TWI270216B - Photo diode, solid imaging device, and their fabrication method - Google Patents
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Description
1270216 九、發明說明： 【發明所屬之技術領滅】 本發明係有關於一般半導體裝置，特別是有關於一種 用以構成CMOS(互補金氧半導體)之光電二極體、固體拍攝 5 裝置及其製造方法。 L mr ]1 目前，C Μ 0 S拍攝元件已廣泛利用在附有相機之行動電 話機或數位攝影機等裝備上。CM0S拍攝元件係與 攝7L件相較下構造較為簡單，具有可便宜製造之理想特徵。 10 第1圖係顯示如此CMOS拍攝元件100之構造者。 參考第1圖，CMOS拍攝元件1〇〇係具有多數光接收元件 10排列成行列狀之光接收區101A，對前述光接收區1〇1八中 之母一光接收元件10有選行電路1〇1]3及訊號讀出電路 ioic—起作動。在此，前述選行電路1〇1]8係選擇重設控制 15線RST及選擇控制線SEL，另一方面，前述訊號讀出電路 101C係朝重設電壓線VR供應重設電壓，並讀出由訊號讀出 線SIG輸出且來自像素之訊號電壓。 弟2圖係頒示第1圖之CMOS拍攝元件1 〇〇中所使用之一 個像素的光接收元件1〇之結構者。 20 參考第2圖，光電二極體l〇D係以藉前述重設控制線 RST上之重設訊號控制之重設電晶體1〇B為中介，而與一與 前述重設電壓線VR相連接俾供給預定重設電壓之電源端子 10A之逆偏壓方向相連接，使得前述光電二極體1〇]〇中藉光 照射形成之光電子係藉由前述電源端子10A之電源電壓驅 5 1270216 動且形成一電源隨動電路之讀出電晶體10F，進行電壓變換 後予乂輸出5亥輪出係藉一與前述讀出電晶體10F串聯而以 丽述選擇控制線SEL上之選擇控制訊號控制之選擇電晶體 10S，輸出於前述訊號線SIG上。 5 弟3A圖係顯示依本發明關聯技術之相關CMOS拍攝元 件所使用之光電二極體1〇〇〇之結構俯視圖；第犯圖係顯示 前述光電二極體之X — X，線之剖視圖。第3A、3B圖之光電 二極體100D係使用作為第2圖之CMOS像素元件丨〇中之光 電二極體10D。 10 參考第3A、3B，前述光電二極體100D係形成在p型矽 基板111上’前述p型矽基板ln上形成有藉LOCOS法形成之 元件分離絕緣膜112及其下方之p型通道阻擋區U2A界定光 電二極體10D之元件區。又，前述元件區中形成有一作為光 接收區之rT型之擴散區111A。 15 前述光電二極體100D作動時，前述光接收區111A中藉 逆偏壓，形成空乏層，使前述光接收區111A所形成之光電 子到達訊號電極，而形成一光訊號。此時，為提高光電二 極體之靈敏度，且因熱電子釋放所造成之暗電流產生抑制 到最小限度，又，為了不使所形成之光電子在途中被捕獲 20 而消滅，或者是不使熱電子釋出而混入光電子，因此前述 光接收區111A須要具有極低之缺陷濃度。 為此，在第3A、3B圖之結構中，前述光接收區111A與 LOCOS氧化膜112間形成有p型之防護環112B，俾使前述ιΓ 型光接收區111Α避免直接接觸於前述元件分離絕緣膜112 1270216 ^面者。進而’ 4达⑦基板1U之表面部分，即前述光接 品11A之表面部分亦形成有p型屏蔽層mD，藉此，便 可避免前述光接收wnA露出於含有缺陷之石夕基板⑴之 表面者。 5 進而，在前述光接收區1HA之表面部分中的一部分 上，在被前述p型屏蔽層111D包圍之狀態下，形成有一 n + 型擴散區111C，使之作為與訊號電極接觸之接觸層，但該n 型擴散區111C一般含有高濃度之缺陷，因此前述n—型光接 收區U1A中形成一覆蓋前述接觸層me之η型擴散區 111Β便可避免鈾述光接收區111八與11+型接觸層Η〗間之直 接接觸。 進而，前述矽基板111之表面上形成有熱氧化膜113， 其上進而形成有CVD氧化膜114，前述CVD氧化膜114上形 成有層間絕緣膜115，但前述層間絕緣膜115中形成有與前 15述接觸層1110接觸之通道栓塞116,前述層間絕緣膜115上 形成有與前述通道栓塞116接觸之訊號電極117。 第4圖係第3B圖之n型擴散區1118近旁之放大示意圖。 參考第4圖，由前述ρ型矽基板111與11-型光接收區ηΐΑ 之接面ΡΝ】延伸形成之空乏區實質上是存在於前述光接收 20區111Α整體上，且“則領域中之空乏區的端部Α係迄至於前 述η型擴散區111Β。又，由前述^型光接收區型屏 蔽層111D間之接面ΡΝ2延伸形成之空乏區係與由前述接面 延伸形成之空乏區成為一體之狀態，端部B、c係形成 於前述屏蔽層111D中與前述光接收區111Α之接面卩凡之近 1270216 旁者。 接著，前述接觸層me係須於與通道栓塞116間實現一 良好^歐姆接面，為此，前述接觸層⑴⑽換雜到呈高濃 度狀t。此外，如此摻雜到高濃度時，接觸層⑴c中很容 5易產生轉位等之缺陷D，為此，前述空乏區延伸形成，如第 4圖所示，其端部A超過缺陷〇，捕獲前述空乏區所發生之 光電子等之载子，便產生漏電流。又，前述高濃度接觸層 111C與P型屏叙層111D之間形成有極大電場，在該部分中， 亦各生今易產生漏電流之問題。如此漏電流形成暗電流， 10降低光電二極體之靈敏度。 