CN101106146A - Mos固态图像拾取器件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

包括在每个像素区域和外围电路区域中的N型半导体衬底114之上形成的N型外延层115；在像素区域中的N型外延层115上形成的第一P型阱1；以及在第一P型阱1中形成的并都是光电二极管部件的光接收区域117。外围电路区域包括：第二P型阱2，其从外围电路区域的表面200形成到所需的深度，并且都是N沟道MOS晶体管的部件；N型阱3，其从外围电路区域的表面200形成到所需的深度，并且都是P沟道MOS晶体管的部件；以及第三P型阱4，形成为具有这样的形状，从而可以隔离N型阱3和N型外延层115，并具有高于第一P型阱1的杂质浓度。

Description

MOS固态图像拾取器件及其制造方法

发明领域

本发明涉及一种固态图像拾取器件，并尤其涉及一种MOS固态图像拾取器件及其制造方法。

技术背景

具有放大MOS晶体管的固态图像拾取器件(此后，称作MOS固态图像拾取器件)具有对于每个像素的光电二极管和MOS晶体管，并且，通过使用MOS晶体管来放大光电二极管探测到的信号。MOS固态图像拾取器件拍摄的图像的质量与具有CCD(电荷耦合器件)的固态图像拾取器件(此后称作CCD固态图像拾取器件)所拍摄图像的质量类似。此外，通过具有CMOS电路，MOS固态图像拾取器件比CCD固态图像拾取器件消耗更少的能量。此外，与CCD固态图像拾取器件不一样，MOS固态图像拾取器件具有这样一种优势，即器件的外围电路和像素可以使用同样的CMOS工艺制造，其中在像素区域附近形成该器件的外围电路。

近年来，固态图像拾取器件元件的尺寸已经减小，由此减少了器件的每个光电二极管占据的空间。结果，就很难确保每个光电二极管中存储足够数量的饱和电子。为了解决该问题，有一种方法，将其中形成有光电二极管的扩散层形成在较深的位置，从而确保足够数量的饱和电子。然而，由于MOS固态图像拾取器件的每个晶体管的电源电压较低，就不能完全地读取光电二极管中存储的图像信号电荷，结果，在光电二极管中就剩余有图像信号电荷。这就导致残留图像的问题。为此，就设置了升压电路，该电路提高MOS固态图像拾取器件的转移晶体管和复位晶体管的栅电极的电压，使得该电压比MOS固态图像拾取器件的外部电源电压更高。这使得可以完全读取光电二极管中存储的图像信号电荷，并防止在光电二极管中剩余有图像信号电荷。结果，就确保了光电二极管中足够数量的饱和电子，并防止出现残留图像。

图9显示上述具有升压电路的MOS固态图像拾取器件的例子。如图9所示，MOS固态图像拾取器件包括移位寄存器10、复用器11、包括电荷泵电路的电压转换电路12(升压电路)、像素区域13以及行选择信号线14。这里，移位寄存器10、复用器11和电压转换电路12是固态图像拾取器件的外围电路。在像素区域13中，二维地设置大量像素以形成像素行和线。每个像素包括光电二极管、转移光电二级管中产生的图像信号电荷的转移晶体管、复位晶体管、以及放大器晶体管等。在MOS固态图像拾取器件的半导体衬底上形成N沟道MOS晶体管(此后，称作NMOS)和P沟道MOS晶体管(此后，称作PMOS)。电压转换电路12具有CMOS晶体管(此后，称作CMOS)。

下面将描述图9的MOS固态图像拾取器件执行的操作。首先，通过与外部电源电压一样的3V电压驱动移位寄存器10，每个寄存器输出选择像素行的信号(此后，称作行选择信号)到3V电压驱动的复用器11。下面，在行选择信号和从复用器11之外输入的转移(trans)信号同时输入的时候，复用器11输出行选择信号到电压转换电路12。换言之，复用器11对于行选择信号和转移信号执行逻辑AND操作。下面，在将行选择信号从3V提高到5V之后，电压转换电路12经过行选择信号线14输入行选择信号到属于像素区域13中所选行的像素的转移晶体管的栅电极中。

注意到，在MOS固态图像拾取器件不具有升压电路的情况下，复用器11输出的行选择信号经过行选择信号线14输入到转移晶体管的栅电极而不被提高。

如上所述，通过具有升压电路，即使每个光电二极管占据的空间减小，但常规MOS固态图像拾取器件也可以限制出现残留图像，同时确保每个光电二极管中足够数量的饱和电子。然而，常规MOS固态图像拾取器件具有这样的问题，其中将噪声从作为外围电路的电压转换电路12的部件的CMOS等传到像素区域13。

