CN101800231A - 光电转换器件、图像摄取系统和光电转换器件的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种光电转换器件、图像摄取系统和光电转换器件的制造方法。所述光电转换器件包含：光电转换单元，被布置在半导体基板中；电荷保持部分，被布置在半导体基板中，并暂时保持由光电转换单元产生的电荷；第一传送电极，被布置在半导体基板之上的位置处，以将由光电转换单元产生的电荷传送到电荷保持部分；电荷-电压转换器，被布置在半导体基板中，并将电荷转换成电压；和第二传送电极，被布置在半导体基板之上的位置处，以将由电荷保持部分保持的电荷传送到电荷-电压转换器，并且，当从与半导体基板的上表面垂直的方向观看时，第一传送电极被布置为覆盖电荷保持部分并且不与第二传送电极重叠。

Description

光电转换器件、图像摄取系统和光电转换器件的制造方法

技术领域

本发明涉及光电转换器件、图像摄取(capture)系统和光电转换器件的制造方法。

背景技术

以CMOS图像传感器为代表的有源像素(active-pixel)型光电转换器件包含像素阵列和输出电路，在所述像素阵列中以矩阵图案布置多个像素，且所述输出电路处理从像素阵列读出到信号线上的信号并输出处理过的信号。这种类型的一些光电转换器件具有像素阵列中的所有像素在相同的定时开始和结束电荷积累操作的全局电子快门功能。

注意，CMOS图像传感器在其结构上不能同时将像素阵列中的所有行的像素的信号读出到信号线上。在具有全局电子快门功能的光电转换器件中，各像素在电荷积累操作的结束定时将通过光电二极管(PD)积累的电荷立即传送到替代浮置扩散(floating diffusion)(FD)的载流子袋(carrier pocket)(CP)。被传送到各行的像素中的每一个中的CP并被其保持的电荷对于各行被依次从CP传送到FD，并且，根据传送到FD的电荷的信号通过各像素的放大晶体管被读出到信号线上。

注意，CP具有在完成某像素的积累之后保持电荷直到该电荷被读出的作用。因此，当光入射到CP上并且在接触CP的PN结处通过光电转换产生电荷时，在保持在CP中的信号中混入光的泄漏噪声。结果，所获得的图像的图像质量劣化。

为了解决以上的问题，在日本专利公开No.2007-115803中，CP被第一传送栅电极覆盖，所述第一传送栅电极被用于将电荷从PD传送到CP，并且，第一传送栅电极被第二传送栅电极覆盖，所述第二传送栅电极被用于将电荷从CP传送到FD。因此，根据日本专利公开No.2007-115803，能抑制光侵入CP中。

通过日本专利公开No.2007-115803中描述的技术，在半导体基板之上形成第一传送栅电极的图案，形成绝缘膜以覆盖第一传送栅电极，然后，在该绝缘膜上形成第二传送栅电极的图案。通过该制造方法，形成第一和第二传送栅电极所需要的工艺被复杂化。

发明内容

本发明提供一种光电转换器件，所述光电转换器件有利地简化用于形成在光学上遮蔽电荷保持部分所需要的结构的工艺，所述电荷保持部分被用于暂时保持由光电转换单元产生的电荷。

本发明的第一方面提供一种光电转换器件，该光电转换器件包含：光电转换单元，被布置在半导体基板中；电荷保持部分，被布置在半导体基板中，并暂时保持由光电转换单元产生的电荷；第一传送电极，被布置在半导体基板之上的位置处，以将由光电转换单元产生的电荷传送到电荷保持部分；电荷-电压转换器，被布置在半导体基板中，并将电荷转换成电压；和第二传送电极，被布置在半导体基板之上的位置处，以将由电荷保持部分保持的电荷传送到电荷-电压转换器，其中，第一传送电极被布置为覆盖电荷保持部分以在光学上遮蔽电荷保持部分，并且不与第二传送电极重叠。

本发明的第二方面提供一种图像摄取系统，该图像摄取系统包括：根据本发明的第一方面的光电转换器件；光学系统，在光电转换器件的成像表面上形成图像；和信号处理单元，通过处理从光电转换器件输出的信号产生图像数据。

本发明的第三方面提供一种光电转换器件的制造方法，该光电转换器件具有半导体基板，在该半导体基板中布置光电转换单元、电荷保持部分和电荷-电压转换器，所述电荷保持部分暂时保持由光电转换单元产生的电荷，所述电荷-电压转换器将电荷转换成电压，该方法包括：第一步骤，同时执行第一传送电极的半导体基板上的第一多晶硅层的形成和第二传送电极的半导体基板上的第二多晶硅层的形成，所述第一传送电极用于将由光电转换单元产生的电荷传送到电荷保持部分，所述第二传送电极用于将电荷保持部分的电荷传送到电荷-电压转换器；第二步骤，形成绝缘膜以覆盖第一多晶硅层和第二多晶硅层；第三步骤，蚀刻绝缘膜以露出第一多晶硅层的上表面和第二多晶硅层的上表面；第四步骤，形成金属层以覆盖第一多晶硅层、第二多晶硅层和蚀刻的绝缘膜；和第五步骤，执行退火，以分别将第一多晶硅层的上部和第二多晶硅层的上部转变成第一金属硅化物层和第二金属硅化物层，从而同时形成包含第一多晶硅层的下部和第一金属硅化物层的第一传送电极、以及包含第二多晶硅层的下部和第二金属硅化物层的第二传送电极，其中，在第一步骤中，第一多晶硅层被形成为覆盖电荷保持部分并且不与第二多晶硅层重叠，并且，在第五步骤中，第一传送电极被形成为覆盖电荷保持部分以在光学上遮蔽电荷保持部分，并且不与第二传送电极重叠。

