半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利說(shuō)明】半導(dǎo)體器件及其制造方法
[0001](對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用)
[0002]這里，作為參考加入在2013年11月27日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2013-244817的公開的全部?jī)?nèi)容，包括說(shuō)明書、附圖和摘要。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，更特別地，涉及包含諸如光電二極管的光電轉(zhuǎn)換元件的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]用于圖像傳感器的半導(dǎo)體器件(固態(tài)圖像感測(cè)元件)具有在半導(dǎo)體襯底上形成的使得其間具有間隔的多個(gè)諸如光電二極管的光電轉(zhuǎn)換兀件。為了抑制在一對(duì)相鄰的光電二極管之間流動(dòng)的泄漏電流，半導(dǎo)體器件具有在一對(duì)光電二極管之間形成的用于元件隔離的隔離絕緣膜。當(dāng)形成隔離絕緣膜時(shí)，形成大量的損傷層。在一些情況下，通過(guò)損傷層，稱為暗電流的微小泄漏電流會(huì)在一對(duì)相鄰的光電二極管之間流動(dòng)。泄漏電流變?yōu)楣虘B(tài)圖像感測(cè)元件的噪聲，這降低固態(tài)圖像感測(cè)元件的性能。為了抑制這種現(xiàn)象，在隔離絕緣膜附近設(shè)置稱為保護(hù)環(huán)的電流阻擋區(qū)域。
[0005]例如，在日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2012-28380(專利文獻(xiàn)I)中公開了具有與隔離絕緣膜接觸的保護(hù)環(huán)的結(jié)構(gòu)。
[0006][現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]
[0007][專利文獻(xiàn)]
[0008][專利文獻(xiàn)I]
[0009]日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.2012-28380

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]例如，通過(guò)由離子注入在半導(dǎo)體襯底中形成雜質(zhì)擴(kuò)散層形成保護(hù)環(huán)。具體而言，通過(guò)增加被離子注入的雜質(zhì)的濃度，形成包含具有高濃度的雜質(zhì)擴(kuò)散層的保護(hù)環(huán)以增強(qiáng)抑制泄漏電流的效果。但是，以高強(qiáng)度通過(guò)離子注入形成的保護(hù)環(huán)趨于具有晶體缺陷。晶體缺陷可引起光電二極管的有缺陷的像素。相反，通過(guò)增加保護(hù)環(huán)中的雜質(zhì)的濃度，減少由于晶體缺陷而出現(xiàn)有缺陷的像素的可能性，同時(shí)弱化保護(hù)環(huán)會(huì)抑制泄漏電流的效果。以這種方式，在針對(duì)晶體缺陷的措施與針對(duì)保護(hù)環(huán)中的泄漏電流的措施之間存在權(quán)衡。難以增強(qiáng)兩種效果。專利文獻(xiàn)I沒有公開針對(duì)上述問題的措施。
[0011]結(jié)合附圖閱讀以下的詳細(xì)的描述，可以清楚地理解其它問題和本發(fā)明的新特征。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件包含半導(dǎo)體襯底、光電轉(zhuǎn)換元件、第一隔離絕緣膜和電流阻擋區(qū)域。半導(dǎo)體襯底具有主表面，并且光電轉(zhuǎn)換元件在半導(dǎo)體襯底中形成。第一隔離絕緣膜在主表面之上的光電轉(zhuǎn)換元件周圍形成。電流阻擋區(qū)域在主表面之上的光電轉(zhuǎn)換元件與第一隔離絕緣膜之間的區(qū)域中形成。電流阻擋區(qū)域包含雜質(zhì)擴(kuò)散層和適于通過(guò)與雜質(zhì)擴(kuò)散層接觸與雜質(zhì)擴(kuò)散層形成孿晶的缺陷延伸防止層。缺陷延伸防止層具有與雜質(zhì)擴(kuò)散層不同的晶體結(jié)構(gòu)。電流阻擋區(qū)域的至少一部分被設(shè)置為與第一隔離絕緣膜接觸。
[0013]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制造方法中，首先，設(shè)置具有主表面的半導(dǎo)體襯底。在主表面中形成第一隔離絕緣膜。在形成第一隔離絕緣膜的步驟之后，在主表面上形成電流阻擋區(qū)域以使其與第一隔離絕緣膜相鄰。在半導(dǎo)體襯底中第一隔離絕緣膜的相對(duì)側(cè)形成光電轉(zhuǎn)換元件，以使其與第一隔離絕緣膜夾著電流阻擋區(qū)域。在形成電流阻擋區(qū)域時(shí)，形成缺陷延伸防止層。在形成缺陷延伸防止層之后，從缺陷延伸防止層的正上方以與缺陷延伸防止層接觸的方式形成具有與缺陷延伸防止層不同的晶體結(jié)構(gòu)的雜質(zhì)擴(kuò)散層，以由此使其與缺陷延伸防止層形成孿晶。在形成電流阻擋區(qū)域的過(guò)程中，電流阻擋區(qū)域的至少一部分形成為與第一隔離絕緣膜接觸。
