ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ДАТЧИК ИЗОБРАЖЕНИЯ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И КАМЕРА Российский патент 2013 года по МПК H01L27/146 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к твердотельному датчику изображения, способу его изготовления и камере.

Уровень техники

В качестве твердотельных датчиков изображения известны датчик на приборе с зарядовой связью (ПЗС) или датчик на комплементарной структуре «металл - оксид - полупроводник» (КМОП-структуре). За последние годы произошло уменьшение размеров пикселей твердотельных датчиков изображения с увеличением количества пикселей и уменьшением размера микросхем. С уменьшением размера пикселей используемый способ изоляции элементов заменили, перейдя от способа локального окисления кремния (LOCOS) к способу узкощелевой изоляции (STI).

Способ STI имеет проблему, связанную с шумом сигнала изображения, генерируемым дефектами, присутствующими на поверхности раздела между кремниевой подложкой и пленкой оксида кремния около щели и около поверхности раздела. По этой причине, в качестве способа изоляции элементов, заменяющего способ STI, предложен способ расширения конструкции фотодиода для изоляции (EDI). Это способ формирования изолирующего элементы участка области пикселей путем использования диффузионной области, сформированной в полупроводниковой подложке, и оксидной пленки, выступающей над диффузионной областью (см. опубликованный патент Японии № 2005-347325). Для периферийного участка схемы можно воспользоваться обычным способом STI.

В структуре, описанной в опубликованном патенте Японии № 2005-347325, чтобы расширить область 14 накопления заряда, являющуюся областью n-типа, под изолирующей элементы областью 12 изолирующего элементы участка в области формирования пикселей, необходимо имплантировать ионы в участок под изолирующей элементы областью 12. В качестве способа имплантации ионов можно воспользоваться способом имплантации ионов в наклонном направлении. Вместе с тем, когда этим способом формируют область 14 накопления заряда мелкого пикселя, между областью 11А p-типа, находящейся в контакте с нижней поверхностью изолирующего элементы участка 12, и областью 14 накопления заряда, являющейся областью n-типа и находящейся в контакте с областью p-типа, возникает неудовлетворительное уменьшение электрического поля. Это может привести к увеличению темнового тока или количества дефектных пикселей из-за концентрации электрического поля.

Возможно формирование области 14 накопления заряда, являющейся областью n-типа, в глубоком положении в кремниевой подложке путем имплантации ионов примеси n-типа с большой энергией, которая позволяет им проникать через изолирующие элементы участки 11 и 12. Однако этот способ обуславливает имплантацию ионов примеси n-типа слишком глубоко в область, отличающуюся от участка, находящегося ниже изолирующих элементы участков 11 и 12 области, где должна быть сформирована область 14 накопления заряда. Формирование области 14 накопления заряда в глубоком положении затрудняет изоляцию фотоэлектрического преобразующего элемента между соседними пикселями.

Кроме того, способ, описанный в опубликованном патенте Японии № 2005-347325, вызывает повреждение кремниевой подложки из-за непосредственного травления кремниевой подложки в процессе травления для формирования изолирующего элементы слоя. Травильное повреждение кремниевой подложки может быть источником шума для сигнала изображения, и поэтому оно должно быть уменьшено настолько, насколько это возможно.

В данном изобретении предложен метод, эффективный при увеличении количества заряда в состоянии насыщения, ослаблении концентрации электрического поля около изолирующего элементы участка и уменьшении травильного повреждения на подложке.

Один аспект данного изобретения связан с твердотельным датчиком изображения. Твердотельный датчик изображения включает в себя область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, сформированную в полупроводнике, изолирующую область полупроводника, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, сформированную в полупроводнике, область ограничения канала, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, находящуюся в полупроводнике и сформированную на изолирующей полупроводниковой области, и изолятор, расположенный на области ограничения канала. Изолятор включает в себя первый изолирующий участок, расположенный на области ограничения канала на изолирующей области полупроводника, и второй изолирующий участок, имеющий структуру, расположенную рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка и уменьшающуюся по толщине с увеличением расстояния от первого изолирующего участка. Область накопления заряда включает в себя периферийный участок, который сформирован путем имплантации ионов в полупроводник через второй изолирующий участок и находится в контакте с областью ограничения канала.

Раскрытие изобретения

В данном изобретении предложен метод, эффективный при увеличении количества заряда в состоянии насыщения, ослаблении концентрации электрического поля около изолирующего элементы участка и уменьшении травильного повреждения на подложке.

