固态成像装置及其制造方法制造方法及图纸

一种固态成像装置，包括：半导体衬底；形成在半导体衬底上的光电转换部分；形成在半导体衬底上并覆盖光电转换部分的栅极绝缘膜；用于在垂直方向转移在光电转换部分产生的电荷的垂直转移部分；和用于转移该垂直转移部分的电荷的多层转移栅电极。多层转移栅电极的至少一层由不同杂质浓度的至少两层杂质掺杂非晶硅膜构成。因此，该固态成像装置及其制造方法有助于在转移沟道中不产生局部势垒，提高产量，改善夹在电极之间的绝缘膜的耐电压以及防止由于光阻挡膜的局部变薄产生的光泄漏和金属导体的阶梯中断。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种固态成像装置。本专利技术特别涉及一种具有改进的栅极部分的。
技术介绍
人们已经设计出了各种常规固态成像装置(例如，日本专利H9-283733A)。参照图6解释一种常规固态成像装置。在第一p型阱区2内部的n型硅衬底1上形成n型杂质扩散区3、垂直寄存器4和p型沟道阻挡区5。p型正电荷积累区6形成在n型杂质扩散区3上。第二p型阱区7直接形成在垂直寄存器4的下面。这里，光接收部分(光电转换部分)8由光电二极管构成，光电二极管由n型杂质扩散区3和第一p型阱区2的PN结构成。光接收部分8对应像素而形成。其次，在整个表面上形成栅极绝缘膜9，包括沟道阻挡区5、垂直寄存器4和第一p型阱区2的正电荷积累区6。此外，在第一p型阱区2上方的栅极绝缘膜9上形成由掺杂非晶硅构成的第一转移栅电极10和第二转移栅电极11以及氧化硅膜12。然后在第一转移栅电极10、第二转移栅电极11和氧化硅膜12上选择形成金属光阻挡膜13。上述结构的第一转移栅电极10和第二转移栅电极11通过图7A至图7D中所示的下列工艺制造。通过利用氧化炉和LPCVD反应器在n型硅衬底1的整个表面上形成栅极绝缘膜9之后，利用下列化学反应(1)中所示的热分解，在LPCVD反应器内部以均匀浓度(大约7.0×1020cm-3)、在一层中的栅极绝缘膜9的整个表面上形成厚度约为0.5μm的第一n型掺杂非晶硅膜14(图7A)。(1)接着，通过光刻和刻蚀形成第一转移栅电极10，留下第一掺杂非晶硅膜14的栅区和栅极布线区。然后用氧化炉氧化第一转移栅电极10，以便形成氧化硅膜12(图7B)。通过利用下列化学反应中所示的热分解在LPCVD反应器内部以均匀浓度(大约7.0×1020cm-3)、在一层中的整个表面上形成厚度约为0.5μm的第二n型掺杂非晶硅膜15(图7C)。(2)接着，通过光刻和刻蚀形成第二转移栅电极11，留下第二掺杂非晶硅膜15的栅区和栅极布线区。然后用氧化炉氧化第二转移栅电极11，以便形成氧化硅膜12(图7D)。然而，用于制造常规固态成像装置的方法具有下列问题。第一个问题是当通过利用LPCVD反应器内部的热分解，以均匀浓度(大约7.0×1020cm-3)用大约0.5μm厚的n型杂质掺杂非晶硅层，在一层中的整个表面上形成第一掺杂非晶硅膜14或第二掺杂非晶硅膜15时，在n型杂质掺杂非晶硅层中形成局部微晶区16(参见图8A)。当在下一步骤中刻蚀形成在整个表面上的n型杂质掺杂非晶硅层时，微晶区16的刻蚀速度比其它区域的刻蚀速度更快。因此，尽管从统计学上讲这个概率是较低的，但是当形成在整个表面上的n型杂质掺杂非晶硅层被刻蚀时，微晶区16可能形成在微晶区16与形成在下面的栅极绝缘膜9接触的位置上。在这种情况下，由于这些微晶区16的刻蚀速度比其它区域快，因此形成在下面的栅极绝缘膜9被局部过刻蚀，并且在形成下面的栅极绝缘膜9上将测试局部薄的区域17(参见图8B)。如果栅极绝缘膜9的局部薄的区域17形成在用于电荷转移的转移寄存器区中，则在转移沟道中形成局部势垒18，电荷被捕获并且电荷转移可能是不完全的(参见图8C)。第二个问题是，在例如7.0×1020cm-3的n型杂质掺杂非晶硅层的平均n型杂质浓度下测试的成像缺陷的现象(图9A)。通过利用在LPCVD反应器中的热分解，以均匀浓度用大约0.5μm厚度的n型杂质掺杂非晶硅层、在一层中的整个表面上形成第一掺杂非晶硅膜14或第二掺杂非晶硅膜15时发生该现象(图9A)。图9A中的标记16表示微晶区。该现象可以用下列模式来解释。如果在下一步骤中对n型杂质掺杂非晶硅层进行热分解，则n型杂质掺杂非晶硅层中的硅晶粒19生长，并且在生长的硅晶粒19的硅边界20附近产生高浓度的n型杂质21(图9B)。