TWI443810B - 固態攝像裝置，及固態攝像元件的製造方法 - Google Patents

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Description

固態攝像裝置，及固態攝像元件的製造方法
本發明係有關一種固態攝像元件。
已提案一種放大型固態攝像裝置(亦即CMOS(Complementary Metal－Oxide Semiconductor；互補式金氧半導體)影像感測器(image sensor))，係於各像素具有放大功能，並藉由掃描電路進行讀出。在CMOS影像感測器中，在一個像素內形成光電轉換部、放大部、像素選擇部、以及重置部，且除了由光電二極體所構成的光電轉換部之外，還使用三個MOS(Metal Oxide Semiconductor；金屬氧化物半導體)電晶體(例如專利文獻1)。亦即，習知的CMOS影像感測器係由四個元件所構成。CMOS感測器係蓄積由光電二極體所構成的光電轉換部所產生之電荷，且藉由放大部放大蓄積的電荷，並使用像素選擇部來讀出經過放大的電荷。
第1圖係顯示習知的CMOS影像感測器的單位像素。在第1圖中，元件符號5為光電轉換用光電二極體，元件符號101為放大用電晶體，元件符號102為重置電晶體，元件符號103為選擇電晶體，元件符號13為訊號線，元件符號11為像素選擇時脈線，元件符號12為重置時脈線，元件符號14為電源線，元件符號114為重置用電源線。習知的CMOS影像感測器的單位像素除了光電二極體之外，於平面尚具有三個MOS電晶體，總共有四個元件。亦即， 難以增大受光部(光電二極體)表面積相對於1像素的表面積之比例。
在使用0.35 μm、1多晶矽層、2金屬層CMOS製程之習知的影像感測器中，已知受光部(光電二極體)相對於一個像素的表面積的比例為17%(非專利文獻1)。此外，已知使用0.15 μm佈線規則(wiring rule)製程時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例為30%(非專利文獻2)。
專利文獻1：日本特開2000－244818號公報
非專利文獻1：H.Takahashi,M.Kinoshita,K.Morita,T.Shirai,T.Sato,T.Kimura,H.Yuzurihara,S.Inoue,“A 3.9 μm Pixel Pitch VGA Format 10b Digital Image Sensor with 1.5－Transistor/Pixel”,ISSCC Dig.Tech.Papers,pp.108－109,2004.
非專利文獻2：M.Kasano,Y.Inaba,M.Mori,S.Kasuga,T.Murata,T.Yamaguchi,“A 2.0 μm Pixel Pitch MOS Image Sensor with an Amorphous Si Film Color Filter”,ISSCC Dig.Tech.Papers,pp.348－349,2005.
因此，本發明之課題乃在提供一種受光部的表面積相對於一個像素的表面積的比例較大之影像感測器。
在本發明的一態樣中，係提供一種固態攝像元件，該 固態攝像元件係由下述構件所構成：放大用電晶體，係由閘極與源極作為光電轉換用光電二極體來作動、閘極作為電荷蓄積部來作動，用以放大電荷蓄積部的電荷之接合電晶體所構成；重置電晶體，係由源極連接至放大用電晶體的閘極，用以將電荷蓄積部予以重置之MOS電晶體所構成；二極體，其陽極連接至放大用電晶體的汲極，陰極連接至重置電晶體的汲極；像素選擇線，係連接至放大用電晶體的源極；以及訊號線，係連接至二極體的陰極。
本發明的另一態樣係提供一種固態攝像元件的驅動方法。
亦即，施加第一驅動電壓至前述像素選擇線，施加第二驅動電壓至前述訊號線，施加第三驅動電壓至前述閘極，藉此進行前述電荷蓄積部的重置。
此外，施加前述第一驅動電壓至前述像素選擇線，施加前述第一驅動電壓至前述閘極，施加前述第一驅動電壓至前述訊號線，藉此進行受光並使蓄積於前述電荷蓄積部的電荷量產生變化。
此外，施加前述第二驅動電壓至前述像素選擇線，施加前述第一驅動電壓至前述閘極，施加前述第一驅動電壓至前述訊號線，藉此將蓄積於前述電荷蓄積部的電荷放大，流通讀出電流並進行讀出。
此外，在本發明的較佳態樣中，係提供一種固態攝像 裝置，係具備有排列在基板上的固態攝像元件，前述固態攝像元件係包含有：訊號線，係形成於基板上；島狀半導體，係配置於前述訊號線上；以及像素選擇線，係連接至前述島狀半導體的上部；前述島狀半導體係具備有：第一半導體層，係配置於前述島狀半導體的下部，並連接至前述訊號線；第二半導體層，係鄰接於前述第一半導體層的上側；閘極，係隔介絕緣膜連接至前述第二半導體層；電荷蓄積部，係由第三半導體層所構成，該第三半導體層係連接至前述第二半導體層，且當受光時電荷量會產生變化；以及第四半導體層，係鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層的上側，且連接至前述像素選擇線；前述固態攝像元件係於基板上排列成蜂巢狀。
此外，在本發明的較佳態樣中，前述第一半導體層為n＋型擴散層，前述第二半導體層為p型雜質添加區域，前述第三半導體層為n型擴散層，前述第四半導體層為p＋型擴散層。
前述p＋型擴散層與n型擴散層係作為光電轉換用光電二極體來作動；前述p＋型擴散層、n型擴散層、以及p型雜質添加區域係作為放大用電晶體來作動；前述第一半導體層的n＋型擴散層、p型雜質添加區域、n型擴散層、以 及閘極係作為重置電晶體來作動；前述p型雜質添加區域與n＋型擴散層係作為二極體來作動。
此外，在本發明的較佳態樣中，在前述固態攝像元件中，前述島狀半導體為圓柱形狀。
此外，在本發明的較佳態樣中，在前述固態攝像元件中，前述島狀半導體為六角柱形狀。
此外，在本發明的較佳態樣中，在前述固態攝像裝置中，前述固態攝像元件係於基板上排列成n列(row)m行(column)(n、m為1以上)的行列狀，且前述島狀半導體為圓柱形狀。
此外，在本發明的較佳態樣中，在前述固態攝像裝置中，前述固態攝像元件係於基板上排列成n列m行(n、m為1以上)的行列狀，且前述島狀半導體為四角柱形狀。
此外，在本發明的較佳態樣中，前述第一半導體層為n＋型擴散層，前述第二半導體層為p型雜質添加區域，前述第三半導體層為n型擴散層，前述第四半導體層為p＋型擴散層。
前述p＋型擴散層與n型擴散層係作為光電轉換用光電二極體來作動；前述p＋型擴散層、n型擴散層、以及p型雜質添加區域係作為放大用電晶體來作動；前述第一半導體層的n＋型擴散層、p型雜質添加區域、n型擴散層、以及閘極係作為重置電晶體來作動；前述p型雜質添加區域與n＋型擴散層係作為二極體來作動。
此外，在本發明的較佳態樣中係提供一種固態攝像元 件的製造方法，該固態攝像元件的製造方法係包含有：於基板上形成訊號線之步驟；在前述訊號線上形成島狀半導體之步驟；形成連接至前述島狀半導體下部的前述訊號線的第一半導體層之步驟；形成鄰接於前述第一半導體層上側的第二半導體層之步驟；形成隔介絕緣膜連接至鄰接於前述第一半導體層上的第二半導體層之閘極之步驟；形成連接至前述第二半導體層的第三半導體層之步驟；形成鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層上側的第四半導體層之步驟；以及形成連接至前述第四半導體層的像素選擇線之步驟。