В первом аспекте данного изобретения предложен твердотельный датчик изображения, содержащий: область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, сформированную в полупроводниковой области; изолирующую область полупроводника, сформированную в упомянутой области полупроводника и образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости; область ограничения канала, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, находящуюся в упомянутой области полупроводника и сформированную на изолирующей области полупроводника; и изолятор, расположенный на области ограничения канала, причем изолятор включает в себя первый изолирующий участок, расположенный над изолирующей областью полупроводника через посредство области ограничения канала, второй изолирующий участок, расположенный рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка, при этом толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка, и третий изолирующий участок, сформированный на первом изолирующем участке, причем третий изолирующий участок имеет верхнюю поверхность и боковую поверхность, причем боковая поверхность соединяет верхнюю поверхность третьего изолирующего участка с верхней поверхностью второго изолирующего участка.

Во втором аспекте данного изобретения предложен способ изготовления твердотельного датчика изображения, включающий в себя этапы, на которых: формируют пленку поликристаллического кремния на области полупроводника; формируют маску, имеющую отверстие, на пленке поликристаллического кремния; формируют первый изолирующий участок и второй изолирующий участок, расположенный рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка, путем селективного окисления участка пленки поликристаллического кремния посредством использования упомянутой маски, причем толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка; формируют область ограничения канала, образованную из примесной области проводника, имеющей второй тип проводимости, путем имплантации ионов в упомянутую область полупроводника; формируют изолирующую область полупроводника, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, путем имплантации ионов в упомянутую полупроводниковую область; и формируют область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, в упомянутой области полупроводника так, чтобы привести эту область в контакт с областью ограничения канала, путем имплантации ионов в упомянутую область полупроводника посредством использования второго изолирующего участка в качестве маски.

В третьем аспекте данного изобретения предложен твердотельный датчик изображения, содержащий: область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, сформированную в полупроводниковой подложке; и изолирующий элементы участок, включающий в себя изолятор, причем изолятор включает в себя первый изолирующий участок, расположенный на полупроводниковой подложке, второй изолирующий участок, расположенный рядом с наружной поверхностью первого изолирующего участка, при этом толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка, и третий изолирующий участок, предусмотренный на первом изолирующем участке, причем третий изолирующий участок имеет верхнюю поверхность и боковую поверхность, причем боковая поверхность соединяет верхнюю поверхность третьего изолирующего участка с верхней поверхностью второго изолирующего участка.

В четвертом аспекте данного изобретения предложена камера (устройство для съемки), содержащая: твердотельный датчик изображения согласно первому или третьему аспекту данного изобретения; и блок обработки, который обрабатывает сигнал, выдаваемый из твердотельного датчика изображения.

В пятом аспекте данного изобретения предложен способ изготовления твердотельного датчика изображения, включающий в себя этапы, на которых: формируют пленку поликристаллического кремния на области полупроводника; формируют маску, имеющую отверстие, на пленке поликристаллического кремния; формируют первый изолирующий участок и второй изолирующий участок, расположенный рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка, путем селективного термического окисления участка пленки поликристаллического кремния с использованием упомянутой маски, причем толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка; и формируют изолирующую пленку, служащую в качестве третьего изолирующего участка, на первом изолирующем участке.

Дополнительные признаки данного изобретения станут очевидными из нижеследующего описания примерных вариантов осуществления, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи.

Краткое описание чертежей

На Фиг. 1 представлен вид в разрезе, иллюстрирующий компоновку пикселя в твердотельном датчике изображения в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения;

на Фиг. 2A-2G представлены виды в разрезе, иллюстрирующие способ изготовления твердотельного датчика изображения в соответствии с первым вариантом осуществления данного изобретения;

на Фиг. 3 представлен вид в разрезе, иллюстрирующий компоновку пикселя в твердотельном датчике изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения; и

на Фиг. 4A-4G представлены виды в разрезе, иллюстрирующие способ изготовления твердотельного датчика изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления данного изобретения.

Осуществление изобретения

Твердотельный датчик изображения согласно данному изобретению может иметь конфигурацию датчика изображения на МОП-структуре, датчика изображения на ПЗС, или датчика изображения другого типа. Твердотельный датчик изображения может включать в себя матрицу пикселей, имеющую множество пикселей, скомпонованных в двумерном массиве для формирования множества строк и множества столбцов, схему кадровой развертки, которая выбирает строки в матрице пикселей, и схему строчной развертки, которая выбирает столбцы в матрице пикселей. Область, в которой расположена матрица пикселей, называется областью пикселей, а область, в которой расположены периферийные схемы, такие, как схема кадровой развертки и схема строчной развертки (область, не являющаяся областью пикселей), будет называться периферийной областью.

