TW201003906A - Solid state imaging device, method for producing the same, and electronic apparatus - Google Patents

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201003906 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種固態成像器件、用於製造該固態成像 為件之方法，及包含該固態成像器件之電子裝置。 【先前技術】 固悲成像器件被廣泛地分成以CCD(電荷耦合器件）影像 感測器所表示之電荷傳送類型固態成像器件，及以

CMOS(互補金氧半導體）影像感測器所表示之放大類型固 態成像器件。 CMOS固態成像器件係、可以低電源電壓操作，因而相較 於CCD固態成像器件’就功率消耗而言係有利。為此原 因，使用CMOS固態成ί象器件當作安裝在諸如配備相機之 蜂巢式電話及PDA(個人數位助理）之行動裝置上之固態成 像器件。 ~ 用作構成-固態成像器件之—像素之—光電轉換部分並 且使用電子當作信號電荷的_光二極體係由—η型半導體 區及該讀半導體區之表面上的—Ρ型半導體區構成。如揭 :於日本未審查專利申請案公告第2〇〇5_l9i262號一固 態成像器件之-現存光二極體通常係由―半導體基板之一 Ρ型半導體井區之頂表面(界面)中之具有一高雜質濃度的— Ρ型半導體區及在該ρ型半導體區下的—η型半導體區構 、t光一極體在該ρ型半導體區與該η型半導體區間的 一ρη:面電容(亦即’在空乏層電容)累積光電轉換所產生 之電荷。為了將相鄰像素彼此隔離，例如，使用藉由以一 139455.doc 201003906 絕緣薄膜填充一溝渠所形成的一器件隔離區。在此情況 中，使用一 P型半導體區保護介於該光二極體與該絕緣薄 膜之間之界面。 曰本未審查專利申請案公告第2003-31 8383號亦揭示— 種用作一固態成像器件中之一光電轉換部分之光二極體。 曰本未審查專利申請案公告第2〇〇3_3 18383號中之—ccd 固態成像器件的一光二極體係由一 n型半導體區及該η型半 導體區之頂表面上的一卩型半導體區構成。此ρ型半導體區 係由一第一ρ型半導體區及一第二卩型半導體區構成。該第 一 Ρ型半導體區係於該η型半導體區之整個表面上形成。形 成°亥第—Ρ型半導體區，使其具有一較該η型半導體區之寬 度更小之寬度，而且係於較該第一ρ型半導體區更深處形 成。該ρ型半導體區之此一二層結構導致介於該口型半導體 區與一垂直傳送區之間之界面之場強度之溫和變化。因 此，電荷可有效地被傳送至該垂直傳送區。 曰本未審查專利申請案公告第2〇〇5_223〇84號揭示一種 CMOS固態成像器件，其具有一種其中使用一垂直電晶體 當作像素電日日日體間之-傳送電晶體之組態。此cm〇s固態 成像益件具有-光—極體上的—浮動擴散㈣)部分，而且 :傳送閘極電極係、於該FD部分上形成，其間有—閘極絕緣 薄膜，以便以一基板之深度方向延伸。 【發明内容】 在固態成像器件中，由於鈿A 4 %朝向較小像素之最近趨勢，已 變成難以提供一光二極體之 充分大的面積。一 CMOS固態 139455.doc 201003906 成像器件中之光二& μ 一·組之面積對像素之面積之比率係 填充因數。提供一香八古 ' ^ 77阿之填充因數現在係一技術挑戰。 由於朝向顯著較小傍丰# 0 j像素之趨勢’理論上—⑽％之 數並未實際提供—光二極八 、 锻兄刀大的面積。由於包合德 素電晶體之電晶體電路传 电塔係於像素中形成，當減小像素之大 小％，光二極體之形成變成較困難。 因此’本發明提供—種固態成像器件，其中即使當使用 具有-已減小大小之像素時，仍可在一光電轉換部分中提 供一充分大飽和電荷量； 件之方法。 &種用於製造此-固態成像器 本發明亦提供—種包含此—固態成像器件之電子農置。 -種根據本發明之—具體實施例之固態成像器件包含— 光電轉換部分，jMl中接φ y . 刀中如供電位之一形狀，使得電荷主要传 以一垂直方向累積β Φ -種根據本發明之—具體實施例之固態成像器件包含一 光電轉換部分，其中提供電位之一形狀，使得電荷主要係 以-垂直方向累積。因此’該固態成像器件包含且有一垂 直組態之光電轉換部分。在此組態中，增加構成一像素之 光電轉換部分中之飽和電荷量。 -種用於製造根據本發明之—具體實施例之—固態成像 器件之方法包含以下步驟：經由一掩膜藉由具有不同植入 能量之複數個離子植入在一半導體基板的一區域中形成一 第一導電型半導體區；及形成一光電轉換部分’其係經組 態以藉由透過具有不同植入能量之複數個離子植入在該第 139455.doc 201003906 二導電型半導體區中形成一 战第一導電型半導體區，在平行 於在e亥半導體基板之—深声；古一 u 冰度方向上之一平面的一 PI1接面中 累積比在於平行於該半導體基板之一頂表面之一平面中形 成的一 pn接面中更多的電荷。 在用於製造根據本㈣之—具體實施例之—I態成像器 ^此t法中’該光電轉換部分係藉由透過具有不同植入 月&篁之複數個離子植入开；占 ^成邊弟二導電型半導體區及該第