此外，在本發明的較佳態樣中係提供一種固態攝像元件的製造方法，該固態攝像元件的製造方法係包含有：於氧化膜上形成p型矽，在p型矽上層疊氮化膜與氧化矽膜，形成阻劑，進行氧化膜蝕刻與氮化膜蝕刻，剝離阻劑，形成用以形成訊號線之氧化膜遮罩與氮化膜遮罩，蝕刻p型矽，藉此形成訊號線之步驟；形成用以形成島狀半導體之阻劑，蝕刻氧化膜與氮化膜，剝離阻劑，蝕刻p型矽，藉此形成島狀半導體之步驟；層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕，進行氧化以形成氧化膜，且為了作為離子植入時的遮罩而層疊多晶矽， 並進行回蝕而成為側壁狀之步驟；剝離氧化膜以露出植入磷的部位，形成氧化膜以防止離子植入時的離子通道效應(ion channeling)，離子植入磷，進行熱製程，藉此形成訊號線與n＋型擴散層之步驟；剝離多晶矽與氧化膜，層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕，形成氧化膜層，進行閘極氧化而形成閘極氧化膜，層疊多晶矽，進行平坦化，進行回蝕，形成閘極用的阻劑，蝕刻多晶矽，藉此形成閘極之步驟；剝離阻劑，剝離矽柱側壁的薄氧化膜，為了防止離子植入時的離子通道效應，將矽柱側壁與閘極的多晶矽予以氧化而形成氧化膜，植入磷，藉此形成n型擴散層之步驟；剝離氮化膜，層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕而形成氧化膜層，進行氧化來形成氧化膜以防止離子植入時的離子通道效應，植入硼，進行熱製程，藉此形成p＋型擴散層之步驟；以及剝離氧化膜，層疊金屬，進行平坦化，進行回蝕，形成像素選擇線用的阻劑，蝕刻金屬，藉此形成像素選擇線之步驟。
此外，在本發明的較佳態樣中，前述第二半導體層的一部分為圓柱形狀，前述閘極係隔介前述絕緣膜來圍繞前述第二半導體層之一部分的外周。
前述第二半導體層的另一部分為圓柱形狀，前述第三半導體層係圍繞前述第二半導體層的前述另一部分的外周。
習知的CMOS影像感測器的單位像素除了光電二極體之外還具有三個MOS電晶體，合計在平面具有四個元件。亦即，難以增大受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例。已知當使用0.15 μm佈線規則(wriing－rule)製程時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例為30%。
本發明為一種固態攝像元件，係由下述構件所構成：放大用電晶體，係由閘極與源極作為光電轉換用光電二極體來作動、閘極作為電荷蓄積部來作動，用以放大電荷蓄積部的電荷之接合電晶體所構成；重置電晶體，係由源極連接至放大用電晶體的閘極，用以將電荷蓄積部予以重置之MOS電晶體所構成；二極體，其陽極連接至放大用電晶體的汲極，陰極連接至重置電晶體的汲極；像素選擇線，係連接至放大用電晶體的源極；以及訊號線，係連接至二極體的陰極。
亦即，由於以由接合電晶體所構成的放大用電晶體、由MOS電晶體所構成的重置電晶體、以及二極體這合計三個元件來構成光電轉換部、放大部、像素選擇部、以及重置部，故能減少一個像素中的元件數目。
此外，本發明係提供一種固態攝像元件，該固態攝像元件係包含有：訊號線，係形成於基板上； 島狀半導體，係配置於前述訊號線上；以及像素選擇線，係連接至前述島狀半導體的上部；前述島狀半導體係具備有：第一半導體層，係配置於前述島狀半導體的下部，並連接至前述訊號線；第二半導體層，係鄰接於前述第一半導體層的上側；閘極，係隔介絕緣膜連接至前述第二半導體層；電荷蓄積部，係由第三半導體層所構成，該第三半導體層係連接至前述第二半導體層，且當受光時電荷量會產生變化；以及第四半導體層，係鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層的上側，且連接至前述像素選擇線。
前述第三半導體層與前述第四半導體層係作為光電轉換用光電二極體來作動；前述第二半導體層、前述第三半導體層、以及前述第四半導體層係作為放大用電晶體來作動；前述第一半導體層、前述第二半導體層、前述第三半導體層、以及前述閘極係作為重置電晶體來作動。
藉此，由於以光電二極體的面積來實現光電轉換部、放大部、像素選擇部、以及重置部，故可製作受光部的表面積相對於一個像素的表面積的比例較大的影像感測器。
此外，在固態攝像裝置中，藉由將前述固態攝像元件配置成蜂巢狀，可製作受光部的表面積相對於一個像素的表面積的比例較大的影像感測器。
以下根據附圖所示的實施形態來說明本發明。然而，本發明並未限定於以下的實施形態。
第2圖係顯示本發明的固態攝像元件的等效電路。本發明的固態攝像元件係由光電二極體401、電荷蓄積部402、放大用電晶體403、閘極(重置線)406、重置電晶體405、二極體409、像素選擇線404、以及訊號線407所構成。
亦即，由於以由接合電晶體所構成的放大用電晶體、由MOS電晶體所構成的重置電晶體、以及二極體這合計三個元件來構成光電轉換部、放大部、像素選擇部、以及重置部，故能比習知的CMOS影像感測器還減少一個像素中的元件數目。
第3圖、第4圖、第5(a)圖、以及第5(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的驅動方法。首先，施加0V至像素選擇線404，施加訊號線電壓VH (例如1V)至訊號線407，施加VH ＋Vth至閘極(重置線)406，藉此將電荷蓄積部402設為VH 以進行重置(第3圖)。其中，Vth為重置電晶體的臨限值電壓，例如為0.5V。
接著，施加0V至像素選擇線404，施加0V至閘極(重置線)406，施加0V至訊號線407，藉此將射入至光電二極體401的光訊號轉換成電荷，並將經過轉換的訊號電荷蓄積至電荷蓄積部402。亦即，當光射入時，電荷蓄積部402的電壓會降低(第4圖)。
接著，施加VH (例如1V)至像素選擇線404，施加0V 至閘極(重置線)406，施加0V至訊號線407，藉此放大蓄積在電荷蓄積部402的電荷，使讀出電流Iread 408流通，電流Iread 408會流通過二極體409而被讀出。當光線越強時，電荷蓄積部402的電壓會越降低，電流會越流通(第5(a)圖)。此外，當無光線射入光電二極體時，電荷蓄積部402的電壓為VH (例如1V)，電流不會流通(第5(b)圖)。
藉由上述的驅動方法，能蓄積由光電二極體所構成的光電轉換部所產生的電荷，並藉由放大部來放大所蓄積的電荷，且使用像素選擇部來讀出經過放大的電荷。
第6圖係顯示本發明的一個固態攝像元件的立體圖。此外，第7(a)圖為第6圖中的X1 －X1 ’的剖面圖，第7(b)圖為第7(a)圖的等效電路圖，第8(a)圖為第6圖中的Y1 －Y1 ’的剖面圖，第8(b)圖為第8(a)圖的等效電路圖。
在本發明中，係於矽基板160上形成氧化膜161，於氧化膜161上形成訊號線154，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層153，係在前述島狀半導體下部，且連接至前述訊號線；p型雜質添加區域152，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極155，係隔介絕緣膜連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部151，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且當受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層150，係鄰接至前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層之像素選擇線156。
形成氧化膜157作為層間絕緣膜。
p＋型擴散層150與n型擴散層151係作為光電轉換用光電二極體164來作動；p＋型擴散層150、n型擴散層151、以及p型雜質添加區域152係作為放大用電晶體165來作動；n＋型擴散層153、p型雜質添加區域152、n型擴散層151、以及閘極155係作為重置電晶體163來作動；p型雜質添加區域152與n＋型擴散層153係作為二極體162來作動。
第9圖係顯示將上述固態攝像元件配置成蜂巢狀的固態攝像元件行列(固態攝像裝置)的平面圖。第10圖為立體圖。第11圖為第10圖中的Z1 －Z1 ’的剖面圖，第12圖為第10圖中的Z2 －Z2 ’的剖面圖，第13圖為第10圖中的Z3 －Z3 ’的剖面圖，第14圖為第10圖中的Z4 －Z4 ’的剖面圖，第15圖為第10圖中的Z5 －Z5 ’的剖面圖。