根据本发明，可以提供这样的光电转换器件，所述光电转换器件有利地简化用于形成在光学上遮蔽电荷保持部分所需要的结构的工艺，所述电荷保持部分被用于暂时保持由光电转换单元产生的电荷。

从参照附图对示例性实施例的以下描述，本发明的进一步的特征将变得明显。

附图说明

图1是表示根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的结构的示意图；

图2是表示根据本发明的第一实施例的像素的布置的电路图；

图3是表示根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的布局布置例子的示图；

图4A和图4B是表示根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的截面结构的截面图；

图5是表示应用根据第一实施例的光电转换器件的图像摄取系统的布置的框图；

图6是表示根据本发明的第二实施例的光电转换器件200的截面结构的截面图；

图7A和图7B是表示根据本发明的第三实施例的光电转换器件300的结构的示图；

图8A和图8B是表示根据本发明的第四实施例的光电转换器件400的结构的示图；以及

图9A至9E是表示根据本发明的第四实施例的光电转换器件400的制造方法的工艺截面图。

具体实施方式

以下参照图1和图2描述根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的示意性结构。图1是表示根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的结构的示意图。图2是表示根据本发明的第一实施例的像素的布置的电路图。

光电转换器件100包含像素阵列PA、垂直扫描电路10和输出电路20。

在像素阵列PA中，多个像素P11至Pmn被二维地布局。如图2所示，像素P11至Pmn中的每一个包含光电转换单元1、第一传送单元2、电荷保持部分3、第二传送单元4、电荷-电压转换器5、复位单元6、输出单元7和选择单元8。

在完成第一复位操作(将在后面描述)之后，光电转换单元1执行用于根据光产生并积累电荷的电荷积累操作。光电转换单元1例如是光电二极管。

第一传送单元2向电荷保持部分3传送光电转换单元1的电荷。第一传送单元2例如是传送晶体管，当该传送晶体管响应从垂直扫描电路10向其栅极供给的有效电平(active level)的传送控制信号φTX1而被启用时，该传送晶体管向电荷保持部分3传送光电转换单元1的电荷。

电荷保持部分3暂时保持由光电转换单元1产生并被第一传送单元2传送的电荷。

第二传送单元4向电荷-电压转换器5传送电荷保持部分3的电荷。第二传送单元4例如是传送晶体管，当该传送晶体管响应从垂直扫描电路10向其栅极供给的有效电平的传送控制信号φTX2而被启用时，该传送晶体管向电荷-电压转换器5传送电荷保持部分3的电荷。

电荷-电压转换器5将第二传送单元4传送的电荷转换成电压。电荷-电压转换器5例如是浮置扩散。

当第一传送单元2和第二传送单元4均为导通(ON)时，复位单元6执行用于将光电转换单元1、电荷保持部分3和电荷-电压转换器5复位的第一复位操作。当第一传送单元2和第二传送单元4均为关断(OFF)时，复位单元6执行用于将电荷-电压转换器5复位的第二复位操作。复位单元6例如是复位晶体管，当该复位晶体管响应从垂直扫描电路10向其栅极供给的有效电平的复位控制信号φRES而被启用时，该复位晶体管执行上述的第一或第二复位操作。

输出单元7将与电荷-电压转换器5的电压对应的信号输出到信号线SL上。输出单元7例如是放大晶体管，该放大晶体管与连接到信号线SL的电流源负载9一起执行源极跟随器操作，由此将与电荷-电压转换器5的电压对应的信号输出到信号线SL上。即，输出单元7在电荷-电压转换器5被复位单元6复位(即，完成第二复位操作)的状态下，将与电荷-电压转换器5的电压对应的噪声信号输出到信号线SL上。输出单元7在电荷保持部分3的电荷被第二传送单元4传送到电荷-电压转换器5的状态下，将与电荷-电压转换器5的电压对应的光信号输出到信号线SL上。

选择单元8将像素设为选择/非选择状态。选择单元8例如是选择晶体管，当该选择晶体管响应从垂直扫描电路10向其栅极供给的有效电平的选择控制信号φSEL而被启用时，该选择晶体管将像素设为选择状态。当该选择单元8响应从垂直扫描电路10向其栅极供给的非有效电平的选择控制信号φSEL而被禁用时，该选择单元8将像素设为非选择状态。

垂直扫描电路10驱动像素阵列PA，以控制各自像素来执行电荷积累操作。更具体而言，垂直扫描电路10同时完成像素阵列PA中的所有像素的第一复位操作，由此在所有的像素之中同时开始通过光电转换单元执行的电荷积累操作。并且，垂直扫描电路10在像素阵列PA的所有像素中同时执行用于在第二传送单元4被禁用时启用第一传送单元2的第一传送操作，由此在所有的像素之中同时完成通过光电转换单元执行的电荷积累操作。以此方式，实现全局电子快门功能。

