TWI538182B - 固體攝像元件、固體攝像裝置以及其製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種固體攝像元件、固體攝像裝置以及其製造方法，特別是有關於CCD固體攝像元件、CCD固體攝像裝置以及其製造方法。
影像攝影機等所使用之習知固體攝像元件，其光檢測元件係排列成矩陣狀，且於光檢測元件行之間具有讀取在該光檢測元件行所產生的信號電荷之垂直電荷耦合元件(垂直CCD：Charge Coupled Device)。
繼而表示上述習知固體攝像元件之構造(例如，參考專利文獻1)。第1圖係表示習知固體攝像元件的單位畫素之截面圖。光二極體(PD)係形成於在n型基板11上所形成的p型井區域12內，且包含：具有電荷蓄積層之功能的n型光電變換區域13；以及形成於n型光電變換區域13上的p+型區域14。
此外，n型CCD通道區域16係作為n型雜質添加區域而形成於p型井區域12內。n型CCD通道區域16和在該n型CCD通道區域16讀取信號電荷之側的光二極體之間，係設置有p型雜質添加區域所形成之讀取通道。繼而在光二極體所產生的信號電荷係於暫時地蓄積於n型光電變換區域13之後，經由讀取通道而被讀取。
另一方面，n型CCD通道區域16和另外的光二極體之間係設置有p+型元件隔離區域15。藉由該p+型元件隔離區域15而使光二極體和n型CCD通道區域16作電氣性地隔離，並且n型CCD通道區域16之間亦以互相不接觸之方式而呈隔離狀態。
半導體基板的表面係夾介矽氧化膜17而形成以能通過光二極體之方式而延伸於水平方向之傳輸電極18。又，經由傳輸電極18之中，位於施加讀取信號之電極下方之讀取通道，而由n型CCD通道區域16來讀取光二極體所產生的信號電荷。
形成傳輸電極18之半導體基板的表面係形成有金屬遮蔽膜20。金屬遮蔽膜20係於各個光二極體具有金屬遮蔽膜開口部24而作為能穿透受光部之p+型區域14所接收的光之光穿透部。
專利文獻1：日本特開2000-101056號公報
如此，在習知固體攝像元件當中，其光二極體(PD)、讀取通道、n型CCD通道區域、p+型元件隔離區域係形成於平面，且在增大受光部(光二極體)的表面積對一畫素的面積之比例方面有其界限。因此，本發明之目的係提供一種能減低讀取通道的面積，且受光部(光二極體)的表面積對一畫素的面積之比例較大的CCD固體攝像元件。
本發明之第1實施形態係提供一種固體攝像元件，其特徵在於具有：第2導電型平面狀半導體層；第1導電型平面狀半導體層，其係形成於前述第2導電型平面狀半導體層上；孔，其係形成於前述第1導電型平面狀半導體層；第1導電型高濃度雜質區域，其係形成於在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部；元件隔離區域，其係形成於在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁的其中一部分，且由和前述第1導電型高濃度雜質區域相連接之第1導電型高濃度雜質所構成；第2導電型光電變換區域，其係形成在形成於在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部之前述第1導電型高濃度雜質區域的下部、以及在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部的側壁之另一部分，且藉由受光而使電荷量產生變化；傳輸電極，其係夾介閘極絕緣膜而形成於在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁；第2導電型CCD通道區域，其係形成於前述第1導電型平面狀半導體層表面、以及在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的上部的側壁之另一部分；以及讀取通道，其係形成於由前述第2導電型光電變換區域和前述第2導電型CCD通道區域所夾住的區域。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一固體攝像裝置，其係以行列狀排列複數個前述記載之固體攝像元件。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像裝置，其特徵在於：前述第2導電型CCD通道區域係由在形成於至少相互鄰接的前述第1導電型平面狀半導體層的孔行間之各個中，由延伸於行方向之第2導電型雜質區域所構成，以前述第2導電型CCD通道區域互相不接觸之方式而設置由第1導電型高濃度雜質所構成的元件隔離區域。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像裝置，其特徵在於：包含夾著閘極絕緣膜而形成於在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁之複數個傳輸電極，係在形成於前述第1導電型平面狀半導體層的孔列間之各個中延伸於列方向，且離開預定間隔而排列俾能沿著前述第2導電型CCD通道區域而傳輸在前述固體攝像元件所產生的信號電荷。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一固體攝像裝置，第1固體攝像元件行以及第2固體攝像元件行隔開第2間隔而排列所成之元件行的組，係錯開預定量且隔開前述第2間隔而排列複數組於前述第1方向，該第1固體攝像元件行以第1間隔而排列複數個前述記載之固體攝像元件於第1方向，該第2固體攝像元件行以前述第1間隔而排列複數個前述記載之固體攝像元件於前述第1方向，且對前述第1固體攝像元件行錯開預定量而配置於前述第1方向。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像裝置，其特徵在於：前述第2導電型CCD通道區域係在形成於至少相互鄰接的前述第1導電型平面狀半導體層的孔行間之各個中，由通過形成於該相互鄰接的前述第1導電型平面狀半導體層的孔行之形成於各前述第1導電型平面狀半導體層孔之間並延伸於行方向之第2導電型雜質區域所構成，以前述第2導電型CCD通道區域互相不接觸之方式而設置由第1導電型高濃度雜質所構成的元件隔離區域。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像裝置，其特徵在於：前述傳輸電極係在形成於相互鄰接的前述第1導電型平面狀半導體層的孔列間之各個中，通過形成於該相互鄰接的前述第1導電型平面狀半導體層的孔列之形成於各前述第1導電型平面狀半導體層的孔之間而延伸於列方向，且離開預定間隔而排列俾能沿著前述第2導電型CCD通道區域而傳輸在前述固體攝像元件所產生的信號電荷。
