DE4122595A1 - Verfahren zum herstellen eines selbstjustierenden ccd-sensors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines selbstjustierenden CCD-Bildsensors, wobei sich insbesondere die Eigenschaften des lichtaufnehmenden Bereichs nicht ver­ schlechtern und Licht nur auf den lichtaufnehmenden Bereich einfallen kann, während der verbleibende Bereich vollkommen gegenüber einfallendem Licht abgeschirmt ist; dadurch wird das Auftreten von Bildverschmierungen verhindert.

Ein CCD-Bildsensor ist ein dynamisch arbeitendes Bauelement, bei dem eine Signalladung, gesteuert durch Taktimpulse sich entlang einem vorgegebenen Pfad bewegt; dieses Bauelement besteht im allgemeinen aus einem lichtaufnehmenden Bereich und einem Transmissionsbereich zum Übertragen einer Signal­ ladung entsprechend dem einfallenden Licht. CCD-Bildsensoren werden im großen Umfange verwendet in Speichern, in logi­ schen Spaltkreisen und in Signal- oder Bildverarbeitungsein­ richtungen.

Ein bekannter CCD-Bildsensor weist eine lichtabschirmende Schicht aus einem Metall, beispielsweise Aluminium, auf, um sicherzustellen, daß Licht nur in dem Lichtaufnahmebereich einfallen kann (vgl. den Vorschlag der Mitsubishi Electronics Ind. Co., Ltd. in der Zeitschrift der "Japanese TV Society" (Bd. 10 Nr. 4, April 1990)).

Das Verfahren zum Herstellen bekannter CCD-Bildsensoren mit einer lichtabschirmenden Schicht aus Metall wird nachstehend mit Bezug auf die Fig. 2a bis d näher erläutert. Gemäß Fig. 2a werden Ionen des n-Typs in bestimmte Bereiche eines Siliziumsubstrats 1 und bis zu einer vorgegebenen Tiefe injiziert, um eine Photodiode 2 auszubilden, die als lichtaufnehmender Bereich dient; als Übertragungsbereich zum Transportieren von Signalladungen dient eine vertikale la­ dungsgekoppelte Einrichtung (VCCD). Die gesamte Oberfläche des Substrats 1 wird mit einem Oxidfilm 4 und einem Polysi­ liziumfilm 5 jeweils für das Gate abgedeckt, wobei die Poly­ siliziumschicht 5 auf der Oxidschicht 4 liegt. Danach wird die Polysiliziumschicht 5 in dem Abschnitt über der Photo­ diode 2 durch übliches Photo-Ätzverfahren entfernt. Danach wird gemäß Fig. 2b eine Schicht aus Borphosphorsilikatglas (BPSG) vorgegebener Dicke als Isolierschicht auf der geätz­ ten Oberfläche verteilt und anschließend mit einer lichtab­ schirmenden Schicht 7 vorgegebener Dicke gemäß Fig. 2c abge­ deckt. (Dabei kann anstelle der BPSG-Schicht eine Niedertem­ peratur-Oxidschicht (LTO) verwendet werden.) Beim nächsten Verfahrensschritt wird die lichtabschirmende Schicht ledig­ lich an dem Abschnitt über der Photodiode durch ein übliches Photo-Ätzverfahren entfernt, so daß Licht nur auf die Photo­ diode 2 einfallen kann (siehe Fig. 2d). Dabei wird üblicher­ weise als lichtabschirmende Schicht Aluminium verwendet, da Aluminium meist für Speicherelemente oder bipolare Bauele­ mente verwendet wird und als lichtabschirmende Schicht bei hoher Reflektivität (etwa 100%) geeignet ist.

Dieses vorbekannte Verfahren hat jedoch die folgenden Nach­ teile:

• 1. Die Entfernung der lichtabschirmenden Schicht 7 ledig­ lich im Bereich über der Photodiode 2 führt zu einem Lichteintritt in die VCCD 3 durch die verbleibende Poly­ siliziumschicht 5 des Gates, so daß sich Verschmierungs­ effekte ergeben (vgl. Fig. 3).
• 2. Die Stapelstruktur der Polysiliziumschicht 5 des Gates und der lichtabschirmenden Schicht 7 erschwert den Photo-Ätzprozeß beim Entfernen der lichtabschirmenden Schicht lediglich in dem Abschnitt über der Photodiode 2, so daß die lichtabschirmende Schicht sich in den Be­ reich der Photodiode 2 hinein erstrecken kann. Dadurch verringert sich der offene Bereich der Photodiode 2 um 2Y, so daß der Füllfaktor ebenfalls abnimmt (vgl. Fig. 3).

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Herstellen eines selbstjustierenden CCD-Bild­ sensors anzugeben, bei dem eine Verringerung des lichtauf­ nehmenden Bereichs und das Auftreten optischer Verschmie­ rungseffekte verhindert werden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a-d Querschnittsansichten eines CCD-Bildsensors bei der Herstellung gemäß der Erfindung,

Fig. 2a-d Querschnittsansichten eines üblichen CCD-Bild­ sensors bei der Herstellung, und

Fig. 3 eine Darstellung zur Erläuterung des Verschmie­ rungseffekts bei einem üblichen CCD-Bildsensor.

