CN101989608A - 固体摄像装置、其制造方法以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固体摄像装置，其包括：多个光电转换部，其配置为形成于半导体基板的摄像表面上；元件隔离部，其中形成有杂质扩散区，以便隔离所述摄像表面上的多个光电转换部；遮光部，其用于阻止入射光进入摄像表面上的元件隔离部；以及多个像素晶体管，其配置为形成于所述摄像表面上，且读出并输出多个光电转换部中产生的信号电荷以作为数据信号；其中，遮光部包括在多个光电转换部之间延伸的延伸部，且形成为使得遮光部的延伸部和像素晶体管的每个栅极彼此连接。本发明的固体摄像装置能够提高所拍摄的图像的图像质量和制造产量。

Description

固体摄像装置、其制造方法以及电子设备
相关文件的交叉引用
本申请包含与2009年7月31日向日本专利局提交的日本专利申请JP2009-179680中公开的相关主题并要求其优先权，将其全部内容通过引用并入此处。
技术领域
本发明涉及固体摄像装置、该固体摄像装置的制造方法以及电子设备。
背景技术
诸如数字视频相机与数字静物相机的电子设备包括固体摄像装置。固体摄像装置的例子包括互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器与电荷耦合装置(CCD)图像传感器。
在固体摄像装置中，在半导体基板上布置有其中形成有多个像素的摄像区。在多个像素的每个像素中，布置有光电转换部。光电转换部例如为光电二极管，并通过接收入射到光接收表面上的入射光且对已接收的入射光进行光电转换而产生信号电荷，所述入射光通过外部光学系统进入。
在固体摄像装置中的CMOS图像传感器中，像素配置为不仅包括光电转换部，还包括多个晶体管。作为像素晶体管，多个晶体管用于将光电转换部中产生的信号电荷读出并作为电信号输出至信号线。例如，将四个晶体管、即传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管以及选择晶体管布置为半导体基板的表面上的像素晶体管。此外，半导体基板的表面上布置有电连接于像素晶体管中所包括的多个晶体管的布线。
在CMOS图像传感器中，为了减少像素的尺寸，人们提出将像素配置为使得多个光电转换部共享上述的像素晶体管。例如，有人提出了使两个或四个光电转换部共享一个像素晶体管组的技术(例如参见日本未审查专利申请公报2004-172950号、2006-157953号以及2006-54276号)。
此外，有人提出了对半导体基板的背侧进行光照的背照射CMOS图像传感器，所述背侧与半导体基板的布置有布线和像素晶体管的表面侧相对(例如，参见日本未审查专利申请公报2005-347325号)。
在上述例子中，基板上布置有元件隔离部，以便使多个像素彼此隔离。例如，在半导体基板上布置有浅沟槽隔离(STI)区作为元件隔离部。此外，可在半导体基板上布置有杂质扩散区作为元件隔离部。例如，有人提出了诸如EDI分离方法的方法，其中在半导体基板中形成有杂质扩散区，并在杂质扩散区上进一步布置有厚的绝缘层(例如参见日本未审查专利申请公报2005-347325号、2006-93319号以及2006-216577号)。日本未审查专利申请公报2009-88447号是相关技术的例子。
然而，当具有高能量的短波长光进入半导体基板上的布置为元件隔离部的杂质扩散区时，有时会由于暗电流的出现而使所拍摄的图像的图像质量降低。这可归因于短波长光引起该区域中的Si-H键合断开且因此界面态(interface state)增加的情况。
图14是图示了入射光的波长与暗电流的出现之间的关系的图。
如图14所示，随着入射光的波长减少，图像中出现白缺陷，且暗电流的出现增加。具体地，当入射光的波长小于或等于410nm时，暗电流的出现变得明显。因此，诸如图像质量损失的故障的出现变得明显。
此外，在固体摄像装置中，需要提高制造效率并降低成本。
发明内容
因此，根据本发明的实施方式，提供了一种固体摄像装置、该固体摄像装置的制造方法以及电子设备，它们能够提高所拍摄的图像的图像质量和制造产量。
根据本发明的实施方式，固体摄像装置的制造方法包括以下步骤：在半导体基板的摄像表面上形成多个光电转换部；在多个光电转换部之间形成杂质扩散区，该杂质扩散区作为用于隔离摄像表面上的多个光电转换部的元件隔离部；在元件隔离部上方形成遮光部，遮光部配置为阻止入射光进入摄像表面上的元件隔离部；以及在摄像表面上形成多个像素晶体管的栅极，所述多个像素晶体管配置为读出并输出多个光电转换部中产生的信号电荷以作为数据信号；其中，该方法还包括以下步骤：在进行遮光部形成步骤与栅极形成步骤之前形成导电层，导电层通过形成具有遮光效果的导电材料层而形成，使得在摄像表面上包括形成有遮光部的部分与形成有多个像素晶体管的栅极的部分的区域被覆盖，其中，在遮光部形成步骤与栅极形成步骤中，通过图形化导电层而同时形成遮光部与栅极。
根据本发明的实施方式，固体摄像装置的制造方法包括以下步骤：在半导体基板的摄像表面上形成多个光电转换部；在多个光电转换部之间形成杂质扩散区，杂质扩散区作为用于隔离摄像表面上的多个光电转换部的元件隔离部；以及在元件隔离部上方形成遮光部，遮光部配置为阻止入射光进入摄像表面上的元件隔离部；其中，在遮光部形成步骤中，遮光部形成为使得遮光部包括根据形成于摄像表面上的元件隔离部的平面形状而延伸的部分。
根据本发明的实施方式，固体摄像装置包括：多个光电转换部，其配置为形成于半导体基板的摄像表面上；元件隔离部，其中形成有杂质扩散区，以便隔离摄像表面上的多个光电转换部；遮光部，其配置为阻止入射光进入摄像表面上的元件隔离部；以及多个像素晶体管，其配置为形成于摄像表面上，且用于读出并输出多个光电转换部中产生的信号电荷以作为数据信号；其中，遮光部包括在多个光电转换部之间延伸的延伸部，且形成为使得遮光部的延伸部和像素晶体管的每个栅极彼此连接。