此外，本發明之第1實施形態係提供一固體攝像元件之製造方法，其特徵在於包含：在第2導電型平面狀半導體層上所形成的第1導電型平面狀半導體層，形成孔之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部，形成第1導電型高濃度雜質區域之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁的其中一部分，形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域之步驟；在形成於在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部之前述第1導電型高濃度雜質區域的下部、以及在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部之側壁之另一部分，形成藉由受光而使電荷量產生變化之第2導電型光電變換區域之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁夾介閘極絕緣膜而形成傳輸電極之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層表面、以及在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的上部的側壁之另一部分形成第2導電型CCD通道區域之步驟；以及在由前述第2導電型光電變換區域和前述第2導電型CCD通道區域所夾住的區域形成讀取通道之步驟。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像元件之製造方法，其係包含在第2導電型平面狀半導體層上所形成的第1導電型平面狀半導體層形成遮罩，且將矽予以蝕刻而形成孔之步驟。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像元件之製造方法，其係包含：將藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域時的遮罩材，而形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁之步驟；以及藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域之步驟。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像元件之製造方法，其係包含在藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域的步驟之後，在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部形成第1導電型高濃度雜質區域之步驟。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像元件之製造方法，其係包含：在藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域的步驟之後，藉由蝕刻法而將形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁之遮罩材的其中一部分予以去除，此後，藉由離子植入法，在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部形成第1導電型高濃度雜質區域之步驟；以及在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁的其中一部分，形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域之步驟。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像元件之製造方法，其係包含：將藉由離子植入法而形成第2導電型CCD通道區域時的遮罩材，形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔之步驟；以及藉由離子植入法而形成第2導電型CCD通道區域之步驟。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像元件之製造方法，其係包含：以能與形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁的其中一部分之由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域連接之方式，形成藉由離子植入法而形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域時的遮罩材之步驟；以及離子植入法而形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域之步驟。
此外，本發明之最佳實施形態係提供一前述記載之固體攝像元件之製造方法，其係包含藉由進行閘極絕緣膜之形成、閘極電極材之沉積、平坦化以及蝕刻作業，而形成傳輸電極之步驟。
