專利名稱：在影像感應(yīng)器與光電接合中改善暗電流與降低缺陷的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物種的植入，尤其涉及物種的植入到例如影像感應(yīng)器或光電接合的感
光裝置。
背景技術(shù)：
感光裝置(例如影像感應(yīng)器)與光電胞(PV cells)將光強(qiáng)度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。影像感應(yīng)器的一個(gè)范例是接觸影像感應(yīng)器(contact image sensor，CIS)，其將光能量轉(zhuǎn)換成電壓。光二極管負(fù)責(zé)這類光電轉(zhuǎn)換，且這個(gè)電壓后來(lái)可經(jīng)由連接至影像感應(yīng)器的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(complementary metal oxide semiconductor, CMOS)電路來(lái)轉(zhuǎn)換成數(shù)位數(shù)據(jù)。圖1為示范感光裝置，特別是一種影像感應(yīng)器150的剖面圖。感應(yīng)器150設(shè)置于例如硅基板的工作部件上。光二極管區(qū)域151包括包含于少量P摻雜基極區(qū)域154內(nèi)的N 摻雜井153上的P摻雜區(qū)域152。在其他實(shí)施例中，區(qū)域152與巧4可以是N摻雜，而區(qū)域 153是P摻雜。因?yàn)楣舛O管之間發(fā)生漏電流，為了增加在基板的表面上的光二極管的密度，則必須從彼此來(lái)隔離。一個(gè)這類隔離技術(shù)是包含在每一光二極管旁或是相鄰每一光二極管的溝渠，其延伸到光二極管151的下面。在圖1中，在此特定的實(shí)施例中，淺溝渠隔離 (shallow trench isolation, STI) 155 緊鄰著光二極管區(qū)域 151 配置。P 井 156 圍繞 STI 155。光二極管區(qū)域151，或，P-N-P摻雜區(qū)域是影像感應(yīng)器。在一特定的實(shí)施例中，另一 P 井與N井區(qū)域可相鄰相對(duì)于STI 155的光二極管區(qū)域151配置。圖2為示范影像感應(yīng)器的另一剖面圖。此圖也顯示用來(lái)讀取光二極管所儲(chǔ)存的電壓以及用來(lái)重置前述電壓的結(jié)構(gòu)。影像感應(yīng)器的第二形式是背側(cè)照明(back side illuminated, BSI)影像感應(yīng)器。 如同名稱建議，光從背側(cè)(而不是前側(cè))進(jìn)入這些裝置。如上所述的CIS，BSI感應(yīng)器利用 p-n接合來(lái)達(dá)成電荷分離。感應(yīng)器的另一形式是光耦合元件(charge-coupled device,CCD)影像感應(yīng)器。當(dāng)光照到影像感應(yīng)器時(shí)，可保持如影像感應(yīng)器中的電子電荷。當(dāng)這些電荷從包含CXD影像感應(yīng)器的晶片讀取時(shí)，上述電荷會(huì)被轉(zhuǎn)換成一電壓。此電壓后來(lái)可經(jīng)由連接CCD影像感應(yīng)器的電路而轉(zhuǎn)換成數(shù)位數(shù)據(jù)。圖3為示范光電胞(PV cell)的剖面圖。其他實(shí)施例或設(shè)計(jì)是可允許的，且本文所述的制程的實(shí)施例不是僅限于圖3所示的PV胞120。PV胞120包括觸點(diǎn)121與背側(cè)觸點(diǎn)125。在介電層122的下面是PV胞120中組成P-N接面的射極123與基極124。根據(jù)PC 胞120設(shè)計(jì)，射極123與基極IM可以是P型或N型。在一些例子中，這個(gè)介電層122可以是介電保護(hù)層(dielectric passivation layer)或抗反身寸膜(antireflectivecoating)。當(dāng)光照到PV胞時(shí)，具有足夠能量(超過(guò)半導(dǎo)體的能隙)的光子能引起半導(dǎo)體材料的價(jià)帶至導(dǎo)帶內(nèi)的電子。關(guān)聯(lián)于這自由電子是對(duì)應(yīng)于價(jià)帶中的帶正電荷的電洞。為了產(chǎn)生可驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載的光電流，這些電子-電洞(electron hole, e_h)對(duì)需要被分離。這要通過(guò)處于P-n接面的內(nèi)建電場(chǎng)來(lái)完成。因此，在p-n接面的摻雜區(qū)域中產(chǎn)生的任一電子-電洞對(duì)會(huì)獲得分離，如同擴(kuò)散至裝置的空乏區(qū)域的其他少數(shù)載子被分離。由于大多數(shù)入射光子在裝置的相鄰表面被吸收，射極中所產(chǎn)生的少數(shù)載子需要擴(kuò)散穿過(guò)射極的厚度以到達(dá)摻雜區(qū)域，并獲得清掃穿過(guò)到另一側(cè)。因此，為了使射極中的大量光產(chǎn)生電流最大化以及可能的載子再結(jié)合最小化，較佳的是具有非常淺的射極區(qū)域123。