在第10圖所示的例子中，固態攝像元件行列(固態攝像裝置)係於矽基板上的水平方向排列複數個元件行而構成，該元件行係由下列者所構成：第一固態攝像元件行，係以預定間隔(垂直像素間距VP)於垂直方向排列具有p＋型擴散層201、202、203的固態攝像元件；第二固態攝像元件行，係以與第一固態攝像元件行相同的間隔於垂直方向排列具有p＋型擴散層204、205、206的固態攝像元件，且相對於第一固態攝像元件行，於垂直方向錯開垂直像素間距VP一半來配置；以及第三固態攝像元件行，係以與第一固態攝像元件行相同間隔於垂直方向排列具有p＋型 擴散層207、208、209的固態攝像元件。
相鄰的第一固態攝像元件行、相鄰的第二固態攝像元件行、以及相鄰的第三固態攝像元件行係以將垂直像素間距取√ 3/2倍的間隔(水平像素間距HP)來配置。亦即，固態攝像元件係排列成所謂的蜂巢狀。
第一固態攝像元件行的p＋型擴散層201、202、203係連接至像素選擇線210。
第二固態攝像元件行的p＋型擴散層204、205、206係連接至像素選擇線211。
第三固態攝像元件行的p＋型擴散層207、208、209係連接至像素選擇線212。
第一固態攝像元件行的p型雜質添加區域222、223、224係隔介絕緣膜連接至閘極231。
第二固態攝像元件行的p型雜質添加區域225、226、227係隔介絕緣膜連接至閘極232。
第三固態攝像元件行的p型雜質添加區域228、229、230係隔介絕緣膜連接至閘極233。
第一固態攝像元件行的p型雜質添加區域222、223、224係連接至由受光時電荷量會產生變化的n型擴散層所構成的電荷蓄積部213、214、215。
第二固態攝像元件行的p型雜質添加區域225、226、227係連接至由受光時電荷量會產生變化的n型擴散層所構成的電荷蓄積部216、217、218。
第三固態攝像元件行的p型雜質添加區域228、229、 230係連接至由受光時電荷量會產生變化的n型擴散層所構成的電荷蓄積部219、220、221。
具有p＋型擴散層201、204、207的固態攝像元件的n＋型擴散層234、237、240係連接至訊號線243。
具有p＋型擴散層202、205、208的固態攝像元件的n＋型擴散層235、238、241係連接至訊號線244。
具有p＋型擴散層203、206、209的固態攝像元件的n＋型擴散層236、239、242係連接至訊號線245。
第16圖為第9圖中的X2 －X2 ’的剖面圖，第17圖為第9圖中的Y2 －Y2 ’的剖面圖。
於矽基板250上形成氧化膜251，於氧化膜251上形成訊號線245，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層236，係位於前述島狀半導體下部，且連接至前述訊號線；p型雜質添加區域224，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極231，係隔介絕緣膜連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部215，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且當受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層203，係鄰接至前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層的像素選擇線210，於矽基板250上形成氧化膜251，於氧化膜251上形成訊號線245，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層242，係位於前述島狀半導體下部，且連接至前述訊號線； p型雜質添加區域230，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極233，係隔介絕緣膜連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部221，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層209，係鄰接於前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層的像素選擇線212。
於像素選擇線210與212之間配線有像素選擇線211。
於閘極231與233之間配線有閘極232。
形成氧化膜246作為層間絕緣膜。
此外，於矽基板250上形成氧化膜251，於氧化膜251上形成訊號線245，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層242，係位於前述島狀半導體下部，且連接至前述訊號線；p型雜質添加區域230，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極233，係隔介絕緣膜連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部221，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且當受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層209，係鄰接至前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層的像素選擇線212。
於矽基板250上形成氧化膜251，於氧化膜251上形成訊號線244，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層241，係位於前述島狀半 導體下部，且連接至前述訊號線；p型雜質添加區域229，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極233，係隔介絕緣膜連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部220，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層208，係鄰接於前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層的像素選擇線212。
於矽基板250上形成氧化膜251，於氧化膜251上形成訊號線243，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層240，係位於前述島狀半導體下部，且連接至前述訊號線；p型雜質添加區域228，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極233，係隔介絕緣膜連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部219，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層207，係鄰接於前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層的像素選擇線212。
形成氧化膜246作為層間絕緣膜。
此外，在實施例中，島狀半導體雖使用圓柱形狀的固態攝像元件，但如第18圖所示，島狀半導體820亦可使用六角柱形狀的固態攝像元件。
此外，在實施例中，雖然係顯示島狀半導體為圓柱形 狀之相鄰的第一固態攝像元件行、相鄰的第二固態攝像元件行、以及相鄰的第三固態攝像元件行係以將垂直像素間距取√ 3/2倍的間隔(水平像素間距HP)來配置，亦即，固態攝像元件為排列成所謂蜂巢狀構造的固態攝像元件行，但亦可如第19圖所示，將島狀半導體821、822、823、824、825、826、827、828、829為圓柱形狀之前述固態攝像元件作成針對n列m行(n、m為1以上)的基板所排列的固態攝像元件行列(固態攝像裝置)。