根据本发明的实施方式，电子设备包括：多个光电转换部，其配置为形成于半导体基板的摄像表面上；元件隔离部，其中形成有杂质扩散区，以便隔离摄像表面上的多个光电转换部；遮光部，其配置为阻止入射光进入摄像表面上的元件隔离部；以及多个像素晶体管，其配置为形成于摄像表面上，且用于读出并输出多个光电转换部中产生的信号电荷以作为数据信号；其中，遮光部包括在多个光电转换部之间延伸的延伸部，且形成为使得遮光部的延伸部与像素晶体管的每个栅极彼此连接。
根据本发明的实施方式，在进行形成遮光部和像素晶体管的栅极的处理之前形成导电层，导电层通过形成具有遮光效果的导电材料层而形成，使得包括形成有遮光部的区域与形成有像素晶体管的栅极的区域的区域被覆盖。此外，通过图形化导电层而同时形成遮光部与各栅极。
附图说明
图1是图示了根据本发明的第一实施方式的相机的配置的配置图；
图2是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的总体配置的图；
图3是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的主要部分的图；
图4是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的主要部分的图；
图5是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的主要部分的图；
图6是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的主要部分的图；
图7是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的各步骤中布置的主要部分的图；
图8是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置的制造方法的各步骤中布置的主要部分的图；
图9A与图9B是图示了根据本发明的第一实施方式的布置有遮光部的放大部分的图；
图10是图示了根据本发明的第二实施方式的固体摄像装置的主要部分的图；
图11是图示了根据本发明的第三实施方式的固体摄像装置的主要部分的图；
图12A与图12B是图示了根据本发明的第三实施方式的固体摄像装置的制造方法的各步骤中布置的主要部分的图；
图13A与图13B是图示了根据本发明的实施方式的元件隔离部的变化例的图；以及
图14是图示了入射光的波长与暗电流的出现之间的关系的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
此外，按以下顺序描述实施方式：
1.第一实施方式(遮光部与栅极一体地形成于同一层中的情况)
2.第二实施方式(遮光部与栅极分开地形成于同一层中的情况)
3.第三实施方式(遮光部与栅极分别形成于彼此不同的层中的情况)
4.其它问题
1.第一实施方式
(A)装置配置
(A-1)相机的主要部分的配置
图1是图示了根据本发明的第一实施方式的相机40的配置的配置图。
如图1所示，相机40包括固体摄像装置1、光学系统42、控制部43以及信号处理部44。将依次描述各部分。
固体摄像装置1通过接收入射到摄像表面Ps上的入射光H(目标图像)并对已接收的入射光进行光电转换而产生信号电荷，所述入射光通过光学系统42进入。这里，固体摄像装置1基于从控制部43输出的控制信号而进行驱动。具体地，固体摄像装置1读出并输出信号电荷以作为原始数据。
光学系统42包括诸如摄像透镜和孔径阻止的光学元件，且布置为使由目标图像造成的入射到固体摄像装置1的摄像表面Ps上的入射光H聚焦。
控制部43输出各种控制信号到固体摄像装置1以及信号处理部44，并控制固体摄像装置1与信号处理部44以进行驱动。
信号处理部44配置为通过对从固体摄像装置1输出的原始数据进行信号处理，从而产生对应于目标图像的数字图像。
(A-2)固体摄像装置的主要部分的配置
下面描述固体摄像装置1的总体配置。
图2是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置1的总体配置的图。
如图2所示，根据第一实施方式的固体摄像装置1包括基板101。基板101例如是由硅制成的半导体基板，并且如图2所示，基板101的表面上布置有摄像区PA与周边区域SA。
如图2所示，摄像区PA具有矩形的几何形状，且在摄像区PA中以水平方向x和垂直方向y布置有多个像素P。即，像素P按矩阵布置。此外，摄像区PA布置为使得摄像区PA的中央对应于图1中图示的光学系统42的光学轴。此外，摄像区PA对应于图1中图示的摄像表面Ps。
像素P接收入射到摄像区PA上的入射光，并产生信号电荷。随后，由像素晶体管读出并输出所产生的信号电荷。即，根据本实施方式的固体摄像装置1为面排列(area-array)有像素P的CMOS图像传感器。以下描述每个像素P的详细配置。
如图2所示，周边区域SA位于摄像区PA周围。此外，周边区域SA中布置有周边电路。
具体地，如图2所示，将垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15、外部输出电路17、时序发生器(TG)18以及快门驱动电路19布置为周边电路。
如图2所示，垂直驱动电路13布置于摄像区PA侧面的周边区域SA中，且配置为以行为单位选择并使得摄像区PA中的像素P被驱动。
如图2所示，列电路14布置于摄像区PA下侧的周边区域SA中，且配置为以列为单位对从像素P输出的信号进行信号处理。这里，列电路14包括相关双采样(CDS)电路(未图示)，并进行信号处理以除去固定模式噪声。
