專利名稱：固體攝像元件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉以及一種固體攝像元件及其制造方法，特別是涉及一種通過(guò)改良以阱(well)為首的襯底的結(jié)構(gòu)，能夠提高像質(zhì)、靈敏度以及電氣特性的固體攝像元件及其制造方法。
背景技術(shù)：
作為固體攝像元件，通常已知有電荷耦合元件型的固體攝像元件，即CCD(電荷耦合器件)型的固體攝像元件(CCD圖像傳感器)。通常，CCD圖像傳感器被形成在N型襯底上。此外，CCD圖像傳感器需要用于其驅(qū)動(dòng)的電壓值互不相同的三個(gè)電源。例如，作為驅(qū)動(dòng)電源，CCD圖像傳感器需要5V、8V、以及15V的三個(gè)電源。像這種CCD圖像傳感器的消耗功率大約為500mW。
此外，近年來(lái)，作為由與CCD圖像傳感器不同的工作原理所形成的固體攝像元件，提出了所謂的CMOS型的放大型固體攝像元件(CMOS圖像傳感器)，并正在進(jìn)行商品化。此CMOS圖像傳感器具有與CCD圖像傳感器不同的特征。具體地說(shuō)，CMOS圖像傳感器具有單一單元、低電壓驅(qū)動(dòng)以及低消耗功率等特征。例如，作為驅(qū)動(dòng)電源，CMOS圖像傳感器只需要一個(gè)3V電源。此外，這種CMOS圖像傳感器的消耗功率大約為50mW。
但是，近年來(lái)CMOS圖像傳感器與CCD圖像傳感器一起正顯著地實(shí)現(xiàn)著多像素化(高像素化)。如果不改變傳感器的大小而增加像素?cái)?shù)量，理所當(dāng)然地要求一個(gè)個(gè)像素(元件)的微細(xì)化。于是，理所當(dāng)然地也要縮小光電二極管的受光面積。其結(jié)果，一個(gè)個(gè)光電二極管的靈敏度就會(huì)下降。
相對(duì)于此，與如前所述的CCD圖像傳感器相比，由于CMOS圖像傳感器具有以低電壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，因此，同CCD圖像傳感器相比，難以擴(kuò)展光電二極管的耗盡層。即，在CMOS圖像傳感器中，難以采用通過(guò)擴(kuò)展光電二極管的耗盡層并提高靈敏度來(lái)補(bǔ)償元件的微細(xì)化所引起的的靈敏度下降的方法。因此，對(duì)于CMOS圖像傳感器而言，開(kāi)發(fā)利用不同于CCD圖像傳感器的方法以便能夠提高靈敏度的技術(shù)，就成為今后進(jìn)一步向高像素化發(fā)展的重要技術(shù)課題。例如，在日本特開(kāi)2001-160620號(hào)公報(bào)和特開(kāi)2001-223351號(hào)公報(bào)中就公開(kāi)了這樣的課題。此外，期望開(kāi)發(fā)出一種不僅能夠提高靈敏度、同時(shí)還能夠抑制產(chǎn)生圖像散焦和混色等像質(zhì)劣化的可能性的技術(shù)。
作為解決這種課題對(duì)策之一，正在研討例如通過(guò)使用N/P+襯底，以便在光電二極管中有效地聚集電子的技術(shù)。N/P+襯底與P/P+襯底相同，通過(guò)在作為襯底本體的P+襯底上外延(epitaxial)生長(zhǎng)N型半導(dǎo)體層來(lái)形成淀積的結(jié)構(gòu)。在該N/P+襯底的N型外延層中，例如利用加速器離子注入P(磷)等N型雜質(zhì)來(lái)形成光電二極管(N型半導(dǎo)體層)時(shí)，比P/P+襯底更容易擴(kuò)展光電二極管的耗盡層。因此，不用提高CMOS圖像傳感器的驅(qū)動(dòng)電壓，就可以提高其靈敏度。與此同時(shí)，由于還可以利用載流子的短壽命，所以就能夠抑制產(chǎn)生圖像散焦和混色等像質(zhì)劣化的可能性。因此，通過(guò)使用N/P+襯底制作CMOS圖像傳感器，就能夠解決上述的課題。
但是，與使用P/P+襯底制作CMOS圖像傳感器的情況不同，在使用N/P+襯底制作CMOS圖像傳感器的情況下，就會(huì)產(chǎn)生N/P+襯底特有的幾個(gè)問(wèn)題。第一是有關(guān)多個(gè)光電二極管之間的隔離的問(wèn)題。在P/P+襯底中，由于在P型外延層形成多個(gè)光電二極管(N型半導(dǎo)體層)，所以各光電二極管間通過(guò)P型外延層的P型半導(dǎo)體層進(jìn)行元件隔離。即，各光電二極管不彼此電連接。相對(duì)于此，在N/P+襯底中，由于在N型外延層形成多個(gè)光電二極管(N型半導(dǎo)體層)，所以各光電二極管彼此不進(jìn)行元件隔離，會(huì)產(chǎn)生各光電二極管彼此電連接的問(wèn)題。
第二是有關(guān)漏電電流的問(wèn)題。在P/P+襯底中，在由一片Si晶片切割成多個(gè)單獨(dú)的半導(dǎo)體芯片的切割工序中，在各芯片的切斷面處會(huì)出現(xiàn)P型半導(dǎo)體層。相對(duì)于此，在N/P+襯底中，在切割工序，在各芯片的切斷面處出現(xiàn)P型襯底主體和N型外延層的交界面即PN結(jié)面。當(dāng)在芯片切斷面處出現(xiàn)PN結(jié)面時(shí)，切斷面的表面就會(huì)成為漏電電流的產(chǎn)生原因，或者成為漏電電流的通路的可能性增加。進(jìn)一步，導(dǎo)致漏電電流增大的可能性增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種通過(guò)改良襯底的構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)像質(zhì)、靈敏度以及電氣特性的提高的固體攝像元件及其制造方法。
根據(jù)本發(fā)明的一種方式，在此提供的固體攝像元件包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有包含P型雜質(zhì)的襯底本體和設(shè)在該襯底本體上的包含N型雜質(zhì)的第一N型半導(dǎo)體層，并且，在該第一N型半導(dǎo)體層的上述襯底本體側(cè)設(shè)置有包含上述P型雜質(zhì)的第一P型半導(dǎo)體層；多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部，這些光電轉(zhuǎn)換部包括在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部彼此獨(dú)立地在多個(gè)位置設(shè)置的第二N型半導(dǎo)體層；以及多個(gè)第二P型半導(dǎo)體層，這些第二P型半導(dǎo)體層分別包圍上述各光電轉(zhuǎn)換部，并沿著在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部的多個(gè)位置設(shè)置的元件隔離區(qū)域，從上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地設(shè)置。
根據(jù)本發(fā)明的另一種方式，在此提供的固體攝像元件的制造方法包括形成第一P型半導(dǎo)體層的工序，通過(guò)對(duì)具有包含P型雜質(zhì)的襯底本體和在該襯底本體上設(shè)置的包含N型雜質(zhì)的第一N型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底實(shí)施加熱處理，使上述P型雜質(zhì)擴(kuò)散到上述第一N型半導(dǎo)體層的上述襯底本體側(cè)，從而形成第一P型半導(dǎo)體層；設(shè)置多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部的工序，通過(guò)在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部的多個(gè)位置注入N型雜質(zhì)來(lái)形成第二N型半導(dǎo)體層，由此設(shè)置該多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部；以及設(shè)置多個(gè)第二P型半導(dǎo)體層的工序，分別包圍上述各光電轉(zhuǎn)換部并沿著在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部的多個(gè)位置設(shè)置的元件隔離區(qū)域，從上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地注入P型雜質(zhì)，由此設(shè)置多個(gè)第二P型半導(dǎo)體層。