已经公开了一些解决上述问题的技术，例如，日本专利公开No.2004-241577中公开的技术。日本专利公开No.2004-241577中公开的该技术涉及通过使用P型半导体衬底形成PMOS的N型阱的方法。在该技术中，将深的N型阱环绕外围电路区域，使得像素区域和外围电路区域彼此电隔离。在具有升压电路的MOS固态图像拾取器件中，这种方法有效地减少了由于从例如外围电路区域中CMOS传到像素区域的噪声的影响。

通常说来，由于MOS固态图像拾取器件的像素结构和操作原理，MOS固态图像拾取器件中发生串扰的情况比CCD固态图像拾取器件更多。串扰是这样一种现象，其中像素中产生的信号电荷(电子)由于例如扩散进入了相邻的像素。

图10是截面图，显示了可以防止串扰的常规MOS固态图像拾取器件的结构。此后，将参照图10来描述可以防止串扰的常规MOS固态图像拾取器件。如图10所示，N型半导体衬底101(其中可以包括N型外延层)在其上部具有两个像素单元。每个像素单元包括光电二极管的N型光接收部分117、光接收部分表面P型区域120、晶体管的栅氧化膜118、栅电极119、元件隔离部分116以及P型光电二极管隔离区域104。在N型光接收部分117周围产生耗尽层106。这里，在N型半导体衬底101中，在比耗尽层106更深的位置形成P型阱1。P型阱1是倒掺杂阱，其形成为使得距半导体衬底表面200的深度越深，所添加杂质的杂质浓度越高。这就在P型阱1内产生了电势梯度(potential gradient)。这里，P型高浓度杂质区域124是杂质浓度非常高的区域。P型高浓度杂质区域124形成在N型光接收部分117和耗尽层106之下，上述光接收部分和耗尽层是光电二极管的部件。

以上述结构，通过入射光在耗尽层106中产生的电子107由于耗尽层106中的电势梯度而移动(drift)，并随后汇聚在N型光接收部分117中(即，N⁺区域)。此外，通过入射光在耗尽层106之外产生的电子109也可以通过P型阱1中的电势梯度有效地汇聚在N型光接收部分117中。然而，由于这里使用的半导体衬底是N型的，通过入射光在P型高浓度杂质区域124之下产生的电子109就被N型半导体衬底101吸收。结果，就减少了由于扩散进入相邻像素的电子109的数量。

注意，在CCD固态图像拾取器件的情况下，N型半导体衬底用作溢流槽(overflow drain)。为此，就可以防止信号电荷(电子)由于扩散进入相邻像素，并因此不会出现严重的问题。

图11示出另一常规MOS固态图像拾取器件，其具有升压电路，且其可以限制出现串扰(此后，简单地称作常规MOS固态图像拾取器件)。此后，将参照图11描述常规MOS固态图像拾取器件。图11的右侧显示像素区域，且图11的左侧显示包括PMOS形成区域和NMOS形成区域的外围电路区域，其中通过PMOS形成区域和NMOS形成区域形成CMOS。CMOS被升压电路提高的高电压驱动。在像素区域中，形成可以限制出现串扰的上述常规MOS固态图像拾取器件(参见图10)。

如图11所示，常规MOS固态图像拾取器件包括N型半导体衬底114、N型外延层115、P型阱1、N型光接收部分117、P型阱2、N型阱3、元件隔离部分116、光接收部分表面P型区域120、晶体管的源极-漏极区域122、晶体管的源极-漏极区域123、栅绝缘膜118、栅电极119以及侧壁间隔层121。图11没有显示层间电介质、走线、微透镜等。

在每个像素区域和外围电路区域中，N型外延层115形成于N型半导体衬底114之上。这里，例如，N型半导体衬底114的杂质浓度约为5E14/cm³，且N型外延层115的杂质浓度约为2E14/cm³。P型阱1是倒掺杂阱，其中依照从半导体衬底表面200朝向衬底内部距离的增加而增加杂质浓度，该P型阱1形成在N型外延层115之上。在像素区域中，N型光接收部分117形成在P型阱1内，且光接收部分表面P型区域120形成在半导体衬底表面200上。用作NMOS阱的P型阱2分别形成在NMOS形成区域中，从而位于P型阱1之上。用作PMOS阱的N型阱3形成在PMOS形成区域的P型阱1之上。这里，N型阱3的厚度与P型阱2的厚度一样。晶体管的源极-漏极区域122形成在P型阱2之上。该晶体管的源极-漏极区域123形成在N型阱3之上。在像素和外围电路区域中，元件隔离部分116形成在半导体衬底表面200之上，并且栅绝缘膜118、栅电极119以及侧壁间隔层121也形成在半导体衬底表面200上。