一些光子通過(guò)射極區(qū)域123，并進(jìn)入基極124。這些光子可接著激起基極124內(nèi)部的自由地移動(dòng)到射極區(qū)域123中的電子，而關(guān)聯(lián)的電洞會(huì)殘留在基極124中。由于此p-n 接面的存在而導(dǎo)致的電荷分離，光子所產(chǎn)生的額外載子(電子及電洞)可接著用來(lái)驅(qū)動(dòng)外部負(fù)載以完成電路。通過(guò)外部負(fù)載而將射極區(qū)域123經(jīng)由外部連接至基極124，可能會(huì)導(dǎo)通電流，且因此提供電源。為了達(dá)到這個(gè)，典型地金屬觸點(diǎn)121、125配置于射極區(qū)域與基極的外表面上。 由于基極不會(huì)直接接收光子，典型地它的背側(cè)觸點(diǎn)125會(huì)沿著全部的外表面來(lái)配置。另一方面，射極區(qū)域123的外表面接收光子，且因此不會(huì)完整地覆蓋觸點(diǎn)。在某種程度上，由于摻雜介面中的寄生電流定義為“暗電流”，造成CMOS影像感應(yīng)器與CCD影像感應(yīng)器中的性能降低。由于二極管中的內(nèi)在缺陷，暗電流是經(jīng)由源自影像感應(yīng)器中的光二極管所產(chǎn)生的寄生電子流。二極管中的缺陷(例如未保護(hù)硅空位、硅間隙、間隙摻雜物、金屬污染物、堆迭錯(cuò)誤與錯(cuò)位)作為少數(shù)載子的陷阱，并且當(dāng)二極管放置于反向偏壓時(shí)，這些所獲得的載子會(huì)被釋放。提供此反向偏壓漏電流作為暗電流。因此，暗電流的電荷產(chǎn)生比率與影像感應(yīng)器中的結(jié)晶學(xué)缺陷有關(guān)，特別是接面中以及于影像感應(yīng)器的表面。這些暗電流會(huì)降低影像感應(yīng)器的信噪比(signal-to-noise (S/N)ratio)，此信噪比對(duì)于影像感應(yīng)器的性能來(lái)說(shuō)是重要的。在一類似的方法中，由于接面中的內(nèi)在缺陷，寄生電流也是PV胞的P-N接面中的暗電流(或反向飽和電流，例如可參照在PV胞中)。這介面會(huì)降低基板中的少數(shù)載子生命周期，并導(dǎo)致PV胞的效率的降低。圖4A 圖4D為影像感應(yīng)器制造的一實(shí)施例。在圖4A中，蝕刻溝渠160。在此蝕刻期間，可損壞溝渠160的角落169與壁。蝕刻將于溝渠160的側(cè)170上產(chǎn)生硅空缺叢集(堆迭錯(cuò)誤成核部位)。蝕刻也將產(chǎn)生具有電荷累積的不規(guī)則灰區(qū)域(irregular ashed areas)。另外，蝕刻制程會(huì)破壞位于被蝕刻表面的硅，時(shí)常產(chǎn)生懸空鍵結(jié)(dangling bonds)。在圖4B中，執(zhí)行氧化及/或氮化步驟來(lái)產(chǎn)生層161。在圖4C中，高密度等離子化學(xué)氣相沉積(high density plasma chemical vapor exposition，HDPCVD)步驟會(huì)以材料 162來(lái)填滿溝渠160。層161與材料162將施加應(yīng)力，并生長(zhǎng)溝渠160中的任一缺陷。使用化學(xué)機(jī)械研磨(chemicalmechanical polish,CMP)步驟來(lái)移除過(guò)量的材料162。圖4D為已完成的影像感應(yīng)器。附加P井168、P摻雜區(qū)域163、N摻雜區(qū)域164、N摻雜區(qū)域166、P井 165與轉(zhuǎn)移門極(transfer gate, TG) 167到影像感應(yīng)器。在P摻雜區(qū)域163與N摻雜區(qū)域 164上，經(jīng)由溝渠160來(lái)施加壓縮應(yīng)力(由箭頭600所描述)。增加應(yīng)力，特別是在STI井中，可增加暗電流。當(dāng)在STI井160中使用氧化物來(lái)填滿，可產(chǎn)生HDP CVD的應(yīng)力。在STI井160的蝕刻期間(亦即，在HDP CVD之前)，會(huì)損壞硅的壁。在隨后的例如氧化物密實(shí)化(oxide densification)或化學(xué)機(jī)械研磨的制程步驟期間，缺陷將會(huì)成長(zhǎng)并增殖。圖5為說(shuō)明處于STI井角落的斷層(dislocation)的穿透式電子顯微鏡(transmission electron microscope, TEM)圖像。
由于多個(gè)原因，導(dǎo)致暗電流可以是結(jié)晶缺陷。首先，缺陷可經(jīng)由下面的摻雜、退火、 蝕刻或其他積體電路制程的晶體結(jié)構(gòu)中的剩余損害來(lái)產(chǎn)生。圖11顯示如圖1所示的影像感應(yīng)器中的暗電流的多個(gè)原因的示意圖。暗電流的第一原因901是表面暗電流，其中處于表面與氧化物頂部表面的介面的不完整會(huì)產(chǎn)生缺陷。這些缺陷會(huì)抑制少數(shù)載子。暗電流的第二原因902是空乏暗電流，其是空乏區(qū)域中的載體的產(chǎn)生，且此空乏暗電流經(jīng)由P摻雜區(qū)中的間隙、EOR缺陷與其他基板缺陷而產(chǎn)生。暗電流的第三原因903是來(lái)自摻雜區(qū)域的載子的擴(kuò)散，而暗電流的第四原因904是來(lái)自基極區(qū)域的載子的擴(kuò)散。