圖1是表示一實(shí)施方式的固體攝像元件的制造工序的工序剖面圖。
圖2是表示一實(shí)施方式的固體攝像元件的制造工序的工序剖面圖。
圖3是表示一實(shí)施方式的固體攝像元件的制造工序的工序剖面圖。
圖4是表示一實(shí)施方式的固體攝像元件的制造工序的工序剖面圖。
圖5是表示一實(shí)施方式的固體攝像元件的制造工序的工序剖面圖。
圖6是表示一實(shí)施方式的固體攝像元件及其制造工序的剖面圖。
圖7是表示從上方看圖6所示的固體攝像元件時(shí)的俯視圖。
圖8是簡(jiǎn)化表示圖6所示的固體攝像元件的主要部分的電路圖。
圖9是以曲線圖表示沿圖6所示的固體攝像元件的圖6中實(shí)線部分的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能的圖。
圖10是表示作為相對(duì)于圖6所示的固體攝像元件的第一比較例的背景技術(shù)涉及的固體攝像元件的剖面圖。
圖11是以曲線圖表示沿圖10所示的作為第一比較例的固體攝像元件的圖10中實(shí)線的X-X′部分的雜質(zhì)濃度的圖。
圖12是以曲線圖表示沿圖10所示的作為第一比較例的固體攝像元件的圖10中實(shí)線的X-X′部分的勢(shì)能的圖。
圖13是表示作為相對(duì)于圖6所示的固體攝像元件的第二比較例的背景技術(shù)涉及的另一固體攝像元件的剖面圖。
圖14是以曲線圖表示沿圖13所示的作為第二比較例的固體攝像元件的圖13中實(shí)線的Y-Y′的部分的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照?qǐng)D1～圖9說(shuō)明本發(fā)明的一種實(shí)施方式。圖1～圖5是分別表示本實(shí)施方式的固體攝像元件的制造工序的工序剖面圖。圖6表示本實(shí)施方式的固體攝像元件及其制造工序的工序剖面圖。圖7表示從上方看圖6所示的固體攝像元件時(shí)的俯視圖。圖8是簡(jiǎn)化表示圖6所示的固體攝像元件的主要部分的電路圖。圖9是以曲線圖表示沿圖6所示的固體攝像元件的圖6中實(shí)線部分的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能的圖。
本實(shí)施方式涉及使用N/P+襯底的放大型固體攝像元件及其制造方法。具體地說(shuō)，涉及使用N/P+襯底的CMOS圖像傳感器及其制造方法。以下，詳細(xì)說(shuō)明。
首先，如圖1所示，準(zhǔn)備由兩層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的半導(dǎo)體襯底1。該半導(dǎo)體襯底1的下側(cè)部分(下層部分)成為含有P型雜質(zhì)的襯底本體2。此外，半導(dǎo)體襯底1的上側(cè)部分(上層部分)成為含有N型雜質(zhì)的第一N型半導(dǎo)體層3。在由硅(Si)形成的襯底本體2中，包含著作為P型雜質(zhì)的硼(B)。因此，襯底本體2也可以稱為P型半導(dǎo)體襯底。襯底本體2中的硼濃度(P型雜質(zhì)濃度)例如被設(shè)定為約2×1018cm-3。此外，通過(guò)在襯底本體2的表面上外延生長(zhǎng)來(lái)設(shè)置第一N型半導(dǎo)體層3。在本實(shí)施方式中，利用外延生長(zhǎng)法在襯底本體2的表面上淀積第一N型半導(dǎo)體層3，直到圖1中實(shí)線箭頭標(biāo)記T1表示的半導(dǎo)體層3的厚度約達(dá)到5μm。在作為外延生長(zhǎng)層的第一N型半導(dǎo)體層3中，包含著作為N型雜質(zhì)的磷(P)。因此，第一N型半導(dǎo)體層3也可以稱為N型外延層。第一N型半導(dǎo)體層3中的磷濃度(N型雜質(zhì)濃度)被設(shè)定為約2×1015cm-3。
由此，半導(dǎo)體襯底1構(gòu)成為在P型半導(dǎo)體襯底2之上層疊N型外延層3的兩層結(jié)構(gòu)。在下文的說(shuō)明中，將半導(dǎo)體襯底1稱為N/P+襯底1。通常，在制作此N/P+襯底1時(shí)，將N型外延層3的生長(zhǎng)速度設(shè)定為約1μm/分，在P型半導(dǎo)體襯底2上外延生長(zhǎng)N型外延層3。按照這種設(shè)定，從半導(dǎo)體襯底1的深的位置(深層部)即P型半導(dǎo)體襯底2側(cè)向半導(dǎo)體襯底1的淺的位置(表層部)即N型外延層3側(cè)，P型雜質(zhì)即硼(boron)(B)基本上沒(méi)有擴(kuò)散(移動(dòng))。因此，在P型半導(dǎo)體襯底2和N型半導(dǎo)體襯底3的交界面，硼濃度(B濃度)的分布曲線如后所述將變得陡峭。此外，在保持已制作狀態(tài)不變的狀態(tài)下的N/P+襯底1中，PN結(jié)面4相當(dāng)于P型半導(dǎo)體襯底2和N型外延層3的交界面。即，在貯存狀態(tài)下的N/P+襯底1中，PN結(jié)面4如前所述地位于距離N/P+襯底1的表面約5μm的深度的位置。
接著，如圖2所示，對(duì)N/P+襯底1實(shí)施加熱處理。由此，使P型半導(dǎo)體襯底2中的硼(B)擴(kuò)散到N型外延層3中。例如，在約1150℃下用約1.5小時(shí)來(lái)執(zhí)行該加熱處理。該加熱處理的結(jié)果，如圖2所示，P型雜質(zhì)即硼(B)從P型半導(dǎo)體襯底2中滲出到N型外延層3中，在P型半導(dǎo)體襯底2之上形成作為第一P型半導(dǎo)體層的P型阱5。而且，在實(shí)施了加熱處理后的N/P+襯底1中，PN結(jié)面4相當(dāng)于P阱5和N型外延層3的交界面。此外，圖2中用實(shí)線箭頭標(biāo)記T2表示的形成了P阱5后的N型半導(dǎo)體層3的厚度約為2.5～3.5μm。即，在實(shí)施了加熱處理后的N/P+襯底1中，PN結(jié)面4位于距離N/P+襯底1的表面約2.5～3.5μm的深度的位置。并且，P阱5的PN結(jié)面4附近的B濃度為約2×1015cm-3。
如此，在P型半導(dǎo)體襯底2上形成的P阱5的P型雜質(zhì)的濃度，在其PN結(jié)4附近的B濃度被設(shè)定為約2×1015cm-3。相對(duì)于此，P型半導(dǎo)體襯底2的P型雜質(zhì)的濃度即硼濃度(B濃度)，如前所述地被設(shè)定為約2×1018cm-3。即，在N/P+襯底1中的距其表面處約小于等于5μm的深的位置(深層部)，P型雜質(zhì)的濃度設(shè)定得比其正上方的即深度約2.5～3.5μm至約5μm的淺的位置高。一般地，在P型雜質(zhì)濃度高的區(qū)域，作為載流子的電子的壽命短，立即與空穴(hole)再結(jié)合。因此，在N/P+襯底1中生成的電子即使擴(kuò)散到距N/P+襯底1的表面約小于等于5μm的深層部，此電子也能夠立即與空穴再結(jié)合。此外，即使假設(shè)在距N/P+襯底1的表面約大于等于5μm的淺的位置生成的電子擴(kuò)散到N/P+襯底1的深層部，在P型雜質(zhì)濃度急劇變化的P阱5和N型外延層3的交界面附近，該電子也會(huì)向N/P+襯底1的表面?zhèn)缺粡椈亍＞唧w地，即使在距N/P+襯底1的表面處約大于等于5μm的淺的位置生成的電子要擴(kuò)散到N/P+襯底1的深層部，由于在PN結(jié)面4附近存在勢(shì)壘，所以該電子也會(huì)返回N/P+襯底1的表面?zhèn)取?br> 接著，如圖3所示，在N/P+襯底1的表面附近，采用通常的工藝，形成讀出晶體管15的柵極(gate)6和作為檢測(cè)部的漏極(drain)7等。與此同時(shí)，在N/P+襯底1的表面附近，雖省略了圖示，但采用通常工藝形成電容器和柵極布線等。
