TW201005932A - Solid-state imageing device with vertical cate electrode and method of manufacturing the same - Google Patents

Description

201005932 31744pif.doc 六、發明說明： 本申請案是基於且主張2008年7月31曰申請之先前 的曰本專利申請案第2008-198274號的優先權的權益，該 申請案之全文以引用的方式併入本文。 【發明所屬之技術領域】 本發明是有關於一種固態攝影裝置及其製造方法，尤 其是有關於具有垂直型傳輸閘極（verticaltransfergate)的 攝影裝置及其製造方法。 【先前技術】 迎年來 ，關於應用於數位靜態相機（digital still Camem )或附相機的行動電話方面，小型相機模組（camera module)的市場受到關注。伴隨著相機模組的小型化，電 荷耦合元件（Charge Couple Device，CCD)、互補金屬氧 化物半導體（Complementary Metal Oxide Semieonductor，

么〇S)、衫像感測器（image sensor)等的攝影元件逐年微 、、、 …、:而，感測态性能的提高與微細化相反，因此預測 =細化將逐漸變得困難。性能與微細化相反的明顯的例 艮疋，電二極體（ph〇t〇di〇de)的平面的面積的減少。亦 ^ ’猎由光電二極體的平面的_的減少賴可達成微細 =儲存於光電二極體巾的電荷量會減少。儲存於光電 二中的電荷量是決定感測器性能的重要的要素之一， 光電二極體中的電荷量的減少將使感測器性能降 粬了擴大光電二極體的面積，—個像素内的光電二極 租的零件、例如傳輸閘極電極的微細化成為關鍵。 201005932 31744pii:doc 先月il具有水平型（horizontal)傳輪 攝影元件中，於半導體 =開極電極的固態 輸閘極電極。；二、二/ : n、、邑緣臈而形成著傳 蔽㈣d)層=板卜形成著電荷儲存區域、遮 ’增電何傳輸目的地擴散芦。n, =入射的光於電荷儲存區域經光電“而射路徑 2由接，傳輸閑極電極，儲存於電荷 電荷傳輸通目的地擴散層。 马了確保充分的調變度（小 必需有充分的閘極長度， （〇dulat職岭ee)， 題。又，由於為水平型傳卜件的微細化困難的問 必需形成於傳輸二 則存在難以將平面的像素=何:存區域相反的-側， 期望像素面積可微細化Ϊ且可確題。因此’業者 影裝置及其製造方法。了確保充分的調變度的固態攝 再者’作為關聯技術，開取 了使光電轉換部中的光的種固'錄影裝置，為 穿基板的方式來弗忐羊棱向，而以閘極電極貫 號公報）。 ’ 1,照日本專利特開2007-96271 【發明内容】 本發明的第-態樣的固態攝 板，埋入至上述半導，其 罝匕祜.半V體基 域；形成於上述半導體導電型的電荷儲存區 基板的表面的第1導電型的擴散 201005932 3] 744pif.doc 層；以及形成於上述電荷f 本發明的第2態樣子 極電極。 括.於矣而且右坌1谨 心攝办衣置的製造方法，包 :第=型的半導體層的半導體基板的上 江弟料導體層内形成第 上述第1導電型的半導體層内的 =扣域，於 内形成溝样（trenrh V认 ^電1的井區域 利用閘極電極材料來填埋上 、·、巴緣膜， ❹ Φ 導電;的井區域表面形成第〗導=擴 與本發明之上述特徵和優點能更明顯驗，下文特 舉只知例’亚配合所附圖式作詳細說明如下。 寺 【實施方式】 =了:J照ί式來對本發明的實施形態進行說明。 態攝影有垂直型傳輪開極的固 件。例如，於ρ型的半導體基板11上， y :如n型的磊晶層而構成的電荷儲存 12。 於該電荷健左7 a 10 L… 1 了傾存£域 ια於…7储存&域12上’形成著例如P型的并Μ 13。 於電雜存區域12、及ρ &的井£域 達半導體基板U的例如Ρ型的擴散二1 =成著到 Μ構成將像素間分離的像素分離^層14 〇型擴散層 例二及ρ型擴散層14上，形成著 存區域12内形成著溝槽13及電荷儲 *7底部周圍形成著例如Ν型的擴散層（第槽 201005932 3J744pif.doc 於溝槽17的翻、N型擴散層]8内形成著例如p型的遮 蔽層19。 而且，於溝槽17的内壁形成著閘極絕緣膜20，經由 该閘極絕緣膜20而將傳輪閘極電極21埋入至溝槽口中。 於P型井區域13的表面區域、溝槽17的翻形成著藉由 例如N型的擴散層（第】擴散層）而構成的電荷傳輸目的 地擴散層22。此外’於電荷館存區域12的表面上 型遮蔽層23。藉由形成於溝槽” =傳輸目的地擴散層22、開極絕緣膜2Q及傳^曰^ ^卜而形成N通道金屬氧化物半導體㈤

