CN1860613B - 固态图像拾取元件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

固态图像拾取元件包括：光电转换部分；包括传输通过光电转换部分产生的电荷的电荷传输电极的电荷传输部分；和连接到电荷传输部分的外围电路部分，其中提供于外围电路部分和电荷传输部分以包围光电转换部分的有效图像拾取区域的场氧化膜的表面水平达到与光电转换部分的表面水平相同的等级。

Description

固态图像拾取元件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种固态图像拾取元件及其制造方法，尤其涉及一种具有耐小型化结构的固态图像拾取元件及其制造方法。
背景技术
使用用于区域传感器(area sensor)等的CCD的固态图像拾取元件包括光电二极管等的光电转换部分，和具有用于传输自光电转换部分的信号电荷的电荷传输电极的电荷传输部分。多片电荷传输电极连续设置于形成在半导体衬底上的电荷传输路径上并依次地被驱动。
近些年，在固态图像拾取元件中，高分辨率形成和高灵敏度形成的要求越来越高，而且加快在图像拾取像素数目上的增长以至多于十亿像素。在这种情况下，为了在不增大芯片尺寸的情况下实现高分辨率，必须实现通过降低每单元像素面积的高集成形成。
另一方面，当构成光电转换部分的光电二极管的面积被降低时，灵敏度变差，且因此需要保证光电二极管区域的面积。因此，已经进行了各种研究，目的是通过实现电荷传输部分和外围电路的布线小型化和降低布线面积比来实现芯片最小化同时保证光电二极管区域占据的面积。
在这种情况下，保持布线层之间的层间绝缘膜平整度以通过布线小型化实现高集成形成变成重要的技术问题。而且，通过叠层有滤波器和透镜来安装制造有固态图像拾取元件的衬底(硅衬底)。因此，考虑到在制造步骤中的位置精确度和使用时的灵敏度(光电转换效率)，透镜和光电转换部分的位置精确度变得重要，且其距离即在高度方向上的距离变成明显的问题。
因此，为了提升平整度，提出一种其中电荷传输部分通过单层电极构成的结构。在CDD中，电极之间的间隙变成确定传输效率的重要因素，且如何降低电极之间的间隙是重要的。然而，在通过常规光刻技术形成电极图案中，1μm构成了限制，且难以形成小于1μm的间隙。而且，在电极之间距离的小型化中，也使得纵横比变大，向很小且提供为大纵横比的电极之间的间隙嵌入绝缘膜的技术也非常困难。
因此，电极之间间隙的小型化非常重要，且提升图案精确度成为重要问题。而且，类似地，也要求外围电路部分的小型化。在这种情况下，衬底表面的平整度在提升光刻步骤中的图案精确度和将绝缘膜填充到电极之间的间隙方面变成非常重要的问题。尽管在背景技术中，为寻求表面平整度已经进行了各种尝试，但是伴随着小型化提升图案精确度的要求越来越高。
而且，根据使用具有背景技术的单层结构的电荷传输电极的固态图像拾取元件，在电极间的间隙的小型化中，为了实现小型化超出光刻的分辨率，也提出一种通过在形成第一层导电膜图案之后的抗蚀剂回蚀刻或CMP(化学机械抛光)方法实现平整度的方法，之后在电极之间形成绝缘膜并在其上部层上叠层第二层导电膜。
例如，电极的单层形成是通过使用多晶硅或非晶硅膜作为电荷传输电极来进行的，形成第一层布线，之后，氧化第一层布线的图案表面，叠覆多晶硅或非晶硅膜构成第二层传输电极，涂覆抗蚀剂并通过抗蚀剂回蚀刻方法蚀刻其整个表面。
将参考图10至图12解释其实例。首先，通过LOCOS方法，在包围图像拾取区域的区域，在n-型硅衬底1的表面形成具有约600nm膜厚的场氧化膜以隔离元件，且之后形成元件区域。即，形成具有15至35nm膜厚的硅氧化膜2a、具有50nm膜厚的氮化硅膜2b以及具有10nm膜厚的氧化硅膜2c，以形成具有三层结构的栅氧化膜2。在这种情况下，使形成元件区域之前的衬底表面进入到突起场氧化膜10的状态。