暗電流的四個(gè)原因全部經(jīng)由硅晶結(jié)構(gòu)中的異常而造成，此異常典型地經(jīng)由退火、植入、蝕刻或一些其他IC制程步驟來(lái)產(chǎn)生。接著，由于從材料、結(jié)構(gòu)或影像感應(yīng)器布局不規(guī)則部分而感應(yīng)的應(yīng)力，可成長(zhǎng)缺陷。舉例來(lái)說(shuō)，因?yàn)闇锨锹渑c側(cè)壁是粗糙且有缺陷的，溝渠隔離特征邊緣將成核缺陷。使用HDP CVD填滿溝渠將于這些缺陷上施加應(yīng)力，且可增殖缺陷的尺寸。圖11顯示相關(guān)應(yīng)力的特征所產(chǎn)生的電流905。影像感應(yīng)器中的暗電流是接面或材料的品質(zhì)的有效指示器。因此它們是直接與少數(shù)載子生命周期有關(guān)。在給定摻雜區(qū)域中的少數(shù)載子是較少的足夠電荷載子，其可以是電子或電洞。載子生命周期是需要用以過(guò)量少數(shù)載子至再結(jié)合(亦即，用于電子來(lái)結(jié)合電洞或保護(hù)一缺陷)的平均時(shí)間。入射于影像感應(yīng)器上的光將產(chǎn)生已收集與量測(cè)的載子來(lái)作為已產(chǎn)生電流。因?yàn)楣飧袘?yīng)載子的產(chǎn)生將導(dǎo)致背景雜訊，使在外部入射光的存在的硅中量測(cè)這些暗電流是困難的。在不具有光存在的隔離系統(tǒng)中來(lái)隔離硅，將導(dǎo)致雜訊程度降低，并因此啟動(dòng)暗電流的量測(cè)。經(jīng)由量測(cè)漏電流而對(duì)此隔離系統(tǒng)中的二極管進(jìn)行反向偏壓，以允許硅中的任一內(nèi)部缺陷的真實(shí)的特性?，F(xiàn)存的缺陷將開始釋放所獲得的少數(shù)載子，而導(dǎo)致暗電流。少數(shù)載子的產(chǎn)生生命周期也與暗電流有關(guān)，其中少數(shù)載子的產(chǎn)生生命周期之處為電容操作于深空乏。暗電流可降低影像感應(yīng)器的信噪比，且因此可降低影像感應(yīng)器的良率。以前，使用BF3的STI井的植入于大約1E15至3E15使用等離子摻雜來(lái)執(zhí)行以降低暗電流。然而，這類BF3W高劑量會(huì)導(dǎo)致影像感應(yīng)器中的寄生電流。其他高劑量植入也會(huì)對(duì)影像感應(yīng)器導(dǎo)致?lián)p壞或缺陷。相似地，光二極管中的P與η區(qū)域內(nèi)的離子的摻雜可產(chǎn)生導(dǎo)致增加暗電流的材料中的缺陷。因此，有一個(gè)用于在影像感應(yīng)器或PV胞中植入一物種的改善方法的需求，且更具體的是，用于在影像感應(yīng)器或PV胞中的物種的值入來(lái)改善暗電流并降低缺陷的需求。

發(fā)明內(nèi)容
于感光裝置制造期間，通過(guò)已改善的物種的值入來(lái)降低感光裝置內(nèi)的暗電流。暗電流可經(jīng)由光二極管裝置中的缺陷來(lái)產(chǎn)生，且暗電流可于制造期間使用退火、植入或其他制程步驟來(lái)產(chǎn)生。經(jīng)由將光二極管區(qū)域中的工作部件非晶化，可降低缺陷的數(shù)量，從而降低造成暗電流的發(fā)生原因。暗電流也可經(jīng)由相鄰STI感應(yīng)的應(yīng)力來(lái)產(chǎn)生，其中襯(liner)與填滿材料所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)加重工作部件中的缺陷。經(jīng)由將溝渠的側(cè)壁與底部表面非晶化，可降低于蝕刻處理期間所產(chǎn)生的缺陷。缺陷中的這個(gè)降低也減少感光裝置中的暗電流。


圖1為示范影像感應(yīng)器的剖面圖。圖2為示范影像感應(yīng)器的另一剖面圖。圖3為一種示范PV胞的剖面圖。圖4A 圖4D為影像感應(yīng)器制造的一實(shí)施例。圖5為說(shuō)明STI井角落的斷層的穿透式電子顯微鏡圖像。圖6A 圖5D為降低STI中的應(yīng)力的植入的一實(shí)施例。圖7為說(shuō)明經(jīng)由低溫度所導(dǎo)致的工作部件中的降低的缺陷的示意圖。圖8A 圖8B為降低井植入缺陷的植入的一實(shí)施例。圖9為等離子摻雜系統(tǒng)的方塊圖。圖10為束線離子布植機(jī)的方塊圖。圖11為描述示范影像感應(yīng)器中的暗電流的原因的示意圖。圖12A 圖12B為顯示摻雜物的植入來(lái)形成p_n接面的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖6A 圖6D為用來(lái)降低STI中的應(yīng)力的植入的一實(shí)施例。在圖6A中，蝕刻溝渠 160。于此蝕刻期間，可損壞溝渠160的角落169與側(cè)壁170。舉例來(lái)說(shuō)，蝕刻將在溝渠160 的側(cè)170上產(chǎn)生硅空缺叢集(堆迭錯(cuò)誤成核位置)。蝕刻也將產(chǎn)生具有電荷累積的不規(guī)則的灰化區(qū)域。在圖6B中，執(zhí)行氧化及/或氮化步驟以產(chǎn)生層161。此可經(jīng)由爐或沉積來(lái)執(zhí)行。 在圖6B中，物種500也可植入到溝渠160的壁與底部中。