垂直扫描电路10通过沿垂直方向扫描像素阵列PA，来选择像素阵列PA中的要从其读出信号的读取行。垂直扫描电路10在选择的读取行中的像素中，执行用于在第一传送单元2被禁用时启用第二传送单元4的第二传送操作。然后，在读取行中的像素中，由电荷保持部分3保持的电荷被传送到电荷-电压转换器5并被转换成电压，并且，输出单元7将根据电荷-电压转换器5的电压的光信号输出到信号线SL上。垂直扫描电路10在不同的定时执行并完成第二复位操作。因此，在读取行中的像素中，输出单元7将根据电荷-电压转换器5的电压的噪声信号输出到信号线SL上。即，垂直扫描电路10依次执行像素阵列PA的各自行中的像素中的第二传送操作和第二复位操作，由此进行控制以执行来自各自行的像素的信号的读取操作。

输出电路20处理从像素阵列PA中的读取行中的像素输出的信号，并且输出处理过的信号。更具体而言，输出电路20通过计算从读取行中的像素输出的噪声信号和光信号之间的差，产生并输出图像信号。

以下，参照图3描述根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的布局布置例子。图3是表示根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的四个像素的布局布置例子的示图。以下主要解释由图3中的点划线包围的像素P21(参见图1)的布局布置，但其它像素的布局布置与像素P21的相同。注意，图3对应于从与半导体基板SB(参见图4A和图4B)的上表面垂直的方向透视各自要素的示图。在图3中，没有示出对于描述而言不需要的要素。

在像素P21中，作为第一传送单元(传送晶体管)2的栅极的第一传送电极21被布置在图3中的光电转换单元的上相邻(neighboring)位置处。垂直扫描电路10(参见图1)经由第一传送控制线111向第一传送电极21供给第一传送控制信号φTX1。

第一传送控制线111在图3中沿左右方向延伸，以与第一传送电极21交叉(cross)。第一传送控制线111在其与第一传送电极21交叉的位置处经由接触插塞(plug)115与第一传送电极21电连接。

如点划线所示的那样，电荷保持部分3被布置在图3中的光电转换单元1之上的位置处且在包含于布置第一传送电极21的区域中的区域中。当从与半导体基板SB的上表面垂直的方向观看时，第一传送电极21延伸以覆盖电荷保持部分3。

作为第二传送单元(传送晶体管)4的栅极的第二传送电极41被布置在图3中的第一传送电极21和电荷保持部分3的右相邻位置处。垂直扫描电路10(参见图1)经由第二传送控制线112向第二传送电极41供给第二传送控制信号φTX2。

第二传送控制线112在图3中沿左右方向延伸，以与第二传送电极41交叉。第二传送控制线112在其与第二传送电极41交叉的位置处经由接触插塞116与第二传送电极41电连接。

电荷-电压转换器5被布置在图3中的第二传送电极41的右相邻位置处。电荷-电压转换器5以倒L形延伸。

复位单元(复位晶体管)6的栅极61被布置在图3中的电荷-电压转换器5的上相邻位置处。垂直扫描电路10(参见图1)经由复位控制线113向栅极61供给复位控制信号φRES。

复位控制线113在图3中沿左右方向延伸，以与栅极61交叉。复位控制线113在其与栅极61交叉的位置处经由接触插塞117与栅极61电连接。

输出单元(放大晶体管)7的栅极71被布置在图3中的电荷-电压转换器5之下的位置处。栅极71经由线(未示出)与电荷-电压转换器5电连接。栅极71接收来自电荷-电压转换器5的电压。

选择单元(选择晶体管)8的栅极81被布置在图3中的栅极71之下的位置处。垂直扫描电路10(参见图1)经由选择控制线114向栅极81供给选择控制信号φSEL。

选择控制线114在图3中沿左右方向延伸，并延伸以与栅极81交叉。选择控制线114在其与栅极81交叉的位置处经由接触插塞118与栅极81电连接。

以此方式，通过经由电隔离的接触插塞使第一传送电极21和第二传送电极41与不同的线(第一传送控制线111和第二传送控制线112)连接，可以独立地控制它们的电势。

以下参照图4A和图4B描述根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的截面结构。图4A和图4B是表示根据本发明的第一实施例的光电转换器件100的截面结构的截面图。图4A是沿图3中的线A-B-C取得的截面图，图4B是沿图3中的线D-B取得的截面图。以下例示载流子为电子并且载流子携带的电荷是负电荷的情况。但是，如果n型和p型相互代替，那么本发明类似地可适用于载流子为空穴并且载流子携带的电荷是正电荷的情况。

如图4B所示，光电转换单元1被布置在半导体基板SB中的p型阱30中。光电转换单元1包含用于积累电荷的电荷积累区域1a、和用于保护电荷积累区域1a的保护层1b。电荷积累区域1a包含重掺杂的n型杂质。保护层1b包含重掺杂的p型杂质。

如图4B所示，第一传送单元(传送晶体管)2的沟道区域22在半导体基板SB中的p型阱30中被布置在电荷积累区域1a和电荷保持部分3之间。沟道区域22是包含p型杂质的半导体区域。当经由第一传送控制线111和接触插塞115向第一传送电极21供给有效电平的第一传送控制信号时，在沟道区域22中形成电连接电荷积累区域1a和电荷保持部分3的沟道。当向第一传送电极21供给非有效电平的第一传送控制信号时，沟道区域22使电荷积累区域1a与电荷保持部分3电断开。