習知CCD固體攝像元件，其光二極體(PD)、讀取通道、n型CCD通道區域、p+型元件隔離區域係形成於平面，且在增大受光部(光二極體)的表面積對一畫素的面積之比例方面有其界限，然而，根據本發明，則能提供一種藉由非水平方式而配置讀取通道，而能大幅減低讀取通道的占有面積，且受光部(光二極體)的表面積對一畫素的面積之比例較大的CCD固體攝像元件。
以下，參閱圖式而詳細說明有關於本發明的實施形態。
將本發明之第1實施形態之CCD固體攝像元件配置成一列二行之固體攝像裝置的平面圖、以及鳥瞰圖分別表示於第2圖、以及第3圖。此外，第4圖係第2圖之X1-X1’截面圖，第5圖係第2圖之Y1-Y1’截面圖。
於n型基板115上形成p型井區域114，於p型井114形成矽孔203，於矽孔203的底部形成p+型區域104，於矽孔203之側壁的其中一部分形成和p+型區域104相連接所形成之p+型元件隔離區域101，於p+型區域104的下部、以及矽孔203的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域110，於矽孔203的側壁夾介閘極絕緣膜117而形成傳輸電極106、107，於p型井114表面、以及矽孔203的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道103，於由n型光電變換區域110和n型CCD通道103所夾住的區域形成讀取通道112。
此外，於n型基板115上形成p型井區域114，於p型井114形成矽孔204，於矽孔204的底部形成p+型區域105，於矽孔204之側壁的其中一部分形成和p+型區域105相連接所形成之p+型元件隔離區域102，於p+型區域105的下部、以及矽孔204的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域111，於矽孔204的側壁夾介閘極絕緣膜117而形成傳輸電極106、107，於p型井114表面、以及矽孔204的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道區域109，於由n型光電變換區域111和n型CCD通道區域109所夾住的區域形成讀取通道113。
n型CCD通道區域108、103之間係以通道區域互相不接觸之方式而形成p+型元件隔離區域101。
此外，n型CCD通道區域103、109之間係以通道區域互相不接觸之方式而形成p+型元件隔離區域102。
此外，傳輸電極106、107上、矽孔203、204側壁係夾介絕緣膜119而形成金屬遮蔽膜116。
施加讀取信號於傳輸電極106或107時，則蓄積於作為電荷蓄積層之n型光電變換區域110的信號電荷係經由讀取通道112而由n型CCD通道區域103來讀取。此外，讀取之信號電荷係藉由傳輸電極106、107而傳輸於垂直(Y1-Y1’)方向。
繼而為本發明之第2實施形態，將第1實施形態之CCD固體攝像元件配置成複數個行列狀之固體攝像裝置的一部分之平面圖、以及鳥瞰圖分別表示於第26圖、以及第27圖。此外，第28圖係第26圖之X3-X3’截面圖，第29圖係第26圖之Y3-Y3’截面圖。
在第26圖和第27圖當中，具有p+型區域501、502之固體攝像元件係以預定間隔(垂直畫素間隔VP)而排列於半導體基板上之垂直(Y3-Y3’)方向(行方向)(第1固體攝像元件行)。將第1固體攝像元件行之各個固體攝像元件和垂直方向的位置作成相同而鄰接之狀態，而具有p+型區域503、504之固體攝像元件係以和第1固體攝像元件行相同的預定間隔(垂直畫素間隔VP)而排列於垂直方向(第2固體攝像元件行)。第1固體攝像元件行和第2固體攝像元件行係以和垂直畫素間隔相同的間隔(水平畫素間隔HP)而配置。如此，具有p+型區域501、502、503、504之固體攝像元件係排列成所謂的行列狀。
在鄰接而排列之第1固體攝像元件行的矽孔530、532、以及第2固體攝像元件行的矽孔531、533之間，係設置n型CCD通道區域508用以讀取具有p+型區域501、502的光二極體所產生之信號電荷並傳輸於垂直方向。同樣地，為了讀取另外的光二極體所產生之信號電荷並傳輸於垂直方向，而設置n型CCD通道區域507、509。
n型CCD通道區域係將排列成行列狀的矽孔之間延伸於垂直方向。繼而n型CCD通道區域之間係以互相隔離而不接觸之方式而設置p+型元件隔離區域505、506。
此外，為了施加電壓於p+型區域501、502，p+型元件隔離區域505亦形成於矽孔530、532之側壁的一部分，且連接於p+型區域501、502。
此外，為了施加電壓於p+型區域503、504，故p+型元件隔離區域506亦形成於矽孔531、533之側壁的一部分，且連接於p+型區域503、504。
在本實施形態當中，p+型元件隔離區域505、506雖係沿著第1和第固體攝像元件行的軸、以及矽孔的外緣而設置，但，p+型元件隔離區域其鄰接的n型CCD通道區域係以互相不接觸之方式而設置，且形成於矽孔之側壁的一部分，而連接於矽孔底部的p+型區域亦可，例如，亦可自第25圖的配置錯開於X3方向而配置p+型元件隔離區域505、506。
在將具有p+型區域501、503之固體攝像元件排列於水平(X2-X2’)方向(列方向)之第1固體攝像元件列的矽孔530、531、以及將具有p+型區域502、504之固體攝像元件排列於水平方向之第2固體攝像元件列的矽孔532、533之間，係設置傳輸電極512、513、514用以自光二極體將n型CCD通道區域507、508、509所讀取的信號電荷傳輸於垂直方向。
此外，設置傳輸電極510、511、515、516用以自光二極體而將n型CCD通道區域507、508、509所讀取的信號電荷傳輸於垂直方向。當施加讀取信號於傳輸電極514時，則蓄積於光二極體502、504之信號電荷係經由讀取通道而由n型CCD通道區域508、509來讀取。傳輸電極係將排列成行列狀的矽孔之間延伸於水平方向。