此可在層161的配置期間之前、 之后或少一部分。物種500將環(huán)繞溝渠160的硅非晶化，以形成非晶化區(qū)域501。此非晶化將破壞或移除晶格的長(zhǎng)程順序(long-range order)。此非晶化區(qū)域501將移除圖6A的溝渠160的蝕刻所產(chǎn)生的一些損壞、將均勻化溝渠160的壁170，以及將移除任一空缺叢集或特征成核位置。因此，于退火期間，溝渠160的壁170可于真實(shí)或適當(dāng)?shù)木螤畹谋巢砍砷L(zhǎng)。非晶化區(qū)域501可移除應(yīng)力缺陷，此應(yīng)力缺陷沿著溝渠160的應(yīng)力邊限成核。應(yīng)力缺陷是經(jīng)由填滿溝渠160的層161來(lái)產(chǎn)生。層161的高密度將于溝渠160的壁上施加應(yīng)力。由于此應(yīng)力，任一已呈現(xiàn)于溝渠160的壁上的缺陷將會(huì)成長(zhǎng)，從而產(chǎn)生應(yīng)力缺陷。若層 161填滿溝渠160，用于材料162會(huì)較少，從而增加應(yīng)力。非晶化區(qū)域501可降低或限制溝渠160的壁上的層161的成長(zhǎng)，否則會(huì)增加應(yīng)力。在圖6C中，HDP CVD步驟會(huì)以材料162來(lái)填滿溝渠160。此材料通常是高密度氧化物，不過(guò)也可使用一些有機(jī)介電層。使用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟來(lái)移除過(guò)量的材料162。 圖6D為已完成的影像感應(yīng)器。附加P井168、P摻雜區(qū)域163、N摻雜區(qū)域164、N摻雜區(qū)域 165、P井166與TG 167到影像感應(yīng)器。在一可供選擇的實(shí)施例中，P井166及/或P井168 在蝕刻溝渠160之前被摻雜。在P摻雜區(qū)域163與N摻雜區(qū)域164上，經(jīng)由溝渠160來(lái)施加壓縮應(yīng)力(由箭頭600所描述)。然而，因?yàn)榉蔷Щ瘏^(qū)域501的存在，應(yīng)力的程度相對(duì)于圖4A至圖4D的影像感應(yīng)器來(lái)降低。植入500非晶化缺陷區(qū)域，并移除缺陷。這將沿著壁來(lái)啟動(dòng)缺陷自由長(zhǎng)晶。因此，不會(huì)有分離退火的需求。在STI形成(例如p-n接面的形成)之后的制程及其關(guān)聯(lián)的熱處理(thermal processing)提供需要這些非晶化側(cè)壁成長(zhǎng)所需要的熱預(yù)算(thermal budget)。此可降低暗電流。物種500可以是非晶化物種的任一形式。盡管可使用摻雜物種，在一特定實(shí)施例中，物種500仍可使用例如氦(He)、氫(H)、氬(Ar)、氪(Kr)、氖(Ne)、氙(Xe)、硅(Si)、鍺 (Ge)、氧(0)或氮(N)的非摻雜物種。其他非摻雜物種也可使用。在一實(shí)施例中，可能不理想的是以摻雜物種植入溝渠160。盡管以摻雜物種植入溝渠160的壁會(huì)產(chǎn)生累積表面，因?yàn)樵跍锨?60下會(huì)形成另一二極管，也會(huì)產(chǎn)生IC中的寄生效應(yīng)。對(duì)照影像感應(yīng)器的表面的角植入(angled implant)可改善非晶化區(qū)域501的非晶化，并允許溝渠160的壁與底部?jī)烧叩姆蔷ЩＴ诖死?，角植入意指植入不是垂直于基板的表面或垂直于溝?60的底部。圖6B說(shuō)明兩個(gè)角植入，但植入步驟或特定角度的其他數(shù)量是可允許的。非晶化植入的劑量范圍可大約介于IEll與1E15之間。基于溝渠160的高寬比(亦即，高度至寬度)來(lái)配置植入角度與植入能量。植入能量可大約介于OAkeV與 20keV之間。其他劑量與能量是可允許的，并且本文所述的制程的實(shí)施例并不限于這些特定劑量與能量。用于物種來(lái)將工作部件非晶化的能力是被植入物種、工作部件材料以及所采用劑量比率的功能。導(dǎo)致工作部件變成非晶化的被植入物種的劑量比率是是定義成非晶化臨界值。舉例來(lái)說(shuō)，處于高劑量比率(例如lel5)，BF2將對(duì)硅進(jìn)行非晶化。然而，處于低劑量比率，BF2將不會(huì)對(duì)硅進(jìn)行非晶化。相似地，處于相同劑量比率(lel5)，硼(由于其較輕的質(zhì)量)將不會(huì)對(duì)硅工作部件進(jìn)行非晶化。事實(shí)上，硼具有約7el5的非晶化臨界值。非晶化的等級(jí)會(huì)影響于工作部件中產(chǎn)生的損壞的數(shù)量。為了使植入所導(dǎo)致的損失最小化，可修改植入的溫度。對(duì)于發(fā)生于劑量比率超過(guò)非晶化臨界值的植入來(lái)說(shuō)，可使用冷植入來(lái)降低損壞。相似地，若劑量比率接近非晶化臨界值，冷植入可以是較佳的。在一特定的實(shí)施例中，工作部件維持大約介于+30與-200°C之間，更特別的是介于0°C與-200°C之間。其他溫度是可允許的，并且本文所述的制程的實(shí)施例不是僅限于大約介于+30°C與-200°C之間。低工作部件溫度將降低臨界值，其中物種可非晶化工作部件，且也可改善非晶化品質(zhì)。因?yàn)闇锨?60的晶格將對(duì)于高溫度的晶格更靠近，非晶化品質(zhì)于低溫度被改善。