TWI272719B - Manufacturing method of solid-state image pickup device, and solid-state image pickup device - Google Patents
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Description
1272719 (1) 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於製造包括由離子佈植所形成的光接收區 的固態攝影裝置之方法及固態攝影裝置。 【先前技術】 在傳統的固態攝影裝置的製造方法中，在例如矽等半 導體基底中以離子佈植形成具有p-n接面（光電轉換區） 的轉換區及光接收區之後，形成閘極氧化物膜，以CVD ( 化學汽相沈積）取得的多晶材料形成閘極電極。光接收區 包括以高能量深入佈植於η型基底中的p型雜質的硼離子 所形成的Ρ-井、比Ρ-井更淺地佈植於像素區中之η型雜質 的磷離子所形成的ρ -η接面、及淺淺地佈植於半導體基底 的表面中以防止半導體基底表面的Si-Si 02介面處的漏電 流的硼離子所形成的p +區。關於此時離子佈植的條件， 一般而言，選取離子佈植角度以避免穿隧效應，以及佈植 離子。 圖1係剖面視圖，用於說明製造固態攝影裝置的傳統 製程期間的狀態。注意，代表剖面的歪斜線被省略以使圖 形更加淸楚可見。在半導體基底2 1上形成磊晶層22之後 ，塗著光阻膜2 3以形成光接收區，接著，形成對應於光 接收區的圖案之孔徑區2 3 h。再來’爲了形成光接收區的 P型區25，以離子佈植24，將硼離子植入半導體基底21 中。此時的離子佈植角度Θ通常設定爲相對於半導體基底 _ 4 - (2) (2)1272719 2 1的法線2 1V爲7度。 在習知的固態攝影裝置的製造方法之實施例中，用於 形成感測器區（光接收區）之離子佈植製程中所執行的離 子佈植之角度會在偏離晶圓法線7度至4 5度的範圍內， 以及，藉由二或更多離子佈植步驟以執行離子佈植，這些 離子佈植步驟具有在不同方向上與晶圓法線偏離之離子佈 植角度（舉例而言，請參見日本專利申請公開號10-209423 ( 1 998 ))。根據此方法，以偏離晶圓法線7度至 4 5度範圍內的離子佈植方向，執行用於形成感測器區的離 子佈植處理，以及，改變離子佈植方向以執行二或更多次 離子佈植，則可以在傾斜方向上橫向地擴展感測器區的雜 質擴散區。由於所謂的穿隧效應會發生於相對於矽（1 00 )晶體（半導體基底的表面爲（1 〇〇 )晶面）不大於7度 或及不小於4 5度之角度，所以，採用此方法。 穿隧效應是當離子從特定方向佈植至晶格中而抵達深 入於晶體內的區域但無散射之現象（舉例而言，請參考曰 本專利申請公開號5 - 1 6 0 3 8 2 ( 1 9 9 3 ))。因此，離子佈植 角度Θ通常設定在7度以防止軸穿隧效應，以及藉由避免 45度、135度、225度、及315度，而設定旋轉角度Φ以 在<1 10>方向上晶向平坦的晶圓中防止面穿隧效應。 關於其它的固態攝影裝置之傳統製造方法，有一習知 的方法係使轉換閘極（對應於電荷轉換區及光接收區之間 的閘極電極之部份）的光二極體（光接收區）側上的邊緣 之方向與<1〇〇>方向對齊在±15度的範圍之內且使離子平 -5- (3) (3)1272719 行於邊緣方向佈植，以防止面穿隧效應（舉例而言，請參 見日本專利公開號5 _ 1 6 0 3 8 2 ( 1 9 9 3 )) ◦因此，以相對於 形成在相同晶圓上的轉換閘極而爲交錯方式配置的光二極 體，相較於傳統的實施例，可以具有均勻的電位，且能夠 防止導因於能量障壁的讀取錯誤，以及改進產能。換言之 ，爲了使固態攝影裝置的特性平穩，需要在不會允許穿隧 效應的離子佈植條件下，佈植離子。 但是，當以不允許穿隧效應的離子佈植角度佈植離子 時，離子佈植的深度當然比允許穿隧效應的條件所取得的 深度更淺，且所佈植的離子不會抵達基本上作爲光接收區 (光電轉換區）之離半導體基底表面4μιη至6μιη深度之 區域，結果，未形成光電轉換區。