第一传送电极21包含第一层21a和第二层21b。第一层21a沿半导体基板SB的上表面SBa延伸。第二层21b被布置在第一层21a上，并具有比第一层21a低的光透过率。第一层21a例如由多晶硅形成。第二层21b例如由金属硅化物材料形成。第二层21b例如由通过硅化诸如钴、钨、镍或钛的难熔金属而制备的材料形成。当第一层21a由多晶硅形成并且第二层21b由金属硅化物形成时，第二层21b具有比第一层21a低的光透过率。

另一方面，如图4A所示，第二传送单元(传送晶体管)4的沟道区域42在半导体基板SB中的p型阱30中被布置在电荷保持部分3和电荷-电压转换器5之间。沟道区域42是包含p型杂质的半导体区域。当经由第二传送控制线112和接触插塞116(参见图3)向第二传送电极41供给有效电平的第二传送控制信号时，在沟道区域42中形成电连接电荷保持部分3和电荷-电压转换器5的沟道。当向第二传送电极41供给非有效电平的第二传送控制信号时，沟道区域42使电荷保持部分3与电荷-电压转换器5电断开。

第二传送电极41由与第一传送电极21中的第一层21a相同的材料形成。第二传送电极41例如由多晶硅形成。第二传送电极41独立于第一传送电极21而经受电势控制。

以下检查第二传送电极被布置为完全覆盖第一传送电极的情况。在这种情况下，为了向第一传送电极供给与供给到第二传送电极的第二传送控制信号不同的第一传送控制信号，必须在第二传送电极中形成开口，以部分露出第一传送电极的上表面。然后，接触插塞必须形成为具有比开口直径小的尺寸并与第一传送电极连接。结果，包含第一传送电极和第二传送电极以及向这些电极供给控制信号所需要的接触插塞的层结构变得复杂。

并且，在这种情况下，第二传送电极延伸直至光电转换单元的光接收表面之上的区域，以完全覆盖第一传送电极。于是，可在要从光电转换单元向电荷保持部分传送电荷的定时在光电转换单元中形成无意(unintended)的势垒，并且，从光电转换单元向电荷保持部分的电荷传送效率可劣化。

作为对照，在本实施例中，当从与半导体基板SB的上表面垂直的方向观看时，第一传送电极21延伸，以覆盖电荷保持部分3从而在光学上遮蔽电荷保持部分3，并且不与第二传送电极重叠。因此，包含第一传送电极和第二传送电极以及向这些电极供给控制信号所需要的接触插塞的层结构可被简化。由于第二传送电极没有延伸直至光电转换单元的光接收表面之上的区域，因此从光电转换单元向电荷保持部分的电荷传送效率难以劣化。

并且，在本实施例中，第一传送电极21包含第一层21a和具有比第一层21a低的光透过率的第二层21b。即，第一传送电极21自身具有遮光性能。于是，在电荷保持部分3的附近入射的光束PB1和PB2容易被第二层21b的表面即第一传送电极21的上表面21c反射或吸收。以此方式，由于向电荷保持部分3的光入射被抑制，因此，即使当第二传送电极被布置为不完全覆盖第一传送电极时，也可充分地在光学上遮蔽电荷保持部分3。

注意，如果第一传送电极21自身不具有任何遮光性能，那么进入的光束PB2入射到第一传送电极下面的元件隔离区域上，但它不直接进入电荷保持部分。但是，入射到元件隔离区域上的光束变为杂散光成分(component)，并且一些成分可泄漏到电荷保持部分中。并且，在元件隔离区域的下部产生的电荷可混入电荷保持部分中。为了通过全局电子快门功能获得与机械快门的遮光性能相等的性能，抑制这种轻微的泄漏成分和混入成分是重要的。

并且，第一传送电极21的上表面21c和第二传送电极41的上表面41c具有几乎相等的距半导体基板SB的上表面SBa的高度。第一传送电极21的上表面21c的高度H1与第二传送电极41的上表面41c的高度H2几乎相等。第一传送电极21和第二传送电极41具有高度几乎相等的底表面。即，第一传送电极21和第二传送电极41被布置在相同的高度(level)上。这是由于多晶硅层在单个工艺中被形成为同时形成第一传送电极21和第二传送电极41。即，该多晶硅层被构图以获得第一传送电极21和第二传送电极41的图案，并且，第一传送电极21的图案选择性经受金属硅化。以此方式，可同时形成第一传送电极21和第二传送电极41。即，适于在简单的工艺中形成在相同的高度上布置第一传送电极和第二传送电极的结构。注意，可以在单个工艺或不同的工艺中将多晶硅层构图。

因此，根据本实施例，可以提供这样的光电转换器件，所述光电转换器件有利地简化用于形成在光学上遮蔽电荷保持部分所需要的结构的工艺，所述电荷保持部分暂时保持由光电转换单元产生的电荷。由于第一和第二传送电极被布置在相同的高度上，因此，可以在不在第一和第二传送电极的上部上形成任何厚的绝缘膜的情况下容易地获得平坦的结构。

代替沟道区域22，可以在图4B所示的电荷积累区域1a和电荷保持部分3之间形成埋入的(buried)沟道区域。该埋入的沟道区域是通过将n型杂质注入从半导体基板SB的表面SBa具有预定深度的区域中形成的n型半导体区域。埋入的沟道是具有在电荷积累区域1a积累电荷的时间段期间使得从电荷积累区域1a溢出的电荷流入电荷保持部分3中的电势的沟道。在这种情况下，由于可以使用从电荷积累区域1a溢出的电荷，因此可以确保较宽的动态范围。由于在电荷保持部分3中保持由光电转换单元1产生的电荷的时间段变长，因此，需要足够高的遮光性能。为了获得这种足够高的遮光性能，第一传送电极自身具有遮光性能的结构是有利的。

