扫除电压的变化(短暂变化)。如果长期使用固态图像拾取器件，会出现扫除性能降低、并由此固态图像拾取器件的性能和质量降低的问题。
图10A～10C是显示V漏区68a的制造方法的截面示意图。
参见图10A，执行与参见图8A描述的像素区域61中的离子注入相同的离子注入，形成p型阱82和n型垂直转移通道73。通过注入例如磷或砷离子形成n型杂质区漏区95。垂直转移通道73和漏区95之间的p形区是门极94。通过使用与在像素区域61中形成绝缘膜74的工艺相同的工艺，形成覆盖垂直转移通道73、门极94和漏区95的ONO膜。ONO膜由氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b和氧化硅膜(顶部氧化膜)74c构成。
在ONO膜上沉积重掺杂磷的多晶硅膜，并使用通过照相平板印刷术形成的抗蚀剂图案各向异性反应离子蚀刻来构图从而形成第一垂直转移电极层75b。
参见图10B，在除去抗蚀剂图案之后，通过热氧化第一垂直转移电极层75b的表面形成绝缘膜80。绝缘膜80电隔离第一垂直转移电极层75b和接下来形成的门控制电极。
参见图10C，沉积重掺杂磷的多晶硅膜，并通过各向异性反应离子蚀刻和照相平板印刷术来构图从而在第一垂直转移电极层75b上形成门控制电极99。通过与在像素区域61中形成第一垂直转移电极和绝缘膜的工艺相同的工艺在V漏区中形成第一垂直转移电极层75b和电极75b上的绝缘膜80，并且通过与在像素区域61种形成第二垂直转移电极层75c的工艺相同的工艺形成门控制电极99。在V漏区68a中形成覆盖门极94的门控制电极99。
虽然未显示出，如前所述，在门控制电极99上形成氧化硅膜77。在氧化硅膜上形成钨光屏蔽膜，并使用抗蚀剂图案形成透过光屏蔽膜的开口。在光屏蔽膜上形成氮化硅膜和平面化层。
例如，使用抗蚀剂图案，通过反应性离子蚀刻形成接触孔，从平面化层的表面延伸至漏区95。经由接触孔在漏区95中注入n型离子例如砷离子形成高浓度n型杂质区接触点100。形成经由接触孔电连接到漏区95中的接触点100的金属引线96。
公开本发明旨在提供一种固态图像拾取器件，该种器件是稳定的、高可靠性的、薄的和具有高击穿电压的，并能抑制由于热电子导致的读取电压的短暂变化(例如，参见日本专利公开文件No.2003～332556)。
根据日本专利公开文件No.2003～332556中描述的固态图像拾取器件，包括形成在半导体衬底中的光电转换元件和接近光电转换元件的垂直转移通道上方的绝缘膜。绝缘膜具有氧化硅膜和氮化硅膜的层叠结构。至少绝缘膜中的氮化硅膜不邻接光电转换元件的上端部延伸。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种高质量的固态图像拾取器件和其制造方法。
作为本发明的一个发明点，提供一种固态图像拾取器件，包括：以矩阵形状设置在半导体衬底中用于将入射光光电转换为信号电荷并积聚信号电荷的多个第一导电类型的电荷积聚区；各个设置在接近各列电荷积聚区的半导体衬底中的多个第一导电类型的垂直转移通道，该垂直转移通道一般沿着列方向转移电荷积聚区中积聚的信号电荷；形成在垂直转移通道上方、用于通过控制各个垂直转移通道的电势来转移电荷积聚区中积聚的信号电荷的垂直转移电极；用于扫除信号电荷的第一导电类型的漏区，在以矩阵形状设置的电荷积聚区区域的列方向顺流侧接近各个垂直转移通道设置该漏区；形成在漏区和对应的垂直转移通道之一之间的作为阻挡区的门极；形成在漏区、门极和垂直转移通道上的绝缘膜，该绝缘膜包括氧化硅膜和氮化硅膜，该氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在接近漏区部分以外的门极上方延伸；形成在绝缘膜上的门控制电极，用于扫除由垂直转移通道向漏区转移的信号电荷；形成在漏区区域列方向的顺流侧上的水平CCD，该水平CCD转移从垂直转移通道沿着行方向转移的信号电荷。
作为本发明的另一发明点，提供一种固态图像拾取器件的制造方法，包括步骤：(a)在半导体衬底中注入杂质形成多个第一导电类型的垂直转移通道和形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近各个垂直转移通道；(b)在垂直转移通道、门极和漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；(c)在垂直转移通道上方的第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；(d)在第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；(e)蚀刻第二氧化硅膜和氮化硅膜，使得氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在门极接近漏区以外的部分上方延伸；(f)在绝缘膜上和步骤(e)中暴露出的第一氧化硅膜上形成门控制电极；和(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比漏区更深的电荷积聚区，使得各列电荷积聚区接近各个垂直转移通道形成。
