TWI244202B - Semiconductor light receiving device and manufacturing method for the same - Google Patents

Description

1244202 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於半導體光接收裝置及其製造方法，特別關 於光接收區域之聚光效率之改善技術；該半導體光接收裝 置包括：形成於半導體基板之光接收區域；及形成於上述 半導體基板上之上述光接收區域周邊部之電極，其係用於 將藉由光電變換而於上述光接收區域產生之電荷傳送至上 述光接收區域外。 【先前技術】 作為先剷之CCD型攝像裝置或m〇S型攝像裝置等之半導 體光接收裝置，包括例如日本專利特開2〇〇2-164522號公報 或曰本專利特開2〇〇 1-77339號公報所揭示者。圖3以剖面圖 表示先前之半導體光接收裝置之一例。 如圖3所不，半導體光接收裝置之構成係於半導體基板 U或形成於半導體基板表面部之p型井丨）上具有·η型垂直會 存杰2、ρ +型通道擋止層3、η型光接收區域4、形成於光接 收區域4之表面部之ρ + +型聚集孔區域5，及存在於光接收 區域4 Μ垂直暫存為2之間之讀出閘極部6 ;且於半導體基板 1之表面上具有：閘極絕緣膜7、包括多晶矽之傳送電極8、 包括對多晶矽加熱氧化所得之31〇2之層間絕緣膜9、包括例 如鋁（Α1)或鎢（W)之遮光膜1〇、將與遮光膜1〇之各光接收區 域4對應之部分蝕刻除去而成之作為光接收窗口之開口部 U、形成於遮光膜10上之鈍化膜12、包括形成於鈍化膜12 上之樹脂之平面膜13、濾色片層14，及晶載透鏡15。 92067.doc 1244202 於此’作為閘極絕緣膜7，有例如Si〇2之單層膜（M〇s構 造）或Si〇2/SiN/Si02之三層膜（m〇N〇S構造）者。更且，雖 然傳送電極8具有以第丨層之多晶矽層構成者與以第2層之 多晶矽層構成者，但於圖3中僅示出以一者之多晶矽構成之 傳送電極8。 固體攝像元件等之半導體光接收裝置對於多像素化及小 型化之要求較高，且不斷朝向各像素之微細化進展。從而， 於各像素中有光接收區域之聚光量減少之趨勢，而隨之面 臨感光度降低、電荷流量特性之惡化、暗電流之增加，及 圖像瑕疵之增大等問題。而雖然因像素之微細化所導致之 水光里減少有一定程度之必然性，但作為感光度降低之一 個原因可舉如下··於由矽Si構成之半導體基板（或井與其 上之例如由氧化矽Si〇2構成之閘極絕緣膜7兩者之邊界，由 於该矽Si與氧化矽Si〇2之折射率不同，使得應當入射至光 接收區域4之光之一部分被反射。 — 又，暗電流之增加及圖像瑕疵之增大起因於··於半導體 基板1之表面附近產生懸垂鍵且賦予該懸垂鍵而使其穩定 之氫原子供給不足。又，亦產生以下問題：用包括玻璃系 絕緣物之鈍化膜12來覆蓋例如由鋁μ構成之遮光膜1〇之表 面，遮光膜10表面上產生之反射變多，而在該反射下產生 模擬信號之毛面不均勻或雜散光。 針對如上之問題，於上述日本專利特開2〇〇2_164522號公 報中，雖然發現於形成開口部丨丨後形成氮化矽膜之方法能 夠降低雜訊，但要進一步實現微細化就必須要求聚光率進 92067.doc 1244202 、Y之9進又，於該等先前技術中，電極之圖案形成方 去係使用適於4細化之異方性㈣（反應性離子㈣），電極 之側壁部係形成相對於基板表面呈近似於垂直之形狀。 