專利名稱：光電轉(zhuǎn)換裝置和照相機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換裝置、其制造方法和照相機(jī)。
背景技術(shù)：
美國專利申請(qǐng)公開No. 2007/0108371公開了一種PMOS像素結(jié)構(gòu)，其中在表面上形成的η型釘扎層(pinning layer)下面布置有ρ型埋置存儲(chǔ)層，并且在ρ型埋置存儲(chǔ)層下面布置有η型阱。美國專利申請(qǐng)公開No. 2007/0108371中的釘扎層與在作為元件隔離區(qū)域的STI (淺溝槽隔離)區(qū)域下面和旁邊擴(kuò)展的η型隔離注入物連接。通過此結(jié)構(gòu)，通過埋置存儲(chǔ)層產(chǎn)生并且存儲(chǔ)于該埋置存儲(chǔ)層中的空穴經(jīng)傳送柵被傳送到浮置擴(kuò)散(floating diffusion)并且被讀出。在美國專利申請(qǐng)公開No. 2007/0108371中所描述的PMOS像素結(jié)構(gòu)中，通過η型阱形成光電二極管的陰極。但是，本發(fā)明采用通過η型埋置層形成光電二極管的陰極的方法。 注意，覆蓋元件隔離區(qū)域的下部部分的溝道阻斷區(qū)域(channel stopper region)在淺的區(qū)域中形成，而埋置層在深的區(qū)域中形成。溝道阻斷區(qū)域具有大大影響小型化的邊界規(guī)則 (boundary regulation)，而埋置層應(yīng)給予寬分布的勢(shì)壘?？紤]到溝道阻斷區(qū)域和埋置層之間的這種差異，提出本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種具有新穎結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置，在該結(jié)構(gòu)中，光電二極管的陰極由η型埋置層形成。本發(fā)明的一個(gè)方面提供了一種光電轉(zhuǎn)換裝置，該光電轉(zhuǎn)換裝置包括ρ型區(qū)域；η 型埋置層，所述η型埋置層在所述ρ型區(qū)域下面形成；元件隔離區(qū)域；以及溝道阻斷區(qū)域， 所述溝道阻斷區(qū)域至少覆蓋所述元件隔離區(qū)域的下部部分，其中，所述P型區(qū)域和所述埋置層形成光電二極管，并且，所述溝道阻斷區(qū)域的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)比所述埋置層的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。從(參照附圖的)示例性實(shí)施例的以下描述，本發(fā)明的其它特征將變得清晰。


圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的布置的示意圖；圖2是示出像素陣列的像素單元的布置的例子的電路圖；圖3是示出形成像素陣列的像素單元的布置的例子的布局圖；圖4是沿圖3中的線A-A'切取的截面圖；圖5是沿圖3中的線B-B'切取的截面圖；圖6是沿圖3中的線C-C'切取的截面圖；圖7Α 7D是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的制造方法的例子的示圖8A 8C是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的制造方法的例子的示圖；圖9A 9C是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的制造方法的例子的示圖；圖IOA和圖IOB是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的制造方法的例子的示圖；圖IlA和圖IlB是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的制造方法的例子的示圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的照相機(jī)的布置的示意性框圖；以及圖13是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置的制造方法的例子的示圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置200的布置的示意圖。圖像感測(cè)裝置200在半導(dǎo)體基板上形成，并且可被稱為例如固態(tài)圖像傳感器、MOS圖像傳感器或CMOS 傳感器等。圖像感測(cè)裝置200是根據(jù)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置的一種模式，并且，除了圖像傳感器以外，根據(jù)本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置還包括例如線性傳感器和光量傳感器。