包抓 進而，在第4圖之關連技術中，相對於前述通道拾夷116 之徑，大大形成接觸層me，使之確保相對於對準^土差之 空間，但未形成空之區之接觸層lllc、或只有部分被空乏 區侵入之η型區111B與光之接收無關，因此為了提昇光電二 15極體10D之光電轉換效率，因此必須盡可能地減少其等部位 對此，第5圖係顯示專利文獻i與專利文獻2所揭示之習 知光電二極體刪之結構。惟，第5圖中對與先前說明之二 分相對應之部分附與同一參考符號，省略說明。又第$圖 2〇中，只將必須說明之部分示於圖中，其餘之部分則省略圖 示0 荼考第5圖，在光電二極體1〇〇£中，形成前述〇型擴散 區111Β，且呈包覆前述^型接觸層mc之狀態，結果使得 來自未於圖中所示之接面ΡΝι之空乏區延伸實質上被前述η 8 1270216 型擴散區111B阻止，不會到達含有缺陷之接觸層咖者。 又’形成在前述屏蔽層111〇與11型擴散·1ιιβ間之界面上之 空乏區係心前述層111BA111D之摻雜物濃度極二面^ 被封鎖在前述界面近旁，不會到達接觸 二 。又，前述n 型接觸層me與ρ型屏蔽層_之間有一推雜物濃度較 前述n+型接觸層111C還低之η型擴散區1116介於其中，^此 可抑制接觸層me與屏蔽層111D之間漏電流之產生。
10 15
按此’第5圖之結構可減少暗電流，還可展現優異之效 果，但前述η型擴散區111B延伸形成到p型屏蔽層111〇之下 方，為此，由前述接面PNl延伸之空乏區範圍便受到限制， 有光電轉換之效率降低之問題存在。又，依如此構造，不 管再如何提昇圖案化精度，使接觸層111(：更加微細，但只 要不減少前述擴散區Π1Β之大小，亦無法提昇前述光電轉 換之效率。不過，只要前述擴散區111B是形成為與前述屏 蔽層111D之下面相接之狀態，前述擴散區niB之微細化仍 受限。
專利文獻1:日本公報公報特開2000_312024號 專利文獻2:同特開2004-312039號 【發明内容]I 本發明係於一觀點上提供一種光電二極體，其係形成 於石夕基板上者，包含有：光接收區，係藉形成於前述矽基 板表面且可形成？11接面之第1導電型擴散區所構成者；中間 區’係由形成於前述矽基板表面且包含在前述光接收區之 前述第1導電型擴散區所構成者；接觸區，係由形成於前述 9 1270216 矽基板表面且包含在前述中間區之前述第1導電型擴散區 所構成者；及，屏蔽層，係由形成於前述矽基板表面中位 於前述中間區還外側之部分之第2導電型擴散區所構成 者，以及，電極，係與前述接觸區相接觸者；且，前述屏 5 蔽層係與用以構成前述中間區之擴散區之側端部相對向 者。 [發明之效果] 依本發明，藉將前述屏蔽層形成在距離前述矽基板表 面之前述中間區還外側之部分且使前述屏蔽層與前述中間 10 區之側端部相面對者，便可使前述中間區配合前述接觸區 之微細化而呈微細化之狀態，可增加光接收區之體積。藉 此，可提昇光電二極體之光電轉換效率。此時，在本發明 中，前述接觸區係形成與形成在前述矽基板上之絕緣膜中 之接觸窗做自行匹配之狀態，因此，一面使形成在前述接 15 觸窗之電極及接觸區相匹配，一面可隨意地將前述接觸區 微細化者。又，依本發明，藉前述中間區包覆含有高濃度 缺陷之接觸區，因此即使空乏區由前述pn接面延伸過來， 亦使空乏區不侵入接觸區’可有效地抑制漏電流產生者。 [圖式簡單說明] 20 第1圖係顯示固體拍攝裝置之整體結構圖。 第2圖係顯示第1圖之固體拍攝裝置中1個像素之電路 結構圖。 第3A圖係顯示依本發明關連技術之光電二極體之俯視 圖。 10 1270216 第3B圖係顯示依本發明關連技術之光電二極體之剖視 圖。 第4圖係顯示第3B圖之剖視圖的擴大示意圖。 第5圖係顯示習知光電二極體之剖視圖。 5 第6A圖係一俯視圖，顯示本發明第1實施形態之固體拍 攝元件之1個像素之結構者。 第6B圖係一俯視圖，顯示用以構建一與本發明第1實施 形態之固體拍攝元件一起作動之CMOS元件之η通道MOS 電晶體者。 10 第6C圖係一俯視圖，顯示用以構建一與本發明第1實施
形態之固體拍攝元件一起作動之CMOS元件之ρ通道MOS 電晶體者。 第7A圖係顯示第6A圖之固體拍攝元件所使用之光電 二極體之結構剖視圖。 15 第7B圖係顯示第6A圖之固體拍攝元件所使用之η通道 MOS電晶體之結構剖視圖。 第7C圖係顯示第6Β圖之η通道MOS電晶體之結構剖視 圖。 第7 D圖係顯示第6 C圖之ρ通道Μ Ο S電晶體之結構剖視 20 圖。 第8Α圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其1)之示意圖。 第8Β圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其2)之示意圖。 11 1270216 第8C圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其3)之示意圖。 第8D圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其4)之示意圖。 5 第8E圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其5)之示意圖。 第8F圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其6)之示意圖。 第8G圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 10 製造方法（其7)之示意圖。 