專利名稱：光電轉(zhuǎn)換器件和多芯片圖像傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換器件和多芯片圖像傳感器，具體來說，涉及 用于掃描儀、視頻攝像機、數(shù)字靜物攝像機等等的光電轉(zhuǎn)換器件和多 芯片圖像傳感器。
背景技術(shù)：
迄今為止，在用于讀取傳真機和掃描儀(用于讀取像素)的線性 型光電轉(zhuǎn)換器件中，通過利用第一導(dǎo)電類型的掩埋區(qū)域以及第一導(dǎo)電 類型的勢壘區(qū)域來隔離半導(dǎo)體區(qū)域，來隔離相鄰像素。每一個像素都 具有光電二極管，該光電二極管由第一導(dǎo)電類型區(qū)域(由外延層構(gòu)成)
以及在第一導(dǎo)電類型區(qū)域中形成的第二導(dǎo)電類型區(qū)域的PN結(jié)形成。 在日本專利申請?zhí)亻_No. 2007-027558中 >開了這樣的結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件是包括在其中設(shè)置的多個像素的光電轉(zhuǎn)換 器件，每一個像素都包括構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的第一導(dǎo)電類型的第一 雜質(zhì)區(qū)域，設(shè)置在第一雜質(zhì)區(qū)域中的構(gòu)成信號獲取區(qū)域的第二導(dǎo)電類 型的第二雜質(zhì)區(qū)域，其特征在于，與所述第一雜質(zhì)區(qū)域相鄰地設(shè)置有 第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)域和第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)域，第四 雜質(zhì)區(qū)域被置于所述第二雜質(zhì)區(qū)域和相鄰像素中的第二雜質(zhì)區(qū)域之 間，并且第四雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度小于第三雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
此外，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件是包括在其中設(shè)置的多個像素的光 電轉(zhuǎn)換器件，每一個像素都包括構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的第一導(dǎo)電類型 的笫一雜質(zhì)區(qū)域，設(shè)置在第一雜質(zhì)區(qū)域中的構(gòu)成信號獲取區(qū)域的第二 導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)域，其特征在于，與所述第一雜質(zhì)區(qū)域相鄰地
設(shè)置有第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)域和第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū) 域，第四雜質(zhì)區(qū)域被置于所述第二雜質(zhì)區(qū)域和相鄰像素中的第二雜質(zhì) 區(qū)域之間，并且第四雜質(zhì)區(qū)域的隔離寬度比第三雜質(zhì)區(qū)域的隔離寬度 窄。
此外，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換器件是包括在其中設(shè)置的多個像素的光
電轉(zhuǎn)換器件，每一個像素都包括構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的第一導(dǎo)電類型 的第一雜質(zhì)區(qū)域，設(shè)置在第一雜質(zhì)區(qū)域中的構(gòu)成信號獲取區(qū)域的第二 導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)域，其特征在于，與所述第一雜質(zhì)區(qū)域相鄰地 設(shè)置有第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)域和第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū) 域，以便第四雜質(zhì)區(qū)域被置于所述第二雜質(zhì)區(qū)域和相鄰像素中的笫二 雜質(zhì)區(qū)域之間，并且第四雜質(zhì)區(qū)域的深度小于第三雜質(zhì)區(qū)域的深度。
通過下面的結(jié)合附圖進行的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將變 得顯而易見，其中，類似的參考字符在附圖的所有圖中表示相同或類 似的部分。本說明書并入的并構(gòu)成本說明書的一部分的附圖例示了本 發(fā)明的實施例，并與說明書一起，用于解釋本發(fā)明的原理。