此外，在實施例中，雖然係顯示島狀半導體為圓柱形狀之相鄰的第一固態攝像元件行、相鄰的第二固態攝像元件行、以及相鄰的第三固態攝像元件行係以將垂直像素間距取√ 3/2倍的間隔(水平像素間距HP)來配置，亦即，固態攝像元件為排列成所謂蜂巢狀構造的固態攝像元件行，但亦可如第20圖所示，將島狀半導體830、831、832、833、834、835、836、837、838為四角柱形狀之前述固態攝像元件作成針對n列m行(n、m為1以上)的基板所排列的固態攝像元件行列(固態攝像裝置)。
如此，固態攝像元件的形狀可為圓柱、六角柱、或四角柱形狀。並且，固態攝像元件的形狀亦可為邊數為5以上的多角柱形狀。此外，固態攝像元件在基板上的排列亦可對應島狀半導體層的柱形狀，而可為蜂巢狀或行列狀。重要的是，對應固態攝像元件所具有的柱形狀而於基板上排列固態攝像元件，以便在基板上排列固態攝像元件時使密度變得更高。對應固態攝像元件所具有的柱形狀而於 基板上排列固態攝像元件，藉此能提高固態攝像元件的受光部的表面積相對於固態攝像元件行列(固態攝像裝置)的一個像素的表面積的比例。
以下參照第21圖至第80圖來說明用以形成本發明的固態攝像元件的構造之製造步驟的一例。
第21、23、25、27、29、31、33、35、37、39、41、43、45、47、49、51、53、55、57、59、61、63、65、67、69、71、73、75、77、79圖為俯視圖。
第22(a)、24(a)、26(a)、28(a)、30(a)、32(a)、34(a)、36(a)、38(a)、40(a)、42(a)、44(a)、46(a)、48(a)、50(a)、52(a)、54(a)、56(a)、58(a)、60(a)、62(a)、64(a)、66(a)、68(a)、70(a)、72(a)、74(a)、76(a)、78(a)、80(a)圖係對應俯視圖中的X3 －X3 ’剖面。
第22(b)、24(b)、26(b)、28(b)、30(b)、32(b)、34(b)、36(b)、38(b)、40(b)、42(b)、44(b)、46(b)、48(b)、50(b)、52(b)、54(b)、56(b)、58(b)、60(b)、62(b)、64(b)、66(b)、68(b)、70(b)、72(b)、74(b)、76(b)、78(b)、80(b)圖係對應俯視圖中的Y3 －Y3 ’剖面。
首先，於矽基板250上形成氧化膜251，於氧化膜251上形成p型矽501，於p型矽501上層疊氮化膜(SiN)502，並層疊氧化矽膜503(第21、22(a)、22(b)圖)。
形成阻劑，進行氧化膜蝕刻與氮化膜蝕刻，剝離阻劑，藉此形成氮化膜遮罩580、581、582以及氧化膜遮罩504、505、506(第23、24(a)、24(b)圖)。
蝕刻p型矽，形成訊號線243、244、245(第25、26(a)、26(b)圖)。
形成阻劑507、508、509、510、511、512、513、514、515(第27、28(a)、28(b)圖)。
蝕刻氧化膜與氮化膜，形成氧化膜遮罩583、584、585、586、587、588、589、590、591以及氮化膜遮罩592、593、594、595、596、597、598、599、600(第29、30(a)、30(b)圖)。
剝離阻劑(第31、32(a)、32(b)圖)。
蝕刻p型矽，形成島狀半導體516、517、518、519、520、521、522、523、524(第33、34(a)、34(b)圖)。
層疊氧化膜525，進行平坦化，進行回蝕(第35、36(a)、36(b)圖)。
進行氧化，形成氧化膜526、527、528、529、530、531、532、533、534(第37、38(a)、38(b)圖)。
為了作為離子植入時的遮罩，層疊多晶矽，進行回蝕，形成側壁535、536、537、538、539、540、541、542、543(第39、40(a)、40(b)圖)。
剝離氧化膜，露出用以離子植入磷的部位(第41、42(a)、42(b)圖)。
為了防止離子植入時的離子通道效應(ion channeling)，形成氧化膜601、602、603(第43、44(a)、44(b)圖)。
離子植入磷，進行退火，形成訊號線243、244、245以及n＋型擴散層234、235、236、237、238、239、240、 241、242(第45、46(a)、46(b)圖)。
剝離多晶矽與氧化膜(第47、48(a)、48(b)圖)。
層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕，形成氧化膜層544(第49、50(a)、50(b)圖)。
進行閘極氧化以形成閘極氧化膜545、546、547、548、549、550、551、552、553，層疊多晶矽554，進行平坦化，進行回蝕(第51、52(a)、52(b)圖)。
形成閘極(重置線)用的阻劑555、556、557(第53、54(a)、54(b)圖)。
蝕刻多晶矽，形成閘極(重置線)231、232、233(第55、56(a)、56(b)圖)。
剝離阻劑(第57、58(a)、58(b)圖)。
剝離矽柱側壁的薄氧化膜後，為了防止離子植入時的離子通道效應，將矽柱側壁與閘極的多晶矽予以氧化，形成氧化膜604、605、606(第59、60(a)、60(b)圖)。
離子植入磷，形成n型擴散層213、214、215、216、217、218、219、220、221(第61、62(a)、62(b)圖)。
剝離氮化膜(第63、64(a)、64(b)圖)。
層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕，形成氧化膜246(第65、66(a)、66(b)圖)。
為了防止離子植入時的離子通道效應，進行氧化以形成氧化膜559、560、561、562、563、564、565、566、567(第67、68(a)、68(b)圖)。
離子植入硼，進行退火，形成p＋型擴散層201、202、 203、204、205、206、207、208、209(第69、70(a)、70(b)圖)。
剝離氧化膜(第71、72(a)、72(b)圖)。
層疊金屬568，進行平坦化，進行回蝕(第73、74(a)、74(b)圖)。
形成像素選擇線用的阻劑569、570、571(第75、76(a)、76(b)圖)。
蝕刻金屬，形成像素選擇線210、211、212(第77、78(a)、78(b)圖)。
剝離阻劑，形成表面保護膜572(第79、80(a)、80(b)圖)。
此外，在實施例中，雖使用電荷蓄積部圍繞p型雜質添加區域，且閘極隔介絕緣膜圍繞p型雜質添加區域之構造的固態攝像元件，但亦可如第81圖所示，為閘極655隔介絕緣膜圍繞p型雜質添加區域652的局部。
第81圖係顯示本發明其他實施例的立體圖，第82(a)圖為第81圖中的X4 －X4 ’的剖面圖，第82(b)圖為第82(a)圖的等效電路圖，第83(a)圖為第81圖中的Y4 －Y4 ’的剖面圖，第83(b)圖為第83(a)圖的等效電路圖。
於矽基板660上形成氧化膜661，於氧化膜661上形成訊號線654，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層653，係在前述島狀半導體下部，且連接至前述訊號線；p型雜質添加區域652，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極655，係隔介絕緣膜 連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部651，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且當受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層650，係鄰接至前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層之像素選擇線656。