如图2所示，水平驱动电路15电连接于列电路14。水平驱动电路15例如包括移位寄存器，并依次输出信号到外部输出电路17，所述信号保持于以像素P的列为单位的列电路14中。
如图2所示，外部输出电路17电连接于列电路14，对从列电路14输出的信号进行信号处理，并随后向外部输出该信号。外部输出电路17包括自动增益控制(AGC)电路17a和ADC电路17b。在外部输出电路17中，在AGC电路17a将信号乘以增益因子之后，ADC电路17b将信号从模拟信号转换到数字信号，并向外输出数字信号。
如图2所示，时序发生器18电连接于垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15、外部输出电路17以及快门驱动电路19。时序发生器18产生并输出各种时序信号到垂直驱动电路13、列电路14、水平驱动电路15、外部输出电路17以及快门驱动电路19，并从而对每个电路进行驱动控制。
快门驱动电路19配置为以行为单位选择像素P，并调节像素P的曝光时间。
(A-3)固体摄像装置的详细配置
下面描述根据本实施方式的固体摄像装置1的详细配置。
图3～图6是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置1的主要部分的图。
这里，图3图示了摄像区PA的上表面。图4图示了摄像区PA的横截面。图4图示了沿图3中图示的IV-IV的横截面。此外，图5图示了布置于摄像区PA中的像素P的电路配置。图6图示了关于多个像素P的共享的单元。
如图3、图4以及图5所示，固体摄像装置1包括光电二极管21、像素晶体管PTr、元件隔离部PS以及遮光部300。这里，如图3和图5所示，像素晶体管PTr配置为包括传输晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24以及复位晶体管25并从光电二极管21读出信号电荷。
下面依次描述固体摄像装置中包括的各部分。
(A-3-1)光电二极管21
如图3所示，在固体摄像装置1中，摄像表面(xy表面)上布置有多个光电二极管21。多个光电二极管21布置为在水平方向x和垂直于水平方向x的垂直方向y上均匀地隔开，以便对应于多个像素P的阵列。这里，每个光电二极管21布置于由元件隔离部PS将摄像表面(xy表面)间隔而成的每个区域中。
此外，如图4所示，基板101中布置有光电二极管21。光电二极管21配置为接收入射光(目标图像)并对入射光进行光电转换，从而产生并累积信号电荷。
例如，通过在作为n型硅半导体的基板101中布置的p-阱中(未图示)形成n型电荷累积区(未图示)而配置光电二极管21。此外，而且，为了抑制暗电流，光电二极管21配置为包括基板101的表面上的p型累积层(未图示)。即，光电二极管21使用所谓的空穴累积二极管(hole accumulated diode，HAD)结构形成。
此外，如图5所示，每个光电二极管21配置为使得光电二极管21中积累的信号电荷可由传输晶体管22传输到浮动扩散区FD。
在本实施方式中，如图3和图4所示，传输晶体管22布置为邻近于每个光电二极管21。此外，光电二极管21布置为使得一个浮动扩散区FD位于一对光电二极管21之间。这里，光电二极管21布置为使得一个浮动扩散区FD位于以关于水平方向x和垂直方向y的歪斜方向布置的一对光电二极管21之间。
此外，如图5所示，四个光电二极管21配置为共享一组晶体管，所述一组晶体管包括一个放大晶体管23、一个选择晶体管24以及一个复位晶体管25。
具体地，如图5所示，组合布置四个传输晶体管22(22A_1、22A_2、22B_1以及22B_2)以便分别对应于四个光电二极管21(21A_1、21A_2、21B_1以及21B_2)。
此外，如图5所示，例如，为一个浮动扩散区FD(FDA或FDB)布置有一对光电二极管21(21A_1和21A_2，或21B_1和21B_2)。此外，如图5所示，为四个光电二极管21(21A_1、21A_2、21B_1以及21B_2)布置有一个放大晶体管23、一个选择晶体管24以及一个复位晶体管25。
例如，如图6所示，在垂直方向y上布置有两对光电二极管21(一对21A_1和21A_2以及一对21B_1和21B_2)，两对光电二极管的每一对以歪斜方向布置，并且四个光电二极管21共享各元件23、24以及25。此外，布线HT布置为在各光电二极管21之间延伸并电连接各部分。
(A-3-2)像素晶体管PTr
在固体摄像装置1中，如图3所示，在摄像表面(xy表面)中，间隔开多个像素P的元件隔离部PS中形成有像素晶体管PTr。像素晶体管PTr包括传输晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24以及复位晶体管25，并且配置为读出并输出光电二极管21中产生的信号电荷以作为数据信号。
例如，每个传输晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24以及复位晶体管25配置为N沟道MOS晶体管。
这里，每个栅极22G、23G、24G以及25G例如使用多晶硅形成。不仅可采用上述例子，而且每个栅极22G、23G、24G以及25G可使用硅化物、多晶硅化物(polycide)以及自对准多晶硅化物(salicide)的任何一种恰当地形成。
此外，在基板101的元件隔离部PS中形成有各晶体管22、23、24以及25的活性区。
下面详细描述各晶体管22、23、24以及25。