Компоновка пикселя в твердотельном датчике изображения в соответствии с первым вариантом осуществления согласно данному изобретению будет описана со ссылками на Фиг. 1. Отметим, что на Фиг. 1 показан пример конкретной компоновки одного пикселя. Каждый пиксель включает в себя область 2 накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, сформированную на полупроводниковой подложке 1 в качестве полупроводниковой области, имеющей первый тип проводимости, изолятор 20, изолирующую полупроводниковую область 7, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, и область 5 ограничения канала, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости. В этом случае, первый тип проводимости может быть либо n-типом, либо p-типом. Второй тип проводимости - это тип проводимости, отличающийся от первого типа проводимости. Часть изолятора 20 и изолирующая полупроводниковая область 7 образуют изолирующий элементы участок, который изолирует элементы друг от друга. Область 2 накопления заряда - это область, которая генерирует и накапливает заряд, соответствующий количеству падающего света. Изолирующая полупроводниковая область 7 образует потенциальный барьер для информационного заряда и имеет функцию изоляции области 2 накопления заряда и других элементов (например, других областей 2 накопления заряда) друг от друга.

Изолятор 20 включает в себя первый изолирующий участок 4, расположенный на области 5 ограничения канала на изолирующей полупроводниковой области 7, и второй изолирующий участок 8, простирающийся вбок от первого изолирующего участка 4. В типичном случае, изолятор 20 может включать в себя третий изолирующий участок 6, расположенный на первом изолирующем участке 4. Третий изолирующий участок 6 может вносить вклад в увеличение толщины изолятора 20 на изолирующей полупроводниковой области 7 и в улучшение эффекта изоляции элементов. Первый изолирующий участок 4, третий изолирующий участок 6 и второй изолирующий участок 8 в типичном случае выполнены из одного и того же материала и могут быть скомпонованы как единое целое.

Второй изолирующий участок 8 расположен рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка 4, а его структура обеспечивает плавное уменьшение толщины с увеличением расстояния от первого изолирующего участка 4. Возможно формирование первого изолирующего участка 4, например, путем окисления пленки поликристаллического кремния. Нижняя поверхность первого изолирующего участка 4 может существовать в положении, которое находится ниже поверхности полупроводниковой подложки 1, в области 2 накопления заряда. Получение такой структуры возможно путем неглубокого окисления поверхности полупроводниковой подложки 1 при формировании первого изолирующего участка 4.

Третий изолирующий участок 6 включает в себя верхнюю поверхность 61, находящуюся выше максимальной высоты верхней поверхности 83 второго изолирующего участка 8, и боковую поверхность 62, соединяющую верхнюю поверхность 61 с верхней поверхностью 83 второго изолирующего участка 8. Боковая поверхность 62 в типичном случае может быть перпендикулярна поверхности полупроводниковой подложки 1. Формирование третьего изолирующего участка 6 возможно, например, путем осаждения диоксида кремния на первом изолирующем участке 4 способом химического осаждения из паровой фазы. Формирование второго изолирующего участка 8 возможно путем окисления пленки поликристаллического кремния. Изолятор 20 может включать в себя изолирующую пленку 3, покрывающую поверхность полупроводниковая подложка 1 снаружи второго изолирующего участка 8.

Изолятор 20, включающий в себя первый изолирующий участок 4, второй изолирующий участок 8 и третий изолирующий участок 6, можно называть изолятором, включающим в себя плоскую первую верхнюю поверхность 61, вторую верхнюю поверхность 83 (верхнюю поверхность второго изолирующего участка 8), которая плавно уменьшается по высоте с увеличением расстояния от первой верхней поверхности 61, и боковую поверхность 62, соединяющую первую верхнюю поверхность 61 со второй верхней поверхностью 83. В этом случае, первая верхняя поверхность 61 выше второй верхней поверхности 83. Изолятор 20 также включает в себя первую нижнюю поверхность 41 первого изолирующего участка 4 и вторую нижнюю поверхность 84 второго изолирующего участка 8. Первая нижняя поверхность 41 и вторая нижняя поверхность 84 образуют непрерывную гладкую поверхность.

