专利名称：固体摄像器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像器件。
背景技术：
过去，作为主要的固体摄像器件，已知的是MOS型摄像器件和CCD(电荷耦合器件)摄像器件。其中，在该MOS型摄像器件中，射入的光通过光电转换区域(光电二极管)而转换成信号电荷，信号电荷由晶体管进行放大。若详细叙述，则光电转换区域的电位利用通过光电转换产生的信号电荷来进行调制。并且，放大晶体管的放大系数随其电位而变化。
并且，在MOS型摄像器件的情况下，对信号电荷进行放大的晶体管包括在像素部。因此，MOS型摄像器件能够容易适应像素尺寸的减小和像素数目的增加，这一点倍受关注。并且，MOS型摄像器件也还具有高灵敏度，低功耗的特征、以及用单一电源即可工作的特征。
再者，MOS型摄像器件与CCD摄像器件相比，还具有在形成了像素的硅衬底上容易组装各种电路的优点。对MOS型摄像器件例如可以组装外围电路(寄存器电路、定时电路)、A/D转换电路(模拟—数字转换电路)、指令电路、D/A转换电路(数字—模拟转换电路)、DSP(数字信号处理器)等。这样，在MOS型摄像器件中，在已形成了像素的硅衬底上，能够组装功能电路，所以，与CCD摄像器件相比，能够实现更低成本化。
并且，MOS型摄像器件，在形成于硅衬底表面附近的光电二极管中进行光电转换这一点，与CCD摄像器件相同。再者，在两者中，形成有多个光电二极管，布置成阵列状。但是，在CCD摄像器件中，通过光电转换得到的信号电荷能够在与像素分开设置的扩散区域(信号传输区域)中传输。因此，在CCD摄像器件中，存在由于通过光电转换产生的电子漏电而使图像质量劣化的问题。
具体来说，有在CCD摄像器件中容易产生拖尾和图像模糊、混色现象的问题。拖尾是指在强光射入到各像素时，由光电二极管产生的电子漏泄到信号传输区域，在图像上出现竖线的现象。此外，图像模糊是指在和拖尾一样强光射入到各像素的情况下，电子漏泄到相邻的像素，所以强光入射的区域成为模糊图像的现象。混色是指在光入射的像素的衬底深处产生电子，该电子漏泄到相邻的像素，看起来图像色彩混杂的现象。
对此，在MOS型摄像器件中，信号电荷用连接在光电二极管上的布线来传输(例如参见日本特开2000-150848号公报)。关于这一点用图12说明。图12是概要地表示过去的MOS型摄像器件的电路结构的电路结构图。
如图12所示，MOS型摄像器件在硅衬底上的图像获取区域110中具有布置成阵列的多个像素111。各像素111具有光电转换元件即光电二极管112、电荷传输晶体管113、用于消去电荷的复位晶体管114和放大晶体管115。
在各像素中，光电二极管112和电荷传输晶体管113具有将入射的光转换成信号电荷的光电转换部的功能。并且，复位晶体管114和放大晶体管115具有检测信号电荷的信号检测部的功能。
在硅衬底上的图像获取区域110的周围，形成有进行垂直方向的扫描的垂直移位寄存器121和进行水平方向的扫描的水平移位寄存器122。对每条水平线，各像素111的电荷传输晶体管113通过水平像素选择布线124连接在垂直移位寄存器121上。并且，对每条水平线，复位晶体管114也通过复位布线123连接在垂直移位寄存器121上。对每条垂直线，各像素111的放大晶体管115通过垂直信号布线126连接在水平移位寄存器122上。而且，125是稳流晶体管，128是电压输入晶体管。
对垂直移位寄存器121和水平移位寄存器122的工作进行说明。首先，垂直移位寄存器121选择控制电路(未图示)所指示的水平线。具体来说，垂直移位寄存器121使位于被指示的水平线上的电荷晶体管113成为导通状态，使其余的电荷传输晶体管113成为截止状态。
接着，水平移位寄存器122从左向右对各垂直信号布线126依次施加脉冲，使被选择的水平线上的各放大晶体管115依次成为导通状态，对存储在像素111中的信号电荷进行读出。这样，对所有的水平线进行信号电荷的读出，输出全部像素的信号电荷。
这样，在MOS型摄像器件中，与CCD摄像器件不同，信号电荷通过布线来传输，所以没有产生拖尾的余地。并且，在MOS型摄像器件中，检测信号电荷的电路布置在相邻的光电二极管之间的中间位置。这样，若采用MOS型摄像器件，则与CCD摄像器件相比，能够抑制相邻像素之间的信号电荷漏泄，能够抑制图像模糊和混色的发生。
但是，在MOS型摄像器件中图像模糊和混色的抑制也并不完全。并且，在近几年，由于数码相机和带相机的移动电话的出现，与CCD摄像器件相比，低成本的MOS型摄像器件的需要增加，随之，MOS型摄像器件的高图像质量的要求日益提高。为了适应这种要求，例如上述日本特开2000-150848号公报，公开了对图像模糊和混色采取了对策的MOS型摄像器件。
在此说明日本特开2000-150848号公报中所示的MOS型摄像器件的结构。图13是表示对图像模糊和混色采取了对策的、过去的MOS型摄像器件的结构的剖面图。而且，图13仅表示一部分像素。并且，在图13中，标注了与图12所示的符号相同的符号的部件表示图12所示的部件的具体结构。
