固體攝像裝置的制作方法

專利名稱：固體攝像裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及將包括光電變換部的像素部排列為陣列狀的固體攝像裝置。
背景技術：
近年來，MOS型的固體攝像裝置作為能實現低消耗電力驅動以及高速攝像的裝置而受到關注，開始搭載于便攜式照相機、車載攝像機以及監視攝像機這樣的廣泛的領域。圖6是表示一般的MOS型固體攝像裝置的構成的電路圖。如圖6所示，包括光電變換部(光電二極管)101的像素部100排列成陣列狀來構成攝像區域200。在光電變換部101 被光電變換的電荷通過傳輸晶體管103而傳輸到浮動擴散層(floating diffusion) 102。 被傳輸到浮動擴散層102的電荷通過放大晶體管104而被放大，經由由垂直移位寄存器108 所選擇的選擇晶體管106，傳達到輸出信號線111，進一步地，經由水平移位寄存器109，從輸出端112輸出。另外，積累在浮動擴散層102的剩余電荷通過漏極區域與電源線107連接的復位晶體管105而排出。圖7是表示上述像素部100的一般的構成的剖面圖。如圖7所示，在基板201上， 形成有光電變換部101、浮動擴散層102以及放大晶體管104的源極/漏極區域，相鄰的像素部100通過絕緣隔離部202而電隔離。但是，由于入射到基板201中的紅色光等長波長光進入到基板201中的較深的區域，因此，被光電變換的電荷的一部分泄漏擴散至相鄰的像素100，成為產生混色或彌散的原因。因此，為了防止由于這樣的泄漏擴散而引起的混色等，如圖7所示，專利文獻1和2 等中記載了 在絕緣隔離部202下方的較淺的區域形成隔離擴散層203，并且在隔離擴散層 203下方較深的區域進一步形成寬度較窄的隔離擴散層204的方法。另外，隨著固體攝像裝置的高速化的發展，若形成放大晶體管104的基板210的電位在放大晶體管的高速動作時變動，放大晶體管的動作就會變得不穩定。因此，如圖7所示，采用在基板201形成高濃度阱(well)區域205，在該高濃度阱區域205內，形成放大晶體管104的方法。由此，即使放大晶體管104高速動作，也能抑制阱區域205的電位變動， 因此能使放大晶體管104穩定動作。專利文獻專利文獻1 日本特開平1H84168號公報專利文獻2 美國專利第5859462號說明書在將多個像素部100排列為陣列狀的布局中，電隔離相鄰的像素部100的絕緣隔離部202具有在光電變換部101間未配置有放大晶體管104的區域和在光電變換部101間配置有放大晶體管104的區域。因此，在光電變換部101之間未配置有放大晶體管104的區域是絕緣隔離部202的寬度最窄的區域。伴隨著像素部100的微細化，若該最小寬度的絕緣隔離部202進一步變得窄小，則形成于較深的區域的隔離擴散層204會比形成于較淺的區域的隔離擴散層203寬度變得更窄，因此，光電變換部101的底部擴大到隔離擴散層204側的寬度變大。因此，從斜方向入射到基板201中的長波長光(紅色光)若進入到在光電變換部101的底部的橫向擴大的區域，則被光電變換的電荷的一部分會泄漏擴散到相鄰的像素部100，有可能發生混色或彌散。

發明內容
本發明鑒于上述課題而作出，目的在于提供一種即使固體攝像裝置微細化，也不會產生混色或彌散的高解析度以及高靈敏度的固體攝像裝置。本發明的一個側面的固體攝像裝置是將多個像素部排列成陣列狀的固體攝像裝置，其中，像素部具備光電變換部，其由形成于基板內的第1導電型的擴散區域構成；傳輸晶體管，其將在光電變換部積蓄的電荷傳輸到浮動擴散層；和放大晶體管，其將傳輸到浮動擴散層的電荷輸出到輸出線，相鄰的光電變換部間、以及光電變換部和放大晶體管間分別通過絕緣隔離部進行電隔離，絕緣隔離部至少具有在光電變換部間未配置有放大晶體管的第1區域、和在光電變換部間配置有放大晶體管的第2區域，在絕緣隔離部的下方，形成有第2導電型的隔離擴散層，隔離擴散層由第1隔離擴散層、和形成于該第1隔離擴散層下方的第2隔離擴散層構成，在第1區域中，形成于絕緣隔離部下方述第2隔離擴散層的寬度比第1隔離擴散層的寬度要寬。