随后，具有250nm膜厚的第一层掺杂的非晶硅膜3a形成于栅氧化膜2上，且形成了氧化硅膜4a和氮化硅膜4b(图10A)。
随后，在其上部层上涂覆抗蚀剂。
而且，如图10B所示，通过使用所需的光刻掩模进行曝光、显影和清洗，以形成具有0.3至几μm图案宽度的抗蚀剂图案R1。
之后，如图10C所示，通过由抗蚀剂图案R1构成掩模，蚀刻氧化硅膜4a和氮化硅膜4b以形成图案化第一电极的掩模图案。
而且，剥离以通过灰化移除抗蚀剂图案(图11D)，通过由掩模图案构成掩模，由栅氧化膜2的氮化硅膜2b构成蚀刻停止层，蚀刻以移除第一层掺杂的非晶硅膜3a，以形成第一电极(图11E)。
随后，通过热氧化将电极5之间的绝缘膜形成于第一电极图案表面上(图11F)，而且，将氧化硅膜(HTO氧化膜)6形成于其上部层上(图12G)。
而且，第二层掺杂非晶硅膜3b形成于其上部层上(图12H)。
之后，通过CMP平坦化第二层掺杂非晶硅膜3b(图12I)。
以这种方式，形成包括第二层掺杂非晶硅膜3b的第二电极以形成具有平坦表面的固态图像拾取元件电极。
在该方法的情况下，当通过平坦化移除第一电极上的第二层掺杂非晶硅膜，将第二层掺杂非晶硅膜分离来形成第二电极，以通过CMP移除第二层掺杂非晶硅膜时，场氧化膜10高于第一电极表面且不能通过CMP机械处理。
这同样适合于抗蚀剂回蚀刻。
以这种方式，存在其中形成有放大电路等的非图像拾取区域的高度低于具有电荷传输电极的有效图像拾取区域高度的情况。在这种情况下，提出了难以通过CMP机械处理的问题。而且，在通过抗蚀剂回蚀刻平坦化的情况下，通过平坦化分离电极也是困难的。
而且，也提出一种低于电荷传输电极表面高度地形成具有场氧化膜表面高度的结构，以能够通过CMP进行机械处理(JP-A-11-26743)。
然而，即使能够进行电极分离，在其中衬底表面不足够平坦的情况下，也不能充分地实现第一层掺杂非晶硅膜的图案精确度。图案越小型化，引入到严重状态(serious state)的问题就越多，且在小型化中显示出问题。
然而，即使场氧化膜低于电极，在于场氧化膜上形成布线的情况下，产生阶梯差又提出了在图像拾取屏幕外围部分处产生不均匀的灵敏度或颜色的问题。
而且，当具有小密度第一层掺杂非晶硅膜的区域被设置在晶片的外围边缘部分时，在通过旋涂形成抗蚀剂的情况下，抗蚀剂的表面水平变低，结果，产生在晶片外围边缘部分处的第二掺杂非晶硅膜降低的情况。
而且，不但在晶片的外围边缘部分处而且在除了半导体衬底上的布线区域和光电二极管部分之外的区域处的具有小密度第一掺杂非晶硅膜的区域处，存在形成具有薄抗蚀剂图案区域的情况。在这种情况下，提出在布线电阻中产生散布(dispersion)的问题。
在这种情况下，提出在外围的布线电阻中产生散布(dispersion)的问题。而且，也存在通过在外围部分的电荷传输电极膜厚中的散布劣化传输效率的情况。而且，该散布加大了膜厚中的不均匀性和平坦化的膜的各种膜在形状上的散布，从电荷传输电极向上的层的显微镜和滤色器等也提出了产生定形、灵敏度的散布和通过杂散光引起的涂污劣化的问题。
因此，提出了通过上述的方法难以处理小型化或灵敏度进一步增长的问题。
通过这种方式，根据背景技术的固态图像拾取元件，根据小型化，半导体衬底的表面平整度是严重的问题，且不能通过背景技术的尺寸实现所需要的较高平整度等级。
发明内容
考虑到上述的真实情况，本发明的目的是提供一种即使在高等级小型化的情况下，也具有高精确度和高可靠性的固态图像拾取元件。
而且，本发明的一个目的是即使在高等级小型化的情况下，也能提供具有高精确度和高可靠性的单层电极结构的固态图像拾取元件。
而且，本发明的一个目的是即使在小型化的情况下，甚至在小型化且通过在第一层导电膜图案上形成第二层导电膜并移除第一层导电膜上的第二层导电膜以平坦化来形成单层电极结构的电荷传输电极中的薄膜形成电极图案中，也能通过形成均匀并高度可靠性的电荷传输电极来实现电荷传输效率的提高。