Область 2 накопления заряда сформирована путем имплантации ионов в полупроводниковую подложку 1 через второй изолирующий участок 8 (и изолирующую пленку 3, если изолирующая пленка 3 присутствует). Область 2 накопления заряда включает в себя периферийный участок 21, находящийся в контакте с областью 5 ограничения канала. Периферийный участок 21 - это участок, сформированный путем имплантации ионов в полупроводниковую подложку 1 через второй изолирующий участок 8 и имеющий концентрацию примеси ниже, чем остальной участок области 2 накопления заряда. Часть внешней границы области 5 ограничения канала может существовать снаружи от внутренней границы 81 второго изолирующего участка 8 и изнутри от внешней границы 82 второго изолирующего участка 8. В этом случае, граница между первым изолирующим участком 4 и вторым изолирующим участком 8, то есть, внутренняя граница 81 второго изолирующего участка 8, находится в положении, где изолятор 20 начинает уменьшаться по толщине с увеличением расстояния от первого изолирующего участка 4. Граница между первым изолирующим участком 4 и вторым изолирующим участком 8 может находиться на одном уровне с боковой поверхностью третьего изолирующего участка 6. В присутствии изолирующей пленки 3, граница между вторым изолирующим участком 8 и изолирующей пленкой 3, то есть, внешняя граница 82 второго изолирующего участка 8, находится в положении, где изменение толщины изолятора 20 с увеличением расстояния от первого изолирующего участка 4 оканчивается.

В соответствии с первым вариантом осуществления, структура второго изолирующего участка 8 изолятора 20 обеспечивает плавное уменьшение толщины с увеличением расстояния от первого изолирующего участка 4. Поэтому границе между изолятором 20 и полупроводниковой подложкой 1 (в этом случае полупроводниковая подложка 1 включает в себя область 2 накопления заряда, область 5 ограничения канала, и изолирующую полупроводниковую область 7) придана форма гладкой криволинейной поверхности. Поскольку концентрация примеси на периферийном участке 21 области 2 накопления заряда ниже, чем на остальном участке области 2 накопления заряда, концентрация электрического поля на участке, где область 5 ограничения канала находится в контакте с областью 2 накопления заряда, подавляется. Это может уменьшить смешение токов утечки в области 2 накопления заряда. Кроме того, в соответствии с первым вариантом осуществления, область 2 накопления заряда сформирована под областью второго изолирующего участка 8 и простирается ниже области первого изолирующего участка 4. Это увеличивает объем области 2 накопления заряда и увеличивает количество заряда в состоянии насыщения. Помимо этого, поскольку первый вариант осуществления предусматривает формирование изолятора 20 без формирования щели в полупроводниковой подложке 1, можно уменьшить травильное повреждение на полупроводниковой подложке 1.

В качестве примера, приводимого со ссылками на Фиг. 2А - 2G, ниже будет описан способ изготовления твердотельного датчика изображения в соответствии с первым вариантом осуществления согласно данному изобретению. Отметим, что на Фиг. 2A - 2G не изображены другие элементы (например, транзисторы), входящие в состав пикселя, и элементы, входящие в состав периферийных схем (например, схемы кадровой развертки и схемы строчной развертки). Чтобы конкретизировать пример, предположим, что первым типом проводимости является n-тип, а вторым типом проводимости является p-тип.

Прежде всего, на этапе, показанном на Фиг. 2A, подготавливают полупроводниковую подложку 1 первого типа проводимости (например, кремниевую подложку n-типа), а ее поверхность окисляют для формирования оксидной пленки 3 (например, пленки оксида кремния). Затем на изолирующей пленке 3 формируют пленку 9 поликристаллического кремния. Отметим, что этап формирования изолирующей пленки 3 - это этап, который можно проводить произвольным образом. Можно формировать пленку 9 поликристаллического кремния, например, способом химического осаждения из паровой фазы, делая ее имеющей толщину в диапазоне от 20 нм до 70 нм. На пленке 9 поликристаллического кремния формируют пленку 10 нитрида кремния. Можно формировать пленку 10 нитрида кремния, например, способом химического осаждения из паровой фазы, делая ее имеющей толщину в диапазоне от 100 нм до 200 нм. Пленка 10 нитрида кремния может функционировать не только как маска при формировании термически окисленной пленки (описываемой ниже) (см. Фиг. 2C), но и в качестве ограничительной пленки на этапе полирования (см. Фиг. 2E) при полировании оксидной пленки для формирования третьего изолирующего участка 6 способом химико-механического полирования.

На этапе, показанном на Фиг. 2B, формируют резистный шаблон 11, который имеет отверстие, соответствующее области, где должен быть сформирован первый изолирующий участок 4. Травление пленки 10 нитрида кремния путем использования резистного шаблона 11 будет приводить к формированию отверстия 12. При этом селективность травления между пленкой 10 нитрида кремния и пленкой 9 поликристаллического кремния увеличивается, раскрывая поверхность пленки 9 поликристаллического кремния.

