CN106653785A - 半导体器件和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种半导体器件及其制造方法。在其中多个光接收元件被提供在形成固态图像传感器的多个像素中的每个中的半导体器件中，防止半导体器件的性能的降低，该降低由于导线的数量的增加而出现。在具有第一光电二极管和第二光电二极管的像素中，被耦合到第一光电二极管的第一传输晶体管和被耦合到第二光电二极管的第二传输晶体管分别由相同的栅极电极控制，由此允许用于控制第一传输晶体管和第二传输晶体管的导线的数量被减少。

Description

半导体器件和其制造方法
相关申请的交叉引用
将于2015年10月30日提交的日本专利申请No.2015-215205的公开内容(包括说明书、附图和摘要)通过引用的方式整体并入本文。
技术领域
本发明涉及半导体器件和其制造方法，并且具体地涉及当被应用到包括固态图像传感器的半导体器件时有效的技术。
背景技术
为了通过使用数字相机捕捉高质量移动图片，重要的是以高速且准确地执行自动对焦检测。近来已经开发了数字相机，其中包括多个像素的固态图像传感器被使用并且自动对焦调整通过图像表面相位差检测方法来执行，其中每个像素被提供具有两个光电转换部件。
专利文献1(日本待审专利申请公开No.2004-228645)描述了在其中在像素之间的间隔很小的固态图像传感器中，在像素之上的微透镜被布置在非线性间距处。额外地，专利文献2(日本待审专利申请公开No.2013-93554)描述了在其中在像素之间的空间很小并且两个光电二极管被布置在一个像素中的固态图像传感器中，在像素之上的微透镜的形状被改变。额外地，非专利文献1描述了当在像素之间的间隔很小时采用的像素图案布局。
[相关技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本待审专利申请公开No.2004-228645
[专利文献2]日本待审专利申请公开No.2013-93554
[非专利文献]
[非专利文献1]Perceval Coudrain和其他九个人的“Towards a Three-Dimensional Back-Illuminated Miniaturized CMOS Pixel Technology using 100nmInter-Layer Contacts”(2009国际图像传感器研讨会(IISW)，02-02期，挪威，2009年6月25-28)。
发明内容
在一个像素中具有多个光电二极管的固态图像传感器中，用于将在光电二极管中生成的电荷传输的传输晶体管的栅极电极的宽度当像素被微型化时变得特别小，由此引起传输电荷的能力可能被降低的问题，其中栅极电极被布置为在平面视图中与每个光电二极管相邻。
额外地，与每个像素的微型化相关联地，在平面视图中由要用于控制耦合到像素中的光电二极管中的每个的传输晶体管的多个导线占据的面积变大。因此，引起其中孔径比率和光电二极管的灵敏度可能被降低的问题。
其他目的和新的特性将从本说明书的描述和附图中变得清楚。
在本申请中公开的优选实施例中，将如下简要地描述典型实施例的概述。
在根据一个实施例的半导体器件中，分别被耦合到在像素中提供的多个光电二极管的多个传输晶体管由栅极电极控制，栅极电极的数量小于光电二极管的数量。
额外地，根据一个实施例的一种半导体器件的制造方法包括形成多个光电二极管和耦合到各自的光电二极管的多个传输晶体管的步骤，其中传输晶体管由栅极电极控制，栅极电极的数量小于光电二极管的数量。
根据本申请中公开的一个实施例，可以改进半导体器件的性能。具体地，可以改进固态图像传感器的成像性质。
附图说明
图1是图示了根据本发明的第一实施例的半导体器件的配置的示意性视图；
图2是图示了根据本发明的第一实施例的半导体器件的平面视图；
图3是图示了根据本发明的第一实施例的半导体器件的平面视图；
图4是沿图3中的线A-A获取的截面视图；
图5是沿图3中的线B-B获取的截面视图；
图6是图示了根据本发明的第一实施例的半导体器件的等效电路视图；
图7是图示了根据本发明的第一实施例的半导体器件的制造步骤的流程的视图；
图8是图示了用于阐明根据本发明的第一实施例的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图9是用于阐明在图8之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图10是用于阐明在图8之后的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图11是用于阐明在图9之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图12是用于阐明在图9之后的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图13是用于阐明在图11之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图14是用于阐明在图11之后的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图15是用于阐明在图13之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图16是用于阐明在图13之后的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图17是用于阐明在图15之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图18是用于阐明在图15之后的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图19是用于阐明在图17之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图20是用于阐明在图19之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图21是用于阐明在图20之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图22是用于阐明在图20之后的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图23是用于阐明在图21之后的半导体器件的制造步骤的平面视图；
图24是用于阐明在图21之后的半导体器件的制造步骤的截面视图；
图25是图示了根据本发明的第一实施例的变型的半导体器件的平面视图；
图26是图示了根据本发明的第二实施例的半导体器件的平面视图；
图27是图示了根据本发明的第二实施例的变型的半导体器件的平面视图；
图28是图示了根据本发明的第三实施例的半导体器件的平面视图；
图29是图示了可比较示例的半导体器件的平面视图；
图30是图示了可比较示例的半导体器件的平面视图；并且
图31是图示了根据本发明的第一实施例的半导体器件的传输操作的电位结构视图。
具体实施方式
在下文中，将基于附图详细描述本发明的优选实施例。在用于阐明实施例的每个视图中，具有相同功能的组件将利用相同的附图标记来表示，并且将省略对其的重复性描述。额外地，在下面的实施例中，原则上将不再重复对相同的或相似的部件的描述，除非特别有必要。
