制造光電轉換裝置的方法

專利名稱：制造光電轉換裝置的方法
技術領域：
本發明涉及制造光電轉換裝置的方法。
背景技術：
日本專利公開No. 2006-73611描述了一種固態圖像感測器件的制造方法，其包括 通過離子注入來形成光電二極管Al的η型區域(電荷積累區域)。更具體而言，在η型硅 基板101上依次形成柵氧化物膜102和多晶硅膜103。在多晶硅膜103上形成第一光致抗 蝕劑圖案105。通過使用第一光致抗蝕劑圖案105作為掩模，柵氧化物膜102和多晶硅膜 103被蝕刻以露出η型硅基板101，由此形成柵電極圖案。然后，在不去除第一光致抗蝕劑 圖案105的情況下形成第二光致抗蝕劑圖案106。通過使用第二光致抗蝕劑圖案106作為 掩模來執行離子注入，由此在η型硅基板101的阱中形成光電二極管Al的η型區域107。日本專利公開No. 2006-73611描述了通過在露出半導體基板的應形成光電二極 管Al的表面區域的同時執行離子注入，來形成光電二極管Al的η型區域(電荷積累區 域)107。但是，當在露出用于形成光電二極管Al的區域的同時進行離子注入時，由于離子 注入而出現損傷或金屬污染。另一方面，日本專利公開No. 2006-73611沒有公開通過覆蓋半導體基板的表面的 絕緣膜進行離子注入而導致的光電轉換器(photoelectric converter)中的表面區域形 成。也沒有公開如何在通過絕緣膜進行離子注入時抑制光電轉換器中表面區域的注入分布 (profile)的變化。

發明內容
本發明提供有利于在通過絕緣膜進行離子注入時抑制光電轉換器中表面區域的 注入分布的變化的技術。本發明的各方面中的一個方面提供一種制造光電轉換裝置的方法，該方法包括 第一步驟，在半導體基板上形成第一絕緣膜；第二步驟，通過在第一絕緣膜上形成導電層 并對導電層進行構圖(pattern)，形成柵電極；第三步驟，蝕刻第一絕緣膜的露出表面；第 四步驟，通過由蝕刻形成的第一絕緣膜的減薄部分將第一導電類型的雜質離子注入到半導 體基板中，以形成光電轉換器的電荷積累區域；第五步驟，在第四步驟之后去除所述減薄 部分；第六步驟，形成第二絕緣膜，所述第二絕緣膜覆蓋半導體基板和柵電極；以及第七步 驟，通過第二絕緣膜將與第一導電類型相反的第二導電類型的雜質離子注入到半導體基板 中，以形成光電轉換器的表面區域。從參照附圖對示例性實施例的以下描述，本發明的進一步的特征將變得明顯。


圖IA至IJ是示出根據實施例的光電轉換裝置200的制造方法中的步驟的截面 圖；以及
圖2是示出使用根據實施例的光電轉換裝置的圖像捕獲系統的布置的框圖。
具體實施例方式參照圖IA至IJ描述根據本發明實施例的光電轉換裝置200的制造方法。在圖IA所示的步驟中，制備半導體基板SB。半導體基板SB包含阱區域201，所述 阱區域201以低濃度包含例如第一導電類型(例如，η型)的雜質。半導體基板SB例如被 熱氧化，以在半導體基板SB上形成第一絕緣膜202i (第一步驟)，并且還在半導體基板SB 中形成元件隔離部分EI。第一絕緣膜202i例如由硅氧化物制成。元件隔離部分EI例如由 硅氧化物制成。在第一絕緣膜202i上形成導電層203i (第二步驟)。導電層203i例如由 多晶硅制成。在圖IB所示的步驟中，在導電層203i上形成抗蝕劑圖案204，以選擇性覆蓋應布 置柵電極203的區域(第二步驟)。通過例如用抗蝕劑涂敷表面并然后通過曝光和顯影對 其進行構圖，形成抗蝕劑圖案204。