通過這樣的構成，即使在第1區域中的最小寬度的絕緣隔離部中，也能抑制光電變換部的底部擴大到第2隔離擴散層側，因此，即使長波長光(紅色光)進入到光電變換部的底部區域，也能抑制被光電變換的電荷的一部分泄漏擴散到相鄰的光電變換部。另外，由于第1隔離擴散層比第2隔離擴散層寬度要窄，因此光電變換部的較淺的區域中的開口面積變寬，能提高短波長光(藍色光或綠色光)的靈敏度。由此，即使固體攝像裝置微細化， 也能實現不產生混色或彌散的高解析度以及高靈敏度的固體攝像裝置。在某適當的實施方式中，位于所述第2區域中的絕緣隔離部間的放大晶體管的源極/漏極區域形成于和第1隔離擴散層同時形成的阱區域內，形成于第2區域中的絕緣隔離部下方的第2隔離擴散層的寬度比形成于第1區域中的絕緣隔離部下方的第2隔離擴散層的寬度寬。通過這樣的構成，由于能降低阱區域的薄膜電阻(sheet resistance)，因此即使放大晶體管104進行高速動作，也能抑制阱區域的電位變動，由此，能使放大晶體管穩定地高速動作。在某適當的實施方式中，所述第1隔離擴散層的雜質濃度比第2隔離擴散層的雜質濃度高。在某適當的實施方式中，所述第1隔離擴散層以及第2隔離擴散層分別通過進行多次不同能量的離子注入而形成。發明效果根據本發明，能實現一種即使固體攝像裝置微細化，也能抑制混色或彌散的產生， 且維持高解析度以及高靈敏度的固體攝像裝置。


圖1是表示本發明的一個實施方式中的陣列狀配置的像素部的布局的俯視圖。
圖2(a)是表示沿圖1中的IIa-IIa線的剖面圖，圖2(b)是表示沿圖1中的 IIb-IIb線的剖面圖。圖3(a) (c)是表示形成寬度不同的第2隔離擴散層的情況下光電變換部的形狀和混色的發生率的圖。圖4(a)、(b)是表示本實施方式的變形例的圖，圖4(a)是表示沿圖1中的IIa-IIa 線的剖面圖，圖4(b)是表示沿圖1中的nb-nb線的剖面圖。圖5(a) (C)是表示本實施方式中的像素部的制造方法的剖面圖。圖6是表示現有的MOS型的固體攝像裝置的構成的電路圖。圖7是表示現有的像素部的構成的剖面圖。(標記說明)10像素部
11光電變換部
12浮動擴散層
13傳輸晶體管
14放大晶體管
15復位晶體管
20η型半導體基板
21P型半導體層
22絕緣隔離部
23第1隔離擴散層
24第2隔離擴散層
25阱區域
26配線
具體實施例方式下面，根據附圖來詳細說明本發明的實施方式。另外，本發明并不限于下面的實施方式。另外，能在不脫離起到本發明效果的范圍的范圍內對本發明進行適當的變更。本發明的固體攝像裝置是將多個像素部排列成陣列狀的MOS型的固體攝像裝置， 其基本的電路構成和圖6所示的構成相同。圖1是表示本發明的一個實施方式中的配置為陣列狀QX2)的像素部10的布局的俯視圖。另外，圖2(a)是表示沿圖1中的IIa-IIa線的剖面圖，圖2(b)是表示沿圖1中的nb-nb線的剖面圖。如圖1以及圖2(a)、(b)所示，像素部10具備光電變換部(光電二極管)11，其由形成于基板(在η型半導體基板20上形成ρ-半導體層21的構成而構成的)內的η型 (第1導電型)的擴散區域構成；傳輸晶體管13，其將積累于光電變換部11的電荷傳輸到浮動擴散層12 ；放大晶體管14，其將傳輸到浮動擴散層12的電荷輸出到輸出線(未圖示)； 和復位晶體管，其將積累于浮動擴散層12的剩余電荷排出。如圖1所示，浮動擴散層12以及放大晶體管14以與相鄰的像素部10 (在圖1中為上下方向上相鄰的像素部)共有的方式而配置。由此，由于在上下方向上相鄰的像素部10之間，未配置有浮動擴散層12以及放大晶體管14，因此，能將光電變換部11在上下方向上延伸，從而擴大光電變換部11的區域。另外，積累于在上下方向上相鄰的光電變換部11 中的電荷通過各像素部10的傳輸晶體管13而被獨立地傳輸到浮動擴散層12，因此，不會產生電荷的混雜。在此，相鄰的光電變換部11間、以及光電變換部11和放大晶體管14間分別通過絕緣隔離部22而電隔離。