在下面的描述中，将描述如下情况，其中像素中的阱区包括p型半导体区，并且光电二极管由n型半导体区形成，但是其中阱区和光电二极管中的每个具有相反的导电类型的情况也具有相似的优点。额外地，在下面的描述中，其中光从固态图像传感器的上表面侧进入的元件将被描述为示例，但是在BSI(背面照明)类型的固态图像传感器中，还能够当使用相似的结构或过程流程时展示出稍后将描述的预定优点。
符号“-”和“+”表示具有n型导电或p型导电的杂质的相对浓度，并且例如，在n型杂质的情况下，杂质浓度按“N-”、“N”和“N+”的顺序变得越来越大。
(第一实施例)
在下文中，将参考图1至图6描述根据当前实施例的半导体器件的结构。图1是图示了根据实施例的半导体器件的配置的示意性视图。图2是以放大的方式图示了包含于为根据实施例的半导体器件的固态图像传感器中的多个像素的平面视图。图3是以放大的方式图示了包含于为根据实施例的半导体器件的固态图像传感器中的一个像素的平面视图。图4是沿图3中的线A-A获取的截面视图。图5是沿图3中的线B-B获取的截面视图。
在本文中，要被用作CMOS图像传感器中的像素实现电路的4晶体管类型像素将被描述为像素的一个示例，但是像素不应当限于此。即，在每个像素中，三个晶体管都为外围晶体管，并且传输晶体管被布置在包括两个光电二极管的光接收部件周围。在本文中，外围晶体管是指重置晶体管、放大器晶体管和选择晶体管。
为根据一个当前实施例的半导体器件的固态图像传感器是CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器，并且包括像素阵列部件PEA、读出电路CC1和CC2、输出电路OC、行选择电路RC、控制电路COC、以及存储器电路MC，如图1所示。
多个像素PE被布置在像素阵列部件PEA中的矩阵图案中。即，像素PE被排列在沿在半导体衬底的上表面之上形成固态图像传感器的半导体衬底的主表面取向的X轴方向和Y轴方向上。图1中图示的X轴方向是沿形成固态图像传感器的半导体衬底的主表面的方向，并且是沿像素PE被排列在其上的行方向的方向。另一方面，沿半导体衬底的主表面取向的并且以直角与X轴方向交叉的Y轴方向是沿像素PE被排列在其上的列方向的方向。即，像素PE被布置为以矩阵图案来排列。
像素PE中的每个根据发出的光的强度来生成信号。行选择电路RC选择行单元中的像素PE。由行选择电路RC选择的像素PE中的每个将所生成的信号输出到稍后描述的输出线OL(参见图6)。读出电路CC1和CC2被布置为在Y轴方向上彼此面对从而将像素阵列部件PEA插设在其之间。读出电路CC1和CC2中的每个从像素PE读取被输出到输出线OL的信号，并将其输出到输出电路OC。存储器电路MC是用于临时地存储从输出线OL输出的上述信号的存储部件。
读出电路CC1读取像素PE的一半的信号，这一半靠近读出电路CC1，而读出电路CC2读取像素PE的剩余一半的信号，剩余一半靠近读出电路CC2。输出电路OC将像素PE的信号输出到固态图像传感器的外部，信号已经由读出电路CC1和CC2读取。控制电路COC以集成的方式管理整个固态图像传感器的操作，并且控制固态图像传感器中的其他组件的操作。存储器电路MC被用于通过存储从两个光电二极管中的一个输出的信号来测量从像素PE中的两个光电二极管中的每个输出的电荷的幅值。
图2图示了其中八个像素PE被排列在像素阵列部件PEA(参见图1)中，每个像素PE覆盖平面视图中的一个微透镜ML。即，每个像素PE具有一个微透镜ML。在本文中，微透镜ML的轮廓由虚线图示。在被排列在行方向和列方向上的像素PE，在列方向(Y轴方向)上与彼此相邻的两个像素PE由有源区耦合到彼此，如图2所示。换言之，两个像素PE共享浮动扩散电容部件FD，即传输晶体管的漏极区。
在Y方向上与彼此相邻并且与彼此共享浮动扩散电容部件FD的两个像素PE分别具有相对于例如在X方向上延伸的轴与彼此线对称的布局。
图3图示了在像素阵列部件PEA中一个像素PE覆盖平面视图中的一个微透镜ML(参见图1)。在本文中，微透镜ML的轮廓由虚线图示。额外地，在平面视图中覆盖栅极电极GE1的有源区的轮廓和半导体区CH1和CH2的轮廓由虚线图示。额外地，为了容易理解半导体区CH1和CH2分别被形成的位置，其中阴影线被添加到其中半导体区CH1和CH2分别被形成的区。图3图示了光电二极管、在其外围处的晶体管、等等，但是未图示被提供在它们上的层间绝缘薄膜、导线、微透镜、等等。
一个像素PE的面积的大多数由包括被形成在半导体衬底SB的上表面(参见图4)上的光电二极管PD1和PD2的光接收部件占据。外围晶体管被布置在光接收部件周围，并且光接收部件中的有源区AR和外围晶体管的各自的有源区的外围由元件隔离区EI包围。重置晶体管RST、放大器晶体管AMI和选择晶体管SEL是被形成在像素PE中的外围晶体管。
光接收部件中的有源区AR在平面视图中具有矩形形状。在有源区AR中，光电二极管PD1和PD2被布置为被排列在X轴方向上。光电二极管PD1和PD2被形成为与彼此分隔开，并且它们中的每个在平面视图中具有矩形形状。然而，光电二极管PD1和PD2在平面视图中不具有彼此相等的面积，并且光电二极管PD1的面积大于光电二极管PD2的面积。因此，光电二极管PD1和PD2的形状在平面视图中与彼此不同，但是它们在像素PE中既没有处在线对称关系中也没有处在点对称关系中。
每个外围晶体管被形成在相同的有源区中，并且有源区元件在X轴方向上沿光接收部件中的有源区AR的一侧延伸。额外地，其源极区是有源区AR中的光电二极管PD1的传输晶体管TX1和其源极区是有源区AR中的光电二极管PD2的传输晶体管TX2沿有源区AR的另一侧被形成，外围晶体管不与该侧相邻。
当转变到接通状态时，传输晶体管TX1将在光电二极管PD1中生成的电荷L1传输到浮动扩散电容部件FD。当转变到接通状态时，传输晶体管TX2将在光电二极管PD2中生成的电荷L2传输到浮动扩散电容部件FD。
每个外围晶体管具有在Y轴方向上延伸的栅极电极GE。传输晶体管TX1和传输晶体管TX2中的每个具有在X轴方向上延伸的栅极电极GE1。当前实施例的主要特性在于各自的传输晶体管TX1和TX2共享一个栅极电极GE1。因此，各自的传输晶体管TX1和TX2通过使用电耦合到栅极电极GE1的相同的导线来控制。栅极电极GE和GE1中的每个包括例如多晶硅，并且经由栅极绝缘薄膜FG被形成在半导体衬底之上(参见图5)。栅极电极GE1与具有矩形平面形状的光电二极管PD1的一侧相邻，并且沿该一侧延伸。
浮动扩散电容部件FD被形成在有源区AR中。因为浮动扩散电容部件FD处于电浮动状态中，存储在其中的电荷被保持，除非重置晶体管RST被操作。
在外围晶体管被形成的有源区中，重置晶体管RST、放大器晶体管AMI和选择晶体管SEL被布置为被顺序地排列在X轴方向上。重置晶体管RST和放大器晶体管AMI共享它们的漏极区。额外地，重置晶体管RST的源极区被耦合到各自的传输晶体管TX1和TX2的漏极区，即被耦合到浮动扩散电容部件FD。放大器晶体管AMI的源极区用作选择晶体管SEL的漏极区。选择晶体管SEL的源极区被耦合到输出线OL(参见图6)。