图12到14是截面图，每幅图示出常规MOS固态图像拾取器件的制造过程(参见图11)。此后，将参照图12到14来描述常规MOS固态图像拾取器件的制造方法。图12到14中的每幅在其右侧显示像素区域且在其左侧显示外围电路区域。

首先，如图12所示，N型外延层115生长在N型半导体衬底114上。下面，元件隔离部分116形成在N型外延层115的表面上。这里例如，N型半导体衬底114的杂质浓度约为5E14/cm³，且N型外延层(N-)115的杂质浓度约为2E14/cm³。下面，通过注入N型杂质到像素区域的N型外延层115中形成N型光接收部分117。随后，通过在N型外延层115上执行离子注入，将P型阱1形成到比N型光接收部分117更深的深度。这样进行该离子注入，使得注入的杂质分布在半导体衬底表面200到N型外延层115的深部之间的区域中。结果，该P型阱1就形成到距离半导体衬底表面200例如2μm到5μm的深度。这里，如果将注入硼(B)作为要添加的杂质，就通过例如1000keV到3500keV的注入能量、以1E10/cm²到1E12/cm²的剂量来执行离子注入。可以通过多次离子注入而形成该P型阱1。

下面，如图13所示，通过离子注入，在NMOS形成区域分别形成P型阱2。P型阱2形成到距半导体衬底表面200例如1μm到1.5μm的深度。这里，如果将注入硼(B)作为要添加的杂质，就通过例如250keV到500keV的离子注入能量、以1E13/cm²到1E14/cm²的剂量来执行离子注入。

下面，如图14所示，通过离子注入，在PMOS形成区域形成N型阱3。N型阱3形成到距半导体衬底表面200例如1μm到1.5μm的深度，这与P型阱2的深度一样。这里，如果将注入磷(P)作为要添加的杂质，就通过例如500keV到700keV的注入能量、以1E13/cm²到1E14/cm²的剂量来执行离子注入。下面，通过在P型阱2和N型阱3的每个的表面上执行离子注入，就在NMOS形成区域和PMOS形成区域的每个上形成控制晶体管阈值电压VT的沟道区域(未示出)。

下面，如图11所示，在像素区域中，为了形成转移晶体管，就形成氧化硅构成的栅绝缘膜118，随后在其上形成多晶硅构成的栅电极119。下面，在栅绝缘膜118和栅电极119的一侧形成侧壁间隔层121。类似地，在外围电路区域中，为了形成NMOS和PMOS，就形成氧化硅构成的栅绝缘膜118，并随后在其上形成多晶硅构成的栅电极119。下面，在栅绝缘膜118和栅电极119的侧面形成侧壁间隔层121。下面，通过在像素区域内且其中形成了晶体管的区域上，以及在外围电路区域的每个NMOS形成区域上执行N型杂质离子注入，以形成晶体管的源极-漏极区域122。下面，通过在外围电路区域的PMOS形成区域上执行P型杂质离子注入，以形成晶体管的源极-漏极区域123。此后，形成层间电介质、走线、微透镜等(未示出)。在上述方法中，就制造了图11所示的具有升压电路并可以限制串扰出现的常规MOS固态图像拾取器件。

然而，常规MOS固态图像拾取器件(参见图11)具有下面的问题。如图11所示，作为升压电路的部件的PMOS形成区域具有这样一种结构，其从表面以递减的次序包括半导体衬底表面200、N型阱3、P型阱1、N型外延层115和N型半导体衬底114。在驱动常规MOS固态图像拾取器件的时候，N型外延层115和N型半导体衬底114被接地，且将升压电路提高的高电压施加到N型阱3。在施加此高电压的时候，就有这样一种情况，其中在N型阱3附近产生的耗尽层在N型外延层115的方向扩展，并最终到达N型外延层115。在此情形下，就存在N型阱3和N型外延层115之间出现电流的问题(此后称作击穿(punch-through)电流)。

注意到，对了生产MOS固态图像拾取器件，通常使用P型半导体衬底。在此情况下，就不会出现PMOS的N型阱和N型半导体衬底之间击穿电流的问题。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于提供一种MOS固态图像拾取器件及其制造方法，该器件可以限制串扰的出现，并且甚至在通过具有升压电路来防止出现残留图像的时候，还可以防止上述击穿电流。