圖1是顯示了包括三個像素的第一實施例的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖2A是圖1中的A-A'截面的截面結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2B是圖 1中的B-B'截面的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖3A、 3B、 3C、 3D、 3E、 3F、 3G和3H是用于顯示第一實 施例的像素結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體制造的工藝流程圖。
圖4A、 4B、 4C、 4D、 4E、 4F、 4G和4H是用于顯示第一實 施例的像素結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體制造的工藝流程圖。
圖5是顯示了包括三個像素的第二實施例的結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6A是圖5中的6A-6A截面的截面結(jié)構(gòu)的示意圖，圖6B是 閨5中的6B-6B截面的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖7是第三實施例的光電轉(zhuǎn)換器件的平面圖。
圖8A、 8B、 8C、 8D、 8E、 8F、 8G和8H是用于顯示第三實
施例的像素結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體制造的工藝流程圖。
圖9A、 9B、 9C、 9D、 9E、 9F、 9G和9H是用于顯示第三實 施例的像素結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體制造的工藝流程圖。
圖10是使用光電轉(zhuǎn)換器件的多芯片圖4象傳感器的方框圖。
圖11是使用光電轉(zhuǎn)換器件的多芯片圖像傳感器的光學(xué)系統(tǒng)的圖。
圖12是顯示了光電轉(zhuǎn)換器件的示例的電路圖。
具體實施例方式
下面，將使用附圖詳細描述本發(fā)明。
首先，將使用圖12描述光電轉(zhuǎn)換器件的電路的示例。圖12是 四個像素的光電轉(zhuǎn)換部分和驅(qū)動電路的等效電路。像素al到dl包 括作為光電轉(zhuǎn)換部分的光電二極管PDa到PDd。此外，像素al到 dl具有構(gòu)成了源極跟隨器電路的放大晶體管M3a到M3d,以及作 為用于復(fù)位光電二極管PDa到PDd的單元的復(fù)位晶體管M4a到 M4d。從放大晶體管M3a到M3d輸出的信號通過讀取晶體管M2a 到M2d被臨時保持在積累區(qū)域CAPa到CAPd中，并通過讀取晶 體管Mla到Mld輸出到公共信號線14。使從放大晶體管到公共信 號線的電路為讀出電路。
通過光電二極管PDa到PDd中的光電轉(zhuǎn)換生成的電荷被放大 晶體管M3a到M3d進行電荷-電壓轉(zhuǎn)換。然后，基于電荷的信號被 通過信號傳輸脈沖①T 一次全部地傳輸?shù)椒e累區(qū)域CAPa到 CAPd。顯示了源極跟隨器電路的恒定電流負載CSa到CSd。然后， 讀取晶體管Mla到Mld被從掃描電路11提供的讀取脈沖巾al 到Odl依次打開，逐個地變?yōu)楦?，并且通過公共信號線14從信號 輸出放大器6中讀取信號。 (第一實施例)
圖1是顯示了第一實施例中的包括三個像素的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖 1以收集于圖12中顯示的光電轉(zhuǎn)換部分的方式顯示了該光電轉(zhuǎn)換部
分。圖2A是圖1中的A-A'截面的截面結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2B是 圖1中的B-B，截面的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。此外，在圖1、 2A和2B 中，對相同的組件分配相同的參考字符。
在圖1、 2A和2B中，顯示了半導(dǎo)體襯底100。通過此實施例， 作為示例，描述了 N型半導(dǎo)體襯底的情況。顯示了在半導(dǎo)體襯底100 上形成的N型掩埋擴散區(qū)域101以及N型外延區(qū)域(第一雜質(zhì)區(qū) 域)102。此外，還顯示了第一 N型元件隔離區(qū)域(第三雜質(zhì)區(qū)域) 103、第二 N型元件隔離區(qū)域(第四雜質(zhì)區(qū)域)104以及P型區(qū)域 (第二雜質(zhì)區(qū)域)105，該P型區(qū)域是信號獲取區(qū)域。外延區(qū)域102和 電荷獲取區(qū)域105形成了 PN結(jié)，并構(gòu)成了光電轉(zhuǎn)換部分。這里， 使包括一個光電轉(zhuǎn)換部分的最小重復(fù)單位為像素。在半導(dǎo)體襯底中設(shè) 置了兩個或更多像素。