各自的传输晶体管TX1和TX2的漏极区、选择晶体管SEL的源极区、重置晶体管RST的源极区和放大器晶体管AMI的漏极区中的全部是被形成在半导体衬底的主表面上的N+型半导体区。接触插头CP被耦合到各自的半导体区的上表面。接触插头CP还被耦合到各自的栅极电极GE和GE1的上表面。经由层间绝缘薄膜(未示出)被形成在半导体衬底之上的导线(未示出)被耦合到每个接触插头CP的上表面。
尽管未示出，但是为接地电位GND(参见图6)被应用到其的半导体区的衬底接触部件被布置在每个像素PE中的半导体衬底的主表面上从而从元件隔离区EI被暴露。在半导体衬底的上表面之上的阱的电位通过经由接触插头将接地电位应用到衬底接触部件而被固定为0V，其中可以防止外围晶体管的阈值电压中的变化出现。
被排列在为光接收部件的有源区AR中的X方向上的光电二极管(第一光接收元件)PD1和光电二极管(第二光接收元件)PD2中的每个是在Y轴方向上延伸的半导体元件。即，光电二极管PD1和PD2中的每个的纵向方向沿Y轴方向被取向。
如稍后所描述的，光电二极管PD1包括被形成在半导体衬底的主表面上的n-型半导体区N1和为p-型半导体区的阱区WL。类似地，光电二极管PD2包括被形成在半导体衬底的主表面上的n-型半导体区N2和阱区WL。可以认为，为图3中图示的光接收元件的光电二极管PD1和PD2被分别形成在n-型半导体区N1和N2被分别形成的区中。在有源区AR中，p-型阱区WL被形成在n-型半导体区N1和N2被分别形成的区中的每个周围。P型杂质(例如，B(硼))被引入到阱区WL中。
有源区AR在平面视图中具有矩形形状，但是两个突出部件被形成在矩形形状的四个边中的一个处，突出部件被一起耦合在所延伸的位置处。即，有源区AR具有包括这些突出部件和光接收部件的矩形图案的圆形平面形状。元件隔离区EI被形成在圆形平面形状内部。为各自的传输晶体管TX1和TX2的漏极区的浮动扩散电容部件FD被形成在这些突出部件中。额外地，一个栅极电极GE1被布置为伸展在两个突出部件正上方。
N型杂质(例如，砷(As)或P(磷))被引入到各自的n-型半导体区N1和N2中。然而，各自的n-型半导体区N1和N2的杂质浓度彼此不相等。n-型半导体区N1的的n-型杂质浓度小于n-型半导体区N2的n-型杂质浓度。因此，光电二极管PD1的每单位体积的饱和电子的数量小于光电二极管PD2的每单位体积的饱和电子的数量。额外地，由传输晶体管TX1完全地传输光电二极管PD1中的电位需要的耗尽电位小于由传输晶体管TX2完全地传输光电二极管PD2中的电位需要的耗尽电位。
n-型半导体区N1和N2在X轴方向上的宽度与彼此不同。尽管各自的n-型半导体区N1和N2在Y轴方向上的长度彼此相等，但是n-型半导体区N1在X轴方向上的长度大于n-型半导体区N2在X轴方向上的长度。因此，n-型半导体区N1和N2的面积彼此不相等，并且n-型半导体区N1的面积大于n-型半导体区N2的面积。
p型杂质(例如，B(硼))已经被引入到其中的p型半导体区CH1被形成在位于以下的区中：位于在形成光电二极管PD1的n-型半导体区N1和浮动扩散电容部件FD之间的有源区AR的上表面之上；以及位于半导体衬底的上表面之上、栅极电极GE1正下方。即，半导体区CH1被形成在传输晶体管TX1的沟道区中。
p型杂质(例如，B(硼))已经被引入到其中的p型半导体区CH2被形成在位于以下的区中：位于在形成光电二极管PD2的n-型半导体区N2和浮动扩散电容部件FD之间的有源区AR的上表面之上；以及位于半导体衬底的上表面之上、栅极电极GE1正下方。即，半导体区CH2被形成在传输晶体管TX2的沟道区中。各自的半导体区CH1和CH2的p型杂质浓度大于阱区WL的p型杂质浓度。
半导体区CH1的p型杂质浓度小于半导体区CH2的p型杂质浓度。因此，传输晶体管TX1的阈值电压小于传输晶体管TX2的阈值电压。即，传输晶体管TX1和TX2共享相同的栅极电极GE1，但是传输晶体管TX1可以通过将要被应用到栅极电极GE1的栅极电压控制为低而仅仅被转变为接通状态而传输晶体管TX2被维持处于断开状态中。
因此，不总是发生的是，当电位被应用到栅极电极GE1时，传输晶体管TX1和TX2两者不必被转变为接通状态，使得各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷被传输到浮动扩散电容部件FD。即，光电二极管PD1中的电荷可以仅仅通过将预定电位应用到栅极电极GE1而被传输到浮动扩散电容部件FD；并且其后，光电二极管PD2中的电荷可以通过将较高的电位应用到栅极电极GE1而被传输到浮动扩散电容部件FD。
被应用到栅极电极GE1的电位的值(在其处传输晶体管TX1被接通而传输晶体管TX2不被接通)大于光电二极管PD1的耗尽电位并且小于光电二极管PD2的耗尽电位。被应用到栅极电极GE1的电位的值(在其处传输晶体管TX2被接通)大于各自的光电二极管PD1和PD2的耗尽电位。
在本文中，当电位被应用到栅极电极GE1以便接通传输晶体管TX2时，传输晶体管TX1也被转变为接通状态；然而，光电二极管PD1中的电荷已经在那之前被完全传输，并且因此甚至当传输晶体管TX2被接通时电位也不会从光电二极管PD1被传输到浮动扩散电容部件FD。
在当前实施例中，在多个光电二极管被形成在一个像素中的情况下，光电二极管中的每个中的电荷通过使用栅极电极而被个体地传输，栅极电极的数量小于像素中的光电二极管的数量，如以上所描述的。
图4是沿一个像素PE中的光电二极管PD1和PD2被排列在其上的方向获取的截面视图，该视图包括光电二极管PD1和PD2。在图4和要在下面的描述中被使用的截面视图中，未图示在被层压在半导体衬底SB上的多个层间绝缘薄膜之间的边界。
如图4所示，p-类型阱区WL被形成在包括n型单晶硅等等的半导体衬底SB的上表面之上。用于将有源区AR和其他有源区划分开的元件隔离区EI被形成在阱区WL上。元件隔离区EI包括例如氧化硅薄膜并且被嵌入在被形成在半导体衬底SB的上表面之上的沟槽中。
n-型半导体区N1和N2被形成为在阱区WL的上表面之上与彼此分隔开。形成n-型半导体区N1和pn结的阱区WL用作光电二极管PD1的阳极。形成n-型半导体区N2和pn结的阱区WL用作光电二极管PD2的阳极。n-型半导体区N1和n-型半导体区N2被提供在被插设在元件隔离区EI之间的一个有源区AR中。
因此，包括n-型半导体区N1和阱区WL的光电二极管PD1和包括n-型半导体区N2和阱区WL的光电二极管PD2被形成在被形成在该像素中的有源区AR中。有源区AR中的光电二极管PD1和PD2被布置为被排列从而将其中阱区WL被暴露在半导体衬底SB的上表面之上的区插设在其之间。
n-型半导体区N1和N2的形成深度比阱区WL的形成深度浅。额外地，半导体衬底SB的上表面之上的沟槽的深度比n-型半导体区N1和N2的形成深度浅，元件隔离区EI被嵌入到沟槽中。
层间绝缘薄膜IL被形成在半导体衬底SB上从而覆盖元件隔离区EI和光电二极管PD1和PD2。层间绝缘薄膜IL是多个绝缘薄膜被层压到其中的层压薄膜。多个导线层被层压在层间绝缘薄膜IL中，利用层间绝缘薄膜IL覆盖的导线M1被形成在最下面的导线层。导线M2经由层间绝缘薄膜IL被形成在导线M1上，并且导线M3经由层间绝缘薄膜IL被形成在导线M2上。滤色器CF被形成在层间绝缘薄膜IL上面，并且微透镜ML被形成在滤色器CF上。在固态图像传感器的操作期间，经由微透镜ML和滤色器CF将光发射到光电二极管PD1和PD2。