作为本发明的另一发明点，提供一种固态图像拾取器件的制造方法，包括步骤：(a)在半导体衬底中注入杂质形成多个第一导电类型的垂直转移通道和形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近各个垂直转移通道；(b)在垂直转移通道、门极和漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；(c)各向异性蚀刻第二氧化硅膜和氮化硅膜以留下第一和第二区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜，第一区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在门极接近漏区以外的部分上方延伸，第二区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜覆盖漏区外围部分以外的漏区；(d)在第一区域中的第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；(e)在第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；(f)在绝缘膜上和在步骤(c)中暴露出第一和第二区域之间的第一氧化硅膜上形成门控制电极；和(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比漏区更深的电荷积聚区，使得各列电荷积聚区接近各个垂直转移通道形成。
作为本发明的另一发明点，提供一种固态图像拾取器件的制造方法，包括步骤：(a)在半导体衬底中注入杂质形成多个第一导电类型的垂直转移通道和形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近各个垂直转移通道；(b)在垂直转移通道、门极和漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；(c)在第一区域中的第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；(d)各向异性蚀刻第二氧化硅膜和氮化硅膜以留下第一和第二区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜，第一区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在门极接近漏区以外的部分上方延伸，第二区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜覆盖漏区外围部分以外的漏区；(e)在第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；(f)在绝缘膜上和在第一和第二区域之间的第一氧化硅膜上形成门控制电极；和(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比漏区更深的电荷积聚区，使得各列电荷积聚区接近各个垂直转移通道形成。
作为本发明的另一发明点，提供一种固态图像拾取器件的制造方法，包括步骤：(a)在半导体衬底中注入杂质形成多个第一导电类型的垂直转移通道和形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近各个垂直转移通道；(b)在垂直转移通道、门极和漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；(c)在第一区域中的第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；(d)在第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；(e)各向异性蚀刻第二氧化硅膜和氮化硅膜以留下第一和第二区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜，第一区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在门极接近漏区以外的部分上方延伸，第二区域中的第二氧化硅膜和氮化硅膜覆盖漏区外围部分以外的漏区；(f)在绝缘膜上和在第一和第二区域之间的第一氧化硅膜上形成门控制电极；和(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比漏区更深的电荷积聚区，使得各列电荷积聚区接近各个垂直转移通道形成。
根据这些固态图像拾取器件的制造方法，能够制造出高质量的固态图像拾取器件，其能够抑制长期使用导致的电荷扫除电压的短暂变化和性能退化。
根据本发明，能够提供一种高质量的固态图像拾取器件及其制造方法。
附图说明