因此，根据本发明，提供一种固态图像拾取元件，包括：光电转换部分；包括传输通过光电转换部分产生的电荷的电荷传输电极的电荷传输部分；和连接到电荷传输部分的外围电路部分，其中提供于外围电路部分和电荷传输部分以包围光电转换部分的有效图像拾取区域的场氧化膜的表面水平达到与光电转换部分的表面水平相同的等级。
根据该结构，提供于外围电路部分和电荷传输部分以包围光电转换部分的有效图像拾取区域的场氧化膜的表面水平达到与光电转换部分的表面水平相同的等级，且因此，在形成元件区域中，衬底的总的表面变得平坦，通过光刻的图案精确度显著提高，其不止在两层电极结构的情况下有效，而且在单层电极结构的情况下也有效。
而且，由于表面水平是平坦的，所以防止了导电膜尤其是由通过单层构成电荷传输电极产生的第二层导电膜的降低。因此，可形成具有均匀膜厚的电荷传输电极和外围电路，且因此防止元件特性中的散布，可形成高可靠性的固态图像拾取元件。而且，尽管当通过旋涂涂敷抗蚀剂时，在晶片的外围边缘部分处的抗蚀剂的表面水平易于被降低，但是优选通过在一区域处的虚拟图案升高抗蚀剂的表面水平，在所述区域处，即使在除了外围边缘部分之外的区域处，抗蚀剂的表面水平也易于被降低。
在此，有效图像拾取区域包括光电转换部分和电荷传输部分。
而且，在CMP(化学机械抛光)步骤或第二层导电膜的回蚀刻步骤的平坦化步骤中，优选光电转换部分的表面水平达到与形成电荷传输电极和在外围电路部分的栅氧膜上部表面的电荷传输部分的表面水平相同，且优选至少形成有光电转换部分的区域的衬底表面水平与场绝缘膜的表面水平为相同的等级。
而且，根据本发明，提供一种固态图像拾取元件，其中电荷传输电极具有包括通过覆盖第一电极侧壁的电极之间的绝缘膜形成的第一电极和第二电极的单层电极结构。
通过该结构，表面水平是平坦的，且因此，可形成高精确度图案，也可通过图案化导电膜的一层来形成包括第一电极和第二电极的单层电极结构。因此，可形成具有均匀膜厚的电荷传输电极和外围电路，且因此，可防止在元件特性中的散布，可形成高可靠性的固态图像拾取元件。
而且，本发明的固态图像拾取元件包括：包括第一层导电膜的第一电极和包括第二层导电膜的第二电极结构。
通过该结构，表面水平是平坦的，且因此，可防止在导电膜尤其是在通过单层构成电荷传输电极产生的第二层导电膜的降低。因此，可形成具有均匀膜厚的电荷传输电极和外围电路，且因此，可防止在元件特性中的散布，可形成高可靠性的固态图像拾取元件。
而且，本发明的固态图像拾取元件包括通过选择性氧化(LOCOS)形成场氧化膜的结构。
通过该结构，平坦化易于施加于表面的LOCOS，并因此，具有平坦表面结构的硅衬底可用作初始材料。
而且，本发明的固态图像拾取元件包括其中场氧化膜形成于沟槽中的结构。
而且，本发明的固态图像拾取元件包括其中场氧化膜为填充在沟槽中的绝缘膜的结构。
通过该结构，可形成沟槽并将绝缘膜填充到其内部，并因此能够更容易地进行平坦化。
而且，本发明的固态图像拾取元件包括其中第一层导电膜提供有在场氧化膜上的虚拟图案的结构。
通过该结构，通过在具有小图案密度的区域处形成虚拟图案可提升导电膜的图案精确度。而且，尽管降低了抗蚀剂的膜厚度，且在图案密度小的区域如半导体衬底上的布线区域处易于降低表面水平，但是除了光电二极管部分等以外的区域尤其是晶片的外围边缘部分，根据该结构，通过加入虚拟图案，在抗蚀剂回蚀刻之前，可防止表面水平降低，在外围边缘部分也同样，且因此，可防止在硅种类导电膜尤其是在通过单层构成电荷传输电极中产生的第二层硅种类导电膜的降低。
而且，根据本发明，提供一种制造包括光电转换部分、电荷传输部分和连接到电荷传输部分的外围电路部分的固态图像拾取元件的制造方法，其中电荷传输部分包括具有用于传输由光电转换部分产生的电荷的单层电极结构的电荷传输电极，该方法包括步骤：在半导体衬底表面上形成场氧化膜之后，和在形成电荷传输电极之前，平坦化半导体衬底总的表面的步骤。