没有导线被形成在包括光电二极管PD1和PD2的有源区AR正上方。这是因为防止光电二极管PD1和PD2被从利用导线阻挡的微透镜ML进入的光辐照。此外，通过将导线M1到M3布置在除了有源区AR的区中防止在外围晶体管、等等被形成的有源区中的光电转换的发生。
在本文中，导线被图示在图4的右边和左边两者，但是一个导线系统足以控制像素PE中的传输晶体管TX1和TX2(参见图3)，因为传输晶体管TX1和TX2可以由一个栅极电极GE1控制(参见图3)。即，为了分别通过操作传输晶体管TX1和TX2来将各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷传输，没有必要提供用于分别控制光电二极管PD1和PD2的并且与彼此电绝缘的两个导线。
因此，例如，在视图的右边的导线M1到M3被用于控制传输晶体管TX1和TX2，并且在其坐标的导线M1到M3可以被用于其他应用。即，导线的数量可以与其中传输晶体管TX1和TX2由与彼此绝缘的单独的线分别控制的情况相比被减少。
图5是沿一个像素PE中的栅极电极GE1被排列在其上的方向获取的截面视图，该视图包括栅极电极GE1以及半导体区CH1和CH2。如图5所示，用于将有源区AR和其他有源区划分开的元件隔离区EI被形成在阱区WL上。栅极电极GE1经由栅极绝缘薄膜GF被形成在有源区AR中的半导体衬底SB的主表面上。栅极绝缘薄膜GF包括例如氧化硅薄膜。
半导体区CH1和CH2被形成为在阱区WL的上表面之上与彼此分隔开。沟槽被形成在半导体衬底SB的主表面上、在半导体区CH1和CH2之间，使得元件隔离区EI被形成在沟槽中。与彼此分隔开的各自的半导体区CH1和CH2的上表面利用栅极绝缘薄膜GF和栅极绝缘薄膜GF上的一个栅极电极GE1来覆盖。半导体区CH1和CH2的形成深度比n-型半导体区N1和N2的形成深度浅(参见图4)，并且比元件隔离区EI的底部表面浅。
随后，在图6中图示了一个像素的电路视图。图6是图示了根据当前实施例的半导体器件的等效电路视图。图1中图示的像素PE中的每个具有图6中图示的电路。如图6所示，像素具有：光电二极管PD1和PD2，其每个执行光电转换；传输晶体管TX1，其用于将在光电二极管PD1生成的电荷传输；以及传输晶体管TX2，其用于将在光电二极管PD2生成的电荷传输。像素还具有：浮动扩散电容部件FD，其用于存储从传输晶体管TX1和TX2传输的电荷；以及放大器晶体管AMI，其用于放大浮动扩散电容部件FD的电位。像素还包括：选择晶体管SEL，其用于选择由放大器晶体管放大的电位是否被输出到耦合到读出电路CC1和CC2中的一个的输出线OL(参见图1)；以及重置晶体管RST，其用于将光电二极管PD1和PD2的阴极两者和浮动扩散电容部件FD的电位初始化为预定电位。传输晶体管TX1和TX2、重置晶体管RST、放大器晶体管AMI和选择晶体管SEL中的每个例如为n型MOS晶体管。
接地电位GND、负电源电位被应用到各自的光电二极管PD1和PD2的阳极。光电二极管PD1的阴极被耦合到传输晶体管TX1的源极。光电二极管PD2的阴极被耦合到传输晶体管TX2的源极。为电荷检测部件的浮动扩散电容部件FD被耦合到：各自的传输晶体管TX1和TX2的漏极；重置晶体管RST的源极；以及放大器晶体管AMI的栅极。
正电源电位VCC被应用到重置晶体管RST的漏极和放大器晶体管AMI的漏极。放大器晶体管AMI的源极被耦合到选择晶体管SEL的漏极。选择晶体管SEL的源极被耦合到耦合到读出电路CC1和CC2中的一个的输出线OL。
在本文中，各自的传输晶体管TX1和TX2的栅极电极被电耦合在一起。然而，因为传输晶体管TX1的阈值电压小于传输晶体管TX2的阈值电压，所以传输晶体管TX1可以通过将被应用到栅极电极GE1的栅极电压控制为相对低而仅仅被转变为接通状态，而传输晶体管TX2被维持为处于断开状态。即，各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷可以被个体地传输到浮动扩散电容部件FD。
随后，将参考图6中图示的一个像素的电路视图描述根据当前实施例的半导体器件的操作。作为固态图像传感器的操作，可以引用成像操作和自动对焦操作。
将首先描述要在执行成像时被执行的像素的操作。在这种情况下，传输晶体管TX1和TX2以及重置晶体管RST中的全部首先通过将预定电位应用到传输晶体管TX1和TX2以及重置晶体管RST的栅极电极而被转变为接通状态。由此，光电二极管PD1和PD2中剩余的电荷和存储在浮动扩散电容部件FD中的电荷朝向正电源电位VCC流动，并且光电二极管PD1和PD2中的每个和浮动扩散电容部件FD中的电荷被初始化。其后，重置晶体管RST被转变为断开状态。
随后，入射光被发射到光电二极管PD1和PD2的pn结，使得在光电二极管PD1和PD2中的每个中发生光电转换。结果，在光电二极管PD1中生成电荷L1，并且在光电二极管PD2中生成电荷R1。因此，光电二极管PD1和PD2是光接收元件，在其中的每个中通过光电转换根据入射光的量的信号电荷被生成在其中，即光电二极管PD1和PD2是光电转换元件。
随后，这些电荷被传输到浮动扩散电容部件FD。在成像操作中，像素PE中的两个光电二极管PD1和PD2通过将它们认为是一个光电转换部件来操作，并且因此各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷通过被合成为一个信号来读取。即，在成像操作中，在各自的两个光电二极管PD1和PD2中生成的电荷信号被添加并被获得为一片像素信息。
因此，没有必要分别读取各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷。在本文中，电荷L1和R1通过将一电压应用到栅极电极而被传输到浮动扩散电容部件FD，在该电压处传输晶体管TX1和TX2的栅极电极被转变为接通状态。由此，浮动扩散电容部件FD存储从光电二极管PD1和PD2传输的电荷。由此，改变浮动扩散电容部件FD的电位。
随后，浮动扩散电容部件FD的改变的电位由放大器晶体管AMI放大，并且与浮动扩散电容部件FD的电位中的变化相对应的电信号通过将选择晶体管SEL转变为接通状态而被输出到输出线OL。即，由放大器晶体管AMI输出的电信号通过操作选择晶体管SEL而被输出到外部。由此，读出电路CC1和CC2中的一个(参见图1)读取输出线OL的电位。
随后，将描述要在执行图像表面相位差自动对焦时被执行的像素的操作。在为根据当前实施例的半导体器件的固态图像传感器中，多个光电转换部件(例如，光电二极管)被提供在一个像素中。光电二极管为何因此被提供在像素中的原因在于当固态图像传感器被使用在具有图像表面相位差自动对焦检测系统的数字相机中时，可以改进自动对焦的准确度和速度。
在这样的数字相机中，当处于对焦时，来自一个对象的成像输出原则上在像素中的各自的两个光电二极管中变得彼此相同。另一方面，当未对焦和焦点未对准时，引起在由像素中的一个光电二极管检测到的信号的幅值与由另一光电二极管检测到的信号的幅值之间的间隙。在图像表面相位差自动对焦检测操作中，通过根据在从两个光电二极管获得的信号之间的间隙的量(即根据相位差)来计算自动对焦需要的透镜的驱动量来在短时间内实现自动对焦。