第一 N型元件隔離區(qū)域103和第二 N型元件隔離區(qū)域104 被提供在每一個像素的N型的外延區(qū)域102的外圍，并且使各個像 素的N型外延區(qū)域102都電隔離。例如，在光電轉(zhuǎn)換部分和讀出電 路之間設(shè)置了第一 N型元件隔離區(qū)域103。第二 N型元件隔離區(qū)域 104設(shè)置在相鄰的P型區(qū)域105之間。P型區(qū)域105通過金屬電極 107和配線109連接到讀出電路。此外，虛線包圍的區(qū)域106表示 PN結(jié)的耗盡層區(qū)域。
在截面圖2A和2B中，顯示了在N型外延區(qū)域102上形成 的層間絕緣膜108。
如圖1所示，每一個像素的光電探測器部分在表面上被第一 N 型元件隔離區(qū)域103和第二 N型元件隔離區(qū)域104包圍。其中， 在表面上被包圍的是沿著包括每一個結(jié)構(gòu)的光接收部分的右接收表面 的平面的視圖中的配置。此外，在深度方向，如圖2A所示，每一個 像素的光電探測器部分被包圍在N型掩埋區(qū)域101和第一 N型元 件隔離區(qū)域103中。通過按照入射到N型外延區(qū)域102的光進行 的光電轉(zhuǎn)換而生成的光載流子(這里，空穴)被收集到P型區(qū)域105 中，并通過金屬電極107讀取到讀出電路中。這里，省略了配線109
和讀出電路的結(jié)構(gòu)和操作。此外，元件隔離區(qū)域103和104中生成 的電荷也被收集到P型區(qū)域105中。
當(dāng)生成的光栽流子在耗盡層106之外時，其通過擴散被一起收集 在P型區(qū)域105中，或者，當(dāng)在耗盡層106內(nèi)時，其通過漂移被 一起收集在P型區(qū)域105中。
N型外延區(qū)域102被形成為使得雜質(zhì)濃度可以變得低于第一 N型元件隔離區(qū)域103、第二 N型元件隔離區(qū)域104以及N型掩 埋區(qū)域101的雜質(zhì)濃度。因此，在N型外延區(qū)域102與第一 N型 元件隔離區(qū)域103 、第二 N型元件隔離區(qū)域104 、 N型掩埋區(qū) 域101之間出現(xiàn)了電勢差。這些電勢差發(fā)生作用，以致減小了像素之 間的光栽流子的流量，即，串?dāng)_。此外，電勢差減少將光栽流子沖到N 型半導(dǎo)體襯底100，并進行作用以便抑制靈敏度降低。
這里，將描述主題。當(dāng)具有元件隔離區(qū)域的像素的布置間距變窄 時，有這樣的情況N型的元件隔離區(qū)域和P型區(qū)域之間的間隔變 窄，光電二極管的PN結(jié)容量，即，檢測電容Cpd變大。這里，一 起收集在P型區(qū)域105中的光載流子被檢測電容Cpd (包括P型 區(qū)域105和N型的外延區(qū)域102的PN結(jié)的電容)進行電荷-電壓 轉(zhuǎn)換。使輸出電壓是V，使光載流子的量是Q，關(guān)于電荷-電壓轉(zhuǎn)換 的乂〉式，輸出電壓V被表達為如下 V = Q/Cpd
因此，當(dāng)收集的光載流子相同時，檢測電容Cpd越大，靈敏度 降低得越厲害。相反，檢測電容Cpd越小，輸出電壓V變得越大， 并且可以形成具有高靈敏度的光電轉(zhuǎn)換器件。因此，為了實現(xiàn)可以使 用此結(jié)構(gòu)的像素獲得具有高靈敏度的良好的圖像的光電轉(zhuǎn)換器件，使 此檢測電容Cpd小是重要的。
形成檢測電容的一部分的、P型區(qū)域105和N型外延區(qū)域 102之間的PN結(jié)的容量Cj如下(電容/單位結(jié)面積)<formula>formula see original document page 9</formula>
...公式(1)
其中，ss表示Si的介電常數(shù)，而W表示耗盡層寬度。
此外，Vbi表示內(nèi)置電勢，V表示施加的電壓，q表示元電荷，
NB表示此示例中的N型外延區(qū)域102的雜質(zhì)濃度。
因此，通過使N型外延區(qū)域102的雜質(zhì)濃度低，可以使PN結(jié)
的結(jié)電容小。
這里，當(dāng)像素間距逐漸地變窄時，元件隔離區(qū)域趨近于P型區(qū) 域以影響PN結(jié)，或形成PN結(jié)。在這樣的情況下，<&式(1)中的 NB的濃度變得高于外延區(qū)域的濃度，或者，被替換為元件隔離區(qū)域 的高雜質(zhì)濃度。因此，由于PN結(jié)的電容Cj變大并且輸出電壓V 變小，因此，靈敏度降低。如此，在此實施例中，提供了這樣的第二 N 型元件隔離區(qū)域104，其雜質(zhì)濃度高于N型外延區(qū)域102的雜質(zhì)濃 度，但是，低于第一 N型元件隔離區(qū)域103的雜質(zhì)濃度。通過此結(jié) 構(gòu)抑制因光栽流子流出而產(chǎn)生的串?dāng)_，靈敏度提高。
這使用前面所描述的特性當(dāng)光栽流子在耗盡層區(qū)域106之外 時，其通過擴散被收集在P型區(qū)域105中，或者，當(dāng)在耗盡層區(qū)域 106內(nèi)時，其通過漂移被收集在P型區(qū)域105中。