通过该方法，形成用于隔离元件的场氧化膜，之后，平坦化表面，并因此，实现高精确性的平整度。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括进一步包括，在形成提供于外围电路部分和电荷传输部分以包围光电转换部分的有效图像拾取区域的场氧化膜的区域处形成沟槽的步骤的结构，平坦化形成有场氧化膜的半导体衬底的表面的步骤，和在半导体衬底表面上形成电荷传输电极、光电转换部分和外围电路部分的元件部分的步骤。
通过该方法，容易地平坦化该表面。在这种情况下，也存在在形成沟槽深度和场氧化膜厚度以相互匹配时并不特别需要平坦化步骤的情况。
而且，本发明的制造本发明的固态图像拾取元件的方法包括形成场氧化膜的步骤，该步骤包括选择性氧化(LOCOS)的步骤。
根据该方法，能形成具有优良膜质量的场氧化膜，尽管需要长的时间周期。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括形成场氧化膜的步骤，该步骤包括通过CVD方法将绝缘膜填充到沟槽中的步骤。
根据该方法，可缩短形成场氧化膜所需的时间周期。
而且，可使用LOCOS和CVD，且多种方法可用在相同的衬底表面，以使LOCOS用在给出了隔离元件的重要性的放大部分附近，且CVD用在给出了平坦度重要性的部分处。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括平坦化半导体衬底表面的步骤，该步骤包括通过旋涂方法在半导体衬底表面上涂敷抗蚀剂的步骤和通过抗蚀剂回蚀刻方法平坦化半导体衬底表面的步骤。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括平坦化半导体衬底表面的步骤，该步骤包括通过CMP(化学机械抛光)方法平坦化半导体衬底表面的步骤。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括形成元件部分的步骤，该步骤包括在平坦化的半导体衬底表面上形成构成第一电极、光电转换部分和用于外围电路部分的第一层布线的第一层导电膜的图案的步骤、至少在第一电极的侧壁上形成电极之间绝缘膜的步骤、在形成有第一电极和电极之间绝缘膜的半导体衬底表面上形成构成第二电极的第二层导电膜的步骤和平坦化第二层导电膜的步骤。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括平坦化第二层导电膜的步骤，该步骤包括通过旋涂方法在第二层导电膜的上部层处涂敷抗蚀剂膜的步骤和通过抗蚀剂回蚀刻方法平坦化第二层导电膜的步骤。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括形成第一层导电膜图案的步骤，该步骤包括在半导体衬底上形成包括虚拟图案以使抗蚀剂表面水平不等于或小于预定值的图案的步骤。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括平坦化第二层导电膜的步骤，该步骤包括通过CMP(化学机械抛光)方法平坦化第二层导电膜的步骤。
而且，本发明制造固态图像拾取元件的方法包括形成第一层导电膜图案的步骤，该步骤包括在半导体衬底上形成包括虚拟图案以使第二层导电膜的表面水平不等于或小于预定值的图案的步骤。
尽管具有布线部分的小图案密度，在半导体衬底上除了光电二极管部分等之外的部分，尤其是晶片上外围边缘部分处，降低了抗蚀剂的膜厚，且易于降低表面水平，但是在抗蚀剂回蚀刻之前，可防止表面水平降低，甚至在外围边缘部分处也是这样，且因此，可防止导电膜尤其是在通过单层构成的电荷传输电极中产生的第二层导电膜的降低。因此，可形成具有均匀膜厚的电荷传输电极和外围电路部分，且因此，可防止在元件特性中的散布，且可形成高可靠性的固态图像拾取元件。而且，即使通过旋涂涂敷抗蚀剂，在晶片外围边缘部分处抗蚀剂的表面水平也易于降低，有通过在抗蚀剂表面水平易于降低的区域处的虚拟图案来增加抗蚀剂的表面水平，甚至在除了外围边缘部分之外的区域处也是这样。