并且，絕緣隔離部22具有如圖2(a)所示的在光電變換部11間未配置有放大晶體管14的第1區域A和如圖2(b)所示的在光電變換部11間配置有放大晶體管14的第2區域B。在絕緣隔離部22的下方，形成有ρ型(第2導電型)的隔離擴散層，隔離擴散層由第1隔離擴散層23和形成于第1隔離擴散層23下方的第2隔離擴散層M構成。并且， 如圖2(a)所示，在第1區域A，形成于絕緣隔離部22下方的第2隔離擴散層M的寬度比第 1隔離擴散層23的寬度要寬。通過這樣的構成，由于在第1區域A中的最小寬度的絕緣隔離部22，也能抑制光電變換部11的底部向第2隔離擴散層M側擴大，因此，即使光進入到光電變換部11的底部， 也能抑制被光電變換的電荷的一部分泄漏擴散到相鄰的光電變換部。另外，由于使第1隔離擴散層23比第2隔離擴散層M寬度要窄，因此光電變換部11的較淺的區域中的開口面積變大，由此能提高短波長光(藍色光或綠色光)的靈敏度。由此，即使固體攝像裝置微細化，也能實現不發生混色或彌散的高解析度以及高靈敏度的固體攝像裝置。另外，如圖2(b)所示，位于第2區域B中的絕緣隔離部22間的放大晶體管14的源極/漏極區域(未圖示)形成于和第1隔離擴散層23同時形成的阱區域25內。通過這樣的構成，由于放大晶體管14形成于高濃度阱區域25內，因此即使放大晶體管14進行高速動作，也能抑制阱區域25的電位變動，由此，能使放大晶體管14穩定動作。另外，在第2區域B中，相鄰的光電變換部11間，比第1區域A中的光電變換部11 間充分拉開距離，因此，形成于絕緣隔離部22下方的第2隔離擴散層M的寬度不需要比第 1隔離擴散層23的寬度要寬。另外，通過使第1隔離擴散層23的雜質濃度比第2隔離擴散層M的雜質濃度高，形成了更高濃度的阱區域25，因此，能使放大晶體管14更穩定地動作。另外，在光電變換部11間配置有復位晶體管15或選擇晶體管的絕緣隔離部22 中，也是通過與第1隔離擴散層23的形成同時形成晶體管的阱區域，能起到和上述相同的效果。在本發明中，第1隔離擴散層23以及第2隔離擴散層M的雜質濃度不一定必須一樣。另外，第1隔離擴散層23以及第2隔離擴散層M分別能通過進行多次不同能量的離子注入來形成。例如，在光電變換部11的深度為1 μ m程度的情況下，以300keV 3000keV 的范圍將離子注入的能量分3次以上進行離子注入，由此能比光電變換部11更深地形成第 2隔離擴散層M。第1隔離擴散層23的雜質濃度典型地在1E15 lE20/cm3的范圍內，第2隔離擴散層M的雜質濃度典型地在1E14 lE19/cm3的范圍內。圖3(a) (c)是表示求取在圖2(a)所示的第1區域A中的絕緣隔離部22的下方形成寬度不同的第2隔離擴散層的情況下的光電變換部11的形狀和混色的發生率的結果的圖。在此，設絕緣隔離部22的寬度為0. 6 μ m，第1隔離擴散層23的寬度W1為0. 6 μ m， 分別將第2隔離擴散層M的寬度W2改變為0. 3 μ m、0. 6 μ m、0. 9 μ m來形成隔離擴散層。 另外，第1隔離擴散層23的雜質濃度為lE19/cm3，通過分100keV、200keV、300keV三次將注入能量進行離子注入而形成。另外，第2隔離擴散層M的雜質濃度為lE18/cm3，通過分 400keV、600keV、800keV、IOOOkeV四次將注入能量進行離子注入而形成。另外，在相鄰的像素中的一個像素中設置紅色濾光器，在另一個像素中設置藍色濾光器，在入射紅色(650nm)光時，將設置藍色濾光器的像素的輸出相對于設置紅色濾光器的像素的輸出進行測定，將其作為混色的發生率。如圖3(c)所示可知，在使第2隔離擴散層M的寬度W2比第1隔離擴散層23的寬度W1要寬的情況下，抑制了光電變換部11的底部向第2隔離擴散層M側擴大。其結果， 混色的發生率從10%降低到0%。認為這是因為即使紅色光進入到光電變換部11的底部， 也能防止被光電變換的電荷的一部分泄漏擴散到相鄰的光電變換部11。