本发明关于MOS固态图像拾取器件，其在N型半导体衬底上包括像素区域，该区域中形成有多个像素，还包括外围电路区域，该区域中形成有像素区域的外围电路。为了实现上述目标，在本发明的MOS固态图像拾取器件中：像素区域和外围电路区域的每个包括形成在N型半导体衬底之上的N型外延层；该像素区域包括形成在N型外延层之上的第一P型阱，以及形成在第一P型阱中、且都是光电二极管的部件的光接收区域；且外围电路区域包括形成到距外围电路区域表面所需深度的且都是N沟道MOS晶体管的部件的第二P型阱，形成到距外围电路区域表面所需深度且都是P沟道MOS晶体管的部件的N型阱，以及第三P型阱，其形成这样的形状，使得可以隔离N型阱与N型外延层，并且其具有比第一P型阱更高的杂质浓度。

第一P型阱优选是倒掺杂阱，其杂质浓度依照距像素区域表面的深度的增加而增加，且其在比每个光接收区域周围产生的耗尽层更深的位置处具有极高的浓度。P沟道MOS晶体管可以通过已经提高的电压来驱动，该提高的电压高于外部电源电压。第三P型阱的杂质浓度优选不小于10¹⁷/cm³。

本发明还关于MOS固态图像拾取器件的制造方法，该器件在N型半导体衬底上包括像素区域，其中形成有多个像素，以及外围电路区域，其中形成像素区域的外围电路。为了实现上述目标，本发明的制造方法包括下面的步骤：在像素和外围电路区域中，在N型半导体衬底之上形成N型外延层，并从像素和外围电路区域的表面到比每个光接收区域周围产生的耗尽层更深的位置中形成第一P型阱；在像素区域中，在第一P型阱之内形成光接收区域；在外围像素区域中，在第一P型阱中形成每个都是N沟道MOS晶体管的部件的第二P型阱，以及作为P沟道MOS晶体管的部件的N型阱；并且在N型阱之下，形成第三P型阱，其杂质浓度高于第一P型阱的杂质浓度，使得第三P型阱具有这样的形状，从而可以隔离N型阱与N型外延层。

为了实现上述目的，制造方法还可以包括下面的步骤：在N型半导体衬底上，在像素和外围电路区域中形成N型外延层，并从像素和外围电路区域的表面到比每个光接收区域周围产生的耗尽层更深的位置中形成第一P型阱；在像素区域中，在第一P型阱之内形成光接收区域；在外围电路区域中，在第一P型阱中形成第二P型阱，该第二P型阱具有比作为N沟道MOS晶体管部件的第一P型阱更高的杂质浓度；并在第二P型阱中形成作为P沟道MOS晶体管部件的N型阱。

根据上述的本发明，即使MOS固态图像拾取器件具有用于防止出现残像的升压电路，将N型半导体衬底用于制造MOS固态图像拾取器件以限制由信号电荷(电子)的扩散导致出现的串扰，就防止了出现击穿电流。此外，根据本发明，可以获得本发明的上述效果而不需要比常规MOS固态图像拾取器件制造过程的数目增加更多数量的制造过程。

结合附图从下面本发明的详细描述，本发明的这些和其他目的、特征、方案以及优点将变得显而易见。

附图简述

图1显示了第一实施例的MOS固态图像拾取器件；

图2是能带图，显示了常规MOS固态图像拾取器件中内势能(internal potential)的变化，该变化依照从PMOS的N型阱3向N型外延层115和N型半导体衬底114的深度增加而出现，其中PMOS是升压电路的部件；

图3是能带图，显示了第一实施例的MOS固态图像拾取器件中内势能的变化，该变化依照从PMOS的N型阱3向N型外延层115和N型半导体衬底114的深度增加而出现，其中PMOS是升压电路的部件；

图4是截面图，显示了第一实施例的MOS固态图像拾取器件的制造过程；

图5显示了第一实施例的另一个MOS固态图像拾取器件；

图6显示了第二实施例的MOS固态图像拾取器件；

图7是截面图，显示了第二实施例的MOS固态图像拾取器件的制造过程；

图8是另一个截面图，显示了第二实施例的MOS固态图像拾取器件的制造过程；

图9显示了具有升压电路的示例性MOS固态图像拾取器件；

图10是截面图，显示了可以限制出现串扰的常规MOS固态图像拾取器件的结构；

图11显示了常规MOS固态图像拾取器件，其具有升压电路并可以限制出现串扰；

图12是截面图，显示了常规MOS固态图像拾取器件的制造方法，该MOS固态图像拾取器件具有升压电路并可以限制出现串扰；

图13是另一个截面图，显示了常规MOS固态图像拾取器件的制造方法，该MOS固态图像拾取器件具有升压电路并可以限制出现串扰；以及

图14是另一个截面图，显示了常规MOS固态图像拾取器件的制造方法，该MOS固态图像拾取器件具有升压电路并可以限制出现串扰。

发明详述

(第一实施例)