如图3所示，在像素晶体管PTr中，多个传输晶体管22形成为对应于多个像素P。这里，各传输晶体管22形成为使得浮动扩散区FD位于一对传输晶体管22之间，所述浮动扩散区FD布置于在摄像表面(xy表面)上以关于水平方向x和垂直方向y的歪斜方向布置的多个像素P之间。
此外，如图3和图4所示，传输晶体管22的栅极(传输栅极)22G通过栅极绝缘层(未图示)布置于基板101的表面上。如图4所示，传输晶体管22的栅极22G布置为邻近于基板101的表面上布置的浮动扩散区FD。这里，一对栅极22G形成为使得一个浮动扩散区FD位于一对栅极22G之间。
这里，如图5所示，传输晶体管22配置为将光电二极管21中产生的信号电荷作为电信号输出到放大晶体管23的栅极。
在本实施方式中，如图5所示，多个传输晶体管22的每一个的一端电连接于每个光电二极管21的阴极。此外，多个传输晶体管22的每一个的另一端电连接于一个浮动扩散区FD。具体地，一对传输晶体管(22A_1和22A_2)电连接于一个浮动扩散区FDA。此外，另一对传输晶体管(22B_1和22B_2)电连接于另一浮动扩散区FDB。此外，当传输信号从传输线26提供给多个传输晶体管22的每一个的栅极时，传输晶体管22依次将光电二极管21中积累的信号电荷作为输出信号传输到浮动扩散区FD。
如图3所示，在像素晶体管PTr中，放大晶体管23布置于以垂直方向y布置的多个光电二极管21之间。这里，放大晶体管23布置为使得沟道在水平方向上位于一对源极和漏极之间。此外，放大晶体管23布置为使得两个放大晶体管23在水平方向x上彼此相邻。
如图5所示，放大晶体管23配置为放大并输出从传输晶体管22输出的电信号。
具体地，如图5所示，放大晶体管23的栅极连接于浮动扩散区FD。此外，放大晶体管23的漏极连接于电源电势供应线Vdd，且放大晶体管23的源极连接于选择晶体管24。当选择晶体管24被选择处于导通状态时，放大晶体管23被提供来自恒流源(未图示)的恒定电流并且用作源极跟随器。因此，由于对选择晶体管24提供了选择信号，从浮动扩散区FD输出的输出信号在放大晶体管23中进行放大。
如图3所示，在像素晶体管PTr中，选择晶体管24布置于以垂直方向y布置的多个光电二极管21之间。这里，选择晶体管24布置为使得沟道在水平方向上位于一对源极和漏极之间。此外，选择晶体管24布置为使得在放大晶体管23以垂直方向y布置的位置处，两个选择晶体管24以水平方向x布置。具体地，在水平方向x上布置的两个选择晶体管24形成为使得在水平方向x上布置的两个放大晶体管23位于两个选择晶体管24之间。
如图5所示，选择晶体管24配置为：当向选择晶体管24输入选择信号时，选择晶体管24将从放大晶体管23输出的电信号输出到垂直信号线27。
具体地，如图5所示，选择晶体管24的栅极连接于提供了选择信号的地址线28。当将选择信号提供给选择晶体管24时，选择晶体管24转成导通状态，并将如上所述在放大晶体管23中放大的输出信号输出到垂直信号线27。
如图3所示，在像素晶体管PTr中，复位晶体管25布置于以垂直方向y布置的多个光电二极管21之间。这里，复位晶体管25布置为使得沟道在水平方向上位于一对源极和漏极之间。此外，复位晶体管25布置为，在与放大晶体管23和选择晶体管24以垂直方向y布置的位置不同的位置处，两个复位晶体管25布置为在水平方向x上彼此邻近。
如图5所示，复位晶体管25用于使放大晶体管23的栅极电势复位。
具体地，如图5所示，复位晶体管25的栅极连接于提供复位信号的复位线29。此外，复位晶体管25的漏极连接于电源电势供应线Vdd，且复位晶体管25的源极连接于浮动扩散区FD。此外，当将复位信号从复位线29提供至复位晶体管25的栅极时，复位晶体管25通过浮动扩散区FD将放大晶体管23的栅极电势复位到电源电势。
在本实施方式中，如图5和图6所示，上述放大晶体管23、选择晶体管24以及复位晶体管25配置为由包括多个光电二极管21的组共享。例如，如图5和图6所示，为包括四个光电二极管21(21A_1、21A_2、21B_1以及21B_2)的组布置有一个放大晶体管23、一个选择晶体管24以及一个复位晶体管25。
(A-3-3)元件隔离部PS
如图3所示，在固体摄像装置1中，元件隔离部PS夹于以水平方向x布置的多个像素P之间和以垂直方向y布置的多个像素P之间，并且配置为隔离各像素P。
这里，如图4所示，元件隔离部PS包括杂质扩散区201和绝缘层202，并且使各像素P的光电二极管21彼此隔离。即，根据EDI方法形成元件隔离部PS。
具体地，如图4所示，在元件隔离部PS中，杂质扩散区201从基板101的表面沿深度方向形成。例如，杂质扩散区201通过进一步将p型杂质离子注入到布置于作为硅半导体的基板101中的p型半导体区中而形成。
此外，如图4所示，在元件隔离部PS中，绝缘层202形成于杂质扩散区201上方。这里，在横截面中，绝缘层202形成为宽度大于杂质扩散区201。例如，绝缘层202使用二氧化硅层形成，使得绝缘层202的层厚度变为100nm。
(A-3-4)遮光部300
如图3所示，在固体摄像装置1中，使用遮光材料在元件隔离部PS上方形成遮光部300，以便阻止入射光进入元件隔离部PS。这里，如图4所示，遮光部300布置于元件隔离部PS上方。
具体地，如图4所示，遮光部300直接形成为与元件隔离部PS中所包括的绝缘层202的上表面接触。例如，以与各栅极22G、23G、24G以及25G相同的方式，使用多晶硅形成遮光部300。不仅可采用上述例子，还可以以与各栅极22G、23G、24G以及25G相同的方式，使用诸如硅化物、多晶硅化物或自对准多晶硅化物的吸光性材料来恰当地形成遮光部300。
在本实施方式中，如图3所示，遮光部300包括在水平方向x上延伸的部分300x和在垂直方向y上延伸的部分300y。