[0014]根據(jù)本實(shí)施例，雜質(zhì)擴(kuò)散層和缺陷延伸防止層形成孿晶，該孿晶抑制電流阻擋區(qū)域內(nèi)的像素缺陷延伸到半導(dǎo)體襯底的主表面。因此，即使設(shè)置雜質(zhì)濃度高且像素缺陷濃度高的電流阻擋區(qū)域，本實(shí)施例也可抑制像素信號(hào)等的錯(cuò)誤識(shí)別的出現(xiàn)。具體而言，本實(shí)施例可實(shí)現(xiàn)一對(duì)相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件之間的泄漏電流的抑制以及光電轉(zhuǎn)換元件中的像素缺陷的檢測(cè)的抑制。因此，本發(fā)明可提供可以以非常高的可靠性檢測(cè)像素信號(hào)的半導(dǎo)體器件及其制造方法。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件中的晶片的狀態(tài)的示意性平面圖；
[0016]圖2是圖1所示的點(diǎn)線圓包圍的區(qū)域II的示意性放大平面圖；
[0017]圖3是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的第一例子的示意性斷面圖；
[0018]圖4是表示圖3所示的點(diǎn)線圓包圍的區(qū)域IV的示意性放大平面圖；
[0019]圖5是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的第二例子的示意性斷面圖；
[0020]圖6是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第一步驟的示意性斷面圖；
[0021]圖7是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第二步驟的示意性斷面圖；
[0022]圖8是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第三步驟的示意性斷面圖；
[0023]圖9是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第四步驟的示意性斷面圖；
[0024]圖10是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第五步驟的示意性斷面圖；
[0025]圖11是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第六步驟的示意性斷面圖；
[0026]圖12是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第七步驟的示意性斷面圖；
[0027]圖13是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第八步驟的示意性斷面圖；
[0028]圖14是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第九步驟的示意性斷面圖；
[0029]圖15是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十步驟的示意性斷面圖；
[0030]圖16是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十一步驟的示意性斷面圖；
[0031]圖17是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十二步驟的示意性斷面圖；
[0032]圖18是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十三步驟的示意性斷面圖；
[0033]圖19是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十四步驟的示意性斷面圖；
[0034]圖20是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十五步驟的示意性斷面圖；
[0035]圖21是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十六步驟的示意性斷面圖；
[0036]圖22是表示第一實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第十七步驟的示意性斷面圖；
[0037]圖23是表示比較例中的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的示意性斷面圖；
[0038]圖24是圖23所示的點(diǎn)線圓包圍的區(qū)域XXIV的示意性放大平面圖；
[0039]圖25是表示通過(guò)用第一實(shí)施例的保護(hù)環(huán)和像素缺陷替代指示比較例的圖24的保護(hù)環(huán)和像素缺陷獲得的結(jié)構(gòu)的示意性放大平面圖；
[0040]圖26是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的例子的示意性斷面圖；
[0041]圖27是表示第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第一步驟的示意性斷面圖；
[0042]圖28是表示第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第二步驟的示意性斷面圖；
[0043]圖29是表示第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第三步驟的示意性斷面圖；
[0044]圖30是表示第二實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第四步驟的示意性斷面圖；
[0045]圖31是表示根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的例子的示意性斷面圖；
[0046]圖32是表示第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第一步驟的示意性斷面圖；