低溫度也可降低植入所導(dǎo)致的最大深度(end-of-range， E0R)缺陷。硅晶格中的EOR是敲擊到剛好低于EOR的多個(gè)硅間隙。冷溫度低于非晶化臨界值，且將增加物種500的某些劑量所導(dǎo)致的非晶化。因此，更多替代的空位于晶格中被更均勻地產(chǎn)生直到E0R。在后來(lái)的退火期間，再結(jié)晶將于于EOR之間隙中開始，且將往高處移動(dòng)，其導(dǎo)致應(yīng)力與EOR缺陷。經(jīng)由更徹底非晶化一給定區(qū)域，每一間隙被提供一較佳機(jī)會(huì)以回到其替代位置，從而降低EOR缺陷。冷植入也可降低所需的劑量來(lái)進(jìn)行非晶化。圖7為說(shuō)明經(jīng)由低溫度所導(dǎo)致的工作部件中的降低缺陷的示意圖。已增加的非晶化與已降低的缺陷可降低暗電流。低溫度或冷植入后的基底品質(zhì)的改善是經(jīng)由比較少數(shù)載子生命周期來(lái)顯示。磷 (140keV、5E13、于950°C退火)的正常植入產(chǎn)生200 μ m的少數(shù)載子擴(kuò)散長(zhǎng)度。于_60°C執(zhí)行相同的植入會(huì)產(chǎn)生310 μ m的少數(shù)載子擴(kuò)散長(zhǎng)度。此會(huì)大于50%生命周期中的改善，且因此結(jié)晶品質(zhì)的改善。然而，若所要求的植入物種的劑量比率非常低于非晶化臨界值，執(zhí)行熱植入來(lái)降
8低缺陷以及降低晶格的損壞。舉例來(lái)說(shuō)，此熱植入可介于60°C與900°C之間。舉例來(lái)說(shuō)，背側(cè)氣體冷卻/加熱、預(yù)加熱、耐熱平臺(tái)或燈可以用來(lái)將基板加熱至此提升的溫度。植入將從晶格來(lái)敲擊Si原子。一些被敲擊的Si原子可移動(dòng)到晶格的間隙空間，形成替代空間。執(zhí)行熱植入來(lái)允許被敲擊的Si原子從間隙空間移動(dòng)回到晶格。此導(dǎo)致相對(duì)于非熱植入的較低非晶化與較低空位缺陷。這意指于退火期間較低破壞將需要被修復(fù)。熱植入可用于低于非晶化臨界值或非晶化程度的植入劑量。以熱植入于這些特定劑量來(lái)產(chǎn)生較少空位。在一例子中，以相較于非熱植入的熱植入可改變植入劑量。圖6A至圖6D為說(shuō)明降低從基板(標(biāo)示如圖11中的(5))中的特征驅(qū)動(dòng)應(yīng)力所產(chǎn)生的暗電流的方法。在此特定的實(shí)施例中，由STI的形式產(chǎn)生所述應(yīng)力。圖11也顯示暗電流的多個(gè)其他原因，其有關(guān)于典型地經(jīng)由基板的制程所產(chǎn)生的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的異常。圖8A 圖8B為用于降低井植入缺陷的植入的一實(shí)施例。在圖8A中，摻雜P井166與P井168以及蝕刻溝渠160，其導(dǎo)致?lián)p壞溝渠160的角落與側(cè)壁。也可執(zhí)行氧化及/或氮化步驟來(lái)產(chǎn)生層161，且HDP CVD步驟以材料162來(lái)填滿溝渠160。使用化學(xué)機(jī)械研磨(CMP)步驟來(lái)移除過(guò)量的材料162。圖8B為已完成的IC的示意圖。例如附加P摻雜區(qū)域163、N摻雜區(qū)域164、N摻雜區(qū)域166與TG 167到IC。在蝕刻溝渠160之前或之后，摻雜P井166與P井168。需要高能量植入來(lái)形成P井168或P井166。舉例來(lái)說(shuō)，這類高能量植入可產(chǎn)生 P井168中的缺陷。這些缺陷導(dǎo)致關(guān)聯(lián)于接面中的暗電流的少數(shù)載子生命周期的降低。因?yàn)槿毕菥哂薪?jīng)由少數(shù)載子所保護(hù)的未保護(hù)鍵結(jié)，在P井168的硅晶格的缺陷可作為如用于少數(shù)載子的“陷阱(trap)”。在一例子中，這是一個(gè)用于P型區(qū)域的電子。當(dāng)光能量的某些數(shù)量經(jīng)由P-N接面吸收時(shí)，會(huì)激起并形成電子-電洞對(duì)(electron-hol印airs)。這些電子-電洞對(duì)開始朝向各自的導(dǎo)體或價(jià)帶(valence band)漂移。一旦載子到達(dá)這樣的帶，計(jì)數(shù)載子，其決定所接收的光能量的數(shù)量與形式。在硅中的缺陷將抑制載子，以阻止載子到達(dá)帶。少數(shù)載子生命周期為一載子幸存于晶格中直到被一缺陷所捕捉的時(shí)間長(zhǎng)度的估計(jì)。高缺陷密度將降低載子生命周期。相似地，低缺陷密度將增加載子生命周期。此生命周期被估計(jì)是因?yàn)樗a(chǎn)生載子的數(shù)量是已知的，但若這些載子不能量測(cè)，則可假設(shè)成載子被抑制。為了使這些缺陷最小化，以及降低植入所導(dǎo)致的剩余損壞，可于低劑量，以及于提升的溫度植入P井168或P井166。在圖8A的實(shí)施例中，僅植入P井168?？墒褂玫湫偷赜糜赑井168植入的任一物種，包括83&或P。用于植入的劑量可大約介于IEll與1E14 之間。根據(jù)P井168的所需的深度，來(lái)配置植入角度與植入能量。