На этапе, показанном на Фиг. 2C, часть пленки 9 поликристаллического кремния и часть поверхности полупроводниковой подложки 1 подвергают селективному окислению посредством способа окисления, такого как термическое окисление или окисление по радикальному механизму, используя резистный шаблон 11 и пленку 10 нитрида кремния в качестве масок. При этом первый изолирующий участок 4 формируют в областях пленки 9 поликристаллического кремния и поверхности полупроводниковой подложки 1, внешние границы которых определяются отверстием 12, а второй изолирующий участок 8 формируют снаружи первого изолирующего участка 4. Структура второго изолирующего участка 8 обеспечивает плавное уменьшение толщины с увеличением расстояния от первого изолирующего участка 4. Присутствие пленки 9 поликристаллического кремния обеспечивает формирование второго изолирующего участка 8, имеющего гладкую верхнюю поверхность. Формирование этого участка делает возможным сокращение остатков проводящей пленки, такой, как пленка поликристаллического кремния, после формирования рисунка шаблона или аналогичных операций. Как очевидно из вышеизложенного описания, появляется возможность осуществлять окисление так, чтобы дать нижней поверхности первого изолирующего участка 4 достичь полупроводниковой подложки 1. На этапе, показанном на Фиг. 2C, после формирования первого изолирующего участка 4 формируют область 5 ограничения канала путем имплантации ионов, предназначенных для формирования примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, в полупроводниковую подложку 1 путем использования резистного шаблона 11 и пленки 10 нитрида кремния в качестве масок. Например, область 5 ограничения канала формируют путем имплантации примеси p-типа (например, бора) в полупроводниковую подложку 1 в пределах диапазона от 1×10¹² до 7×10¹³ ионов на см².

На этапе, показанном на Фиг. 2D, формируют резистный шаблон 13, который имеет отверстие, соответствующее области, где должна быть сформирована изолирующая полупроводниковая область 7. Изолирующую полупроводниковую область 7 формируют путем имплантации ионов, предназначенных для формирования примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, в полупроводниковую подложку 1 путем использования резистного шаблона 13 в качестве маски. Например, изолирующую полупроводниковую область 7 формируют путем имплантации примеси p-типа (например, бора) в полупроводниковую подложку 1 в пределах диапазона от 1Ч10¹² до 1Ч10¹⁵ ионов на см². Ширина изолирующей полупроводниковой области 7 может быть меньшей, чем ширина отверстия 12, или равной ей. По мере уменьшения ширины изолирующей полупроводниковой области 7, появляется возможность сформировать область 2 накопления заряда, имеющую увеличенную площадь, а значит - и возможность уменьшить количество заряда в состоянии насыщения. Отметим, что область 5 ограничения канала можно сформировать после формирования изолирующей полупроводниковой области 7. Кроме того, можно осуществлять эти этапы формирования до формирования изолирующего участка посредством термического окисления. Вместе с тем, формирование области 5 ограничения канала, в частности, после термического окисления, создает возможность диффузии примеси и управления количеством заряда в состоянии насыщения. После формирования изолирующей полупроводниковой области 7, резистный шаблон 13 удаляют.

На этапе, показанном на Фиг. 2E, отверстие 12 пленки 10 нитрида кремния заполняют третьим изолирующим участком 6 таким образом, чтобы сделать его перекрывающим первый изолирующий участок 4. Третий изолирующий участок 6 может быть сформирован, например, из оксида кремния. Можно формировать третий изолирующий участок 6, например, способом химического осаждения из паровой фазы, таким, как плазмохимическое осаждение из паровой фазы. Можно формировать третий изолирующий участок 6 путем формирования изолирующей пленки таким образом, что она будет покрывать пленку 10 нитрида кремния, заполняя отверстие 12, с последующим сглаживанием поверхности изолирующей пленки способом химико-механического полирования. При этом, использование полирующего вещества, проявляющего более высокую скорость полирования для изолирующей пленки, чем для пленки 10 нитрида кремния, будет приводить к удалению изолирующей пленки на пленке 10 нитрида кремния и формированию третьего изолирующего участка 6 таким образом, что тот станет перекрывающим первый изолирующий участок 4, а пленка 10 нитрида кремния при этом служит в качестве ограничителя, как показано на Фиг. 2E. Формирование третьего изолирующего участка 6 может уменьшить степень термического окисления при формировании первого изолирующего участка 4 без какого-либо ухудшения рабочих параметров изоляции элементов. Поэтому становится возможным уменьшение ширины второго изолирующего участка 8 (расстояния между внутренней границей 81 и внешней границей 82) с одновременным поддержанием рабочих параметров изоляции элементов по сравнению со случаем, в котором третий изолирующий участок 6 не формируют. Уменьшение ширины второго изолирующего участка 8 может увеличить площадь и объем участка накопления заряда.