如以上所描述的，当多个光电二极管被提供在像素中时，大量优良光电二极管可以被形成在固态图像传感器中，并且因此可以改进自动对焦的准确度。因此，在执行自动对焦时，有必要分别读取像素中的各自的光电二极管中生成的电荷，不像上述成像操作。
在用于自动对焦检测的操作中，传输晶体管TX1和TX2以及重置晶体管RST中的全部首先通过将预定电位应用到它们的栅极电极而被转变为接通状态。由此，光电二极管PD1和PD2以及浮动扩散电容部件FD中的电荷被初始化。其后，重置晶体管RST被转变为断开状态。
随后，在光电二极管PD1和PD2中的每个中发生光电转换，其中它们的pn结利用入射光来辐照。结果，在各自的光电二极管PD1和PD2中生成电荷。即，在光电二极管PD1中生成电荷L1，并且光电二极管PD2中生成电荷R1。
随后，这些电荷中的一个被传输到浮动扩散电容部件FD。在本文中，光电二极管PD1中的电荷L1通过接通传输晶体管TX1而被读取到浮动扩散电容部件FD，由此允许浮动扩散电容部件FD的电位被改变。在这种情况下，电位被应用到由传输晶体管TX1和TX2共享的栅极电极，但是有必要应用具有一幅值的电位，在该幅值处传输晶体管TX1被转变为接通状态并且传输晶体管TX2不被转变为接通状态。
其后，浮动扩散电容部件FD的改变的电位由放大器晶体管AMI放大，并且之后其通过将选择晶体管SEL转变为接通状态而被输出到输出线OL。即，与为电荷检测部件的浮动扩散电容部件FD的电位中的变化相对应的电信号由放大器晶体管AMI放大并被输出。由此，读出电路CC1和CC2中的一个(参见图1)读取输出线OL的电位。因此读取电荷L1，即信号L1被存储存储器电路MC(参见图1)中。
此时，在光电二极管PD1中生成的电荷L1保持在浮动扩散电容部件FD中，并且浮动扩散电容部件FD的电位被维持在被改变的一个处。光电二极管PD2中的电荷R1尚未被传输。
随后，光电二极管PD2中的电荷R1通过接通传输晶体管TX2而被读取到浮动扩散电容部件FD，由此允许浮动扩散电容部件FD的电位被进一步改变。当传输晶体管TX2被接通时，传输晶体管TX1也被接通，并且因此在光电二极管PD1和PD2两者中的电荷可以被合成并被传输。在本文中，然而，光电二极管PD1中的电荷L1已经被传输，并且因此仅仅光电二极管PD2中的电荷R1被传输到浮动扩散电容部件FD。
由此，在浮动扩散电容部件FD中，通过将原先已经被存储的光电二极管PD1中的电荷L1和其后已经被传输的光电二极管PD2中的电荷R1合成获得的电荷被存储。即，电荷L1+R1被存储在浮动扩散电容部件FD中。
其后，浮动扩散电容部件FD的改变的电位由放大器晶体管AMI放大，并且之后其通过将选择晶体管SEL转变为接通状态而被输出到输出线OL。由此，读出电路CC1和CC2中的一个(参见图1)读取输出线OL的电位。为了根据已经由此读取的电荷L1+R1来计算在光电二极管PD2中生成的电荷R1，执行下面的计算。即，将存储在存储器电路MC(参见图1)中的电荷L1的值从电荷L1+R1的值中减去。由此，可以读取光电二极管PD2中的电荷R1。例如在控制电路COC(参见图1)中执行这样的计算。
随后，通过根据在由像素阵列部件PEA(参见图1)中的每个像素PE中的各自的光电二极管PD1和PD2检测到的信号L1和R1之间的间隙的量(即，根据相位差)计算对焦需要的透镜的驱动量来检测自动对焦点。
备选地，当各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷被顺序读取时，如以上所描述的，要首先被读取的目标可以是光电二极管PD2中的电荷R1，并且光电二极管PD1中的电荷L1可以之后被读取。
备选地，作为要在执行自动对焦时执行的另一操作，可以考虑一种方法，其中省略用于根据合成电荷L1+R1来计算电荷R1的操作。即光电二极管PD2中的电荷R1可以以下面的方式来独立地读取：传输晶体管TX1被首先接通使得电荷L1被读取并被存储在存储器电路MC中；通过接通重置晶体管RST来重置浮动扩散电容部件FD；并且传输晶体管TX2之后被接通。此外，在这种情况下，有必要将电荷L1存储到存储器电路MC(参见图1)中，但是电荷L1和电荷R1可以在不执行如以上所描述的计算的情况下独立地被读取。
在成像操作和自动对焦操作中，具体地，传输晶体管TX1和TX2的操作与彼此不同，如以上所描述的。在自动对焦操作中，有必要顺序地将传输晶体管TX1和TX2转变为接通状态，但是在成像操作中，仅仅有必要将两个传输晶体管TX1和TX2转变为接通状态。
当根据当前实施例的固态图像传感器被使用在数字相机中时，在捕捉静态图片或移动图片中执行上述成像操作。在捕捉移动图片时，在每个像素中执行自动对焦操作连同成像操作。
随后，将参考图31中示出的电位结构视图来描述根据当前实施例的半导体器件中的传输操作。图31是图示了根据实施例的半导体器件中的传输操作的电位结构视图。在图31中，电位当位于视图中的较下位置处时比当位于较上部分处时深。即，视图中的处置轴表示电位，并且电位当位于视图中的较下位置处时较低。换言之，电位的电压设置值当位于视图中的较下位置处时较大。
当电荷被存储在各自的光电二极管PD1和PD2中时出现的电位被图示在视图的左边。传输晶体管TX1和TX2(参见图3)处于接通状态和断开状态时出现的电位被图示在视图的中间。在电荷已经被传输到其的浮动扩散电容部件中出现的电位被图示在视图的右边。在本文中，光电二极管PD1和PD2的电位是指将存储在各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷完全传输(即传输到耗尽电位)需要的电压。
如图31所示，当传输晶体管TX1(参见图3)处于断开状态中时，即使电荷被存储在光电二极管PD1中，其电位Toff高于光电二极管PD1的电位，并且因此电位Toff用作屏障，使得电荷不会朝向浮动扩散电容部件移动。即，为了通过接通传输晶体管TX1的栅极电极将电荷从光电二极管PD1传输到浮动扩散电容部件，有必要设置阈值电压使得栅极电极通过一电位接通，该电位低于针对在栅极电压正下方的光电二极管PD1设置的耗尽电位。
在本文中，当传输晶体管TX1被转变为接通状态时，传输晶体管TX1的电位Txa变得比光电二极管PD1的电位低，并且因此存储在光电二极管PD1中的电荷移动到浮动扩散电容部件，使得电荷被存储在其中作为电位FD1。
然而，形成光电二极管PD2的n-型半导体区N2(参见图3)的杂质浓度大于形成光电二极管PD1的n-型半导体区N1(参见图3)的杂质浓度，并且因此光电二极管PD2的电位低于光电二极管PD1的电位和在接通状态中的传输晶体管TX1的电位Txa。因此，光电二极管PD2中的电荷甚至当传输晶体管TX1被接通时也不会移动到浮动扩散电容部件。
随后，当传输晶体管TX2被转变为接通状态时，电位Txb变得比光电二极管PD2的电位深，并且因此存储在光电二极管PD2中的电荷移动到浮动扩散电容部件，使得电荷被存储在其中作为电位FD2。
在本文中，电位FD2是处于其中光电二极管PD1中的电荷和光电二极管PD2中的电荷被存储在浮动扩散电容部件中的电荷的状态的电位。当电位FD2变得比电位Txb高时，光电二极管PD1和PD2中的所有电荷不可以被传输到浮动扩散电容部件。因此，需要浮动扩散电容部件具有在其中光电二极管PD1和PD2两者中的电荷都能够被保持的程度上的电位深度。浮动扩散电容部件的电位深度可以通过要被引入到其中的n型杂质的浓度来调节。然而，从防止出现噪声的视角，优选的是，浮动扩散电容部件FD(参见图3)的面积尽可能小并且还有电位深度较浅。