舉例來(lái)說(shuō)，植入能量可大約介于50keV與6MeV之間。其他能量范圍與劑量也是可允許的，并且本文所述的制程的實(shí)施例不限于大約介于50keV與6MeV之間或IEll與1E14之間。在另一實(shí)施例中，相似于圖6A 圖6D的實(shí)施例，植入P井168，并也非晶化溝渠 160的壁。在另一實(shí)施例中，非晶化P摻雜區(qū)域163與N摻雜區(qū)域164以降低暗電流。圖11 所示暗電流可從空乏區(qū)域中的載子產(chǎn)生而發(fā)生，且暗電流經(jīng)由間隙與EOR缺陷而產(chǎn)生。相似地，暗電流可以從摻雜接面與從基極區(qū)域的載子的擴(kuò)散來(lái)產(chǎn)生。經(jīng)由非晶化P摻雜區(qū)域 163及/或N摻雜區(qū)域164，可減少這些區(qū)域中的缺陷的數(shù)量，從而導(dǎo)致暗電流的降低。所有摻雜植入可留下剩余的損壞。為了使此損害最小化，若使用的摻雜物質(zhì)入劑量高過(guò)非晶化臨界值，則執(zhí)行冷植入。相反地，若摻雜物劑量低于其非晶化臨界值，則使用熱植入。這些修改植入的形式有助于降低整體剩余損壞后退火，且因此導(dǎo)致執(zhí)行較佳的摻雜區(qū)域。在又一實(shí)施例中，非晶化PV胞的區(qū)域以改善少數(shù)載子生命周期、改善暗電流或降低缺陷。這將啟動(dòng)PV胞中的效能的改善。具體來(lái)說(shuō)，可非晶化P-N接面、射極或基極。同樣地可非晶化光電胞的其他區(qū)域。這包括有選擇性的射極植入、觸點(diǎn)植入、埋入式接面植入、 背表面電場(chǎng)植入與隔離植入。在一實(shí)施例中，可通過(guò)光罩來(lái)執(zhí)行這些植入。所有摻雜植入可留下剩余的損壞。為了使這個(gè)損害最小化，若使用的摻雜物植入劑量大于非晶化臨界值， 則執(zhí)行冷植入。相反地，若摻雜劑量低于其非晶化臨界值，則使用熱植入。這些被修改植入的形式有助于降低整體剩余損失后退火，且因此導(dǎo)致執(zhí)行較佳的摻雜區(qū)域。此可被量測(cè)來(lái)作為摻雜區(qū)域的反向飽和電流或暗電流的改善。圖12A 圖12B分別繪示例如用于的N型基板與P型基板的流程圖，例如與太陽(yáng)能電池一起使用。在圖12A中，基板假設(shè)為N型。在此實(shí)施例中，首先，執(zhí)行ρ型植入，接著執(zhí)行η型植入。在形成ρ-η區(qū)域后，于前側(cè)與背側(cè)執(zhí)行η++植入。應(yīng)注意，每一這些制程可于最小化缺陷的溫度執(zhí)行。如上所述，若植入劑量大于非晶化臨界值，冷植入是最佳的，而最佳的熱植入則適于劑量低于非晶化臨界值。圖12Β顯示ρ形基板的相似制程的情節(jié)。本文的實(shí)施例中所揭示的植入可與包括CIS、BSI影像感應(yīng)器、CCS感應(yīng)器與PV胞的感光裝置的任一形式一起使用。在需要表面累積層來(lái)形成前表面電場(chǎng)(front surface fields, FSF)或被表面電場(chǎng)(back surfacefields，BSF)的例子中(例如是BSI影像感應(yīng)器的例子)，基于劑量與物種形式，也可以冷植入/熱植入來(lái)執(zhí)行植入。例如是具有其他感光裝置的例子，這些植入會(huì)降低缺陷，且因此降低暗電流的原因。另外，可使用等離子摻雜系統(tǒng)100或束線離子植入器200來(lái)執(zhí)行本文的實(shí)施例中所揭示的植入。圖9為等離子摻雜系統(tǒng)100的方塊圖。圖10為束線離子植入器200的方塊圖。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，等離子摻雜系統(tǒng)100與束線離子植入器200僅為每一不同等離子摻雜系統(tǒng)與束線離子植入器的多個(gè)例子其中之一。再者，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，例如其他等離子浸沒(méi)(plasma immersion)或等離子流工具(plasma floodtool)的裝置也可用來(lái)植入一物種。本文的實(shí)施例所揭示的植入也可以叢集或堆迭結(jié)構(gòu)工具來(lái)執(zhí)行。請(qǐng)參照?qǐng)D9，等離子摻雜系統(tǒng)100包括制程腔體(process chamber) 102，其定義出封閉體積103?？赏ㄟ^(guò)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(未示出)冷卻或加熱制程腔體102或工作部件138。 可將平臺(tái)134放置于制程腔體102中以支撐工作部件138。也可通過(guò)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)(未示出)冷卻或加熱平臺(tái)134。在一例子中，工作部件138可以是具有圓盤形狀的半導(dǎo)體晶圓， 在一實(shí)施例中，例如是直徑300mm的硅晶圓。然而，工作部件138并不限于硅晶圓。舉例來(lái)說(shuō)，工作部件138也可以是平板、太陽(yáng)能或高分子基板。可經(jīng)由靜電力或機(jī)械力將工作部件138夾緊于平臺(tái)134的平面上。