在圖IC所示的步驟中，首先，通過使用抗蝕劑圖案204作為掩模蝕刻導電層203i， 由此形成柵電極203 (第二步驟)。即，通過將導電層203i構圖，形成柵電極203。柵電極 203是向電荷-電壓轉換器(未示出)傳送在光電轉換器PD中產生的電荷的晶體管的柵 電極。電荷-電壓轉換器將傳送的電荷轉換成電壓。電荷-電壓轉換器例如是浮置擴散 (floating diffusion) 0輸出單元(未示出)將與電荷-電壓轉換器的電壓對應的信號輸 出到信號線。輸出單元例如是放大器晶體管。通過使用抗蝕劑圖案204并且任選地進一步使用柵電極203作為掩模，第一絕緣 膜202i的露出表面被蝕刻。第一絕緣膜202i由此轉變成包含通過蝕刻被減薄的第一部分 2021和未蝕刻的第二部分2022的第一絕緣膜202。第一部分2021是第一絕緣膜202的布 置在柵電極203周圍的部分。第二部分2022是第一絕緣膜202的布置在柵電極203之下的 部分。第二部分2022的厚度幾乎等于蝕刻之前的第一絕緣膜202i的厚度。第一部分2021 比蝕刻之前的第一絕緣膜202i薄，并且也比第二部分2022薄。第一部分2021的厚度例如 是幾nm。第一部分2021和第二部分2022由與第一絕緣膜202i相同的材料(例如，硅氧化 物)制成。可在相同的蝕刻條件下通過使用抗蝕劑圖案204，依次執行導電層203i的蝕刻 或構圖以及第一絕緣膜202i的蝕刻。在圖ID所示的步驟中，在不去除抗蝕劑圖案204的情況下形成抗蝕劑圖案205。 更具體而言，形成在應布置光電轉換器PD的區域中具有開口 205a的抗蝕劑圖案205，以覆 蓋第一部分2021和抗蝕劑圖案204。通過例如用抗蝕劑涂敷表面并然后通過曝光和顯影將 其構圖，形成抗蝕劑圖案205。在圖IE所示的步驟(第四步驟)中，使用抗蝕劑圖案205和204作為掩模，通過 在第三步驟中形成的第一絕緣膜202的第一部分2021將第一導電類型(例如，η型)的雜 質離子注入到半導體基板SB中。即，通過使用第一部分2021作為緩沖膜，執行離子注入。 在應布置光電轉換器PD的區域中，由此形成作為光電轉換器PD的預期(prospective)電 荷積累區域206的半導體區域206i。半導體區域206i以比阱區域201中的濃度高的濃度 包含第一導電類型(例如，η型)的雜質。通過以用于獲得0.5至1.5μπι的射程(range)的能量注入磷或砷離子，進行離子注入。劑量優選為IX IO12至IX IO13 (cm_2)。為了有效地從光電轉換器PD向電荷-電壓轉 換器傳送電荷，優選通過以傾斜的角度注入離子，在柵電極203和第二部分2022之下布置 半導體區域206i的一部分。在圖IF所示的步驟中，去除抗蝕劑圖案205和204。例如，通過使用硫酸，剝離抗 蝕劑圖案205和204。在圖IG所示的步驟(第五步驟)中，第一部分2021被選擇性去除。通過例如各 向異性干蝕刻，去除第一部分2021。注意，可通過例如使用化學溶液的濕蝕刻，去除第一部分2021。化學溶液的例子是 氫氟酸(HF)、緩沖氫氟酸(HF/NH4F)和氟化銨(NH4F)。這可避免對于半導體基板SB的表面 (更特別地是作為預期光電轉換器PD的半導體區域206i的表面)的等離子體損傷。在圖IH所示的步驟(第六步驟)中，通過例如熱氧化或自由基(radical)氧化形 成第二絕緣膜207，以覆蓋半導體基板SB和柵電極203。第二絕緣膜207的厚度例如是幾 到幾十nm。更具體而言，第二絕緣膜207優選為3至IOnm厚。