第8H圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其8)之示意圖。 第81圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其9)之示意圖。 15 第8J圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其10)之示意圖。 第8K圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其11)之示意圖。 第8L圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 20 製造方法（其12)之示意圖。 第8M圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其13)之示意圖。 第8N圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其14)之示意圖。 12 1270216 第80圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其15)之示意圖。 第8P圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其16)之示意圖。 5 第8Q圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其17)之示意圖。 第8R圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其18)之示意圖。 第8S圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 10 製造方法（其19)之示意圖。 第8T圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其20)之示意圖。 第8U圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其21)之示意圖。 15 第8V圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其22)之示意圖。 L實施方式3 第6A〜6C圖係顯示本發明第1實施形態之固體拍攝元 件20之結構俯視圖；第7A〜7D圖係顯示第6A〜6C圖中、沿A 20 — A/線、B —B'線、C —CT線及D —π線處之剖視圖。其中， 第6A圖係顯示前述固體拍攝元件20之整體結構之俯視圖； 第6B、6C圖係個別顯示：未示於第6A圖之俯視圖中用以構 成與前述固體拍攝元件20—起作動之CMOS邏輯元件之η通 道MOS電晶體及ρ通道MOS電晶體之俯視圖。 13 1270216 苓考第6A圖及第7A圖，固體拍攝元件2〇係對應於前面 第2圖所不之光接收元件之等效電路圖，光電二極體1〇D及 重设電晶體10B係與用以構成電源端子1〇A之佈線圖案串 聯。進而，前述電源端子10A上串聯有用以供給來自前述光 5電一極體1〇〇之光訊號之讀出電晶體10F及藉選擇訊號SEL 活化(啟動）之選擇電晶體i〇S。 月|J述光電二極體10D係形成在藉以locos法形成在卩 型矽基板21上之元件分離絕緣膜22所界定的元件區3〇，該 元件區30中形成有it型之光接收區21 a。 10 更具體而言，如第7A圖之剖視圖所示，前述p型矽基板 21中，與以前述元件分離絕緣膜22界定之元件區3〇相對應 而形成有ιΓ型光接收區21A，前述元件區30的表面形成有p 型屏蔽層21D。 進而，在前述元件分離絕緣膜22之下形成有ρ型通道阻 15擋區22Α’且藉此於前述元件分離絕緣膜22之下由側方包圍 鈾述光接收區21Α，進而，沿前述元件分離絕緣膜22之内周 幵y成有ρ型防護ί哀22Β ’藉此便可阻止前述光接收區21Α與 元件分離氧化(絕緣)膜22直接接觸者。前述光接收區21八係 於其下端與Ρ型矽基板21間形成有pri接面，又，在與前述ρ 20型屏蔽層21D之間形成pn接面。 進而’前述光接收區21A形成有一與前述ρ型屏蔽層 21D之導電型抵銷且與前述石夕基板21之表面相接之微細的η τ型接觸區21C，並形成有一同樣與前述ρ+型屏蔽層210之 導電型相抵銷且可包覆前述接觸區21C之η型中間區21Β。 14 1270216 即，丽述中間區21B之η型摻雜物元素之濃度及電子密度係 比前述光接收區21Α還高，前述接觸區21Cin型摻雜物元 素之濃度及電子密度則比前述中間區21B還高。 在此，前述中間區21B係形成與前述矽基板21之表面相 5接之狀悲，因此前述屏蔽層21〇在前述中間區21]8之外側形 成與前述中間區之側端部相接觸之狀態者。藉該結構，在 本具施例中，可阻止前述p型屏蔽層2id與接觸區21C：之直 接接觸，使得由前述矽基板21與光接收區21Aipn接面延伸 之空乏區係可阻止來自前述中間區21B更進一步之延伸，不 10會到達前述接觸區21C。藉此，可抑制因前述接觸區21C之 缺陷所引起之漏電流產生，且抑制暗電流。又，在前述p型 屏蔽層21D與n+型接觸層21C之間設有濃度居中之中間區 21B，因此亦可抑制因陡峭之卯接面所引起之漏電流產生 者。 15 進而，在第6A及7A圖之結構中，前述中間區係形 成為與包圍該區之p型屏蔽層21D之側端部相接者，例如使 前述接觸區21C之微細化並將前述中間區2]^微細化時，便 可自由地增加前述光接觸區21A之有效體積，提昇光電二極 體之光電轉換效率者。 w〇 在前述石夕基板21之表面上進而依序形成有熱氧化膜等 之絕緣膜23A、23B，在前述絕緣膜23B上，以CVD氧化膜 24為中介而形成有層間絕緣膜25。