На этапе, показанном на Фиг. 2F, например, используют горячую фосфорную кислоту для селективного удаления пленки 10 нитрида кремния, а затем, например, используют смесь аммония и перекиси водорода для селективного удаления пленки 9 поликристаллического кремния. После этого, на этапе, показанном на Фиг. 2G, формируют резистный шаблон 14, который имеет отверстие, соответствующее области, в которой должна быть сформирована область 2 накопления заряда. Область 2 накопления заряда формируют путем имплантации ионов, предназначенных для формирования примесной области проводника, имеющей первый тип проводимости, в полупроводниковую подложку 1 путем использования резистного шаблона 14 и третьего изолирующего участка 6 в качестве масок. Например, можно формировать область 2 накопления заряда путем имплантации мышьяка как примеси n-типа в полупроводниковую подложку 1. Можно имплантировать мышьяк в полупроводниковую подложку 1 под некоторым углом наклона, чтобы арсенид достигал положения, находящегося ниже области второго изолирующего участка 8. Область 2 накопления заряда формируют путем имплантации ионов в полупроводниковую подложку 1 через второй изолирующий участок 8, и потому периферийный участок 21 области 2 накопления заряда (участок, находящийся в контакте с областью 5 ограничения канала) имеет меньшую концентрацию примеси, чем остальной участок.

Компоновка пикселя в твердотельном датчике изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления согласно данному изобретению будет описана со ссылками на Фиг. 3. Отметим, что на Фиг. 3 показан пример конкретной компоновки одного пикселя. Любое вещество, о котором конкретно не говорится в нижеследующем тексте, может соответствовать применявшемуся в первом варианте осуществления. Твердотельный датчик изображения согласно второму варианту осуществления отличается от твердотельного датчика изображения согласно первому варианту осуществления тем, что верхняя поверхность первого изолирующего участка 4, имеющего толщину h, находится в положении, которое ниже максимальной высоты верхней поверхности 83 второго изолирующего участка 8 (положении, находящемся ближе к поверхности полупроводниковой подложки 1). В твердотельном датчике изображения согласно второму варианту осуществления, третий изолирующий участок 6 имеет участок, заполняющий участок впадины, сформированный посредством ступеньки между верхней поверхностью первого изолирующего участка 4 и верхней поверхностью второго изолирующего участка 8. Материал для третьего изолирующего участка 6 может отличаться от материала для первого изолирующего участка 4 и второго изолирующего участка 8, или может быть тем же самым материалом.

В качестве примера, приводимого со ссылками на Фиг. 4A - 4G, ниже будет описан способ изготовления твердотельного датчика изображения в соответствии со вторым вариантом осуществления согласно данному изобретению. Отметим, что на Фиг. 4A - 4G не изображены другие элементы (например, транзисторы), входящие в состав пикселя, и элементы, входящие в состав периферийных схем (например, схемы кадровой развертки и схемы строчной развертки).

Этап, показанный на Фиг. 4A может быть таким же, как этап, показанный на Фиг. 2A. На этапе, показанном на Фиг. 4B, формируют резистный шаблон 11, который имеет отверстие, соответствующее области, где должен быть сформирован первый изолирующий участок 4 области пикселей, и формируют отверстие 12 путем травления пленки 10 нитрида кремния посредством использования резистного шаблона 11 в качестве маски. Кроме того, участок пленки 9 поликристаллического кремния, который соответствует незащищенной области в отверстии 12, травят для уменьшения толщины пленки 9 поликристаллического кремния в этой области, тем самым формируя участок впадины в пленке 9 поликристаллического кремния. Изменяя толщину пленки 9 поликристаллического кремния, можно управлять толщиной первого изолирующего участка 4, формируемого на этапе, показанном на Фиг. 4C, достигая произвольной толщины h.

На этапе, показанном на Фиг. 4C, осуществляют термическое окисление областей пленки 9 поликристаллического кремния и верхней поверхности полупроводниковой подложки 1, которые соответствуют отверстию 12, путем использования резистного шаблона 11 и пленки 10 нитрида кремния в качестве масок. При этом формируют первый изолирующий участок 4, имеющий толщину h, в областях пленки 9 поликристаллического кремния и поверхности полупроводниковой подложки 1, внешние границы которых определяются отверстием 12. Кроме того, формируют второй изолирующий участок 8 снаружи первого изолирующего участка 4. Этапы, показанные на Фиг. 4D-4G являются такими же, как этапы, показанные на Фиг. 2D-2G.