如此，在圖1中，在耗盡層區(qū)域106中生成的光載流子通過漂 移被收集到P型區(qū)域105中。因此，如果使耗盡層區(qū)域106變寬 到接近像素極限，即使高濃度電勢不會使像素之間隔離，也可以通過 漂移收集所需的光載流子，并且還可以減少相鄰像素之間的光載流子 的傳輸。
此外，在耗盡層區(qū)域106的外圍，由于通過形成其濃度低于第一 元件隔離區(qū)域103的濃度的第二元件隔離區(qū)域104,來減小元件隔離 區(qū)域?qū)N結(jié)電容的影響，因此，可以抑制檢測電容的增大。
另一方面，為了使勢壘高以便通過擴散完全收集在耗盡層區(qū)域 106的外面生成的光載流子，第一元件隔離區(qū)域103隔離對耗盡層區(qū) 域106的耗盡層的影響小的區(qū)域。
如此，通過選擇并設(shè)置第一 N型元件隔離區(qū)域103或其濃度低 于第一 N型元件隔離區(qū)域103的濃度的第二低元件隔離區(qū)域104， 來進行隔離。通過這樣的結(jié)構(gòu)，可以使像素間隔變窄，而不會增大光 電轉(zhuǎn)換部分的PN結(jié)電容。
因此，可以實現(xiàn)具有這樣的像素結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換器件，該像素結(jié) 構(gòu)在高分辨率像素間距中也能減小串?dāng)_的增大，并且防止靈敏度的降 低。
這里，雖然第二元件隔離區(qū)域104是在矩形像素的較長邊提供 的，但是，在像素在較短邊相鄰的情況下，在較短邊提供第二元件隔 離區(qū)域104。如此，可以將第二元件隔離區(qū)域104放在與像素之間的 信號讀出區(qū)域最近的部分中。
然而，如圖1所示的、將第二元件隔離區(qū)域104設(shè)置于兩個相 鄰像素的P型區(qū)域105之間的這樣結(jié)構(gòu)在形成具有窄像素間距的 傳感器時具有特別有利的效果。這是因為，由于相鄰像素的兩個P型 區(qū)域105之間的間隔最難以確保元件隔離區(qū)域和P型區(qū)域之間的 距離，所以對耗盡層的發(fā)散的影響比較大。
圖3A到3H以及圖4A到4H是用于描述圖1、2A和2B中 的像素結(jié)構(gòu)的制造工藝的工藝流程圖。圖3A到3H對應(yīng)于圖1中 的A-A'截面，圖4A到4H對應(yīng)于圖1中的B-B，截面。
下面，將使用附圖描述此實施例的光電轉(zhuǎn)換部分的制造工藝的每 一個工藝。為了簡明起見，省略對用于形成此光電轉(zhuǎn)換器件的讀出電 路的MOSFET等等的制造工藝的描述。
首先，如圖3A和圖4A所示，準(zhǔn)備N型半導(dǎo)體襯底100。
接下來，如圖3B和圖4B所示，通過離子注入工藝，在N型 半導(dǎo)體襯底100上形成N型掩埋區(qū)域101。
接下來，如圖3C和圖4C所示，通過外延生長，在N型掩埋 層101上形成N型外延區(qū)域102'。
隨后，如圖3D和圖4D所示，在離子注入工藝中，在N型外 延區(qū)域102'中的、在光刻工藝中指定的區(qū)域中，形成第一 N型元
件隔離區(qū)域103。
接下來，如圖3E和圖4E所示，通過熱擴散的方式擴散N型 掩埋區(qū)域101和第一 N型元件隔離區(qū)域103。
隨后，如圖3F和圖4F所示，在離子注入工藝中，在N型外 延區(qū)域102中的、在光刻工藝中指定的區(qū)域中形成第二 N型元件隔 離區(qū)域104。
這里，N型外延區(qū)域101的雜質(zhì)濃度大約是lel4到 lel5/cm3, N型掩埋層102和第一 N型元件隔離區(qū)域103的雜質(zhì) 濃度高于外延區(qū)域101的雜質(zhì)濃度，是例如超過lel6到lel8/cm3 的濃度。理想的是，N型外延區(qū)域101和第一 N型元件隔離區(qū)域 103具有10到100倍或更高的雜質(zhì)濃度差，以便形成使元件隔離 的勢壘。另一方面，使第二 N型元件隔離區(qū)域的雜質(zhì)濃度大約為lel5 到lel7/cm3,使其雜質(zhì)濃度低于第一 N型元件隔離區(qū)域的雜質(zhì)濃 度。使用磷和砷作為雜質(zhì)。
接下來，如圖3G和圖4G所示，在離子注入工藝中，在N型 外延區(qū)域102中的、在光刻工藝中指定的區(qū)域中形成P型區(qū)域 105。
最后，如圖3H和圖4H所示，形成層間絕緣膜108和金屬電 極107。
當(dāng)在圖3E和圖4E中所描述的熱擴散工藝中形成第一 N型 元件隔離區(qū)域103時，第一 N型元件隔離區(qū)域103不僅在深度方 向擴展，而且還在橫向擴展，因此，如上文所描述的，第一 N型元 件隔離區(qū)域103和P型區(qū)域105之間的距離容易地變短，因此，
造成問題。
例如，當(dāng)?shù)谝?N型元件隔離區(qū)域的雜質(zhì)濃度是lel8/cm3 (1 x 1018/cm3)并且外延區(qū)域的雜質(zhì)濃度是lel4/cm3時，靠近N型元件 隔離區(qū)域部分的外延區(qū)域的雜質(zhì)濃度在這兩值之間。臨時地，假設(shè)每 jim，此中間濃度的輪廓圖的斜率是每1/10變化的斜率，需要4 nm