作为替代方案，当第一传送电极被形成为所谓的金属栅电极使得第一传送电极自身具有遮光性能时，也可获得本发明的效果。

图5表示应用本发明的光电转换器件的图像摄取系统的例子。

如图5所示，图像摄取系统90主要包括光学系统、图像摄取装置86和信号处理单元。光学系统主要包含快门91、成像透镜92和光阑93。图像摄取装置86包含光电转换器件100。信号处理单元主要包含摄取信号处理电路95、A/D转换器96、图像信号处理器97、存储单元87、外部I/F单元89、定时发生器98、总体控制/运算单元99、记录介质88和记录介质控制I/F单元94。注意，信号处理单元可以不包含记录介质88。

快门91在光路上被布置在成像透镜92的前面，并且控制曝光。

成像透镜92折射进入的光，并且在图像摄取装置86的光电转换器件100的成像表面上形成对象图像。

光阑93在光路上被布置在成像透镜92和光电转换器件100之间，并且调整在被引向光电转换器件100的光已通过成像透镜92之后该光的量。

图像摄取装置86的光电转换器件100将在其成像表面上形成的对象图像转换成图像信号。图像摄取装置86从光电转换器件100读出图像信号，并输出读出的图像信号。

摄取信号处理电路95与图像摄取装置86连接，并且处理从图像摄取装置86输出的图像信号。

A/D转换器96与摄取信号处理电路95连接，并且将从摄取信号处理电路95输出的处理之后的图像信号(模拟信号)转换成图像信号(数字信号)。

图像信号处理器97与A/D转换器96连接，并且通过对从A/D转换器96输出的图像信号(数字信号)施加诸如各种校正的运算处理而产生图像数据。该图像数据被供给到存储单元87、外部I/F单元89、总体控制/运算单元99、记录介质控制I/F单元94等。

存储单元87与图像信号处理器97连接，并且存储从图像信号处理器97输出的图像数据。

外部I/F单元89与图像信号处理器97连接。于是，从图像信号处理器97输出的图像数据经由外部I/F单元89被传送到外部装置(例如，个人计算机)。

定时发生器98与图像摄取装置86、摄取信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理器97连接。定时发生器98向图像摄取装置86、摄取信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理器97供给定时信号。于是，图像摄取装置86、摄取信号处理电路95、A/D转换器96和图像信号处理器97与定时信号同步地操作。

总体控制/运算单元99与定时发生器98、图像信号处理器97和记录介质控制I/F单元94连接，并且在总体上控制定时发生器98、图像信号处理器97和记录介质控制I/F单元94。

记录介质88可拆卸地与记录介质控制I/F单元94连接。从图像信号处理器97输出的图像数据经由记录介质控制I/F单元94被记录在记录介质88上。

利用以上的布置，当通过光电转换器件100获得令人满意的图像信号时，可以获得令人满意的图像(图像数据)。

以下参照图6描述根据本发明的第二实施例的光电转换器件200。图6是表示根据本发明的第二实施例的光电转换器件200的截面结构的截面图。以下主要解释与第一实施例的不同。

在光电转换器件200中，第二传送电极241的结构与第一实施例不同。第二传送电极241包含第三层241a和第四层241b。第三层241a具有与第一传送电极21中的第一层21a相同的距半导体基板SB的上表面SBa的高度，并且沿半导体基板SB的上表面SBa延伸。第四层241b具有与第一传送电极21中的第二层21b相同的距半导体基板SB的上表面SBa的高度，被布置在第三层241a上，并且具有比第三层241a低的光透过率。第三层241a由与第一层21a相同的材料形成，例如由多晶硅形成。第四层241b由与第二层21b相同的材料形成，例如由金属硅化物材料形成。第四层241b例如由通过硅化诸如钴、钨、镍或钛的难熔金属制备的材料形成。当第三层241a由多晶硅形成并且第四层241b由金属硅化物形成时，第四层241b具有比第三层241a低的光透过率。

根据本实施例的结构，由于入射到第二传送电极241上的光被其上表面241c反射或吸收，因此可进一步抑制光泄漏到电荷保持部分3中。

并且，可在单个工艺中同时形成用于形成第一传送电极21和第二传送电极241的多晶硅层。然后，在多晶硅层被构图以获得第一传送电极21和第二传送电极241的图案之后，除了第一传送电极21的图案以外，第二传送电极241的图案也选择性地经受金属硅化，由此同时形成第一传送电极21和第二传送电极241。即，本实施例的结构适于在简单的工艺中形成。因此，本实施例也可提供这样的光电转换器件，所述光电转换器件有利地简化用于形成在光学上遮蔽电荷保持部分所需要的结构的工艺，所述电荷保持部分暂时保持由光电转换单元产生的电荷。

图7A和图7B表示根据本发明的第三实施例的光电转换器件300。图7A和图7B是表示根据本发明的第三实施例的光电转换器件300的结构的示图。图7A表示光电转换器件300的布局布置例子，图7B表示光电转换器件300的截面结构。以下主要解释与第一和第二实施例的不同。