【發明内容】 :本&月l於上述問題而提出，其目的在於提升光接收區 或之水光效率，且提供一種感光度高之半導體光接收裝置。 仗而，本申請案發明者藉由將構成光接收區域及其周邊 構仏之各要素之膜厚或形狀最佳化’改善於半導體光接收 叙置之形成中因微細化所導致之聚光率降低或隨之而來之 感光度降低等之問題，發現對於光接收區域周邊部之電極 之上部周緣部進行錐形加工或磨圓加工，能夠增進聚光 率。又，本申請發明者亦發現：於懸浮之閘極電極之間， 雖“以；丨存於其間之閘極絕緣膜而予以電性絕緣，但只要 閘極弘極之下端部為尖銳之形狀，則電場會集中於閘極電 極之下& σ卩，此為導致電極間之絕緣不良之原因，針對此 點也可加以改善。 為達到上述目的，本發明相關之半導體光接收裝置，其 特徵在於·形成於半導體基板之光接收區域；及形成於上 述半導體基板上之上述光接收區域周邊部之電極，其係用 於將藉由光電變換而於上述光接收區域產生之電荷傳送至 上述光接收區域外；上述電極周緣部之一部分或全部係加 工成越自上述半導體基板遠離則越朝向上述電極之中央部 後退。更且’上述電極之上部周緣部較佳係加工成越自上 述半導體基板遠離則越朝向上述電極之中央部後退。 92067.doc 1244202 根據上述特徵之本發明相關之半導體光接收裝置，由於 形成於光接收區域周邊部之電極之上部周緣部係加工成比 與閘極絕緣膜相接之底面部更朝向電極之中央部後退，所 以覆盍電極之層間絕緣膜與遮光膜之該上部周緣部亦同樣 地朝向電極之中央部後退，使設於光接收區域之上部之開 口部成為上部之開口部面積擴大之構造，入射光不會被電 極之上部周緣部反射，使光接收區域之聚光效率提高，其 結果便能夠謀求光接收感光度之增進。 為達到上述目的，本發明相關之半導體光接收裝置之製 ie方法其特徵在於包含光接收區域與電極者，上述光接 收區域形成於半導體基板；上述電極形成於上述半導體基 板上之上述光接收區域周邊部，其係用於將藉由光電變換 而於上述光接收區域產生之電荷傳送至上述光接收區域 外；於上述電極之圖案形成時，至少各使用一次等方性蝕 刻與異方性蝕刻之兩種蝕刻。 - 又，本發明相關之半導體光接收裝置之製造方法除上述 特徵之外’亦包含以下特徵：於上述電極之圖案形成時， 進行上述等方性姓刻之後，進行上述異方性姓刻，進而， 藉由包含、⑺、聊、咖2、卿、他、从、 :F8中至少—種氣體與Ar、N2、〇2中至少一種氣體之游離 基而進行上述電極之上述等方性蝕刻。 根據上述特徵之本發明相關之半導體光接收裝置之製造 ::由於藉由等方性姓刻對電極朝向其中央部沿橫：予 刻，所以等方性㈣部分之電極越靠上部越朝向中央 92067.doc 1244202 部後退mi由組合等方性_與異方性㉔刻之 蝕刻’可自如地形成電極之側壁部之形狀，且由於形成 光接收區域周邊部之電極之上部周緣部可加工成比與極 絕緣膜相接之底面部更朝著電極之中央部後退，所二覆 電極之層間絕緣膜與遮光膜之該上部周緣部亦同樣地朝: 電極之中央部後退，使設於光接收區域之上部之開口部可 成為上部之開口部面積擴大之構造。其結果使得半導體i 接收裝置之光接收區立或之聚光效率提彳，且能夠製造高感 光度之半導體光接收裝置。 