在本發明中，“基板”意味著形成光電變換部11的基材。因此，本發明中的“基板” 并不限于圖2(a)、(b)所示那樣的在η型半導體基板20上形成ρ-半導體層21的構成，能夠取各種的構成。例如，也可以是在η型半導體基板20上形成η型的外延層，并在其上形成P-半導體層21的構成。另外，也可以是ρ型的單一基板。另外，在使用η型半導體基板 20的情況下，通過將電源電壓施加在η型半導體基板20上，能防止在絕緣隔離部22的下方產生的光電變換而生成的電荷泄漏到光電變換部U。另外，在使用在高濃度的P型半導體基板上形成ρ型半導體層的構成的基板的情況下，由于少數載流子的壽命較短，因此在光電變換部11或隔離擴散層M下方通過光電變換而產生的電荷立刻消失，能防止泄漏到相鄰的光電變換部11。光電變換部11例如以1Ε14 lE17/cm3的范圍的雜質濃度來形成。這種情況下， 優選絕緣隔離部22下方的隔離擴散層23的雜質濃度比光電變換部11的雜質濃度高。由此，由于能提高光電變換部11間的勢壘，因此，能防止在光電變換部11積蓄的電荷流入到相鄰的光電變換部11中，其結果，降低了混色或彌散。為了確保光電變換部11的開口面積，絕緣隔離部22優選形成為STI (Shallow Trench Isolation 淺槽隔離)構造，但也可以是 LOCOS (Local Oxidation of Silicon :硅的局部氧化)構造。另外，在使絕緣隔離部22為STI構造的情況下，由于防止了在由STI 界面的晶格缺陷引起的暗時所產生的電荷流入到光電變換部11，因此優選用P型層覆蓋絕緣隔離部22。圖4(a)、(b)是表示本實施方式的變形例中的像素部10的構成的圖，圖4(a)是表示沿圖1中的IIa-IIa線的剖面圖，圖4(b)是表示沿圖1中的nb_nb線的剖面圖。如圖4所示，本發明的特征為，位于第2區域B中的絕緣隔離部22間的放大晶體管14的源極/漏極區域形成于和第1隔離擴散層23同時形成的阱區域25內，形成于第2 區域B中的絕緣隔離部22下方的第2隔離擴散層M的寬度比形成于第1區域A中的絕緣隔離部22下方的第2隔離擴散層M的寬度要寬。通過這樣的構成，即使固體攝像裝置微細化，也能使阱區域25的薄膜電阻較低。例如，在使第2隔離擴散層M的雜質濃度為lE18/cm3的情況下，若使第2隔離擴散層M的寬度W2在0. 4 μ m基礎上擴大0. 2 μ m，則第2區域B中的阱區域25的薄膜電阻(即第1以及第2隔離擴散層23、24的薄膜電阻)能降低大約20%程度。由此，即使放大晶體管104 進行高速動作，也能抑制阱區域25的電位變動，其結果，能使放大晶體管穩定且高速動作。 另夕卜，即使在使第2隔離擴散層M的寬度W2為0. 9 μ m的情況下，和W2為0. 3 μ m的情況相比，長波長光(紅色光)的靈敏度也只降低了微小的2%程度。接下來，參照圖5(a) (c)，說明實施方式中的像素部的制造方法。圖5(a) (c) 是沿圖1中的IIa-IIa線的剖面圖。首先，如圖5 (a)所示，在η型半導體基板20的表面使用通常的方法形成STI構造的絕緣隔離部22。另外，在STI構造的側壁周圍，設置雜質濃度為lE15cm3 lE19/cm3的ρ 型層。接著，使用抗蝕掩模，通過離子注入，在半導體基板四的像素區域形成P型半導體層 21。由于使光電變換部擴大到ρ型半導體層21的深部，因此，ρ型半導體層21的雜質濃度為IEHcm3 1E17/W的低濃度。接下來，如圖5 (b)所示，使用絕緣隔離部22間的期望區域開口的抗蝕掩模，離子注入As或P原子，從而形成η型的光電變換部11。另外，由于使光電變換部11擴大到ρ型半導體層21的深部，因此，以200keV 1600keV的不同的注入能量進行多次離子注入來形成光電變換部11。在此，光電變換部11的雜質濃度為IEHcm3 lE17/cm3。接下來，使用絕緣隔離部22間的期望區域開口的抗蝕掩模，離子注入B原子，從而在絕緣隔離部22的下方形成ρ型的第1隔離擴散層23。