Semiconductor ’ MOS)雷日 _ 形成於構絲純件的，傳_極電極2〗 邊部偏離的位置。^^域12❸自中央部向周 於上述構成中，通過箭頭 的光於電荷儲存區域12中進 射路！而入射 號。於該狀能ΊΓ ** 光电轉換’彳< 而成為電性作 ㈣，則於p型：區二 =極電極21為高位準(high 輸目的地擴散層22之間形成内的^型擴㈣18與電荷傳 存區域u +的電荷通過ϋ輪通道。儲存於電荷儲 所示被讀出至電荷傳輪二專輪通道，如圖示箭頭Β 對於基板表一錢物成層22。電荷傳輪通道相 輸。 此邊構造被稱為垂直型傳 其次，參照圖2至圖6 . 裝置的製造妓（⑽像^丨實卿態，態攝影 像4_製造過程）¾亍說明。 201005932 31744pif.doc 如圖2所不5例如，於p刑f石々、士 瓦r j (矽）+導體基板11上 Λ〇]5 ί，η日:層該蟲晶層12_N型雜f濃度例如為 ^石〜日ΐ /藉由離子注人法而將P型的雜質導入 • 至該猫日日層12的一部分，形成p型的井區域。 . 摻雜量例如為IxlO12〜lxI〇14cm-2。 — " 由-ft圖3所示，為了將攝影元件間分離，例如藉 由同加速離子注入法以到達半導體基板u的 ❿的雜貝導入。藉此，形成擴散層14。該擴散声14的雜質 的摻雜量例如為lxl0】]〜]x〗〇13cm-2。萨^ j雜質 中"fc/vM丄私， 擴散層14並不限 疋；藉由離子>主入法來形成，亦可由 層來形成。 两里入一種P型擴散 於該整個表面形成例如氧化石夕膜15, 戰脑。_y)技術及反應使用通常的 Etching，RIE)技術來形成如下 d (Reacts I〇n 氮化石夕膜16、氧化石夕膜15、P型丼^7 ’該溝槽17貫穿 參 磊晶層12。 斤^域丨3’而到達 其次，如圖5所示，於電荷儲存 17的周圍形成N型擴散層18，存=U内’於溝槽 槽17的周圍形成P型遮蔽層19c>N ^散層18内，於溝 度設定得比電荷儲存區域12的 $散層18的雜質濃 存區域12 _質濃度設定為，下述即，電荷儲 其他部分高。 寻掏閘極電極的附近比 Ν型擴散層18藉由如下步驟而 小成.例如，垂直地將 201005932 31744pif.doc N型雜質離子、、 注入的離子至溝槽17内’之後’藉由熱處理而使已 1Q 子於電荷儲存區域12内擴散。另外，p 19亦可藉由如^丨r 土心蚊層 子注入至伽 形成：例如’垂直地將P型雜質離 於電荷储存散藉由熱處理而使該已注入的離子 作為另一製造方法，上述N型擴散 ^驟而形成：於溝槽17的底部，堆積包含例如N型雜質 = =UiCateglaSS)，之後:藉由熱 ==另外，p型遮蔽層19亦可藉由如下步驟而开;^ w «的底部，堆積包含例如P型雜質的矽酸鹽玻璃， ，由熱處理而使該P型雜f自溝槽17的底部及侧壁向電 荷儲存區域12内達成_擴散。N型擴散層18的雜質濃 度例如為lxlG16〜lxlW，p型遮蔽層丨 例如為1χ1〇]8〜lxl0]9cm-3。 貝辰又 其次，如圖6所示，於溝槽丨7的内壁形成閘極絕緣膜 2〇 ’堆積聚石夕層21a而填埋該溝槽17。之後，將氮化石夕膜 16作為擋止層（stopper)，並藉由例如化學機械研磨 (Chemical Mechanical P〇iishing，CMp)而將聚矽層 21a 平坦化，從而形成傳輸閘極電極21。 其次，將氮化矽膜16除去之後，將例如N型雜質導 入至溝槽17周圍的P井區域13内，如圖丨所示，形成電 荷傳輸目的地擴散層22。N型雜質的摻雜量例如為1χ1〇]5 〜lxl016cm·2。此外，於電荷儲存區域12的表面上形成1χ 201005932 31744pif.doc ίο18〜lx]019cm_3左右的Ρ型遮蔽層a。 根據上逑第1實施形態，於電 三 輸目的地擴散層22之間設置著垂.啫存區域12與電荷傳 因此，可將電荷傳輪目的地擴散 1 傳輸閘極電極21。 12的上方。纽，可減少像素=置於電荷儲存區域 細化。 τ甸面積，且可使像素微 另外，於電荷儲存區域12蛊 22之間設置著垂直型傳輸閘極電極2^^的，散層 域12向電荷傳輸目的地擴散層22的 ^何儲存區 作為垂直母】值給鬥权+ &。Ί "的傳輪距離，由 定。了 由此，不會使像素的平 日、衣又較冰。 問極的通道長度，且可實現=微更當地調整傳輸 此兩者。 T轉的微細化與調變度的提高 參 ^卜’可藉由使形成㈣直型傳輸閘極 的j面積減小，而使垂直型傳輸閘極電極21丄的溝槽 J了儲存區域12的面積減小。因此’無需增大』= 文人且可使感測器性能提高。 γ (第2實施形態） 來能ΐ 7〜圖1f表示本發明的第2實施形態。於第2實施 =、’對與第！實施形態相同的部分附加相 對不同的部分進行說明。 」付唬，亚 第2實施形態是使用例如絕緣層上覆石夕（Silic〇n 〇n 201005932 31744pif.doc