图1A～1D是显示根据本发明的第一实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
图2A和2B是显示根据本发明的第二实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
图3A～3D是显示根据本发明的第三实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
图4A～4C是显示根据本发明的第四实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
图5A～5D是显示根据本发明的第五实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
图6A和6B是显示能够增加到第一至第五实施例的制造方法中的工艺的截面示意图。
图7A是显示出装配有固态图像拾取器件的固态图像获取设备主要部分的方框图，图7B和7C是显示出图态图像拾取设备结构的平面示意图，以及图7D是显示出固态图像拾取器件的像素区域部分的截面示意图。
图8A和8B是显示固态图像拾取器件的制造方法的截面示意图。
图9A和9B是显示V漏区的制造方法的截面示意图。
具体实施方式
图1A～1D是显示根据本发明的第一实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
图1A类似于图10A。通过与参见图10A描述的工艺相似的工艺在半导体衬底81上形成阱82、垂直转移通道73、漏区95、氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b、氧化硅膜(顶部氧化膜)74c和位于垂直转移通道73上方的氧化硅膜(顶部氧化膜)74c上的第一垂直转移电极层75b。在垂直转移通道73和漏区95之间限定门极p型区94。
以5×1012cm-2的剂量、100keV的加速能量注入杂质离子例如磷或砷离子形成垂直转移通道73和漏区95。
例如，氧化硅膜(底部氧化膜)74a具有25nm的厚度，氮化硅膜74b具有50nm的厚度，氧化硅膜(顶部氧化膜)74c具有5nm的厚度。
为了形成第一垂直转移电极层75b，沉积0.3μm厚的重掺杂磷的多晶硅膜。
图1B类似于图10B。使用与参见图10B描述的工艺相似的工艺，在第一垂直转移电极层75b上形成厚度为100nm的绝缘膜80。
如图1C所示，使用形成有绝缘膜80的第一垂直转移电极层75b为掩模，使用氢氟酸化学试剂除去氧化硅膜(顶部氧化膜)74c。可移通过对位于下方的氮化硅膜74b损害较小的化学干法蚀刻(CDE)除去氧化硅膜。
此后，使用第一垂直转移电极层75b作为掩模，通过各向同性蚀刻，例如各向同性化学干法蚀刻或使用热磷酸湿蚀刻，蚀刻氮化硅膜74b。在该情形中，蚀刻氮化硅膜74b使得氮化硅膜74b覆盖垂直转移通道73并在接近漏区95部分以外的门极94上方延伸。由于进行了各向同性蚀刻，氮化硅膜74b的侧壁从第一垂直转移电极层75b侧壁上的绝缘膜80的表面缩回进去。
图1D类似于图10C。使用与参见图10C描述的工艺类似的工艺，形成门控制电极99和金属引线96。门控制电极99形成为覆盖绝缘膜80和蚀刻氮化硅膜74b暴露出的氧化硅膜74a表面。
为了形成漏区95中的接触点100，例如以1×1015cm-2的剂量、100keV的加速能量注入砷离子。
通过沉积0.3μm厚的重掺杂磷的多晶硅膜形成门控制电极99。
在通过参见图1A描述的工艺形成漏区95之后，可以例如通过使用抗蚀剂图案以1×1015cm-2的剂量、100keV的加速能量注入砷离子形成接触点100。
以该方式制造固态图像拾取器件的V漏区68a。例如能够通过与参见图8A和8B描述的工艺相似的工艺制造固态图像拾取器件的其它区。
在上述工艺制造出的固态图像拾取器件的V漏区中，形成在漏区、门极和垂直转移通道上的绝缘膜包括氧化硅膜和氮化硅膜。绝缘膜的的氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在接近漏区以外的区域上方延伸。
由于漏区附近不存在氮化硅膜，能够减少在氮化硅膜和氧化硅膜(底部氧化膜)之间的界面处被俘获的热电子。能够抑制由于长期使用导致的电荷扫除电压的短暂变化和性能退化，并能够制造高质量的固态图像拾取器件。
图2A和2B是显示根据本发明的第二实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
图2A对应于图1C。
在第一实施例的制造方法中，使用具有绝缘膜80的第一垂直转移电极层75b作为掩模，使用氢氟酸化学试剂除去氧化硅膜(顶部氧化膜)74c，之后通过各向同性蚀刻法蚀刻氮化硅膜74b。由于通过各向同性蚀刻法蚀刻氮化硅膜74b，氮化硅膜74b的侧壁从第一垂直转移电极层75b侧壁上的绝缘膜80的表面缩回进去。