取决于实现全局电子快门功能所需要的性能，即使当第一和第二传送电极的上部由金属硅化物形成时，也常常不能充分地在光学上遮蔽电荷保持部分。

作为对照，在本实施例中，在光电转换器件300中，进一步布置绝缘膜360和遮光膜350。绝缘膜360延伸以覆盖第一传送电极21和第二传送电极241。遮光膜350经由绝缘膜360被布置在第一传送电极21上。遮光膜350经由绝缘膜360延伸直至第二传送电极241之上的区域。遮光膜350的材料包含诸如钨、钨硅化物和铝的具有高遮光性能的材料。

并且，在本实施例中，确保预定的间隙以防止接触插塞115和遮光膜350被电连接(参见图7A)。类似地，确保间隙以防止接触插塞116和遮光膜350被电连接(参见图7A)。即，第一和第二传送电极可独立地经受电势控制。

当光在接触插塞115和116的附近入射时，不能指望通过遮光膜350得到的遮光效果。但是，由于第一和第二传送电极的上部(金属硅化物)具有遮光性能，因此可以防止光泄漏到电荷保持部分中。

在图7A和图7B中，遮光膜350的电势不被固定，即，处于浮置状态。但是，本发明不限于此，并且，遮光膜350的电势可被配置为是可控制的。

图8A和图8B表示根据本发明的第四实施例的光电转换器件400。图8A和图8B是表示根据本发明的第四实施例的光电转换器件400的结构的示图。图8A表示光电转换器件400的布局布置例子，图8B表示光电转换器件400的截面结构。以下主要解释与第一到第三实施例的不同。

在光电转换器件400中，遮光膜450经由接触插塞415与第一传送控制线111连接，并且还经由接触插塞451与第一传送电极21连接。于是，遮光膜450也可在与第一传送电极21连接的接触插塞451的附近遮光。即，由于可在第一传送电极上的较宽的区域上布局遮光膜450，因此可以进一步抑制光泄漏到电荷保持部分中。并且，可进一步改善第一传送电极21的驱动性能。

注意，接触插塞116和遮光膜450如第三实施例中那样被电隔离。以此方式，可以独立地控制第一和第二传送电极的电势。

在本实施例中，第一传送电极和遮光膜被连接，并且，第二传送电极和遮光膜被隔离。但是，本发明不限于这种特定的结构。即，遮光膜可与第一和第二传送电极中的一个电连接，并且可以与另一个电隔离。当第二传送电极和遮光膜被连接并且第一传送电极和遮光膜被隔离时，该遮光膜也可在与第二传送电极连接的接触插塞的附近遮光。即，由于可在第二传送电极上的较宽的区域上布局遮光膜，因此可以进一步抑制光泄漏到电荷保持部分中。可考虑像素内的布局，来选择遮光膜要与第一传送电极连接或是要与第二传送电极连接，以进一步改善遮光性能。并且，可改善与遮光膜连接的传送电极的驱动性能。

以下参照图9A至9E描述根据本发明的第四实施例的光电转换器件400的制造方法。图9A至9E是表示根据本发明的第四实施例的光电转换器件400的制造方法的工艺截面图。在图9A至9E中的每一个中，左侧示图与沿图8A中的D1-B1线取得的截面对应，右侧示图与沿图8A中的A1-BI-C1线取得的截面对应。注意，外围电路部分区域没有被示出。

在图9A所示的工艺中，在半导体基板SB中形成n型阱(未示出)和p型阱30，并然后形成STI或LOCOS元件隔离部分301。半导体基板SB例如由硅形成。

然后，使用预定的抗蚀剂图案作为掩模在半导体基板SB中(通过离子注入)掺杂n型杂质，由此形成电荷保持部分3。并且，可根据需要注入各种杂质，以提供电子快门功能。

随后，在半导体基板SB上，同时在第一传送电极21的预期形成区域上形成第一多晶硅层103和在第二传送电极241的预期形成区域上形成第二多晶硅层104。在该工艺(第一工艺)中，当从与半导体基板SB的上表面SBa垂直的方向观看时，第一多晶硅层103被形成为覆盖电荷保持部分3并且不与第二多晶硅层104重叠。

之后，掺杂n型杂质，以形成光电转换单元1的电荷积累区域1a。然后，掺杂p型杂质，以形成对于形成光电转换单元(光电二极管)1的埋入结构所需要的保护层1b。在半导体基板SB中比电荷保持部分3深地形成电荷积累区域1a。

然后，通过使用栅电极作为掩模的离子注入来掺杂n型杂质，以形成例如电荷-电压转换器5的半导体区域，所述半导体区域构成与栅电极的侧表面自对准的轻掺杂的源极或漏极的一部分。并且，可以在这种情况下执行用于注入各种杂质的工艺，以提供电子快门功能。

在图9B所示的工艺(第二工艺)中，绝缘膜303被形成为覆盖第一多晶硅层103和第二多晶硅层104。绝缘膜303被形成为具有例如硅氮化物膜和硅氧化物膜的层叠结构。在这种情况下，硅氮化物膜可被用作光电转换单元1的光接收表面的抗反射膜或自对准接触的衬里(liner)膜。但是，本发明不限于此。绝缘膜303被形成为除了第一多晶硅层103和第二多晶硅层104以外至少还覆盖光电转换单元1。利用该结构，光电转换单元1被保护以免于后面的蚀刻工艺中的任何蚀刻损伤。