接著，如圖3所示，采用通常的工藝，在N型外延層3(N/P+襯底1)的表層部相互獨(dú)立地、在多個(gè)位置設(shè)置作為光電轉(zhuǎn)換部的光電二極管8。具體地說(shuō)，在N型外延層3的表面上按規(guī)定圖形涂敷未圖示的抗蝕劑膜進(jìn)行構(gòu)圖。此后，在N型外延層3的表層部離子注入N型雜質(zhì)即磷(P)。此時(shí)，N型雜質(zhì)的濃度即磷濃度(P濃度)峰值的深度，主要由注入P離子時(shí)的能量的大小來(lái)決定。作為P離子的注入條件，，將P離子的劑量(dose)設(shè)定成在約300KeV下為1.2×1012cm-2。此設(shè)定下，通過(guò)在N型外延層3的表層部離子注入磷(P)，就能夠在N型外延層3的表層部的多個(gè)位置，形成具有P濃度的峰值為距N型外延層(第一N型半導(dǎo)體層)3的表面約0.4μm深度的P濃度分布曲線的第二N型半導(dǎo)體層8。即，在N型外延層3的表層部設(shè)置多個(gè)光電二極管8。此后，在N型外延層3的表層部，在各光電二極管8的周圍的多個(gè)位置形成例如由氧化膜形成的STI(淺溝槽隔離，Shallow Trench Isolation)9作為元件隔離區(qū)域。這些STI9是從N型外延層3的表面到達(dá)至約0.3～0.35μm的深度而形成。
接著，如圖4所示，按分別包圍各光電二極管8的圖形，且從N型外延層3的表面?zhèn)认騊阱5側(cè)設(shè)置多層的第二P型半導(dǎo)體層10。在本實(shí)施方式中，在各STI9及檢測(cè)部7的下側(cè)設(shè)置多層第二P型半導(dǎo)體層10。通過(guò)對(duì)N型外延層3多次離子注入例如硼(B)作為P型雜質(zhì)，來(lái)形成各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10。在各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10中，其中央部10a的B濃度比周邊部的B濃度更高。
如圖5所示，在本實(shí)施方式中，在各STI9及檢測(cè)部7的下側(cè)形成5層第二P型半導(dǎo)體層10。因此，為了形成這些5層第二P型半導(dǎo)體層10，進(jìn)行5次硼(B)的離子注入。這些5次B離子注入的劑量，從第一次起順序設(shè)定為在約200KV下約7E12cm-2，在約400KV下約5E11cm-2，在約650KV下約5E11cm-2，在約1100KV下約5E11cm-2，然后在約1700KV下約5E11cm-2。在這些設(shè)定條件下，在5次離子注入結(jié)束的時(shí)刻，如圖5所示，各STI9及檢測(cè)部7和P阱5的表層部之間，通過(guò)5層第二P型半導(dǎo)體層10無(wú)間隙地被填埋。即，在5次離子注入結(jié)束的時(shí)刻，各STI9及檢測(cè)部7和P阱5的表層部之間的N型外延層3，通過(guò)5層第二P型半導(dǎo)體層10實(shí)際上被P型半導(dǎo)體化了。再有，設(shè)置在檢測(cè)部7下側(cè)的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10中，檢測(cè)部7正下方的第二P型半導(dǎo)體層10即最上層的第二P型半導(dǎo)體層10具有所謂的擊穿阻擋(punch throughstopper)層的功能。
此外，即使利用此離子注入工序中的熱擴(kuò)散，P型半導(dǎo)體襯底2中的硼(B)也能夠從P型半導(dǎo)體襯底2中向N型外延層3側(cè)滲出。由此，作為N型外延層3和P阱5的交界面的PN結(jié)面4，同進(jìn)行離子注入前相比，能夠進(jìn)一步向N/P+襯底1的表面?zhèn)壬仙＞唧w地說(shuō)，在圖5中實(shí)線箭頭標(biāo)記T3表示的5次離子注入結(jié)束的時(shí)刻的N型半導(dǎo)體層3的厚度約為2.0μm。即，在5次離子注入結(jié)束的時(shí)刻，PN結(jié)面4位于距N/P+襯底1的表面約2.0μm的深度。因此，實(shí)質(zhì)上，可通過(guò)5層第二P型半導(dǎo)體層10，能夠?qū)腘/P+襯底1的表面到PN結(jié)4的厚度約2μm的N型外延層3大致P型半導(dǎo)體層化。
如此，沿各STI9及檢測(cè)部7分別包圍各光電二極管8，且從各STI9及檢測(cè)部7到達(dá)P阱5的表層部，就能夠不間斷而連續(xù)地設(shè)置5層第二P型半導(dǎo)體層。由此，各光電二極管8與彼此相互鄰接的其它光電二極管8電氣地被元件隔離。即，通過(guò)分別且三維地(立體地)包圍各光電二極管8而設(shè)置的5層第二半導(dǎo)體層10，各光電二極管8就能夠與彼此相互鄰接的其它光電二極管8在電氣上被切斷(隔離)。因此，沿STI9及檢測(cè)部7在其下方設(shè)置的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10與P阱5一起，具有作為與鄰接各光電二極管8的其它各光電二極管8電氣隔離的阻擋(barrier)層的功能。
此外，如圖4及圖5所示，在本實(shí)施方式中，在各STI9及檢測(cè)部7的下側(cè)離子注入硼(B)時(shí)，同時(shí)還對(duì)將N/P+襯底1切割成多個(gè)芯片的芯片切斷部11離子注入硼(B)。這些圖4及圖5中用雙點(diǎn)劃線表示的各芯片切斷部11通常被稱為切割線部。即，在本實(shí)施方式中，在各STI9及檢測(cè)部7的下側(cè)設(shè)置作為阻擋層的5層第二P型半導(dǎo)體層10時(shí)，同時(shí)對(duì)N型外延層3的各切割線部11也離子注入硼(B)。由此，與設(shè)置在各STI9及檢測(cè)部7的下側(cè)的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10相同，沿各切割線部11且自N型外延層3的表面起從各STI9及檢測(cè)部7到P阱5的表層部，不間斷而連續(xù)地設(shè)置5層第二P型半導(dǎo)體層10。即，即使在N/P+襯底1的各切割線部11，實(shí)質(zhì)上也能夠通過(guò)5層第二P型半導(dǎo)體層10將從N/P+襯底1的表面到PN結(jié)面4的約2μm厚的N型外延層3進(jìn)行P型半導(dǎo)體層化。根據(jù)這種工序，不增加工序數(shù)能夠同時(shí)且容易地形成作為阻擋層的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10和各切割線部11的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10。
在后工序中，沿各切割線部11將N/P+襯底1切割成多個(gè)芯片。在各切割線部11，從N/P+襯底1的表面到背面由各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10、P阱5以及P型半導(dǎo)體襯底2構(gòu)成。即，在各切割線部11，即使切斷N/P+襯底1，在其切斷面也不出現(xiàn)PN結(jié)面4。
接著，如圖6所示，為了使各光電二極管8成為S 3(Surface ShieldSensor，表面屏蔽傳感器)的構(gòu)造，在各光電二極管8的表層部設(shè)置屏蔽(shield)層12。具體地，首先，在各光電二極管8的表面上按規(guī)定圖形涂敷未圖示的抗蝕劑膜進(jìn)行構(gòu)圖。此后，在各光電二極管8的表層部離子注入P型雜質(zhì)即硼(B)。此時(shí)，B離子劑量被設(shè)定成在約10KeV下為1×1013cm-2。由此，用由硼形成的P型半導(dǎo)體層12覆蓋作為N型半導(dǎo)體層的各光電二極管8的表面(表面能級(jí))來(lái)進(jìn)行保護(hù)。即在各光電二極管8的表層部形成PD-p層12。其結(jié)果，實(shí)質(zhì)上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的N型半導(dǎo)體層8被嵌入N/P+襯底1(N型外延層3)的表層部中的同時(shí)，在N/P+襯底1(N型外延層3)的表層部形成用由硼(B)形成的P型半導(dǎo)體層(PD-p層)12保護(hù)各N型半導(dǎo)體層8的表面的S3結(jié)構(gòu)的各光電二極管8。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，在各光電二極管8的表面附近，P型雜質(zhì)即硼(B)的濃度再一次提高。具體地說(shuō)，在各光電二極管8的表面附近的B濃度變?yōu)榧s1×1019cm-3。