如以上所描述的，可能的是，当光电二极管PD1中的电荷被传输到浮动扩散电容部件之后，光电二极管PD2中的电荷被添加到其，但是可以可能的是：当光电二极管PD1中的电荷被传输到浮动扩散电容部件并被读取之后，在浮动扩散电容部件中的电荷被再次重置；并且之后光电二极管PD2中的电荷被传输到浮动扩散电容部件。
随后，将通过使用图29中图示的可比较示例来描述根据当前实施例的半导体器件的优点。图29是图示了形成可比较示例的半导体器件的像素的平面视图。
在图29中图示的像素PEX中，传输晶体管TX1的栅极电极G1和传输晶体管TX2的栅极电极G2被单独地提供，并且半导体区CH1和CH2(参见图3)未被形成。额外地，n-型半导体区N1和N2分别具有与彼此线对称的布局，并且各自的n-型半导体区N1和N2的杂质浓度彼此相等。在可比较示例的像素PEX中，除了上述特征的其他结构与根据参考图3、等等描述的当前实施例的像素PE的结构相似。
即，在可比较示例中，各自的n-型半导体区N1和N2的面积彼此相等，并且各自的光电二极管PD1和PD2的耗尽电位彼此相等，并且各自的传输晶体管TX1和TX2的阈值电压彼此相等。在本文中，单独的导线(未示出)经由接触插头CP被耦合到各自的栅极电极G1和G2的上表面。因此，能够通过使用两个导线系统在分开的时机将电位分别应用到栅极电极G1和G2，并且因此可以个体地控制传输晶体管TX1和TX2。
在具有这样的可比较示例的像素PEX的固态图像传感器中，引起如下面所描述的问题。
即，在一个像素中具有两个光电二极管的固态图像传感器中，有必要提供耦合到各自的光电二极管的两个传输晶体管。在这种情况下，可以认为，形成各自的两个传输晶体管TX1和TX2的并且与彼此电绝缘的栅极电极G1和G2被形成为在图29中图示的可比较示例的像素PEX中。在这种情况下，右臂要提供用于控制栅极电极G1的导线(未图示)和用于控制栅极电极G2的导线(未图示)。
当可比较示例的半导体器件是其中接收从半导体衬底的主表面的一侧发射的光的固态图像传感器(正面照明类型的固态图像传感器)时，有必要在其中导线在平面视图中不交叠的位置处形成导线，即形成在被排列在像素阵列部件中的像素之间的区正上方，以便防止发射的光被导线阻挡。
当两个光电二极管PD1和PD2由此被提供在像素PEX中时，传输晶体管的数量与其中仅仅一个光电二极管被提供在像素中的情况相比较加倍。额外地，当两个传输晶体管TX1和TX2旨在由与彼此隔离的两个栅极电极G1和G2控制时，针对传输晶体管的控制导线的数量也与其中仅仅一个光电二极管被提供在像素中的情况相比较加倍。
在本文中，有必要确保控制导线要被布置的区安全，但是当导线被布置在光接收部件正上方时，引起问题，其中灵敏度可能降低，并且因此需要将控制导线布置在相邻像素PEX之间。因此，当两个传输晶体管TX1和TX2由与彼此隔离的两个栅极电极G1和G2控制时，引起问题，其中可能难以减小在多个像素中的两个之间的间隔。
额外地，引起：可能由于导线的增加而增加的功率消耗的问题；光可能被导线阻挡的问题；等等。当入射光被增加的导线阻挡时，要被发射到光电二极管PD1和PD2的光的量被减少，并且因此引起问题，其中像素PEX的灵敏度可能由于像素PEX中的光接收部件的孔径比率的减小而减小。额外地，当光被导线阻挡时，在图像表面相位差自动对焦操作中准确地检测在从各自的光电二极管PD1和PD2获得的信号之间的间隙的量变得困难，并且因此引起问题，其中自动对焦的速度和准确度可能被减低。
额外地，在一个像素PEX中具有光电二极管PD1和PD2的固态图像传感器中，如在可比较示例中，可以认为，在被布置为与各自的光电二极管PD1和PD2相邻的并且与彼此隔离的各自的栅极电极G1和G2的X轴方向上的宽度可以被减小。在这种情况下，因为各自的栅极电极G1和G2的宽度很小，所以存在如下忧虑：通过使用传输晶体管来传输光电二极管中的上述改变的能力可能被降低。
在相对小的数字相机中，固态图像传感器中的像素的面积很小并且需要使在像素之间的间隔很小，并且因此上述问题尤其变得显著。甚至在BSI类型的固态图像传感器的情况下，引起问题，其中充电放电电流可以由于控制导线的增加而增加，由此增加功率消耗。
另一方面，在根据当前实施例的半导体器件中，耦合到一个像素PE中的各自的光电二极管PD1和PD2的各自的传输晶体管TX1和TX2的栅极电极由一个栅极电极GE1形成，如图3所示。因此，传输晶体管TX1和TX2可以通过使用一个控制导线操作。本文中描述的一个控制导线是指一个导线系统，其包括通过通孔等等电耦合在一起的多层导线，而不是被形成在预定层中的一层导线。
即，像素中的光电二极管和传输晶体管的各自的数量在当前实施例中与其中仅仅一个光电二极管被形成在像素中的固态图像传感器相比加倍；然而，可以防止针对传输晶体管的控制导线的增加。因此，可以防止导线的数量的增加，并且因此减小在相邻像素之间的间隔变得容易同时防止导线的光阻挡的发生。
因此，可以在正面照明类型的固态图像传感器中防止像素的灵敏度特性恶化。另外，在像素之间的间隔可以被减小，并且因此可以实现半导体器件的微型化、固态图像传感器中的更高的像素强度、光接收部件的孔径比率的增加以及像素的灵敏度特性的改进。另外，固态图像传感器的功率消耗的增加可以通过防止导线的数量的增加来防止。因此，可以改进半导体器件的性能。在BSI类型的固态图像传感器中，可以防止功率消耗的增加。
额外地，在当前实施例中可以能够进行的是：采用如下配置，其中传输晶体管的栅极电极的数量相对于光电二极管的数量小；并且像素中的各自的两个光电二极管中的电荷与彼此分开地被读取。这可以通过在图3中图示的各自的传输晶体管TX1和TX2的沟道区中形成半导体区CH1和CH2来实现，半导体区CH1和CH2的杂质浓度与彼此不同，由此创建在各自的传输晶体管TX1和TX2的阈值电压的幅值之间的差异。因此，各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷可以通过控制被应用到栅极电极GE1的电位来顺序地检测。
额外地，在像素PE中具有光电二极管PD1和PD2的固态图像传感器中，与光电二极管PD1和PD2相邻的栅极电极GE1在没有被分开的情况下延伸，并且因此可以防止在各自的传输晶体管TX1和TX2的栅极电极GE1在X轴方向上的宽度降低。因此，可以防止通过使用传输晶体管TX1和TX2来传输各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷的能力降低。
在本文中，当像素中的各自的两个传输晶体管的阈值电压与彼此不同时，可能存在如下情况，其中各自的两个光电二极管的耗尽电位需要被改变以便将各自的光电二极管中的电荷完全传输。因此，在当前实施例中，n-型半导体区N1的n型杂质浓度被设置为小于n-型半导体区N2的n型杂质浓度。
因此，光电二极管PD1的每单位体积的饱和电子的数量小于光电二极管PD2的每单位体积的饱和电子的数量，并且光电二极管PD1的耗尽电位小于光电二极管PD2的耗尽电位。由此，当各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷旨在被传输时，可以防止在光电二极管PD1和PD2中剩余电荷，因为各自的传输晶体管TX1和TX2的阈值电压与彼此不同。即，可以防止对焦的速度和准确度降低，这样的降低被引起，因为准确地检测具有被生成的重置噪声等等的电荷信号变得困难。