具有p+型區域501之固體攝像元件，係於n型基板526上形成p型井區域525，於p型井525形成矽孔530，於矽孔530的底部形成p+型區域501，於矽孔530之側壁的其中一部分形成和p+型區域501相連接所形成之p+型元件隔離區域505，於p+型區域501的下部、以及矽孔530的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域517，於矽孔530的側壁夾介閘極絕緣膜527而形成傳輸電極511、512，於p型井525表面、以及矽孔530的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道508，於由n型光電變換區域517和n型CCD通道508所夾住的區域形成讀取通道521。
此外，具有p+型區域502之固體攝像元件，係於n型基板526上形成p型井區域525，於p型井525形成矽孔532，於矽孔532的底部形成p+型區域502，於矽孔532之側壁的其中一部分形成和p+型區域502相連接所形成之p+型元件隔離區域505，於p+型區域502的下部、以及矽孔532的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域518，於矽孔532的側壁夾介閘極絕緣膜527而形成傳輸電極514、515，於p型井525表面、以及矽孔532的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道508，於由n型光電變換區域518和n型CCD通道508所夾住的區域形成讀取通道522。
此外，具有p+型區域503之固體攝像元件，係於n型基板526上形成p型井區域525，於p型井525形成矽孔531，於矽孔531的底部形成p+型區域503，於矽孔531之側壁的其中一部分形成和p+型區域503相連接所形成之p+型元件隔離區域506，於p+型區域503的下部、以及矽孔531的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域519，於矽孔531的側壁夾介閘極絕緣膜527而形成傳輸電極511、512，於p型井525表面、以及矽孔531的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道509，於由n型光電變換區域519和n型CCD通道509所夾住的區域形成讀取通道523。
此外，具有p+型區域504之固體攝像元件，係於n型基板526上形成p型井區域525，於p型井區域525形成矽孔533，於矽孔533的底部形成p+型區域504，於矽孔533之側壁的其中一部分形成和p+型區域504相連接所形成之p+型元件隔離區域506，於p+型區域504的下部、以及矽孔533的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域520，於矽孔533的側壁夾介閘極絕緣膜527而形成傳輸電極514、515，於p型井525表面、以及矽孔533的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道509，於夾住n型光電變換區域520和n型CCD通道509的區域形成讀取通道524。
此外，傳輸電極510、511、512、513、514、515、516上、矽孔501、502、503、504側壁係夾介絕緣膜528而形成金屬遮蔽膜529。
如上述，在鄰接的固體攝像元件列的矽孔之間，係設置傳輸電極510、511、512、513、514、515、516俾能以通過鄰接的固體攝像元件列的矽孔之間之方式而延伸於列方向，此等係離開預定間隔而配置。夾介鄰接於矽孔之傳輸電極511、512、514、515、閘極絕緣膜而形成於矽孔的側面。傳輸電極510、511、512、513、514、515、516和n型CCD通道區域係構成將光二極體所產生的信號電荷傳輸於垂直方向之垂直電荷傳輸裝置(VCCD)。VCCD係作成3相驅動(ψ1至ψ3)，且對各個光二極體藉由不同的相位所驅動之3個傳輸電極而將光二極體所產生的信號電荷傳輸於垂直方向。本實施形態中，VCCD雖為3相驅動，但，熟習該項技術者應當明瞭亦可作成以適當之任意數目之相而驅動VCCD之構成。
在第2實施形態當中，雖表示CCD固體攝像元件為配置成行列狀之固體攝像裝置，但，如第22圖、第23圖、第24圖、第25圖所示，將CCD固體攝像元件配置成蜂巢狀亦可。因此，作為本發明之第3實施形態而說明有關於第1實施形態之CCD固體攝像元件為配置成蜂巢狀之固體攝像裝置。將CCD固體攝像元件為配置成蜂巢狀之固體攝像裝置的一部分之平面圖、以及鳥瞰圖分別表示於第22圖、以及第23圖。此外，第24圖係第22圖之X2-X2’截面圖，第25圖係第22圖之Y2-Y2’截面圖。
在第22圖和第23圖當中，具有p+型區域301、302之固體攝像元件係以預定間隔(垂直畫素間隔VP)而排列於半導體基板上之垂直(Y2-Y2’)方向(行方向)(第1固體攝像元件行)。
作成和第1固體攝像元件行及垂直畫素間隔相同的間隔(水平畫素間隔HP)之1/2，具有p+型區域303、304之固體攝像元件係以和第1固體攝像元件行相同的預定間隔而排列於垂直方向，且對第1固體攝像元件行而對垂直畫素間隔VP錯開1/2而配置於垂直方向(第2固體攝像元件行)。
此外，作成和第2固體攝像元件行及垂直畫素間隔相同的間隔(水平畫素間隔HP)之1/2，具有p+型區域305、306之固體攝像元件係以和第1固體攝像元件行相同的預定間隔而排列於垂直方向，且對第2固體攝像元件行而對垂直畫素間隔VP錯開1/2而配置於垂直方向(第3固體攝像元件行)。
亦即，具有p+型區域301、302、303、304、305、306之固體攝像元件係排列成所謂的蜂巢狀。
在鄰接而排列之第1固體攝像元件行的矽孔339、331、以及第2固體攝像元件行的矽孔334、333之間，係設置n型CCD通道區域331用以讀取具有p+型區域301、302的光二極體所產生之信號電荷並傳輸於垂直方向。