一導電型半導體區加 . ^ L 〜取 &果，形成該光電轉換部 分丄其係經組態在平行於在該半導體基板之一深度方向上 之一平面的-pn接面中累積比在於平行於該半導體基板之 頂表面之一平面中形成的一 pn接面中更多的電荷。亦 即’形成具有-垂直組態之光電轉換部分。此—光電轉換 部分具有一大飽和電荷量。 :種用於製造根據本發明之另一具體實施例之一固態成 像裔件之方法包"ΐτ斗· · 士 , L3以下步驟.在一半導體基板的一區域中 形成-凹部；藉由擴散一第二導電型雜質遍及該凹部之一 内表面而形成-第二導電型半導體區；及形成—光電轉換 部分，其係經組態以藉由透過擴散一第一導電型雜質遍及 該凹部之内表面在該第r導電^^導體區中开3成一第一導 電料導體區，在平行於在該半導體基板之—深度方向上 之平面的pn接面中累積比在於平行於該半導體基板之 一頂表面之一平面中形成的-Pn接面中更多的電荷。 在用於製造根據本發明之-具體實施例之 件之此方法中，該光電轉換部分係藉由以下所形 139455.doc 201003906 半導體基板的一區域中形成—凹部，及藉由遍及該凹部之 内表面之擴散形成該第二導電型半導體區和該第一導電型 半導體區。結果，形成該光電轉換部分，其係經組態以在 平行於在該半導體基板之—深度方向上之—平面的一叫接 面中累積比在於平行於該半導體基板之一頂表面之一平面 中形成的-pn接面中更多的電荷。亦即，形成具有一垂直 組態之光電轉換部分。此-光電轉換部分具有-大飽和電 柯重。 -種根據本發明之一具體實施例之電子裝置包含一固態 成讀，其包含一光電轉換部分，I中提供電位之一形 狀’使得電荷主要係以一垂直方 打… s 方向累積；一光學系統，其 係經組態以將一進入之夯引莲 換邱… 之先引導至该固態成像器件之光電轉 換4刀’及一信號處理電 a^ /、係經組態以處理輸出自該 固態成像益件之信號。 一種根據本發明之—具體實施 志櫝哭杜^ ^ 、电于裝置包含一固態 件’其包含一光電轉換部分，I中提供電位之一形 狀，使得電荷主要係以一垂直方 4之形 土且万向累積，亦即，呈 直組態的一光1電轉換部分。構成 /、 分具有-已增加飽和電荷量。象素之此-光電轉換部 一種根據本發明之—具體實施 有-垂直相能Μ丄· J之固態成像器件包含具 直4的-先電轉換部分。即使當使用具有一已減 小大小之像素時，仍可在此一光 大飽和電荷量。 先-轉換部分中提供一充分 之一固態成 在一種用於製造根據本發明之—具體實施例 139455.doc 201003906 像器件之方法中，形成具有一垂直組態的一光電轉換部 分。結果’可製造-固態成像器件，纟中即使當使用具有 一已減小大小之像素時，仍可在該光電轉換部分中提供— 充分大飽和電荷量。 在根據本發明之一具體實施例的一電子裝置中，即使當 -固態成像器件之像素具有一已減小大小時，仍可在該光 電轉換部分中提供—充分大飽和電荷量。結果，提供一充 分寬之動態範圍，而且提供較高影像品質。 【實施方式】 以下將參考附圖來說明本發明之具體實施例。 根據固態成像器件之具體實施例之示意組態 圖！顯示-根據本發明之—具體實施例之固態成像器件 ，不思組態，亦即，—CM〇s固態成像器件。此具體實施 例之-固態成像器件i包含一半導體基板（例％，一石夕基 板)、-像素陣列區(亦即，影像讀取區)3，其中包含複數 個光電轉換部分之像素2絲該半導體基板 地排列，及周邊雪政^ ，·隹規則 光電轉換^ 述，該等像素2包含用作 (MOS電晶體)。 星數個像素電晶體 σ亥等周邊電路包含一垂直驅 5、一水平驅動雷玖a ^ 仃4唬處理電路 動電路6、一輸出電路7、一 類似物。 市』東路8，及其 操作模 訊之資 、該控制電路8接收用於控制該固態成像器件 式之資料，並且輸出包含該固態成像器件i 139455.doc 201003906 料。該控制電路8亦以垂直同步信號、水平同步信號及一 主日守脈之基礎產生時脈信號及控制信號，該等時脈信號及 該等控制信號用作該垂直驅動電路4、該等行信號處理電 路5、該水平驅動電路6及其類似物之操作之參考。該等時 • 脈彳5號及该等控制信號係輸入至該垂直驅動電路4、該等 - 行仏號處理電路5、該水平驅動電路6，及其類似物。 β亥像素陣列區3包含以圖1之橫向方向（水平方向）提供之 f, 列控制導線11，及以圖1之縱向方向（垂直方向）提供之垂直 4。號V線9名等列控制導線11係分別提供用於以二維排 列之像素2之列。該等垂直信號導線9係分別提供用於該等 像素2之行。 邊垂直驅動電路4係例如由一移位暫存器構成。該垂直 驅動電路4在該像素陣歹，m3中之像素2之垂直$向個別列 中循序地選擇，並且經由該對應列控制導線i ^將控制脈衝 供應至—選出狀像素2。基於根據用作該等像素2之光電 〇 #換部分之光二極體之光接收量所產生之信號電荷而輸出 自選出列之像素2之信號（亦即，像素信號）係經由該對鹿 垂直信號導線9供應至該對應行信號處理電路5。 〜 • ㈣行信號處理電路5係分別提供詩該等像素2之行。 每-行信號處理電路5使輪出自—行之像素2之信號經受諸 如雜訊移除的一程序。明確地說，該等行信號處理電路5 例如藉由作為S/Η(取樣保持）電路及⑽(相關雙重取樣）電 路或者放大該等信號以進行移除該等像素2之特定固定圖 案雜訊之目的而處理信號。 I39455.doc 201003906 該等行信號處理電路5之輪人級包含當作怪定電流源之 負載電晶體（未顯示）。此聲鱼 ’、 、、载電晶體係連接於該等垂直 信號導線9與一參考電位（ 寺圭直 、由v〗如接地）之間，而且該閘極係 連接至負載導線。因此，該 '^寺負載電晶體與一選出列之像 素2之放大電晶體（描述於 ^ β Μ 起構成一源極隨耦器電路。 ^9。，信號係從-選出列之像素2輸出至該等垂直信號導 =行信號處理電路5之輸出級包含連接至一水平信號 :之水平選擇切換器(未顯示)。注意：該等行信號處 可包含— A/D(類比/數位）轉換功能。 水平骚動電路6係例如由-移位暫存器構成。該水平 犯電路6循序地輸出水平掃描脈衝㈣至 地選擇該等行，，處理雪心^ 俑序 寸仃彳°唬處理電路5，使得像素信號從該等行信 说處理電路5輸出至該水平信號導線12。 >該輸出電路7處理循序地經由該水平信號導線12供應自 :亥：打信號處理電路5之信號’並且輸出合成信號。明確 : 该輸出電路7例如藉由以下處理信號：僅緩衝信 或者於緩衝該等信號前，使信號經受行中之變化之黑 階调整、校正、放大、涉及色彩之—程序，或其類似物。 圖1中，輸入/輸出端子1 〇係於左側及右側提供。 像素之等效電路 ”員示》亥像素2之一等效電路的一範例。根據此電路範 例之像素2包含用作一光電轉換部分的一光二極體21 ,及 四個# "ί* $ 拿電晶體22至25。該四個像素電晶體係由一傳送電 139455.doc 10· 201003906 晶體22、一重設電晶體23、一放大電晶體24及一選擇電晶 體25構成。此等像素電晶體22至25例如包含η通道MOS電 晶體。 該光二極體21根據接收之光量而將光轉換至具有若干電 荷之信號電荷（在此具體實施例中，其係電子）。該光二極 體21之陰極（η型區）係連接至該放大電晶體24之閘極，其間 有該傳送電晶體22。電連接至該放大電晶體24之閘極的一 節點26係稱為一 FD(浮動擴散）部分。 該傳送電晶體22係連接於該光二極體2 1之陰極與該FD 部分26之間。當該傳送電晶體22接收傳送脈衝(|)TRG時， 該傳送電晶體22進入導通狀態（on state) ’並且將該光二極 體21之信號電荷傳送至該FD部分26。該FD部分26對應於 該傳送電晶體22之汲極區。 至於該重設電晶體23，其汲極係連接至一像素電源 Vdd，而且該重設電晶體23之源極係連接至該FD部分26， 亦即，該傳送電晶體22之源極。當該重設電晶體23之閘極 經由一重設導線28接收重設脈衝c()RST時，該重設電晶體 23進入該導通狀態。於將信號電荷從該光二極體2 1傳送至 該FD部分26前，該導通狀態中之重設電晶體23移除至該像 素電源Vdd之FD部分26之電荷，以便重設該FD部分26。 至於該放大電晶體24，其閘極係連接至該FD部分26， 該放大電晶體24之汲極係連接至該像素電源Vdd，而且該 放大電晶體24之源極係連接至該選擇電晶體25之汲極。該 放大電晶體24輸出已由該重設電晶體23重設之FD部分26之 139455.doc -11 - 201003906 電位’當作-重設位準。該放大電晶體24亦輸出已由該傳 送電晶體22將信號電荷傳送料之叩部分％之電位，當作 一信號位準。 至於該選擇電晶體25’其源極係連接至該垂直信號導線 9。當邊選擇電晶體25之閘極經由一選擇導線29接收選擇 脈衝(^SEL時，該選擇電晶體25進入該導通狀態，並且選擇 該像素2，及將輸出自該放大電晶體24之信號傳遞至該垂 直信號導線9。 在該橫向方向之導線（亦即，一傳送導線27、該重嗖導 線28及該選擇導線29)係由一列中之像素共用並且由該 垂直驅動電路4加以控制。用於固定該像素2之p型半導體 井區中之一電位的一 P井導線（未顯示）係固定於一接地電 位。 或者可利用另—電路組態，其中該選擇電晶體25係連 接於該像素電源Vdd與該放大電晶體24之汲極間。在此組 〜'中4放大電晶體24之源極係連接至該垂直信號導線 9 〇 遠寺像素電晶體不限於上述四電晶體組態，而1亦可利 用由—傳送電晶體、—重設電晶體及—放大電晶體所構成 =三電晶體組態。或者’―固態成像器件可包含像素共用 單兀其中複數個傳送電晶體以外之像素電晶體係由複數 個光-極體共用’該等像素共用單元係以二維排列。 一頂表面光接收類型CM〇s固態成像器件包含一多層佈 線層’、中夕層佈線係設於一基板之頂表面上，其間有一 139455.doc -12- 201003906 層間絕緣薄膜，該基板包含在其上所形成的—像素陣列； 在該多層佈線層上之一晶載濾色片，其間有一平坦化薄 膜；以及在該晶載濾色片上之一晶載微透鏡。一遮光薄膜 係於該光接收區及周邊電路區以外之像素陣列之有效像素 區中形成。此遮光薄膜可例如形成有該多層佈線層之最上 層中之佈線。 一底表面光接收類型c M 〇 S固態成像器件包含設於一基 板之頂表面上的一多層佈線層，該基板上形成一像素陣 列；以及堆疊在該基板之底表面上之一晶載濾色片及一晶 載微透鏡。 特定言之，一種根據本發明之一具體實施例之固態成像 器件具有該光電轉換部分之組態中的一特徵。明確地說， -種根據本發明之一具體實施例之固態成㈣件包含一光 電轉換部分中提供該光電轉換部分甲之電位之形狀， 使付電何主要係以一半導體基板之深度方向（亦即，以該 垂直方向）累冑。此具體實施例之—光電轉換部分係由包 含一 pn接面的一光二極體構成。 明確地說，此具體實施例之光電轉換部分係經組態以在 平行於在-半導體基板之深度方向上之—平面的_pn接面 中累積比在於平行於該半導體基板之—頂表面的_pn接面 中更多的電荷。 根據此具體實施例之一固態成像器件之組態（尤其，用 作該固態W象器件 < 光電轉換部分之一光二極體之組態） 係可應用於頂表面錢收類型固態成像料及底表面光接 139455.doc •13· 201003906 收類型固態成像器件二者。 第一具體實施例：底表面光接收類型固態成像器件之基本 組態 圖3 A及3B顯示一種根據本發明之一第一具體實施例之 固恕成像器件，尤其，用作該固態成像器件之光電轉換部 分之一光二極體之基本組態。圖3八及3B中的一固態成像