另外，和第1隔離擴散層23同時地形成用于構成像素部的放大晶體管、復位晶體管、選擇晶體管，以及用于構成周邊電路的 η型晶體管的阱區域。第1隔離擴散層23的雜質濃度為lE15cm3 lE19/cm3，以IOkeV 500keV的不同的注入能量進行多次離子注入而形成。接下來，使用絕緣隔離部22間的期望區域開口的抗蝕掩模，離子注入B原子，從而在第1隔離擴散層23的下方形成ρ型的第2隔離擴散層M。另外，使抗蝕掩模的開口部比形成第1隔離擴散層23時的抗蝕掩模的開口部要寬。因此，由于不需要較高地設定用于形成抗蝕掩模的開口部的分辨率，因此能使用膜厚較厚的抗蝕劑。因此，即使注入能量較高， 離子也不會打穿抗蝕劑，能在第1隔離擴散層23的下方形成第2隔離擴散層M。第2隔離擴散層24的雜質濃度為lE15cm3 lE19/cm3，以300keV 3000keV的不同的注入能量進行多次離子注入而形成。之后，在光電變換部11的表面形成P型層，以使得在光電變換部 11的表面產生的電荷不會泄漏到光電變換部11內部。該P型層的雜質濃度為lE16cm3 lE20/cm3。之后，使用抗蝕掩模，通過離子注入，在放大晶體管等的晶體管區域形成源極/漏極區域(未圖示)。最后，如圖5(c)所示，在絕緣隔離部22上形成配線沈，從而完成如圖1所示的像素部10。以上，通過適當的實施方式說明了本發明，但這并不是限定事項，當然能進行各種的改變。本發明的固體攝像裝置能適用于高解析度以及高靈敏度的固體攝像裝置中。
權利要求
1.一種固體攝像裝置，是將多個像素部排列成陣列狀的固體攝像裝置，其中，所述像素部具備光電變換部，其由形成于基板內的第1導電型的擴散區域構成；傳輸晶體管，其將在所述光電變換部積蓄的電荷傳輸到浮動擴散層；和放大晶體管，其將傳輸到所述浮動擴散層的電荷輸出到輸出線，相鄰的所述光電變換部間、以及所述光電變換部和所述放大晶體管間分別通過絕緣隔離部而進行電隔離，所述絕緣隔離部至少具有在所述光電變換部間未配置有所述放大晶體管的第1區域、和在所述光電變換部間配置有所述放大晶體管的第2區域，在所述絕緣隔離部的下方，形成有第2導電型的隔離擴散層，所述隔離擴散層由第1隔離擴散層、和形成于該第1隔離擴散層下方的第2隔離擴散層構成，在所述第1區域中，形成于所述絕緣隔離部下方的所述第2隔離擴散層的寬度比所述第1隔離擴散層的寬度寬。
2.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其中，位于所述第2區域中的所述絕緣隔離部間的所述放大晶體管的源極/漏極區域形成于和所述第1隔離擴散層同時形成的阱區域內，形成于所述第2區域中的所述絕緣隔離部下方的所述第2隔離擴散層的寬度比形成于所述第1區域中的所述絕緣隔離部下方的所述第2隔離擴散層的寬度寬。
3.根據權利要求1或2所述的固體攝像裝置，其中，所述第1隔離擴散層的雜質濃度比所述第2隔離擴散層的雜質濃度高。
4.根據權利要求1所述的固體攝像裝置，其中，所述第1隔離擴散層以及所述第2隔離擴散層分別通過進行多次不同能量的離子注入而形成。
全文摘要
陣列狀排列的像素部(10)具備光電變換部(11)、將電荷傳輸到浮動擴散層(12)的傳輸晶體管(13)、以及將傳輸的電荷輸出到輸出線的放大晶體管(14)，相鄰的光電變換部(11)間、以及光電變換部(11)和放大晶體管(14)之間通過絕緣隔離部(22)進行隔離。絕緣隔離部(22)具有在光電變換部(11)間未配置有放大晶體管(14)的第1區域(A)、和在光電變換部(11)間配置有放大晶體管(14)的第2區域(B)，在絕緣隔離部(22)的下方，形成有第1隔離擴散層(23)和第2隔離擴散層(24)，在的第1區域(A)，第2隔離擴散層(24)的寬度比第1隔離擴散層(23)的寬度寬。
文檔編號H01L27/146GK102282674SQ20098015477
公開日2011年12月14日 申請日期2009年12月10日 優先權日2009年4月22日
發明者沖野徹, 大竹悠介, 森三佳, 藤原一夫 申請人:松下電器產業株式會社