進而，前述層間絕緣膜25中形成有用以使前述石夕基板 21中之别述接觸區21C露出之接觸窗25 A，前述接觸窗25 A 15 1270216 系形成有:Μ·兩述接觸區2ic做歐姆接觸之w等導電性栓 塞26。，而」前述層間絕緣膜％上形成有佈線圖案π。 /、人，考第6A圖及第7B圖，說明作為選擇電晶體i〇s 使用之η通道则電晶體之結構。又，同樣結_亦可適用 5在重没電晶體10Β及讀出電晶體i〇f。 茶考第6Α圖及第7糊，在前述石夕基板^上，藉前述元 件分離氧化膜22界定之元件區财形成知型井區4ia，前 • 切基板21上並以層疊有前述絕緣膜23A、观之閘極絕緣 膜42為中介，對應於通道區而形成有閘極们。 0 4述閘極43係載持有側壁絕緣膜，進而在前述p型井區 41A中鈾述閘極43之各外側形成有包含『型匕^^區之^型 源區41S及包含η型LDD區之η型汲區41D，在前述源區4is 及汲區41D之表面形成有矽化物層41%。 進而，前述矽基板21上形成有前述層間絕緣膜25，且 15使之覆蓋前述閘極43者，前述層間絕緣膜25中形成有由W 馨 構成之‘黾性栓基45A，使之以石夕化物層41 sc為中介而與前 述源區41S及汲區41D接觸者，又，前述層間絕緣膜25上形 成有與前述導電性栓塞45A接觸之佈線圖案47。 ，其次，參考第6B圖及第7C圖，說明與第2圖之光接收 20 元件一起作動而構成CMOS邏輯電路之前述η通道MOS電 晶體之結構。 參考第6Β圖及第7C圖，前述矽基板21上藉前述元件分 離氧化膜22分隔（界定）之元件區6〇中形成有ρ型井區μα， 並於前述矽基板21上，以由前述絕緣膜23Β構成之閘極絕緣 16 1270216 膜62為中介且對應通道區而形成有閘極63。 前述閘極63係載持有側壁絶緑膜，進而，前述p型井區 61A中於前述閘極63之各外側形成含有η-型LDD區之η型源 區61S及含有ιΓ型LDD區之η型汲區61D，前述源區61S及汲 5 區61D之表面形成有石夕化物層61sc。 進而，前述矽基板21上形成有前述層間絕緣膜25，且 使之覆蓋前述閘極63者，前述層間絕緣膜25中形成有由W 構成之導電性栓塞65A、65B，使其等各以矽化物層61sc為 中介而與前述源區61S及汲區61D接觸者，又，前述層間絕 10緣膜25上形成有與前述導電性栓塞65A、65B接觸之佈線圖 案 67A、67B。 其次，參考第6C圖及第7D圖，說明與第2圖之光接收 元件一起作動而構成CMOS邏輯電路之前述p通道MOS電 晶體之結構。 15 參考第6C圖及第7D圖，前述石夕基板21上藉前述元件分 離氧化膜22分隔之元件區80中形成有η型井區81A，並於前 述矽基板21上，以由前述絕緣膜23Β構成之閘極絕緣膜82 為中介且對應通道區而形成有閘極83。 前述閘極83係載持有側壁絶緣膜，進而，前述η型井區 20 81Α中於前述閘極83之各外側形成含有ρ-型LDD區之ρ型源 區81S及含有ρ—型LDD區之ρ型汲區81D，前述源區8以及汲 區81D之表面形成有石夕化物層8isc。
進而，前述矽基板21上形成有前述層間絕緣膜25，且 使之覆蓋前述閘極83者，前述層間絕緣膜25中形成有由W 17 1270216 構成之導電性栓塞85A、85B，使其等各以矽化物層81%為 中介而與前述源區81S及汲區81D接觸者，又，前述層間絕 緣膜25上形成有與前述導電性拴塞85A、85B接觸之佈線圖 案 87A、87B。 5 [第2實施形態] 其次’參考第8A〜8U圖’針對作為本發明之第2實施形 態之前述元件區30、40、60、80之每一區，說明第6A〜6C 圖之固體拍攝元件之製造步驟。 在第8A圖之步驟中，藉LOCOS法，在p型矽基板21上 10形成有厚度為3〇〇nm之元件分離氧化膜22，區隔出元件區 30、40、60、80。可使用諸如形成有1〇ncm〜1〇〇ncm之電 阻率且厚度5 // m〜12 // m之矽磊晶層作為前述？型矽基板 21 ° 其次，在第8B圖之步驟中，在第8A圖之構造中形成有 15僅使前述元件區60露出之光阻圖案IU，以前述光阻圖案R1 為遮敝，隶初在250keV之加速電壓下以 5xl〇13cm·2之摻雜量、其次在60keV〜1〇〇keV之加速電壓下 以 lxl012cm_2〜lxl〇13cm_2之摻雜量、進而在 15keV〜4〇keV·^ 加速電壓下以lxl〇12cm2〜lxl〇i3cm·2之摻雜量，進行B +離 20 子之離子植入，在前述元件區60形成p型井區61A。 接著，在苐8C圖之步驟中除去前述光阻圖案R1後，在 第8B圖之構造中形成有僅使前述元件區4〇露出之光阻圖案 R2。進而，以前述光阻圖案r2為遮蔽，最初在25〇]^^/一 600keV之加速電壓下以]xl〇i3cm-2〜5xl〇13cm_2之摻雜量、其 18 1270216 次在敝eV~HX)keV之加速電壓下以lxiQl w〜Μ。％ 2 之㈣里、進而在15keV~4〇keV之加速電壓下以 之摻雜量，進行前述β +離子之離子植入， 在前述元件區40形成p型井區41八。 又在第8C圖之步驟中，前述通道阻撞區22八係與前 =井區41A同時形成在前述元件分離氧化膜22之下。