形成氧化膜657作為層間絕緣膜。
p＋型擴散層650與n型擴散層651係作為光電轉換用光電二極體664來作動；p＋型擴散層650、n型擴散層651、以及p型雜質添加區域652係作為放大用電晶體665來作動；n＋型擴散層653、p型雜質添加區域652、n型擴散層651、以及閘極655係作為重置電晶體663來作動；p型雜質添加區域652與n＋型擴散層653係作為二極體662來作動。
此外，亦可如第84圖所示，為電荷蓄積部751圍繞p型雜質添加區域752的局部，閘極755隔介絕緣膜圍繞p型雜質添加區域752的局部。
第84圖係顯示本發明其他實施例的立體圖，第85(a)圖為第84圖中的X5 －X5 ’的剖面圖，第85(b)圖為第85(a)圖的等效電路圖，第86(a)圖為第84圖中的Y5 －Y5 ’的剖面圖，第86(b)圖為第86(a)圖的等效電路圖。
於矽基板760上形成氧化膜761，於氧化膜761上形成訊號線754，於前述訊號線上形成島狀半導體，前述島狀半導體係具備有：n＋型擴散層753，係在前述島狀半導 體下部，且連接至前述訊號線；p型雜質添加區域752，係鄰接於前述n＋型擴散層的上側；閘極755，係隔介絕緣膜連接至前述p型雜質添加區域；電荷蓄積部751，係由n型擴散層所構成，該n型擴散層係連接至前述p型雜質添加區域，且當受光時電荷量會產生變化；以及p＋型擴散層750，係鄰接至前述p型雜質添加區域與前述n型擴散層的上側；並且，形成連接至前述島狀半導體上部的前述p＋型擴散層之像素選擇線756。
形成氧化膜757作為層間絕緣膜。
p＋型擴散層750與n型擴散層751係作為光電轉換用光電二極體764來作動；p＋型擴散層750、n型擴散層751、以及p型雜質添加區域752係作為放大用電晶體765來作動；n＋型擴散層753、p型雜質添加區域752、n型擴散層751、以及閘極755係作為重置電晶體763來作動；p型雜質添加區域752與n＋型擴散層753係作為二極體762來作動。
在本發明中，固態攝像元件係由下述構件所構成：放大用電晶體，係由閘極與源極作為光電轉換用光電二極體來作動、閘極作為電荷蓄積部來作動，用以放大電荷蓄積部的電荷之接合電晶體所構成；重置電晶體，係由源極連接至放大用電晶體的閘極，用以將電荷蓄積部予以重置之MOS電晶體所構成；二極體，其陽極連接至放大用電晶體的汲極，陰極連接至重置電晶體的汲極；像素選擇線，係連接至放大用電晶體的源極；以及訊號線，係連接至二極 體的陰極。
亦即，由於以由接合電晶體所構成的放大用電晶體、由MOS電晶體所構成的重置電晶體、以及二極體這合計三個元件來構成光電轉換部、放大部、像素選擇部、以及重置部，故能減少一個像素中的元件數目。
此外，在本發明中，係提供一種固態攝像元件，該固態攝像元件係包含有：訊號線，係形成於基板上；島狀半導體，係配置於前述訊號線上；以及像素選擇線，係連接至前述島狀半導體的上部；前述島狀半導體係具備有：第一半導體層，係配置於前述島狀半導體的下部，且連接至前述訊號線；第二半導體層，係鄰接於前述第一半導體層的上側；閘極，係隔介絕緣膜連接至前述第二半導體層；電荷蓄積部，係由第三半導體層所構成，該第三半導體層係連接至前述第二半導體層，且當受光時電荷量會產生變化；以及第四半導體層，係鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層的上側，且連接至前述像素選擇線。
前述第三半導體層與前述第四半導體層係作為光電轉換用光電二極體來作動；前述第二半導體層、前述第三半導體層、以及前述第四半導體層係作為放大用電晶體來作動；前述第一半導體層、前述第二半導體層、前述第三半導體層、以及前述閘極係作為重置電晶體來作動。
藉此，由於以光電二極體的面積來實現光電轉換部、放大部、像素選擇部、以及重置部，故可製作受光部的表面積相對於一個像素的表面積的比例較大的影像感測器。
受光部(光電二極體)的表面積相對於習知的CMOS影像感測器的一個像素的表面積的比例為30%。以下，預估將本發明的影像感測器配置成行列狀時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例。第87圖為將具有圓柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器901、902、903、904、905、906、907、908、909配置成行列狀時的平面圖，第88圖係將一個像素擴大的平面圖，且顯示受光部911與像素選擇線910。F為佈線規則(wiring rule)。將每個像素的表面積設為2 μm×2 μm，並使用0.15 μm佈線規則製程。受光部(光電二極體)的表面積為3.14×0.85 μm×0.85 μm。當將具有圓柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器配置成行列狀時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例為56.7%。
第89圖係將具有四角柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器912、913、914、915、916、917、918、919、920配置成行列狀時的平面圖，第90圖係將一個像素擴大的平面圖，且顯示受光部922與像素選擇線921。F為佈線規則。將每個像素的表面積設為2 μm×2 μm，並使用0.15 μm佈線規則製程。受光部(光電二極體)的表面積為1.7 μm×1.7 μm。當將具有四角柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器配置成行列狀時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例為72.25%。亦即，由於以光電二極體的面積來實現影像感測器的單位像素，故可製作受光部的表面積相對於一個像素的表面積的 比例較大的影像感測器。
此外，在固態攝像裝置中，藉由將固態攝像元件在基板上配置成蜂巢狀，可製作受光部的表面積相對於一個像素的表面積的比例較大的影像感測器。
以下，預估將本發明的影像感測器配置成蜂巢狀時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例。第91圖為將具有圓柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器923、924、925、926、927、928、929、930、931配置成蜂巢狀時的平面圖，第92圖係將一個像素擴大的平面圖，且顯示受光部933與像素選擇線932。F為佈線規則。將光電二極體的半徑設為0.85 μm，並使用0.15 μm佈線規則製程。受光部(光電二極體)的表面積為3.14×0.85 μm×0.85 μm。一個像素的表面積為6×(1 μm×2/√ 3 μm)/2。當將具有圓柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器配置成行列狀時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例為65.5%。第93圖為將具有六角柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器934、935、936、937、938、939、940、941、942配置成蜂巢狀時的平面圖，第94圖係將一個像素擴大的平面圖，且顯示受光部944與像素選擇線943。F為佈線規則。將一個像素的表面積設為6×(1 μm×2/√ 3 μm)/2，並使用0.15 μm佈線規則製程。受光部(光電二極體)的表面積為6×(0.85 μm×2×0.85/√ 3 μm)/2。一個像素的表面積為6×(1 μm×2/√ 3 μm)/2。當將具有六角柱形狀的島狀半導體之本 發明的影像感測器配置成行列狀時，受光部(光電二極體)的表面積相對於一個像素的表面積的比例為72.25%。亦即，藉由配置成蜂巢狀，可製作受光部的表面積相對於一個像素的表面積的比例很大的影像感測器。