根據(jù)本發(fā)明的該實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置200包含像素陣列210，在像素陣列210 中像素被二維布置以形成多個(gè)行和多個(gè)列。圖像感測(cè)裝置200還可包含選擇像素陣列210 中的行的行選擇電路M0、選擇像素陣列210中的列的列選擇電路230、以及讀出像素陣列 210中的由列選擇電路230選擇的列的信號(hào)的讀出電路220。行選擇電路240和列選擇電路230可包含例如移位寄存器，但它們也可被配置為隨機(jī)訪問行和列。圖2是示出像素陣列210中的像素單元PU的布置的例子的電路圖。在該布置例子中，像素單元PU包含兩個(gè)像素。但是，作為其它的實(shí)施例，像素單元PU可形成單個(gè)像素或者可包含三個(gè)或更多個(gè)像素。像素單元PU被配置為讀出由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電子和空穴中的空穴作為信號(hào)。像素陣列210是通過二維布局像素單元PU形成的，每一像素單元PU 包含至少一個(gè)像素。在圖2所示的布置例子中，像素單元PU可包含兩個(gè)光電二極管PDl和PD2、兩個(gè)傳送晶體管TTl和TT2、一個(gè)放大器晶體管SF和一個(gè)復(fù)位晶體管RT。放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT被光電二極管PDl和PD2以及傳送晶體管TTl和TT2共享。傳送晶體管TT(TT1、 ΤΤ2)、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT中的每一個(gè)均形成為PMOS晶體管。傳送晶體管TTl和ΤΤ2在活動(dòng)脈沖(低脈沖)被施加到與它們的柵極連接的傳送信號(hào)線Txl和Τχ2時(shí)被啟用。然后，存儲(chǔ)于光電二極管PDl和PD2的存儲(chǔ)區(qū)域(ρ型區(qū)域) 中的空穴被傳送到浮置擴(kuò)散FD。注意，光電二極管PDl和PD2被布置為形成不同的行，并且，活動(dòng)脈沖在不同的定時(shí)被施加到傳送信號(hào)線Txl和Τχ2。放大器晶體管SF與恒流源CCS —起形成源極跟隨器電路，該恒流源CCS向垂直信號(hào)線(列信號(hào)線)VSL供給恒定電流。放大器晶體管SF通過源極跟隨器操作放大作為經(jīng)傳送晶體管TT向浮置擴(kuò)散FD傳送空穴的結(jié)果而在浮置擴(kuò)散FD中出現(xiàn)的信號(hào)(電勢(shì)變化)，并且將放大后的信號(hào)輸出到垂直信號(hào)線VSL上。輸出到垂直信號(hào)線VSL上的信號(hào)被讀出電路220讀出。復(fù)位晶體管RT在活動(dòng)脈沖(低脈沖)被施加到與其柵極連接的復(fù)位信號(hào)線 RES時(shí)被啟用以將浮置擴(kuò)散FD復(fù)位。在圖2中所示的布置例子中，通過控制向復(fù)位晶體管RT的漏極電極施加的電勢(shì) VFDC而選擇行。如下這樣的行被設(shè)定處于非選擇狀態(tài)，在該行中，浮置擴(kuò)散FD的電勢(shì)被復(fù)位為不啟用放大器晶體管SF的電勢(shì)。另一方面，如下這樣的行被設(shè)定處于選擇狀態(tài)，在該行中浮置擴(kuò)散FD的電勢(shì)被復(fù)位為啟用放大器晶體管SF的電勢(shì)。作為另一實(shí)施例，可以在地電勢(shì)和垂直信號(hào)線VSL之間與放大器晶體管SF串聯(lián)地布置用于選擇行的選擇晶體管。選擇晶體管可以例如布置在地電勢(shì)和放大器晶體管SF之間或者布置在放大器晶體管SF和垂直信號(hào)線VSL之間。圖3是示出形成像素陣列210的像素單元PU的布置的例子的布局圖。圖4是沿圖3中的線A-A'切取的截面圖。圖5是沿圖3中的線B-B'切取的截面圖。圖6是沿圖 3中的線C-C'切取的截面圖。在本實(shí)施例中，光電二極管PD (PDl、PD2)由ρ型區(qū)域I3R和在ρ型區(qū)域I3R下面形成的η型埋置層10形成。P型區(qū)域ra用作陽極，并且埋置層10用作陰極。P型區(qū)域ra包含P型第一區(qū)域15和P型第二區(qū)域1 ‘，該P(yáng)型第二區(qū)域1，的至少一部分被布置在第一區(qū)域15和η型埋置層10之間。第一區(qū)域15用作主電荷存儲(chǔ)區(qū)域。第二區(qū)域1'的ρ型雜質(zhì)濃度可例如與P型硅基板(半導(dǎo)體基板)1的相同。第一區(qū)域15的ρ型雜質(zhì)濃度比第二區(qū)域1'的高。優(yōu)選地在η型表面區(qū)域18下面形成ρ型區(qū)域冊(cè)。在這種情況下，通過η型表面區(qū)域18、ρ型區(qū)域冊(cè)和η型埋置層10形成埋置型的光電二極管PD。已知埋置型的光電二極管遭受較少由暗電流產(chǎn)生的噪聲。η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)優(yōu)選地比埋置層10的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。