同樣地，在第2固體攝像元件行的矽孔334、333、以及第3固體攝像元件行的矽孔305、306之間，係設置n型CCD通道區域312用以讀取具有p+型區域303、304的光二極體所產生之信號電荷並傳輸於垂直方向。
此外，設置n型CCD通道區域313用以讀取具有p+型區域305、306的光二極體所產生之信號電荷並傳輸於垂直方向。
此外，設置n型CCD通道區域310用以讀取光二極體所產生之信號電荷並傳輸於垂直方向。
此等之n型CCD通道區域係將排列成蜂巢狀的矽孔之間作成蛇行狀而延伸於垂直方向。此外，n型CCD通道區域之間係以互相隔離而不接觸之方式而設置p+型元件隔離區域307、308、309。
此外，為了施加電壓於p+型區域301、302，p+型元件隔離區域307亦形成於矽孔339、331之側壁的一部分，且連接於p+型區域301、302。
此外，為了施加電壓於p+型區域303、304，p+型元件隔離區域308亦形成於矽孔334、333之側壁的一部分，且連接於p+型區域303、304。
此外，為了施加電壓於p+型區域305、306，p+型元件隔離區域309亦形成於矽孔343、332之側壁的一部分，且連接於p+型區域305、306。
在本實施形態當中，p+型元件隔離區域307、308、309雖係沿著第1、第2、以及第3固體攝像元件行的軸、以及矽孔的外緣而設置，但，p+型元件隔離區域係以鄰接的n型CCD通道區域互相不接觸之方式而設置，且形成於矽孔之側壁的一部分，而連接於矽孔底部的p+型區域亦可，例如，亦可自第21圖的配置錯開於X2方向而配置p+型元件隔離區域307、308、309。
將具有p+型區域301、305之固體攝像元件排列於水平(X2-X2’)方向(列方向)之第1固體攝像元件列的矽孔339、343、以及在將具有p+型區域303之固體攝像元件排列於水平方向之第2固體攝像元件列的矽孔334之間設置傳輸電極314、315。
同樣地，在將具有p+型區域303之固體攝像元件排列於水平方向之第2固體攝像元件列的矽孔334、以及將具有p+型區域302、306之固體攝像元件排列於水平方向之第3固體攝像元件列的矽孔331、332之間；將具有p+型區域302、306之固體攝像元件排列於水平方向之第3固體攝像元件列的矽孔331、332以及在將具有p+型區域304之固體攝像元件排列於水平方向之第4固體攝像元件列的矽孔333之間，分別設置傳輸電極316、317、以及傳輸電極318、319。此等之傳輸電極係將排列成蜂巢狀的矽孔之間作成蛇行狀而延伸於水平方向。
具有p+型區域301之固體攝像元件，係於n型基板321上形成p型井區域320，於p型井320形成矽孔339，於矽孔339的底部形成p+型區域301，於矽孔339之側壁的其中一部分形成和p+型區域301相連接所形成之p+型元件隔離區域307，於p+型區域301的下部、以及矽孔339的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域322，於矽孔339的側壁夾介閘極絕緣膜328而形成傳輸電極314，於p型井區域320表面、以及矽孔339的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道311，於由n型光電變換區域322和n型CCD通道311所夾住的區域形成讀取通道340。
具有p+型區域302之固體攝像元件，係於n型基板321上形成p型井區域320，於p型井320形成矽孔331，於矽孔331的底部形成p+型區域302，於矽孔331之側壁的其中一部分形成和p+型區域302相連接所形成之p+型元件隔離區域307，於p+型區域302的下部、以及矽孔331的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域323，於矽孔331的側壁夾介閘極絕緣膜328而形成傳輸電極317、318，於p型井320表面、以及矽孔331的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道311，於夾住n型光電變換區域323和n型CCD通道311的區域形成讀取通道335。
具有p+型區域303之固體攝像元件，係於n型基板321上形成p型井區域320，於p型井320形成矽孔334，於矽孔334的底部形成p+型區域303，於矽孔334之側壁的其中一部分形成和p+型區域303相連接所形成之p+型元件隔離區域308，於p+型區域303的下部、以及矽孔334的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域324，於矽孔334的側壁夾介閘極絕緣膜328而形成傳輸電極315、316，於p型井320表面、以及矽孔334的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道312，於n型光電變換區域324和n型CCD通道312所夾住的區域形成讀取通道338。
具有p+型區域304之固體攝像元件，係於n型基板321上形成p型井區域320，於p型井320形成矽孔333，於矽孔333的底部形成p+型區域304，於矽孔333之側壁的其中一部分形成和p+型區域304相連接所形成之p+型元件隔離區域308，於p+型區域304的下部、以及矽孔333的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域325，於矽孔333的側壁夾介閘極絕緣膜328而形成傳輸電極319，於p型井320表面、以及矽孔333的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道312，於由n型光電變換區域325和n型CCD通道312所夾住的區域形成讀取通道337。