益件3 1係一底表面光接收類型CMOS固態成像器件。圖3 A 及3B係包含光二極體及傳送電晶體之主要部分之斷面圖。 參考圖3 A，在根據該第一具體實施例之固態成像器件3 i 中，一第一導電型（例如，p型）半導體井區Μ係於一半導體 基板32中形成，而且根據本發明之第一具體實施例的一光 二極體211係於該p型半導體井區33中形成。明確地說，該 P型半導體井區33包含以該基板32之深度方向垂直伸長的 第一導電型（例如，㈣）半導體區34 ;亦垂直伸長並且係 與该η型半導體區34之一表面接觸的一p型半導體區”，該 表面以該深度方向延伸；及該ρ型半導體井區似頂表面 ^的-Ρ型半導體區36。該垂直伸長ρ型半導體區Μ含有一 較該Ρ型半導體井區33中更高之雜f濃度。該垂直伸長打型 丰導體區34、該垂直伸長Ρ型半導體區35及該頂表面中 型半導體區㈣成該像素之光二極體211。該頂表面中 ^半導體區⑽卩制來自位在料導録板32之頂表 面之暗電流。 ’ 體半導體區所構成的一FD部分38係於該Ρ型半導 -3之頂表面中形成…傳送閘極電極41係於該基板 139455.doc -14- 201003906 32上（其間有-閘極絕緣薄膜39)並且在該fd部分脑該光 ；"極體2U間之基板32的—區上方形成。因此，形成該傳 送電晶體2 2。用於物击，丨你φ t p制暗電的一 p型半導體區42係於該 半導體基板·32之底表面.., _衣面中形成。使光L入射在該固態成像 . 器件31之底表面上。 • 主要由於由該垂直伸長η型半導體區34及該垂直伸長㈣ 半導體區35所形成之一 ρη接面^之存在，該光二極體2ΐι C 在該冰度方向之整個區，或者以該η型半導體區34之 深度方向延伸的一區，當作一電荷累積區。在此組態中， 形成該η型半導體區34及該ρ型半導體區35,使其於該深度 方向之正個區上具有大體上相同之雜質濃度。 在此、、且L中，參考顯不電位分布之圖3Β ,其提供該光二 極體2U中之一電位1之形狀，使得信號電荷主要累積在該 垂直平面中。 該光二極體211包含平行於該半導體基板32之頂表面並 CJ ，在該η型半導體區34與該頂表面中之ρ型半導體區（ρ+ 區Ρ6之間形成的—ρη接面j2 ;及平行於該半導體基板似 深度方向上之一平面並且在該11型半導體區34與側表面中 之P型半導體區（P+區）35之間形成之pn接面“。在此组態 中，明確地說，提供該光二極體211，使得在平行於在該 深度方向上之平面之ρη接面ji中累積比在平行於該半導體 基板32之頂表面之pn接面j2中更多的信號電荷。 提供該光二極體2Π當作一垂直光二極體。注意：該第 一具體實施例之「垂直伸長」之光二極體之表達並非關於 139455.doc -15· 201003906 该光二極體之縱橫比，而係關於電荷累積區之縱橫比。 為了與本發明比較之目的，圖25入及25]6顯示對應於一 現存底表面光接收類型CM〇s固態成像器件的一參考範 例，尤其，其包含用作一光電轉換部分之—光二極體之主 要部分。在該參考範例的一固態成像器件u丨中，一第一 V電型（例如，p型）半導體井區113係於一半導體基板112中 形成，而且一光二極體116係於該p型半導體井區113中形 成。该光二極體ll6係由該頂表面中的一 p型半導體區（p + 區）114及在該p型半導體區114下的一 n型半導體區115構 成。參考數字120表示一 ρ型半導體區的一器件隔離區。— η型半導體區的一 FD部分丨丨7係於該ρ型半導體井區丨13之頂 表面中形成。一傳送閘極電極119係於該基板ιΐ2上（其間 有一閘極絕緣薄膜118)並且在該^部们17與該光二極體 116之間之基板112的一區上方形成。因此，形成一傳送電 晶體12丨。用於抑制暗電流的一p型半導體區122係於該半 導體基板112之底表面界面中形成。 該光二極體116包含具有—高雜質濃度並且係於該η型半 導體區115之頂表面中形成的-η區"5Α ’及該深度方向上 之具有一較低雜質濃度的一η_區】15Β和ι_區Η% ,當作 該η型半導體區115。在該光二極體116中該頂表面中田之η 區115Α大體上用作-電荷累積區，同時在該η區115Α下之 具有較低雜質濃度之η_區1158及心區U5C不用作—電荷累 積區。就縱橫比方面’用作該光二極體116之電荷二區 之η區U5A具有一水平定向之形狀。因此，參考顯示電位 139455.doc -16- 201003906 刀布之圖25Β，提供該光二極體ιΐ6中之—電位η之形狀， 使得信號電荷水平累積。 在根據該第-具體實施例之固態成像器仙中，由於該 體井區33具有一較該Ρ型半導體區（Ρ+區）35更低之 雜質/辰度’ 4η型半導體區34之大部分電容係、提供於該_ 半導體區34與該γ 〜 Pi + V體區（p+區）35之間之pn接面電 「Λ ϋ :。因：：由光電轉換所提供之大部分信號電荷(在該第 八體只k例中’其係、電子）係累積於該㈣半導體區Μ之 側表面^亦即，該n型半導體區34。結果，使用此一組 ^光一極體211具有覆蓋區的一已增加飽和 :何里#使當使用具有一已減小大小之像素時該飽和 電荷量之此一增加可導致該動態範圍的一增加。 根據.亥第一具體實施例，由於一飽和電荷量可具有較小 覆皿區所以可提供具有一進一步減小大小之像素。結 果’可製造具有-較小大小之固態成像器彳、具有一較小 幻之相機、具有一較高解析度之固態成像器件' 具有一 較高解析度之_，及其類似物。由於可以—較小^小製 造固態成像器件，可減低該製造成本。 此外’該第-具體實施例之垂直光二極體組態准許於光 $ _所提供之信號電荷到達—基板之頂表面前捕獲該信 號電荷。結果，減低到達相鄰光二極體之信號電荷之出 現，藉此減低色彩混合之出現。 第-具體實施例：頂表面光接收類型固態成像器件之基本 具體實施例 139455.doc -17· 201003906 圖4顯示一種根據本發明之—第二具體實施例之固態成 像器件，尤其，用作該固態成像器件之光電轉換部分之_ 光二極體之基本組態。圖4中的-固態成像器件44係一頂 表面光接收類型CMOS固態成像器件。圖4係包含一光二極 體及一傳送電晶體之主要部分的一斷面圖。 &如該第-具體實施例中’在根據該第二具體實施例之固 態成像器件44中，-第―導電型（例如，㈣）半導體井區μ 係於一半導體基板32中形成，而且根據本發明之第二且體 實施例的-光二極體211係於該_半導體井㈣中形成。 明確地說’該p型半導體井區33包含以該基板似深度方 向垂直伸長的一第二導電型(例如，。型)半導體區Μ ;亦垂 ^申長並且係與該„型半導體區34之_表面接觸的一 p型半 導體區35，該表面以該深度方向延伸；及該p型半導體井 品。頁表面中的一 P型半導體區36。該垂直伸長p型半導 體區35具有—較該p型半導體井區33更高之雜質濃度。該 垂直伸長η型半導體區34、該垂直伸長p型半導體區μ及該 員表面中之ρ型半導體區36構成該像素之光二極體211。該 頂表面中之ρ型半導體區36抑制來自位在該基板32之頂表 面之界面之暗電流。 由11型半導體區所構成的一 FD部分38係於該ρ型半導 體井區33之頂表面中形成。—傳送閘極電極41係於該基板 32上（其間有—閘極絕緣薄膜39)並且在該FD部分38與該光 一極體211之間之基板32的一區上方形成。因&，形成該 傳达私阳體22。使光l入射在該固態成像器件3】之頂表面 139455.doc -18- 201003906 上0 根據與該第一具體實施例不同之第二具體實施例之固態 成像器件44之特徵在於該p型半導體區42並未在該半導體 基板32之底表面中形成，而且一晶載濾色片及一晶载微透 鏡係於頂表面側上形成。其他特徵係大體上與該第一具體 實施例中之特徵相同。