例如，優(yōu)選地，η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)為砷(As)而埋置層10的主要雜質(zhì)為磷 (P)。由于砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)比磷(P)小，因此使用砷(As)形成表面區(qū)域18對(duì)于小型化是有利的，這是因?yàn)槿菀状_定其邊界。另一方面，由于與砷(As)相比容易使得磷(P)進(jìn)入半導(dǎo)體基板的更深的位置，因此，通過使用磷(P)形成埋置層10允許在更深的位置形成埋置層 10，并且，對(duì)于靈敏度(sensitivity)增強(qiáng)是有利的。由于磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)比砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)大，因此，通過使用磷(P)形成埋置層10對(duì)于寬分布的勢(shì)壘的形成是有利的。由于磷(P)的離子半徑比硅基板1的晶格常數(shù)大，因此，通過將磷(P)注入硅基板1內(nèi)使硅基板1的晶格畸變，由此有利地導(dǎo)致雜質(zhì)金屬元素的吸雜(gettering)效果。這有助于點(diǎn)缺陷的改善。可通過利用溝道效應(yīng)(channeling)現(xiàn)象將磷(P)離子注入到半導(dǎo)體基板1內(nèi)而形成埋置層10。在本發(fā)明中，要被注入或摻雜的雜質(zhì)不限于砷(As)和磷(P)，并且可以使用其它的雜質(zhì)。浮置擴(kuò)散FD是ρ型第三區(qū)域。在形成光電二極管PD的一部分的ρ型第一區(qū)域15 和浮置擴(kuò)散FD(ρ型第三區(qū)域)之間的區(qū)域上，布置傳送晶體管TT(TTLTD)的柵極105。 換句話說，傳送晶體管TT由ρ型第一區(qū)域15、浮置擴(kuò)散FD (ρ型第三區(qū)域)和柵極105形成。傳送晶體管TT將存儲(chǔ)于光電二極管PD的ρ型區(qū)域(區(qū)域15和1')中的空穴傳送到浮置擴(kuò)散FD。在本實(shí)施例中，傳送晶體管TT是PMOS晶體管。傳送晶體管TT的柵極105 可由多晶硅形成。
ρ型第二區(qū)域1'可被布置為在截面中圍繞P型第一區(qū)域15。ρ型第一區(qū)域15的元件隔離區(qū)域側(cè)可接觸溝道阻斷區(qū)域(后面將描述)。在這種情況下，除了 P型第一區(qū)域 15的元件隔離區(qū)域側(cè)以外，ρ型第二區(qū)域1'圍繞ρ型第一區(qū)域15。第二區(qū)域Γ和浮置擴(kuò)散FD (第三區(qū)域)被η型區(qū)域16隔離，并且，在η型區(qū)域16中形成傳送晶體管TT的溝道。元件隔離區(qū)域9被布置為隔離要形成光電二極管PD、傳送晶體管ΤΤ、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT的有源區(qū)域。有源區(qū)域在圖3中對(duì)應(yīng)于表面區(qū)域18、浮置擴(kuò)散FD以及擴(kuò)散區(qū)域104、108和110，并且這些區(qū)域以外的區(qū)域可以是元件隔離區(qū)域9。元件隔離區(qū)域9的形成可典型地使用STI (淺溝槽隔離)技術(shù)或LOCOS (硅的局部氧化)技術(shù)。作為替代方案，可以使用擴(kuò)散隔離。在至少覆蓋元件隔離區(qū)域9的下部部分(下側(cè)面和底面)的區(qū)域中形成溝道阻斷區(qū)域8。各溝道阻斷區(qū)域8的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)優(yōu)選地比埋置層10的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。例如，優(yōu)選地，溝道阻斷區(qū)域8的主要雜質(zhì)是砷(As)，而埋置層10的主要雜質(zhì)是磷 (P)。如上所述，由于砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)比磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)小，因此，通過使用砷(As)形成溝道阻斷區(qū)域8對(duì)于小型化是有利的。溝道阻斷區(qū)域8的主要雜質(zhì)可與表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)相同。在光電二極管PD之間形成勢(shì)壘11。也可根據(jù)需要在光電二極管PD、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT之間形成勢(shì)壘11。在單個(gè)像素的光電轉(zhuǎn)換裝置或具有大的像素間間隔的圖像感測(cè)裝置中，不需要光電二極管之間的勢(shì)壘。當(dāng)元件隔離區(qū)域9形成到足夠深的位置時(shí)，不需要光電二極管PD、放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT之間的勢(shì)壘。