在第二实施例的制造方法中，使用具有绝缘膜80的第一垂直转移电极层75b作为掩模，除去氧化硅膜74c，之后通过各向异性蚀刻法，例如各向异性反应离子蚀刻(RIE)蚀刻氮化硅膜74b。由于使用了各向异性蚀刻，氮化硅膜74b的侧壁一般与第一垂直转移电极层75b侧壁上的绝缘膜80的表面相平。
图2B对应于图1D。类似于第一实施例的制造方法，形成门控制电极99和金属引线95。由于通过各向异性蚀刻蚀刻氮化硅膜74b，不会发生侧面蚀刻，从而能够防止第一垂直转移电极层75b和门控制电极99之间的击穿电压降低。
图3A～3D是显示根据本发明的第三实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
第一和第二实施例中，在形成第一垂直转移电极层75b和绝缘膜80之后，蚀刻氮化硅膜74b。第三实施例和第一及第二实施例的不同在于蚀刻氮化硅膜74b之后形成第一垂直转移电极层75b，并且是在蚀刻之后留下氮化硅膜74b的位置中，以及其它点。
第三实施例与后面描述的第四和第五实施例的不同在于蚀刻氮化硅膜74b的阶段和其它相关点。
如图3A所示，类似于参见图1A描述的工艺，形成具有阱82、垂直转移通道73、漏区95、氧化硅膜(底部氧化膜)、氮化硅膜和氧化硅膜(顶部氧化膜)的衬底81。
接着，在氧化硅膜(顶部氧化膜)上形成抗蚀剂图案。使用该抗蚀剂图案作为掩模，用氢氟酸化学试剂蚀刻氧化硅膜(顶部氧化膜)接着，通过各向异性反应离子蚀刻(RIE)蚀刻氮化硅膜。
通过这些蚀刻工艺，氧化硅膜(顶部氧化膜)74c和氮化硅膜74b覆盖垂直转移通道73并在接近漏区95的部分以外的门极94上方延伸，并被保留在接近门极94的外围部分以外的漏区95上。以该方式形成由氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b和氧化硅膜(顶部氧化膜)74c构成的绝缘膜74。
如图3B中所示，类似于第一和第二实施例，在氮化硅膜74b之上的氧化硅膜(顶部氧化膜)74c上形成第一垂直转移电极层75b，该氮化硅膜74b覆盖垂直转移通道73并在接近漏区95的部分以外的门极94上方延伸。
如图3C中所示，通过热氧化第一垂直转移电极层75b的表面形成绝缘膜80。
如图3D中所示，类似于第一和第二实施例，在绝缘膜80的表面上和在位于具有氮化硅膜74b的绝缘膜74之间(介于垂直转移通道73和漏区95上的部分之间)区域的氧化硅膜(底部氧化膜)74a的表面上形成门控制电极99。形成层间绝缘膜之后，形成金属引线96。
图4A～4C是显示根据本发明的第四实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
第四实施例的制造方法与第三实施例的不同在于形成第一垂直转移电极层之后，形成氮化硅膜。
图4A对应于图1A。类似于参见图1A描述的工艺，形成具有阱82、垂直转移通道73、漏区95、氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b、氧化硅膜(顶部氧化膜)74c和第一垂直转移电极层75b的衬底81。
如图4B所示，使用第一垂直转移电极层75b和抗蚀剂图案作为掩模，用氢氟酸蚀刻氧化硅膜(顶部氧化膜)74c。接着，在暴露出的氮化硅膜74b上形成抗蚀剂图案。使用抗蚀剂图案作为掩模，通过各向异性反应离子蚀刻(RIE)蚀刻氮化硅膜74b。
通过这些蚀刻，在与参见图3A～3D描述的第三实施例中类似的区域中留下氮化硅膜74b。
热氧化第一垂直转移电极层75b的表面形成绝缘膜80。
虽然热氧化的是第一垂直转移电极层75b(以形成绝缘膜80)，但是也氧化了介于具有氮化硅膜74b的绝缘膜74之间(介于垂直转移通道73和漏区95上的部分之间)区域中的氧化硅膜(底部氧化膜)74a，使得氧化硅膜(底部氧化膜)74a变厚。以该方式形成由氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b和氧化硅膜(顶部氧化膜)74c构成的绝缘膜74。
如图4C中所示，类似于第一至第三实施例，在绝缘膜80的表面上和在位于具有氮化硅膜74b的绝缘膜74之间(介于垂直转移通道73和漏区95上的部分之间)区域的氧化硅膜(底部氧化膜)74a的表面上形成门控制电极99。形成层间绝缘膜之后，形成金属引线96。
图5A～5D是显示根据本发明的第五实施例的固态图像拾取器件特征部分(V漏区)的制造方法的截面示意图。
第五实施例的制造方法与第三或第四实施例的不同在于形成第一垂直转移电极层和其上的绝缘膜之后，蚀刻氮化硅膜。
图5A对应于图1A。类似于参见图1A描述的工艺，形成具有阱82、垂直转移通道73、漏区95、氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b、氧化硅膜(顶部氧化膜)74c和第一垂直转移电极层75b的衬底81。
如图5B所示，热氧化第一垂直转移电极层75b的表面形成绝缘膜80。
如图5C所示，在氧化硅膜(顶部氧化膜)74c上形成抗蚀剂图案。使用该抗蚀剂图案作为掩模，用氢氟酸化学试剂蚀刻氧化硅膜(顶部氧化膜)接着，通过各向异性反应离子蚀刻(RIE)蚀刻氮化硅膜。以该方式形成由氧化硅膜(底部氧化膜)74a、氮化硅膜74b和氧化硅膜(顶部氧化膜)74c构成的绝缘膜74。