在图13所示的MOS型摄像器件中，在硅衬底130的表层形成有p阱131。并且，在形成了p阱131的区域形成有光电二极管112、电荷传输晶体管113、复位晶体管114和放大晶体管115。再者，硅衬底130的导电类型是n型。因此，在图13所示的MOS型摄像器件中，在比p阱131深的地方产生了电子的情况下，该电子通过p阱131发射到比它更深的地方。因此，若采用图13所示的MOS型摄像器件，则能够进一步抑制图像模糊和混色的发生。
并且，在图13的例中，p阱131通过向硅衬底130的p型杂质的离子注入、外延生长而形成。p阱131的杂质浓度设定为1×1014个/cm3～1×1016个/cm3。而且，虽未图示，但在图像获取区域110(参见图12)的周围区域也形成有p阱。周围区域的p阱的杂质浓度设定为1×1016个/cm3～1×1018个/cm3。
在图13中，138是元件隔离区域。117是作为各种晶体管的源或漏使用的半导体区域。光电二极管112也作为电荷传输晶体管113的源使用。134是电荷传输晶体管113的栅电极，135是复位晶体管114的栅电极，136是放大晶体管115的栅电极。132表示光电转换部，133表示信号检测部。
并且，118、119和129是接触针形接点(contact plug)，120是连接接触针形接点118和119的布线。137是漏电压输入用布线，通过接触针形接点129与放大晶体管115的漏区(半导体区域117)连接。141、142和143是层间绝缘膜。139是开口设置成矩阵状的遮光膜，140是用于将外部光会聚到光电二极管112的聚光透镜。
然而，在图13所示的MOS型摄像器件中，p阱131连存储在光电二极管112中的电子也发射到硅衬底130的电路形成面的相反侧的面(背面)。因此，存在的问题是，在图13所示的MOS型摄像器件中，与未形成p阱131的MOS型摄像器件相比，能够存储在光电二极管112的电子的最大电子数(饱和电子数)和灵敏度下降。
并且，近年来，由于伴随像素数目增加的像素尺寸的减小，光电二极管112的尺寸有减小的趋势，很难维持最大电子数。
另一方面，在MOS型摄像器件中，为了提高图像质量，必须减小噪音的影响，所以需要尽量提高光电二极管112能够存储的电子的最大电子数。
发明内容
本发明的目的在于提供一种固体摄像器件，能够解决上述问题，能够对图像模糊和混色的发生、以及光电二极管中的最大电子数和灵敏度的下降同时进行抑制。
为了达到上述目的，本发明的固体摄像器件，具有n型半导体衬底，该n型半导体衬底上形成有将入射的光转换成信号电荷的光电转换部、以及检测上述信号电荷的信号检测部，其特征在于，上述光电转换部具有形成在上述半导体衬底上的光电二极管，上述半导体衬底具有在上述半导体衬底的厚度方向上与上述光电转换部和上述信号检测部重叠的p阱，上述p阱形成为，该p阱的表层侧的界面位于比上述光电二极管的表层侧的界面更下层。
根据以上特征，在本发明的固体摄像器件中，p阱的表层侧的界面位于比过去更深的地方。因此，本发明的固体摄像器件，对于存储在光电二极管中的电子，能够抑制向半导体衬底背面发射，对于在比p阱更深的地方产生的电子，向半导体衬底的背面发射。其结果，若采用本发明，则既能够抑制图像模糊和混色的发生，又能够抑制光电二极管中的最大电子数和灵敏度的下降。并且，由此，在本发明的固体摄像器件中，即使在像素数目增加的情况下，也能够抑制伴随像素尺寸的缩小的图像质量劣化，能够保持高图像质量。
图1是本发明的实施方式1的固体摄像器件的结构的剖面图；图2是表示光电二极管的杂质分布的图，图2(a)表示图12和图13所示的过去的固体摄像器件中的杂质分布，图2(b)表示图1所示的实施方式1的固体摄像器件中的杂质分布，图2(c)表示实施方式1的另一例的杂质分布；图3是表示图1所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图3(a)～(d)分别表示一连串主要工序；图4是表示本发明实施方式2的固体摄像器件的结构的剖面图；图5是表示图4所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图5(a)～(d)分别表示一连串主要工序；图6是表示本发明实施方式3的固体摄像器件的结构的剖面图；图7是表示本发明实施方式4的固体摄像器件的结构的剖面图；图8是表示图7所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图8(a)～(d)分别表示一连串主要工序；图9是表示本发明实施方式5的固体摄像器件的结构的剖面图；图10是表示本发明实施方式6的固体摄像器件的结构的剖面图；图11是表示图10所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图11(a)～(d)分别表示一连串主要工序；图12是概要表示过去的MOS型摄像器件的电路结构的电路结构图；图13是表示对图像模糊和混色采取了对策的过去的MOS型摄像器件的结构的剖面图。