特別疋，於電極之圖案形成時進行等方性蝕刻之後進行 上述異方性蝕刻，藉此電極之上部周緣部可加工成越靠上 部越朝向電極之中央部後退’所以能夠有效地確保微細之 電極線寬並擴大上部開口部面積。 【實施方式】 以下，基於圖1及圖2，針對本發明相關之半導體光接收 I置及其製造方法（以下，適當稱為「本發明裝置」及「本 發明方法」）之一實施方式進行說明。又，對於與圖3所例 不之先前之半導體光接收裝置共通之部分及構成要素標記 共通之符號。 如圖1所示，本發明裝置之構成係於p型半導體基板丨（或 形成於半導體基板表面部之P型井丨、以下統稱為半導體基 板1)上形成η型垂直暫存器2、p +型通道擋止層3、n型光接 收區域4、形成於光接收區域4之表面部之p+ +型聚集孔區 域5，及存在於光接收區域4與垂直暫存器2之間之讀出閘極 92067.doc 1244202 部6，更進一步於半導體基板1之表面上形成：閘極絕緣膜 7、包括多晶矽之傳送電極8、層間絕緣膜9、遮光膜1 〇、開 口部Η、形成於遮光膜10上之鈍化膜12、包括形成於鈍化 膜12上之樹脂之平面膜13、濾色片層14，及晶載透鏡15。 於此，作為閘極絕緣膜7，包括例如Si〇2之單層膜（M〇s 構造）’ SSiCVSiN/SiC»2之三層膜（M〇N〇s構造）。閘極絕緣 膜7之膜厚於^〇2之單層膜（M〇S構造）之情況下，宜為例如 5 0 60 nm，於SiOySiN/SiC^之三層膜（MONOS構造）之情況 下，宜為例如 S1〇2·· 10 nm/SlN: 4〇 nm/Si〇2 : 3〇 ㈣（按從 上層到下層之順序之各層厚度），但未必限定於此。 一雖然傳送電極8中有以第1層之多晶石夕層構成之電極與以 第2層之多晶矽層構成者，但於圖丨中僅示出包括一者之多 2矽層之傳送電極8。如圖丨所示，傳送電極8藉由後述之本 方法使肩(上部周緣部）去角成錐狀，成為整體帶有圓 度之开y狀。又，傳送電極8為將電荷傳送到光接收區域4外 之η型垂直暫存器2而從外部施加控制電壓，上述電荷係從 利用入射至光接收區域4之光能量進行光電變換而產生。 層間％緣膜9包括例如BPSG(具有硼與燐之矽玻璃）。遮光 胰1〇由例如鎢形成，蝕刻除去與各光接收區域4對應之部 刀形成有開口部11。開口部11之功能係作為光接收窗口。 此根據圖1所不之本發明裝置，於包含電極8、層間 絕緣膜9及遮光賴之電極部之突起形狀中，藉由將肩部圓 角化’即可增進聚光率並謀求感光度之增進。 又，於傳送電極8具有多層（例如2層）之情況下，例如， 92067.doc 10 1244202 於衣心工序途中之懸浮狀態之 ;/由、、， ％ w 0 <間’由於分別 由傳运電極8間之層間絕緣 μ 能之值$丁 Λ电11屹緣，所以懸浮狀 心之傳运電極8充電時沒 徑。 — 某原因而放出電荷之路 < ’猎由使傳送電極8之剖面形狀帶有圓度，能夠緩 和该懸浮狀態之傳送電極8 ' ^,θ ^ ^ 卜鈿°丨中之電場集中，降低因 心场集中而導致傳送電極8間之絕緣不良之可能性。 接著，使用圖2對本發明方法進行說明。圖2(A)〜⑼表示 於本發明方法之工序途中本發明裝置之主要部分之剖面 圖。 首先，如圖2㈧所示，於半導體基板1藉由離子佈植而形 成傳送用之暫存器2等及通道播止層3,其後，藉由例如選 擇氧化而形成場絕緣臈（未圖示）。