爲了在此深度處形成光 電轉換區，需要以不低於約4MeV的高能量，佈植ρ型雜 質的硼（B )，或是以不小於約2 MeV之高能量，佈植n 型雜質的砷（As )。爲了實現此離子佈植，由於需要用於 產生離子佈植能量的大加速器，所以，需要巨大及昂貴的 離子佈植設備，因此，實用上會有嚴重問題。 如上所述般，在固態攝影裝置的傳統製造方法中，由 於光電轉換區係由不允許穿隧效應的離子佈植角度Θ所佈 植的離子所形成，所以，會有不容易形成具有所需深度的 光電轉換區之問題。此外，會有需要大的離子佈植設備以 形成具有所需深度的光電轉換區之問題。 【發明內容】 -6- (4) (4)1272719 爲了解決上述問題而產生本發明，本發明的目的係提 供固態攝影裝置的製造方法，及提供此製造方法所製造的 固態攝影裝置，固態攝影裝置包括具有光電轉換區的光接 收區’該光接收區比傳統的固態攝影裝置的光接收區（光 電轉換區）具有更深的深度及更少的缺陷，此方法在允許 穿隧效應的條件下，在具有受控晶面的矽基底中，精細地 執行離子佈植，而能夠以類似於傳統能量的低能量，但卻 比傳統的實施例更深且傷害更少地執行穩定的離子佈植。 根據本發明的固態攝影裝置之製造方法是在半導體基 底中製造包含電荷轉換區及具有p-n接面的光接收區的固 態攝影裝置的方法，且特徵在於在允許穿隧效應的離子佈 植條件下，將離子佈植於半導體基底中以形成p-n接面的 P型區。 根據本發明之固態攝影裝置的製造方法特徵在於在允 許穿隧效應的離子佈植條件下，將離子佈植於半導體基底 中以形成P-n接面的η型區。 根據本發明的固態攝影裝置之製造方法特徵在於半導 體基底的表面是（100)晶面。 根據本發明的固態攝影裝置之製造方法特徵在於離子 佈植條件包含相對於垂直於半導體基底表面的方向在± 0.2 度的範圍之內的離子佈植角度。 根據本發明的固態攝影裝置之製造方法特徵在於離子 佈植條件包含相對於垂直於半導體基底的方向爲7度的離 子佈植角度、以及相對於形成在半導體基底中的凹陷爲45 (5) 1272719 度、135度、225度、或315度之旋轉角度。 根據本發明之固態攝影裝置是包含電荷轉換區及具有 p-n接面的光接收區的固態攝影裝置，特徵在於在允許穿 隧效應的離子佈植條件下，將離子佈植於半導體基底中以 形成p-n接面的p型區。 根據本發明之固態攝影裝置特徵在於在允許穿隧效應 的離子佈植條件下，將離子佈植於半導體基底中以形成p-η接面的η型區。 根據本發明之固態攝影裝置特徵在於ρ型區具有離半 導體基底的表面4至6μιη之深度。 根據本發明，在形成具有ρ-η接面的光接收區期間， 由於在允許穿隧效應之離子佈植條件下以離子佈植形成ρ 型區’所以，能夠以低離子佈植能量形成深的ρ型區，藉 以提供包含具有良好光電轉換效率的光接收區的固態攝影 裝置之製造方法、及此種固態攝影裝置。 根據本發明，在形成具有ρ-η接面的光接收區期間， 由於在允許穿隧效應之離子佈植條件下以離子佈植形成η 型區’所以，能夠以低離子佈植能量形成深的η型區，藉 以提供包含具有良好光電轉換效率的光接收區的固態攝影 裝置之製造方法、及此種固態攝影裝置。 根據本發明，由於在半導體基底中允許穿隧效應的離 子佈植條件下（離子佈植角度），形成固態攝影裝置的光 接收區之ρ和η型區，所以，能夠以低能量的離子佈植來 形成具有深擴散區（ρ -η接面區）的光二極體。此外，由 -8- (6) (6)1272719 於以低能量的離子佈植來形成光二極體，所以，能夠形成 具有較少損傷的光二極體。再者，由於不需大型離子佈植 設備’所以，可以以簡單的離子佈植製程，形成光接收區 。結果’能夠提供具有良好的光電轉換效率及高靈敏度的 固態攝影裝置，以及提供此種固態攝影裝置。 從配合附圖的下述詳細說明中，可以更完整地淸楚本 發明的上述和其它目的及特徵。 【實施方式】 下述將根據顯示本發明的實施例之圖式，說明本發明 〇 圖2至圖6係剖面視圖，用於說明根據本發明的實施 例之固態影像拾訊裝置的每一製造步驟之狀態。每一圖式 均顯示剖面，但是省略歪斜線以便容易看淸圖式。