Insulator，SOI)基板來形成固態攝影裝置。 圖7表示SOI基板30。SOI基板30藉由半導體基板 31、埋層氧化（Buried Oxide，BOX)層 32、SOI (Silicon On Insulator)層33而構成。SOI層33為p型結晶石夕，其 雜質濃度例如為】χ】〇18〜lxl〇2Gcnf3左右。 其次’如圖8所示，於SOI層33上，形成例如n型 的磊晶層34。該磊晶層34的雜質濃度例如為1χ1〇ΐ5〜1χ 1017cnf3 左右。

接著，如圖9所示，使用與第1實施形態相同的CM0S 影像感測器製造過程來形成固態攝影裝置，該固態攝影裝 置具有電荷儲存區域12、P型井區域13、將像素間分離的 P型擴散層14、溝槽17、N型擴散層18、P型遮蔽層19、 閘極絕緣膜20、傳輸閘極電極21、以及電荷傳輸目的地擴 散層22。之後，於基板表面上形成未圖示的金屬氧化物半 導體％效電晶體（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET )等的周邊電路。 ❹ 其次，如圖10所示，形成包含配線36等的層間絕 膜及鈍化膜（passivation film) 35。 接著，如圖11所示，使用貼合技術，將支撐基板 黏接於層間絕緣膜及鈍化膜35上。此處，支撐基板p 需為半導體基板，可為如玻璃基板等般可支撐固態攝影 置的基板。 .然後，如圖12所示，使用研磨法、或濕式蝕刻（wet etching)法等，將構成s〇I基板的半導體基板μ與Βοχ 10 201005932 31744pif.doc 層32除去’而露出s〇l層33。 其次，如圖13所示，於S〇I層％上，於至少攝影 ，上的^個表_成抗反射膜38。此處，抗反射膜3 =層腰或積層膜巾的任—者均可，可藉㈣當選擇折射 率，而提高攝影it件的感度。此外，於抗 彩色遽光W) 39舆微透鏡（m_lens) ^成 ❹ 丄t上述構成中’沿著箭頭所示的光入射路徑而入射的 透鏡40、彩色濾光片39、抗反射膜38而被弓 電二極體的電荷儲存區域12，並轉換為電^ 得輸至電何傳輸目的地擴散層22。 態攝第】於具有傳輸閘極電極21的固 電荷儲存區域12的^個mi2 ’可將 高。 電一極體變大，從而可使感測器性能提 徑，=可^^==12的整個表面用作光入射路 的形成位置:自::閑，荷儲存區域η 極電極21形成於電^諸二:第1 Λ施形態中’傳輸閘 然而，‘第2^ 2的偏離中央部的位置。 有效地利用電m Λ區域㈣中央部。因此，可更 D.子區域12 ,藉由使電荷儲存區域12微 11 201005932 31744pif.doc 細化而實現像素的進一步微細化。 (變形例） 圖^5表示第卜第 第2實施形態相同的部分附加相同符號_幻、 圖關示的變形例表示了如下情況，即 2貫施形態相比，將p型井區域右第 高。於該情況下，可省略N型擴散層18充分 且溝槽17戦於p型相域i 3内。於 ’ 可省略N型擴散層18、p 兄下’ 作為光的受光部的光電-極Q此可進一步使 提高。 ㈣電—極體變大’從而可使感測器性能 本發者It易想到另外優勢及改質體。因此， 定細節及;表性=樣I並不限於本文所示及描述之特 專利乾圍及其等效體所&之普遍發明概念 本發明之精術領域中具有通常知識者，在不脫離 發明之保護範圍，當可作些許之更動與潤_，故本 【圖式簡單朗之巾請專概_界定者為準。 圖1是表开'餘1 + 圖2至圖曰1貫施形態的固態攝影裝置的剖面圖。 造方法的剖面圖是表示第1實施形態的_攝影裝置的製 201005932 31744pif.doc 圖7至圖13是表示第2實施形態的固態攝影裝置的製 造方法的剖面圖。 圖14是表示第2實施形態的固態攝影裝置的變形例的 . 剖面圖。