的寬度，以便N型元件隔離區(qū)域的lel8/cm3變得與外延區(qū)域的濃 度lel5/cm3相同。
即，為了使影響公式(1)中表達的PN結(jié)電容的濃度是外延區(qū) 域中的雜質(zhì)濃度lel4，必須確保從第一 N型元件隔離區(qū)域到耗盡層 區(qū)域的邊緣為至少4 pm或更大。例如，在分辨率為2400 dpi的線 性傳感器的情況下，由于像素間距變?yōu)榇蠹s10.5 ]Lim，當(dāng)從第一 N型 元件隔離區(qū)域到耗盡層區(qū)域的邊緣的一邊的距離為4 pm，即，總共 為8 nm的距離時，非常難以確保耗盡層區(qū)域?qū)挾群蚉型元件隔離 區(qū)域?qū)挾?。然后，假設(shè)第二 N型元件隔離區(qū)域(其雜質(zhì)濃度低)的 雜質(zhì)濃度是lel6，從第二 N型元件隔離區(qū)域到耗盡層區(qū)域的邊緣的 距離可以是2 nm或更高。
因此，使用濃度不同的第一 N型元件隔離區(qū)域103和第二 N 型元件隔離區(qū)域104的結(jié)構(gòu)特別有效地發(fā)揮作用。此外，由于只要在 如此制造工藝所示的第一 N型元件隔離區(qū)域103的熱擴散工藝之 后形成第二 N型元件隔離區(qū)域104 ，就可以抑制第二 N型元件隔 離區(qū)域在橫向的發(fā)散，因此，獲得了相當(dāng)有利的效果。
所需的只是選擇第二 N型元件隔離區(qū)域在深度方向的濃度分 布，以便可以最佳地形成耗盡層區(qū)域106。
此外，也可以不進行離子注入，而是通過從第 一元件隔離區(qū)域103 擴散來形成第二元件隔離區(qū)域104。當(dāng)使用如此形成的第二元件隔離 區(qū)域時，獲得與此實施例的效果相同的有利效果。 (第二實施例)
圖5是顯示了第二實施例中的包括三個像素的結(jié)構(gòu)的平面圖。類 似于圖1，圖5以收集于圖12中顯示的光電轉(zhuǎn)換部分的方式顯示 該光電轉(zhuǎn)換部分。圖6A是圖5中的6A-6A截面的截面結(jié)構(gòu)的示意 圖，圖6B是圖5中的6B-6B截面中的截面結(jié)構(gòu)的示意圖。此外， 在圖5和6中，對與圖1、 2A和2B中的相同部件分配了相同的 參考字符。關(guān)于圖5、 6A和6B中的結(jié)構(gòu)，省略了與第一實施例中 的相同的組件的描述，并且未顯示讀出電路。在圖5、 6A和6B中，第三N型元件隔離區(qū)域401的元件隔 離區(qū)域的寬度比第一 N型元件隔離區(qū)域103的寬度窄?？梢酝ㄟ^例 如在形成前面描述的第一 N型元件隔離區(qū)域103的過程中，控制在 光刻工藝中指定的離子注入?yún)^(qū)域的形狀的寬度，同時形成此結(jié)構(gòu)。在 此實施例中，使第三N型元件隔離區(qū)域的雜質(zhì)濃度與第一 N型元件 隔離區(qū)域的雜質(zhì)濃度相同。
雖然耗盡層通過P型區(qū)域105和外延區(qū)域102之間的反向偏 壓而向外延層延伸，但是第三N型像素區(qū)域401的寬度被設(shè)計為以 免耗盡層到達第三N型元件隔離區(qū)域401。即使第三N型像素隔離 區(qū)域401的雜質(zhì)濃度高于第一 N型元件隔離區(qū)域的雜質(zhì)濃度，只要 耗盡層不會到達第三N型元件隔離區(qū)域401就是好的。當(dāng)然，第三 N型像素隔離區(qū)域401的雜質(zhì)濃度可以低于第一 N型元件隔離區(qū) 域的雜質(zhì)濃度。
因此，可以產(chǎn)生具有小像素間距的光電轉(zhuǎn)換器件，其靈敏度高并 且其中串?dāng)_的增大得到抑制。
(第三實施例)
圖7是第三實施例的光電轉(zhuǎn)換器件的平面圖。圖7是對應(yīng)于圖 1或圖5的圖，給相同的部件應(yīng)用了相同的參考編號。
在此實施例中，特征是，第二 N型雜質(zhì)區(qū)域104的元件隔離區(qū) 域的深度比第一 N型元件隔離區(qū)域103的元件隔離區(qū)域的深度淺。 例如，雖然第一 N型元件隔離區(qū)域103由兩層或更多層雜質(zhì)區(qū)域構(gòu) 成，但是，第二 N型元件隔離區(qū)域104由一層雜質(zhì)區(qū)域構(gòu)成。
圖8A到8H,以及圖9A到9H是用于描述圖7中的像素結(jié) 構(gòu)的制造工藝的工藝流程圖。圖8A到8H對應(yīng)于圖7中的A-A' 截面，圖9A到9H對應(yīng)于圖7中的B-B'截面。
圖8H和圖9H是完整的截面圖，圖8A到8G以及圖9A到9G 顯示了到圖8H和圖9H的處理。
此外，只對為了形成此像素結(jié)構(gòu)所需的擴散區(qū)域，描述制造工藝， 為了簡明起見，省略了對用于形成此光電轉(zhuǎn)換器件的讀出電路的
MOSFET等等的制造工藝的描述。
此外，在圖8和9中，對與圖3和4中的相同組件分配了相 同的參考字符，并且省略對它們的描述。
首先，如圖8A和圖9A所示，準(zhǔn)備N型半導(dǎo)體襯底100。