具体实施例方式
本发明的固体摄像器件具有n型半导体衬底，该n型半导体衬底上形成有将入射的光转换成信号电荷的光电转换部、以及检测上述信号电荷的信号检测部，其特征在于，上述光电转换部具有形成在上述半导体衬底上的光电二极管，上述半导体衬底具有在上述半导体衬底的厚度方向上与上述光电转换部和上述信号检测部重叠的p阱，上述p阱形成为，该p阱表层侧的界面位于比上述光电二极管的表层侧的界面更下层。
在上述本发明的固体摄像器件中，可以采用这样的方式上述p阱形成为，上述p阱的表层侧的界面位于比上述光电二极管下层侧的界面更下层，上述p阱的杂质分布与上述光电二极管的杂质分布不相重叠，在上述光电二极管和上述p阱之间，存在没有通过上述半导体衬底的形成工序以外的工序来引入杂质的区域。
在采用该方式的情况下，能够进一步实现图像模糊和混色发生的抑制、及光电二极管中的最大电子数和灵敏度下降的抑制。并且，在没有通过上述半导体衬底的形成工序以外的工序来引入杂质的区域，希望n型杂质的杂质浓度为1×1012个/cm3～1×1016个/cm3，p型杂质的杂质浓度为1×1012个/cm3～1×1016个/cm3。
并且，在上述本发明的固体摄像器件中，上述p阱形成为，使上述p阱的表层侧的界面位于上述光电二极管的表层侧的界面与其下层侧的界面之间。
在上述本发明的固体摄像器件中，也可以采用如下方式上述半导体衬底在上述p阱的上层，具有杂质浓度比上述p阱高的第二p阱，上述信号检测部形成在形成了上述第二p阱的区域。若采用该方式，则能够提高构成信号检测部的晶体管元件的性能，能够抑制封闭锁定等现象的发生。
并且，在上述本发明的固体摄像器件中，也可以采用在上述p阱的下层具有杂质浓度比上述p阱高的p型埋入区域的方式。在该方式中，能够进一步抑制在比p阱深的地方产生的电子向光电转换部的侵入。
在上述本发明的固体摄像器件中，也可以采用如下方式在上述半导体衬底上分别形成多个上述光电转换部和上述信号检测部，多个上述光电转换部和多个上述信号检测部具有多个像素的功能，上述多个像素布置成矩阵状，在上述半导体衬底的相邻的像素之间形成有元件隔离区域。在该方式中，最好是上述半导体衬底在上述元件隔离区域的下层具有杂质浓度比上述p阱高、且以隔离上述像素之间的方式形成的p型第二埋入区域。在该情况下，也能够进一步抑制在比p阱深的地方产生的电子向光电转换部的侵入。
再者，在上述本发明的固体摄像器件中，上述半导体衬底也可以在包括上述元件隔离区域与除此以外的区域的界面的区域，具有杂质浓度比上述第二p阱高的p型半导体区域。此情况下也可以进一步抑制在比p阱深的地方产生的电子向光电转换部的侵入。
(实施方式1)以下参照图1～图3说明本发明实施方式1的固体摄像器件。该实施方式1的固体摄像器件，是MOS型摄像器件，具有与图12所示的过去的MOS型摄像器件相同的电路结构，但是剖面结构这一点与其不同。以下说明这一点。
用图1对实施方式1的固体摄像器件的剖面结构进行说明。图1是本发明的实施方式1的固体摄像器件的结构的剖面图。如图1所示，在半导体衬底30上p阱31形成为，在半导体衬底30的厚度方向上与光电转换部32和信号检测部33相重叠。换言之，p阱31形成为，其形成区域在从其厚度方向来观察半导体衬底30时，与光电转换部32和信号检测部33的形成区域相重叠。
并且，在该实施方式1中，p阱31形成为，使其表层侧的界面31a比光电二极管12的下层侧的界面16b位于更下层。并且，在光电二极管12和p阱31之间，存在着未通过半导体衬底30的形成工序以外的工序、例如离子注入工序来引入杂质的区域(以下称为“非掺杂区域”)50。
在该实施方式1中，使用n型硅衬底作为半导体衬底30。因此，在非掺杂区域50不存在由离子注入产生的杂质，但是存在制造半导体衬底30时的外延生长时引入的n型杂质(n型离子)。具体来说，非掺杂区域50的杂质区域最好是如下的区域n型杂质的杂质浓度为1×1012个/cm3～1×1016个/cm3，尤其是1×1013个/cm3～1×1015个/cm3，p型杂质的杂质浓度为1×1012个/cm3～1×1016个/cm3，尤其是1×1013个/cm3～1×1015个/cm3。
而且，如图1所示，在该实施方式1中，也和过去的例子一样，光电二极管12由n型半导体区域形成，根据入射光的强度，存储信号电荷。在光电二极管12的表层也可以形成p型表面反转层。并且，光电二极管12和电荷传输晶体管13构成将入射光转换成信号电荷的光电转换部32。复位晶体管14和放大晶体管15构成检测信号电荷的信号检测部33。在光电转换部32和信号检测部33之间形成有元件隔离区域38。
并且，电荷传输晶体管13将光电二极管12作为源使用，还具有作为漏使用的n型半导体区域17a和栅电极34。复位晶体管14具有作为源使用的n型半导体区域17b、栅电极35、以及作为漏使用的n型半导体区域17c。