根據該第二具體實施例之固態成像器件44包含該光二極 體211 ’其具有一與該第一具體實施例中類似之組態，因 而提供類似於該第一具體實施例中所述之優點。 第三具體實施例 圖5A及5B顯示一種根據本發明之一第三具體實施例之 固態成像器件，尤其，用作該固態成像器件之光電轉換部 匀的一光二極體。圖5 A係包括一光二極體及一傳送電晶體 之主要部分的一斷面圖。在根據該第三具體實施例的一固 態成像器件46中一第—導電型（例如，P型）半導體井區33 係於一半導體基板32中形成，而且根據本發明之第三具體 實施例的一光二極體212係於該P型半導體井區33中形成。 %奶s兄，該p型半 ----…成签伋之深度 方向從該頂表面垂直伸長的—p型半導體區47，及與該p型 體區47之周圍接觸的—n型半導體區48，該周圍包含 體區47之底表面及側表面。該垂直伸長Ρ型半導 且：：有—較該ρ型半導體井區33中更高之雜質濃度。 ^-南雜質濃度的一 ρ型半導體區49進一步 體㈣之W上形成。形成在制表面 = 139455.doc -19- 201003906 導體區49’用以覆蓋除了在該 電極側上之頂表面之—部八以外之傳送閘極 Tg * 77卜之n型半導體區48之整個 頂表面，而且用以覆蓋該p型半導體區Ο 該P型半導體井區33之頂表 」固頂表面及 47^ 49# Mi ^ 邛刀。該寻P型半導體區 〇及49係藉由植入_p型雜質 η型半導體區48係藉由植人、】）之料所形成。該 开4 m拙 植入一 η型雜質（例如，磷）之離子所 心成。该垂直伸長η型半導體 兮+士 區-及該頂表面中之二二:㈣伸長㈣半導體 體⑴。該頂表面中^型半導/;構成該像素之光二極

Pi +導體區49抑制來自位在該基板 32之頂表面之界面之暗電流。 該垂直伸長η型半導體區48及該垂直伸長p型半導體區Ο

係藉由具有不同檳入故旦a A b里之複數個離子植入所形成，以便 在該珠度方向上之暫他P L & 正個£上具有大體上相同之雜質濃度。 ”中累積電何之以下所述的一 ρη接面」】係由該基板Μ之深 度方向上之具有―1帅或1陶以上之長度的一表面構成。 可見光中之紅光最】袁和丨、去s ^ 取通到達至矽中。大部分紅光係於一 1 μηι 之深度内受光電轉換’因而具有- 1 μηι或1 μΐΏ以上之深度 之ρη接面j 1係有利於提供充分高敏感度，並且減低色彩混 合之出現。該pn接面财具有一 i _或1 _以上之深度。 然而，該Pn接面〗丨應具有一 4 口爪或々 μπι以下之深度，因為 了見光大體上不會到達—4㈣或4 _以上之深度而且至 此一深度之離子植入係以一特別裝置加以處理，其大量地 增加該製造成本。 由一 η型半導體區所構成的一 FD部分38係於該Ρ型半導 139455.doc -20- 201003906 體井區33之頂表面中形成。一值择門技兩上 ^ 傳迗閘極電極41係於該基板 32上（其間有—閘極絕緣薄膜39)並且在該FD部分38與該光 二極肢212之間之基板32的-區上方形成。因&，形成該 傳送電晶體22。該傳送閘極電極41係例如由_多_薄膜 形成。

在根據該第三具體實施例之固態成像器件46中，該光二 極體212中之η型半導體區48之大部分電容係於以該深度方 向延伸之η型半導體區型半導體區47之間所提供之ρη 接面電令因此’於接收光之後立即藉由光電轉換所提供 之大部分信號電荷（在該第三具體實施例中，其係電子）係 累積在以該深度方向延伸之垂直伸長ρ型半導體區47之側 表面，亦即，該η型半導體區48。當該傳送電晶體22進入 該導通狀態時，在該η型半導體區48中累積之信號電荷圍 繞該Ρ型半導體區47而移動，並且係傳送至該FD部分38。 根據該第三具體實施例之固態成像器件46包含該光二極 體212，其中在一以該深度方向延伸之平面中用作主要電 荷累積區之ρ η接面j 1具有比在一平行於該半導體基板3 2之 頂表面之平面中之區域更大的區域，藉此可將較多信號電 荷保持在以該深度方向延伸之表面中。使用此一光二極體 組態，即使當使用具有一已減小大小之像素時，仍可提供 一充分南之飽和電荷量。 注意，在揭示於曰本未審查專利申請案公告第2〇〇5_ 191262號之組態中，由ρ型半導體區及其類似物所構成之 器件隔離區之側表面亦有利於該等光二極體中之飽和電 139455.doc •21 · 201003906 荷。然而，電荷主要係保持在 組態不期望將電荷保持在 ：面中，而且該 如在該第-具體實施例之;：度中方:延:，之側表面中。 例之光二極體-具有該HU 三具體實施 即使當使用具有一已.诗，丨、士， 匕不电何里。 此一/ ，、之像素時，該飽和電荷量之 1 =可導致該動態範圍的—增加。由於增加-覆蓋s 的一飽和電荷量，可提供具有—進—步減小大小： mi p m㈣於藉由光電轉換所提 „ 土板之頂表面前捕獲該信號電荷。妹 果，減低到達相鄰像素之光二極體 订、，。 此減低色彩混合之出現。m“何之出現’藉 根據。亥第二具體實施例， 態成像器彳、且有“具有—較小大小之固 之固能^ 之相機、具有—較高解析度