在本實(shí)施例中，勢(shì)壘11的形成確定了被勢(shì)壘11圍繞的P型區(qū)域1'。放大器晶體管SF的柵極107與浮置擴(kuò)散FD電連接。放大器晶體管SF的柵極 107可由多晶硅形成。在本實(shí)施例中，放大器晶體管SF的柵極107通過接觸插頭(contact plug) 102與浮置擴(kuò)散FD電連接。注意，就孔徑比或像素密度的提高而言，接觸插頭102優(yōu)選地為共享的接觸插頭。共享的接觸插頭是這樣的接觸插頭，其通過一個(gè)接觸插頭電連接一個(gè)晶體管的擴(kuò)散區(qū)域(源極或漏極)與另一晶體管的柵極。應(yīng)注意，可通過與柵極107 電連接的一個(gè)接觸插頭、與浮置擴(kuò)散FD電連接的另一接觸插頭和至少一個(gè)導(dǎo)電圖案連接放大器晶體管SF的柵極107。放大器晶體管SF是包含與浮置擴(kuò)散FD電連接的柵極107以及擴(kuò)散區(qū)域104和108 的PMOS晶體管。復(fù)位晶體管RT是包含與復(fù)位信號(hào)線RES連接的柵極106、浮置擴(kuò)散FD和擴(kuò)散區(qū)域110的PMOS晶體管。復(fù)位晶體管RT的柵極可由多晶硅形成。放大器晶體管SF優(yōu)選地具有埋置溝道結(jié)構(gòu)。這是由于具有埋置溝道結(jié)構(gòu)的放大器晶體管SF可減少Ι/f噪聲(1/f噪聲與溝道寬度和溝道長(zhǎng)度的積成反比)。另一方面， 復(fù)位晶體管RT和傳送晶體管TT(和當(dāng)包含用于選擇行的選擇晶體管時(shí)這樣的行選擇晶體管)(特別的，復(fù)位晶體管RT)優(yōu)選具有表面溝道結(jié)構(gòu)。這是由于晶體管的OFF狀態(tài)對(duì)于抑制空穴向浮置擴(kuò)散FD的泄漏是重要的。埋置溝道型晶體管容易被設(shè)定處于常通(normally ON)狀態(tài)，并且難以被設(shè)定處于OFF狀態(tài)。為了使像素小型化，使復(fù)位晶體管RT和傳送晶體管TT(和當(dāng)包含用于選擇行的選擇晶體管時(shí)這樣的行選擇晶體管)小型化是有效的，并且表面溝道型對(duì)于此目的是有利的。
以下將參照?qǐng)D5和圖6考察復(fù)位晶體管RT和放大器晶體管SF的優(yōu)選結(jié)構(gòu)。參照?qǐng)D5，附圖標(biāo)記WAR表示沿復(fù)位晶體管RT的溝道寬度方向的元件隔離區(qū)域9之間的間隔； 并且WCR表示復(fù)位晶體管RT的溝道寬度。當(dāng)不存在溝道阻斷區(qū)域8時(shí)，間隔WAR和溝道寬度WCR匹配。但是，由于存在溝道阻斷區(qū)域8，因此，溝道寬度WCR變得比間隔WAR小。參照?qǐng)D6，附圖標(biāo)記WAS表示沿放大器晶體管SF的溝道寬度方向的元件隔離區(qū)域9之間的間隔； 并且WCS表示放大器晶體管SF的溝道寬度。當(dāng)不存在溝道阻斷區(qū)域8時(shí)，間隔WAS和溝道寬度WCS匹配。但是，由于存在溝道阻斷區(qū)域8，因此溝道寬度WCS變得比間隔WAS小。在本說明書中，溝道寬度指的是在考慮了溝道阻斷區(qū)域的情況下的尺寸。注意，在圖5和圖6 中，附圖標(biāo)記201表示柵極絕緣膜。為了形成具有埋置溝道結(jié)構(gòu)的放大器晶體管SF和具有表面溝道結(jié)構(gòu)的復(fù)位晶體管RT，放大器晶體管SF的溝道寬度WCS優(yōu)選地比復(fù)位晶體管RT的溝道寬度WCR大。作為實(shí)現(xiàn)埋置溝道結(jié)構(gòu)的方法，在距柵絕緣膜和基板之間的界面預(yù)定深度的位置執(zhí)行溝道摻雜的方法是可用的。要被溝道摻雜的雜質(zhì)具有與源極-漏極區(qū)域的導(dǎo)電類型相同的導(dǎo)電類型，并且，其濃度被設(shè)為比源極-漏極區(qū)域低。當(dāng)溝道寬度小時(shí)，要被溝道摻雜的區(qū)域的寬度變小。并且，由于各溝道阻斷區(qū)域8的雜質(zhì)的導(dǎo)電類型是與溝道摻雜區(qū)域的導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型，因此，溝道阻斷區(qū)域8的雜質(zhì)可擴(kuò)散到要被溝道摻雜的區(qū)域中。在這種情況下，溝道摻雜區(qū)域的雜質(zhì)濃度降低，并且，幾乎不形成埋置溝道結(jié)構(gòu)。S卩，為了實(shí)現(xiàn)具有埋置溝道結(jié)構(gòu)的放大器晶體管SF和具有表面溝道晶體管SF的復(fù)位晶體管RT，放大器晶體管SF的溝道寬度WCS優(yōu)選地比復(fù)位晶體管RT的溝道寬度WCR 大。注意，放大器晶體管SF的溝道寬度WCS優(yōu)選地大于1 μ m,并且，復(fù)位晶體管RT的溝道寬度WCR優(yōu)選地小于0. 1 μ m。此溝道寬度是放大器晶體管中閾值保持不變的區(qū)域的寬度， 并且是復(fù)位晶體管中閾值開始上升的區(qū)域的寬度。以下將參照?qǐng)D7A 7D、圖8A 8C、圖9A 9C、圖10A、圖10B、圖IlA和圖IlB例