圖7係 平面視圖，用於說明根據本發明的實施例之半導體基底的 凹陷（或晶圓狀態中的半導體基底的定向平面。凹陷是用 以固定晶圓的參考位置。舉例而言，凹陷具有三角形且其 頂部爲圓滑的。 圖2是剖面視圖，用以說明用於形成光接收區（光電 轉換區）的p型區離子佈植的狀態◦舉例而言，由η型S i 單晶所構成的半導體基底1會受控成（100)面準確度是 在〇至〇·5度之內且定向平面或凹陷位置準確度是在〇至 〇·5度之內。η型磊晶層2沈積於半導體基底1的表面上 。在以光阻膜3塗著磊晶層2的表面之後，使用微影術以 -9- (7) (7)1272719 形成對應於光接收區的圖案之孔徑區3h。之後’執行棚的 離子佈植4以形成光接收區的p型區5。 硼的離子佈植條件是數佰至4MeV的離子佈植能量、 lx 101G至1 X 1 012離子/ cm2的佈植劑量、及相對於半導 體基底1的表面之垂直方向爲〇度±〇·2度的離子佈植角 度 Θ。關於離子佈植角度’即使以相封於法線方向爲7度 的離子佈植角度（r )及相對於半導體基底1的凹陷17 ( 或是晶圓狀態中半導體基底的定向平面）爲45度（135度 、2 2 5度、或3 1 5度）之旋轉角度（Φ )，也可以取得相 同的功能及效果。無需多言，技術的一般常識，角度數値 的寬容度爲0.2度、7度、45度、135度、225度、或315 度。由於發生穿隧效應，所以，雖然其會視離子佈植條件 而變，但是，仍然能夠以佈植範圍Rp的約1 · 5倍，將離 子佈植得更深。因此，能夠容易地形成具有約4至6μιη深 度的Ρ型區5。此外，關於晶體特徵的影響，由於發生穿 隧效應，所以，對於晶體的損傷是可忽略的。 圖3是剖面視圖，用於說明形成電荷轉換區的ρ型區 之離子佈植的狀態。在形成光接收區的Ρ型區5之後，以 光阻膜6塗著半導體基底1的表面，以及使用微影術，形 成對應於電荷轉換區的圖案之孔徑區6h。之後，執行硼的 離子佈植7以形成電荷轉換區8 (電位井）。此時之離子 佈植條件與傳統的離子佈植條件相同。 圖4是剖面視圖，用於說明形成光接收區（光電轉換 區）的η型區之離子佈植的狀態。在圖3的步驟之後，舉 -10- (8) (8)1272719 例而言，以Si02爲基礎，形成約30至60 nm的Si〇2或 S iN構成的閘極氧化物膜9。在閘極氧化物膜9上形成導 電的Si接線膜之後，以適當的圖案，執行圖型化以形成 Si接線1 〇。在以光阻膜1 1塗布Si接線1 0等的表面之後 ，使用微影術以形成對應於光接收圖案（p型區5 )的孔 徑區1 1 h。然後，執行，磷的離子佈植1 2以在p型區5的 表面中形成光接收的η型區13。換言之，形成具有p-ri接 面的光二極體（光接收區）。 磷的離子佈植條件爲200至4 MeV的佈植能量、離子 佈植能量lxl〇12至5χ1014離子/ cm2、及相對於半導體基 底1的表面之垂直方向的離子佈植角度（Θ)爲0度±0.2 度。關於離子佈植角度，即使以相對於法線方向爲7度的 離子佈植角度（r )及相對於半導體基底1的凹陷1 7 (或 是晶圓狀態中半導體基底的定向平面）爲45度（135度、 225度、或3 1 5度）之旋轉角度（Φ )，也可以取得相同 的功能及效果。無需多言，技術的一般常識’角度數値的 寬容度爲0.2度、7度、45度、135度、22 5度、或315 度。由於發生穿隧效應，所以，雖然其會視離子佈植條件 而變，但是，仍然能夠以佈植範圍Rp的約1 .5倍’將離 子佈植得更深◦因此，能夠容易地形成具有約2至4μπι深 度的η型區1 3。此外，關於晶體特徵的影響’由於發生穿 隧效應，所以，對於晶體的損傷是可忽略的° 圖5係剖面視圖，用於說明保護膜及遮光膜形成於半 導體基底的表面上之狀態。在形成η型區1 3之後’將砸 -11 - (9) (9)1272719 離子（未顯示）植入於光接收區（η型區1 3 )的表面近處 ，以改進移除經過光電轉換的電荷之效率。硼的離子佈植 條件爲離子佈植能量爲20至100 keV、1 xlO13至5 xlO15 離子/ cm2的佈植劑量。