之固態成像器侔、且古 h A /、有一較雨解析度之相機，及其類似 物。由於可以_ .1 I f .a. Μ衣k固態成像器件，可減低該製 造成本。 第四具體實施例 圖Μ及犯顯示—種根據本發明之一第四具體實施例之 固態成像器件’尤其’用作該固態成像器件之光電轉換部 分的-光二極體。圖6A係包含一光二極體及一傳送電晶體 之主要部分的一斷面圖。在根據該第四具體實施例的一固 態成像器件51中，具有一稍微較高雜質濃度的_ n型半導 體區52係進一步於該η型半導體區48的一部分中形成，在 圖5Α所示之組態中，該部分係靠近該傳送閘極電極w。該 139455.doc -22· 201003906 固態成像器件51之其他特徵係與圖5績示之組態中之特徵 相同，因而相似特徵係以相似參考數字表示，而且係不二 以描述。 根據該第四具體實施例之固態成像器件51包含在構成該 . 丨二極體型半導體區48之—部分中之具有—稍純 、 ，濃度之n型半導體區”，該部分係靠近該傳送閉極 電極41。在此組態中，於該η型半導體區48中產生電位梯 〇 纟。結果’可較容易地從該η型半導體區48的-深部分傳 送信號電荷。根據該第四具體實施例之光二極體SB具有 一與該第三具體實施例之光二極體212類似之基本組態， 因而在該第四具體實施例中亦提供類似於該第三具體實施 例中所述之優點。 第五具體實施例 =7 Α及7 Β顯示-種根據本發明之—第五具體實施例之 固態成像器件，尤其，用作該固態成像器件之光電轉換部 I) 分的一光二極體。圖7A係包含一光二極體及一傳送電晶體 ^主要部分的一斷面圖。在根據該第五具體實施例的一固a 〜成像器件54中’—溝渠55係於―第―導電型（在該第五 . 4體實施財，其係p型）半導體井㈣中形成；該溝渠55 ，係、以一絕緣薄膜56填充；而且根據本發明之第五具體實施 例的-光二極體214係圍繞該絕緣薄膜％而开）成。該絕緣 薄膜56係例如由氧化矽薄膜形成。 明確地說’纟該第五具體實施例中，开》成以該深度方向 延伸的-P型半導體區57,使其圍繞填充該溝渠55之絕緣 139455.doc -23- 201003906 薄膜56 ;而且形成一 n型半導體區58，使其圍繞該p型半導 體區57。一 p型半導體區49係進一步於該n型半導體區58之 頂表面中形成。以該深度方向延伸之ρ型半導體區57與η型 半導體區58及該頂表面中之ρ型半導體區49構成該光二極 體214。形成該等ρ型半導體區57及49，使其具有一較該ρ 型半導體井區33更高之雜質濃度。該等ρ型半導體區”及 49亦減低來自位在該絕緣薄膜56與該基板32之頂表面之界 面之暗電流。該固態成像器件54之其他特徵係與圖5Α所示 之組態中之特徵相同，因而相似特徵係以相似參考數字表 示’而且係不加以描述。 根據該第五具體實施例之固態成像器件54包含該垂直光 二極體214，其包含以該深度方向延伸之ρ型半導體區”及 η型半導體區58 ^使用此一組態，即使當使用具有一已減 小大小之像素時，仍可提供一充分高之飽和信號量。因 此，提供類似該第三具體實施例中所述之此類優點。 可形成έ亥第五具體實施例中之ρ型半導體區57及^型半導 體區5 8，使其在該深度方向具有一均勻雜質濃度，其係例 如藉由形成該溝渠55後之遍及該溝渠55之汽相擴散。 第六具體實施例 圖8及9顯示一種根據本發明之一第六具體實施例之固態 成像器件，尤其’用作該固態成像器件之光電轉換部分的 一光二極體。圖8係包含一光二極體及一傳送電晶體之主 要部分的—斷面圖。圖9係一單元像素的一斷面，該斷面 係沿著圖8中之斷面線ΐχ-ΐχ所取得。在根據該第六具體實 139455.doc -24- 201003906 她例的si態成像器件61中，一溝渠器件隔離區64係於— 半導體基板32的-p型半導體井區33中形成，以便界定每 -料，該溝渠器件隔離區64係藉由以—絕緣薄膜Ο填充 一深溝渠62所形成；而且形成一光二極體215，其係由該 溝，器件隔離區64之内側表面所圍繞。填充該溝渠^之絕 緣薄膜63例如係二氧化矽（Si〇2)薄膜。 曰參考圖9，在平面圖中將該溝渠器件隔離區64形成如一 曰曰格形狀區，使其圍繞像素。形成一 p型半導體區Μ，使 其與該溝渠器件隔離區64之内周圍表面接觸，並且延伸至 該溝渠器件隔離區64之深度。形成n型半導體區66，使其 與違P型半導體區65之内周圍表面接觸。如圖8中所示，連 續地形成該p型半導體區65，使其覆蓋構成該溝渠器件隔 離區64之絕緣薄膜63之側表面及底表面。該等n型半導體 區66係於構成該溝渠器件隔離區Μ之絕緣薄膜以兩側分 ㈣形成Κ立在圖8中之溝渠器件隔離區Μ之左側及右 側之η型半導體區66分別對應於該等相鄰像素。如同上述 f月况，一ρ型半導體區49係於該等η型半導體區66之基板頂 表面侧上形成。 形成該等ρ型半導體區65及49,使其具有一較該ρ型半導 體井區33更高之雜質濃度。該等Ρ型半導體區65與49及該η 型半導體區66構成該光二極體215。如同以上，中所述之 情況’該等ρ型半導體區65及49亦減低來自位在絕緣薄膜 63與該基板32之頂表面（該像素之頂表面）之界面之暗電 流。在該第六具體實施例中’像素電晶體（未顯示）係於該ρ 139455.doc -25- 201003906 1半導體井區33之頂表面部分中形成，該頂表面部分係由 該溝渠器件隔離區64所圍繞。 包含該傳送電晶體22之其他特徵係與第三具體實施例 (圖5)中所述之組態中之特徵相同’因而相似特徵係以相似 參考數字表示，而且係不加以描述。 根據该第六具體實施例之固態成像器件61包含該垂直光 極體215 ’其包含以該深度方向延伸之P型半導體區65及 η型半‘體區66。吏用此一組態，即使當使用具有一已減 J大小之像素時，仍可提供一充分高之飽和信號量。因 此，提供類似於該第三具體實施例中所述之此類優點。在 該第六具體實施例中，形成該光二極體215 ,使其與該溝 渠器件隔離區64所界定之一區之整個内周圍接觸，藉此增 加ρη接面之面積，因而可增加該飽和電荷量。此外，該 光一極體215係由該溝渠器件隔離區64所圍繞，因而減低 到達相鄰像素之光二極體之信號電荷之出現，該信號電荷 係藉由一深部分中之光電轉換加以製造。結果，可減低色 彩混合之現象。 注意：在圖8及9中該溝渠器件隔離區64之存在並非不可 或缺 ^未升y成5亥溝渠件隔離區64時，亦可使用其中， P型半導體區（P+區）65亦作為一器件隔離區的一組態。 第七具體實施例 圖10A及10B顯示一種根據本發明之一第七具體實施例 之固態成像器件，尤其’用作該固態成像器件之光電轉換 部分的一光二極體。圖10A係包含一光二極體及一傳送電 139455.doc -26- 201003906 晶體，主要部分的一斷面圖。在根據該第七具體實施例的 一固態成像器件68中，—深溝渠69係於—半導體基板32的 —P型半導體井區33中形成；而且-P型半導體區71及一 η 型半導體區72係於該ρ型半導體井區33的一部分中循序地 形成，该部分圍繞該溝渠69。⑽型半導體區川系於該η型 半導體區72之溝渠69側上形成。該η型半導體區72係於該ρ 型半導體區71的-側上形成’該側係與該溝渠的相反。如 同以上圖8中所述之情況’一Ρ型半導體區49係於該η型半 導體區72之基板頂表面側上形成。 在該第七具體實施例中’―傳送間極電極74係進一步於 該溝渠69的一閘極絕緣薄膜73上形成。該傳送問極電㈣ 係於該間極絕緣薄膜73上形成，使其沿著該基板之頂表面 延伸，並且到達在該Ρ型半導體井區33之頂表面中形成之 1型半導體區之—FD部分38之一邊緣上方的一位置。該 光二極體216係由以該深度方向延伸之p型半導體區7卜該 頂表面中之ρ型半導體區49及該n型半導體區Μ構成。參考 數^表示例如由-㈣擴散區 '一絕緣薄膜（例如，氧化 矽薄膜）或其類似物所構成的一器件隔離區。 如在上述情況中，亦形成以該深度方向延伸之P型半導 體區71及該頂表面中之P型半導體區49，使其具有一較該 第七具體實施例中之p型半導體井區33更高之雜質濃^ 例如由氧化石夕薄膜所構成的一層間絕緣薄膜％係於該:板 32之頂表面上形成。 土 當以一絕緣薄膜填充一溝渠並且圍繞該溝渠而形成構成 139455.doc -27- 201003906 一光一極體之p型半導體區71及n型半導體區72時，在該溝 渠與該Ρ型半導體區71之間之界面製造許多缺陷。取=於 一製造程序，存在以下的一可能性：僅存在該ρ型半導體 區（Ρ+區）7 1不會減低暗電流或白點。 反之，根據該第七具體實施例之固態成像器件68具有以 下的一組態：其中以該傳送閘極電極74填充該溝渠69，使 得該閘極絕緣薄膜73在該溝渠69與該傳送閘極電極Μ之間 提供。使用此組態，於接收光並且累積電荷之後立即施加 一負電壓至該傳送閘極電極74導致在該界面中收集電洞， 而且准„午減低暗電流及白點之出現。該ρ型半導體區71抑 制阻止將電荷傳送至該FD部分38。此阻止係由該光二極體 之η型半導體區72之電位的一增加所造成，該增加係由該 傳送閘極電極74與該光二極體之η型半導體區72之間之電 容耦合所致。 根據該第七具體實施例之固態成像器件6 8包含該垂直光 一極體216 ’其包含以該深度方向延伸之ρ型半導體區71及 nf半‘體區72。使用此一組態，即使當使用具有一已減 小大小之像素時，仍可提供一充分高之飽和信號量。因 此’亦提供類似於該第三具體實施例中所述之此類優點。 第八具體實施例 圖Π A及11 β顯示一種根據本發明之一第八具體實施例 之固態成像器件，尤其，用作該固態成像器件之光電轉換 4刀的一光二極體。圖11Α係包含一光二極體及一傳送電 曰曰體之主要部分的一斷面圖。在根據該第八具體實施例的 139455.doc •28· 201003906 一固態成像器件77中，一、、吳、、番巨μ 冰溝朱69係於一半導體基板 一 ρ型半導體井區33中 极2的 形成’而且一光二_17係於除了 =〜板32之頂表面之—區以外之㈣半導體井㈣的 :表面中形成，該等表面圍繞該溝渠的。該光二極體π 係由與該溝渠69接觸之？料導體㈣及與 71之表面接觸之η型半導體區72構成，該等表面係:= 反該Ρ型半導體區71之表面係與該溝渠69接

，半導體㈣，使得該„型半導體區72之頂端高於該ρ成料 ¥體區71之頂端之高度。 在此、'且^'、中，亦形成構成該光二極體2 1 7之ρ型半導體區 71及η型半導體區72 ’使其具有以該深度方向延伸的一垂 直形,。形錢ρ型半導體區71，使其具有一較該ρ型半導 豆井1间之亦隹貝斥漢度。例如由氧化石夕薄膜所構成的一 層間絕緣薄膜7 6係於該基板3 2之頂表面上形成。 形成11型半導體區所構成的一 FD部分3 8，使其與該基 板之頂表面中之溝渠69接觸。明確地說’該FD部分3 8係 緊接該光二極體217上方而形成。形成—傳送閑極電極 74 a以便在其間以-閘極絕緣薄膜73填充該溝渠69。在此 广匕、中°亥傳运電晶體22以該基板32之深度方向（亦即， ^垂直方向）傳送電荷。參考數字75表示例如由—ρ型擴散 * 、邑緣薄膜（例如，氧化石夕薄膜）或其類似物所構成的 一器件隔離區。 根據該第八具體誊# /έ| > π & 、隨貫％例之固態成像器件77包含該垂直光 二極體217，句人、，^ z、匕3以該深度方向延伸之ρ型半導體區71及 139455.doc -29- 201003906 n型半導體區72。使用此一組態’即使當使用具有一已減 小大小之像素時，仍可提供一充分高之飽和信號量。因 此’亦提供類似於該第三具體實施例中所述之此類優點。 在此組態中’該光二極體217及該FD部分38係垂直地對 準’因而可達成該固態成像器件之大小之進一步減低。 第九具體實施例 圖12顯示—種根據本發明之一第九具體實施例 像器件，尤其，用作該固態成像器件之光電轉換部分的 光一極體。圖12係包含一光二極體及一傳送電晶體之主要 部分的一斷面圖。在根據該第九具體實施例的一固態成像 牛中根據δ亥第九具體實施例的一光二極體2 1 8係於 一半導體基板32的—Ρ型半導體井區33中形成。該光二極 體218係由-η型半導體區82及—^型半導體區μ構成。 在該第九具體實施例中，尤其，該ρ型半導體區83係由 =下構成一ρ+^83α，其係於該η型半導體區以整個頂 形成JE且亦作為抑制暗電流；及 以該深度方向從該_ : ，、 深度方向具有-類！半導體區83,使其於該 、卞貝/辰度。亦形成該η型半導體g -使其於該深度方向具有—類似雜f濃度。丰導仏 域^二具！實施例之光二極體218具有-大叩接面區 域，並且包含以&型半導體區^ 妾面匚 ，在此組態中，形成—電…中；==之㈣ 直方向（深度方向）累積。 ，、中電何主要係以該垂 139455.doc -30- 201003906 由n型半導體區構成的一 FD部分38係於該p型半導體 井區33之頂表面中形成。一傳送閘極電極41係於該基板32 上（其間有一閘極絕緣薄膜39)並且在該FD部分38與該光二 極體218之間之基板32的一區上方形成。因此，形成該傳 送電晶體22。