5、164、664、764‧‧‧光電轉換用光電二極體
11‧‧‧像素選擇時脈線
12‧‧‧重置時脈線
13、154、243、244、245、407、654、754‧‧‧訊號線
14‧‧‧電源線
101、165、403、665、765‧‧‧放大用電晶體
102、163、405、663、763‧‧‧重置電晶體
103‧‧‧選擇電晶體
114‧‧‧重置用電源線
150、201至209、650、750‧‧‧p＋型擴散層
151、213至221、402、651、751‧‧‧電荷蓄積部
152、222至230、652、752‧‧‧p型雜質添加區域
153、234至242、653、753‧‧‧n＋型擴散層
155、231、232、233、655、755‧‧‧閘極
156、210、211、212、404、656、756、910、921、932、943‧‧‧像素選擇線
157、161、246、251、525至534、559至567、601至606、657、661、757、761‧‧‧氧化膜
160、250、660、760‧‧‧矽基板
162、409、662、762‧‧‧二極體
401‧‧‧光電二極體
406‧‧‧閘極(重置線)
408‧‧‧讀出電流Iread
501‧‧‧p型矽
502‧‧‧氮化膜(SiN)
503‧‧‧氧化矽膜
504、505、506‧‧‧遮罩
507至515、555、556、557、569、570、571‧‧‧阻劑
516至524、820至838‧‧‧島狀半導體
535至543‧‧‧側壁
544‧‧‧氧化膜層
545至553‧‧‧閘極氧化膜
554‧‧‧多晶矽
568‧‧‧金屬
572‧‧‧表面保護膜
580、581、582、592至600‧‧‧氮化膜遮罩
583至591‧‧‧氧化膜遮罩
901至909、912至920、923至931、934至942‧‧‧影像感測器
911、922、933、944‧‧‧受光部
第1圖係習知的CMOS影像感測器的單位像素。
第2圖係本發明的固態攝像元件的等效電路。
第3圖係本發明的固態攝像元件的驅動方法。
第4圖係本發明的固態攝像元件的驅動方法。
第5(a)圖係本發明的固態攝像元件的驅動方法。
第5(b)圖係本發明的固態攝像元件的驅動方法。
第6圖係本發明一個固態攝像元件的立體圖。
第7(a)圖係第6圖中的X1 －X1 ’的剖面圖。
第7(b)圖係第7(a)圖的等效電路圖。
第8(a)圖係第6圖中的Y1 －Y1 ’的剖面圖。
第8(b)圖係第8(a)圖的等效電路圖。
第9圖係將本發明的固態攝像元件配置成蜂巢狀的固態攝像元件的平面圖。
第10圖係立體圖。
第11圖係第10圖中的Z1 －Z1 ’的剖面圖。
第12圖係第10圖中的Z2 －Z2 ’的剖面圖。
第13圖係第10圖中的Z3 －Z3 ’的剖面圖。
第14圖係第10圖中的Z4 －Z4 ’的剖面圖。
第15圖係第10圖中的Z5 －Z5 ’的剖面圖。
第16圖係第9圖中的X2 －X2 ’的剖面圖。
第17圖係第9圖中的Y2 －Y2 ’的剖面圖。
第18圖係顯示本發明其他實施例的立體圖。
第19圖係顯示本發明其他實施例的立體圖。
第20圖係顯示本發明其他實施例的立體圖。
第21圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第22(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第22(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第23圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第24(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第24(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第25圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第26(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第26(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第27圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯 視圖。
第28(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第28(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第29圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第30(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第30(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第31圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第32(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第32(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第33圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第34(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第34(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第35圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯 視圖。
第36(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第36(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第37圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第38(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第38(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第39圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第40(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第40(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第41圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第42(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第42(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第43圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯 視圖。