此后，經(jīng)過(guò)用通常方法形成Al布線等的規(guī)定工序，并且，沿各切割線部11將N/P+襯底1切割成一個(gè)個(gè)芯片單位。由此，完成本實(shí)施方式的固體攝像元件13的制造。其結(jié)果，獲得由所希望結(jié)構(gòu)形成的固體攝像元件13。即，在使用N/P+襯底1形成的同時(shí)，各光電二極管8通過(guò)P阱5及多層第二P型半導(dǎo)體層10被分別且三維地包圍，彼此電隔離，并且，在各芯片的切斷面不顯現(xiàn)出PN結(jié)面4，獲得作為放大型固體攝像元件的CMOS圖像傳感器13。
圖7表示從上方看圖6所示的CMOS圖像傳感器13的俯視圖。如圖7所表明，各光電二極管8從其四周被各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10包圍著。而且，各光電二極管8通過(guò)設(shè)置于其四周的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10，與鄰接的其它各光電二極管8被電隔離而絕緣。
此外，在圖8中，簡(jiǎn)化地表示CMOS圖像傳感器13的主要部分的電路圖。CMOS圖像傳感器13包括復(fù)位晶體管14、讀出晶體管15、放大晶體管16、地址晶體管17以及二極管18。復(fù)位晶體管14和讀出晶體管15的源·漏極直接相連著。同樣地，放大晶體管16和地址晶體管17的源·漏極直接相連著。此外，放大晶體管16的柵極與復(fù)位晶體管14及讀出晶體管15的源·漏極直接連接著。再者，二極管18的正向側(cè)的端子與讀出晶體管15的源(漏)極直接連接著。
如在背景技術(shù)中說(shuō)明的那樣，在使用P/P+襯底制造CMOS圖像傳感器的情況下，由于在作為P型半導(dǎo)體層的P型外延層上形成多個(gè)作為N型半導(dǎo)體層的光電二極管，所以鄰接的各光電二極管彼此電隔離。相對(duì)于此，在使用N/P+襯底1制造的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，如前所述，在作為N型半導(dǎo)體層的N型外延層3中同樣形成多個(gè)作為N型半導(dǎo)體層的光電二極管8。因此，對(duì)本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13而言，如果僅利用使用P/P+襯底的現(xiàn)有的光電二極管的形成方法，鄰接的光電二極管很有可能相互電連接。如果各光電二極管相互電連接，則通過(guò)光電轉(zhuǎn)換生成的電子就不能成為原來(lái)能夠進(jìn)行信號(hào)處理的像素信號(hào)。這成為混色的原因。進(jìn)而成為導(dǎo)致再生圖像劣化等像質(zhì)劣化的原因。
作為防止這種因各光電二極管相互電連接引起的像質(zhì)劣化的對(duì)策方法之一，如在背景技術(shù)中所述，在使用N型襯底的CCD圖像傳感器中，形成由硼(B)形成的P型半導(dǎo)體層以便包圍各光電二極管。而且，即使在使用N/P+襯底1制造的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，也如圖4～圖6所示，形成多層由硼(B)形成的第二P型半導(dǎo)體層10，以便分別地包圍各光電二極管8。即，即使在本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器中，為了使鄰接的各光電二極管8相互電隔離，也利用未圖示的加速器在N型外延層3中注入B離子，以便分別地包圍各光電二極管8。并且，使由在N型外延層3中注入的B離子形成的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10具有作為相互電隔離鄰接的各光電二極管8的阻擋層的功能。
此外，對(duì)于使用N/P+襯底1制造的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13，在其制造工序中的各種熱處理工序中，從作為P+區(qū)域的P型半導(dǎo)體襯底2中向作為N區(qū)域的N型外延層3中擴(kuò)散作為P型雜質(zhì)的硼(B)。即，從N/P+襯底1的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)葷B出硼(B)。由此，隨著CMOS圖像傳感器13的制造工序的推進(jìn)，P阱5的區(qū)域從N/P+襯底1的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)嚷龜U(kuò)大。即，PN結(jié)面4從N/P+襯底1的深的位置向淺的位置慢慢移動(dòng)。其結(jié)果，通過(guò)成為阻擋層的多層第二P型半導(dǎo)體層10，就能夠不間斷地連接在N/P+襯底1(N型外延層3)的表層部形成的各STI9及檢測(cè)部(漏)7和與N型外延層3一起形成PN結(jié)面4的P型半導(dǎo)體區(qū)域即P阱5。由此，即使在使用N/P+襯底1制造的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，也能夠通過(guò)各STI9、檢測(cè)部(漏極)7、各P型半導(dǎo)體層(阻擋層)10以及P阱5來(lái)分別且三維地(立體地)包圍各光電二極管8，使它們相互電隔離。
在由這種結(jié)構(gòu)構(gòu)成的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，即使對(duì)各光電二極管8照射太陽(yáng)光等強(qiáng)光，使電子從各光電二極管8漏出，也能夠通過(guò)各STI9、檢測(cè)部(漏極)7、各P型半導(dǎo)體層(阻擋層)10以及P阱5來(lái)限制電子的移動(dòng)。即，從各光電二極管8漏出的電子經(jīng)過(guò)N/P+襯底1的深的位置滲漏到鄰接的其它各光電二極管8中的可能性幾乎不存在。因此，在本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，在此器件的結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生圖像散焦等的可能性幾乎不存在。
此外，在由這種結(jié)構(gòu)形成的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，能夠以與使用現(xiàn)有的P/P+襯底制造CMOS圖像傳感器時(shí)相同的方法形成此像素部。即，不需要用于N/P+襯底1的特別的工序，就能夠形成CMOS圖像傳感器13的像素部。
此外，以固體攝像元件為首的各種半導(dǎo)體器件，在其制造工序的最終階段通過(guò)切割從一片晶片切出多個(gè)芯片。在使用P/P+襯底制造的CMOS圖像傳感器中，各芯片的切斷面或者全部是P型半導(dǎo)體層，或者是只在一部分表面附近顯現(xiàn)出用于元件隔離的氧化膜。因此，在使用P/P+襯底制造的CMOS圖像傳感器中，在各芯片的切斷面不露出PN結(jié)面。此外，在使用N型半導(dǎo)體襯底制造的CCD圖像傳感器中，通常是在切割線部等中離子注入作為N型雜質(zhì)的磷(P)，或使N型雜質(zhì)的磷(P)固溶擴(kuò)散到切割線部等中。因此，在使用N型半導(dǎo)體襯底制造的CCD圖像傳感器中，各芯片的切斷面全部為N型半導(dǎo)體層。因此，與使用P/P+襯底制造的CMOS圖像傳感器相同，即使是使用N型半導(dǎo)體襯底制造的CCD圖像傳感器，在各芯片的切斷面也不會(huì)露出PN結(jié)面。