然而，当在要被存储在各自的两个光电二极管中的电荷的数量(饱和电子的数量)之间存在差异时，已经通过光电转换生成的电荷、从光电二极管获得的电荷的量与彼此不同，甚至当处于对焦时。因此，为了准确地执行自动对焦，可以认为，鉴于在各自的两个光电二极管中的饱和电子的数量之间存在差异而执行校正，其中例如，从其饱和电子的数量较小的光电二极管获得的电荷信号被放大到相对大的水平使得从光电二极管获得的电荷信号的幅值当处于对焦时变得彼此相等。从实现电荷检测的准确度的改进、固态图像传感器的制造成本的减少、固态图像传感器的功率消耗的减少以及固态图像传感器的操作速度的改进的视角不优选执行这样的校正。
因此，在当前实施例中，使得在平面视图中获得的光电二极管PD1的面积大于在平面视图中获得的光电二极管PD2的面积。通过由此创建在光电二极管PD1和PD2的面积和形状之间的差异，可以使得光电二极管PD1和PD2的饱和电子的数量彼此相等，同时其每单位体积的饱和电子的数量被维持为与彼此不同。
当两个光电二极管PD1和PD2中的电荷通过使用一个栅极电极GE1来传输时，如以上所描述的，不总是必须全部采用关于光电二极管PD1和PD2的配置，该配置包括：创建在沟道区的p型杂质浓度之间的差异；创建在n型杂质浓度之间的差异；并且创建在面积之间的差异。
即，即使不提供其p型杂质浓度与彼此不同的半导体区CH1和CH2，例如，也可以存在如下情况：其中当光电二极管PD1和PD2的面积或n型杂质浓度与彼此不同时生成在各自的传输晶体管TX1和TX2的阈值电压之间的差异。额外地，即使不创建在各自的光电二极管PD1和PD2的n型杂质浓度之间的差异，也可以存在如下情况：其中各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷可以被完全传输，或者其中，即使它们不能够被完全传输，在光电二极管PD1和PD2中剩余的电荷也在它们可以被忽略的程度上足够小。在这些情况下，可以存在如下情况：其中不必创建在各自的光电二极管PD1和PD2的n型杂质浓度之间的差异；或者其中不必创建在各自的光电二极管PD1和PD2的面积之间的差异。
然而，难以通过在不形成半导体区CH1和CH2的情况下创建在各自的光电二极管PD1和PD2的面积之间的差异来准确地控制各自的传输晶体管TX1和TX2的阈值电压。即，各自的光电二极管PD1和PD2的面积很大，并且因此难以通过将许多TEG(测试元件组)形成在固态图像传感器的部分区中来获得传输晶体管TX1和TX2的期望的阈值电压。
另一方面，当半导体区CH1和CH2被形成时，传输晶体管TX1和TX2的阈值电压由半导体区的浓度确定。因此，在不具有大面积的半导体区CH1和CH2中，不像光电二极管PD1和PD2，容易将许多TEG形成在固态图像传感器的部分区中，并且因此容易将阈值电压设置为期望的值。
在下文中，将参考图7至24描述根据当前实施例的半导体器件的制造方法。图7是图示了根据实施例的半导体器件的制造步骤的流程的视图。图8、10、12、14、16、18、22和24中的每个是用于阐明根据实施例的半导体器件的制造步骤的截面视图。图9、11、13、15、17、19至21和23中的每个是用于阐明根据实施例的半导体器件的制造步骤的平面视图。
在本文中，要被用作CMOS图像传感器中的像素实现电路的4晶体管类型像素将被描述为像素的一个示例，但是像素不应当限于此。在下文中，将通过使用平面视图来进行描述，在平面视图中的每个中，在像素的部件之中，外围晶体管、等等被省略并且仅仅主要描述光电二极管和浮动扩散电容部件。
图10、18、22和24中的每个是图示了沿图9、17、19和23中的每个中的线A-A获取的截面的视图。图12、14和16中的每个是图示了沿图11、13和15中的每个中的线B-B获取的截面的视图。在要在下面的描述中使用的平面视图中，未图示层间绝缘薄膜和光阻剂薄膜。
如图8所示，首先提供半导体衬底SB(图7中的步骤S1)。阱区WL之后被形成在半导体衬底SB的上表面之上(图7中的步骤S2)。半导体衬底SB包括例如单晶硅(Si)。阱区WL通过使用离子注入工艺等等将p型杂质(例如，B(硼))引入到半导体衬底SB的主表面中来形成。阱区WL是具有相对低的杂质浓度的p-型半导体区。
随后，沟槽被形成在半导体衬底SB的主表面中，使得元件隔离区EI被形成在沟槽中(图7中的步骤S3)，如图9和图10所示。由此，其中半导体衬底SB的上表面从元件隔离区EI暴露的区，即有源区被限定(被划分)。元件隔离区EI可以例如通过STI(浅沟槽隔离)工艺、LOCOS(硅的局部氧化)工艺、等等来形成。在本文中，元件隔离区EI通过STI工艺形成。阱区WL被形成在有源区AR中的半导体衬底的整个上表面之上。
在本文中，将描述如下情况，其中有源区AR在阱区WL被形成之后被限定，但是相反地，阱区WL可以在元件隔离区EI被形成之后来形成。在那种情况下，阱区WL通过以可以穿透有源区AR和元件隔离区EI的加速能量注入p型杂质来形成。如图10所示，元件隔离区EI的形成深度比阱区WL的底部的形成深度浅。
额外地，由元件隔离区EI包围的有源区AR具有：其中包括两个光电二极管的光接收部件将在稍后的步骤中被形成的区；以及为传输晶体管的漏极区并且电荷被存储的区的浮动扩散电容部件将被形成的区，如图9所示。光接收部件将被形成的区在平面视图中具有矩形形状，并且浮动扩散电容部件将被形成的区的两端接触光接收部件将被形成的区的四个边中的一个。即，有源区AR具有包括上述两个区的环状结构，并且元件隔离区EI被形成在由两个区包围的地方中。
换言之，浮动扩散电容部件将被形成的区具有如下形状：其中从光接收部件将被形成的区的上述一个边处的两个地方朝向元件隔离区EI突出的两个图案被一起耦合在光接收部件将被形成的区的外部。
在本文中，为浮动扩散电容部件将被形成的区的两个突出图案被耦合在一起，但是两个突出图案可以不被耦合在一起。在这种情况下，有源区AR不具有环状结构。
在本文中，为浮动扩散电容部件将被形成的区的两个突出图案中的每个朝向视图的底部延伸并被耦合到浮动扩散电容部件另一像素中的浮动扩散电容部件将被形成的区；但是各自的相邻像素中的浮动扩散电容部件被形成的区可以不被耦合在一起。
尽管未图示，但是之后执行对杂质的注入以将稍后形成的光电二极管与彼此隔离，即像素间隔离注入(图7中的步骤S4)。具体地，为p+型半导体区的像素隔离区(未图示)通过使用离子注入工艺等等将p型杂质(例如，B(硼))注入到区中而被形成在半导体衬底SB的上表面之上，该区包围位于半导体衬底SB的上表面之上的区并且光电二极管要被形成在所包围的区中。
在本文中，像素隔离区被形成在平面视图中覆盖元件隔离区EI的区中。像素隔离区被形成为比形成稍后形成的光电二极管的n-型半导体区更深。在本文中，像素隔离区被形成为从在元件隔离区EI的底表面与半导体衬底SB上表面之间的接口到阱区WL的下表面。在电子上的电位屏障通过执行像素间粒子注入而被形成在稍后形成的像素之间。由此，可以防止将电子扩散到半导体衬底中的相邻像素中，其可以改进图像传感器的灵敏度特性。
随后，为了控制稍后形成的传输晶体管的阈值电压Vth，下面的半导体区CH1和CH2通过在半导体衬底SB的主表面上执行离子注入来形成(图7中的步骤S5)。