第44(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第44(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第45圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第46(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第46(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第47圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第48(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第48(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第49圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第50(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第50(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第51圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯 視圖。
第52(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第52(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第53圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第54(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第54(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第55圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第56(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第56(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第57圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第58(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第58(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第59圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯 視圖。
第60(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第60(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第61圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第62(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第62(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第63圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第64(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第64(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第65圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第66(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第66(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第67圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯 視圖。
第68(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第68(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第69圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第70(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第70(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第71圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第72(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第72(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第73圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第74(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第74(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第75圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯 視圖。
第76(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第76(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第77圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第78(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第78(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第79圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之俯視圖。
第80(a)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之X3 －X3 ’剖面步驟圖。
第80(b)圖係顯示本發明的固態攝像元件的製造例之Y3 －Y3 ’剖面步驟圖。
第81圖係顯示本發明其他實施例的立體圖。
第82(a)圖係第81圖中的X4 －X4 ’的剖面圖。
第82(b)圖係第82(a)圖的等效電路圖。
第83(a)圖係第81圖中的Y4 －Y4 ’的剖面圖。
第83(b)圖係第83(a)圖的等效電路圖。
第84圖係顯示本發明其他實施例的立體圖。
第85(a)圖係第84圖中的X5 －X5 ’的剖面圖。
第85(b)圖係第85(a)圖的等效電路圖。
第86(a)圖係第84圖中的Y5 －Y5 ’的剖面圖。
第86(b)圖係第86(a)圖的等效電路圖。
第87圖係將具有圓柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器配置成行列狀之平面圖。
第88圖係將一個像素放大之平面圖。