图1显示了本发明第一实施例的MOS固态图像拾取器件。此后，将参照图1描述第一实施例的MOS固态图像拾取器件。图1的右侧显示像素区域且图1的左侧显示外围电路区域，该外围电路区域中形成有CMOS，且包括PMOS形成区域以及NMOS形成区域。该CMOS受到升压电路提高的高电压的驱动。这里，这样形成像素区域，使其具有与上述常规MOS固态图像拾取器件一样的结构(参见图10)，该结构可以防止串扰。注意到，像素区域通常包括大量像素。然而，为了简化下面的描述，这里假设像素区域仅包括一个像素。

如图1所示，第一实施例的MOS固态图像拾取器件包括N型半导体衬底114、N型外延层115、P型阱1、N型光接收部分117、P型阱2、N型阱3、P型阱4、元件隔离部分116、光接收部分表面P型区域120、晶体管的源极-漏极区域122、晶体管的源极-漏极区域123、栅绝缘膜118、栅电极119和侧壁间隔层121。这里，在图1中没有示出层间电介质、走线、微透镜等。

在每个像素区域和外围电路区域中，N型外延层115形成在N型半导体衬底114之上。这里，例如，N型半导体衬底114的杂质浓度约为5E14/cm³，N型外延层115的杂质浓度约为2E14/cm³。P型阱1是倒掺杂阱，其杂质浓度依照从半导体衬底表面200朝向衬底内部距离的增加而增加，该P型阱形成在N型外延层115之上。在像素区域中，N型光接收部分117形成在P型阱1中，且光接收部分表面P型区域120形成在半导体衬底表面200上。用作NMOS阱的P型阱2分别形成在NMOS形成区域内，从而位于P型阱1上。P型阱4形成在PMOS形成区域的P型阱1之上。这里，P型阱4具有比P型阱1更高的杂质浓度。优选的是，P型阱4的杂质浓度不小于10¹⁷/cm³。用作PMOS阱的N型阱3形成在PMOS形成区域的P型阱4之上。这里，N型阱3比P型阱2更薄。晶体管的源极-漏极区域122形成在P型阱2之上。晶体管的源极-漏极区域123形成在N型阱3之上。在像素和外围电路区域中，元件隔离部分116形成在半导体衬底表面200之上，并且栅绝缘膜118、栅电极119和侧壁间隔层121形成在半导体衬底表面200上。

上述P型阱4和P型阱1具有使得N型阱3和N型外延层115彼此隔离的功能，其中该N型阱3是PMOS的部件。这里，通过将P型阱4的杂质浓度设置为高于P型阱1的杂质浓度，就改进了P型阱4的绝缘能力。为此原因，与常规MOS固态图像拾取器件相比，第一实施例的MOS固态图像拾取器件具有改善的使N型阱3和N型外延层115彼此电隔离的特性。结果，就防止了出现击穿电流。此外，第一实施例的MOS固态图像拾取器件(参见图1)具有比常规MOS固态图像拾取器件(参见图11)更厚的P型阱，其中该P型阱用于使N型阱3和N型外延层115彼此隔离。为此，与常规MOS固态图像拾取器件相比，第一实施例的MOS固态图像拾取器件具有进一步改善的使N型阱3和N型外延层115彼此电隔离的特性。因此，进一步防止了出现击穿电流。

图2是能带图，显示了常规MOS固态图像拾取器件中内势能的变化，该变化依照从PMOS的N型阱3向N型外延层115和N型半导体衬底114的深度的增加而出现，其中PMOS是升压电路的部件。图3是能带图，显示了第一实施例的MOS固态图像拾取器件中内势能的变化，该变化依照从PMOS的N型阱3向N型外延层115和N型半导体衬底114的深度的增加而出现，其中PMOS是升压电路的部件。这里，图2和3中的每个在纵向上显示内势能而在水平方向上显示距离。图2(a)和图3(a)中的每个显示将正常偏压(例如，+3V)施加到N型阱3上的时候获得的内势能。图2(b)和图3(b)中的每个显示当升压电路施加高偏压(例如，+5V)到N型阱3时获得的内势能。此后，将参照图2和3对于击穿电流进行描述，其中该击穿电流出现在N型阱3；N型外延层115和N型半导体衬底114之间。