绝缘膜303被构图以形成硅化物保护。形成选择性地覆盖包含光电转换单元1的非硅化物区域的抗蚀剂图案RP1。随后(在第三工艺中)，使用抗蚀剂图案RP1作为掩模蚀刻绝缘膜303，以露出第一多晶硅层103和第二多晶硅层104的上表面。此时，像素中的晶体管的源极和漏极的表面可被露出。注意，抗蚀剂图案RP1的边界可被设为比光电转换单元1和第一传送电极21之间的边界接近光电转换单元1的中心侧。由于还在第一多晶硅层103的侧壁上形成绝缘膜303，因此，即使当抗蚀剂图案RP1的边界被设置在光电转换单元1的中心侧时，也可防止光电转换单元1在后面要描述的硅化工艺中被硅化，并且，光电转换单元1的表面不太可能通过下一工艺中的干蚀刻被露出。当第一多晶硅层103和第二多晶硅层104之间的间隔例如像约0.2μm那么小时，即使当不形成抗蚀剂图案时，形成这些层之间的间隙的间隙部分也几乎不被硅化。由此，在这种情况下，可不在第一多晶硅层103和第二多晶硅层104之间的间隙部分上形成抗蚀剂图案。

在该制造方法的序列中，抗蚀剂图案RP1例如还覆盖诸如像素中的晶体管的活性区域的非硅化物区域。使用该抗蚀剂图案RP1，可以改变外围电路部分中的晶体管和像素中的晶体管的结构。例如，可以在外围电路部分中形成具有LDD结构的晶体管，所述LDD结构具有由轻掺杂区域和重掺杂区域形成的源极和漏极，并且，可以在像素中形成仅由轻掺杂区域形成的晶体管。可通过使用抗蚀剂图案RP1作为掩模形成外围电路部分的重掺杂区域，来获得该结构。以此方式，可望实现缩短工艺的优点。

当像素中的晶体管被配置为也具有LDD结构时，在使用另一掩模再次保护光电转换单元1并形成晶体管的LDD结构之后，抗蚀剂图案RP1可被形成为形成硅化物保护。注意，像素中的第一传送电极和第二传送电极的表面的硅化旨在提高遮光性能，并且，还可在同一工艺中进行外围电路部分的硅化。注意，如上所述，硅化物保护还可用作抗反射膜或衬里膜。

随后(在第四工艺中)，金属层(未示出)被形成为覆盖第一多晶硅层103、第二多晶硅层104和蚀刻的绝缘膜303。金属层由诸如钴、钨、镍或钛的难熔金属形成。此后(第五工艺、硅化工艺)，执行退火，以分别硅化第一多晶硅层103和第二多晶硅层104的上部。即，第一多晶硅层103和第二多晶硅层104的上部被转变成第二层(第一金属硅化物层)21b和第四层(第二金属硅化物层)241b。然后，形成包含第一层(第一多晶硅层103的下部)21a和第二层(第一金属硅化物层)21b的第一传送电极21。同时，形成包含第三层(第二多晶硅层的下部)241a和第四层(第二金属硅化物层)241b的第二传送电极241。即，同时形成第一传送电极21和第二传送电极241。

在图9C所示的工艺中，通过蚀刻剥离(etch off)来去除金属层中的未反应的难熔金属。虽然外围电路部分区域没有被示出，但可根据需要同时硅化外围电路部分的多晶硅和活性区域。

在图9D所示的工艺中，绝缘膜360被形成为覆盖第一传送电极21和第二传送电极241。之后，在绝缘膜360中形成接触孔，并且，在该接触孔中埋入诸如钨的金属，由此形成接触插塞451。然后，遮光膜450被形成为覆盖接触插塞451的上表面，并经由绝缘膜360从第一传送电极21之上的区域延伸到第二传送电极241之上的区域。遮光膜450例如由诸如钨、钨硅化物或铝的具有高遮光性能的材料形成。

注意，可使用同一材料同时形成接触插塞451和遮光膜450。于是，接触插塞451和遮光膜450的形成工艺可被简化。代替金属层的构图，可通过将材料埋入在绝缘膜上构图的槽中来形成遮光膜450。

在图9E所示的工艺中，层间绝缘膜416被形成为覆盖遮光膜450。层间绝缘膜416使用例如BPSG膜。然后，在预定的位置处形成接触孔，并且，在该接触孔中埋入诸如钨的金属，由此形成接触插塞415。之后，形成包含第一传送控制线111和第二传送控制线112的布线图案110。

并且，虽然没有示出，但形成其它的层间绝缘膜、其它的互连层、层内透镜、滤色器、微透镜等，但不给出它们的描述。

当使用光电转换器件实现半全局电子快门功能时，线必须经由接触插塞与像素中的各晶体管的源极、漏极和栅极连接。并且，像素中的各晶体管的栅极必须独立地经受电势控制。在这种光电转换器件中，当布置遮光膜450时，必须在各自的接触插塞和遮光膜450之间形成间隙以电隔离它们。使用遮光膜完全覆盖除光电转换单元以外的区域是理想的，但是，由于上述的问题，其难以实现。由此，在本实施例中，在第一传送电极、第二传送电极和其上不布置遮光膜的活性区域的至少部分上形成硅化物层。但是，考虑到保持电荷，用作电荷-电压转换器的浮置扩散可被配置为不在其上部形成硅化物层。

作为替代方案，可以在电荷-电压转换器的上部上形成硅化物层。更具体而言，电荷-电压转换器5被形成为包含第一区域和第二区域。第二区域被布置在第一区域上以形成半导体基板SB的上表面的一部分，并且由金属硅化物材料形成。因此，可以减少入射到电荷-电压转换器5上的光泄漏到电荷保持部分中。