第89圖係將具有四角柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器配置成行列狀之平面圖。
第90圖係將一個像素放大之平面圖。
第91圖係將具有圓柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器配置成蜂巢狀之平面圖。
第92圖係將一個像素放大之平面圖。
第93圖係將具有六角柱形狀的島狀半導體之本發明的影像感測器配置成蜂巢狀之平面圖。
第94圖係將一個像素放大之平面圖。
201至209‧‧‧p＋型擴散層
210、211、212‧‧‧像素選擇線
231、232、233‧‧‧閘極
242‧‧‧n＋型擴散層
243、244、245‧‧‧訊號線

Claims (13)

  1. 一種固態攝像裝置，係具備有排列在基板上的固態攝像元件，前述固態攝像元件係包含有：訊號線，係形成於基板上；島狀半導體，係配置於前述訊號線上；以及像素選擇線，係連接至前述島狀半導體的上部；前述島狀半導體係具備有：第一半導體層，係配置於前述島狀半導體的下部，並連接至前述訊號線；第二半導體層，係鄰接於前述第一半導體層的上側；閘極，係隔介絕緣膜連接至前述第二半導體層；電荷蓄積部，係由第三半導體層所構成，該第三半導體層係連接至前述第二半導體層，且當受光時電荷量會產生變化；以及第四半導體層，係鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層的上側，且連接至前述像素選擇線；前述固態攝像元件係於基板上排列成蜂巢狀。
  2. 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中，前述訊號線為n+型擴散層，前述第一半導體層為n+型擴散層，前述第二半導體層為p型雜質添加區域，前述第三半導體層為n型擴散層，前述第四半導體層為p+型擴散層。
  3. 如申請專利範圍第2項之固態攝像裝置，其中， 前述p+型擴散層與n型擴散層係作為光電轉換用光電二極體來作動；前述p+型擴散層、n型擴散層、以及p型雜質添加區域係作為放大用電晶體來作動；前述第一半導體層的n+型擴散層、p型雜質添加區域、n型擴散層、以及閘極係作為重置電晶體來作動；前述p型雜質添加區域與n+型擴散層係作為二極體來作動。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之固態攝像裝置，其中，前述島狀半導體為圓柱形狀。
  5. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之固態攝像裝置，其中，前述島狀半導體為六角柱形狀。
  6. 一種固態攝像裝置，係具備有排列在基板上的固態攝像元件，前述固態攝像元件係包含有：訊號線，係形成於基板上；島狀半導體，係配置於前述訊號線上；以及像素選擇線，係連接至前述島狀半導體的上部；前述島狀半導體係具備有：第一半導體層，係配置於前述島狀半導體的下部，並連接至前述訊號線；第二半導體層，係鄰接於前述第一半導體層的上側；閘極，係隔介絕緣膜連接至前述第二半導體層；電荷蓄積部，係由第三半導體層所構成，該第三半 導體層係連接至前述第二半導體層，且當受光時電荷量會產生變化；以及第四半導體層，係鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層的上側，且連接至前述像素選擇線；前述固態攝像元件係於基板上排列成n列m行(n、m為1以上)的行列狀；前述島狀半導體為圓柱形狀。
  7. 一種固態攝像裝置，係具備有排列在基板上的固態攝像元件，前述固態攝像元件係包含有：訊號線，係形成於基板上；島狀半導體，係配置於前述訊號線上；以及像素選擇線，係連接至前述島狀半導體的上部；前述島狀半導體係具備有：第一半導體層，係配置於前述島狀半導體的下部，並連接至前述訊號線；第二半導體層，係鄰接於前述第一半導體層的上側；閘極，係隔介絕緣膜連接至前述第二半導體層；電荷蓄積部，係由第三半導體層所構成，該第三半導體層係連接至前述第二半導體層，且當受光時電荷量會產生變化；以及第四半導體層，係鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層的上側，且連接至前述像素選擇線；前述固態攝像元件係於基板上排列成n列m行(n、 m為1以上)的行列狀；前述島狀半導體為四角柱形狀。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項之固態攝像裝置，其中，前述訊號線為n+型擴散層，前述第一半導體層為n+型擴散層，前述第二半導體層為p型雜質添加區域，前述第三半導體層為n型擴散層，前述第四半導體層為p+型擴散層。
  9. 如申請專利範圍第8項之固態攝像裝置，其中，前述p+型擴散層與n型擴散層係作為光電轉換用光電二極體來作動；前述p+型擴散層、n型擴散層、以及p型雜質添加區域係作為放大用電晶體來作動；前述第一半導體層的n+型擴散層、p型雜質添加區域、n型擴散層、以及閘極係作為重置電晶體來作動；前述p型雜質添加區域與n+型擴散層係作為二極體來作動。
  10. 一種固態攝像元件的製造方法，為申請專利範圍第1至9項中任一項所記載的固態攝像元件的製造方法，該製造方法係包含有：於基板上形成訊號線之步驟；在前述訊號線上形成島狀半導體之步驟；形成連接至前述島狀半導體下部的前述訊號線的第一半導體層之步驟；形成鄰接於前述第一半導體層上側的第二半導體 層之步驟；形成隔介絕緣膜連接至鄰接於前述第一半導體層上的第二半導體層之閘極之步驟；形成連接至前述第二半導體層的第三半導體層之步驟；形成鄰接於前述第二半導體層與前述第三半導體層上側的第四半導體層之步驟；以及形成連接至前述第四半導體層的像素選擇線之步驟。
  11. 如申請專利範圍第10項之固態攝像元件的製造方法，其中，復包含有下述步驟：於氧化膜上形成p型矽，在p型矽上層疊氮化膜與氧化矽膜，形成阻劑，進行氧化膜蝕刻，進行氮化膜蝕刻，剝離阻劑，形成用以形成訊號線之氧化膜遮罩與氮化膜遮罩，蝕刻p型矽，藉此形成訊號線之步驟；形成用以形成島狀半導體之阻劑，蝕刻氧化膜與氮化膜，剝離阻劑，蝕刻p型矽，藉此形成島狀半導體之步驟；層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕，進行氧化以形成氧化膜，且為了作為離子植入時的遮罩而層疊多晶矽，並進行回蝕使其殘留為側壁狀之步驟；剝離氧化膜以露出植入磷的部位，形成氧化膜以防止離子植入時的離子通道效應，離子植入磷，進行熱製程，藉此形成訊號線與n+型擴散層之步驟； 剝離多晶矽與氧化膜，層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕，形成氧化膜層，進行閘極氧化而形成閘極氧化膜，層疊多晶矽，進行平坦化，進行回蝕，形成閘極用的阻劑，蝕刻多晶矽，藉此形成閘極之步驟；剝離阻劑，剝離矽柱側壁的薄氧化膜，為了防止離子植入時的離子通道效應，將矽柱側壁與閘極的多晶矽予以氧化而形成氧化膜，植入磷，藉此形成n型擴散層之步驟；剝離氮化膜，層疊氧化膜，進行平坦化，進行回蝕而形成氧化膜層，進行氧化來形成氧化膜以防止離子植入時的離子通道效應，植入硼，進行熱製程，藉此形成p+型擴散層之步驟；以及剝離氧化膜，層疊金屬，進行平坦化，進行回蝕，形成像素選擇線用的阻劑，蝕刻金屬，藉此形成像素選擇線之步驟。
  12. 如申請專利範圍第1項之固態攝像裝置，其中，前述第二半導體層的一部分為圓柱形狀，前述閘極係隔介前述絕緣膜圍繞前述第二半導體層之一部分的外周。
  13. 如申請專利範圍第12項之固態攝像裝置，其中，前述第二半導體層的另一部分為圓柱形狀，前述第三半導體層係圍繞前述第二半導體層的前述另一部分的外周。
TW097109993A 2007-09-12 2008-03-21 固態攝像裝置，及固態攝像元件的製造方法 TWI443810B (zh)

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