固态成象器件及其制造方法技术

技术编号:3219768 阅读:208 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
一种固态成象器件包括:按两维矩阵设置的光电转换部分;分别与每个光电转换部分相邻设置的电荷读出部分;分别与每个光电转换部分相邻设置的电荷转移部分;和通过与开口部分分开的分开部分彼此分隔开的电荷转移电极,每个电极加倍,作为电荷读出电极,在光电转换部分中对应的一个上设置并形成有一个开口部分,以便通过绝缘膜覆盖光电转换部分,电荷读出部分,电荷转移部分,和其周边部分中对应的一个。(*该技术在2019年保护过期,可自由使用*)

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种,其中固态成象器件设置有多个光电转换部分,使得它们形成一个矩阵,即由它们的行和它们的列构成的两维图形或阵列,更具体地涉及一种,其中固态成象器件适合用于各种类型的图象输入装置的图象传感器,例如,传真机、摄象机、数字照相机等装置。固态成象器件很久以来是由电荷耦合器件(即,CCD器件)构成的,设置有多个光电转换部分,其中每个光电转换部分变换入射光为其电荷对应于该入射光量的信号电荷量,光电转换部分是这样安排的,即它们形成一个矩阵,即由它们的行和它们的列构成的两维图形或阵列。具体地讲,这些具有光电转换部分和用于转移信号电荷的电荷转移部分分别形成的固态成象器件能够分别执行光电转换处理、电荷读出的处理和电荷转移的处理的每个处理,因此能够按各种驱动模式进行驱动。为此,该固态成象器件的特点是其非常宽的应用范围。这种类型的固态成象器件是已知的,例如,在1995年8月出版的日本杂志“Eizo Jyoho”卷27,80-86页上。这种固态成象器件的特征是它加倍了作为电荷读出的电极,以便控制来自对应于各电荷转移部分之一的光电转换部分的信号电荷的写和读;光电转换部分是通过电荷转移电极的掩膜对准形成的,用于控制对应于各电荷转移部分之一的信号电荷转移。在下文,将参照图33(a)到37(b),以制造顺序,即其工艺步骤的方式描述公开在上述日本杂志中的常规固态成象器件的制造方法(下文称为第一常规例子)。首先,如图33(b)所示,通过在n型半导体衬底1中离子注入p型杂质,诸如硼离子B+和类似的离子形成p型井层2。然后,通过离子注入p型杂质诸如硼离子B+和类似的离子和n型杂质诸如磷离子p+和类似的离子形成在p型井层2的表面区域是用于彼此隔离各器件的p+型沟道止点3;用于从光电转换部分6(如图36(b)所示)到n型电荷转移部分5收取信号电荷的p型电荷读出部分4;和用于转移被收取信号电荷的n型电荷转移部分5。此后,如图34(b)所示,在而后将形成非光电转换部分6的区域的p型井层2上形成光刻膜7。然后,如图34(a)和34(b)所示,通过离子注入诸如磷离子p+和类似的离子的n型杂质形成n型井8,该n型井而后将形成光电转换部分6,该离子注入是利用光刻膜7作为掩膜以大于或等于200KeV的可接受的能量型进行的。接下来,去掉光刻膜7。然后在该衬底的整个表面上形成由热氧化膜、氧化膜、氮化膜、氧(ONO)膜或类似的膜构成的栅绝缘膜9。然后,诸如多晶硅膜等的栅电极膜(未示出)形成在栅绝缘膜9上。然后,通过等离子刻蚀工艺去掉栅电极膜的不需要部分,形成电荷转移电极10。进而在这个电荷转移电极10上,通过利用热氧化膜和通过(CVD)化学汽相淀积工艺形成一个CVD氧化膜,该膜形成一个中间层绝缘膜(未示出)。在形成中间层绝缘膜后,如图35(a)和35(b)所示,作为电荷读出电极加倍的电荷转移电极11被形成在栅绝缘膜9和中间层绝缘膜两者之上。如图36(a)和36(b)所示,通过在诸如硼离子B+和类似离子的p型杂质离子注入工艺中利用电荷转移电极10和11作为掩膜的自对准,在n型井层8的浅表面区形成光电转换部分6,和因此形成用于防止出现暗电流的p+型区,这个暗电流在当亮度低时出现在光电转换部分6的表面,会损害SN(信-噪)比。此时,为了防止由于离子注入在其他区的上述p型杂质,在这些区中形成电荷检测部分和同芯片放大器,必须在上述的其他区形成光刻膜。然后,在衬底的整个表面上形成中间层绝缘膜13。此后,如图37(a)和37(b)所示,在中间层绝缘膜13上形成一个由钨、铝等金属制的光屏蔽膜14,防止中间层绝缘膜13被暴光。然后,形成在光电转换部分6上的光屏蔽膜14被去掉,形成开口部分14a。每个光电转换部分6的n型井层8和形成在其下面的p型井层2起到隐埋型光电二极管的作用。在利用一上述制造方法生产的常规固态成象器件中,如图35(b)所示,因为光电转换部分6是利用电荷转移电极11的边缘部分11a作为掩膜通过掩膜对准形成的,所以常规的固态成象器件受到在信号电荷的读出电压上大的偏差的损害,这种偏差是由于对准误差引起的。另外,当光电转换部分6和电荷转移电极11的边缘部分11a之间产生间隙时,读出电压明显地增加。因此,为了防止读出电压的明显增加,必须通过至少对应于出现在掩膜对准中的对准误差的距离,凸出边缘部分11a,使得边缘部分11a覆盖住光电转换部分。这样在区域面积上减小了开口部分14a,如图37(b)所示。因此,在面积上被减小的开口部分14a增加了将被从光屏蔽膜14反射的入射光的强度。