接下來，如圖8B和圖9B所示，通過離子注入工藝，在N型 半導(dǎo)體襯底100上形成N型掩埋區(qū)域101。
隨后，如圖8C和圖9C所示，通過外延生長，在N型掩埋 層101上形成具有l(wèi)el4到lel5/cm3的雜質(zhì)濃度的N型外延區(qū)域 102'。
接下來，如圖8D和圖9D所示，在光刻工藝中，它殘留一部分， 并且對用于進行高能量離子注入的厚膜光致抗蝕劑110進行構(gòu)圖。
隨后，如圖8E和圖9E所示，通過N型外延區(qū)域102中的 上文所提及的厚膜抗蝕劑，通過500 keV到2.0 MeV或更高的高能 量離子注入工藝，在光刻工藝中指定的區(qū)域中形成N型擴散區(qū)域 601。然后，在由光刻工藝指定的外圍中的薄的抗蝕劑區(qū)域中形成N 型擴散區(qū)域602。 N型擴散區(qū)域601的雜質(zhì)濃度是lel6/cm3 (1 x 1016/cm3)或更高，N型擴散區(qū)域602的雜質(zhì)濃度變成lel5到 lel7/cm3。
接下來，如圖8F和圖9F所示，在大約50keV到200 keV的 離子注入工藝中，在N型外延區(qū)域102的、在光刻工藝中指定的區(qū) 域中形成N型擴散區(qū)域603。 N型擴散區(qū)域603的雜質(zhì)濃度變?yōu)?lel7/cm3或更高。此外，A-A'截面中的N型擴散區(qū)域601、 602和 603連接為N型擴散區(qū)域，以變成第一元件隔離區(qū)域103。 B-B'截 面中的N型擴散區(qū)域603照原樣變成第二元件隔離區(qū)域104。
接下來，如圖8G和圖9G所示，在離子注入工藝中，在N型 外延區(qū)域102中的、在光刻工藝中指定的區(qū)域中形成P型區(qū)域105。
最后，如圖8H和圖9H所示，形成層間絕緣膜108和金屬電 極107。
當(dāng)在BB'截面中形成處于深位置的N型雜質(zhì)層601時，類似
于A-A'截面，也在B-B'截面中在與N型雜質(zhì)層602相同的深度 形成N型雜質(zhì)層。這是因為，由于在進行高能量離子注入時所使用 的厚抗蝕劑層傾向于在孔的附近產(chǎn)生"下垂"，所以離子被注入到從硅 表面起的比較淺的位置。從P型信號獲取區(qū)域107擴展的耗盡層的 發(fā)散被此N型雜質(zhì)層抑制，這成為光電轉(zhuǎn)換器件的靈敏度被其降低 的原因。因此，不在獲取電極的附近的深的位置形成N型雜質(zhì)層是 適合于獲得低干擾同時維持高靈敏度的結(jié)構(gòu)。
另一方面，通過類似于B-B'截面，使N型雜質(zhì)區(qū)域進入遠離 信號獲取電極的位置的兩層或更多層，可以抑制電荷滲入到相鄰像素 中。
此外，雖然在此實施例中示范了通過抗蝕劑形狀中產(chǎn)生的"下垂" 使隔離寬度變寬，除此之外，例如，因為對于高能量的厚膜光致抗蝕 劑的精密蝕刻比對普通抗蝕劑的精密蝕刻更難，不得不使隔離寬度變 寬。此外，在通過熱擴散使隔離寬度變深的情況下，由于擴散不僅在 深度方向進行，而且還在橫向上進行，因此，隔離寬度變大。
如此， 一般而言，當(dāng)形成深的隔離層時，隔離寬度容易在橫向上 變寬，當(dāng)形成淺的隔離層時，可以在橫向上形成窄的隔離寬度。
因此，在此實施例中，通過在比第二元件隔離區(qū)域104處于峰值 濃度的位置更深的位置處形成第一元件隔離區(qū)域103，可以實現(xiàn)具有 能夠抑制靈敏度降低并且使串?dāng)_減少的像素結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換器件。
雖然在上文所提及的實施例中描述了通過組合多次的離子注入 (離子注入能量改變)來形成第一元件隔離區(qū)域103的情況，但是， 也可以通過一次離子注入工藝來形成第一元件隔離區(qū)域103。此外， 也使用形成第二元件隔離區(qū)域104的離子注入工藝，以便形成第一元 件隔離區(qū)域103，但是，在單獨的離子注入中形成它們也是好的。
雖然在上文所提及的第一到第三實施例中示范了在N型區(qū)域中 提供了 P型區(qū)域的情況，但是，本發(fā)明不限于此，也可以在相反導(dǎo) 電類型的組合中獲得相同的有利效果。
此外，雖然在第 一到第三實施例中示范和描述了使用通過外延生
長在光電探測器部分中形成的低濃度區(qū)域的情況，但是，本發(fā)明不限
于此。例如，甚至在通過高能離子注入在硅襯底的掩埋區(qū)域101中形
成上文所提及的元件隔離結(jié)構(gòu)時，本發(fā)明也是有效的。然后，硅襯底 也可以用于光電探測器部分，或者，通過單獨地離子注入工藝形成光 電探測器部分以便變?yōu)楹线m的雜質(zhì)濃度也是可以的。
在上文所描述的第一到笫三實施例中，是以線性傳感器為示范， 將其作為光電轉(zhuǎn)換器件來進行描述的。然而，本發(fā)明也適用于二維傳