Второй вариант осуществления предусматривает формирование участка впадины путем травления пленки 10 нитрида кремния на этапе, показанном на Фиг. 4B, и поэтому сокращает время, требуемое для термического окисления с целью формирования второго изолирующего участка 8. Это может вносить вклад, например, в подавление диффузии ненужных примесей в полупроводниковую подложку 1.

В качестве примера применения твердотельного датчика изображения в соответствии с каждым вышеописанным вариантом осуществления, ниже будет описано устройство для съемки, включающее в себя такой твердотельный датчик изображения. Понятие «устройство для съемки» в данном случае распространяется не только на устройства, основным назначением которых является формирование изображений, но и на устройства, предусматривающие функции формирования изображений в качестве вспомогательных функций (например, персональные компьютеры или портативные оконечные устройства). Устройство для съемки включает в себя твердотельный датчик изображения в соответствии с данным изобретением, примеры которого приведены в качестве каждого варианта осуществления, описанного выше, и блок обработки, который обрабатывает сигналы, выдаваемые из твердотельного датчика изображения. Блок обработки может включать в себя, например, аналого-цифровой преобразователь и процессор, который обрабатывает цифровые данные, выдаваемые из аналого-цифрового преобразователя.

Хотя данное изобретение описано со ссылками на возможные варианты осуществления, должно быть ясно, что изобретение не ограничивается описанными возможными вариантами осуществления. Объем притязаний нижеследующей формулы изобретения следует толковать в самом широком смысле как охватывающий все такие модификации, а также эквивалентные структуры и функции.

Изобретение относится к твердотельному датчику изображения, способу его изготовления и камере. Твердотельный датчик изображения включает в себя область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, изолирующую область полупроводника, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, область ограничения канала, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, находящуюся на изолирующей области полупроводника, и изолятор, расположенный на области ограничения канала. Изолятор включает в себя первый изолирующий участок, расположенный над изолирующей областью полупроводника через посредство области ограничения канала, второй изолирующий участок, расположенный рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка, при этом толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка, и третий изолирующий участок, сформированный на первом изолирующем участке, причем третий изолирующий участок имеет верхнюю и боковую поверхности, причем боковая поверхность соединяет верхнюю поверхность третьего изолирующего участка с верхней поверхностью второго изолирующего участка. Изобретение обеспечивает метод, эффективный при увеличении количества заряда в состоянии насыщения, ослаблении концентрации электрического поля около изолирующего элемента участка и уменьшении травильного повреждения на подложке. 5 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Твердотельный датчик изображения, содержащий:
область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, сформированную в области полупроводника;
изолирующую область полупроводника, сформированную в упомянутой области полупроводника и образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости;
область ограничения канала, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, находящуюся в упомянутой области полупроводника и сформированную на изолирующей области полупроводника; и
изолятор, расположенный на области ограничения канала,
причем изолятор включает в себя:
первый изолирующий участок, расположенный над изолирующей областью полупроводника через посредство области ограничения канала, второй изолирующий участок, расположенный рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка, при этом толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка, и
третий изолирующий участок, сформированный на первом изолирующем участке, причем третий изолирующий участок имеет верхнюю поверхность и боковую поверхность, причем боковая поверхность соединяет верхнюю поверхность третьего изолирующего участка с верхней поверхностью второго изолирующего участка.

2. Датчик по п.1, в котором область накопления заряда включает в себя периферийный участок, сформированный путем имплантации ионов в упомянутую область полупроводника через второй изолирующий участок и находящийся в контакте с областью ограничения канала.

3. Датчик по п.1, в котором участок внешней границы области ограничения канала находится снаружи от внутренней границы второго изолирующего участка и изнутри от внешней границы второго изолирующего участка.

4. Датчик по п.1, в котором верхняя поверхность первого изолирующего участка находится в положении, которое ниже максимальной высоты верхней поверхности второго изолирующего участка, чтобы обеспечить образование участка впадины верхней поверхностью первого изолирующего участка и верхней поверхностью второго изолирующего участка, а третий изолирующий участок включает в себя участок, заполняющий участок впадины.

5. Датчик по п.1, в котором первый изолирующий участок и второй изолирующий участок сформированы из оксида кремния.

6. Датчик по п.1, в котором первый изолирующий участок, второй изолирующий участок и третий изолирующий участок сформированы из оксида кремния.