半导体区域17c也作为放大晶体管15的源使用。放大像素15具有栅电极36、以及作为漏使用的n型半导体区域17d。电荷传输晶体管13的漏(半导体区域17a)和放大晶体管15的栅电极36通过接触针形接点18、布线20和接触针形接点19连接。
在半导体衬底30的衬底面上与过去的例子一样，形成有层间绝缘膜41～43、漏电压输入用布线37、开口设置成矩阵状的遮光膜39、以及用于将外部光会聚到光电二极管12的聚光透镜40。作为放大晶体管15的漏使用的半导体区域17d，通过接触针形接点29与漏电压输入用布线37连接。
这里，利用图2与过去的例子对比并说明光电二极管12的杂质分布。图2是表示光电二极管的杂质分布的图，图2(a)表示图12和图13所示的过去的固体摄像器件中的杂质分布，图2(b)表示图1所示的实施方式1的固体摄像器件中的杂质分布，图2(c)表示实施方式1的另一例的杂质分布。
如图13所示，在过去的MOS型摄像器件中，光电二极管112的表层侧的界面和p阱131的表层侧的界面均与衬底面一致。因此，如图2(a)所示，光电二极管112的杂质分布在其整个衬底深度方向上，与p阱131的杂质分布相重叠。
对此，如图2(b)所示，在该实施方式1中，p阱31形成为其杂质分布不与光电二极管12的杂质分布相重叠。因此，在本实施方式1中，如图1所示，在光电二极管12和p阱31之间存在无掺杂区域50。
这样，在该实施方式1中，光电二极管12比p阱31的表层侧的界面31a形成在更上层。所以，能够抑制存储在光电二极管12中的电子过度地向半导体衬底30的背面发射。因此，若采用实施方式1，则能够抑制光电二极管12中的信号电荷的最大电子数和灵敏度下降。
再者，在半导体衬底30的厚度方向上p阱31与光电二极管12相重叠，所以，在比p阱31深的地方产生的电子不会侵入相邻的像素(光电转换部32)内，而向半导体衬底30的背面发射。因此，若采用该实施方式1，则能够抑制图像模糊和混色的发生。
并且，在该实施方式1中，p阱31并不仅限于图1和图2(b)所示的结构。p阱31形成为，表层侧的界面31a比光电二极管12的表层侧的界面16a位于更下层即可。例如，如图2(c)所示，也可以是p阱31的表层侧的界面位于光电二极管表层侧的界面(衬底面)和下层侧的界面之间、这些杂质分布的一部分相重叠的方式。
即使是这种方式，也能够抑制光电二极管12中存储的电子过多地发射到半导体衬底30的背面，能够获得上述的效果。并且，在采用图2(c)所示的方式的情况下，p阱31的杂质分布的与光电二极管12的杂质分布相重叠的部分的深度方向的长度d，若将光电二极管12的杂质分布的深度方向的长度设为D，则最好是设定为D/2以下。
而且，如图2(b)和(c)所示，最好是对p阱31的杂质分布赋予朝向半导体衬底30的背面杂质浓度上升的梯度。在赋予了这种梯度的情况下，能够使从光电二极管12发射的电子再次返回到光电二极管12。并且，能够促进在比p阱31深的地方产生的电子向半导体衬底30的背面发射。
接着，利用图3说明图1所示的该实施方式1的固体摄像器件的制造方法。图3是表示图1所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图3(a)～(d)分别表示一连串主要工序。
最初，如图3(a)所示，在半导体衬底30上按预先设定的间隔形成多个元件隔离区域38。在本实施方式1中，利用STI(浅沟槽隔离)法形成有埋入沟槽结构的元件隔离区域38。并且，在本实施方式1中，最好是半导体衬底30的电阻率为10Ω以上，尤其是设定为10Ω～50Ω。这是因为，半导体衬底30的电阻率若不到10Ω，则由向半导体衬底的离子注入产生的电位变化减小，尤其很难向p型区域反转。
然后，离子注入硼(B)等p型杂质，在半导体衬底30内部形成具有图2(b)所示的杂质分布的p阱31。这时，p阱31最好是形成为，p阱31的表层侧的界面31a位于半导体衬底30的衬底面之下，最好是位于距离衬底面1μm～20μm的地方；杂质浓度为1×1012个/cm3～1017个/cm3，尤其最好是1×1014个/cm3～1×1016个/cm3。
并且，即使是在因之后的热处理而p阱31的杂质扩散的情况下，也将条件设定为非掺杂区域50存在于光电二极管12和p阱31之间来进行离子注入。再者，p阱31最好是具有平缓的杂质浓度梯度、分布在较宽的范围。具体来说，最好是通过将设定加速能量为100keV～2000keV、剂量为1×1014个/cm3～1×1016个/cm3的离子注入进行2～10次来形成p阱31。
然后，如图3(b)所示，在p阱31的上层(半导体衬底30的表层附近)形成光电二极管12。具体来说，首先，在半导体衬底30的衬底面上，形成光电二极管12的形成区域开口的阻挡层图形51。然后，将阻挡层图形51作为掩模，离子注入砷(As)等n型杂质。这时的离子注入最好是设定加速能量(加速电压)为100keV～1000keV、剂量为1×1012个/cm2～5×1012个/cm2来进行。然后除去阻挡层图形51。