感器，其中，在一個芯片上設(shè)置了多個像素行，即，R行、G行，以 及B行多條像素行。在其中設(shè)置了 R行、G行以及B行多條像素 行的二維傳感器的情況下，在每一個中間像素行中，在相鄰的四個像 素之間設(shè)置了第二 N型元件隔離區(qū)域(第四雜質(zhì)區(qū)域)。然后，在像 素行的兩個邊緣中的每一個邊緣中，在相鄰三個像素之間設(shè)置了第二 N型元件隔離區(qū)域(第四雜質(zhì)區(qū)域)。此外，當(dāng)然能夠通過設(shè)置此實 施例的三組R色、G色以及B色線性傳感器來構(gòu)成二維傳感器。 (第四實施例)
圖10是本發(fā)明中的第四實施例中的半導(dǎo)體圖像傳感器的多芯片 系統(tǒng)的示意圖。在用于進行圖像傳感器安裝的襯底702上安裝了多個 半導(dǎo)體圖像傳感器Sl到S(n)，第一到第三實施例的光電轉(zhuǎn)換器件可 以用于它們。如此，通過沿著多列設(shè)置第一到第三實施例的光電轉(zhuǎn)換 器件，構(gòu)成半導(dǎo)體圖像傳感器的多芯片系統(tǒng)。
圖7是圖10中的半導(dǎo)體圖像傳感器的多芯片系統(tǒng)的A部分 的放大圖。在A部分的放大圖中，對圖1中的相同組件應(yīng)用了相同 的參考字符，并且因此省略對它們的描述。圖11是顯示了使用上文
所提及的半導(dǎo)體圖像傳感器的多芯片系統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)的截面方框圖。
圖11顯示了原件801、 SELFOC透鏡陣列(商標(biāo)名稱，Nippon Sheet Glass Co., Ltd.制造)803，用于原件照明的LED陣列804。 也可以使用發(fā)光二極管和光導(dǎo)體的組合來代替用于原件照明的LED 陣列804
圖10和圖11中的箭頭700顯示了原件的副掃描方向。主要由
掃描間距來確定此副掃描方向的分辨率。另一方面，因為主掃描方向 的間距是由圖像傳感器的規(guī)范確定的，因此，通過使副掃描方向的區(qū) 域變寬來提高靈敏度。
在光電轉(zhuǎn)換器件(在線性傳感器中以機械方式對光電轉(zhuǎn)換器件進 行操作，以掃描圖像)的情況下，副掃描方向的分辨率比主掃描方向
的分辨率更重要是常見的。因此，在此實施例中，如圖7所示，為了 在分辨率和靈敏度方面兼容，每一個矩形像素被形成為使得縱橫比可 以是一或更大。
在一個單位像素中的主掃描方向和副掃描方向的縱橫比是一或更 大的矩形像素的情況下，通過采用只在如此實施例所示的矩形的較長 邊設(shè)置第二 N型元件隔離區(qū)域104的結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)具有高分辨率 和高靈敏度的多芯片圖像傳感器，并將串?dāng)_的增大抑制到最小。
本發(fā)明應(yīng)用于用于掃描儀、視頻攝像機、數(shù)字靜物攝像機等等的 光電轉(zhuǎn)換器件。
雖然參考示范性實施例描述了本發(fā)明，但是應(yīng)該理解，本發(fā)明不 限于所公開的示范性實施例。下列權(quán)利要求的范圍應(yīng)該有最廣泛的解 釋，以便包含所有這樣的修改以及等效的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
1.一種包括多個像素的光電轉(zhuǎn)換器件，每一個像素都具有光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，該光電轉(zhuǎn)換區(qū)域包括:第一導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)域，和設(shè)置于第一雜質(zhì)區(qū)域中的、作為信號獲取區(qū)域操作的第二導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)域，其中與第一雜質(zhì)區(qū)域相鄰地設(shè)置有第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)域和第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)域，以便一個像素中的第四雜質(zhì)區(qū)域被置于所述一個像素中的第二雜質(zhì)區(qū)域和與所述一個像素相鄰的其它像素中的第二雜質(zhì)區(qū)域之間，并且第四雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度小于第三雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中 第四雜質(zhì)區(qū)域被設(shè)置在至少與所述信號獲取區(qū)域最近的區(qū)域中。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中 第二雜質(zhì)區(qū)域具有長方形形狀，以便第四雜質(zhì)區(qū)域沿著該長方形形狀的區(qū)域的較長邊設(shè)置。