但是，在使用N/P+襯底制造的CMOS圖像傳感器中，襯底的深區(qū)域(背面?zhèn)?為P型半導(dǎo)體襯底，但襯底的淺的區(qū)域(表面?zhèn)?為N型半導(dǎo)體層。即，如果從N/P+襯底直接切割出芯片，在各芯片的切斷面就會(huì)露出PN結(jié)面。如果露出PN結(jié)面，就會(huì)成為在襯底深層部的P+區(qū)域和襯底表層部的N型外延區(qū)域之間電流泄漏的原因。此漏電電流在器件特性上成為暗時(shí)斑點(diǎn)的原因。即，導(dǎo)致漏電的產(chǎn)生有可能導(dǎo)致像質(zhì)的劣化。
為了防止這種漏電電流的產(chǎn)生和漏電電流引起的像質(zhì)的劣化，在使用N/P+襯底1制造的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，如前所述，在形成成為阻擋層的第二P型半導(dǎo)體層10時(shí)，同時(shí)還在各切割線部11離子注入硼(B)來(lái)形成多層第二P型半導(dǎo)體層10。然后，從N/P+襯底1(N型外延層3)的表面到P阱5的表面止，不間斷地連續(xù)地設(shè)置各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10。由此，實(shí)質(zhì)上從N/P+襯底1的表面到背面，對(duì)各切割線部11進(jìn)行P型半導(dǎo)體層化。其結(jié)果，在切割線部11將N/P+襯底1切割為多個(gè)芯片而得到的各芯片的切斷面，露出成為襯底的深區(qū)域(背面?zhèn)?為P型半導(dǎo)體襯底、襯底的淺區(qū)域(表面?zhèn)?為P型半導(dǎo)體層的2層結(jié)構(gòu)的P型半導(dǎo)體層。即，能夠使各芯片的切斷面全部為P型半導(dǎo)體層。因此，本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13，也與上述的使用P/P+襯底的CMOS圖像傳感器和使用N型半導(dǎo)體襯底的CCD圖像傳感器一樣，在各芯片的切斷面不露出PN結(jié)4。
并且，如前所述，在形成成為阻擋層的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10時(shí)，同時(shí)形成本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中的切割線部11的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10。具體地，為了形成作為阻擋層的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10，在N/P+襯底1的表層部(N型外延層3)離子注入作為P型雜質(zhì)的硼(B)時(shí)，同時(shí)還在切割線部11離子注入硼(B)。由此，能夠與作為阻擋層的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10一起，形成切割線部11的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10。因此，根據(jù)本實(shí)施方式，完全不需要特別的工序和專用的工序，就能夠形成切割線部11的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10。即，根據(jù)本實(shí)施方式，不用增加工序數(shù)，就能夠同時(shí)容易且迅速地形成作為阻擋層的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10和切割線部11的各個(gè)第二P型半導(dǎo)體層10。
接著，參照?qǐng)D9說(shuō)明沿本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13的N/P+襯底1的厚度方向的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能。圖9所示的各曲線圖分別示出了沿圖6所示的CMOS圖像傳感器13的圖6中實(shí)線A-A′部分的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能。
首先，說(shuō)明在圖9的上段示出的曲線圖。在圖9的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖9中的B所示的區(qū)域表示作為由P型半導(dǎo)體層形成的保護(hù)層的PD-p層12中的雜質(zhì)濃度。此外，在圖9的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖9中的C所示的區(qū)域表示由N型半導(dǎo)體層形成的光電二極管8中的雜質(zhì)濃度。此外，在圖9的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖9中的D所示的區(qū)域表示N型外延層3中的雜質(zhì)濃度。此外，在圖9的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖9中的E所示的區(qū)域表示P阱5中的雜質(zhì)濃度。而且，在圖9的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖9中的F所表示的區(qū)域表示P型半導(dǎo)體襯底2中的雜質(zhì)濃度。
在如圖9的上段用實(shí)線表示的曲線圖所表明的那樣，從P型半導(dǎo)體襯底2的深層部到P阱5的表面，雜質(zhì)濃度即P濃度慢慢降低。而且，在位于深度約2.0μm的P阱5和N型外延層3的交界面，雜質(zhì)各不相同，因此雜質(zhì)濃度急劇變化，形成陡峭的分布曲線。此外，在N型外延層3和由N型半導(dǎo)體層形成的光電二極管8的交界面，由于雜質(zhì)相同，雜質(zhì)濃度平滑地變化。而且，在光電二極管8中，在深度約0.4μm處，作為雜質(zhì)濃度的N濃度達(dá)到峰值。并且，在光電二極管8和由P型半導(dǎo)體層形成的PD-p層12的交界面，由于雜質(zhì)各不相同，所以雜質(zhì)濃度一度下降。而且，在PD-p層12中，在其表面附近雜質(zhì)濃度即P濃度達(dá)到峰值。此外，如圖9的上段中用虛線表示的曲線圖所表明的那樣，N/P+襯底1中的電子(載流子)分布的峰值(極大)，幾乎與光電二極管8中的雜質(zhì)濃度(N濃度)的峰值(極大)一致。
接著，說(shuō)明在圖9的下段用實(shí)線表示的曲線圖。在圖9的下段用實(shí)線表示的曲線圖，表示N/P+襯底1中的勢(shì)能的分布。如此圖9的下段中用實(shí)線表示的曲線圖和圖9的上段中用實(shí)線表示的曲線圖所表明的那樣，N/P+襯底1中的勢(shì)能成為極小(最小)的位置，與光電二極管8中的雜質(zhì)濃度(N濃度)的峰值(極大)及N/P+襯底1中的電子分布的峰值(極大)大概一致。即，N/P+襯底1中的電子的動(dòng)作，與通常所知的物理現(xiàn)象非常符合。即，即使通過(guò)各光電二極管8的光電轉(zhuǎn)換作用，在N/P+襯底1內(nèi)產(chǎn)生的電子從各光電二極管8泄漏，要擴(kuò)散到N/P+襯底1的深層部側(cè)即P型半導(dǎo)體襯底2側(cè)，也能夠通過(guò)勢(shì)壘返回到N/P+襯底1的表層部側(cè)。而且，從各光電二極管8泄漏出的電子，最終通過(guò)擴(kuò)散等，在N/P+襯底1中再一次聚集在勢(shì)能變低的各光電二極管8中。特別地，在N/P+襯底1中的勢(shì)能為極小(最小)的光電二極管8中的雜質(zhì)濃度為峰值的位置，從各光電二極管8泄漏出的電子再一次聚集。其結(jié)果，在使用N/P+襯底1的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13中，能夠提高各光電二極管8的靈敏度。