根據S亥第九具體實施例之固態成像器件81包含該光二極 體218，其包含該11型半導體區82及該p型半導體區μ，其 中其橫斷面積曾經係以該深度方向減低。在此組態中，該 pn接面電容係很大，而且電荷主要係以該垂直方向累積。 結果，可累積較多信號電荷，而且即使當使用具有一已減 J大]之像素犄，仍可提供一充分高之飽和電荷量。因 此&仏邁似於s玄第二具體實施例中所述之此類優點。 用於製造固態成像器件之方法 下文描述用於製造根據本發明之具體實施例之固態成像 器件之方4 | A等下列具體實施例中，僅描述用於製造 光二極體之方法。 製造方法之第一具體實施例 圖13A至1SF顯示一種用於製造根據本發明之一第一具 體實施例之一固態成像#夕古、土 4-' # 又1豕态仵之方法，尤其，—種用於製造 構成該固態成像器件之一像♦ 像I之光一極體之方法。在此 第一具體實施例中所製造之# _ 士脚 厂丨衣ie之九一極體對應於圖5八及6A中 所示之光二極體。 百先參考圖13A，在一半導體基板32之一 p型半 33之頂表面上形成一絕緣薄獏88，其具有一具某一厚度之 139455.doc •31 - 201003906 87 ^ = 〇2)缚祕及—具某—厚度之氮化邦iN)薄膜 佳、因广構。作為—钱刻掩膜，該氮切薄膜87係最 監擇=為在㈣邦〇中可提供氮切與邦丨)之間的一高 =粗°用作下層之氧切薄膜86抑制該秒之表面中 &，該粗㈣係由該氮切薄购所造成。因此， 该虱化矽薄膜％保護該矽之表面。 然後參考圖UB，藉由選擇性蝕刻該絕緣薄膜88之一部 ^而形成延伸至該石夕之表面的—開口89，該部分對應Μ 中奴形成-光二極體的一區。隨後藉由—溫和氧化處置在 该開口 89中之已曝露矽之表面上形成氧化矽薄膜91。 然後參考圖14C，藉由以該絕緣薄膜88用作—掩膜將一打 型雜質92(例如’磷（Ρ))之離子植人至離該奴表面大約2 μιη的一沬度中而形成以該深度方向垂直伸長的一 口型半導 體區48。磷(Ρ)之此離子植入係處理二或多:欠，例如大約 10次’其中每次將該等離子垂直地植人至―稍微不同之深 j(亦即，以一不同植入能量）至離該矽之表面大約2 的 一深度中。每次該雜質之離子係以幾乎相同劑量植入。 然後參考圖14D，形成一絕緣薄膜93，例如，二氧化矽 (Si〇2)薄膜，以便覆蓋包含該開口89之内表面之絕緣薄膜 88之表面。 然後參考圖15E，藉由反應性離子蝕刻回蝕絕緣薄膜93 (例如，二氧化矽薄膜）。結果，在該開口 89之内壁上形成 由該絕緣薄膜93(例如，二氧化矽薄膜）所構成之側壁 93A。 139455.doc -32- 201003906 然後參考圖15F，藉由以該絕緣薄魏及該等側壁93a 用作掩膜將一 p型雜質94(例如，硼(B))之離子植入至離該 石夕之表面大約18 _的—深度中而在該n型半導體區财 形成以該深度方向伸長的一 p型半導體區47。如上述之情 - Λ中’硼(B)之此離子植入係處理二或多次，例如大約10 ， -人’其中母次將該等離子垂直地植人至—稍微不同之深度 ,即，以一不同植入能量）至離該石夕之表面大^ 8降二 η —深度中。每次該雜質之離子係以幾乎相同劑量植入。因 此，形成-光二極體，其用作一主要部分，並且包含以該 深度方向伸長。型半導體區48&型半導體區47之間的一 ρη接面。 於此步驟後，將該氮切薄膜87、該氧切薄膜％及側 壁9SA剝離，而且處理一般製造步驟。 例如，參考圖16Α，在該η型半導體區48及該ρ型半導體 區47之頂表面中形成—Ρ型半導體區的。結果，形成根據 〇 圖5令所示之第三具體實施例之光二極體⑴，該光二極體 212係由以4深度方向伸長型半導體區 區似此等區之頂表面中之ρ型半導體區49構成。 ‘ &者，例如，參考圖㈣，在該η型半導體區料之傳送閉 ㈣極（未顯示）之附近形成具有一高雜質濃度的一 η型半導 體區52;而且在該等η型半導體區48與52及該ρ型半導體區 47之頂表面中形成該㈣半導體以9。結果，形成根據圖6 中所示之第四具體實施例之光二極體213，該光二極細 係由以該深度方向伸長之η型半導體區型半導體區Ο 139455.doc • 33 · 201003906 及此等區之表面中之p型半導體區49和n型半導體區52構 成。 製造方法之第二具體實施例 圖17Α至i8D顯示一種用於製造根據本發明之一第二具 體實施例之一固態成像器件之方法’尤其，一種用於製造 構成該固態成像器件之一像素之一光二極體之方法。此第 二具體實施例的一製造方法包含以下的一步驟：形成以該 深度方向伸長的一 η型半導體區及一 P型半導體區，並且隨 後在該P型半導體區中形成一溝渠。 麥考圖17A，藉由以該等側壁93A及該絕緣薄膜88用作 掩膜植入—P型雜質94之離子而在該η型半導體區48中形成 5亥？型半導體區47。直至並且包含圖17八中之此步驟之製造 方法中之步驟係與圖丨3 Α至丨5F中所述相同。 然後參考圖17B，進一步在合成結構之頂表面上形成一 絕緣薄膜96，例如，二氧化矽（Si02)薄膜。 然後參考圖18C，藉由反應性離子蝕刻回蝕該絕緣薄膜 96(例如，二氧化矽薄膜）。結果，在該等側壁93A之内表 面上形成由該絕緣薄膜96構成之側壁96A。 …後參考圖1 8D ’藉由以該等側壁96A用作掩膜進行選 擇性蝕刻而在該P型半導體區47中形成一溝渠97。 其後，可例如藉由在該n型半導體區48及該p型半導體區 之頂表面中形成一 p型半導體區並且以諸如氧化矽薄膜 的絕緣缚膜填充該溝渠97，而形成根據圖7A及中所 不之第五具體實施例之光二極體214。 139455.doc -34- 201003906 及藉由於形成該溝渠97後在該n型半導體區48 區47之頂表面中形成-。型半導體區並且在 成—傳送間極電極且其間有-閘極絕緣薄 膜，而形成根據圖10Α及10Β中 4, _ r所不之第七具體實施例之 尤一極妝216。明顯地亦可藉 本遙骑北「 精由在較早步驟中’僅在該p型 …3之頂表面以外的一深部分中形成該n型半導 體區做該ρ型半導體區47，而形成根_ια及⑽中所 不之第八具體實施例之光二極體2 1 7。 製造方法之第三具體實施例 圖19A至21F顯示一種用於製造根據本發明之一第三具 體實施例，—固態成像器件之方法，尤其，-種用於i造 構成該固態成像株$ _ VA ± . . 又诼裔仵之像素之一光二極體之方法。 百先參考圖19A，在一半導體基板32之一p型半導體井區 33之頂表面上形成具有一具一小厚度之二氧化邦叫薄 膜86及具一大厚度之氮化石夕（SiN)薄膜87之雙層結構的 一絕緣薄膜8 8。 然後參考圖19B，藉由選擇性触刻該絕緣薄膜88的—部 分而形成一開口 101，該部分對應於其中欲形成一光二極 體的一區。 然後參考圖20C，藉由以該絕緣薄膜88用作一掩膜進行 選擇性蝕刻該p型半導體井區33而形成具有某一深度的一 溝渠1〇2。 然後麥考圖20D，藉由遍及該溝渠丨〇2至其圍繞區之汽相 擴散或液相擴散而擴散一 n型雜質（例如，磷（p))。結果， 139455.doc -35- 201003906 在該P型半導體井區33 體區10 3。 中形成圍繞該溝渠 102的一 η型半導 然後參考圖21Ε，藉出、良η4 由、 糟由遍及忒溝渠！〇2至其圍繞區之气相 擴散或液相擴散而擴散一 ' 在該η型半導體巴1〇3:/型雜質(例如，)。結果， ¥紅1G3中形成圍繞該溝渠Η)2的-Ρ型半導體 區1〇4。在硼（Β)之此 Ρ主千等體 S放中，使欲擴散之硼（Β)數量小於已 擴散之磷（P)數量。右兮调抽 』瓦匕 ,、 在5亥朋擴散中，假設填（P)亦擴散。為 此原因’形成該η型半導 豆區103，使其在距該p型半導體 區（P+區）HM—適當距離。 * % 马了楗供此一組態，在該磷（P) 擴政中及在該卿)擴散巾調整擴散溫度及擴散時間。 :如：在汽相擴散之情況中，該磷擴散可藉由將含有墻 氯化粦醯（P0C13)及氧同時饋送至一大約9〇〇〇c之溶爐中 加以處理。 例如’制擴散可以-b2h6氣體進行汽相擴散或者以 BBr3用作-液體源進行液相擴散加以處理。 厂:後茶考圖21F，藉由溫和地氧化該溝渠⑺2之内表面而 乂 ^二有小厚度的氧化物薄膜1()5 ’使得該氧化物薄膜 覆蓋；丨於6亥溝渠1〇2與該二氧化矽薄膜％之間之界面中 之粗㈣分。其後，較佳者的係'以已稀釋氫氟酸或其類似 物剝離4氧化物薄膜1〇5 ’而且再次溫和地氧化該溝渠阳 之内表面，以形成一薄氧化物薄獏。 其後，以二氧化矽（Sioj薄膜填充該溝渠1〇2，或者以該 薄氧化物薄膜用作一閘極絕緣薄膜在該溝渠ι〇2中形成〆 傳送間極f極。結果，可形成圖7八及化中所示之光二極 139455.doc • 36 · 201003906 體214、圖心及削中所示之光二極體2i6，或其類似 物。注意：可藉由在該碌擴散中及在該蝴擴散中將該溝渠 102之内表面從其頂表面至某一深度進行遮蔽，而形成圖 11A及11B中所示之光二極體217。 或者，於® 2!財所示之步料，亦可藉由使位在該溝 渠102之底部之_經受反應性離子㈣而形成延伸穿過該p 型半導體區104及該n型半導體區1〇3的一深溝渠。