首先，将描述常规MOS固态图像拾取器件。如图2(a)所示，从N型阱3到P型阱1之间具有势垒，该势垒防止电子在P型阱1的方向上移动。尽管如图2(b)所示，将高偏压(例如，+5V)施加到N型阱3上以驱动PMOS时势垒变的更高，但是也扩大了耗尽层区域。随后，在耗尽层区域到达N型外延层115的时候，就出现击穿电流。

下面，将描述第一实施例的MOS固态图像拾取器件。如图3(a)所示，从N型阱3到P型阱1间具有势垒，该势垒防止电子在P型阱1的方向上移动。由于形成的P型阱4具有比P型阱1更高的杂质浓度，所以该势垒比图2(a)的势垒更高。如图3(b)所示，在将高偏压(例如，+5V)施加到N型阱3上以驱动PMOS时，势垒变高但是也扩大了耗尽层。这里，由于P型阱4的杂质浓度高于P型阱1的杂质浓度，所以耗尽层区域不会扩大为比图2(b)所示的情况更多。此外，由于使N型阱3和N型外延层115彼此绝缘的P型阱比常规MOS固态图像拾取器件中的更厚，所以与常规MOS固态图像拾取器件相比，耗尽层区域到达N型外延层115的可能性就比较小。因此，与常规MOS固态图像拾取器件相比，第一实施例的MOS固态图像拾取器件可以更好地防止出现击穿电流。

在第一实施例的MOS固态图像拾取器件的像素区域中，形成有背景技术部分中描述的P型阱1。如这里描述的，P型阱1是倒掺杂阱，且在N型光接收部分117之下具有P型高浓度区域124(参见图10)。为此，第一实施例的MOS固态图像拾取器件可以防止出现上述击穿电流并限制出现串扰。

如上所述，第一实施例的MOS固态图像拾取器件可以限制出现串扰，并可以在甚至通过具有升压电路来防止出现残留图像的时候防止出现击穿电流。

图4是截面图，显示了第一实施例的MOS固态图像拾取器件的制造过程。此后，将参照图4描述第一实施例的MOS固态图像拾取器件的制造方法。由于在图4所示制造过程之前的制造过程与背景技术部分中描述的一样(图12和13)，就省略其描述。这里，图4的右侧显示像素区域而图4的左侧显示外围电路区域。

首先，通过背景技术部分中描述的常规制造方法(图12和13)来获得图13中示出的状态。下面，如图4所示，通过离子注入在PMOS形成区域中形成N型阱3。此时，从半导体衬底表面200到形成N型阱3处的深度设置为例如1μm到1.3μm，以使得其比从半导体衬底表面200到P型阱2形成位置的深度更浅。这里，如果将添加磷(P)作为杂质，就通过例如500keV到650keV的离子注入能量、以1E13/cm²到1E14/cm²的剂量来执行离子注入。下面，通过离子注入将P型阱4形成在N型阱3下面。在距离半导体衬底表面200例如1.5μm到2μm深度的位置形成P型阱4。这里，如果将添加硼(B)为杂质，就通过例如350keV到600keV的离子注入能量、以1E13/cm²到1E14/cm²的剂量来执行离子注入。下面，通过在P型阱2和N型阱3的每个表面上执行离子注入，就在NMOS形成区域和PMOS形成区域的每个之上形成沟道区域(未示出)，用于控制晶体管的阈值电压VT。

随后，如图1所示，与常规MOS固态图像拾取器件的制造方法类似(参见图11)，在像素区域中，在形成栅绝缘膜118之后形成栅电极119。下面，在栅绝缘膜118和栅电极119的侧面形成侧壁间隔层121。类似的，在外围电路区域中，在形成栅绝缘膜118之后形成栅电极119。下面，在栅绝缘膜118和栅电极119侧面形成侧壁间隔层121。下面，在像素区域中，在形成晶体管的区域中形成晶体管的源极-漏极区域122。还在外围电路区域的NMOS形成区域中形成晶体管的源极-漏极区域122。随后，在PMOS形成区域中形成源极-漏极区域123。此后，形成层间电介质、走线、微透镜等。通过上述制造方法来这样制造第一实施例的MOS固态图像拾取器件。