而且，根据本发明，提供一种制造固态图像拾取元件的方法，进一步包括在形成第二层导电膜之前，在第一电极表面上形成构成蚀刻停止的停止层的步骤，其中平坦化步骤是用于通过由停止层构成停止进行抗蚀剂回蚀刻的步骤。
通过该结构，蚀刻在第一电极上停止，而不需机械处理第一电极，且因此形成具有优良平坦度和高产量的电荷传输部分。在此，当第二层导电膜通过硅种类导电膜构成时，其优选使用氮化硅等。而且，在图案化第一电极中，通过使用氧化硅和氮化硅的两层膜作为掩模，且由于其用于蚀刻停止所以留下该膜，可进行优良的图案化，并形成平整度优良的电荷传输部分，而不增加步骤数目。
而且，根据本发明，提供一种制造固态图像拾取元件的方法，进一步包括在形成第二层导电膜之前，在第一电极表面上形成构成CMP停止的停止层的步骤，其中平坦化步骤是通过由停止层构成停止来执行CMP的步骤。
通过该结构，可在第一电极上停止CMP，而不机械处理第一电极，且因此，可形成具有优良平整度和高产量的电荷传输部分。在此，当第二层导电膜通过硅种类导电膜构成时，优选使用氮化硅等。而且，在图案化第一电极中，通过使用氧化硅和氮化硅的两层膜作为掩模，并由于该膜用于CMP停止，所以留下该膜，可进行优良的图案化，并可形成平整度优良的电荷传输部分，而不增加步骤数量。
附图说明
图1示出本发明第一实施例固态图像拾取元件的图；
图2示出本发明第一实施例固态图像拾取元件制造步骤图；
图3示出本发明第一实施例固态图像拾取元件的制造步骤图；
图4示出本发明第一实施例固态图像拾取元件的制造步骤图；
图5示出本发明第一实施例固态图像拾取元件的制造步骤截面图；
图6示出本发明第一实施例固态图像拾取元件的制造步骤截面图；
图7示出形成有本发明第一实施例固态图像拾取元件的总体晶片的剖视图；
图8示出本发明第三实施例固态图像拾取元件的截面图；
图9示出本发明第四实施例固态图像拾取元件的截面图；
图10示出制造现有技术固态图像拾取元件的步骤图；
图11示出现有技术固态图像拾取元件的制造步骤图；
图12示出现有技术固态图像拾取元件的制造步骤图。
具体实施方式
以下将参考附图说明本发明的实施例。
第一实施例：
如图1A和1B所示，该实施例的固态图像拾取元件特征在于，固态图像拾取元件包括光电转换部分、具有用于传输由光电转换部分产生的电荷的电荷传输电极的电荷传输部分和包括连接至电荷传输部分的输出电路的外围电路部分，且其通过凹槽LOCOS方法形成，以使得形成为框架状的场氧化膜10的表面包围有效图像拾取区域(光接收区域)A，变成与具有光电传感器和电荷传输部分的光电转换部分一样的表面水平。在此，图1A为固态图像拾取元件芯片的轮廓图，其中有效图像拾取区域通过包括光电转换部分和垂直传输路径(部分电荷传输部分)和水平传输路径(部分电荷传输部分)的光接收区域构成，且其外部侧形成有作为外围电路O的输出电路。在此，符号P表示提供于固态图像拾取元件芯片的外围边缘部分的衬垫。而且，包括输出电路的外围电路部分对应于非图像拾取区域B。
而且，如图1A和1B中的轮廓说明图所显示的，硅衬底1形成有多个构成光电转换部分的光电二极管区域，和用于传输通过形成在光电二极管区域中的光电二极管检测的信号电荷的电荷传输部分。在此，图1B显示的是沿着线IB-IB截取而提供的截面图。
除了场绝缘膜之外的部分与图10至图12中示出的常规例子的固态图像拾取元件中的相应部分相类似地形成。
即，如图1A和1B所示，该实施例特征在于在衬底1的表面处形成的沟槽T内部形成场氧化膜10，且衬底1的表面水平和场氧化膜10的表面水平相互相同。
通过选择性氧化，在形成于硅衬底1表面处的沟槽T内部形成场氧化膜10，并进行CMP处理，以使非图像拾取区域B和有效图像拾取区域A之间界面处的阶梯差为零。而且，使硅衬底1的内部形成有包括光电二极管的光电转换部分，借助电荷传输部分读取通过光电二极管的光电电流。