如此，根據(jù)本實(shí)施方式，就使用N/P+襯底1的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13而言，能夠容易地將N/P+襯底1內(nèi)的P型雜質(zhì)(B)和N型雜質(zhì)(P)各自的濃度分布曲線設(shè)定為可使各光電二極管8的靈敏度提高的雜質(zhì)濃度分布曲線。即，根據(jù)本實(shí)施方式，對(duì)使用N/P+襯底1的本實(shí)施方式的CMOS圖像傳感器13而言，能夠容易地獲得可使各光電二極管8的靈敏度提高的雜質(zhì)濃度分布曲線。
接著，參照?qǐng)D10～圖14說(shuō)明相對(duì)于本實(shí)施方式的固體攝像元件的第一以及第二比較例的固體攝像元件。圖10是表示作為相對(duì)于本實(shí)施方式的固體攝像元件的第一比較例的背景技術(shù)所涉及的固體攝像元件的剖面圖。圖11是以曲線圖表示沿圖10所示的作為第一比較例的固體攝像元件的圖10中實(shí)線的X-X′部分的雜質(zhì)濃度的圖。圖12是以曲線圖表示沿圖10所示的作為第一比較例的固體攝像元件的圖10中實(shí)線的X-X′部分的勢(shì)能的圖。圖13是表示作為相對(duì)于本實(shí)施方式的固體攝像元件的第二比較例的背景技術(shù)所涉及的另一固體攝像元件的剖面圖。圖14是以曲線圖表示沿圖13所示的作為第二比較例的固體攝像元件的圖13中實(shí)線的Y-Y′部分的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能的圖。
首先，對(duì)圖10所示的作為第一比較例的CCD圖像傳感器101加以說(shuō)明。如圖10所示，在CCD圖像傳感器101中，在N型半導(dǎo)體襯底102上設(shè)置平坦的P阱103。此外，在此平坦的P阱105上設(shè)置有N型外延生長(zhǎng)層104。然后，在此N型外延生長(zhǎng)層104的表層部設(shè)置由N型半導(dǎo)體層形成的光電二極管105。光電二極管105的表面被由P型半導(dǎo)體層形成的作為保護(hù)層的PD-p層106覆蓋。
接著，參照?qǐng)D11，說(shuō)明沿CCD圖像傳感器101的襯底的厚度方向的雜質(zhì)濃度。圖11所示的曲線圖表示沿圖1O所示的CCD圖像傳感器101的圖10中實(shí)線的X-X′的部分的雜質(zhì)濃度。圖11所示的曲線圖中用G表示的區(qū)域表示PD-p層106中的雜質(zhì)濃度。此外，圖11所示的曲線圖中用H表示的區(qū)域表示光電二極管105中的雜質(zhì)濃度。此外，圖11所示的曲線圖中用I表示的區(qū)域表示N型外延生長(zhǎng)層104中的雜質(zhì)濃度。此外，圖11所示的曲線圖中用J表示的區(qū)域表示平坦的阱103中的雜質(zhì)濃度。而且，圖11所示的曲線圖中用K表示的區(qū)域表示N型半導(dǎo)體襯底102中的雜質(zhì)濃度。根據(jù)圖11所示的曲線圖可知，平坦的P阱103中的雜質(zhì)濃度的峰值比其上下的N型外延生長(zhǎng)層104及N型半導(dǎo)體襯底102中的雜質(zhì)濃度更高。
接著，參照?qǐng)D12，說(shuō)明沿CCD圖像傳感器101的襯底的厚度方向的勢(shì)能。圖12所示的曲線圖表示沿圖10所示的CCD圖像傳感器101的圖10中實(shí)線的X-X′部分的勢(shì)能的分布。根據(jù)此圖12所示的曲線圖可知，CCD圖像傳感器101中的勢(shì)能的峰值(極大)被設(shè)定在距N型外延生長(zhǎng)層104的表面約3.7μm的深度。而且，根據(jù)此圖12所示的曲線圖可知，在深度比約3.7μm淺的位置產(chǎn)生的電子聚集在位于深度約0.5μm的勢(shì)能的極小部。此外，可知，使在深度比約3.7μm深的位置產(chǎn)生的電子向襯底的更深的位置移動(dòng)。
根據(jù)這些沿圖11所示的CCD圖像傳感器101的X-X′的雜質(zhì)濃度分布曲線和沿圖12所示的CCD圖像傳感器101的X-X′的勢(shì)能分布曲線，可知CCD圖像傳感器101的下面的這些情況。即，在CCD圖像傳感器101中，構(gòu)成在對(duì)各光電二極管105照射例如太陽(yáng)光等強(qiáng)光來(lái)產(chǎn)生大量的電子的情況下，通過(guò)平坦的P阱103將過(guò)剩電子拋棄在N型半導(dǎo)體襯底102中的結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，將平坦的P阱103的雜質(zhì)濃度設(shè)定為能夠釋放出這些過(guò)剩電子的濃度及分布曲線。
但是，在這種設(shè)定中，會(huì)產(chǎn)生以下的問(wèn)題。例如，在比平坦的P阱103更深的位置產(chǎn)生的電子全部被拋棄在N型半導(dǎo)體襯底102中。由此，靈敏度降低的可能性非常大。此外，在對(duì)各光電二極管105照射例如太陽(yáng)光等強(qiáng)光而產(chǎn)生大量電子的情況下，過(guò)剩電子仍從各光電二極管105溢出，就成為產(chǎn)生圖像散焦和混色的原因。或者，即使在N型半導(dǎo)體襯底102的深的位置產(chǎn)生的電子漏進(jìn)鄰接的其它各光電二極管105中的情況下，也成為產(chǎn)生圖像散焦和混色的原因。即，在由圖10所示結(jié)構(gòu)構(gòu)成的CCD圖像傳感器101中，產(chǎn)生靈敏度下降和圖像散焦和混色等像質(zhì)劣化的可能性很大。進(jìn)而，不利于由圖10所示的結(jié)構(gòu)構(gòu)成的CCD圖像傳感器101的元件微小化。
接著，說(shuō)明圖13所示的作為第二比較例的CMOS圖像傳感器201。如圖13所示，在CMOS圖像傳感器201中，在P型半導(dǎo)體襯底202之上設(shè)置著P型外延生長(zhǎng)層203。而且，在此P型外延生長(zhǎng)層203的表層部設(shè)置由N型半導(dǎo)體層形成的光電二極管204。光電二極管204的表面被由P型半導(dǎo)體層形成的作為保護(hù)層的PD-p層205覆蓋著。
接著，參照?qǐng)D14來(lái)說(shuō)明沿CMOS圖像傳感器201的厚度方向的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能。圖14所示的各曲線圖分別表示沿圖13所示的CMOS圖像傳感器201的圖13中實(shí)線的Y-Y′部分的雜質(zhì)濃度、電子分布以及勢(shì)能。
首先，說(shuō)明在圖14的上段示出的曲線圖。在圖14的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖14中的L所表示的區(qū)域表示PD-p層205中的雜質(zhì)濃度。此外，在圖14的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖14中用M表示的區(qū)域表示光電二極管204中的雜質(zhì)濃度。此外，在圖14的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖14中的N所表示的區(qū)域表示P型外延層203中的雜質(zhì)濃度。而且，在圖14的上段用實(shí)線表示的曲線圖中，圖14中的0所表示的區(qū)域表示P型半導(dǎo)體襯底202中的雜質(zhì)濃度。在圖14的上段用實(shí)線表示的曲線圖所表明的那樣，從P型外延層203的深位置向著P型半導(dǎo)體襯底202雜質(zhì)濃度即P濃度變高。并且，P型半導(dǎo)體襯底202中的P濃度，在CMOS圖像傳感器201中被設(shè)定得最高。此外，如圖14的上段中用虛線表示的曲線圖所表明的那樣，CMOS圖像傳感器201中的電子(載流子)分布的峰值進(jìn)入光電二極管204內(nèi)。
接著，說(shuō)明在圖14的下段用實(shí)線表示的曲線圖。在圖14的下段用實(shí)線表示的曲線圖，表示CMOS圖像傳感器201中的勢(shì)能的分布。如此圖14的下段中用實(shí)線表示的曲線圖和圖14的上段中用實(shí)線表示的曲線圖所表明的那樣，CMOS圖像傳感器201中的勢(shì)能成為極小(最小)的位置，與光電二極管8中的雜質(zhì)濃度(N濃度)的峰值(極大)基本上一致。