I 圖15是表示第1、第2實施形態的固態攝影裝置的變 形例的剖面圖。 【主要元件符號說明】 11 :半導體基板 ® 12、34: N型磊晶層 13 : P型井區域 14 : P型擴散層 15 :氧化矽膜 16 :氮化矽膜 17 :溝槽 18 : N型擴散層 19 : P型遮蔽層 φ 20 :閘極絕緣膜 21 :傳輸閘極電極 21a :聚砍層 22 :電荷傳輸目的地擴散層 23 :P型遮蔽層 30 : SOI基板 31 :半導體基板 32 :埋層氧化層 13 201005932 31744pif.doc 33 SOI層 35 鈍化膜 36 配線 37 支樓基板 38 抗反射膜 39 彩色濾光片 40 :微透鏡 A、 B :箭頭

Claims (1)

1. 201005932 31744pif.doc 七、申請專利範圍： 1.一種固態攝影裝置，包括： 半導體基板； 内 第1導電型的電荷儲存區域’埋人至上述半導體基板 面 導電型的擴散層，形成於上述半導體基板的表 Μ及 ❿ 鲁 傳輸閘極電極，形成於上述電射轉區域上。 2.如申請專利範圍第！項所述之固態攝影裝置 =於土=基板内且底部到達上述電荷儲存區域 溝f上述傳輸閘極電極形成於上述溝槽的内部。 括，二=範Γ 2項所述之固態攝影裝置，更包 2導電型的存區域與上述傳輸閘極電極之間的第 ==範圍第3項所述之固態攝影農置 附近的==荷儲存區域中上述傳輸閘極電極 專利範圍第4項所述之固態攝影裝置，其中 置。L曰軸於上輕荷儲存區域的偏離中央部的位 如申明專利範圍第4項所述之固態攝影I 7 ^^形”電荷儲存區域的中央部。八 上、十、车t專利範圍第6項所述之固態攝影I置，1中 上迷半導體基板的表面為受光面。 ’、中 15 201005932 31744pif.doc 8. 如申請專利範圍第6項所述之固態攝影裝置，其中 上述半導體基板的背面為受光面。 9. 一種固態攝影裝置的製造方法，包括： 於表面具有第1導電型的半導體層的半導體基板的上 述第1導電型的半導體層内形成第2導電型的井區域； 於上述第1導電型的半導體層内的上述第2導電型的 井區域内形成溝槽； 於上述溝槽内壁形成閘極絕緣膜； 利用閘極電極材料來填埋上述溝槽内部；以及 ® 於上述第2導電型的井區域表面形成第1導電型的弟 1擴散層。 10. 如申請專利範圍第9項所述之固態攝影裝置的製 造方法，更包括： 於形成上述閘極絕緣膜之前，於上述第1導電型的半 導體層内，於上述溝槽的周圍形成第1導電型的第2擴散 層；以及 於上述第1導電型的第2擴散層内，於上述溝槽的周 ❹ 圍形成第2導電型的遮蔽層。 11. 如申請專利範圍第10項所述之固態攝影裝置的製 造方法，其中 上述第1導電型的第2擴散層的雜質濃度比上述第1 導電型的半導體層的雜質濃度高。 12. 如申請專利範圍第11項所述之固態攝影裝置的製 造方法，其中 16 201005932 3I744pif.doc 薦槽形成於作為電荷儲存區域的上述第1導電型 的+導产層的偏離中央部的位置。 造方之如其申^專利範圍* U項所述之固態攝影裝置的製 的本槽形成於作為電荷儲存區域的上述第1導電型 的+導體層的中央部。 ▼电主 態攝影裝置的製 ❹ 造方L4.如其申Γ利範圍第"項所述之固 上述半導體基板的表面為受光面。 15.如申請專利範圍第u 造方法，其中 項所述之固恶攝影裝置的製 上述半導體基板的背面為受光面。 17