接着，如图3(c)所示，在p阱31的上层(半导体衬底30的表层附近)形成成为晶体管的源或漏的半导体区域17a～17d。具体来说，首先，在半导体衬底30的衬底面上形成半导体区域17a～17d的形成区域开口的阻挡层图形52。然后将阻挡层图形52作为掩模，离子注入砷(As)等n型杂质。这时的离子注入最好是设定加速能量(加速电压)为10keV～100keV、剂量为1×1012个/cm2～1×1016个/cm2来进行。然后，除去阻挡层图形52。
接着，如图3(d)所示，当形成栅电极34～36、接触针形接点18、19和29、布线20、层间绝缘膜41～43、漏电压输入用布线37、遮光膜39和聚光镜40时，能够获得图1所示的固体摄像器件。在图3(d)中省略了关于层间绝缘膜43、遮光膜39和聚光镜40的图示。
而且，也可以在实施图3(c)所示的工序之前预先形成栅电极34～36。此情况下，能够将栅电极34～36作为掩模使用，能够以自对准方式形成成为源或漏的半导体区域17a～17d。并且，此情况下，也可以不形成阻挡层图形52，所以能够实现缩短工艺。
(实施方式2)接着，参照图4和图5说明本发明的实施方式2的固体摄像器件。该实施方式2的固体摄像器件也是MOS型摄像器件，它具有与图12所示的过去的MOS型摄像器件相同的电路结构。
首先，用图4说明实施方式2的固体摄像器件的剖面结构。图4是表示本发明实施方式2的固体摄像器件的结构的剖面图。而且，在图4中，标注了图1所示的符号的部分是与图1所示的部分相同的部分。
如图4所示，在该实施方式2中，在半导体衬底30的p阱31的上层，形成有表层侧的界面与衬底面一致的第二p阱60。第二p阱60在半导体衬底30的厚度方向上仅与信号检测部33重叠，信号检测部33形成在形成了第二p阱60的区域。
再者，第二p阱60的杂质浓度设定为比p阱31的杂质浓度高。在该实施方式2中，p阱31的杂质浓度最好是设定为，例如1×1014个/cm3～1×1017个/cm3。第二p阱60的杂质浓度，最好是设定为比p阱31的杂质浓度约大1个数量级的值，例如，1×1015个/cm3～1×1018个/cm3。
这样，在该实施方式2中，在半导体衬底30上形成第二p阱60。因此，能够使构成信号检测部33的复位晶体管14和放大晶体管15的特性稳定，能够抑制在复位晶体管14和放大晶体管15中产生封闭锁定等故障。因此，若采用该实施方式2，则既能够实现抑制光电二极管12的饱和电子数的减少，与实施方式1相比又能够使信号检测部33的性能稳定。
并且，除了形成有第二p阱60这一点以外，实施方式2的固体摄像器件的结构与实施方式1的固体摄像器件相同。也就是说，在该实施方式2中，与实施方式1一样地在半导体衬底30上形成有p阱31。因此，该实施方式2的固体摄像器件也能够获得实施方式1所述的效果。
而且，在该实施方式2中第二p阱60不仅限于图4所示的例子。例如第二p阱60也可以形成为，在信号检测部33和第二p阱60之间存在非掺杂区域。
接着，用图5说明图4所示的该实施方式2的固体摄像器件的制造方法。图5是表示图4所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图5(a)～(d)分别表示一连串主要工序。
最初，如图5(a)所示，在半导体衬底30上依次形成元件隔离区域38和p阱31。元件隔离区域38和p阱31的形成与实施方式1中图3(a)所示的工序相同地进行。而且，在该实施方式2中，半导体衬底30的电阻率设定为10Ω以上，尤其设定为10Ω～500Ω。
接着，在半导体衬底30上形成第二p阱60的形成区域(信号检测部33的形成区域(参见图3))开口的阻挡层图形61。并且，将阻挡层图形61作为掩模，离子注入硼(B)等p型杂质。这样来形成第二p阱60。并且，然后除去阻挡层图形61。
但是，第二p阱60需要形成在比p阱31浅的区域。因此，第二p阱60最好是通过将设定加速能量为100keV～800keV，剂量为1×1015个/cm2～1×1017个/cm2的离子注入进行2次～3次来形成。
接着，如图5(b)所示，p阱31的上层(半导体衬底30的表层附近)，在未形成有第二p阱60的区域形成光电二极管12。具体地，在形成阻挡层图形62之后，将此作为掩模离子注入n型杂质。然后，除去阻挡层图形62。而且，光电二极管12的形成与实施方式1中图3(b)所示的工序相同地进行。
接着，如图5(c)所示地形成半导体区域17a～17d。其中，半导体区域17b～17d形成在形成了第二p阱60的区域。具体来说，首先，在半导体衬底30的衬底面上形成半导体区域17a～17d的形成区域开口的阻挡层图形63，然后，将此作为掩模离子注入n型杂质。然后，除去阻挡层图形63。而且，半导体区域17a～17d的形成与实施方式1中图3(c)所示的工序相同地进行。
接着，如图5(d)所示，当形成栅电极34～36、接触针形接点18、19和29、布线20、层间绝缘膜41～43、漏电压输入用布线37、遮光膜39和聚光镜40时，能够获得图4所示的固体摄像器件。在图5(d)中省略了关于层间绝缘膜43、遮光膜39和聚光镜40的图示。