Gemäß Fig. 1a werden Ionen des n-Typs in ein Siliziumsub­ strat 11 des p-Typs in einem vorgegebenen Abstand injiziert, um eine Photodiode 12 als Lichtaufnahmebereich und eine ver­ tikale ladungsgekoppelte Einrichtung (VCCD) 13 als Übertra­ gungsbereich auszubilden. Anstelle der Photodiode 12 kann eine Schottky-Diode verwendet werden; die VCCD 13 kann als vergrabene ladungsgekoppelte Einrichtung (BCCD) ausgebildet sein. Die gesamte Oberfläche des Siliziumsubstrats 11 wird durch eine Oxidschicht 14 und darüber mit einer Polysili­ ziumschicht 15 jeweils für das Gate abgedeckt. Die Polysili­ ziumschicht 15 für das Gate ist selektiv an dem Abschnitt über der Photodiode 12 durch Photo-Ätzprozesse zum Ausbilden eines Fensters entfernt, so daß Licht auf die Photodiode 12 einfallen kann. Ferner wird auf der gesamten Oberfläche der geätzten Gate-Polysiliziumschicht 15 temperaturbeständiges Metall 16, wie Ti, Mo oder Pt, mit vorgegebener Dicke durch Dampfphasenabscheidung (PVD) niedergeschlagen (vgl. Fig. 1b). Durch ein Alterungsverfahren oder Glühverfahren unter vorgegebenen Bedingungen reagiert das temperaturbeständige Metall 16 gemäß nachstehender Formel (1) und wird in eine Silizidschicht 17 an dem Abschnitt umgewandelt, der mit der Gate-Polysiliziumschicht in Berührung steht (vgl. Fig. 1c).

Ti + Si = Ti₂Si (1)

Da das hitzebeständige Metall 16 nicht mit der Oxidschicht 14 reagiert, bleibt es in dem Abschnitt, wo es in Kontakt mit der Gate-Oxidschicht 14 tritt, unverändert. Das tempera­ turbeständige Metall 16 wird somit in ein Silizid umgewan­ delt mit Ausnahme des Bereichs über der Photodiode 12.

Der nächste Schritt ist ein Naß-Ätzprozeß gemäß Fig. 1d zum selektiven Ätzen des temperaturbeständigen Metalls 16. Bei dem Naß-Ätzprozeß wird das temperaturbeständige Metall 16 in dem Abschnitt über der Photodiode 12 entfernt, während die Silizidschicht 17 unverändert bleibt. Dadurch wird lediglich der Abschnitt über der Photodiode 12 selbstausrichtend ge­ öffnet, um ein Fenster zum Durchlassen von Licht auszubil­ den.

Anstelle des Naß-Ätzprozesses zum Entfernen des temperatur­ beständigen Metalls kann auch ein Trocken-Ätzprozeß angewen­ det werden.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird insbesondere fol­ gendes erreicht:

• 1. Das temperaturbeständige Metall 16 wird in die Silizid­ schicht 17 in dem Abschnitt umgewandelt, in dem es mit der Gate-Polysiliziumschicht 15 in Berührung steht; da­ durch kann Licht nur auf die Photodiode 12 einfallen. Auf die Gate-Polysiliziumschicht einfallendes Licht wird abgeschirmt. Da die Silizidschicht 17 vertikal auf bei­ den Seiten der Photodiode 12 durch Selbstausrichtung er­ zeugt wird, wird der Lichteinfall auf die vertikalen Seitenflächen der geätzten Gate-Polysiliziumschicht 15 verhindert. Optische Verschmierungseffekte durch Ein­ dringen von Lichtsignalladungen in den Übertragungsbe­ reich VCCD durch die Gate-Polysiliziumschicht können da­ durch vollständig verhindert werden.
• 2. Im Gegensatz zum Stand der Technik wird eine Lichtab­ schirmschicht aus Aluminium 7 durch Vakuumaufdampfen auf der Gate-Polysiliziumschicht 5 bei der vorliegenden Er­ findung nicht verwendet, so daß eine Verringerung der Öffnungsfläche der Photodiode 2 vermieden und dadurch der Füllfaktor der Photodiode 2 maximiert wird.

Claims (3)

1. Verfahren zum Herstellen eines selbstausgerichteten CCD- Bildsensors mit den folgenden Verfahrensschritten:

• a) Ausbilden eines lichtaufnehmenden Bereichs und eines Übertragungsbereichs durch Injizieren von Ionen in ein Substrat bis zu einer vorgegebenen Tiefe, wobei der Typ der injizierten Ionen sich von dem des Sub­ strats unterscheidet,
• b) Abdecken der Oberfläche des Substrats mit einer Gate- Oxidschicht und darauf einer Gate-Polysilizium­ schicht,
• c) Entfernen der Gate-Polysiliziumschicht lediglich an dem Abschnitt über dem lichtaufnehmenden Bereich durch einen Photo-Ätzprozeß,
• d) Aufbringen von hitzebeständigem Metall auf der ge­ samten geätzten Oberfläche durch ein Vakuumaufdampf­ verfahren,
• e) Umwandeln des hitzebeständigen Metalls in ein Silizid durch ein Alterungs- oder Glühverfahren an den Ab­ schnitten, die in Berührung mit der Gate-Polysili­ ziumschicht stehen, und
• f) Entfernen des hitzebeständigen Metalls an dem nicht umgewandelten Abschnitt, das auf der Gate-Oxidschicht verbleibt, durch einen Ätzprozeß.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als hitzebeständiges Metall Mo, Pt oder Ti verwendet wird.

3. CCD-Bildsensor, herstellbar mit einem Verfahren nach An­ spruch 1 oder 2.