在遮光部300中，如图3所示，在水平方向x上延伸的多个部分300x形成为对应于元件隔离部PS中在水平方向x上比在垂直方向y上更长地延伸的部分。这里，在水平方向x上延伸的部分300x布置于在垂直方向y上布置的多个光电二极管21之间。此外，延伸部分300x布置于多个放大晶体管23的栅极23G之间。此外，延伸部分300x布置于多个选择晶体管24的栅极24G之间。此外，延伸部分300x布置于多个复位晶体管25的栅极25G之间。
此外，如图3所示，在遮光部300中，在垂直方向y上延伸的多个部分300y形成为对应于元件隔离部PS中在垂直方向y上比在水平方向x上更长地延伸的部分。这里，在垂直方向y上延伸的部分300y布置于在水平方向x上布置的多个光电二极管21之间。
延伸部分300x和300y例如为多晶硅，并且如图3所示，形成于与各个栅极22G、23G、24G以及25G相同的层中。即，尽管下面会详细描述，延伸部分300x和300y通过对导电层进行图形化处理而形成，所述导电层形成为覆盖包括各电极22G、23G、24G和25G以及遮光部300的区域。
此外，延伸部分300x和300y与各栅极22G、23G、24G以及25G形成为一体。即，延伸部分300x和300y形成为连接于各栅极22G、23G、24G以及25G。
(A-3-5)其它问题
此外，尽管图4中未图示，基板101的表面上布置有布线层(未图示)。在布线层中，电连接于各元件的布线(未图示)形成于层间绝缘层(未图示)中的多个层中。
形成布线以便作为用于如图5所示的传输线26、地址线28、垂直信号线27以及复位线29的布线。如图6所示，布线层(未图示)中的布线HT使用金属材料形成，并且例如布置为在多个光电二极管21之间延伸。此外，各布线HT例如布置为关于在水平方向x上布置的光电二极管21对称，并且如上所述电连接各部分。
此外，在基板101中，诸如片上透镜(未图示)和滤色器(未图示)等光学元件布置为与像素P对应。例如，当图像传感器是入射光从基板101的背侧进入的背照射图像传感器时，诸如片上透镜和滤色器等光学元件布置于基板101的背侧上。因此，固体摄像装置1配置为使得光电二极管21接收通过诸如片上透镜和滤色器等光学元件依次进入的入射光。
(B)制造方法
下面描述制造固体摄像装置1的制造方法的主要部分。
图7和图8是图示了根据本发明的第一实施方式的固体摄像装置1的制造方法的各步骤中布置的主要部分的图。这里，图7和图8以与图4相同的方式图示了摄像区PA的横截面。
(B-1)元件隔离部PS和光电二极管21的形成
如图7所示，首先，形成元件隔离部PS和光电二极管21。
这里，如图7所示，元件隔离部PS形成为包括杂质扩散区201和绝缘层202。
如图7所示，杂质扩散区201形成为从基板101的表面沿深度方向延伸。具体地，将p型杂质离子注入到在作为n型硅半导体的基板101中布置的p-阱(p-)中形成有杂质扩散区201的部分中。例如，p型扩散区(p)形成为杂质扩散区201，将p型杂质(硼等)以1×1011～1×1014cm-2的剂量离子注入到所述杂质扩散区201中，从而p型扩散区(p)的杂质浓度大于p-阱(p-)的杂质浓度。
此外，如图7所示，绝缘层202形成为位于杂质扩散区201上方。这里，在横截面中，绝缘层202形成为宽度大于杂质扩散区201。例如，绝缘层202使用Si的氧化物形成。
此外，通过在作为n型硅半导体的基板101中布置的p-阱(未图示)中设置n型电荷累积区，形成光电二极管21。例如，通过以1×1012cm-2的剂量进行离子注入而布置n型电荷累积区。此外，而且，在基板101的表面上形成高浓度的p型累积层(未图示)。例如，高浓度的p型累积层形成为使得其浓度变为5×1017cm-3。
此外，对各像素晶体管PTr的沟道形成区恰当地进行离子注入，以调节阈值。此外，在包括形成有像素晶体管PTr的部分的区域中，通过对基板101的表面进行热氧化处理，形成作为栅极绝缘层的二氧化硅层(未图示)。
(B-2)多晶硅层400的形成
接下来，如图8所示，形成多晶硅层400。
这里，如图8所示，在基板101的表面上，多晶硅层400形成为覆盖包括形成有各像素晶体管PTr的栅极(22G等；参见图3和图4)和遮光部300(参见图3和图4)的部分的区域。
(B-3)栅极(22G等)和遮光部300等的形成
接下来，如图3和图4所示，形成诸如栅极(22G等)和遮光部300等各部分。
这里，如图4所示，通过图形化如图8中所示的多晶硅层400，形成栅极(22G等)和遮光部300。例如，当使用光刻技术在多晶硅层400上形成抗蚀图(未图示)之后，通过使用抗蚀图作为掩模对多晶硅层400进行蚀刻处理而进行上述图形化处理。
如图3所示，形成多个各个栅极22G、23G、24G以及25G。
此外，如图3所示，形成多个遮光部300。
具体地，如图3所示，遮光部300形成为包括在水平方向x上延伸的部分300x和在垂直方向y上延伸的部分300y。例如，作为遮光部300，在垂直方向y上延伸的部分300y形成为连接于传输晶体管22的栅极22G。此外，作为遮光部300，在水平方向x上延伸的部分300x形成为连接于放大晶体管23的栅极23G。此外，作为遮光部300，在水平方向x上延伸的部分300x形成为连接于选择晶体管24的栅极24G。此外，作为遮光部300，在水平方向x上延伸的部分300x形成为连接于复位晶体管25的栅极25G。
如图4所示，这些遮光部300形成于元件隔离部PS中所包括的绝缘层202的上表面上。
此外，形成各像素晶体管PTr(包括浮动扩散区FD)的源极区和漏极区。具体地，通过将n型杂质离子注入到基板101中，形成各像素晶体管PTr的源极区和漏极区。以此方式，布置像素晶体管PTr。