通过这些蚀刻，在与第三实施例中类似的区域中留下氧化硅膜(顶部氧化膜)74c和氮化硅膜74b。
如图5D中所示，类似于第一至第四实施例，在绝缘膜80的表面上和在位于具有氮化硅膜74b的绝缘膜74之间(介于垂直转移通道73和漏区95上的部分之间)区域的氧化硅膜(底部氧化膜)74a的表面上形成门控制电极99。形成层间绝缘膜之后，形成金属引线96。
使第二至第五实施例的制造方法制造固态图像拾取器件的V漏区68a。可以通过与第一实施例中描述的、参见图8A和8B描述的工艺类似的工艺制造固态图像拾取器件的其它部分。
在通过第二至第五实施例的工艺制造的固态图像拾取器件的V漏区中，在漏区、门极和垂直转移通道上形成由氧化硅膜和氮化硅膜构成的绝缘膜。绝缘膜的氮化硅膜覆盖垂直转移通道并在接近漏区的区域以外的门极上方延伸。
由于漏区附近不存在氮化硅膜，能够减少在氮化硅膜和氧化硅膜(底部氧化膜)之间的界面处被俘获的热电子。能够抑制由于长期使用导致的电荷扫除电压的短暂变化和性能退化，并能够制造高质量的固态图像拾取器件。
图6A和6B是显示能够增加到第一至第五实施例的制造方法中的工艺的截面示意图。该工艺至少在门极94的一部分中掺入与门极94的导电类型相反的杂质(n型杂质)。参见图6A和6B，描述增加到第五实施例中的该工艺。
参见图6A，描述跟在参见图5C描述的氮化硅膜74b的蚀刻工艺之后的工艺。
蚀刻氮化硅膜74b之后，至少在门极94的一部分中注入n型杂质离子形成n形掺杂区97。
通过以小于水平转移通道的剂量注入硼或砷n型杂质离子执行该离子注入，例如以3×1012cm-2的剂量、100keV的加速能量。
如图6B所示，类似于参见图5D描述的工艺，形成门控制电极99和金属引线96。
由于至少在V漏区68a的门极94的一部分中形成了n形掺杂区97，门极94的晶体管结构具有与没有n形掺杂区相比更短的沟道。因此能够增强向漏区95扫除电荷的效果。
在参见图1C、2A、3A和4A描述的氮化硅膜蚀刻之后，也把形成n形掺杂区97的离子注入增加到第一至第四实施例的制造方法中，显示出类似的效果。替代在蚀刻之后立即形成n形掺杂区97，也可以在蚀刻氮化硅膜之后和形成门控制电极之前形成n型掺杂区97。
已经结合优选实施例描述了本发明。本发明不仅限于上述实施例。例如，可以颠倒导电类型n型和p型。替代在n型半导体衬底中形成p型阱，可以使用p型半导体衬底。本领域技术人员显然可以作其它各种修改、改善、组合等。
上述的固态图像拾取器件能够应用于普通数码相机和配置有数码相机功能的设备，例如手机。
Claims (25)
1.一种固态图像拾取器件，其特征在于包括：
以矩阵形状设置在半导体衬底中，用于将入射光转换为信号电荷并积聚信号电荷的多个第一导电类型的电荷积聚区；
各个设置在接近各列所述电荷积聚区的所述半导体衬底中的多个第一导电类型的垂直转移通道，所述垂直转移通道一般沿着列方向转移所述电荷积聚区中积聚的信号电荷；
形成在所述垂直转移通道上方、用于通过控制各个所述垂直转移通道的电势以转移所述电荷积聚区中积聚的信号电荷的垂直转移电极；
用于扫除信号电荷的第一导电类型的漏区，在以矩阵形状设置的所述电荷积聚区区域的列方向顺流侧接近各个所述垂直转移通道设置所述漏区；
形成在所述漏区和对应的一个所述垂直转移通道之间的作为阻挡区的门极；
形成在所述漏区、所述门极和所述垂直转移通道上的绝缘膜，所述绝缘膜包括氧化硅膜和氮化硅膜，所述氮化硅膜覆盖所述垂直转移通道并在所述门极接近所述漏区以外的部分上方延伸；
形成在所述绝缘膜上的门控制电极，用于扫除由所述垂直转移通道向所述漏区转移的信号电荷；和
形成在所述漏区区域列方向的顺流侧上的水平CCD，所述水平CCD转移从所述垂直转移通道沿着行方向转移的信号电荷。
2.如权利要求1所述的固态图像拾取器件，其特征在于：
以矩阵形状设置的所述电荷积聚区包括以第一方形矩阵形状设置的第一电荷积聚区和在以第一方形矩阵形状设置的所述第一电荷积聚区的晶格点位置上以第二方形矩阵形状设置的第二电荷积聚区。
3.一种固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)在半导体衬底中注入杂质以形成多个第一导电类型的垂直转移通道并形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近各个所述垂直转移通道；
(b)在所述垂直转移通道、所述门极和所述漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；
(c)在所述垂直转移通道上方的所述第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；
(d)在所述第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；