根據(jù)這些圖14所示的沿CMOS圖像傳感器201的Y-Y′的雜質(zhì)濃度、電子分布及勢(shì)能的分布曲線，可知CMOS圖像傳感器201的如下這些情況。即，在CMOS圖像傳感器201中，對(duì)各光電二極管204例如照射太陽(yáng)光等強(qiáng)光來(lái)產(chǎn)生大量的電子，即使電子擴(kuò)散到CMOS圖像傳感器201的深位置，由于P型半導(dǎo)體襯底202的雜質(zhì)濃度高，所以電子的壽命短。因此，擴(kuò)散到CMOS圖像傳感器201的深位置的電子立即與空穴再結(jié)合。由此，就能夠抑制電子通過(guò)CMOS圖像傳感器201的深位置泄漏進(jìn)與被光照射的各光電二極管204鄰接的其它光電二極管204中的可能性。此外，即使在各光電二極管204產(chǎn)生的電子要從CMOS圖像傳感器201的表層部側(cè)擴(kuò)散到襯底的深層部側(cè)，在雜質(zhì)濃度急劇變化的P型外延層203和各光電二極管204的交界面，電子也會(huì)反彈到CMOS圖像傳感器201的表層部。于是，反彈到CMOS圖像傳感器201的表層部側(cè)的電子的一部分通過(guò)擴(kuò)散等再次聚集在被光照射的光電二極管204。
但是，在這樣的設(shè)定中產(chǎn)生以下的問(wèn)題。例如，由于CMOS圖像傳感器201與前述的CCD圖像傳感器相比，是以低電壓驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，所以同CCD圖像傳感器101相比，難以擴(kuò)展光電二極管204的耗盡層。即，在CMOS圖像傳感器201中，很難采用通過(guò)擴(kuò)展光電二極管204的耗盡層來(lái)提高靈敏度，以便補(bǔ)償元件的微細(xì)化所引起的靈敏度下降的方法。
如以上說(shuō)明，該一實(shí)施方式涉及的固體攝像元件中，改良了襯底的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了像質(zhì)、靈敏度及電氣性能的提高。即，在本實(shí)施方式涉及的CMOS圖像傳感器13中，不需加大地形成各光電二極管8的受光面積，或者不提高CMOS圖像傳感器13的驅(qū)動(dòng)電壓，就能夠提高各光電二極管8的靈敏度。與此同時(shí)，在本實(shí)施方式涉及的CMOS圖像傳感器13中，發(fā)生圖像散焦和混色等像質(zhì)劣化的可能性幾乎不存在，并且，產(chǎn)生漏電電流的可能性也幾乎不存在。
再有，本發(fā)明的固體攝像元件以及其制造方法不受上述的一實(shí)施方式的制約。在不脫離本發(fā)明主旨的范圍內(nèi)，能夠?qū)λ鼈兊慕Y(jié)構(gòu)或制造工序等的一部分進(jìn)行各種各樣設(shè)定的變更，或者適宜、適當(dāng)?shù)亟M合使用各種設(shè)定來(lái)實(shí)施。
例如，在CMOS圖像傳感器13的各切割線部11形成第二P型半導(dǎo)體層10的工序，并不需要一定與形成作為阻擋層的第二P型半導(dǎo)體層10的工序同時(shí)執(zhí)行。例如，在各切割線部11形成第二P型半導(dǎo)體層10的工序，也可以與形成作為第一P型半導(dǎo)體層的P阱5的工序并行進(jìn)行。在這種工序中，即使在各切割線部11形成第二P型半導(dǎo)體層10，也完全沒(méi)必要增加使用特別的工序等的工序數(shù)量。因此，能夠在各切割線部11容易且迅速地形成第二P型半導(dǎo)體層10。
此外，在CMOS圖像傳感器13的表層部形成的元件隔離區(qū)域，并不一定必須是上述的STI9。例如，也可形成LOCOS，來(lái)代替STI9。此外，STI9并不一定必須在形成第二P型半導(dǎo)體層10之前形成。例如，也可以在形成了第二P型半導(dǎo)體層10后，形成STI9。
并且，讀出晶體管15的柵極6等并不一定必須在光電二極管8之前形成。例如也可以在形成了讀出晶體管15的柵極6等之后，形成光電二極管8。
對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，附加優(yōu)點(diǎn)和各種修改將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明在其寬泛的方面則不限于在此展示并描述的具體細(xì)節(jié)和各個(gè)實(shí)施例。因此，在不脫離由本發(fā)明的附加權(quán)利要求和它的等同物所限定的精神和基本概念的范圍之下，可以進(jìn)行各種修改。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像元件，其特征在于，包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有包含P型雜質(zhì)的襯底本體和設(shè)在該襯底本體上的包含N型雜質(zhì)的第一N型半導(dǎo)體層，并且，在該第一N型半導(dǎo)體層的上述襯底本體側(cè)設(shè)置有包含上述P型雜質(zhì)的第一P型半導(dǎo)體層；多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部，這些光電轉(zhuǎn)換部包括在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部彼此獨(dú)立地在多個(gè)位置設(shè)置的第二N型半導(dǎo)體層；以及多個(gè)第二P型半導(dǎo)體層，這些第二P型半導(dǎo)體層分別包圍上述各光電轉(zhuǎn)換部，并沿著在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部的多個(gè)位置設(shè)置的元件隔離區(qū)域，從上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，上述各第二P型半導(dǎo)體層被形成在上述各元件隔離區(qū)域的下側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，上述各第二P型半導(dǎo)體層與上述第一P型半導(dǎo)體層一起具有作為阻擋層的功能，該阻擋層將上述各光電轉(zhuǎn)換部與鄰接的其它上述各光電轉(zhuǎn)換部電隔離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，上述各第二P型半導(dǎo)體層還沿著將上述半導(dǎo)體襯底切割成多個(gè)芯片的芯片切割部，從上述第一N型半導(dǎo)體層的表面直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地設(shè)置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，上述半導(dǎo)體襯底和上述第一P型半導(dǎo)體層中包含的上述P型雜質(zhì)是硼，上述第一P型半導(dǎo)體層由通過(guò)熱擴(kuò)散從上述襯底本體擴(kuò)散出的上述硼形成，上述第一N型半導(dǎo)體層是作為上述N型雜質(zhì)含有磷的外延生長(zhǎng)層，并且上述各第二P型半導(dǎo)體層由離子注入的硼構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，上述各光電轉(zhuǎn)換部和上述各光電轉(zhuǎn)換部的周圍的上述第一N型半導(dǎo)體層，在從上方俯視它們時(shí)，其周圍由上述各第二P型半導(dǎo)體層包圍著；上述各光電轉(zhuǎn)換部的周圍的上述第一N型半導(dǎo)體層，其下部由上述第一P型半導(dǎo)體層覆蓋，與鄰接的其它上述各光電轉(zhuǎn)換部的周圍的上述第一N型半導(dǎo)體層隔離著。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，上述襯底本體中包含的上述P型雜質(zhì)的濃度，比上述第一P型半導(dǎo)體層中包含的上述P型雜質(zhì)的濃度高。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，上述各第二P型半導(dǎo)體層中包含的P型雜質(zhì)的濃度是，上述各第二P型半導(dǎo)體層的中央部比上述各第二P型半導(dǎo)體層的周邊部高。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，還包括在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部中，在上述各光電轉(zhuǎn)換部的周圍設(shè)置有讀出晶體管；上述各第二P型半導(dǎo)體層還從上述讀出晶體管的漏極下側(cè)直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地設(shè)置著。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像元件，其中，還包括復(fù)位晶體管、放大晶體管、地址晶體管和二極管。