7. Способ изготовления твердотельного датчика изображения, включающий в себя этапы, на которых:
формируют пленку поликристаллического кремния на области полупроводника;
формируют маску, имеющую отверстие, на пленке поликристаллического кремния;
формируют первый изолирующий участок и второй изолирующий участок, расположенный рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка, путем окисления участка пленки поликристаллического кремния посредством использования упомянутой маски, причем толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка;
формируют область ограничения канала, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, путем имплантации ионов в упомянутую область полупроводника;
формируют изолирующую область полупроводника, образованную из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, путем имплантации ионов в упомянутую область полупроводника; и
формируют область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, в упомянутой области полупроводника так, чтобы привести эту область в контакт с областью ограничения канала, путем имплантации ионов в упомянутую область полупроводника посредством использования второго изолирующего участка в качестве маски.

8. Способ по п.7, дополнительно включающий в себя этап, на котором формируют изолирующую пленку на упомянутой области полупроводника до формирования пленки поликристаллического кремния, при этом пленку поликристаллического кремния формируют на изолирующей пленке.

9. Способ по п.7, в котором этап формирования маски включает в себя этапы, на которых:
формируют пленку нитрида кремния на пленке поликристаллического кремния;
формируют шаблон резиста на пленке нитрида кремния; и
формируют отверстие в пленке нитрида кремния путем травления пленки нитрида кремния посредством использования шаблона резиста.

10. Способ по п.7, дополнительно включающий в себя этап, на котором формируют участок впадины в пленке поликристаллического кремния путем травления пленки поликристаллического кремния в незащищенной области через отверстие маски после формирования маски и до окисления пленки поликристаллического кремния.

11. Способ по п.7, в котором этап формирования области ограничения канала проводят после этапа формирования первого изолирующего участка и второго изолирующего участка.

12. Способ по любому из пп.7-11, дополнительно включающий в себя этап, на котором формируют третий изолирующий участок на первом изолирующем участке.

13. Твердотельный датчик изображения, содержащий:
область накопления заряда, имеющую первый тип проводимости, сформированную в полупроводниковой подложке; и
изолирующий элементы участок, включающий в себя изолятор, причем изолятор включает в себя первый изолирующий участок, расположенный на полупроводниковой подложке, второй изолирующий участок, расположенный рядом с наружной поверхностью первого изолирующего участка, при этом толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка, и третий изолирующий участок, предусмотренный на первом изолирующем участке, причем третий изолирующий участок имеет верхнюю поверхность и боковую поверхность, причем боковая поверхность соединяет верхнюю поверхность третьего изолирующего участка с верхней поверхностью второго изолирующего участка.

14. Датчик по п.13, в котором граница между первым изолирующим участком и вторым изолирующим участком находится на одном уровне с боковой поверхностью третьего изолирующего участка.

15. Датчик по п.13, в котором верхняя поверхность первого изолирующего участка находится в положении ниже максимальной высоты верхней поверхности второго изолирующего участка, чтобы обеспечить образование участка впадины верхней поверхностью первого изолирующего участка и верхней поверхностью второго изолирующего участка, а третий изолирующий участок включает в себя участок, заполняющий участок впадины.

16. Датчик по п.13, в котором под изолятором предусмотрены изолирующая область полупроводника, образованная из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, сформированная в полупроводниковой подложке, и область ограничения канала, образованная из примесной области полупроводника, имеющей второй тип проводимости, находящаяся в полупроводниковой подложке и сформированная на изолирующей области полупроводника.

17. Камера, содержащая:
твердотельный датчик изображения по любому из пп.1-6 и 13-16; и
блок обработки, который обрабатывает сигнал, выдаваемый из твердотельного датчика изображения.

18. Способ изготовления твердотельного датчика изображения, включающий в себя этапы, на которых:
формируют пленку поликристаллического кремния на области полупроводника;
формируют маску, имеющую отверстие, на пленке поликристаллического кремния;
формируют первый изолирующий участок и второй изолирующий участок, расположенный рядом с внешней поверхностью первого изолирующего участка, путем окисления участка пленки поликристаллического кремния с использованием упомянутой маски, причем толщина второго изолирующего участка уменьшается с увеличением расстояния от первого изолирующего участка; и
формируют изолирующую пленку, служащую в качестве третьего изолирующего участка, на первом изолирующем участке.

19. Способ по п.18, дополнительно включающий в себя этап, на котором формируют пленку оксида кремния на упомянутой области полупроводника,
при этом на этапе окисления первый изолирующий участок включает в себя пленку оксида кремния.