在一實(shí)施例中，平臺(tái)134可包括具傳導(dǎo)性的插針(未示出)，以與工件138產(chǎn)生連接。等離子摻雜系統(tǒng)100更包括配置等離子源101，以從制程腔體102內(nèi)的植入氣體來(lái)產(chǎn)生等離子140。等離子源101可以是RF等離子源，或其他本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的等離子源。平臺(tái)134可施加偏壓?？山?jīng)由直流電(DC)或射頻(RF)電源供應(yīng)器來(lái)提供此偏壓。等離子摻雜系統(tǒng)100更可包括屏蔽環(huán)(shield ring)、法拉第感應(yīng)器(Faraday sensor)或其他的元件。在一些實(shí)施例中，等離子摻雜系統(tǒng)100為叢聚式工具(cluster tool)中的一部分，或是在單一的等離子摻雜系統(tǒng)100中有多個(gè)連接操作(operatively-linked)的等離子摻雜腔體。因此，許多的等離子摻雜腔體可在真空中被連
接在一起。在操作中，等離子源101被配置以在制程腔體102中產(chǎn)生等離子140。在一實(shí)施例中，等離子源是RF等離子源，其使在至少一 RF天線中的RF電流共振來(lái)產(chǎn)生振蕩磁場(chǎng) (oscillating magnetic field)。此振蕩磁場(chǎng)使RF電流進(jìn)入制程腔體102中。在制程腔體102中的RF電流激發(fā)且離子化一值入氣體以產(chǎn)生等離子140。所施加于平臺(tái)134、以及因此被施加于工作部件138的偏壓將在多個(gè)周期的偏壓脈沖(bias pulse)期間，使離子由等離子140朝向工作部件138加速?？蛇x擇受脈沖平臺(tái)信號(hào)(pulsed platen signal)的頻率與/或脈沖的工作周期，以提供所需的劑量率(dose rate)?？蛇x擇受脈沖平臺(tái)信號(hào)的振幅以提供所需的能量。在所有其他參數(shù)都相同的情況下，較高的能量會(huì)造成較深的被植入深度。請(qǐng)參照?qǐng)D10，其所示為一束線離子植入機(jī)200的方塊圖。再次強(qiáng)調(diào)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員當(dāng)可了解，束線離子植入機(jī)200僅為束線離子植入機(jī)的多個(gè)例子其中之一。一般來(lái)說(shuō)， 束線離子植入機(jī)200包括離子源觀0以產(chǎn)生離子，而這些離子可被提取以形成離子束觀1， 舉例來(lái)說(shuō)，離子束281可以是帶狀束(ribbon beam)或點(diǎn)狀束(spot beam)。在一例子中， 離子束281可被質(zhì)量分析，且可由發(fā)散的離子束轉(zhuǎn)換為實(shí)質(zhì)上平行于離子軌道的帶狀束。 在一些實(shí)施例中，束線離子植入機(jī)200可還包括加速或減速單元四0。終端站(end station) 211在離子束281的路徑上支撐一個(gè)或多個(gè)工作部件，例如工作部件138，以使所需物種的離子被植入到工作部件138中。在一例子中，工作部件138 可以是具有圓盤形狀的半導(dǎo)體晶圓，在一實(shí)施例中，例如是直徑為300mm的硅晶圓。然而， 工作部件138并不限于硅晶圓。舉例來(lái)說(shuō)，工作部件138也可以是平板、太陽(yáng)能或高分子基板。終端站211可包括平臺(tái)四5以支撐工作部件138。在一實(shí)施例中，終端站211也可包括掃瞄器(未示出)，以使工作部件138垂直于離子束281剖面的長(zhǎng)度移動(dòng)，因此可使離子分布在工件138的整個(gè)表面。離子植入機(jī)200可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所已知的附加元件，例如自動(dòng)化工件搬運(yùn)設(shè)備(automated workpiece handling equipment)、法拉第感應(yīng)器(Faraday sensors)、或是電子噴槍(electron flood gun)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可理解，在離子植入期間，離子束所穿過(guò)的整個(gè)路徑為真空。在一些實(shí)施例中，束線離子植入機(jī)200可包含離子的熱植入或冷植入。本文所用的詞匯(term)及措辭(expression)用以描述的詞匯，并非用以限定描述的詞匯。本發(fā)明涵蓋與所圖示及所述特征(或部分特征)有相同意義的詞匯及措辭，并且應(yīng)了解各種潤(rùn)飾是可允許的。其他潤(rùn)飾、改變以及替代都是可允許的。