第二絕緣膜207例如由硅氧 化物制成。在圖II所示的步驟中，形成在應布置光電轉換器PD的區域中具有開口 209a的抗 蝕劑圖案209，以覆蓋半導體基板SB和第二絕緣膜207。通過例如用抗蝕劑涂敷表面并然 后通過曝光和顯影對其進行構圖，形成抗蝕劑圖案209。然后(在第七步驟中)，使用抗蝕劑圖案209作為掩模，通過第二絕緣膜207將第 二導電類型的雜質離子注入到半導體基板SB中。第二導電類型與第一導電類型相反。艮口， 通過使用第二絕緣膜207作為緩沖膜，執行離子注入。由此形成光電轉換器PD的表面區域 208。另外，半導體區域206i的在表面區域208之下的區域轉變成光電轉換器PD的電荷積 累區域206。光電轉換器PD產生并積累與光對應的電荷。表面區域208保護電荷積累區域 206，以抑制電荷積累區域206中的暗電流。電荷積累區域206積累所產生的電荷。通過以用于獲得第二絕緣膜207和半導體基板之間的界面附近的射程的能量、以 IX IO13至IX IO14(cm_2)的劑量注入硼或氟化硼離子，進行離子注入。為了有效地從光電轉 換器PD向電荷_電壓轉換器傳送電荷，優選通過從柵電極203的上側朝半導體區域206i 以傾斜的角度注入離子，形成表面區域208。在圖IJ所示的步驟中，形成絕緣膜210以覆蓋第二絕緣膜207的布置在光電轉換 器PD和柵電極203上的部分。絕緣膜210用作減少光電轉換器PD中的光反射的抗反射膜。 這可提高光電轉換器PD的靈敏度。絕緣膜210優選具有使光電轉換器PD中的具有550 nm 波長的綠光的反射最小化的厚度。絕緣膜210的厚度例如是40至50nm。為了以低噪聲操作光電轉換裝置200，光電轉換器PD需要被耗盡(cbpleted)。更 具體而言，當給柵電極203施加電壓以向電荷-電壓轉換器傳送在電荷積累區域206中積 累的電荷時，優選電荷積累區域206的整個區域被耗盡。用于耗盡電荷積累區域206的幾 乎整個區域的施加于柵電極203的電壓將被稱為耗盡電壓。當施加耗盡電壓時可在電荷積 累區域206中積累的電荷的量確定光電轉換器的飽和電荷量。耗盡電壓依賴于例如表面區 域208的雜質濃度或者注入分布的深度和面積而改變。尤其是，表面區域208的注入分布 對耗盡電壓的影響最大。如果可以在光電轉換裝置200中使光電轉換器PD的耗盡電壓均 勻化，那么可容易地改善光電轉換裝置200中的光電轉換器PD的飽和電荷量。即，為了改善光電轉換器PD的飽和電荷量，必須抑制表面區域208的注入分布的變化。假定第一部分2021在圖IF所示的步驟中被留下而沒有將其去除。通過在圖IC所 示的步驟中蝕刻第一絕緣膜202i的表面，形成第一部分2021。蝕刻量趨于依賴于蝕刻設備 的狀態而在半導體基板SB的平面內改變。更具體而言，當在半導體基板SB上形成多個光 電轉換裝置時，蝕刻量在所述多個光電轉換裝置之間改變。另外，當在光電轉換裝置中形成 多個光電轉換器時，蝕刻量在所述多個光電轉換器之間改變。這使得覆蓋所述多個光電轉 換器的第一部分2021的厚度在所述多個光電轉換器之間改變。在這種情況下，在圖II所 示的步驟中，通過厚度在所述多個光電轉換器之間改變的第一部分2021，將第二導電類型 的雜質離子注入到半導體基板SB中。結果，表面區域208的注入分布在所述多個光電轉換 器之間大大改變。另外，第一部分2021捕獲在用于形成電荷積累區域206的離子注入時混入的金屬 雜質。