示根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置200的制造方法。在圖7A所示的處理中，制備 ρ型硅基板1。在硅基板ι的表面上形成具有10 ~ 200人的厚度的硅氧化物膜。然后，依次形成具有400 ~ 600人的厚度的多晶硅膜和具有150 ~ 200人的厚度的硅氮化物膜，并且，這些膜被構(gòu)圖以形成掩模。在圖7B所示的處理中，在圖7A所示的處理中形成的掩模的開口部分被蝕刻以形成用于形成元件隔離區(qū)域9的溝槽6。在圖7C所示的處理中，在150 200Kev下在溝槽6 的底部部分和下側(cè)部分中注入砷(As)以形成溝道阻斷區(qū)域8。在圖7D所示的處理中，在溝槽6中形成元件隔離區(qū)域(STI) 9。在圖8A所示的處理中，在4000 8000Kev下在ρ型硅基板1的深部中注入磷(P) 以形成η型埋置層10。在這種情況下，優(yōu)選地，通過利用溝道效應(yīng)現(xiàn)象盡可能地在深部中注入磷(P)。在圖8Β所示的處理中，在光電二極管PD之間、并且根據(jù)需要在光電二極管PD、 放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT之間形成勢(shì)壘11?？赏ㄟ^例如在2000 2500Kev下在硅基板1中注入磷(P)、然后在1000 1500Kev下注入磷(P)、并且還在700 750Kev下注入砷(As)來形成勢(shì)壘11。在圖8C所示的處理中，在放大器晶體管SF和復(fù)位晶體管RT的預(yù)期形成區(qū)域中注入離子以形成目標(biāo)電勢(shì)結(jié)構(gòu)。例如，該離子注入處理包括例如溝道摻雜。如上所述，優(yōu)選地，形成電勢(shì)結(jié)構(gòu)以使得放大器晶體管SF具有埋置溝道結(jié)構(gòu)，并且復(fù)位晶體管RT具有表面溝道結(jié)構(gòu)。在9A所示的處理中，柵極氧化物膜和多晶硅電極被形成，并且被構(gòu)圖以形成柵極 105和107(和106(未示出))。在圖9B所示的處理中，在50 150Kev下在光電二極管PD 的區(qū)域中注入硼(B)以形成第一區(qū)域15，該第一區(qū)域15形成ρ型區(qū)域冊(cè)的一部分。在圖 9C所示的處理中，在50 150Kev下在從傳送晶體管TT之下的部分向浮置擴(kuò)散FD側(cè)延伸的區(qū)域中注入磷(P)，以形成η型區(qū)域16。在圖IOA所示的處理中，在10 15Kev下在PMOS晶體管的擴(kuò)散區(qū)域的預(yù)期形成區(qū)域中注入硼(B)，以形成浮置擴(kuò)散FD以及擴(kuò)散區(qū)域108和104(和110(未示出))。并且， 形成其它晶體管的源極和漏極區(qū)域。在圖IOB所示的處理中，在50 IOOKev下在表面區(qū)域18的預(yù)期形成區(qū)域中注入砷(As)以形成表面區(qū)域18。在圖IlA所示的處理中，形成膜19，膜19包含具有50 ~ 100人的厚度的硅氧化物膜、具有400 ~ 600人的厚度的抗反射硅氮化物膜和具有500 ~ 1000人的厚度的保護(hù)性硅氧化物膜。在圖IiB所示的處理中，形成層間電介質(zhì)膜(例如，具有500 ~ 1500人的厚度的NSG和具有10000 ~ 15000人的厚度的BPSG)，并且，在層間電介質(zhì)層膜22中形成接觸孔23。在接觸孔23中形成阻擋金屬(barrier metal) (Ti/TiN)，并且，填充鎢(W)以形成接觸插頭102(以及10 和111 113(未示出))，由此得到圖4所示的結(jié)構(gòu)。作為上述的方法的替代，也可通過以下的制造方法制造圖像感測(cè)裝置200。在ρ型硅基板的表面上形成埋置層10。在埋置層10上外延生長(zhǎng)P型半導(dǎo)體層。通過圖7A 7D 所示的處理在半導(dǎo)體層上形成元件隔離區(qū)域9和溝道阻斷區(qū)域8。以這種方式，獲得圖8A 所示的結(jié)構(gòu)，并且，可通過根據(jù)本實(shí)施例的隨后的處理制造圖像感測(cè)裝置200。圖13示出根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置(或光電轉(zhuǎn)換裝置)的截面結(jié)構(gòu)。圖13示出形成光電二極管、浮置擴(kuò)散和周邊電路的一個(gè)晶體管部分。相同的附圖標(biāo)記表示與上述的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)中具有相同的功能的部分，并且，其詳細(xì)描述將不被重復(fù)。圖 13所示的實(shí)施例與上述的實(shí)施例的不同之處在于光的入射方向。在圖13所示的實(shí)施例中， 采用從圖13中的下部方向(即，與互連層的形成側(cè)相對(duì)的一側(cè))接收光的背面照明結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體基板1301上形成光電轉(zhuǎn)換單元和晶體管的半導(dǎo)體區(qū)域等。