具有p+型區域305之固體攝像元件，係於n型基板321上形成p型井區域320，於p型井320形成矽孔343，於矽孔343的底部形成p+型區域305，於矽孔343之側壁的其中一部分形成和p+型區域305相連接所形成之p+型元件隔離區域309，於p+型區域305的下部、以及矽孔343的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域326，於矽孔343的側壁夾介閘極絕緣膜328而形成傳輸電極314，於p型井320表面、以及矽孔343的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道313，於由n型光電變換區域326和n型CCD通道313所夾住的區域形成讀取通道341。
具有p+型區域306之固體攝像元件，係於n型基板321上形成p型井區域320，於p型井320形成矽孔332，於矽孔332的底部形成p+型區域306，於矽孔332之側壁的其中一部分形成和p+型區域306相連接所形成之p+型元件隔離區域309，於p+型區域306的下部、以及矽孔332的底部之側壁之另一部分形成n型光電變換區域327，於矽孔332的側壁夾介閘極絕緣膜328而形成傳輸電極317、318，於p型井320表面、以及矽孔332的上部之側壁之另一部分形成n型CCD通道313，於由n型光電變換區域327和n型CCD通道313所夾住的區域形成讀取通道336。
此外，傳輸電極314、315、316、317、318、319上、矽孔339、331、334、333、343、332側壁係夾介絕緣膜329而形成金屬遮蔽膜330。
如上述，在鄰接的固體攝像元件列的矽孔之間，係設置傳輸電極314、315、316、317、318、319俾能以通過鄰接的固體攝像元件列的矽孔之間之方式而延伸於列方向。傳輸電極314、315、316、317、318、319係夾介閘極絕緣膜而形成於矽孔的側面，且離開預定間隔而配置。傳輸電極314、315、316、317、318、319和n型CCD通道區域係構成將光二極體所產生的信號電荷傳輸於垂直方向之垂直電荷傳輸裝置(VCCD)。VCCD係作成4相驅動(ψ1至ψ4)，且對各個光二極體藉由不同的相位所驅動之4個傳輸電極而將光二極體所產生的信號電荷傳輸於垂直方向。本實施形態中，VCCD雖為4相驅動，但，熟習該項技術者應當明瞭亦可作成以適當之任意數目之相而驅動VCCD之構成。
又，圖示雖省略，但上述金屬遮蔽膜上和普通的CCD影像感測器為相同地，夾介保護膜或平坦化膜而形成彩色濾光片、微透鏡等。
繼而參閱第6圖至第21圖而說明用以形成本發明的實施形態之固體攝像元件、固體攝像裝置的製造步驟之一例。
第6圖至第21圖中，其(a)、(b)係分別對應於第2圖之X1-X1’、Y1-Y1’截面。
於n型基板115上形成p型井區域114，且於其上部形成氧化膜201(第6圖(a)、(b))。
將氧化膜予以蝕刻而形成氧化膜遮罩202(第7(a)、(b)圖)。
將矽予以蝕刻而形成矽孔203、204(第8(a)、(b)圖)。
為了防止離子植入時的離子通道效應(ion channeling)，而進行氧化而形成氧化膜205、206，且為了作成離子植入時的遮罩，而積層多晶矽，且予以蝕刻而形成側壁207、208狀(第9(a)、(b)圖)。
將磷、或砷進行佈植、退火而形成n型光電變換區域110、111(第10(a)、(b)圖)。
為了形成矽側壁之p+型元件隔離區域，而形成抗蝕劑209、210，且將多晶矽予以蝕刻(第11(a)、(b)圖)。
將抗蝕劑予以剝離，且植入硼而形成p+區域104、105(第12(a)、(b)圖)。
將多晶矽、氧化膜予以剝離(第13(a)、(b)圖)。
為了作成離子植入時的遮罩，而積層氧化膜，且予以平坦化、蝕刻而形成氧化膜211、212(第14(a)、(b)圖)。
為了防止離子植入時的離子通道效應，而積層氧化膜213(第15(a)、(b)圖)。
植入磷、或砷植入而形成n型CCD通道區域103、108、109(第16(a)、(b)圖)。
形成用以形成p+型元件隔離區域之抗蝕劑214、215、216，且植入硼而形成p+型元件隔離區域101、102(第17(a)、(b)圖)。
將抗蝕劑予以剝離，且將氧化膜予以剝離(第18(a)、(b)圖)。
形成閘極絕緣膜117，且積層多晶矽217，並進行平坦化(第19(a)、(b)圖)。
將多晶矽予以蝕刻而形成傳輸電極106、107(第20(a)、(b)圖)。
積層絕緣膜119，且積層金屬遮蔽膜116，並進行蝕刻(第21(a)、(b)圖)。
此外，在上述之實施形態當中，傳輸電極係可使用半導體製程或固體裝置之通常所使用之電極材料而構成。例如，可列舉如低電阻多晶矽、鎢(W)、鎢矽化物(WSi)、鉬矽化物(MoSi)、鈦矽化物(TiSi)、鉭矽化物(TaSi)、以及銅矽化物(CuSi)。此外，傳輸電極亦可不夾介絕緣膜而積層複數個此等之電極材料而形成。
此外，金屬遮蔽膜係例如可藉由鋁(Al)、鉻(Cr)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)等之金屬膜、或由2種以上之此等金屬以上所構成之合金膜、或組合2種以上擇自含有前述金屬膜和前述合金膜之群的多層金屬膜等而形成。
以上，在本發明當中，雖說明有關於用以例示的幾個實施形態，但本發明並不限於此，在未脫離本發明的範圍及精神下，熟習該項技術者應當明瞭可就形態及詳細進行各種改變和修正。
11、115、321、526．．．n型基板
12、114、320、525．．．p型井區域
13、110、111．．．n型光電變換區域
14．．．p型區域
15、101、102、307、308、309．．．p+型元件隔離區域
16、103、108、109、310、311、312、313、507、508、509．．．n型CCD通道區域
17．．．矽氧化膜
18、106、107．．．傳輸電極
20、116、330、529．．．金屬遮蔽膜
24．．．金屬遮蔽膜開口部
104、105、301、302、303、304、305、306、501、502、503、504．．．p+型區域