为了解决上述问题,日本未经审查专利平5-6992公开了另外的常规固态成象器件,其中光电转换部分是利用电荷转移电极的边缘部分作为掩膜通过自对准形成的。在下文,将参照图38(a)和42(b),以制造顺序,即其工艺步骤的方式描述公开在上述文件中的另一常规固态成象器件的制造方法(下文称为第二常规例子)。首先,如图38(a)和38(b)所示,通过在n型半导体衬底21中离子注入p型杂质,诸如硼离子B+和类似的离子形成p型井层2。然后,通过进行诸如硼离子B+和类似的离子的p型离子注入和诸如磷离子P+和类似的离子的n型离子注入形成在p型井层22的表面区域的是P+沟道止点23;p型电荷读出部分24;和n型电荷转移部分25。然后,在该衬底的整个表面上形成由热氧化膜、氧化膜、氮化膜、氧(ONO)膜或类似的膜构成的栅绝缘膜9。接下来,诸如多晶硅膜等的栅电极膜(未示出)被形成在栅绝缘膜26上。然后,通过等离子刻蚀工艺去掉栅电极膜的不需要部分,形成电荷转移电极27。进而,形成在这个电荷转移电极27上是通过利用热氧化膜和CVD氧化膜等构成的一个中间层绝缘膜。在形成中间层绝缘膜后,如图39(a)和39(b)所示,在栅绝缘膜26和中间层绝缘膜上形成由多晶硅膜等构成的栅电极膜28。然后,形成在这些膜上的是光刻膜31,它提供一个开口部分。这个开口部分覆盖其除部分30外的其他的区域,在这个区域中以后将形成光电转换部分29(下面描述)。此后,通过等离子刻蚀工艺去掉栅电极膜28的不需要部分,形成将构成电荷转移电极32的一个部分,在该部分中电荷转移电极32作为电荷读出电极进行加倍。接下来,在栅绝缘膜26和上面的中间层绝缘膜两者上再次形成的是光刻膜33。这个光刻膜设置有开口部分,该部分覆盖以后将形成光电转换部分29的区域的上述部分30。此后,该上述部分30利用光刻膜33作为掩膜通过等离子刻蚀工艺被去掉,形成电荷转移电极32。接下来,如图40(a)和40(b)所示,形成在光电转换部分29上的n型井34是利用电荷转移电极32的边缘部分32a自对准,和通过诸如磷离子P+和类似的离子的n型杂质的离子注入形成的,该离子注入是利用电荷转移电极32和光刻膜33作为掩膜以大于或等于200KeV的可接受能量进行的。然后,去掉光刻膜33。此后,在n型井层34的浅表面区的诸如硼离子B+和类似的离子的p型杂质的离子注入工艺中,利用电荷转移电极27和32作为掩膜,通过自对准形成光电转换部分29,和因此形成P+型区35用来防止暗电流的出现,在光电转换部分29出现的暗电流当亮度低时会损害SN(信-噪)比。此刻,为了防止在其他区离子注入时的上述p型杂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成象器件,包括:多个光电转换部分,每个用于变换入射光为信号电荷,其电荷量对应于所述入射光的量;多个与所述光电转换部分相邻设置的电荷读出部分,每个所述电荷读出的部分被设计为读出已经产生在所述光电转换部分中对应的一个中的信号电荷 ;多个与所述光电转换部分相邻设置的电荷转移部分,每个所述电荷转移部分被设计为通过所述电荷读出部分中对应的一个转移已经被从光电转换部分中对应的一个中恢复的信号电荷;和通过一个绝缘膜在所述光电转换部分中对应的一个、所述电荷读出部分中对应 的一个、所述电荷转移部分中对应的一个上面以及在这些对应部分的各周边部分形成的电荷转移电极被设置对应于所述光电转换部分一个上的开口部分,和进行加倍,作为用于控制从所述光电转换部分中对应的一个到所述电荷转移部分中对应的一个的信号电荷的读出和写入的电荷读出电极,所述电荷转移电极被设计为控制所述电荷转移部分中对应的一个的信号电荷的转移。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1998-5-20 138719/981.一种固态成象器件,包括多个光电转换部分,每个用于变换入射光为信号电荷,其电荷量对应于所述入射光的量;多个与所述光电转换部分相邻设置的电荷读出部分,每个所述电荷读出部分被设计为读出已经产生在所述光电转换部分中对应的一个中的信号电荷;多个与所述光电转换部分相邻设置的电荷转移部分,每个所述电荷转移部分被设计为通过所述电荷读出部分中对应的一个转移已经被从光电转换部分中对应的一个中恢复的信号电荷;和通过一个绝缘膜在所述光电转换部分中对应的一个、所述电荷读出部分中对应的一个、所述电荷转移部分中对应的一个上面以及在这些对应部分的各周边部分形成的电荷转移电极被设置对应于所述光电转换部分一个上的开口部分,和进行加倍,作为用于控制从所述光电转换部分中对应的一个到所述电荷转移部分中对应的一个的信号电荷的读出和写入的电荷读出电极,所述电荷转移电极被设计为控制所述电荷转移部分中对应的一个的信号电荷的转移。2.按照权利要求1的固态成象器件,其中在第一导电型半导体层的表面区形成所述各光电转换部分的每一个,并由第二导电型半导体层构成。3.