在此，通过选择性氧化，在具有约600nm深度形成于硅衬底1非图像拾取区域和电荷传输部分的元件隔离区域的沟槽T内部形成作为场氧化膜10的具有600nm厚度的氧化硅膜。水平传输寄存器(transmittingregister)、信号处理电路和用于在水平方向上传输信号电荷的布线7形成于场氧化膜10上。
即，如固态图像拾取元件芯片的平面图和沿着图1A和1B中的IB-IB线取得的截面图所示，在硅衬底1内部，由场氧化膜10包围的有效图像拾取区域(光接收区域)A内部形成有具有光电二极管和电荷传输部分的光电转换部分，且其上部层由绝缘膜覆盖。
而且，布线7形成于场氧化膜10上，包括平坦化的膜的中间层(未示出)形成于其另一上部层上，且包括滤色器(未示出)和显微镜(未示出)的光学系统提供于其另一上部层上。
根据这种结构，如图1A和1B所示，图案形成于平坦表面上，且因此非常高精确度地形成该图案并形成非常精细的电荷传输部分。而且，包括外围电路部分的布线也可小型化。
接下来，将参考图2至图6说明根据该实施例制造固态图像拾取元件的步骤。
首先，如图2A所示，准备n型硅衬底1。
然后，形成用于缓冲的氧化硅膜M1和氮化硅膜M2并通过光刻图案化以形成具有两层结构的掩模图案。
接下来，如图2B所示，蚀刻衬底的表面以通过由掩模图案构成的掩模来移除，以在表面处形成沟槽T。
该状态下，通过在氧化气氛中900℃下进行加热，如图2C所示，形成包括具有约400至600nm膜厚的氧化硅膜的场氧化膜10。
而且，如图2D所示，移除氧化硅膜M2。
最后，如图2E所示，通过由CMP平坦化，形成具有完全没有阶梯差的平坦表面的场氧化膜10。这种情况下，还移除氧化硅膜M1。
以与延展电荷传输部分的方向交叉的方向形成用于传送由电荷传输电极传输的信号电荷的电荷传输沟道33，尽管这未在图1A中示出。
硅衬底1内部形成有光电转换部分、电荷传输沟道、沟道停止区域和电荷读取区域，在硅衬底1的表面形成有栅氧膜2。栅氧膜2的表面形成有包括氧化硅膜的极间绝缘膜5和包括氧化硅膜的电荷传输电极(包括第一层掺杂非晶硅膜3a的第一电极和包括第二层掺杂非晶硅膜3b的第二电极)。
尽管如上所述形成电荷传输部分，但是中间层形成于电荷传输部分的电荷传输电极的上部表面。该中间层由光阻挡膜、包括BPSG(硼磷硅酸玻璃)的绝缘膜、包括P-SiN的绝缘膜(钝化膜)和包括透明树脂膜的平坦化层构成。
光阻挡膜提供于除了光电转换部分的光检测部分之外的固态图像拾取元件的上部侧面上，进一步提供滤色器和显微镜。而且，包括绝缘透明树脂等的平坦化层填充于滤色器和显微镜之间。
而且，尽管在图1中，示出具有所谓蜂窝结构的固态图像拾取元件，但是该实施例实际上可用于四方晶格型的固态图像拾取元件。
接下来，以参考图3至图5的方式，给出在形成有场氧化膜的硅衬底表面上形成固态图像拾取元件的步骤的详细说明。
首先，在具有约1.0×1016cm-3杂质浓度的n型硅衬底1表面形成具有15至35nm膜厚的氧化硅膜2a、具有50nm膜厚的氮化硅膜2b和具有10nm膜厚的氧化硅膜2c，从而形成三层结构的栅氧膜2。
随后，通过使用添加有PH3和N2的SiH4作为反应气体的降低压力CVD方法，将具有0.4μm膜厚的掺杂有磷的第一层掺杂非晶硅膜3a形成于栅氧膜2上.这种情况下衬底温度设置为600至700℃。
之后，通过降低压力CVD方法形成具有15nm膜厚的氧化硅膜4a和具有50nm膜厚的氮化硅膜4b(图3A)。
随后，将正性抗蚀剂涂敷于其上部层上以构成0.5至1.4μm的厚度，通过使用光刻所需的掩模来进行曝光、显影以及清洗，形成抗蚀剂图案R1，如果需要的话形成虚拟(抗蚀剂)图案(在此未示出)(图3B)。在此，按照布局形成虚拟图案以使自抗蚀剂图案R1的间隔不等于或大于在硅衬底1的外围边缘部分处的预定宽度(第一电极的间隔)。