在半導(dǎo)體基板1301的第一主表面?zhèn)?正面?zhèn)?布置互連層1302。出于主要確保圖像感測(cè)裝置的高機(jī)械強(qiáng)度的目的，在互連層1302的上部部分上、即在從互連層1302觀察時(shí)的半導(dǎo)體基板1301 的相對(duì)側(cè)，布置支撐基板1303。根據(jù)需要，在半導(dǎo)體基板1301的第二主表面?zhèn)?背面?zhèn)?、 即在從半導(dǎo)體基板1301觀察時(shí)的互連層1302的相對(duì)側(cè)，經(jīng)氧化物膜1304和保護(hù)膜1305 布置光學(xué)功能單元1306。光學(xué)功能單元1306可包含例如濾色器、微透鏡和平坦化層。這樣，根據(jù)圖13所示的實(shí)施例的圖像感測(cè)裝置具有從互連層的形成側(cè)的相對(duì)側(cè)、即背面接收光的背面照明結(jié)構(gòu)。圖13示出像素區(qū)域1307和周邊電路區(qū)域1308。像素區(qū)域1307是與像素陣列210 對(duì)應(yīng)的區(qū)域。在像素區(qū)域1307上，布置多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元。在周邊電路區(qū)域1308上，布置用于周邊電路晶體管的阱1310。周邊電路區(qū)域1308包含讀出電路220、列選擇電路230和行選擇電路M0。
在半導(dǎo)體基板1301的第二主表面?zhèn)?背面?zhèn)?的界面上布置η+型半導(dǎo)體區(qū)域 1309。η.型半導(dǎo)體區(qū)域1309是與埋置層10對(duì)應(yīng)的區(qū)域。η.型半導(dǎo)體區(qū)域1309也可用作用于抑制氧化物膜1304的界面處的暗電流的層。即，在背面照明類型的情況下，在第一和第二主表面上形成暗電流抑制層。在圖13中，η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309被布置在半導(dǎo)體基板 1301的整個(gè)表面上，但是可僅布置在像素區(qū)域1308上。η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)優(yōu)選地比作為埋置層的η+型半導(dǎo)體區(qū)域 1309的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。例如，η型表面區(qū)域18的主要雜質(zhì)優(yōu)選為砷(As)，并且， η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309的主要雜質(zhì)優(yōu)選為磷(P)。由于砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)比磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)小，因此，通過使用砷(As)形成表面區(qū)域18對(duì)于小型化是有利的，這是因?yàn)槿菀状_定其界面。另一方面，由于與砷(As)相比容易使磷(P)進(jìn)入半導(dǎo)體基板的更深的位置，因此， 通過使用磷(P)形成η.型半導(dǎo)體區(qū)域1309允許在更深的位置形成η.型半導(dǎo)體區(qū)域1309， 并且對(duì)于靈敏度提高是有利的。由于磷(P)的擴(kuò)散系數(shù)比砷(As)的擴(kuò)散系數(shù)大，因此通過使用磷(P)形成η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309對(duì)于形成寬分布的勢(shì)壘是有利的。由于磷(P)的離子半徑比半導(dǎo)體基板1301的晶格常數(shù)大，因此，通過將磷(P)注入半導(dǎo)體基板1301內(nèi)來使半導(dǎo)體基板1301的晶格畸變，由此有利地導(dǎo)致雜質(zhì)金屬元素的吸雜效果。這有助于點(diǎn)缺陷的改善?？赏ㄟ^利用溝道效應(yīng)現(xiàn)象將磷(P)離子注入到半導(dǎo)體基板1301內(nèi)形成η+型半導(dǎo)體區(qū)域1309。在本發(fā)明中，要被注入或摻雜的雜質(zhì)不限于砷(As)和磷(P)，并且可以使用其它的雜質(zhì)。圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的照相機(jī)的布置的示意性框圖。注意，照相機(jī)的概念不僅包含主要意圖在于攝影的裝置，而且包含次要地包含攝影功能的裝置(例如，個(gè)人計(jì)算機(jī)或便攜式終端)。照相機(jī)400包含由上述的圖像感測(cè)裝置200表示的固態(tài)圖像傳感器1004。通過透鏡1002在固態(tài)圖像傳感器1004的圖像感測(cè)表面上形成被檢體的光學(xué)圖像。在透鏡1002的外側(cè)，布置用作透鏡1002的保護(hù)功能和主開關(guān)的擋板1001。 