复位单元(复位晶体管)6的栅极61、输出单元(放大晶体管)7的栅极71、选择单元(选择晶体管)8的栅极81和各自晶体管的活性区域被部分硅化。于是，可进一步减少入射到硅化物区域上的光泄漏到电荷保持部分中。

可根据需要组合上述实施例的结构。

虽然已参照示例性实施例描述了本发明，但应理解，本发明不限于公开的示例性实施例。所附的权利要求的范围应被赋予最宽的解释，以包含所有这样的修改以及等同的结构和功能。

Claims (14)

1.一种光电转换器件，包含：

光电转换单元，被布置在半导体基板中；

电荷保持部分，被布置在所述半导体基板中，并暂时保持由所述光电转换单元产生的电荷；

第一传送电极，被布置在所述半导体基板之上的位置处，以将由所述光电转换单元产生的电荷传送到所述电荷保持部分；

电荷-电压转换器，被布置在所述半导体基板中，并将电荷转换成电压；和

第二传送电极，被布置在所述半导体基板之上的位置处，以将所述电荷保持部分保持的电荷传送到所述电荷-电压转换器，

其中，所述第一传送电极被布置为覆盖所述电荷保持部分以在光学上遮蔽所述电荷保持部分，并且不与所述第二传送电极重叠。

2.根据权利要求1的光电转换器件，其中，所述第一传送电极包含：

第一层，沿所述半导体基板的上表面延伸；和

第二层，被布置在所述第一层之上，以在光学上遮蔽所述第一层。

3.根据权利要求1的光电转换器件，其中，所述第一传送电极由金属形成。

4.根据权利要求2的光电转换器件，其中，所述第二层由金属硅化物材料形成。

5.根据权利要求1的光电转换器件，其中，所述第一传送电极和所述第二传送电极被布置为具有相同的距所述半导体基板的上表面的高度。

6.根据权利要求2的光电转换器件，其中，所述第二传送电极包含：

第三层，具有与所述第一层相同的距所述半导体基板的上表面的高度，并且沿所述半导体基板的上表面延伸；和

第四层，具有与所述第二层相同的距所述半导体基板的上表面的高度，并被布置在所述第三层上以在光学上遮蔽所述第三层。

7.根据权利要求6的光电转换器件，其中，所述第四层由金属硅化物材料形成。

8.根据权利要求4的光电转换器件，其中，所述电荷-电压转换器包含：

第一区域；和

第二区域，被布置在所述第一区域上以形成所述半导体基板的上表面的一部分，并由金属硅化物材料形成。

9.根据权利要求1的光电转换器件，还包括：

绝缘膜，延伸以覆盖所述第一传送电极；和

遮光膜，经由所述绝缘膜被布置在所述第一传送电极之上的位置处。

10.根据权利要求9的光电转换器件，其中，所述绝缘膜延伸以进一步覆盖所述第二传送电极，并且，

所述遮光膜经由所述绝缘膜延伸直至所述第二传送电极之上的区域。

11.根据权利要求9的光电转换器件，其中，所述遮光膜与所述第一传送电极和所述第二传送电极中的一个电连接，并且与所述第一传送电极和所述第二传送电极中的另一个电断开。

12.一种图像摄取系统，包括：

根据权利要求1的光电转换器件；

光学系统，在所述光电转换器件的成像表面上形成图像；和

信号处理单元，通过处理从所述光电转换器件输出的信号产生图像数据。

13.一种制造光电转换器件的方法，所述光电转换器件具有半导体基板，在所述半导体基板中布置光电转换单元、电荷保持部分和电荷-电压转换器，所述电荷保持部分暂时保持由所述光电转换单元产生的电荷，所述电荷-电压转换器将电荷转换成电压，所述方法包括：

第一步骤，同时执行第一传送电极的所述半导体基板上的第一多晶硅层的形成和第二传送电极的所述半导体基板上的第二多晶硅层的形成，所述第一传送电极被用于将由所述光电转换单元产生的电荷传送到所述电荷保持部分，所述第二传送电极被用于将所述电荷保持部分的电荷传送到所述电荷-电压转换器；

第二步骤，形成绝缘膜，以覆盖所述第一多晶硅层和所述第二多晶硅层；

第三步骤，蚀刻所述绝缘膜，以露出所述第一多晶硅层的上表面和所述第二多晶硅层的上表面；

第四步骤，形成金属层，以覆盖所述第一多晶硅层、所述第二多晶硅层和蚀刻的绝缘膜；和

第五步骤，执行退火，以分别将所述第一多晶硅层的上部和所述第二多晶硅层的上部转变成第一金属硅化物层和第二金属硅化物层，从而同时形成包含所述第一多晶硅层的下部和所述第一金属硅化物层的第一传送电极、以及包含所述第二多晶硅层的下部和所述第二金属硅化物层的第二传送电极，

其中，在所述第一步骤中，所述第一多晶硅层被形成为覆盖所述电荷保持部分，并且不与所述第二多晶硅层重叠，并且，

在所述第五步骤中，所述第一传送电极被形成为覆盖所述电荷保持部分以在光学上遮蔽所述电荷保持部分，并且不与所述第二传送电极重叠。

14.根据权利要求13的方法，其中，在所述第二步骤中，所述绝缘膜被形成为进一步覆盖所述光电转换单元。

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