而且，在该实施方式2中，第二p阱60的形成最好是与复位晶体管14及放大晶体管15的阈值控制用的离子注入同时进行。在此情况下，用一次工序能够同时进行第二p阱60的形成和阈值控制。因此，能够减少工序，进而实现制造成本的削减。并且，在该实施方式2中，也可以在实施图5(c)所示的工序之前预先形成栅电极34～36，将它们作为掩模使用。
(实施方式3)接着，参照图6说明本发明的实施方式3的固体摄像器件。该实施方式3的固体摄像器件也是MOS型摄像器件，具有与图12所示的过去的MOS型摄像器件相同的电路结构。图6是表示本发明实施方式3的固体摄像器件的结构的剖面图。而且，在图6中标注了图1和图4所示的符号的部分是与图1和图4所示的部分相同的部分。
如图6所示，在该实施方式3中，在半导体衬底30的p阱31的下层形成有杂质浓度比p阱31高的p型埋入区域70。埋入区域70的表层侧的界面与p阱31的下层侧的界面一致。并且，埋入区域70的杂质浓度与第二p阱60一样，最好是设定为例如1×1015个/cm3～1×1018个/cm3。
并且，埋入区域70的形成可以在形成p阱31之前与图像获取区域(参见图12)的周围区域的p阱(未图示)的形成同时进行。这时的离子注入，例如使用硼(B)作为杂质，设定加速能量为300keV～1000keV，最好是设定为800keV左右、剂量为1×1012个/cm2～1×1014个/cm2进行。
这样，在该实施方式3中，在p阱31的下层形成有埋入区域70，埋入区域70的电位能量上比p阱31高。因此，在该实施方式3中，与实施方式1和2相比，能够进一步抑制在比p阱31深的地方产生的电子向光电转换部32的侵入。即，若采用该实施方式3，则与实施方式1、2相比，更能够抑制图像模糊和混色的发生。
并且，除了形成有埋入区域70这一点外，该实施方式3的固体摄像器件具有与实施方式2的固体摄像器件相同的结构。因此，该实施方式3的固体摄像器件也能够获得实施方式2中所述的效果。而且，该实施方式3的固体摄像器件是具有埋入区域70的形式即可，虽未图示，但也可以是与实施方式1相同地不具有第二p阱60的形式。
(实施方式4)接着，参照图7和图8说明本发明实施方式4的固体摄像器件。该实施方式4的固体摄像器件也是MOS型摄像器件，具有与图12所示的过去的MOS型摄像器件相同的电路结构。
首先，利用图7说明该实施方式4的固体摄像器件的剖面结构。图7是表示本发明实施方式4的固体摄像器件的结构的剖面图。而且，在图7中，标注了图1和图4所示的符号的部分是与图1及图4所示的部分相同的部分。
如图7所示，在该实施方式4中，在半导体衬底30上形成的元件隔离区域38中，在位于相邻的像素之间的边界的元件隔离区域38的下层以隔离像素之间的方式形成有p型埋入区域71。并且，埋入区域71从元件隔离区域38的下层侧的界面到达p阱31。
再者，埋入区域71的杂质浓度设定为比p阱31的杂质浓度高的值。在该实施方式4中，p阱31的杂质浓度最好是设定为例如1×1014个/cm3～1×1017个/cm3。埋入区域71的杂质浓度最好是设定为比p阱31的杂质浓度约大1个数量级的值，例如设定为1×1015个/cm3～1×1018个/cm3。
这样，在该实施方式4中形成有埋入区域71。因此，若采用该实施方式4，与实施方式1和2相比，能够进一步抑制在比p阱31深的地方产生的电子向光电转换部32的侵入。也就是说，若采用该实施方式4，与实施方式1、2相比，更能够抑制图像模糊和混色的发生。
并且，除了形成埋入区域71这一点以外，该实施方式4的固体摄像器件具有与实施方式2的固体摄像器件相同的结构。因此，该实施方式4的固体摄像器件也能够获得在实施方式2中所述的效果。
而且，埋入区域71的深度并没有特别限制，根据有效地进行电子向像素侵入的抑制这一点，最好是设定为比第二p阱60的下层侧的界面深。
接着，利用图8说明图7所示的该实施方式4的固体摄像器件的制造方法。图8是表示图7所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图8(a)～(d)分别表示一连串主要工序。
最初，如图8(a)所示，在依次形成了元件隔离区域38和p阱31之后，在半导体衬底30上形成第二p阱60的形成区域开口的阻挡层图形72，将此作为掩模离子注入硼(B)等p型杂质。这样，形成第二p阱60。然后，除去阻挡层图形72。该工序与实施方式2中图5(a)所示的工序相同地进行。
接着，如图8(b)所示，形成埋入区域71的形成区域(即、位于像素之间的边界的元件隔离区域38上的区域)开口的阻挡层图形73。然后，将阻挡层图形73作为掩模，离子注入硼(B)等p型杂质，形成埋入区域71。
这时的离子注入，最好是设定例如加速能量为100keV～1000keV、剂量为1×1015个/cm2～1×1018个/cm2，并进行2次～4次。这样一来，在p阱31和元件隔离区域38之间能够使杂质离子大致均匀地分布。