可對(duì)于透鏡1002布置用于調(diào)整從透鏡1002出射的光量的光闌1003。從固態(tài)圖像傳感器 1004輸出的圖像感測(cè)信號(hào)通過圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005經(jīng)受諸如各種類型的校正和箝位(clamping)的處理。從圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005輸出的圖像感測(cè)信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換器 1006進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換。從A/D轉(zhuǎn)換器1006輸出的圖像數(shù)據(jù)通過信號(hào)處理器1007經(jīng)受諸如校正和數(shù)據(jù)壓縮的信號(hào)處理。固態(tài)圖像傳感器1004、圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005、A/D轉(zhuǎn)換器1006和信號(hào)處理器1007根據(jù)由定時(shí)產(chǎn)生器1008產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)操作。可與固態(tài)圖像傳感器1004在同一芯片上形成塊1005 1008。照相機(jī)400的各個(gè)塊由總體控制/運(yùn)算單元1009控制。照相機(jī)400還包含用于暫時(shí)存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)器單元1010、以及用于在記錄介質(zhì)中記錄圖像或從記錄介質(zhì)讀出圖像的記錄介質(zhì)控制接口單元1011。記錄介質(zhì)1012包含例如半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，并且是可拆卸的。照相機(jī)400可包含與例如外部計(jì)算機(jī)通信所需的外部接口(I/F)單元1013。以下將描述圖12所示的照相機(jī)400的操作。響應(yīng)擋板1001的操作動(dòng)作，依次接通主電源、控制系統(tǒng)的電源和包含A/D轉(zhuǎn)換器1006的圖像感測(cè)系統(tǒng)的電源。為了控制曝光量，總體控制/運(yùn)算單元1009將光闌1003設(shè)為具有全孔徑值。從固態(tài)圖像傳感器1004輸出的信號(hào)通過圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005被供給A/D轉(zhuǎn)換器1006。A/D轉(zhuǎn)換器1006對(duì)信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并且將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸出到信號(hào)處理器1007。信號(hào)處理器1007處理該數(shù)據(jù)并且將處理后的數(shù)據(jù)提供給總體控制/運(yùn)算單元1009，該總體控制/運(yùn)算單元1009執(zhí)行決定曝光量所需的算術(shù)運(yùn)算?？傮w控制/運(yùn)算單元1009基于決定的曝光量控制光闌。然后，總體控制/運(yùn)算單元1009從固態(tài)圖像傳感器1104輸出并且被信號(hào)處理器 1007處理的信號(hào)中提取高頻成分，并且基于高頻成分計(jì)算到被檢體的距離。然后，總體控制 /運(yùn)算單元1009驅(qū)動(dòng)透鏡1002以檢查是否獲得焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)。如果確定沒有獲得焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)，那么總體控制/運(yùn)算單元1009重新驅(qū)動(dòng)透鏡1002以計(jì)算距離。在確認(rèn)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)之后，開始主曝光。在完成曝光時(shí)，從固態(tài)圖像傳感器1004 輸出的圖像感測(cè)信號(hào)在圖像感測(cè)信號(hào)處理電路1005中經(jīng)受校正等，被A/D轉(zhuǎn)換器1006A/D 轉(zhuǎn)換，并且被信號(hào)處理器1007處理。被信號(hào)處理器1007處理后的圖像數(shù)據(jù)由總體控制/ 運(yùn)算單元1009存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器單元1010中。然后，存儲(chǔ)于存儲(chǔ)器單元1010中的圖像數(shù)據(jù)在總體控制/運(yùn)算單元1009的控制下通過記錄介質(zhì)控制I/F被記錄于記錄介質(zhì)1012中。