一种固态成象器件,包括多个光电转换部分,每个用于变换入射光为信号电荷,其电荷量对应于所述入射光的量,所述光电转换部分被形成在第一导电型半导体层的表面区并由第二导电型半导体层构成;多个与所述光电转换部分相邻设置的电荷读出部分,每个所述电荷读出部分被设计为读出已经产生在所述光电转换部分中对应的一个中的信号电荷,所述电荷读出部分由所述第一导电型半导体层构成;与所述光电转换部分相邻设置的多个电荷转移部分,每个所述电荷转移部分被设计为通过所述电荷读出部分中对应的一个转移已经被从光电转换部分中对应的一个中恢复的信号电荷,所述电荷转移部分由所述第二导电型半导体层构成;通过在所述电荷转移部分中对应的一个上的绝缘膜形成至少一层的多个第一电荷转移电极,所述第一电荷转移电极的每一个被设计为控制所述电荷转移部分中对应的一个的所述信号电荷的转移;和多个第二电荷转移电极,每个是通过一个绝缘膜在所述光电转换部分对应的一个、所述电荷读出部分对应的一个、所述电荷转移部分中对应的一个上以及在这些对应的部分的周边部分上形成的,每个第二电荷转移电极在所述光电转换部分中对应的一个上设置开口部分,其中形成所述第二电荷转移电极的相邻的电极,以便通过与所述开口部分分开的一个分开部分彼此分开,和所述各第二电荷转移电极的每一个加倍,作为用于控制从所述光电转换部分中对应的一个到所述电荷转移部分中对应的一个的信号电荷的读出和写入的电荷读出电极的部分,所述第二电荷转移电极被设计为控制所述电荷转移部分中对应的一个的所述信号电荷的转移。4.按照权利要求3的固态成象器件,其中所述第二电荷转移电极的每一个是以这样的方式形成的,即,在与一层和相同层的所述第一电荷转移电极的各个对应的电极任何一个间隔开一个预定的距离,或者使其边缘部分覆盖通过一个绝缘膜彼此分隔开的不同层中的所述第一电荷转移电极中对应电极的所述任何一个电极的边缘部分。5.按照权利要求1的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是利用所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的边缘部分作为掩膜通过自对准形成的。6.按照权利要求2的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是利用所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的边缘部分作为掩膜通过自对准形成的。7.按照权利要求3的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是利用所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的边缘部分作为掩膜通过自对准形成的。8.按照权利要求4的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是利用所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的边缘部分作为掩膜通过自对准形成的。9.按照权利要求2的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是由所述第二导电型半导体层和所述第一导电型半导体层构成的,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的表面区。10.按照权利要求3的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是由所述第二导电型半导体层和所述第一导电型半导体层构成的,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的表面区。11.按照权利要求4的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是由所述第二导电型半导体层和所述第一导电型半导体层构成的,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的表面区。12.按照权利要求5的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是由所述第二导电型半导体层和所述第一导电型半导体层构成的,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的表面区。13.按照权利要求6的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是由所述第二导电型半导体层和所述第一导电型半导体层构成的,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的表面区。14.按照权利要求7的固态成缘器件,其中所述光电转换部分的每一个是由所述第二导电型半导体层和所述第一导电型半导体层构成的,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的表面区。15.按照权利要求8的固态成象器件,其中所述光电转换部分的每一个是由所述第二导电型半导体层和所述第一导电型半导体层构成的,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的表面区。16.按照权利要求2的固态成象器件,其中所述各光电转换部分的每一个是由以下构成的所述第二导电型半导体层的第一层,所述第一层深度大和在其区域中窄;所述第二导电型半导体层的第二层,所述第二层深度小和在其区域中宽;和所述第一导电型半导体层,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的这些第一和第二层的表面区域中。