接著，加熱氧化半導體基 板1之表面而形成閘極絕緣膜7。又，KM〇N〇s構造之情況 下，藉由Sl〇2/SlN/Sl〇2之三層構造之絕緣膜來構成閘極絕 緣臈7。於該情況下，藉由例如Lp〇咸壓）_CVD(氣相化學成 長）來形成第2層之SlN膜與第3層之Sl〇2膜。圖2(A)表示閘極 絕緣膜7形成後之狀態。 接著，如圖2(B)所示，於閘極絕緣膜7上形成多晶矽層或 金屬矽化物層作為第1層之傳送電極8，而將形成於電極形 成部分之光阻劑20作為掩模進行該第}層之電極層之圖案 形成。首先，藉由等方性蝕刻開始進行該圖案形成。於此， 等方性蝕刻係將例如CF4及〇2氣體作為使用之氣體並保持 於壓力40 Pa，分別混合300 sccrn及120 seem，將藉由微波 激勵而產生之游離基經由導波管而運送至設置有晶圓之腔 92067.doc 1244202 室内，對圖2(B)所示之曰 作堂之溫度設定為例如。 日日W工 ^ , 又，圖2(B)表示等方性I虫刻 結束，接著即將開始異 *万r生㈣ 、乃Γ生蝕刻時之狀態。 接著，如圖2(C)所示，針 ^ ^ , ρ 4 ^ a 卄對4方性蝕刻後之第1層電極 曰稭由已知之異方性齡彳“ μ 乾式蝕刻以相對垂直於半導體基板1 之表面之方式對第i層電極

層進仃蝕刻，使傳送電極δ圖案 化。其後，將例如π从去A

〇2作為使用之氣體並保持於壓力50 pa，分別混合30〇 s ； U 及120 sccm，將藉由微波激勵而產生 ^管而運送至設置有晶圓之腔室内，對圖 士 π之曰Β圓進仃電漿處理’藉此形成傳送電極卜此 日守’對閘極絕緣膜7推#、强 、 、進仃&擇比為例如20以上之保持處理， 以便保持足夠之膜厚。 、，其後二以第1層之傳送電極8作為掩模，進行用來形成水 平暫存二（未於圖！及圖2中示出）之例如轉移部之雜質之離 子打入等，其後，藉由對第1層之傳送電極8之表面部實施 加熱氧化等而形成層間絕緣膜9。 接著如圖2⑼所不，形成包括第2層之多晶碎之傳送電 極8。此時，由於第1層之傳送電極8之肩部為帶有圓度之形 狀’所以於第1層之傳送電極8之上端部與第2層之傳送電極 8之間的電場集中有所缓和，而能夠降低兩電極8、8,之間 之絕緣不良。 a 接者，藉由以包含上述第丨層與第2層之多晶矽層之傳送 電極8、8’為掩模來打入雜質，形成光接收區域4及聚集孔區 域5，其後，藉由氧化4Lp-CVD而於第2層之傳送電極…上 92067.doc 12442〇2 形成層間絕緣膜9。 朵接者，於本發明裝置之表面上全面形成例如鎢構成之遮 :10。然後’於遮光獏1〇上選擇性形成例如光阻劑膜， "光阻相作為掩模選擇性#刻遮光膜1 G，藉此於光接 =域4上形成開口利，更進—步於未圖示的部分，藉由 緣膜7除去氧化膜，使半導體基板1之光接收區 1 ^分之表面露出；上述氧化膜係藉由開口部叩之閉極 5緣膜7或第2層之傳送電極8,形成後進行氧 Μ 形成者。 /錢、，藉由與先前同樣之方法，形成鈍化膜12、平坦化 膜13、濾、色片層14及晶載透鏡15，從而製成本發明裝置。 根據圖2(Α)〜(D)所示之本發明方法，能夠製作將 傳送電極8之上部周緣部（肩部）加工成錐狀且帶有圓度之圖 所：的剖面形狀之本發明裝置。又，於圖艸，簡化糾 曰與第2層之傳送電極8、8，，而用^層進行圖示。 _ 又，於本發明裝置及本發明方法十，於多晶矽僅有1層之 、況下：無需形成第2層之傳送電極8、雖然於CM0S型固 :攝像凡件中’多晶以多為1層，但於CCD型固體攝像元 」為層疊有2層之構造。於多晶矽為2層之情況下， f上述貫施方式中，雖然將第1層之傳送電極8之上部周緣 部（肩部）加工成錐狀，但對於第1層之傳送電極8,亦可以如 同先前，對側壁部進行相對於半導體基板ι垂直地登立之異 f度#刻’而對於第2層之傳送電極8，，則將上部周緣部（肩 部）加工成錐狀。又，對於第1層與第2層之兩者之傳送電極 92067.doc 1244202 ，亦可將上部周緣部（肩部）加工成錐狀。 '形狀 中所說 本毛明裝置不限於上述實施方式中所說明之構造 及尺寸等。又，本發明方法也不限於上述實施方式 明之工序及處理條件等。 、如以上詳細說明上述，根據本發明，藉由使與光接收區 域鄰接之傳送電極之肩部圓角化，就能增進聚光率，並处 夠謀求各光接㈣域之感光度之增進。又，根據本發^ 當傳送電極具有多層之情況τ，亦可改善料之傳送電極 之間因電場集中所造成之絕緣不良。 以j依據較佳具體實施方式對本發明進行說明，然精通 此技蟄之人士得於不悖離本發明之精神及領域之情況下進 行種種變更及改進。本發明乃限定於以下^專^圍中。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明相關之半導體光接收裝置之一實施方 式之構造之剖面圖。 - 圖2A〜D係表示用以說明本發明相關之半導體光接收裝 置之製造方法之一實施方式之處理過程之工序途中，半導 體光接收裝置之主要部分之剖面圖。 圖3係表示先前之半導體光接收裝置之構造例之剖面圖。 【主要元件符號說明】 1 半導體基板 η型垂直暫存器 Ρ+型通道擋止層 η型光接收區域 92067.doc 聚集孔區域 讀出閘極部 閘極絕緣膜 傳送電極 層間絕緣膜 遮光膜 開口部 鈍化膜 平坦化膜 濾色片層 晶載透鏡 -15-

Claims (1)

1244202 十、申請專利範圍： 1. -種半導體光接收裝置，其包括：形成於半導體基板之 光接收區域；及形成於上述半導體基板上之上述光接收 區域周邊部之電極’其係、用於將藉由光電變換而於上述 光接收區域產生之電荷傳送至上述光接收區域外； 上述電極周緣部之一部分或全部係加工成越自上述 半導體基板遠離則越朝向上述電極之中央部後退。 2. 如申請專利範圍第丨項之半導體光接收裝置，其中上述 電極之上部周緣部係加工成越自上述半導體基板遠離 則越朝向上述電極之中央部後退。 3. -種半導體光接收裝置之製造方法，上述半導體光接收 裝置係包含：形成於半導體基板之光接收區域；及形成 於上述半導體基板上之上述光接收區域周邊部之電 極，其係用於將藉由光電變換而於上述光接收區域產生 之電荷傳送至上述光接收區域外； 〜 於上述電極之圖案形成時，至少個使用一次等方性蝕 刻與異方性蝕刻之兩種蝕刻。 4. 5. 如申請專利範圍第3項之半導體光接收裝置之製造方 法，其中於上述電極之圖案形成時，於進行上述等方性 钱刻之後進行上述異方性蝕刻。 如申請專利範圍第3或4項之半導體光接收裝置之製造 方法，其令藉由包含sf4、CF4、CHF” CH2F2、a, C2F6、C4F8、C5F8中至少一種氣體與Ar、N2、〇2中至少 -種氣體之游離基而進行上述電極之上述等方性蝕刻。 92067.doc