以下，如图8(c)所示，在p阱31的上层(半导体衬底30的表层附近)，在未形成第二p阱60的区域形成光电二极管12。具体来说，在形成了阻挡层图形74之后，将此作为掩模离子注入n型杂质。然后，除去阻挡层图形74。而且，光电二极管12的形成与实施方式1中图3(b)所示的工序相同地进行。
接着，如图8(d)所示，形成构成晶体管的源或漏的半导体区域17a～17d。半导体区域17a～17d的形成与实施方式1中图3(c)所示的工序相同地进行。
再者，当形成栅电极34～36、接触针形接点18、19和29、布线20、层间绝缘膜41～43、漏电压输入用布线37、遮光膜39和聚光镜40时，能够获得图7所示的固体摄像器件。在图8(d)中，省略了关于层间绝缘膜43、遮光膜39和聚光镜40的图示。
而且，该实施方式4的固体摄像器件是具有埋入区域71的形式即可，虽未图示，但也可以和实施方式1一样不具有第二p阱60的形式。
(实施方式5)接着，参照图9说明本发明实施方式5的固体摄像器件。该实施方式5的固体摄像器件也是MOS型摄像器件，具有与图12所示的过去的MOS型摄像器件一样的电路结构。图9是表示本发明实施方式5的固体摄像器件的结构的剖面图。而且，在图9中，标注了图1、图4、图6和图7所示的符号的部分是与图1、图4、图6和图7所示的部分相同的部分。
如图9所示，该实施方式5的固体摄像器件具有图6所示的实施方式3的固体摄像器件的特征、以及图7所示的实施方式4的固体摄像器件的特征。也就是说，在该实施方式5中，在半导体衬底30的p阱31的下层形成有杂质浓度比p阱31高的p型埋入区域70。并且，在半导体衬底30上形成的元件隔离区域38中，在位于相邻的像素之间的边界上的元件隔离区域38的下层也以隔离像素之间的方式形成有p型埋入区域71。
因此，在该实施方式5的固体摄像器件中，各像素形成由埋入区域70和埋入区域71包围的状态。因此，若采用实施方式5，则能够比实施方式3和4更能够抑制图像模糊和混色的发生。
(实施方式6)接着，参照图10和图11，说明本发明的实施方式6的固体摄像器件。该实施方式6的固体摄像器件也是MOS型摄像器件，具有与图12所示的过去的MOS型摄像器件相同的电路结构。
首先，利用图10说明该实施方式6的固体摄像器件的剖面结构。图10是表示本发明实施方式6的固体摄像器件的结构的剖面图。而且，在图10中，标注了图1、图4和图6所示的符号的部分是和图1、图4和图6所示的部分相同的部分。
如图10所示，在该实施方式6中，在包括元件隔离区域38与其以外的区域的界面的区域形成有p型半导体区域80。半导体区域80向元件隔离区域38与其以外的区域的界面、以及其附近扩展。在该实施方式6中，半导体区域80最好是从元件隔离区域38与其以外的区域的界面，在半导体衬底30的深度方向上形成1nm～100nm、尤其是5nm～30nm程度的范围。
再者，半导体区域80的杂质浓度设定为比第二p阱60的杂质浓度高的值。在该实施方式6中，第二p阱60的杂质浓度最好是设定为例如1×1015个/cm3～1×1018个/cm3。并且，半导体区域80的杂质浓度最好是设定为例如1×1016个/cm3～1×1019个/cm3。
这样，在该实施方式6中形成有半导体区域80。因此，若采用该实施方式6，比实施方式2和3更加能够抑制像素之间产生的电子的漏泄。若采用该实施方式6，与实施方式2和3相比，更加能够抑制由像素之间产生的电子的漏泄造成的图像模糊和混色的发生。
并且，对除形成有半导体区域80这一点以外，该实施方式6的固体摄像器件具有与实施方式3的固体摄像器件相同的结构。因此，实施方式6的固体摄像器件也能够获得实施方式3所述的效果。
接着，用图11说明图10所示的该实施方式6的固体摄像器件的制造方法。图11是表示图10所示的固体摄像器件的制造方法的剖面图，图11(a)～(d)分别表示一连串主要工序。
最初，如图11(a)所示，在半导体衬底30上形成衬底保护膜81之后，在元件隔离区域38的形成区域形成沟槽82。在该实施方式6中，衬底保护膜81是依次形成氧化硅膜和氮化硅膜得到的层叠膜。
接着，如图11(b)所示，将残存的衬底保护膜作为掩模，离子注入硼等p型杂质。这样形成半导体区域80。这时的离子注入最好是设定例如加速能量(加速电压)为5keV～100keV、剂量为1×1016个/cm2～1×1019个/cm2进行1次～3次。
接着，如图11(c)所示，形成氧化硅膜等绝缘膜83，将沟槽82的内部填埋。接着，如图11(d)所示，对半导体衬底30的表面进行研磨、平坦化，仅在沟槽82的内部残留绝缘膜83。这样，形成界面形成了半导体区域80的元件隔离区域38。
接着，在图11中，虽未图示，但和实施方式1～5一样，通过离子注入形成埋入区域70、p阱31、第二p阱60、光电二极管12和半导体区域17a～17d(参见图5(a)～图5(c))。再者，当形成栅电极34～36、接触针形接点18、19和29、布线20、层间绝缘膜41～43、漏电压输入用布线37、遮光膜39和聚光镜40，就能够获得图10所示的固体摄像器件。