图5示出第一实施例的另一MOS固态图像拾取器件。如图5所示，与常规MOS固态图像拾取器件类似(参见图11)，N型阱3具有与P型阱2一样的厚度。在N型阱3之下形成该P型阱4，且P型阱4的厚度与N型阱3和N型外延层115之间的间隔一样。这里，P型阱4具有比P型阱1更高的杂质浓度，且P型阱4的杂质浓度优选不小于10¹⁷/cm³。在形成P型阱4时要添加的杂质是硼(B)的时候，就通过例如1000keV到3500keV的注入能量、以1E13/cm²到1E14/cm²的剂量来执行离子注入。上述配置没有提供这样的效果，即通过加宽N型阱3和N型外延层115之间的间隔获得改善的对N型阱3和N型外延层115彼此电隔离的特征。然而，这种配置提供了上述效果，其中通过将P型阱4的杂质浓度设置为高于P型阱1的浓度，就改善了对N型阱3和N型外延层115彼此电隔离的特征，由此防止了击穿电流。

(第二实施例)

图6示出第二实施例的MOS固态图像拾取器件。此后，参照附图6来描述该第二实施例的MOS固态图像拾取器件。第二实施例的MOS固态图像拾取器件不同于第一实施例的MOS固态图像拾取器件之处在于：这样形成P型阱2，使得P型阱2的一部分而不是P型阱4位于N型阱3之下。此后，将针对此不同之处来进行描述。在图6中，与第一实施例的MOS固态图像拾取器件的部件(参见图1)一样的部件用与第一实施例部件所用的相同参考标记来表示。

如图6所示，第二实施例的MOS固态图像拾取器件包括N型半导体衬底114、N型外延层115、P型阱1、N型光接收部分117、P型阱2、N型阱3、元件隔离部分116、光接收部分表面P型区域120、晶体管的源极-漏极区域122、晶体管的源极-漏极区域123、栅绝缘膜118、栅电极119以及侧壁间隔层121。在图6中，没有显示层间电介质、走线、微透镜等。

在每个像素区域和外围电路区域中，N型外延层115形成在N型半导体衬底114之上，且作为倒掺杂阱的P型阱1形成在N型外延层115之上。在像素区域中，N型光接收部分117形成在P型阱1之内，且光接收部分表面P型区域120形成在半导体衬底表面200上。用作NMOS阱的P型阱2形成在每个NMOS形成区域和PMOS形成区域的P型阱1之上。作为PMOS阱的N型阱3形成在PMOS形成区域的P型阱2之上。这里，P型阱2具有比P型阱1更高的杂质浓度。优选的是，P型阱2的杂质浓度高达10¹⁷/cm³。源极-漏极区域122形成在P型阱2之上，且源极-漏极区域123形成在N型阱3之上。在像素和外围电路区域中，元件隔离部分116形成在半导体衬底表面200上。此外，栅绝缘膜118、栅电极119和侧壁间隔层121形成在半导体衬底表面200上。

第二实施例的MOS固态图像拾取器件的、用于使N型阱3和N型外延层115彼此隔离的P型阱更厚(参见图6)，其比常规MOS固态图像拾取器件(参见图11)多出N型阱3下面的P型阱2的厚度。为此，与常规MOS固态图像拾取器件相比，第二实施例的MOS固态图像拾取器件具有改善的使N型阱3和N型外延层115彼此电绝缘的性能。因此就防止出现击穿电流。此外，由于P型阱2的杂质浓度高于P型阱1的杂质浓度，就进一步改进了使N型阱3和N型外延层115彼此电绝缘的性能。结果，进一步防止了击穿电流的出现。此外，对于第一实施例中描述的原因，第二实施例的MOS固态图像拾取器件可以限制串扰的出现。

上述效果与第一实施例的MOS固态图像拾取器件一样。然而，如此后描述的，在制造第二实施例的MOS固态图像拾取器件的时候，就不需要形成P型阱4的过程。因此，生产第二实施例MOS固态图像拾取器件的成本就可以保持为比生产第一实施例MOS固态图像拾取器件的成本更低。

图7和8是截面图，显示了第二实施例的MOS固态图像拾取器件的制造过程。此后，将参照图7和8描述第二实施例的MOS固态图像拾取器件的制造方法。由于图7所示制造过程之前的制造过程与背景技术部分中描述的一样(图12)，就省略对该部分过程的描述。

首先，通过背景技术部分中描述的常规制造方法来获得图12所示的状态。下面，如图7所示，通过离子注入在整个外围电路区域上形成P型阱2。在此时，将P型阱2形成到距半导体衬底表面200例如1μm到1.5μm的深度。这里，如果将添加硼(B)为杂质，就通过例如250keV到500keV的注入能量、以1E13/cm²到1E14/cm²的剂量来执行离子注入。优选的是，P型阱2的杂质浓度高于P型阱1的杂质浓度，并不小于10¹⁷/cm³。