又，在 第8C圖之步驟中’亦可在形成前述井區41八時同時形成前 述井區61A者。 其次，在第8D圖之步驟中除去光阻圖案尺議，在第8B 10圖之構造中形成有使前述元件區8〇露出之光阻圖細。進 而，以前述光阻圖案R3為遮蔽，最初在4〇〇keV〜1〇〇〇keV之 加速電壓下以lxl0i3cm-2〜5xl〇13cm-2之摻雜量、其次在 UOkeV〜300keV之加速電壓下以 lxl〇12cnr2〜lxl〇13cm_2之 摻雜量、進而在30keV〜100keV之加速電壓下以1χ1〇12 cm〜ixl〇 3cm2之摻雜量，進行广離子之離子植入，在前 述元件區80形成η型井區81A。 其次，在第8E圖之步驟中，除去前述光阻圖案R3，對 刖述矽基板全面進行熱氧化處理，在前述元件區3〇、4〇 ' 中述石夕基板21之表面上形成厚度諸如5nm之熱氧化 20 膜23a。 其次，在第8F圖之步驟中，在第8E圖之構造上形成一 使如魂元件區60及80露出之光阻圖案，以前述光阻圖案 R4為遮蔽，由前述元件區60及80除去前述熱氧化膜23A。 其次，在第8G圖之步驟中，除去前述光阻圖案R4，再 19 1270216 次對石夕基板全面進行熱氧化處理，在前述元件區6〇、8〇中 在前述矽基板21之表面形成厚度諸如5nm之熱氧化膜 23B，各作為閘極絕緣膜62及82。又，在該熱氧化處理步驟 中，在岫述元件區30及40中在前述熱氧化膜23A上成長前述 熱氧化膜23B，使於前述元件區40中形成閘極絕緣膜42。 其次，在第8H圖之步驟中，在第8(}圖之構造上沉積聚4匕， 10 15 2〇 石夕膜膜厚有諸如15〇nm〜200nm者，進而，對此進行 在W述元件區4〇中在前述閘極絕緣膜42上形成閤楝43， 在前述元件區60中在前述閘極絕緣膜62上形成閛择63， 在幻述元件區80中在前述閘極絕緣膜82上形成ff1棟8 ‘其次，在第81圖之步驟中，在第811圖之構造上形成^ :述元件區40露出之光阻圖案R5，以前述光阻_〆為二 敝，在小於2〇keV之加速電壓下，以lxl〇13cm.2—1?<l〇l4c111 ^摻雜量進行P+離子之離子植入，在前述元㈣4〇中 甲極43兩側形成η型LDD區41s、41d 〇 其次，在第關之步驟中除去前述光阻圖#5，進: 蔽，於圖中顯示，以露出前述元件區6〇之光一 #為二 上在小於2〇keV之加速電壓下以lxi〇13cm-2〜i>a〇l4c111二 間1量進行P+料之料植人，麵述元純〆於前二 63的兩側形成η型LDD_s、6ld。進而 ^去月 述光 WCI。進阳，芦’产 蔽，β案’以再次露出前述元件區8〇之光隊_赛 小於15keV之加速電壓下以5_%-2〜7xl〇l4Cl 乂 4 Ϊ進行B1V料之離子植人，在前狀件㈣中於二 別之兩側形成p型LDD區81s、8ld。又，形成前述β % 20 1270216 區61s、61d之步驟係亦可與前述第幻圖之步驟同時進行。 又，依預期之電晶體特性，亦可省略前述乙]〇13區618、61d 或81s、81d之形成步驟。又，同樣，亦可省略匕〇]〇區413、 41d之形成步驟者。 5 其次，在第8K圖之步驟中，在前述第8J圖之構造上， 形成露出W达兀件區30即光電二極體1〇D之形成區之光阻 圖案R6，以蝻述光阻圖案R6為遮蔽，在3〇〇keV〜5〇〇keV之 加速電壓下以SxloUcm·2〜ixi〇i3cm-2之摻雜量進行p+離子 之離子植入，形成前述η-型之光接收區21A。進而，在第8K 1〇圖之步驟中，以前述光阻圖案R6為遮蔽，在小於20keV之 加速電壓下以lxl〇12cm-2〜5xl〇i3cm-2之摻雜量進行B +之離 子植入，在前述光接收區21A之表面形成p型屏蔽層2113。 進而，在第8L圖之步驟中，除去前述光阻圖案R6，進 而形成有光阻圖案R7，使前述元件區3〇中前述元件分離絕 15緣膜22之内周部露出者。進而，以前述光阻圖案R7為遮蔽， 在50keV〜lOOkeV之加速電壓下以lxl〇i2cm-2〜5xl〇13cm-2之 摻雜量進行B +離子之離子植入，形成可包圍前述光接收區 21A之p型防護環22B。 其次，在第8M圖之步驟中除去前述光阻圖案]^7，形成 2〇可露出雨述元件區30中與前述中間區21B相對應之部分之 光阻圖案R8。進而，以前述光阻圖案R8為遮蔽，在3·ν〜 l〇〇keV之加速電壓下以5xl〇〗2cm_2〜lxl〇15cm_2之摻雜量進 行P #子之邊子植人，在前述η—型光接收區21A中以較前 述光接收區21八逛高之摻雜物濃度形成11型中間區21]5。 21 1270216 進而，在第8N圖之步驟中除去前述光阻圖案則，在前 述矽基板21上一樣沉積形成厚度諸如1〇〇nmiCvD氧化膜 24，連同前述元件分離絕緣膜22在内覆蓋前述元件區扣、' 40、6〇、80。進而，在第8N圖之步驟中，在前述CVD氧化 膜24上形成可使前述元件區4〇、6〇、8〇露出之光阻圖案則， 在W述兀件區40、60、80中對前述㈣氧化膜以進行回姓 刻，而在前述閘極43、62、83形成側壁絕緣膜。 其次，在第80圖之步驟中除去前述光阻圖案尺9，進而 形成可使前述兀件區40、60露出之光阻圖案R1〇。進而，以 1〇前述光阻圖案Rl〇為遮蔽，在50keV以下之加速電壓下以 lxl015cm_2〜5xl015cm·2之摻雜量進行As +離子之離子植入， 使得位於前述元件區40裡前述p型井區41A中，於前述閑極 43之側壁絕緣膜之兩側形成n型源區41S及汲區，又，位 於兀件區60裡前述p型井區61A中，在前述閘極幻之側壁絕 15緣膜之兩侧形成η型源區61S及汲區61D。 