之后，通过使用CHF3、C2F6、O2和He的混合气体的反应离子蚀刻，蚀刻氧化硅膜4a和氮化硅膜4b以形成用于图案化作为第一层导电膜的第一层掺杂非晶硅膜3a的掩模图案(图3C)。而且，在这种情况下，在用于形成固有第一电极的掩模图案左侧上形成虚拟掩模图案。在此，通过由包括氧化硅膜4a和氮化硅膜4b两层膜的掩模图案构成掩模来图案化第一层导电膜。通过使用硬掩模作为掩模，与由抗蚀剂图案构成掩模的情况相比，可以进行具有较高精确度的图案化。
而且，剥落抗蚀剂图案以通过灰化移除(图4D)。在这种情况下，除了在该部分左侧上的第一电极的固有图案之外，第一层掺杂非晶硅膜3a还形成有虚拟图案。
之后，通过使用HBr和O2的混合气体反应离子蚀刻，选择性蚀刻第一层掺杂非晶硅膜3a，以通过由掩模图案构成掩模和由栅氧膜2的氮化硅膜2b构成蚀刻停止来移除，从而形成第一电极和外围电路的布线(图4E)。在这种情况下，优选使用ECR(电子回旋共振)型或ICP(感应耦合等离子体)型的蚀刻装置。
随后，通过氧化方法，第一电极图案的侧表面形成有包括具有80nm膜厚的氧化硅膜的极间绝缘膜5(图4F)。
接下来，其外部侧由通过高温氧化的氧化硅膜(HTO)6覆盖(图5G)。而且，通过使用添加有PH3和N2的SiH4气体的反应气体的降低的CVD方法，形成具有0.4至0.7μm膜厚的第二层掺杂非晶硅膜3b作为第二层导电膜(图5H)。在这种情况下，第二层掺杂非晶硅膜3b的膜厚必须达到与第一层掺杂非晶硅膜3a以及在其上的氧化硅膜4a和氮化硅膜4b层的总膜厚相同或者更厚。
而且，形成有第二层掺杂非晶硅膜3b的表面涂敷有抗蚀剂，以完全平坦化表面水平。在此，使用OFPR 800作为抗蚀剂以涂敷700至800nm的膜厚。
随后，如图5I所示，在抗蚀剂与第二层掺杂非晶硅膜3b的蚀刻率基本相同以平坦化第二层掺杂非晶硅膜3b的条件下蚀刻其整个表面。在这种情况下，用作图案化第一电极步骤中的掩模的氮化硅膜4b构成蚀刻停止，并因此，以优良可控性进行平坦化。
之后，如图6J所示，形成用于形成外围电路的抗蚀剂图案R2。在此，形成抗蚀剂图案R2以覆盖部分固态图像拾取元件的形成部分和外围电路部分。
而且，如图6K所示，蚀刻在光电二极管区域30上方的第二层掺杂非晶硅膜3b，以通过由抗蚀剂图案R2构成的掩模来移除，且制造、保持作为外围电路的布线7的图案。
而且，通过灰化移除抗蚀剂，形成第二层掺杂非晶硅膜3b以覆盖部分固态图像拾取元件形成部分和外围电路部分。
而且，如图6L所示，在表面上形成氧化硅膜8，形成包括第二层掺杂非晶硅膜3b的第二电极，以形成具有平坦表面的电荷传输电极。
图7是该状态下晶片的整体图，其除了位置线DL之外的整体上方是平坦的。
而且，其上方的层形成有光阻挡膜图案和具有700nm膜厚的BPSG膜，制造其以回流，从而在850℃下平坦化。而且，形成包括含有P-SiN和透明树脂膜的绝缘膜(钝化膜)的平坦化的层。
因此，形成滤色器、平坦化的层、显微镜等以提供固态图像拾取元件，如图1A和1B所示。而且，在图1B中，仅示出实质部分，且省略光学系统等。
根据该方法，在完全平坦化且没有阶梯差的衬底表面上形成光电转换部分、电荷传输部分和外围电路部分，并因此实现形成高精确度图案，且可以实现功能上高度可靠的操作特性。
而且，可在第一电极图案密度小的位置如衬底的外围边缘部分处尤其是在衬底的外围边缘部分处形成虚拟图案，以通过旋涂来涂敷抗蚀剂而不降低抗蚀剂的表面水平。
通过这种方式，可以以该方式形成精细且在特性中没有散布的高可靠性固态图像拾取元件。
而且，尽管根据上述实施例，采用回蚀刻方法作为平坦化步骤，但在这种情况下也使用CMP，将用在图案化第一电极步骤中的氮化硅膜4b有效地操作为CMP停止，可形成在平坦化中优良的电荷传输部分。