製造方法之第四具體實施例 圖22Α至23D顯示一種用於製造根據本發明之一第四具 體實施例之-固態成像ϋ件之方法，尤其，—種用於製造 構成該固態成像器件之—像素之—光二極體之方法。^ 四具體實施例係可應用於圖8及9中所述之上述光二極體之 該第四具體實施例之方法包含與圖19Α至2〇〇中所示之 步驟相同之步驟。圖22A係與圖2〇D相同，因而相似特徵 係以相似參考數子表不，而且係不加以描述。參考圖9， 在平面圖中，形成該溝渠102，使其圍繞各別像素區。 然後參考圖22B，藉由選擇性#刻該溝渠1〇2之底部而形 成延伸穿過該η型半導體區103之底部的一深溝渠1〇2。" 然後參考圖23C，藉由遍及該溝渠1〇2至其圍繞區之汽相 擴散或液相擴散而擴散一 ρ型雜質（例如，硼（β))。結果， 在忒η型半導體區103中形成圍繞該溝渠1〇2的一 ρ型半導體 區1〇4。該ρ型半導體區1〇4係沿著該溝渠ι〇2之内壁及底部 連續地形成，使其圍繞該溝渠102。因此提供該半導體 139455.doc •37- 201003906 區103’其係由該溝渠ι〇2分離至左及右。 然後例如以二氧化矽（Si〇2)薄膜1〇6填充該溝渠1〇2，而 且隨後剝離該絕緣薄膜88。使用已描述之製造方法，可形 成圖8及9中所示之光二極體215。 在上述具體實施例中，使用該p型半導體井區33當作一 半導體井區。或者’亦可使用具有一低雜質濃度的一η型 半導體井區。可使用任一半導體井區，只要使一傳送閘極 區處於截止狀態（off state)中，並且使用額外離子植入促進 電荷之傳送，其係與現存設計中相同。 根據第三至第九具體實施例之上述固態成像器件係頂表 面光接收類型固態成像器件。或者，本發明亦可應用於底 表面光接收類型固態成像器#。有利的是，使用該等具體 實施例之上述I態成像器件當作底表面光接收類型固態成 像器件。尤其’有利的是，將圖8及9中所示之第六具體實 施例用於底表面光接收類型固態成像器件。當製造—底表 面光接收類型固態成像器件時，如圖3 A中所示，將其光二 極體引‘至-半導體基板之底表面，而且在該半導體基板 之底表面中形成用於抑制暗電流的一 p型半導體區。 在上述具體實施例中’使用電子當作信號電荷。或者， 亦可使用電洞當作信號雷# . L, ^ ^ , 田1^何。在此情況中，將該等半導體 區之導電型分別從上述具體實施例中之類型反轉。 電子裝置之具體實施例 根據本發明之具體實施例能占 只她例之固態成像盗件係可應用於 如包含固態成像器件之相梏、舶供知祕—〃 、略 機配備相機之行動裝置及包含 I39455.doc •38- 201003906 固態成像器件之其他裝置之電子裝置。 圖24顯示用作根據本發明之一具體實施例之一電子裝置 之一範例的一相機。根據本發明之—具體實施例的一相機 130包含一光學系統（光學透鏡）131、—固態成像器件132， 及一彳s號處理電路133。该固態成像器件132係以上具體實 施例中所述之固態成像器件之任—者。該光學系統131係 經組態來以自一物體之光（進入之光）在該固態成像器件132 之成像平面上形成-影像。結果，在該固態成像器件132 之光電轉換元件中累積信號電荷達一時間週期。該信號處 理電路133使輸出自該固態成像器件m之信號經受各種信 號處理，並且輸出合成信號。此具體實施例之相機13〇包 含其中將該光學系、統131、該固態成像器件⑴，及該信號 處理電路133模組化的一相機模組。 ‘本發明可提供圖24中所示之相機、㈣含相機模組之蜂 巢式電話所表示之配備相機之行動裝置，及其類似物。

C j 亦可提供圖24中所示之組態當作具有其中將該光學系統 131、該固態成像器件132及該信號處理電路⑴模組化之 一成像功能的一模組，亦即成像模組。本發明可提供 包含此類成像模組之電子裝置。 此具體實施例可提供-種電子裝置’其中即使當在固態 成像器件中使用具有一已減小大小之像素時，仍可增加光 電轉換中之飽和電荷量；提供一種充分寬之動態範圍；及 提供較高影像品質。 本申請案含有與於謂年7月2曰向曰本專利局申請的日 139455.doc -39- 201003906 本優先權專利申請案JP 2008_173626中所揭示的標的相關 之軚的，其全部内容係因此以引用方式併入本文中。 熟習此項技術者應瞭解，可取決於設計需求及其他因素 進仃各種修改、組合、次組合及變更，只要其係在隨附申 °月專利Ιϋ圍或其等效物之範蜂内即可。 【圖式簡單說明】 圖1顯示根據本發明之一具體實施例之一固態成像器件 之示意組態； 圖2顯示I元像素之-範例的-等效電路； 圖3Α及3Β分別顯示根據本發明之一第一具體實施例（― 底表面光接收類型固態成|器件之基本組態）之一光電轉 換部分之一主要部分之組態及電位分布； 圖4顯示根據本發明之一第二具體實施例（一頂表面光接 收類型固態成像器件之基本組態)之一主要部分之组態； 圖5Α顯示根據本發明之一第三具體實施例之一主要部分 之組態，而且圖5 Β顯元1囬c Α丄 ，‘，、貝不，口者圖5 Α中之直線vb-VB所取得 的一斷面； 圖6 A顯示根據太私明夕—结 诹枣心明之弟四具體實施例之一主要部分 之組態，而且圖犯顯示沿著圖6A中之直線·vib所取得 的一斷面； 圖湖示根據本發明之—第五具體實施例之—主要部分 之、.且心*且圖7賴不沿著圖7八中之直線仙所取 得的一斷面； 圖8顯示根據本發明之1六具體實施例之-主要部分 139455.doc -40· 201003906 之組態（對應於沿著圖9中之直線νΐΙΙ-νΐΠ所取得的一斷 面）； 圖9顯不沿著圖8中之直線ΙΧ-ΙΧ所取得的一斷面； 圖1 0Α顯不根據本發明之一第七具體實施例之一主要部 分之組態，而且圖10Β顯示沿著圖1〇Α中之直所 取得的一斷面； 圖11Α顯示根據本發明之一第八具體實施例之一主要部