11.一種固體攝像元件的制造方法，其特征在于，包括形成第一P型半導(dǎo)體層的工序，通過(guò)對(duì)具有包含P型雜質(zhì)的襯底本體和在該襯底本體上設(shè)置的包含N型雜質(zhì)的第一N型半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體襯底實(shí)施加熱處理，使上述P型雜質(zhì)擴(kuò)散到上述第一N型半導(dǎo)體層的上述襯底本體側(cè)，從而形成該第一P型半導(dǎo)體層；設(shè)置多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部的工序，通過(guò)在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部的多個(gè)位置注入N型雜質(zhì)來(lái)形成第二N型半導(dǎo)體層，由此設(shè)置該多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部；以及設(shè)置多個(gè)第二P型半導(dǎo)體層的工序，分別包圍上述各光電轉(zhuǎn)換部并沿著在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部的多個(gè)位置設(shè)置的元件隔離區(qū)域，從上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地注入P型雜質(zhì)，由此設(shè)置該多個(gè)第二P型半導(dǎo)體層。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，在上述各元件隔離區(qū)域的下側(cè)形成上述各第二P型半導(dǎo)體層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，將上述各第二P型半導(dǎo)體層同上述第一P型半導(dǎo)體層一起作為阻擋層形成，該阻擋層將上述各光電轉(zhuǎn)換部與鄰接的其它上述各光電轉(zhuǎn)換部電隔離。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，還沿著將上述半導(dǎo)體襯底切割成多個(gè)芯片的芯片切割部，從上述第一N型半導(dǎo)體層的表面直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地注入P型雜質(zhì)，由此設(shè)置上述各第二P型半導(dǎo)體層。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，在上述半導(dǎo)體襯底和上述第一P型半導(dǎo)體層中包含作為上述P型雜質(zhì)的硼，并利用外延生長(zhǎng)法在襯底本體上形成包含作為上述N型雜質(zhì)的磷的層，由此形成上述第一N型半導(dǎo)體層，通過(guò)使上述硼從上述襯底本體熱擴(kuò)散到上述第一N型半導(dǎo)體層的上述襯底本體側(cè)，形成上述第一P型半導(dǎo)體層，并且，通過(guò)離子注入作為上述P型雜質(zhì)的硼，形成上述各第二P型半導(dǎo)體層。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，在從上方俯視上述各光電轉(zhuǎn)換部和上述各光電轉(zhuǎn)換部的周圍的上述第一N型半導(dǎo)體層時(shí)，包圍上述各光電轉(zhuǎn)換部和上述各光電轉(zhuǎn)換部的周圍的上述第一N型半導(dǎo)體層周圍而設(shè)置上述各第二P型半導(dǎo)體層；由上述第一P型半導(dǎo)體層覆蓋上述各光電轉(zhuǎn)換部周圍的上述第一N型半導(dǎo)體層的下部，使其與鄰接的其它上述各光電轉(zhuǎn)換部周圍的上述第一N型半導(dǎo)體層隔離。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，在上述襯底本體中包含的上述P型雜質(zhì)的濃度，比在上述第一P型半導(dǎo)體層中包含的上述P型雜質(zhì)濃度高。
18.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，在上述各第二P型半導(dǎo)體層中包含的P型雜質(zhì)濃度是，上述各第二P型半導(dǎo)體層的中央部比上述各第二P型半導(dǎo)體層的周邊部高。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，其中，還在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部中，在上述各光電轉(zhuǎn)換部的周圍設(shè)置讀出晶體管；從上述讀出晶體管的漏極的下側(cè)直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部還連續(xù)地設(shè)置上述各第二P型半導(dǎo)體層。
20.根據(jù)權(quán)利要求11所述的固體攝像元件的制造方法，還設(shè)置復(fù)位晶體管、放大晶體管、地址晶體管和二極管。
全文摘要
一種固體攝像元件，包括半導(dǎo)體襯底，該半導(dǎo)體襯底具有包含P型雜質(zhì)的襯底本體和設(shè)在該襯底本體上的包含N型雜質(zhì)的第一N型半導(dǎo)體層，并且，在該第一N型半導(dǎo)體層的上述襯底本體側(cè)設(shè)置有包含上述P型雜質(zhì)的第一P型半導(dǎo)體層；多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部，這些光電轉(zhuǎn)換部包括在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部彼此獨(dú)立地在多個(gè)位置設(shè)置的第二N型半導(dǎo)體層；以及多個(gè)第二P型半導(dǎo)體層，這些第二P型半導(dǎo)體層分別包圍上述各光電轉(zhuǎn)換部，并沿著在上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部的多個(gè)位置設(shè)置的元件隔離區(qū)域，從上述第一N型半導(dǎo)體層的表層部直到上述第一P型半導(dǎo)體層的表層部連續(xù)地設(shè)置。
文檔編號(hào)H04N5/369GK1855520SQ200610071669
公開(kāi)日2006年11月1日 申請(qǐng)日期2006年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月31日
發(fā)明者山口鐵也, 后藤浩成, 山下浩史, 井原久典, 井上郁子, 田中長(zhǎng)孝 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