而且，尽管根据上述实施例，通过降低压力CVD方法，在第一电极周围形成极间绝缘膜5之后形成高温氧化膜6，但是在其适当位置处，可通过热氧化形成极间绝缘膜。即，通过由在平坦化用于图案化第一电极和第二电极的掩模中用作蚀刻停止的氧化硅膜和氮化硅膜的两层膜的氮化硅膜构成氧化防止膜来热氧化第一电极，在第一电极的侧壁上选择性形成氧化硅膜以通过其构成极间绝缘膜。在这种情况下，必须在之前形成抗蚀剂图案以使第一电极的宽度通过氧化区域的数量来增长。
第二实施例：
尽管根据第一实施例，通过由第一层非晶硅膜构成的第一电极和由第二层非晶硅膜构成的第二电极来形成具有单层电极结构的电荷传输部分，但是可通过一层形成具有单层结构的电荷传输部分。
在这种情况下，在形成第一层非晶硅膜之后，可通过电子束光刻等光刻方法进行图案化。
第三实施例：
尽管根据第一实施例，给出了通过LOCOS方法形成场氧化膜的例子说明，但是对于通过CVD方法将氧化硅膜20填充到沟槽T中和通过由CMP抛光表面来平坦化其表面也是有效的，如图8所示。
尽管根据该方法，可进行小型化，并且相对于LOCOS情况没有鸟嘴，但是这可能又出现了热应变力易于在沟槽中产生裂缝的问题。
第四实施例：
尽管在第一实施例中给出了通过LOCOS方法形成场氧化膜的例子和关于在第三实施例中的STI(浅沟槽绝缘)的说明，但是可混合将氧化硅膜20嵌入到沟槽T的结构和通过LOCOS方法形成绝缘膜10的结构，如图9所示。
尽管根据该方法，可进行小型化，并且对比于LOCOS情况没有鸟嘴，但是这可能又出现了热应变力易于在沟槽中产生裂缝的问题。
根据本发明的方法，设置形成以包围固态图像拾取元件的有效图像拾取区域的场氧化膜表面，以使表面水平达到与光电转换部分表面水平相同的等级，即，阶梯差为零，并因此，可实现固态图像拾取元件尤其是电荷传输电极的高精确度形成。而且，可通过在尤其是有效图像拾取区域的边界部分和非图像拾取区域处通过平坦化表面降低平坦化膜的阶梯差来提升图案精确度。而且，在通过CMP或抗蚀剂回蚀刻方法平坦化表面中，可以防止由存在或不存在矩阵模式引起的表面水平中的散布引起第二层导电膜的降低，且可形成具有高灵敏度和高电荷传输效率的固态图像拾取元件。
如上所说明的，根据本发明，在高精确度地平坦化的衬底表面上形成光电转换部分和电荷传输部分，并因此进行精细的图案化，容易地形成具有电极之间的间距等于或小于0.1μm的光电转换部分，降低了特性中的散布，可提供高可靠性的电荷传输电极，且该方法在形成非常小且提供有高灵敏度的固态图像拾取装置中是有效的。
在本发明中要求其外国优先权的每一个外国专利申请的全部内容在此通过参考并入文本，如全部列出一样。

Claims (8)

1.一种固态图像拾取元件，包括：
光电转换部分；
电荷传输部分，包括传输通过光电转换部分产生的电荷的电荷传输电极；和
连接到电荷传输部分的外围电路部分；
第一层布线，用于外围电路部分，
其中提供于外围电路部分和电荷传输部分处以包围光电转换部分的有效图像拾取区域的场氧化膜的表面水平达到与光电转换部分的表面水平相同的等级，
电荷传输电极包括一第二电极，以及
第二电极的表面水平与第一层布线的表面水平相同。
2.根据权利要求1的固态图像拾取元件，
其中电荷传输电极具有包括由电极之间覆盖第一电极侧壁的绝缘膜形成的第一电极和第二电极的单层电极结构。
3.根据权利要求2的固态图像拾取元件，
其中第一电极包括第一层导电膜，和第二电极包括第二层导电膜。
4.根据权利要求1的固态图像拾取元件，
其中场氧化膜是通过选择性氧化(LOCOS)形成的膜。
5.根据权利要求4的固态图像拾取元件，
其中场氧化膜形成于沟槽中。
6.根据权利要求1的固态图像拾取元件，
其中场氧化膜是填充在沟槽中的绝缘膜。
7.根据权利要求3的固态图像拾取元件，
其中第一层导电膜提供有在场氧化膜上的虚拟图案。
8.根据权利要求1的固态图像拾取元件，进一步包括：
一半导体衬底，其中：
一栅氧化膜形成在电荷传输电极与半导体衬底之间，和
该栅氧化膜形成在用于外围电路部分的第一层布线与半导体衬底之间。
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