(e)蚀刻所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜，使得所述氮化硅膜覆盖所述垂直转移通道并在所述门极接近所述漏区以外的部分上方延伸；
(f)在所述绝缘膜上和步骤(e)中暴露出的所述第一氧化硅膜上形成门控制电极；和
(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比所述漏区更深的电荷积聚区，使得各列所述电荷积聚区接近各个所述垂直转移通道形成。
4.如权利要求3所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于还包括在所述步骤(e)之后，至少在所述门极的一部分中注入第一导电类型杂质的步骤。
5.如权利要求3所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
所述步骤(e)中的蚀刻是各向同性蚀刻。
6.如权利要求5所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
各向同性蚀刻是化学干法蚀刻或湿法蚀刻。
7.如权利要求3所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
所述步骤(e)中的蚀刻是各向异性蚀刻。
8.如权利要求7所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
所述步骤(e)中的各向异性蚀刻是反应离子蚀刻。
9.如权利要求3所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
在所述步骤(g)中，所述多个电荷积聚区以矩阵形状形成，其包括第一方形矩阵和在第一方形矩阵的晶格点位置上的第二方形矩阵。
10.如权利要求3所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
第一导电类型是n型。
11.一种固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)在半导体衬底中注入杂质以形成多个第一导电类型的垂直转移通道并形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近所述各个垂直转移通道；
(b)在所述垂直转移通道、所述门极和所述漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；
(c)各向异性蚀刻所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜以留下第一区域和第二区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜，所述第一区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜覆盖所述垂直转移通道并在所述门极接近所述漏区以外的部分上方延伸，所述第二区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜覆盖所述漏区外围部分以外的所述漏区；
(d)在所述第一区域中的所述第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；
(e)在所述第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；
(f)在所述绝缘膜上和在步骤(c)中暴露出所述第一区域和所述第二区域之间的所述第一氧化硅膜上形成门控制电极；和
(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比所述漏区更深的电荷积聚区，使得各列所述电荷积聚区接近各个所述垂直转移通道形成。
12.如权利要11所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于还包括在所述步骤(c)、(d)或(e)之后至少在所述门极的一部分中注入第一导电类型杂质的步骤。
13.如权利要求11所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
所述步骤(c)中的各向异性蚀刻是反应离子蚀刻。
14.如权利要求11所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
在所述步骤(g)中，所述多个电荷积聚区以矩阵形状形成，其包括第一方形矩阵和在第一方形矩阵的晶格点位置上的第二方形矩阵。
15.如权利要求11所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
第一导电类型是n型。
16.一种固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)在半导体衬底中注入杂质以形成多个第一导电类型的垂直转移通道并形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近所述各个垂直转移通道；