分之組態，而且圖11B顯示沿著圖11A中之直線χΐΒ_χΐΒ所 取得的一斷面； 圖12顯不根據依照本發明之一第九具體實施例之一主要 部分之組態； 圖13 Α及13Β顯示一種用於製造根據本發明之一第一具 體實施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第i部分）， 尤其，一種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之 方法； 圖14C及14D顯示一種用於製造根據本發明之第一具體 實施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第2部分），尤 其’一種用於製造該固態成像器件之—光電轉換部分之方 法； 圖1SE及15F顯示一種用於製造根據本發明之第一具體實 施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第3部分），尤 光電轉換部分之方 其，一種用於製造該固態成像器件之_ 法； 、 圖16A及16B顯示一種用 於製造根據本發 明之第一具體 139455.doc •41 - 201003906 實施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第4部分），尤 其，一種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之方 法； 圖ΠΑ及1：7B顯示一種用於製造根據本發明之一第二具 體實施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第1部分）， 尤其，一種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之 方法； 圖18C及18D顯示一種用於製造根據本發明之第二具體 實施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第2部分），尤 其，一種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之方 法； 圖19A及19B顯示一種用於製造根據本發明之一第三具 體實施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第1部分）， 尤其，一種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之 方法； 圖20C及20D顯示一種用於製造根據本發明之第三具體 實施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第2部分），尤 其，一種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之方 法； 圖21E及21F顯示一種用於製造根據本發明之第三具體實 施例之一固態成像器件之方法之製造步驟（第3部分），尤 其，一種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之方 法； 圖22 A及22B顯示一種用於製造根據本發明之一第四具 139455.doc -42· 201003906 體實施例之-固態成像器件之方法之製造步驟（第丨部分）， 尤其，-種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之 方法； 圖23C^23D顯示-種用於製造根據本發明之第四具體 實施例之-固態成像器件之方法之製造步驟（第2部分），尤 其，-種用於製造該固態成像器件之一光電轉換部分之方 法； 圖24顯示-種根據本發明之—具體實施例之電子裝置之 示意組態；以及 圖25A及25B分別顯示—現存固態成像器件之—光電轉 換部分之一主要部分及電位分布之示意組態。 【主要元件符號說明】 1 固態成像器件 2 像素 3 像素陣列區 4 垂直驅動電路 5 行"is 5虎處理電路 6 水平驅動電路 7 輸出電路 8 控制電路 9 垂直信號導線 10 輸入/輸出端子 11 列控制導線 12 水平信號導線 139455.doc •43· 201003906 21 光二極體 22 傳送電晶體 23 重設電晶體 24 放大電晶體 25 選擇電晶體 26 節點/FD部分 27 傳送導線 28 重設導線 29 選擇導線 31 固態成像器件 32 半導體基板 33 P型半導體井區 34 η型半導體區 35 Ρ型半導體區 36 Ρ型半導體區 38 浮動擴散部分 39 閘極絕緣薄膜 41 傳送間極電極 42 Ρ型半導體區 44 固態成像器件 46 固態成像器件 47 Ρ型半導體區 48 η型半導體區 49 Ρ型半導體區 139455.doc -44- 201003906 51 52 54 55 56 57 58 61 Ο 62 63 64 65 66 68 69 Ο 71 72 73 74 75 76 77 81 82 固態成像器件 η型半導體區 固態成像器件 溝渠 絕緣薄膜 ρ型半導體區 η型半導體區 固態成像器件 溝渠 絕緣薄膜 溝渠器件隔離區 Ρ型半導體區 η型半導體區 固態成像器件 溝渠 ρ型半導體區 η型半導體區 閘極絕緣薄膜 傳送閘極電極 器件隔離區 層間絕緣薄膜 固態成像器件 固態成像器件 η型半導體區 139455.doc -45- 201003906 83 P型半導體區 83A p+區 83B p +區 86 氧化矽薄膜 87 氮化矽薄膜 88 絕緣薄膜 89 開口 91 氧化矽薄膜 92 η型雜質 93 絕緣薄膜 93A 側壁 94 Ρ型雜質 96 絕緣薄膜 96A 側壁 97 溝渠 101 開口 102 溝渠 103 η型半導體區 104 Ρ型半導體區 105 氧化物薄膜 106 二氧化矽薄膜 111 固態成像器件 112 半導體基板 113 半導體井區 139455.doc -46 - 201003906 114 P型半導體區 115 η型半導體區 115A η區 115B π -區 115C π -區 116 光二極體 117 浮動擴散部分 118 閘極絕緣薄膜 119 傳送閘極電極 120 器件隔離區 121 傳送電晶體 122 Ρ型半導體區 130 相機 13 1 光學系統 132 固態成像器件 133 信號處理電路 211 光二極體 212 光二極體 213 光二極體 214 光二極體 215 光二極體 216 光二極體 217 光二極體 218 光二極體 139455.doc • 47- 201003906 j! pn接面 j2 pn接面 L 光 139455.doc -48-

Claims (1)

1. 201003906 七、申請專利範圍： 種固態成像器件，其 光電轉換部分，其中提供雷办+ 丫捉仏窀位之—形狀，使得 主要係以一垂直方向累積。 电何 2. 如請求項1之固態成像器件，发中兮 头中δ亥光電轉換部分係姑 組態以在平行於在一半導體 干命體基板之一深度方向上之〜 面的ρη接面中累積比在平行於該半導體基板之— 面的一 ρη接面中更多的電荷。 又 3. 如請求項2之固態成像器件’其中平行於該深度方向上 之該平面之該ρη接面係於以該深度方向延伸之—垂直伸 長第一導電型半導體區的一側表面中形成。 4_如請求項3之固態成像器件’其中平行於該深度方向上 之該平面之該Ρη接面係於一絕緣薄膜之一側表面上所形 成之該第一導電型半導體區的一側上形成，該侧係與該 絕緣薄臈相反。

   5.如請求項4之固態成像器件 直伸長之形狀，而且提供該 繞该絕緣薄膜。 ，其中该絕緣薄膜具有一垂 第一導電型半導體區，以圍 6.

   如明求項4之固態成像器件，其中提供該第一導電型半 V肋：區，以圍繞一像素區；提供該絕緣薄膜，以圍繞該 第導電型半導體區；而且平行於該深度方向上之該平 面之該Ρη接面係於該第一導電型半導體區内部形成。 如請求項4之固.態成像器件，進一步包括： 碍極電極，其係开〉成而以該半導體基板之該深度方 139455.doc 201003906 向延伸， 〃、中形成S亥絕緣薄膜以圍繞該閘極電極。 8.如请求項7之目態成像器件，其進—步包括： 事動擴放分，其係於該光電轉換部分上形成， 其中該光電轉換部分中之電荷係垂直地 擴散部分。 Λ '予動 9. =求項以固態成像器件，其中形成平行於該深度方 向上之s亥平面之該ρη接面，以在該深度方 4-' 1 ，、匁一 μηι 或1 μιη以上之深度。 10 -種用於製造_固態成像器件之方法，其包括 驟： 少 經由一掩膜藉由具有不同植入能量之複數個離子植入 在一半導體基板的一區域中形成一第二導電型半導體 區；以及 形成一光電轉換部分，其係經組態以藉由透過具有不 Π植入)5b里之複數個離子植入在該第二導電型半導體區 中形成一第一導電型半導體區，在平行於該半導體基板 之一深度方向上之一平面的一 pn接面中累積比在於平行 於该半導體基板之一頂表面之一平面中形成的一 pn接面 中更多的電荷。 11 ·如請求項10之方法，其中在該掩膜的一内表面上形成— 側壁’並且該第一導電型半導體區係以該側壁用作一掩 膜所形成。 12. —種用於製造一固態成像器件之方法，其包括以下步 139455.doc 201003906

   在半導體基板的一區域中形成一凹部； 藉由擴散一第二導電型雜質遍及該凹部之一内表面而 形成一第二導電型半導體區；以及

   形成一光電轉換部分，其係經組態以藉由透過擴散一 第導電型雜貝遍及該凹部之該内表面在該第二導電型 半導體區中形成一第一導電型半導體區，在平行於在該 “ 土板之深度方向上之一平面的—pn接面中累積 比在於平行於該半導體基板之—頂表面之-平面中形成 的一 Pn接面中更多的電荷。 13·如凊求項12之方法，其中將該凹部形成如—晶格形狀之 凹部，以便界定各別像素之區；以及 該方法進一步包括以下步驟： 於該形成該第二導電型半導體區後，降低該凹部的 -底部’使得該凹部延伸穿過該第二導電型半導體區的 一底部。 14. 一種電子裝置，其包括： /固態成像器件，其包含一光電轉換部分，其中提供 電=之-形狀，使得電荷主要係以—垂直方向累積； a 一先學系統’其係經組態以將-進入之光引導至該固 態成像器件之該光電轉換部分；以及 :信號處理電路’其係經組態以處理輸出自該固態成 像器件之信號。 15. 如叫求項14之電子裝置其中該固態成像器件之該光電 139455.doc 201003906 轉換部分係經組態，以在平行於在一半導體基板之一深 度方向上之一平面的一 pn接面中累積比在平行於該半導 體基板之一頂表面的一 pn接面中更多的電荷。 139455.doc 4