由第一部分2021捕獲的金屬雜質可通過用于形成表面區域208的離子注入時的撞 擊(knock-on)現象被排出到電荷積累區域206。如果電荷積累區域206包含金屬雜質，那 么在光電轉換器PD中產生由金屬雜質導致的暗電流。結果，根據在光電轉換器PD中產生 的電荷而獲得的圖像包含白斑(spot)。由于即使輸出信號的輕微誤差也大大影響圖像，因 此金屬污染在光電轉換裝置中是嚴重的問題。但是，在本實施例中，在圖IG所示的步驟中去除第一部分2021之后，在圖IH所示 的步驟中形成覆蓋半導體基板SB和柵電極203的第二絕緣膜207。在半導體基板SB的平 面內所形成的第二絕緣膜207的厚度的變化比第一部分2021中的小。在圖II所示的步驟 中，通過所述多個光電轉換器之間的厚度變化小的第二絕緣膜207，將第二導電類型的雜質 離子注入到半導體基板SB中。因此，可以抑制光電轉換器PD中表面區域208的注入分布的 變化。即，根據本實施例，可以抑制通過絕緣膜進行離子注入時光電轉換器中表面區域的注 入分布的變化。第二絕緣膜207比第一部分2021厚。出于這種原因，與通過第一部分2021 進行離子注入相比，在圖II所示的步驟中通過第二絕緣膜207執行離子注入允許容易地在 半導體基板SB中的淺位置處形成表面區域208。并且，由于在圖IG所示的步驟中去除第一部分2021，因此可以在圖II所示的步驟 中減少半導體基板SB中的金屬雜質的混入。如上所述，根據本實施例，可以獲得這樣的光電轉換裝置，其具有均勻的表面區域 的注入分布，并減少半導體基板中的金屬雜質的混入。通過該方法獲得的光電轉換裝置減 少暗電流或缺陷像素，并具有均勻的和大的飽和電荷量。圖2示出使用本發明的光電轉換裝置的圖像捕獲系統的例子。如圖2所示，圖像捕獲系統90主要包含光學系統、圖像捕獲器件86和信號處理單 元。光學系統主要包含快門91、成像透鏡92和光闌93。圖像捕獲器件86包含光電轉換裝 置200。信號處理單元主要包含捕獲圖像信號處理電路95、A/D轉換器96、圖像信號處理單 元97、存儲單元87、外部I/F單元89、定時發生器98、總體控制/運算單元99、記錄介質88 和記錄介質控制I/F單元94。注意，信號處理單元不需要總是包含記錄介質88。快門91被設置于成像透鏡92之前的光路上，以控制曝光。成像透鏡92對入射光進行折射，并在圖像捕獲器件86中的光電轉換裝置200的 成像面上形成對象圖像。
光闌93被設置在成像透鏡92和光電轉換裝置200之間的光路上，以調整已穿過 成像透鏡92并引向光電轉換裝置200的光的量。圖像捕獲器件86中的光電轉換裝置200將光電轉換裝置200的成像面上所形成 的對象圖像轉換成圖像信號。圖像捕獲器件86輸出從光電轉換裝置200讀出的圖像信號。捕獲圖像信號處理電路95與圖像捕獲器件86連接，以處理從圖像捕獲器件86輸 出的圖像信號。A/D轉換器96與捕獲圖像信號處理電路95連接，以將從捕獲圖像信號處理電路 95輸出的處理后的圖像信號(模擬信號)轉換成數字信號。圖像信號處理單元97與A/D轉換器96連接，以對于從A/D轉換器96輸出的圖像 信號(數字信號)執行諸如各種類型的校正的運算處理，由此產生圖像數據。圖像數據被 供給到存儲單元87、外部I/F單元89、總體控制/運算單元99、記錄介質控制I/F單元94等。 存儲單元87與圖像信號處理單元97連接，以存儲從圖像信號處理單元97輸出的 圖像數據。外部I/F單元89與圖像信號處理單元97連接。從圖像信號處理單元97輸出的 圖像數據經由外部I/F單元89被傳送到外部裝置(例如，個人計算機)。