下面，如图8所示，通过离子注入，将在PMOS形成区域中形成N型阱3。这里，在比P型阱2更浅的位置形成N型阱3。例如，在从半导体衬底表面200到1μm到1.3μm的深度间形成N型阱3。为此，在N型阱3之下出现具有比P型阱1更高杂质浓度的P型阱2。例如，将添加磷(P)作为杂质以形成N型阱3的时候，离子注入能量就设置为500keV到650keV。由于在P型阱2之中形成N型阱3，就将其剂量设置为大于常规MOS固态图像拾取器件的N型阱3的剂量。例如，以3E13/cm²到3E14/cm²的剂量来执行离子注入。

下面，与参照图11描述的常规MOS固态图像拾取器件的制造方法类似，形成栅绝缘膜118、栅电极119、侧壁间隔层121和源极-漏极区域122和123。此后，形成层间电介质、走线、微透镜等。这样，依照上述制造方法制造图9所示第二实施例的MOS固态图像拾取器件。

尽管已经对本发明已经作出了详细的描述，但是前面的描述在各个方面都是说明性而不是限制性的。可以理解，在不脱离本发明范围的情况下可以作出各种其他变化和变形。

Claims (6)

1.一种MOS固态图像拾取器件，在N型半导体衬底上包括其中形成有多个像素的像素区域，以及其中形成有所述像素区域的外围电路的外围电路区域，其中

所述像素区域和所述外围电路区域的每个都包括形成在所述N型半导体衬底上的N型外延层；

所述像素区域包括：

形成在所述N型外延层之上的第一P型阱；以及

在所述第一P型阱中形成、并且都是光电二极管的部件的光接收区域；以及

所述外围电路区域包括：

从所述外围电路区域的表面形成到所需深度的、并且都是N沟道MOS晶体管的部件的第二P型阱；

从所述外围电路区域的表面形成到所需深度的、并且都是P沟道MOS晶体管的部件的N型阱；以及

第三P型阱，其形成为这样的形状，使得可以隔离所述N型阱与所述N型外延层，并且其具有比所述第一P型阱更高的杂质浓度。

2.根据权利要求1所述的MOS固态图像拾取器件，其中

所述第一P型阱是倒掺杂阱，其具有的杂质浓度依照距所述像素区域表面的深度的增加而增加，且在比每个光接收区域周围产生的耗尽层更深的位置处，所述杂质浓度极高。

3.根据权利要求1所述的MOS固态图像拾取器件，其中所述P沟道MOS晶体管由已经提高的电压来驱动，其中所述提高的电压高于外部电源电压。

4.根据权利要求1所述的MOS固态图像拾取器件，其中所述第三P型阱的杂质浓度不小于10¹⁷/cm³。

5.一种MOS固态图像拾取器件的制造方法，所述MOS固态图像拾取器件在N型半导体衬底上包括其中形成有多个像素的像素区域，以及其中形成有所述像素区域的外围电路的外围电路区域，所述制造方法包括下面的步骤：

在所述像素和外围电路区域中，

在所述N型半导体衬底之上形成N型外延层，以及

从所述像素和外围电路区域的表面到比每个光接收区域周围产生的耗尽层更深的位置中形成第一P型阱；

在所述像素区域中，在所述第一P型阱内形成所述光接收区域；

在所述外围像素区域中，在所述第一P型阱中形成第二P型阱和N型阱，每个所述第二P型阱都是N沟道MOS晶体管的部件，且所述N型阱是P沟道MOS晶体管的部件；以及

在所述N型阱之下形成第三P型阱，所述第三P型阱的杂质浓度高于所述第一P型阱的杂质浓度，使得所述第三P型阱具有隔离所述N型阱与所述N型外延层的形状。

6.一种MOS固态图像拾取器件的制造方法，所述MOS固态图像拾取器件在N型半导体衬底上包括其中形成有多个像素的像素区域，以及其中形成有所述像素区域的外围电路的外围电路区域，所述制造方法包括下面的步骤：

在所述像素和外围电路区域中，

在所述N型半导体衬底之上形成N型外延层，以及

从所述像素和外围电路区域的表面到比每个光接收区域周围产生的耗尽层更深的位置中形成第一P型阱；

在所述像素区域中，在所述第一P型阱内形成所述光接收区域；

在所述外围像素区域中，在所述第一P型阱中形成第二P型阱，所述第二P型阱具有比所述第一P型阱更高的杂质浓度，且所述第二P型阱是每个N沟道MOS晶体管的部件，以及

在所述第二P型阱中形成作为P沟道MOS晶体管部件的N型阱。

Images