17.按照权利要求3的固态成象器件,其中所述各光电转换部分的每一个是由以下构成的所述第二导电型半导体层的第一层,所述第一层深度大和在其区域中窄;所述第二导电型半导体层的第二层,所述第二层深度小和在其区域中宽;和所述第一导电型半导体层,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的这些第一和第二层的表面区域中。18.按照权利要求4的固态成象器件,其中所述各光电转换部分的每一个是由以下构成的所述第二导电型半导体层的第一层,所述第一层深度大和在其区域中窄;所述第二导电型半导体层的第二层,所述第二层深度小和在其区域中宽;和所述第一导电型半导体层,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的这些第一和第二层的表面区域中。19.按照权利要求5的固态成象器件,其中所述各光电转换部分的每一个是由以下构成的所述第二导电型半导体层的第一层,所述第一层深度大和在其区域中窄;所述第二导电型半导体层的第二层,所述第二层深度小和在其区域中宽;和所述第一导电型半导体层,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的这些第一和第二层的表面区域中。20.按照权利要求6的固态成象器件,其中所述各光电转换部分的每一个是由以下构成的所述第二导电型半导体层的第一层,所述第一层深度大和在其区域中窄;所述第二导电型半导体层的第二层,所述第二层深度小和在其区域中宽;和所述第一导电型半导体层,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的这些第一和第二层的表面区域中。21.按照权利要求7的固态成象器件,其中所述各光电转换部分的每一个是由以下构成的所述第二导电型半导体层的第一层,所述第一层深度大和在其区域中窄;所述第二导电型半导体层的第二层,所述第二层深度小和在其区域中宽;和所述第一导电型半导体层,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的这些第一和第二层的表面区域中。22.按照权利要求8的固态成象器件,其中所述各光电转换部分的每一个是由以下构成的所述第二导电型半导体层的第一层,所述第一层深度大和在其区域中窄;所述第二导电型半导体层的第二层,所述第二层深度小和在其区域中宽;和所述第一导电型半导体层,所述第一导电型半导体层被形成在所述第二导电型半导体层的这些第一和第二层的表面区域中。23.按照权利要求9的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的所述开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。24.按照权利要求10的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的所述开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。25.按照权利要求11的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的所述开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。26.按照权利要求12的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。27.按照权利要求13的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。28.按照权利要求14的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。29.按照权利要求15的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。30.按照权利要求16的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。31.按照权利要求17的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。32.按照权利要求18的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。33.按照权利要求19的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述电荷读出部分侧的边缘部分分隔开一个预定的距离。34.按照权利要求18的固态成象器件,其中形成所述每个光电转换部分的所述第一导电型半导体层是按照这样的方式形成的,即,所述第一导电型半导体区与所述电荷转移电极中对应的一个的开口部分的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:畑野启介山田彻
申请(专利权)人:日本电气株式会社
类型:发明
国别省市:JP[日本]

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