4. 一種包括多個像素的光電轉(zhuǎn)換器件，每一個像素都具有光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域，該光電轉(zhuǎn)換區(qū)域包括第一導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)域，和設(shè) 置于第一雜質(zhì)區(qū)域中的、作為信號獲取區(qū)域操作的第二導(dǎo)電類型的第 二雜質(zhì)區(qū)域，其中與第一雜質(zhì)區(qū)域相鄰地設(shè)置有第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)域和第 一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)域，以便一個像素中的第四雜質(zhì)區(qū)域被置于 所述一個像素中的第二雜質(zhì)區(qū)域和與所述一個像素相鄰的其它像素中 的第二雜質(zhì)區(qū)域之間，并且第四雜質(zhì)區(qū)域的隔離寬度比第三雜質(zhì)區(qū)域的隔離寬度窄。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中第四雜質(zhì)區(qū)域被設(shè)置在至少與所述信號獲取區(qū)域最近的區(qū)域中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中 第二雜質(zhì)區(qū)域具有長方形形狀，以便第四雜質(zhì)區(qū)域沿著該長方形 形狀的區(qū)域的較長邊設(shè)置。
7. —種包括多個像素的光電轉(zhuǎn)換器件，每一個像素都具有光電轉(zhuǎn) 換區(qū)域，該光電轉(zhuǎn)換區(qū)域包括第一導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)域，和設(shè) 置于第一雜質(zhì)區(qū)域中的、作為信號獲取區(qū)域操作的第二導(dǎo)電類型的第 二雜質(zhì)區(qū)域，其中與第一雜質(zhì)區(qū)域相鄰地設(shè)置有第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)域和第 一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)域，以便一個像素中的第四雜質(zhì)區(qū)域被置于 所述一個像素中的第二雜質(zhì)區(qū)域和與所述一個像素相鄰的其它像素中 的第二雜質(zhì)區(qū)域之間，并且第四雜質(zhì)區(qū)域的深度小于第三雜質(zhì)區(qū)域的深度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中 第四雜質(zhì)區(qū)域被設(shè)置在至少與所述信號獲取區(qū)域最近的區(qū)域中。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的光電轉(zhuǎn)換器件，其中 第二雜質(zhì)區(qū)域具有長方形形狀，以便第四雜質(zhì)區(qū)域沿著該長方形形狀的區(qū)域的較長邊設(shè)置。
10. —種包括沿著多列設(shè)置的多個光電轉(zhuǎn)換器件的多芯片圖像傳 感器，每一個光電轉(zhuǎn)換器件都是根據(jù)權(quán)利要求1提供的。
11. 一種包括沿著多列設(shè)置的多個光電轉(zhuǎn)換器件的多芯片圖像傳 感器，每一個光電轉(zhuǎn)換器件都是根據(jù)權(quán)利要求4提供的。
12. —種包括沿著多列設(shè)置的多個光電轉(zhuǎn)換器件的多芯片圖像傳 感器，每一個光電轉(zhuǎn)換器件都是根據(jù)權(quán)利要求7提供的。
全文摘要
本發(fā)明提供光電轉(zhuǎn)換器件和多芯片圖像傳感器，其縮小像素間隔，而不會增大PN結(jié)電容。所述光電轉(zhuǎn)換器件包括設(shè)置在其中的多個像素，每一個像素都包括構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的第一導(dǎo)電類型的第一雜質(zhì)區(qū)域，設(shè)置在第一雜質(zhì)區(qū)域中的構(gòu)成信號獲取區(qū)域的第二導(dǎo)電類型的第二雜質(zhì)區(qū)域，第一導(dǎo)電類型的第三雜質(zhì)區(qū)域和第一導(dǎo)電類型的第四雜質(zhì)區(qū)域設(shè)置在每一個像素的外圍，用于使每一個像素隔離，第四雜質(zhì)區(qū)域被置于相鄰像素之間，并且第四雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度小于第三雜質(zhì)區(qū)域的雜質(zhì)濃度。
文檔編號H01L27/146GK101373785SQ20081021001
公開日2009年2月25日 申請日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月24日
發(fā)明者光地哲伸, 山崎和男 申請人:佳能株式會社