具体地，如图3所示，上述像素晶体管PTr的多个传输晶体管22形成为分别对应于多个像素P。这里，如图3所示，各传输晶体管22形成为使得布置于多个像素P之间的浮动扩散区FD位于多个栅极22G之间，所述多个像素P以关于水平方向x和垂直方向y的歪斜方向布置且从中可读出信号电荷。
此外，如图4和图5所示，形成多个放大晶体管23、选择晶体管24以及复位晶体管25，使得多个像素P共享一个放大晶体管23、一个选择晶体管24以及一个复位晶体管25。
之后，形成诸如布线层(未图示)和片上透镜等部分，且因此完成固体摄像装置1。
(C)总结
如上所述，根据本实施方式，在进行用于形成遮光部300和像素晶体管PTr的栅极22G、23G、24G以及25G的处理之前，形成具有遮光效果(多晶硅)的导电材料层，使得包括形成有遮光部的区域和形成有像素晶体管的栅极的区域的区域被覆盖。因此，形成多晶硅层400。此外，通过图形化多晶硅层400，同时形成遮光部300和各栅极22G、23G、24G以及25G。这里，遮光部300和各栅极22G、23G、24G以及25G形成为使得遮光部300与各栅极22G、23G、24G以及25G的每一个彼此连接。
以此方式，在本实施方式中，由于使用了用于栅极22G、23G、24G以及25G的材料形成遮光部300，故可避免增加处理的数目，并可提高制造效率。
此外，在本实施方式中，遮光部300直接布置于元件隔离部PS中所包括的绝缘层202的上表面上。因此，可有效地阻止入射光进入元件隔离部PS中的杂质扩散区201。
图9A和图9B是图示了根据本发明的第一实施方式的布置有遮光部300的放大部分的图。图9A图示了在进入本实施方式中的元件隔离部PS的入射光。另一方面，与本实施方式不同，图9B图示了在远离绝缘层202布置遮光部300J的情况下进入元件隔离部PS的入射光。
如图9A所示，在本实施方式中，在绝缘层202的上表面上，遮光部300可有效地阻止入射光进入杂质扩散区201。另一方面，如图9B所示，在远离绝缘层202布置遮光部300J的情况下，入射光从遮光部300J和绝缘层202之间进入绝缘层202的上表面。因此，难以有效地阻止入射光进入杂质扩散区201。
因此，在本实施方式中，由于可避免杂质扩散区中出现暗电流，故可提高所拍摄的图像的图像质量。
因此，在本实施方式中，在可提高所拍摄的图像的图像质量的同时，也可提高制造产量。
此外，在本实施方式中，遮光部300使用多晶硅形成。对于短波长光，多晶硅的光吸收系数高于其它材料。使用硅化物、多晶硅化物或自对准多晶硅化物形成遮光部300的情况与使用多晶硅形成遮光部300的情况并无不同。因此，在本实施方式中，能更有效地实现上述优点。
2.第二实施方式
(A)装置配置等
图10是图示了根据本发明的第二实施方式的固体摄像装置1b的主要部分的图。
这里，以与图3相同的方式，图10图示了摄像区PA的上表面的放大部分。
如图10所示，在本实施方式中，遮光部300B不同于第一实施方式的遮光部300。除此之外，本实施方式与第一实施方式并无不同。因此，省略关于第一实施方式和第二实施方式之间的重合部分的描述。
如图10所示，以与第一实施方式相同的方式，在元件隔离部PS中形成遮光部300B。此外，遮光部300B包括在水平方向x上延伸的部分300xb和在垂直方向y上延伸的部分300yb。于是，各延伸部分300xb和300yb以与第一实施方式相同的方式，在与各栅极22G、23G、24G以及25G相同的层中形成。
然而，如图10所示，在本实施方式中，与第一实施方式不同，各延伸部分300xb和300yb与各栅极22G、23G、24G以及25G并非形成为一体。即，各延伸部分300xb和300yb图形化成与各栅极22G、23G、24G以及25G隔离。
以与第一实施方式相同的方式，通过图形化多晶硅层400(参见图8)，同时形成遮光部300B和各栅极22G、23G、24G以及25G。
(B)总结
如上所述，在本实施方式中，以与第一实施方式相同的方式，同时形成遮光部300B和各栅极22G、23G、24G以及25G。此外，在本实施方式中，以与第一实施方式相同的方式，使遮光部300B直接布置于元件隔离部PS中包括的绝缘层202的上表面上。
因此，在本实施方式中，以与第一实施方式相同的方式，在可提高所拍摄的图像的图像质量的同时，还可提高制造产量。
3.第三实施方式
(A)装置配置
图11是图示了根据本发明的第三实施方式的固体摄像装置1c的主要部分的图。
这里，以与图3相同的方式，图11图示了摄像区PA的上表面的放大部分。在图11中，双点划线表示以双点划线为轮廓的部分位于比以实线为轮廓的部分更高的层上。
如图11所示，在本实施方式中，遮光部300C不同于第一实施方式的遮光部300。除此之外，本实施方式与第一实施方式并无不同。因此，省略关于第一实施方式和第三实施方式之间的重合部分的描述。
如图11所示，以与第一实施方式相同的方式，在元件隔离部PS中形成遮光部300C。此外，遮光部300C包括在水平方向x上延伸的部分300xc和在垂直方向y上延伸的部分300yc。
然而，在本实施方式中，与第一实施方式不同，遮光部300C形成于与各栅极22G、23G、24G以及25G不相同的层中。于是，遮光部300C形成为与形成各栅极22G、23G、24G以及25G的层不同的层。
此外，遮光部300C还包括在关于水平方向x和垂直方向y的歪斜方向上延伸的部分300xy，并且形成为使得各延伸部分300xc、300yc以及300xy对应于元件隔离部PS的平面形状。
具体地，遮光部300C中的各延伸部分300xc、300yc以及300xy形成为围绕摄像表面(xy表面)上的光电二极管21的周边而布置。
此外，遮光部300C中的各延伸部分300xc、300yc以及300xy形成为围绕传输晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24以及复位晶体管25的各周边而布置。