并且，在该实施方式6中，半导体区域80以自对准方式形成在元件隔离区域38与其以外的区域的界面。因此，若采用该实施方式6，与实施方式5相比，能够容易实现缩小像素尺寸(缩小元件隔离区域38之间的距离)。这是因为，在实施方式5中，元件隔离区域38和埋入区域71通过其它工序形成，所以考虑到掩模的位置偏移，与该实施方式6相比，必须形成大的元件隔离区域38。
而且，该实施方式6的固体摄像器件与实施方式1一样，也可以是不具有第二p阱60的方式，或者不具有埋入区域70的方式。
在上述实施方式1～6所使用的图1、图3～图10中，对层间绝缘膜41～43省略了剖面线。此外，对于半导体衬底30中未通过离子注入引入杂质的区域也省略了剖面线。并且，在各剖面图中仅图示剖面上出现的线。
若采用本发明的固体摄像器件，能够同时消除互相相反的、图像模糊和混色的发生、与光电二极管中的最大电子数和灵敏度的下降。这样，本发明的固体摄像器件在应用于对摄像机和数码相机等的应用时有用。
以上说明的实施方式，其目的归根到底是为了说明本发明的技术内容，本发明并不仅限于这样的具体例子，在本发明的精神和权利要求书所述的范围内实施方式能够进行各种变更来实施，应当广义地解释本发明。
权利要求
1.一种固体摄像器件，具有n型半导体衬底，该n型半导体衬底上形成有将入射的光转换成信号电荷的光电转换部、以及检测上述信号电荷的信号检测部，其特征在于，上述光电转换部具有形成在上述半导体衬底上的光电二极管；上述半导体衬底具有在上述半导体衬底的厚度方向上与上述光电转换部和上述信号检测部重叠的p阱；上述p阱形成为，该p阱的表层侧的界面位于比上述光电二极管的表层侧的界面更下层。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述p阱形成为，上述p阱的表层侧的界面位于比上述光电二极管的下层侧的界面更下层，上述p阱的杂质分布不与上述光电二极管的杂质分布重叠；在上述光电二极管和上述p阱之间存在未通过上述半导体衬底的形成工序以外的工序来引入杂质的区域。
3.如权利要求2所述的固体摄像器件，其特征在于，在未通过上述半导体衬底的形成工序以外的工序来引入杂质的区域，n型杂质的杂质浓度为1×1012个/cm3～1×1016个/cm3、p型杂质的杂质浓度为1×1012个/cm3～1×1016个/cm3。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述p阱形成为，上述p阱的表层侧的界面位于上述光电二极管的表层侧的界面与其下层侧的界面之间。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述半导体衬底在上述p阱的上层具有杂质浓度比上述p阱高的第二p阱；上述信号检测部形成在形成有上述第二p阱的区域。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，上述半导体衬底在上述p阱的下层具有杂质浓度比上述p阱高的p型埋入区域。
7.如权利要求1所述的固体摄像器件，其特征在于，在上述半导体衬底上，上述光电转换部和上述信号检测部分别形成多个；多个上述光电转换部和多个上述信号检测部具有多个像素的功能；上述多个像素配置成矩阵状；在上述半导体衬底的相邻的像素之间形成有元件隔离区域。
8.如权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，上述半导体衬底在元件隔离区域的下层具有杂质浓度比上述p阱高、且以隔离上述像素之间的方式形成的p型第二埋入区域。
9.如权利要求7所述的固体摄像器件，其特征在于，上述半导体衬底在上述p阱的上层具有杂质浓度比上述p阱高的第二p阱，并且，在包括上述元件隔离区域与其以外的区域的界面的区域，具有杂质浓度比上述第二p阱高的p型半导体区域；在形成有上述第二p阱的区域形成了上述信号检测部。
全文摘要
本发明使用一种固体摄像器件，其具有n型半导体衬底(30)，该n型半导体衬底上形成有光电转换部(32)和检测信号电荷的信号检测部(33)。在光电转换部具有光电二极管(12)，在半导体衬底上形成在半导体衬底的厚度方向上与光电转换部及信号检测部重叠的p阱(31)。p阱形成为，该p阱的表层侧的界面(31a)位于比光电二极管的表层侧的界面(16a)更下层。最好是表层侧的界面位于比光电二极管的下层侧的界面(16b)更下层，使得p阱(31)的杂质分布不与光电二极管(12)的杂质分布重叠。这时，在光电二极管和p阱之间存在非掺杂区域(50)。
文档编号H04N5/335GK1848444SQ20061007353
公开日2006年10月18日 申请日期2006年4月11日 优先权日2005年4月11日
发明者胜野元成, 松长诚之 申请人:松下电器产业株式会社