定時發生器98與圖像捕獲器件86、捕獲圖像信號處理電路95、A/D轉換器96和圖 像信號處理單元97連接，以向圖像捕獲器件86、捕獲圖像信號處理電路95、A/D轉換器96 和圖像信號處理單元97供給定時信號。圖像捕獲器件86、捕獲圖像信號處理電路95、A/D 轉換器96和圖像信號處理單元97同步于定時信號而操作。總體控制/運算單元99與定時發生器98、圖像信號處理單元97和記錄介質控制 I/F單元94連接，以總體控制定時發生器98、圖像信號處理單元97和記錄介質控制I/F單 元94。記錄介質88可拆卸地與記錄介質控制I/F單元94連接。從圖像信號處理單元97 輸出的圖像數據經由記錄介質控制I/F單元94被記錄于記錄介質88中。如果通過光電轉換裝置200獲得高質量的圖像信號，那么上述的布置使得能夠獲 得高質量的圖像(圖像數據)。雖然已參照示例性實施例描述了本發明，但應理解，本發明不限于公開的示例性 實施例。隨附的權利要求的范圍應被賦予最寬的解釋，以包含所有這樣的修改以及等同的 結構和功能。
權利要求
一種制造光電轉換裝置的方法，所述方法包括第一步驟，在半導體基板上形成第一絕緣膜；第二步驟，通過在第一絕緣膜上形成導電層并對所述導電層構圖，形成柵電極；第三步驟，蝕刻第一絕緣膜的露出表面；第四步驟，通過由所述蝕刻形成的第一絕緣膜的減薄部分將第一導電類型的雜質離子注入到所述半導體基板中，以形成光電轉換器的電荷積累區域；第五步驟，在第四步驟之后去除所述減薄部分；第六步驟，形成第二絕緣膜，所述第二絕緣膜覆蓋所述半導體基板和所述柵電極；以及第七步驟，通過第二絕緣膜將與第一導電類型相反的第二導電類型的雜質離子注入到所述半導體基板中，以形成所述光電轉換器的表面區域。
2.根據權利要求1的方法，其中，第二絕緣膜比第一絕緣膜的所述減薄部分厚。
3.根據權利要求1的方法，其中，在去除所述減薄部分的步驟中，通過使用化學溶液來 去除所述減薄部分。
4.根據權利要求1的方法，其中，在第四步驟中，以傾斜的角度執行第一導電類型的雜 質離子的注入，使得所述電荷積累區域的一部分被布置在所述柵電極之下。
5.根據權利要求1的方法，其中，在第七步驟中，從所述柵電極的上側朝所述電荷積累 區域以傾斜的角度執行第二導電類型的雜質離子的注入。
6.根據權利要求1的方法，還在第七步驟之后包括在所述光電轉換器和所述柵電極之 上形成抗反射膜的步驟。
7.根據權利要求1的方法，其中，第二步驟中的所述導電層的構圖包括在所述導電層 上形成掩模并通過使用所述掩模來蝕刻所述導電層；以及通過使用所述掩模依次執行第二步驟中的所述導電層的蝕刻和第三步驟中的第一絕 緣膜的所述露出表面的蝕刻。
全文摘要
本發明涉及一種制造光電轉換裝置的方法，包括在半導體基板上形成第一絕緣膜；通過在第一絕緣膜上形成導電層并對導電層構圖，形成柵電極；蝕刻第一絕緣膜的露出表面；通過由蝕刻形成的第一絕緣膜的減薄部分將第一導電類型的雜質離子注入到半導體基板中，以形成光電轉換器的電荷積累區域；去除減薄部分；形成第二絕緣膜，第二絕緣膜覆蓋半導體基板和柵電極；以及通過第二絕緣膜將與第一導電類型相反的第二導電類型的雜質離子注入到半導體基板中，以形成光電轉換器的表面區域。
文檔編號H01L27/146GK101908551SQ201010196520
公開日2010年12月8日 申請日期2010年6月3日 優先權日2009年6月8日
發明者廣田克范 申請人:佳能株式會社