φ 其次，在第8Ρ圖之步驟中除去前述光阻圖案尺10，進 而，形成可使前述元件區80露出之光阻圖案Ru。進而，以 丽述光阻圖案R11為遮蔽，在小於1〇keVi加速電壓下以 lxl015cm·2〜5xl015cm·2之摻雜量進行B +離子之離子植入， 20結果在前述閘極83之側壁絕緣膜之兩側形成p型源區81S及 >及區81D。 其次，在第8Q圖之步驟中漸次地將光阻圖案RU除 去，進而藉濺鍍法而在前述元件區3〇、4〇、6〇、8〇上一樣 沉積Co膜約l〇nm之膜厚，進而，在諸如氮氛圍中，以5〇〇 22 1270216 。(：進行3〇秒鐘的熱處理，在前述源區41S及汲區41D的表面 形成矽化物層41sc、在前述源區61S及汲區61D的表面形成 石夕化物層61sc、在前述源區81S及汲區81D的表面形成石夕化 物層81sc。又，同樣的矽化物層亦形成在閘極43、63、83 5 上。此外，在前述元件區30上，由於藉氧化石夕膜23A、23B 及24覆蓋石夕基板表面’因此不會發生石夕化物的形成。 進而，在第8R圖之步驟中，在前述第gQ圖之構造上藉 電漿CVD法形成前述層間絕緣膜25諸如1500nm之厚度。進 而藉CMP法將所形成之層間絕緣膜25平坦化，令膜厚設定 在約lOOOnm者。
2〇 其次，在第8S圖之步驟中，在前述層間絕緣膜25上形 成有-與前述元件區3G中之接觸層21c相對應之開口部之 先阻圖案R12’以前述光阻圖案R12為遮蔽，依序對前述層 間絕緣膜25及其下之氧化膜24、23β及23a，形成—可使形 成有前述中間區21B之魏板21的表面露出之接觸窗Μ。 具^ ’在弟8T圖之步驟中除p、+、τ α Α甲除去則返光阻圖案Rl2，以該 曰間絕緣膜25為遮蔽，在小於15_之加mm 1 之摻雜量進行p+離子之離子植入。 進而，例如在氮氛圍中，藉 執 _ C之溫度進行3〇秒鐘的 ^理，以於前述η型中間區2ΐβ中形成有前述n+型接觸層 又，含有該熱處理步驟即迄 柯的步驟中植入之摻雜物元件係擴散在::二:中’在先 结果使前述光接收區21A係形、板21中， 月J述矽基板21之表面 23 1270216 分布到1.0//m〜1.5// m之深之深度範圍之狀態，前述中間區 21B係形成為由前述石夕基板21之表面分布到〇.2 v m〜〇.7 // m 之深之深度範圍之狀態，又，前述接觸層21C係形成為由前 述石夕基板21之表面分布到〇.〇5 // m〜0.2 // m之深之深度範圍 5 之狀態。在此，前述中間區21B係形成比前述接觸層2ic還 深’又’兩述光接收區21A係形成比前述中間區21 b還深者。 進而，藉迄今之熱處理步驟，前記p型通道阻播區22A 係形成為由前述矽基板21之表面分布到ι·2 a my.7 # 深的深度範圍之狀態，而前述屏蔽層21D則形成為由前述石夕 10 基板21之表面分布到0.05// m〜0.3 // m之深之深度範圍之狀 態者。在此，前述中間區21B係形成比前述屏蔽層21D還深 者。進而，前述p型防護環22B係形成在比前述元件分離絕 緣膜22還深之位置者。 進而，在第8U圖之步驟中，在第8T圖之構造上將光阻 15圖案R13形成為：在前述元件區40中具有與前述源區41S相 對應之光阻開口部之狀態、前述元件區60中具有與前述源 區61S及前述汲區61D相對應之光阻開口部之狀態、又，前 述元件區80中具有與前述源區81S及汲區81D相對應之光阻 開口部之狀態；進而，以前述光阻圖案R13為遮蔽而對前述 20層間絕緣膜25進行蝕刻，以於前述層間絕緣膜25中形成·· 在前述元件區40中使前述源區41S露出之接觸窗45a、前述 元件區60中使前述源區61S及汲區61D露出之接觸窗65a、 65b、又，在前述元件區80中使前述源區81S及汲區81D露出 之接觸窗85a、85b者。 24 1270216 進而，在第8V圖之步驟中，在前述接觸窗乃八、45&、 65a、65b、85a、85b填入W等之導電材料，形成導電性栓 塞26、45A、65A、65B、85A、85B。 如此，在本發明中，在與形成有前述導體栓塞26之接 5觸窗25A自行匹配之狀態下形成前述接觸層21c，在接觸層 21C與導體栓塞26間不產生對準誤差，且可對應前述接觸窗 25A之微細狀態而隨意地微細化。此時，在本發明中，可在 可確保對於前述接觸層21C之對準精度之範圍内將前述中 間區21B微細化’且可將不促成光電轉換之中間區2ib對於 10 光接收區21A之比例形成最小者。 又，此時，依本發明，含有多量缺陷之接觸層21C係藉 中間區21B使側端部及底部連續覆蓋，前述光接收區21A中 所形成之空乏區不會到達前述接觸層21C中之缺陷，抑制成 為暗電流之漏電流的產生。 又’依本發明’在别述業經接雜尚濃度之接觸層21C 與屏蔽層21D之間夾設有中間區21B，因此在與接觸層21C 與屏蔽層21D之間沒有南電場產生，亦可抑制接觸層21c與 屏蔽層21D間產生漏電流。 藉此，依本發明之固體拍攝元件係具有優異的靈敏度 20 及光電轉換效率。 以上說明係針對别述光接收區21A為具有η型導電裂之 形怨進行者，但前述光接收區21Α為具有ρ型導電型時，亦 只是逆轉上述導電型即可，上述說明仍可照樣採用。 以上，就較佳實施例說明了本發明，但可在本發明之 25 1270216 申請專利範圍所揭示之旨趣内可做各式各樣的變形及變 更。 [產業可利用性] 依本發明，將前述屏蔽層形成在前述矽基板表面中離 5 開前述中間區還外側之部分，且使前述屏蔽層形成與前述 中間區之側端部相對向之狀態時，可令前述中間區配合前 述接觸區之微細化而呈微細化之狀態，且可使光接收區之 體積增加。藉此，提昇光電二極體之光電轉換效率。此時， 在本發明中使前述接觸區形成為與前述矽基板上所形成之 10 絕緣膜中之接觸窗做自行匹配之狀態，因此一面使形成在 前述接觸窗之電極與接觸區匹配，一面可隨意地將前述接 觸區微細化。又，依本發明，以高濃度包含缺陷之接觸區 係藉前述中間區所包覆，因此有空乏區由前述pn接面延 伸’空乏區亦不會侵入於接觸區5因此可有效地抑制漏電 15 流之產生。 L圖式簡單說明3 第1圖係顯示固體拍攝裝置之整體結構圖。 第2圖係顯示第1圖之固體拍攝裝置中1個像素之電路 結構圖。 20 第3A圖係顯示依本發明關連技術之光電二極體之俯視 圖。 第3B圖係顯示依本發明關連技術之光電二極體之剖視 圖。 第4圖係顯示第3B圖之剖視圖的擴大示意圖。 26 1270216 第5圖係顯示習知光電二極體之剖視圖。 第6A圖係一俯視圖，顯示本發明第1實施形態之固體拍 攝元件之1個像素之結構者。 第6B圖係一俯視圖，顯示用以構建一與本發明第1實施 5 形態之固體拍攝元件一起作動之CMOS元件之η通道MOS 電晶體者。 第6C圖係一俯視圖，顯示用以構建一與本發明第1實施 形態之固體拍攝元件一起作動之CMOS元件之ρ通道M0S 電晶體者。 10 第7A圖係顯示第6A圖之固體拍攝元件所使用之光電 二極體之結構剖視圖。 第7B圖係顯示第6A圖之固體拍攝元件所使用之η通道 MOS電晶體之結構剖視圖。 第7C圖係顯示第6Β圖之η通道MOS電晶體之結構剖視 15 圖。 第7D圖係顯示第6C圖之ρ通道MOS電晶體之結構剖視 圖。 第8Α圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其1)之示意圖。 20 第8Β圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其2)之示意圖。 第8C圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其3)之示意圖。 第8D圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 27 1270216 製造方法（其4)之示意圖。 第8E圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其5)之示意圖。 第8F圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 5 製造方法（其6)之示意圖。 第8G圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其7)之示意圖。 第8H圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其8)之示意圖。 10 第81圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其9)之示意圖。 第8J圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其10)之示意圖。 第8K圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 15 製造方法（其11)之示意圖。 第8L圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其12)之示意圖。 第8M圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其13)之示意圖。 20 第8N圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其14)之示意圖。 第8〇圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其15)之示意圖。 第8P圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 28 1270216 製造方法（其16)之示意圖。 第8Q圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其17)之示意圖。 第8R圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 5 製造方法（其18)之示意圖。 第8S圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其19)之示意圖。 第8T圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其20)之示意圖。 10 第8U圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其21)之示意圖。 第8V圖係顯示本發明第2實施形態之固體拍攝元件之 製造方法（其22)之示意圖。 【主要元件符號說明】 10...光接收元件 21C...接觸層 10A...電源端子 21D...屏蔽層 10B...重設電晶體 22...元件分離絕緣膜 10D...光電二極體 22A...通道阻擋區 10F...讀出電晶體 22B...防護環 10S...選擇電晶體 23A，23B...熱氧化膜 20...固體拍攝元件 24...CVD氧化膜 30,40,60,80...元件區 25...層間絕緣膜 21A…光接收區 25A，26...導電性栓塞 21B...中間區 27,47,67八，67：6,87八，876...佈線圖案 29 1270216