并且，該圖像數(shù)據(jù)可通過外部I/F單元1013被提供給計(jì)算機(jī)并被其處理。雖然已參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于公開的示例性實(shí)施例。以下的權(quán)利要求的范圍應(yīng)被賦予最寬泛的解釋以包含所有的變型方式以及等同的結(jié)構(gòu)和功能。本申請(qǐng)要求在2009年2月6日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2009-026698和在2009 年12月M日提交的日本專利申請(qǐng)No. 2009-293212的權(quán)益，通過引入將它們的全部?jī)?nèi)容并入此。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 P型區(qū)域；η型埋置層，所述η型埋置層在所述P型區(qū)域下面形成； 元件隔離區(qū)域；以及溝道阻斷區(qū)域，所述溝道阻斷區(qū)域至少覆蓋所述元件隔離區(qū)域的下部部分， 其中，所述P型區(qū)域和所述埋置層形成光電二極管，并且，所述溝道阻斷區(qū)域的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)比所述埋置層的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中，所述溝道阻斷區(qū)域的主要雜質(zhì)是砷，并且所述埋置層的主要雜質(zhì)是磷。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的裝置，還包括 浮置擴(kuò)散；傳送晶體管，所述傳送晶體管將存儲(chǔ)于所述P型區(qū)域中的空穴傳送到所述浮置擴(kuò)散； 放大器晶體管，所述放大器晶體管放大在所述浮置擴(kuò)散中出現(xiàn)的信號(hào)；以及復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管將所述浮置擴(kuò)散的電勢(shì)復(fù)位， 其中，所述放大器晶體管的溝道寬度比所述復(fù)位晶體管的溝道寬度大。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中的任一項(xiàng)的裝置，還包括 浮置擴(kuò)散；傳送晶體管，所述傳送晶體管將存儲(chǔ)于所述P型區(qū)域中的空穴傳送到所述浮置擴(kuò)散； 復(fù)位晶體管，所述復(fù)位晶體管將所述浮置擴(kuò)散的電勢(shì)復(fù)位；以及放大器晶體管，所述放大器晶體管放大在所述浮置擴(kuò)散中出現(xiàn)的信號(hào)， 其中，所述放大器晶體管具有埋置溝道結(jié)構(gòu)，并且，所述復(fù)位晶體管具有表面溝道結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4的裝置，其中，所述元件隔離區(qū)域被布置以隔離要形成所述光電二極管、所述傳送晶體管、所述放大器晶體管和所述復(fù)位晶體管的有源區(qū)域。
6.根據(jù)權(quán)利要求1 5中的任一項(xiàng)的裝置，還包括 η型表面區(qū)域，其中，在所述表面區(qū)域下面形成所述P型區(qū)域，并且， 所述表面區(qū)域的主要雜質(zhì)與所述溝道阻斷區(qū)域的主要雜質(zhì)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1 6中的任一項(xiàng)的裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換裝置形成為背面照明型光電轉(zhuǎn)換裝置。
8.一種照相機(jī)，包括根據(jù)權(quán)利要求1 7中的任一項(xiàng)的光電轉(zhuǎn)換裝置；和處理由所述光電轉(zhuǎn)換裝置獲得的信號(hào)的信號(hào)處理器。
全文摘要
一種光電轉(zhuǎn)換裝置包括p型區(qū)域、在p型區(qū)域下面形成的n型埋置層、元件隔離區(qū)域、和至少覆蓋元件隔離區(qū)域的下部部分的溝道阻斷區(qū)域，其中，p型區(qū)域和埋置層形成光電二極管，并且，溝道阻斷區(qū)域的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)比埋置層的主要雜質(zhì)的擴(kuò)散系數(shù)小。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102301474SQ201080006229
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月6日
發(fā)明者下津佐峰生, 市川武史, 池田一, 渡邊高典, 蒲古欣尚 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社