因此，前文所述僅是作為例示之用，而非用以限定本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，包括蝕刻該工作部件中的一淺溝渠，該溝渠包括多個(gè)側(cè)壁與一底部表面；執(zhí)行一氧化或氮化步驟來(lái)產(chǎn)生該溝渠的該些側(cè)壁與該底部表面的一層；非晶化該溝渠的該些側(cè)壁與該底部表面；以材料填滿該溝渠；以及相鄰該溝渠形成該感光裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中在該氧化或氮化步驟之前，執(zhí)行該非晶化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中在該氧化或氮化步驟之后，執(zhí)行該非晶化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中在該氧化或氮化步驟期間至少一部分，執(zhí)行該非晶化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該非晶化包括在介于0. 5keV與20keV之間的植入能量，植入離子到該工作部件中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該非晶化包括在介于IEll與1E15之間的劑量，植入離子到該工作部件中。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該非晶化包括植入一未摻雜物種的離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該未摻雜物種是選擇來(lái)自氦、氫、氬、氪、氖、氙、硅、鍺、氧與氮所組成的群組。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中在溫度低于+30°C下，執(zhí)行該非晶化。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中在溫度介于60°C與9000C之間，執(zhí)行該非晶化。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該形成包括植入一物種的離子來(lái)產(chǎn)生P型區(qū)域以及植入一第二物種的離子來(lái)產(chǎn)生在該P(yáng)型區(qū)域下的一 N型區(qū)域。
12.—種于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，包括植入一第一物種的例子至該工作部件中以形成一第一摻雜區(qū)域，其中該第一物種的該植入于依靠該第一物種的所需劑量的溫度來(lái)執(zhí)行；以及植入一第二物種的離子到該工作部件中以形成在該第一區(qū)域上的一第二摻雜區(qū)域，其中第二物種的該植入于依靠該第二物種的所需劑量的溫度來(lái)執(zhí)行。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該感光裝置包括影像感應(yīng)器。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該感光裝置包括光電裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中若該第一物種的劑量比率低于工作部件的一非晶化臨界值，在介于60°C與900°C之間執(zhí)行該第一物種的該植入。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中若該第一物種的劑量比率大于工作部件的一非晶化臨界值，在介于+30°C與-200°C之間執(zhí)行該第一物種的該植入。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中若該第二物種的劑量比率低于工作部件的一非晶化臨界值，在介于60°C與900°C之間執(zhí)行該第二物種的該植入。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中若該第二物種的劑量比率大于工作部件的一非晶化臨界值，在介于+30°C與-200°C之間執(zhí)行該第二物種的該植入。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的于工作部件上降低感光裝置中的暗電流的方法，其中該第一物種的該植入的該溫度是依靠大量的該第一物種，而該第二物種的該植入的該溫度是依靠大量的該第二物種。
全文摘要
在感光裝置的制造期間，通過(guò)已改善的物種的植入來(lái)降低感光裝置內(nèi)的暗電流。暗電流可經(jīng)由光二極管裝置中的缺陷來(lái)引起，或于制造期間使用退火、植入或其他制程步驟來(lái)引起。經(jīng)由非晶化光二極管范圍中的工作部件，可消除大量的缺陷，從而消除此暗電流的原因。暗電流也可經(jīng)由相鄰STI所感應(yīng)的應(yīng)力來(lái)引起，其中襯與填充材料所產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)加重工作部件中的缺陷。經(jīng)由非晶化溝渠的側(cè)壁與底部表面，可消除于蝕刻期間所產(chǎn)生的缺陷。此缺陷中的降低也可減少感光裝置中的暗電流。
文檔編號(hào)H01L31/042GK102203944SQ200980142556
公開日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月31日
發(fā)明者丹尼斯·羅迪爾, 迪帕克·瑞曼帕 申請(qǐng)人:瓦里安半導(dǎo)體設(shè)備公司