此外，在传输晶体管22、放大晶体管23、选择晶体管24以及复位晶体管25上方，遮光部300C形成为覆盖除了布置有与电极电连接的接触部的部分以外的其它部分。例如，遮光部300C形成为从沟道形成区覆盖元件隔离部PS上的晶体管22、23、24以及25的栅极22G、23G、24G以及25G所延伸到的部分的上侧。此外，遮光部300C形成为覆盖放大晶体管23和选择晶体管24的源极区和漏极区的上侧。在该部分中，遮光部300C形成为使得层间绝缘层(未图示)夹于包括栅极22G、23G、24G以及25G的端部与遮光部300C之间。
(B)制造方法
下面描述制造固体摄像装置1c的制造方法的主要部分。
图12A和图12B是图示了根据本发明的第三实施方式的固体摄像装置1c的制造方法的各步骤中布置的主要部分的图。这里，图12A和图12B以与图4相同的方式图示了摄像区PA的横截面。
(B-1)栅极(22G等)的形成
如图12A所示，当如第一实施方式中的图8所示那样形成多晶硅层400之后，形成栅极(22G等)。
这里，如图11所示，以与第一实施方式相同的方式，通过图形化图8中图示的多晶硅层400，形成栅极22G、23G、24G以及25G。
即，在该处理中，多晶硅层400未被图形化为遮光部300C。
之后，以与第一实施方式相同的方式，形成各像素晶体管PTr的源极区和漏极区(包括浮动扩散区FD)。以此方式，形成像素晶体管PTr。
此外，在基板101的表面上形成层间绝缘层(未图示)，以便覆盖各部分。
(B-2)遮光部300C的形成
接下来，如图12B所示，形成遮光部300C。
这里，以与上述相同的方式，在使例如多晶硅层(未图示)形成为覆盖包括形成有遮光部300C的部分的区域之后，通过对多晶硅层(未图示)进行图形化处理而形成遮光部300C。
以此方式，如图12A和图12B的横截面所示，遮光部300C形成于元件隔离部PS中所包括的绝缘层202的表面上。
此外，如图11所示，关于遮光部300C的平面形状，延伸部分300xc、300yc以及300xy形成为对应于元件隔离部PS。
之后，形成诸如布线层(未图示)和片上透镜等部分，且因此完成固体摄像装置1c。
(C)总结
如上所述，根据本实施方式，遮光部300C形成为包括根据布置于摄像表面(xy表面)上的元件隔离部PS的平面形状延伸的部分。此外，在本实施方式中，以与第一实施方式相同的方式，遮光部300C直接布置于元件隔离部PS中包括的绝缘层202的上表面上。
因此，在本实施方式中，以与第一实施方式相同的方式，在提高所拍摄的图像的图像质量的同时，还可提高制造产量。
4.其它问题
本发明的实施方式不限于上述实施方式，并且可采用各种变化的实施方式作为本发明的实施方式。
例如，可将除了在上述实施方式中所图示的结构之外的其它结构应用于根据本发明的实施方式的元件隔离部。
图13A和图13B是图示了根据本发明的实施方式的元件隔离部PS的变化例子的图。
如图13A所示，在元件隔离部PS中所包括的绝缘层202布置为嵌入基板101的部分中的情况下，遮光部300可形成于绝缘层202的上表面上(参见日本未审查专利申请公报2006-93319号等)。
如图13B所示，不仅可形成杂质扩散区201，还可在绝缘层202的下表面上形成杂质扩散区203。这种情况下，杂质扩散区203可形成有类似于绝缘层202的宽度(参见日本未审查专利申请公报2006-93319号等)。
此外，在上述实施方式中，描述了将所述实施方式应用于相机的情况，然而本发明的实施方式不限于该情况。本发明的实施方式可应用于诸如包括固体摄像装置的扫描仪和复印机等其它电子装置。
此外，在上述实施方式中，尽管描述了将实施方式应用于其中由多个光电二极管共享像素晶体管等的情况，然而本发明的实施方式不限于该情况。本发明的实施方式可应用于为每个光电二极管布置有一组像素晶体管的情况。
如上所述，尽管描述了一对光电二极管共享一个浮动扩散区的结构，然而本发明的实施方式不限于该结构。本发明的实施方式可应用于由多于两个光电二极管共享一个浮动扩散区的情况。
此外，尽管描述了四种晶体管，即传输晶体管、放大晶体管、选择晶体管以及复位晶体管布置为像素晶体管的情况，然而本发明的实施方式不限于该情况。
此外，在上述实施方式中的固体摄像装置1、1b以及1c对应于根据本发明的实施方式的固体摄像装置。此外，在上述实施方式中的光电二极管21对应于根据本发明的实施方式的光电转换元件。此外，在上述实施方式中的传输晶体管22对应于根据本发明的实施方式的传输晶体管。此外，在上述实施方式中的栅极22G、23G、24G以及25G对应于根据本发明的实施方式的栅极。此外，在上述实施方式中的放大晶体管23对应于根据本发明的实施方式的放大晶体管。此外，在上述实施方式中的选择晶体管24对应于根据本发明的实施方式的选择晶体管。此外，在上述实施方式中的复位晶体管25对应于根据本发明的实施方式的复位晶体管。此外，在上述实施方式中的相机40对应于根据本发明的实施方式的电子设备。此外，在上述实施方式中的基板101对应于根据本发明的实施方式的半导体基板。此外，在上述实施方式中的杂质扩散区201和203对应于根据本发明的实施方式的杂质扩散区。此外，在上述实施方式中的绝缘层202对应于根据本发明的实施方式的绝缘层。此外，在上述实施方式中的遮光部300、300B以及300C对应于根据本发明的实施方式的遮光部。
此外，在上述实施方式中的多晶硅层400对应于根据本发明的实施方式的导电层。此外，在上述实施方式中的浮动扩散区FD对应于根据本发明的实施方式的浮动扩散区。此外，在上述实施方式中的元件隔离部PS对应于根据本发明的实施方式的元件隔离部。此外，在上述实施方式中的像素晶体管PTr对应于根据本发明的实施方式的像素晶体管。此外，在上述实施方式中的摄像表面Ps对应于根据本发明的实施方式的摄像表面。
