[发明专利]光电变换装置及其制造方法和摄像系统

说明书

本申请是申请号为“200410100705.7”、申请日为2004年12月10 日、发明名称为“光电变换装置及其制造方法和摄像系统”的申请的分 案申请。

技术领域

本发明涉及光电变换装置及其制造方法和摄像系统，特别是涉及 CMOS面积传感器及其制造方法和摄像系统。

背景技术

以往，作为将图像信号变换成电信号的固体摄像元件，CCD是 众所周知的。该CCD具有光二极管阵列，将脉冲电压加到在各光二 极管中积累的电荷上作为电信号进行读取。另外近年来，将把光二极 管和包含MOS晶体管的周边电路进行1块芯片化的CMOS面积传感 器用作固体摄像元件。CMOS面积传感器与CCD比较，具有消耗功 率小，驱动功率低等的优点，预想今后对它的需要将会扩大。

作为光电变换装置的代表例，我们用图9说明CMOS面积传感 器。图9表示CMOS面积传感器的光二极管单元301和传送MOS晶 体管单元302的剖面模式图。303是N型硅基板，304是P型阱，307 是传送MOS晶体管的栅极，308是光二极管的N型电荷积累区域， 309是用于形成埋入光二极管构造的表面P型区域，305是用于元件 分离的场氧化膜，310是形成浮置扩散区域，保持作为传送MOS晶 体管的漏极区域的功能的N型高浓度区域。311是使栅极和第一配线 层绝缘的硅氧化膜，312是接触插头，313是第一配线层，314是使第 一配线层和第二配线层绝缘的层间绝缘膜，315是第二配线层，316 是使第二配线层和第三配线层绝缘的层间绝缘膜，317是第三配线层， 318是钝化膜。在钝化膜318的上层形成未图示的滤色器层和进一步 用于提高灵敏度的微透镜。从表面入射的光通过由第三配线层317规 定的孔单元，入射到光二极管。该光在光二极管的N型电荷积累区域 308或P型阱304内被吸收，生成电子/孔穴对。其中电子积累在N型 电荷积累区域308中。

作为CMOS面积晶体管的已有技术，例如，在美国专利第 6,483,129号中所记载的，具有如图10(美国专利第6,483,129号的图 6)所示的载流子分布的构造。可以认为该构造在基板内的深的区域 中具有浓度高的杂质扩散区域6A，具有提高将由于阱内吸收的光而 产生的电荷取出到表面侧的效率，提高灵敏度的效果。

已有的光电变换装置，特别是，在CMOS面积传感器中，因为 光二极管的阱层是通过在注入离子后进行热扩散形成的，所以如图11 表示，一般地基板深度方向的浓度分布徐徐降低。结果，成为在基板 深度方向不持有势垒的构造，在P型阱内吸收的光的一部分由于在基 板方向上损失了而对作为光电变换信号没有贡献。特别是出现了随着 像素尺寸减小，不能得到所要灵敏度那样的课题。另外，也存在着当 控制灵敏度、饱和电荷数、从光二极管到浮置扩散区域的传送等的诸 特性时，因为可以操纵的制造条件的参数少，所以不能满足这些性能 的课题。

另一方面，可以认为上述专利文献的图10所示的构造在基板内 的深的区域中持有浓度高的杂质扩散区域，具有提高灵敏度的效果， 但是也存在着当控制要同时满足的饱和电荷数和从光二极管到浮置 扩散区域的传送等的诸特性时，因为可以操纵的制造条件的参数少， 所以不能满足这些性能的课题。另外，在上述美国专利第6,483,129 号中记载的那种单纯的回射光栅阱构造中，在基板中产生的暗电流漏 入光二极管内，使传感器的性能恶化。即，至今没有解决同时满足提 高灵敏度和提高饱和电荷数、传送效率的技术课题。

本发明就是为了解决上述课题而完成的，本发明的目的是提供以 提高以光二极管的灵敏度为首的诸特性的CMOS面积传感器为代表 的光电变换装置及其制造方法。

发明内容

作为本发明特征的构成是在具有第一导电型的半导体基板、和备 有设置在包含多个导电型与第一导电型相反的第二导电型的杂质区 域的阱内的第一导电型的杂质区域的光电变换元件的光电变换装置 中，多个上述杂质区域至少包含第1杂质区域、比该第1杂质区域更 配置在基板表面侧的第2杂质区域、和比该第2杂质区域更配置在基 板表面侧的第3杂质区域，上述第1杂质区域的杂质浓度峰值的浓度 C1、上述第2杂质区域的杂质浓度峰值的浓度C2、和上述第3杂质 区域的杂质浓度峰值的浓度C3满足下列关系。

C2<C3<C1