112、113．．．讀取通道
117、328、527．．．閘極絕緣膜
119、329、528．．．絕緣膜
201、205、206、211、212、213．．．氧化膜
202．．．氧化膜遮罩
203、204、331、332、333、334、339、343、530、531、532、533．．．矽孔
207、208．．．多晶矽側壁
209、210、214、215、216．．．抗蝕劑
217．．．多晶矽
314、315、316、317、318、319．．．傳輸電極
322、323、324、325、326、327．．．n型光電變換區域
335、336、337、338、340、341、521、522、523、524．．．讀取通道
505、506．．．p+型元件隔離區域
510、511、512、513、514、515、516．．．傳輸電極
517、517、518、519、520．．．n型光電變換區域
第1圖係表示習知的固體攝像元件之單位畫素之截面圖。
第2圖係本發明之CCD固體攝像元件之平面圖。
第3圖係本發明之CCD固體攝像元件之鳥瞰圖。
第4圖係第2圖之X1-X1’截面圖。
第5圖係第2圖之Y1-Y1’截面圖。
第6(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第6(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第7(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第7(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第8(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第8(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第9(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第9(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第10(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第10(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第11(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第11(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第12(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第12(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第13(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第13(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第14(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第14(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第15(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第15(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第16(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第16(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第17(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第17(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第18(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第18(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第19(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第19(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第20(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第20(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第21(a)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之X1-X1’截面步驟圖。
第21(b)圖係表示本發明之CCD固體攝像元件的製造例之Y1-Y1’截面步驟圖。
第22圖係將本發明之CCD固體攝像元件配置成蜂巢狀的固體攝像元件之平面圖。
第23圖係將本發明之CCD固體攝像元件配置成蜂巢狀的固體攝像元件之鳥瞰圖。
第24圖係第22圖之X2-X2’截面圖。
第25圖係第22圖之Y2-Y2’截面圖。
第26圖係將本發明之CCD固體攝像元件配置成行列狀的固體攝像元件之平面圖。
第27圖係將本發明之CCD固體攝像元件配置成行列狀的固體攝像元件之鳥瞰圖。
第28圖係第26圖之X3-X3’截面圖。