本领域的技术人员应当明白，在不脱离所附权利要求及其等同物的范围内，取决于设计需要和其它因素可出现各种变化、组合、子组合和替代。

Claims (14)

1.一种固体摄像装置的制造方法，该方法包括以下步骤：
在半导体基板的摄像表面上形成多个光电转换部；
在所述多个光电转换部之间形成杂质扩散区，所述杂质扩散区作为用于隔离所述摄像表面上的所述多个光电转换部的元件隔离部；
在所述元件隔离部上方形成遮光部，所述遮光部用于阻止入射光进入所述摄像表面上的所述元件隔离部；以及
在所述摄像表面上形成多个像素晶体管的栅极，所述多个像素晶体管配置为读出并输出所述多个光电转换部中产生的信号电荷以作为数据信号；
其中，所述方法还包括以下步骤：
在进行所述遮光部形成步骤和所述栅极形成步骤之前形成导电层，所述导电层通过形成具有遮光效果的导电材料层而形成，使得在所述摄像表面上包括形成有所述遮光部的部分和形成有所述多个像素晶体管的所述栅极的部分的区域被覆盖；以及
其中，在所述遮光部形成步骤和所述栅极形成步骤中，通过图形化所述导电层而同时形成所述遮光部和所述栅极。
2.如权利要求1所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述遮光部形成步骤中，所述遮光部形成为包括所述多个光电转换部之间的所述遮光部的延伸部分。
3.如权利要求2所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述遮光部形成步骤和所述栅极形成步骤中，所述遮光部和所述栅极形成为使得所述遮光部与所述栅极的每一个彼此连接。
4.如权利要求3所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
所述元件隔离部形成步骤包括以下步骤：
形成绝缘层，使得所述绝缘层位于所述杂质扩散区上方；
其中，在所述遮光部形成步骤中，所述遮光部形成为与所述绝缘层的上表面接触。
5.如权利要求4所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述栅极形成步骤中，传输晶体管的栅极形成为所述栅极，所述传输晶体管配置为将来自所述光电转换部的信号电荷读出到浮动扩散区；以及
在所述遮光部形成步骤中，所述遮光部形成为连接于所述传输晶体管的所述栅极。
6.如权利要求5所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述栅极形成步骤中，放大晶体管的栅极形成为所述栅极，所述放大晶体管配置为电连接于所述浮动扩散区；以及
在所述遮光部形成步骤中，所述遮光部形成为连接于所述放大晶体管的所述栅极。
7.如权利要求6所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述栅极形成步骤中，选择晶体管的栅极形成为所述栅极；以及
在所述遮光部形成步骤中，所述遮光部形成为连接于所述选择晶体管的所述栅极。
8.如权利要求7所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述栅极形成步骤中，复位晶体管的栅极形成为所述栅极；以及
在所述遮光部形成步骤中，所述遮光部形成为连接于所述复位晶体管的所述栅极。
9.如权利要求2所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述遮光部形成步骤和所述栅极形成步骤中，所述遮光部和所述栅极形成为使得所述遮光部和每个所述栅极彼此隔离。
10.如权利要求1到9的任一项所述的固体摄像装置的制造方法，其中，
在所述导电层形成步骤中，形成多晶硅层作为所述导电层。
11.一种固体摄像装置的制造方法，所述方法包括以下步骤：
在半导体基板的摄像表面上形成多个光电转换部；
在所述多个光电转换部之间形成杂质扩散区，所述杂质扩散区作为用于隔离所述摄像表面上的所述多个光电转换部的元件隔离部；以及
在所述元件隔离部上方形成遮光部，所述遮光部用于阻止入射光进入所述摄像表面上的所述元件隔离部；
其中，在所述遮光部形成步骤中，所述遮光部形成为使得所述遮光部包括根据形成于所述摄像表面上的所述元件隔离部的平面形状而延伸的部分。
12.一种固体摄像装置，其包括：
多个光电转换部，其配置为形成于半导体基板的摄像表面上；
元件隔离部，其中形成有杂质扩散区，以便隔离所述摄像表面上的所述多个光电转换部；
遮光部，其配置为阻止入射光进入所述摄像表面上的所述元件隔离部；以及
多个像素晶体管，其配置为形成于所述摄像表面上，且读出并输出所述多个光电转换部中产生的信号电荷以作为数据信号；
其中，所述遮光部包括在所述多个光电转换部之间延伸的延伸部，且形成为使得所述遮光部的所述延伸部与所述像素晶体管的每个栅极彼此连接。
13.如权利要求12所述的固体摄像装置，其中，
所述像素晶体管的所述栅极以及所述遮光部是使用多晶硅形成的。
14.一种电子设备，其包括：
多个光电转换部，其配置为形成于半导体基板的摄像表面上；
元件隔离部，其中形成有杂质扩散区，以便隔离所述摄像表面上的所述多个光电转换部；
遮光部，其用于阻止入射光进入所述摄像表面上的所述元件隔离部；以及
多个像素晶体管，其配置为形成于所述摄像表面上，且读出并输出所述多个光电转换部中产生的信号电荷以作为数据信号；
其中，所述遮光部包括在所述多个光电转换部之间延伸的延伸部，且形成为使得所述遮光部的所述延伸部和所述像素晶体管的每个栅极彼此连接。
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