41A，61A，81A···井區 41D,61D，81D...源極區 41S,61S，81S...汲極區 42.62.82.. .閘極絕緣膜 45A,65A，65B，85A，85B.·· 導電性栓塞 100.. . CMOS拍攝元件 101A…光接收區 101B...選行電路 101C···訊號言買出電路 111…碎基板 111Α··.ιΓ型擴散區（光接 收區） 111Β...η型擴散區 IIIC. .. η+型擴散區 IIID. ..P型屏蔽層 112.. .元件分離絕緣膜(LOCOS氧化 膜） 112A...p型通道阻擋區 112B...防護環 113…熱氧化膜 114.. .CVD氧化膜 115.. .層間絕緣膜 116.. .通道栓塞 117.. .訊號電極 A，B，C...端部 D...缺陷 R1〜R13…光阻圖案 RST...重設控制線 SEL...選擇控制線 SIG...訊號讀出線 30
Claims (1)
1270216 十、申請專利範圍： 1. 一種光電二極體，係形成於矽基板上者，包含有： 光接收區，係藉形成於前述矽基板表面且可形成pn 接面之第1導電型擴散區所構成者； 5 中間區，係由形成於前述石夕基板表面且包含在前述光 接收區之前述第1導電型擴散區所構成者； 接觸區，係由形成於前述矽基板表面且包含在前述中 間區之前述第1導電型擴散區所構成者；及 屏蔽層，係由形成於前述石夕基板表面中位於前述中間 10 區遥外側之部分之第2導電型擴散區所構成者，以及，電 極，係與前述接觸區相接觸者； 且，前述屏蔽層係與用以構成前述中間區之擴散區之 側端部相對向者。 2. 如申請專利範圍第1項之光電二極體，其中該屏蔽層係與 15 前述側端部接合者。 3. 如申請專利範圍第1項之光電二極體，其中， 該中間區係具有較前述光接收區還高之摻雜物濃度， 前述接觸區則具有較前述中間區還高之摻雜物濃度 者。 20 4.如申請專利範圍第1項之光電二極體，其中該光接收區之 下面形成有前述pn接面，進而在與前述屏蔽層之間亦形 成有前述pn接面者。 5.如申請專利範圍第1項之光電二極體，其係更具有一形成 在前述矽基板上之絕緣膜， 31 1270216 前述絕緣膜中形成有一與前述接觸區匹配之接觸窗， 前述電極係由一以前述接觸窗為中介而與前述接觸 區相接觸之導電性检基所構成者。 6. —種固體拍攝裝置，係使用一形成於矽基板上之光電二 5 極體者，前述光電二極體係包含有： 光接收區，係藉形成於前述矽基板表面且可形成pn 接面之第1導電型擴散區所構成者； 中間區，係由形成於前述矽基板表面且包含在前述光 接收區之前述第1導電型擴散區所構成者； 10 接觸區，係由形成於前述矽基板表面且包含在前述中 間區之前述第1導電型擴散區所構成者；及 屏蔽層，係由形成於前述矽基板表面中位於前述中間 區還外侧之部分之第2導電型擴散區所構成者，以及，電 極，係與前述接觸區相接觸者； 15 且，前述屏蔽層係與用以構成前述中間區之擴散區之 側端部相對向者， 又，前述矽基板上形成有呈積體化狀態之CMOS電路 者。 7. —種光電二極體之製造方法，係使光電二極體形成在矽 20 基板上者，包含有以下步驟，即： 在前述矽基板中區隔而成之第1元件區形成一第1導 電型擴散區，作為光接收區； 對應於前述光接收區，在前述矽基板之表面上形成一 第2導電型擴散區，作為屏蔽層； 32 1270216 對應前述光接收區，在前述矽基板之表面上形成一與 前述屏蔽層部分重疊之狀態之前述第1導電型擴散區，作 為中間區； 在前述矽基板上形成一層間絕緣膜； 5 對應前述中間區的一部分，在前述層間絕緣膜中形成 通孔； 在前述矽基板中，以前述層間絕緣膜為遮蔽，經由前 述通孔，導入前述第1導電型摻雜物元素，在前述中間區 中之前述矽基板表面上形成一由第1導電型擴散區所構 10 成之接觸層；及 藉導電性材料填入前述通孔，形成一與前述接觸層相 接觸之電極。 8. —種固體拍攝元件之製造方法，係將固體拍攝元件形成 在矽基板上者，該方法係包含有以下步驟，即： 15 在前述矽基板中區隔而成之第1元件區形成一第1導 電型擴散區，作為光接收區； 對應於前述光接收區，在前述^夕基板之表面上形成一 第2導電型擴散區，作為屏蔽層； 對應前述光接收區，在前述咳基板之表面上形成一與 20 前述屏蔽層部分重疊之狀態之前述第1導電型擴散區，作 為中間區， 在前述矽基板上之第2元件區形成半導體元件； 在前述矽基板上形成一層間絕緣膜，且使該層間絕緣 膜覆蓋前述半導體元件者； 33 1270216 對應前述中間區的一部分，在前述層間絕緣膜中形成 通孔； 在前述石夕基板中，以前述層間絕緣膜為遮蔽，經由前 述通孔，導入前述第1導電型摻雜物元素，在前述中間區 5 中之前述矽基板表面上形成一由第1導電型擴散區所構 成之接觸層；及 藉導電性材料填入前述通孔，形成一與前述接觸層相 接觸之電極； 且，前述形成層間絕緣膜之步驟係使前述層間絕緣膜 10 覆蓋前述半導體元件者。 34
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