之後，藉由執行退火，活化佈植 的離子以建立光接收區（P型區5、η型區1 3 )及轉換區8 。接著，在半導體基底1的整個表面上形成保護膜1 4，然 後，以遮光膜1 5遮蓋光接收區以外的區域。 圖6是剖面視圖，用以說明層間保護膜形成於遮光膜 上的狀態。在形成遮光膜1 5之後，形成層間保護膜1 6。 此外，形成用於與形成在半導體基底1內部的個別區達成 所需接觸的接觸孔（未顯示），以及形成鋁構成的接線（ 未顯示）、等等，結果，製成固態攝影裝置。 【圖式簡單說明】 圖1係剖面視圖，用於說明固態攝影裝置之傳統製程 期間的狀態； 圖2係剖面視圖，用於說明根據本發明的實施例之固 態影像拾訊裝置的每一製造步驟之狀態； 圖3係剖面視圖，用於說明根據本發明的實施例之固 態影像拾訊裝置的每一製造步驟之狀態； 圖4係剖面視圖，用於說明根據本發明的實施例之固 態影像拾訊裝置的每一製造步驟之狀態； 圖5係剖面視圖，用於說明根據本發明的實施例之固 態影像拾訊裝置的每一製造步驟之狀態； -12- (10) 1272719 圖6係剖面視圖，用於說明根據本發明的實施例之固 態影像拾訊裝置的每一製造步驟之狀態； 圖7係平面視圖，用於說明根據本發明的實施例之半 導體基底的凹陷。 【主要元件之符號說明】 1 :半導體基底 2 : η型磊晶層 3 :光阻膜 3 h :孔徑區 4 :離子佈植 5 : p型區 6 :光阻膜 6h :孔徑區 7 :離子佈植 8 :電荷轉換區 9 :閘極氧化物膜 1〇 : Si接線 11 :光阻膜 1 1 h :孔徑區 1 2 :離子佈植 13 : η型區 1 4 :保護膜 15 :遮光膜
-13- (11)1272719 1 6 :層間保護膜 1 7 :凹陷 21 :半導體基底 2 1 v :法線
2 2 :嘉晶層 2 3 :光阻膜 2 3 h :孔徑區 2 4 :離子佈植 25· p型區
-14-
Claims (1)
- - %年沒月>5日修(楚3正替換弄车 r·一’"•’一…‘一------------ 十、申請專利範圍 附件一： 第93 1 40068號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國95年8月23日修正 1 · 一種固態攝影裝置之製造方法，該固態攝影裝置 包括在半導體基底中具有p-n接面的光接收區，其中： 在允許穿隧效應的離子佈植條件下，將離子佈植至半 導體基底中，以形成p-η接面的p型區，及 該P型區具有離該半導體基底的表面4至6μηι的深度 法 第 圍 範 利 專 請 申 如 2 應 效 隧 穿 許 允 在 中 其 方佈 造子 之將 置， 裝下 影件 攝條 態植 固佈 之子 項離 1 的 植至半導體基底中，以形成p-n接面的η型區。 3. 如申請專利範圍第1項之固態攝影裝置之製造方 法，其中，半導體基底的表面是（100)晶面。 4. 如申請專利範圍第2項之固態攝影裝置之製造方 法，其中，半導體基底的表面是（100)晶面。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項之固態攝影 裝置之製造方法，其中，該離子佈植條件包含相對於垂直 於該半導體基底表面的方向爲±0.2度之範圍之內的離子佈 植角度。 6.如申請專利範圍第1至4項中任一項之固態攝影 裝置之製造方法，其中，該離子佈植條件包含相對於垂直 1272719 於該半導體基底的方向爲7度的離子佈植角度、及相對於 該半導體基底中所形成的凹陷爲45度、135度、225度、 或3 1 5度之旋轉角度。 7. —種固態攝影裝置，包括在半導體基底中具有p-n 接面的光接收區，其中： 在允許穿隨效應的離子佈植條件下，將離子佈植至半 導體基底中，以形成p-n接面的p型區，及 該P型區具有離該半導體基底的表面4至6μηι的深度 〇 8 ·如申請專利範圍第7項之固態攝影裝置，其中， 在允許穿險效應的離子佈植條件下，將離子佈植至半導體 基底中，以形成Ρ · η接面的η型區。-2-
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