第29圖係第26圖之Y3-Y3’截面圖。
101、102．．．p+型元件隔離區域
103、108、109．．．n型CCD通道區域
104、105．．．p+型區域
106、107．．．傳輸電極
110、111．．．n型光電變換區域
112、113．．．讀取通道
114．．．p型井區域
115．．．n型基板
Claims (10)
- 一種固體攝像元件之製造方法，其特徵在於包含：在第2導電型平面狀半導體層上所形成的第1導電型平面狀半導體層，形成孔之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部，形成第1導電型高濃度雜質區域之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁的其中一部分，形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域之步驟；在形成於在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部之前述第1導電型高濃度雜質區域的下部、以及在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部之側壁之另一部分，形成藉由受光而使電荷量產生變化之第2導電型光電變換區域之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁夾介閘極絕緣膜而形成傳輸電極之步驟；在前述第1導電型平面狀半導體層表面、以及在前述第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的上部的側壁之另一部分形成第2導電型CCD通道區域之步驟；以及在由前述第2導電型光電變換區域和前述第2導電型CCD通道區域所夾住的區域形成讀取通道之步驟。
- 如申請專利範圍第1項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含在第2導電型平面狀半導體層上所形成的第1導電型平面狀半導體層形成遮罩，且將矽予以蝕刻而形 成孔之步驟。
- 如申請專利範圍第2項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含：將藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域時的遮罩材，形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁之步驟；以及藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域之步驟。
- 如申請專利範圍第3項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含在藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域的步驟之後，在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部形成第1導電型高濃度雜質區域之步驟。
- 如申請專利範圍第4項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含：在藉由離子植入法而形成第2導電型光電變換區域的步驟之後，藉由蝕刻法而將形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁之遮罩材的其中一部分予以去除，此後，藉由離子植入法，在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的底部形成第1導電型高濃度雜質區域之步驟；以及在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁的其中一部分，形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域之步驟。
- 如申請專利範圍第2項至第5項中任一項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含：將藉由離子植入法而形成第2導電型CCD通道區域時的遮罩材，形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔之步驟；以及藉由離子植入法而形成第2導電型CCD通道區域之步驟。
- 如申請專利範圍第6項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含：以能與形成於在第1導電型平面狀半導體層所形成的孔的側壁的其中一部分之由第1導電型高濃度雜質所構成的元件隔離區域連接之方式，形成藉由離子植入法而形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域時的遮罩材之步驟；以及藉由離子植入法而形成由第1導電型高濃度雜質所構成之元件隔離區域之步驟。
- 如申請專利範圍第2項至第5項中任一項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含：藉由進行閘極絕緣膜之形成、閘極電極材之沉積、平坦化以及蝕刻作業，而形成傳輸電極之步驟。
- 如申請專利範圍第6項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含：藉由進行閘極絕緣膜之形成、閘極電極材之沉積、平坦化以及蝕刻作業，而形成傳輸電極之步驟。
- 如申請專利範圍第7項之固體攝像元件之製造方法，其中，包含：藉由進行閘極絕緣膜之形成、閘極電極材之沉積、平坦化以及蝕刻作業，而形成傳輸電極之步驟。
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