结果是，n型杂质掺杂非晶硅层的电阻的局部增加，并且通过阻止掺杂非晶硅层中的电子流或通过保留在掺杂非晶硅层中的电子，可能产生类似于断开导体的图像缺陷。关于第三个问题，常规固态成像装置的第二转移栅电极11具有从光接收部分向垂直寄存器读取电荷的功能、以及在垂直寄存器内进行电荷转移的其它功能，如图6所示。因此，大约25V的最大脉冲电压施加于使第一转移栅电极10和第二转移栅电极11绝缘的绝缘膜。并且，尽管绝缘膜(氧化硅膜12)通过第一转移栅电极10的热氧化形成，如图7中所解释的，但是通过对n型杂质掺杂非晶硅进行热氧化获得的膜的耐电压一般较弱，并且获得大约1到2MV/cm的场强。因此，为了获得25V的耐电压，n型杂质掺杂非晶硅上方的氧化膜的厚度需要至少在0.3μm的数量级。尤其对于具有较大表面面积的常规固态成像装置来说需要改进，其中氧化膜的耐电压缺陷大大降低了产量。在图6中，如果氧化膜的厚度较厚，则堆叠第一转移栅电极10和第二转移栅电极11的部分与未形成这些电极的光接收部分之间的水平差为1μm。因此，设置在电极顶部的用于阻挡光的金属光阻挡膜13可以不充分地覆盖水平差，覆盖在水平差部分中可以是较薄的。如果存在这样的薄部分，则可能出现错误信号，并且信噪比可能下降，因为光可能泄漏到垂直寄存器中和将由垂直寄存器4中的光电转换形成的电荷添加到信号电荷中。此外，如果用于阻挡光的金属光阻挡膜13用作导体，则可能发生不施加电压的问题，因为该导体在水平差部分被切割。从上述说明来看，需要形成薄的并且具有耐受性能的绝缘膜。
技术实现思路
为了解决这些常规问题，本专利技术提供一种，有助于在转移沟道中不产生局部势垒，提高产量，改善夹在电极之间的绝缘膜的耐电压，以及防止由于光阻挡膜的局部变薄而产生的光泄漏和金属导体的阶梯中断。根据本专利技术的固态成像装置包括半导体衬底；形成在半导体衬底上的光电转换部分；形成在半导体衬底上并覆盖光电转换部分的栅极绝缘膜；用于在垂直方向转移在光电转换部分中产生的电荷的垂直转移部分；和用于转移垂直转移部分的电荷的多层转移栅电极。多层转移栅电极的至少一层由具有不同杂质浓度的至少两层杂质掺杂非晶硅膜构成。其次，根据本专利技术，在用于制造固态成像装置的方法中，该固态成像装置包括半导体衬底；形成在半导体衬底上的光电转换部分；形成在半导体衬底上并覆盖光电转换部分的栅极绝缘膜；用于在垂直方向转移在光电转换部分产生的电荷的垂直转移部分；和用于转移垂直转移部分的电荷的多层转移栅电极；多层转移栅电极的至少一层由具有不同杂质浓度的至少两层杂质掺杂非晶硅膜构成。杂质掺杂非晶硅膜由以下步骤形成形成具有第一杂质浓度的第一掺杂非晶硅膜；将第一掺杂非晶硅膜刻蚀成转移栅电极的形状；形成具有第二杂质浓度的第二掺杂非晶硅膜；和将第二掺杂非晶硅膜刻蚀成转移栅电极的形状。附图说明图1是表示本专利技术实施例的制造工艺的剖面图。图2A和2B是本专利技术实施例1中的工艺的剖面图。图3A和3B是本专利技术实施例1中的工艺的剖面图。图4A至4G是本专利技术实施例1中的工艺的剖面图。图5A和5B是表示掺杂非晶硅氧化膜的突出角部的剖面图。图6是表示常规制造工艺的剖面图。图7A至7D是表示形成常规第一和第二转移栅电极的剖面图。图8A和8B是表示常规工艺中的第一个问题的剖面图，图8C是势垒图。图9A和9B是说明常规工艺中的第二个问题的剖面图。具体实施例方式利用本专利技术的固态成像装置，形成在整个表面上的n型杂质掺杂非晶硅层中的微晶区不直接本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固态成像装置，包括：半导体衬底；光电转换部分，形成在该半导体衬底上；栅极绝缘膜，形成在该半导体衬底上并覆盖该光电转换部分；垂直转移部分，用于在垂直方向转移在该光电转换部分中产生的电荷；和多层转移栅 电极，用于转移该垂直转移部分的电荷；其中，该多层转移栅电极的至少一层由不同杂质浓度的至少两层杂质掺杂非晶硅膜构成。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：岩胁直树，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]