(b)在所述垂直转移通道、所述门极和所述漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；
(c)在第一区域中的所述第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；
(d)各向异性蚀刻所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜以留下所述第一区域和第二区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜，所述第一区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜覆盖所述垂直转移通道并在所述门极接近所述漏区以外的部分上方延伸，所述第二区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜覆盖所述漏区外围部分以外的所述漏区；
(e)在所述第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；
(f)在所述绝缘膜上和在所述第一区域和所述第二区域之间的所述第一氧化硅膜上形成门控制电极；和
(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比所述漏区更深的电荷积聚区，使得各列所述电荷积聚区接近各个所述垂直转移通道形成。
17.如权利要16所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于还包括在所述步骤(d)或(e)之后至少在所述门极的一部分中注入第一导电类型杂质的步骤。
18.如权利要求16所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
所述步骤(d)中的各向异性蚀刻是反应离子蚀刻。
19.如权利要求16所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
在所述步骤(g)中，所述多个电荷积聚区以矩阵形状形成，其包括第一方形矩阵和在第一方形矩阵的晶格点位置上的第二方形矩阵。
20.如权利要求16所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
第一导电类型是n型。
21.一种固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于包括如下步骤：
(a)在半导体衬底中注入杂质以形成多个第一导电类型的垂直转移通道并形成第一导电类型的漏区，该垂直转移通道通常以第一方向转移电荷，该漏区经由形成阻挡层的门极接近各个所述垂直转移通道；
(b)在所述垂直转移通道、所述门极和所述漏区的表面上自底部顺序沉积第一氧化硅膜、氮化硅膜和第二氧化硅膜；
(c)在第一区域中的所述第二氧化硅膜上形成第一垂直转移电极层；
(d)在所述第一垂直转移电极层的表面上形成绝缘膜；
(e)各向异性蚀刻所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜以留下所述第一区域和第二区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜，所述第一区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜覆盖所述垂直转移通道并在所述门极接近所述漏区以外的部分上方延伸，所述第二区域中的所述第二氧化硅膜和所述氮化硅膜覆盖所述漏区外围部分以外的所述漏区；
(f)在所述绝缘膜上和在所述第一区域和所述第二区域之间的所述第一氧化硅膜上形成门控制电极；和
(g)在第一方向的逆流侧限定的区域中以矩阵形状形成多个比所述漏区更深的电荷积聚区，使得各列所述电荷积聚区接近各个所述垂直转移通道形成。
22.如权利要21所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于还包括在所述步骤(e)之后至少在所述门极的一部分中注入第一导电类型杂质的步骤。
23.如权利要求21所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
所述步骤(c)中的各向异性蚀刻是反应离子蚀刻。
24.如权利要求21所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
在所述步骤(g)中，所述多个电荷积聚区以矩阵形状形成，其包括第一方形矩阵和在第一方形矩阵的晶格点位置上的第二方形矩阵。
25.如权利要求21所述的固态图像拾取器件的制造方法，其特征在于：
第一导电类型是n型。
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