[0047]圖33是表示第三實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第二步驟的示意性斷面圖；
[0048]圖34是表示根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)的例子的示意性斷面圖；
[0049]圖35是表示第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第一步驟的示意性斷面圖；
[0050]圖36是表示第四實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件的制造方法的第二步驟的示意性斷面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0051 ] 以下，參照附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0052]第一實(shí)施例
[0053]首先，通過(guò)使用圖1和圖2描述根據(jù)本實(shí)施例的晶片狀態(tài)中的半導(dǎo)體器件。
[0054]參照?qǐng)D1，半導(dǎo)體晶片SW具有芯片區(qū)域MC，該芯片區(qū)域MC在其上面安裝用于圖像傳感器的多個(gè)半導(dǎo)體器件。芯片區(qū)域MC具有矩形平面形狀，并且以矩陣配置。
[0055]參照?qǐng)D2，芯片區(qū)域MC中的每一個(gè)包含用作諸如光電二極管的光電轉(zhuǎn)換元件的形成區(qū)域的像素區(qū)域PDR和用作用于控制光電二極管的周邊電路的形成區(qū)域的周邊電路區(qū)域PCR。例如，在像素區(qū)域TOR的兩側(cè)形成周邊電路區(qū)域PCR。在芯片區(qū)域MC之間形成切割(dice)線區(qū)域DLR。在切割線區(qū)域DLR中設(shè)置對(duì)準(zhǔn)標(biāo)記。半導(dǎo)體晶片SW在切割線區(qū)域DLR中被切割成多個(gè)半導(dǎo)體芯片。
[0056]因此，被分割的半導(dǎo)體芯片中的每一個(gè)具有矩形平面形狀，并且包含像素區(qū)域roR、周邊電路區(qū)域PCR和切割線區(qū)域DLR。
[0057]下面參照?qǐng)D3?5描述本實(shí)施例中的圖像傳感器的結(jié)構(gòu)，特別是晶片狀態(tài)和芯片狀態(tài)中的像素區(qū)域。
[0058]參照?qǐng)D3，本實(shí)施例的圖像傳感器在像素區(qū)域(與圖2的像素區(qū)域PDR對(duì)應(yīng))中包含光電二極管部分和晶體管部分。光電二極管部分具有形成為光電轉(zhuǎn)換7Π件的光電二極管ΡΤ0,并且晶體管部分在其形成用于控制的晶體管TR。
[0059]具體而言，在由例如硅形成的半導(dǎo)體襯底SUB的η區(qū)域中形成圖像傳感器。光電二極管部分和晶體管部分在平面圖中通過(guò)在半導(dǎo)體襯底SUB的表面上形成的場(chǎng)氧化物膜FOl (第一隔離絕緣膜)相互隔離。在光電二極管部分內(nèi)，光電二極管PTO和例如設(shè)置在光電二極管周圍的高濃度P型區(qū)域PSR(用于與上層布線耦合的高濃度區(qū)域)在平面圖通過(guò)場(chǎng)氧化物膜FOl相互隔離。
[0060]在光電二極管部分內(nèi)的半導(dǎo)體襯底SUB的表面上形成P型阱區(qū)域PWRl。在p型阱區(qū)域PWRl內(nèi)的半導(dǎo)體襯底SUB的表面上形成η型雜質(zhì)區(qū)域NPR，并且在η型雜質(zhì)區(qū)域NPR內(nèi)的半導(dǎo)體襯底SUB的表面上形成P型雜質(zhì)區(qū)域DPR。在η型雜質(zhì)區(qū)域NPR與ρ型雜質(zhì)區(qū)域DPR之間形成ρ-η結(jié)。光電二極管PTO由半導(dǎo)體襯底SUB內(nèi)的η型雜質(zhì)區(qū)域NPR與ρ型雜質(zhì)區(qū)域DPR形成。
[0061]光電二極管部分還包含金屬絕緣體半導(dǎo)體(MIS)晶體管，諸如用于傳送的晶體管TXo具體而言，用于傳送的晶體管TX包含一對(duì)源極和漏極區(qū)域NPR、NR和NSR、柵極絕緣膜GI和柵電極GE。在ρ型阱區(qū)域PWRl內(nèi)的半導(dǎo)體襯底SUB的表面上，一對(duì)η型源極和漏極區(qū)域NPR、NR和NSR被配置為在其間具有間隔。一對(duì)η型源極和漏極區(qū)域NPR、NR和NSR的一個(gè)區(qū)域NPR與光電二極管PTO的η型雜質(zhì)區(qū)域NPR —體化并且電耦合。一對(duì)源極和漏極區(qū)域NPR、NR和NSR的其它區(qū)域NR和NSR包含作為高濃度區(qū)域的高濃度η型區(qū)域NSR和作為輕度摻雜漏極(LDD)的η型雜質(zhì)區(qū)域NR。
[0062]柵電極GE通過(guò)柵極絕緣膜GI在半導(dǎo)體襯底SUB的表面之上形成以?shī)A在一對(duì)源極和漏極區(qū)域NPR和η型雜質(zhì)區(qū)域NR和NSR之間。柵電極GE包含作為由例如多晶硅形成的薄膜的第一柵電極GEl和作為由例如TEOS (原硅酸四乙酯)制成的一種類型的氧化硅膜并且重疊于第一柵電極GEl的上表面之上的第二柵電極GE2。
[0063]包含氧化硅膜OF和氮化硅膜NF的疊層結(jié)構(gòu)的反射防止膜在半導(dǎo)體襯底SUB的表面上形成以覆蓋光電二極管Ρ??。反射防止膜OF和NF的一端跨在柵電極GE中的一個(gè)上。作為反射防止膜OF和NF的剩余部分，包含氧化硅膜OF和氮化硅膜NF的側(cè)壁絕緣層在柵電極GE的另一側(cè)壁上形成。
[0064]上述的高濃度ρ型區(qū)域PSR在ρ型阱區(qū)域PWRl中的半導(dǎo)體襯底SUB的表面上形成以與上層布線耦合。
[0065]在半導(dǎo)體襯底SUB的表面之上的光電二極管PTO周圍，S卩，例如，在光電二極管PTO和