即，在通过使用光刻技术来将光阻剂薄膜PR1形成在半导体衬底SB上之后，p-型半导体区CH1通过使用光阻剂薄膜PR1作为掩模执行离子注入而被形成在半导体衬底SB的主表面上，如图11和12所示。在本文中，半导体区CH1通过将相对低浓度的p型杂质(例如，B(硼))注入到半导体衬底SB的主表面中来形成。半导体区CH1的形成深度比元件隔离区EI的形成深度浅。
半导体区CH1由靠近在光接收部件将被形成的矩形区与上述两个突出图案中的一个之间的边界的有源区AR形成。半导体区CH1被形成的地方为：光电二极管将在稍后的步骤中被形成的区与浮动扩散电容部件将被形成的区之间的区；以及传输晶体管的栅极电极将被形成的区正下方的半导体衬底SB中的区。即，半导体区CH1被形成的地方是将用作稍后形成的第一传输晶体管的沟道区的区。其后，光阻剂薄膜PR1被移除。
随后，在通过使用光刻技术来将光阻剂薄膜PR2形成在半导体衬底SB上之后，p-型半导体区CH2通过使用光阻剂薄膜PR2作为掩模执行离子注入而被形成在半导体衬底SB的主表面上，如图13和14所示。在本文中，半导体区CH2通过将相对高浓度的p型杂质(例如，B(硼))注入到半导体衬底SB的主表面中来形成。半导体区CH2的形成深度比元件隔离区EI的形成深度浅。半导体区CH2被形成的地方是将用作稍后形成的第二传输晶体管的沟道区的区。
在上述形成示例中，各自的半导体区CH1和CH2的杂质浓度通过在将用作两个传输晶体管的沟道区的地方上选择性地执行离子注入来设置；然而，用于分别设置各自的半导体区CH1和CH2的杂质浓度的方法不限于此。例如，将用作传输晶体管中的一个的沟道区的半导体区可以通过在包括两个光电二极管形成区的整个像素区(有源区)上执行离子注入来设置；并且之后半导体区的杂质浓度可以通过使用光阻剂薄膜作为掩模执行离子注入来本地设置，光阻剂薄膜仅仅暴露将用作传输晶体管中的另一个的沟道区的地方。如以上所描述的，与参考图11至14描述的方法不同的其他方法可以被应用作为用于将两个半导体区的杂质浓度设置为与彼此不同的水平的方法。
半导体区CH2由靠近在光接收部件将被形成的矩形区与上述两个突出图案中的一个之间的边界的有源区AR形成。即，半导体区CH1被形成为邻近两个突出图案中的一个，而半导体区CH2被形成为邻近它们中的另一个。半导体区CH2被形成的地方是：光电二极管将在稍后的步骤中被形成的区与浮动扩散电容部件将被形成的区之间的区；以及传输晶体管的栅极电极将被形成的区正下方的半导体衬底SB中的区。其后，光阻剂薄膜PR2被移除。
半导体区CH1和CH2中的任一个可以被首先形成。半导体区CH1的p型杂质浓度小于半导体区CH2的p型杂质浓度。
随后，栅极电极经由栅极绝缘薄膜被形成在半导体衬底之上(图7中的步骤S6)，如图15和图16所示。在本文中，栅极电极GE1经由栅极绝缘薄膜GF由在光接收部件将被形成的区与浮动扩散电容部件将被形成的区之间的边界上的有源区AR形成。即，形成栅极电极GE1，其在从光接收部件将被形成的区的一个边处的两个地方突出的有源区AR的图案两者正上方伸展。
栅极电极GE1被形成在半导体区CH1和CH2正上方。栅极电极GE1形成稍后形成的两个传输晶体管的栅极电极。在本文中，稍后形成的外围晶体管(参见图3)的栅极电极也被形成在未图示的区中。
尽管未图示，包括诸如氧化硅薄膜或氮化硅薄膜的绝缘薄膜的侧壁之后被形成在栅极电极GE1的侧壁上。侧壁以如下的方式来形成：其中在覆盖半导体衬底SB的上表面以及栅极电极GE1的上表面和侧壁的绝缘薄膜被形成之后，通过执行干蚀刻来移除绝缘薄膜的部分，由此暴露栅极电极GE1的上表面。侧壁被自我对齐地形成以便覆盖栅极电极GE1的侧壁。
随后，包括n-型半导体区N1的光电二极管PD1和包括n-型半导体区N2的光电二极管PD2被形成在半导体衬底SB的上表面之上(图7中的步骤S7)，如图17和图18所示。即，n-型半导体区N1和N2通过使用例如离子注入工艺将n型杂质(例如，砷(As)或P(磷))诸如到半导体衬底SB的主表面中而被形成在有源区AR中光接收部件将被形成的区中。n-型半导体区N1和N2被形成以便在X轴方向上将被形成在阱区WL半导体衬底SB的主表面上的阱区WL插设在其之间。
在本文中，n-型半导体区N2在n-型半导体区N1被形成之后被形成。备选地，n-型半导体区N2可以在n-型半导体区N1之前被形成。
使用离子注入工艺的上述注入通过使用光刻技术和栅极电极GE1形成的两种光阻剂薄膜(未图示)作为掩模来执行。即，在通过使用第一光阻剂薄膜和栅极电极GE1作为掩模执行离子注入形成n-型半导体区N1之后，第一光阻剂薄膜被移除，并且随后通过使用第二光阻剂薄膜和栅极电极GE1作为掩模执行离子注入形成n-型半导体区N2。其后，第二光阻剂薄膜被移除。
在这种情况下，在平面视图中获得的n-型半导体区N1的面积大于在平面视图中获得的n-型半导体区N2的面积。例如，n-型半导体区N1和N2在Y轴方向上的宽度被设置为彼此相等，并且使得n-型半导体区N1在X轴方向上的宽度大于n-型半导体区N2在X轴方向上的宽度。因此，在当前的实施例中，n-型半导体区N1和N2被形成为具有与彼此不同的形状。因此，光电二极管PD1和PD2的形状和面积与彼此不同。
在当形成n-型半导体区N1时执行的离子注入中，将相对低浓度的n型杂质注入到半导体衬底SB的主表面中。在当形成n-型半导体区N2时执行的离子注入中，将相对高浓度的n型杂质注入到半导体衬底SB的主表面中。因此，n-型半导体区N1的n型杂质浓度小于n-型半导体区N2的n型杂质浓度。
由此，n-型半导体区N1和N2被形成在有源区AR的上表面之上以便与彼此隔离。n-型半导体区N1和N2中的每个在平面视图中具有接近矩形的形状。在本文中，n-型半导体区N1和N2b被形成为从半导体衬底SB的主表面到比半导体区CH1和CH2中的每个以及元件隔离区EI的底部更深的区。然而，n-型半导体区N1和N2的形成深度比阱区WL的形成深度浅。
n-型半导体区N1和N2中的每个的部分被形成在半导体衬底SB中的邻近栅极电极GE1的区中。即，n-型半导体区N1形成为具有栅极电极GE1的场效应晶体管的传输晶体管TX1的源极区并且将在稍后的步骤中被形成。n-型半导体区N2形成为具有栅极电极GE1的场效应晶体管的传输晶体管TX2的源极区并且将在稍后的步骤中被形成。在栅极电极GE1正下方的半导体衬底SB的主表面的部件是沟道区，并且n-型半导体区N1和N2未被形成。
随后，为n型杂质区的浮动扩散电容部件FD通过使用例如离子注入工艺(图7中的步骤S8)将n型杂质(例如，砷(As)或P(磷))注入到有源区AR的部件中来形成，如图19所示。由此，形成：传输晶体管TX1，其具有：作为漏极区的浮动扩散电容部件FD；作为源极区的n-型半导体区N1；以及另外的栅极电极GE1；以及传输晶体管TX2，其具有：作为漏极区的浮动扩散电容部件FD；作为源极区的n-型半导体区N2；以及另外的栅极电极GE1。在该步骤中，为外围晶体管的重置晶体管、放大器晶体管以及选择晶体管通过将源极区/漏极区形成在非图示的区中来形成。
浮动扩散电容部件FD被形成在有源区AR中从矩形光接收部件突出的区中。即，有源区AR在平面视图中被划分成具有光电二极管PD1和PD2的光接收部件和具有为边界的栅极电极GE1的浮动扩散电容部件FD两者。传输晶体管TX1和TX2共享浮动扩散电容部件FD作为其漏极区。各自的传输晶体管TX1和TX2的漏极区可以在平面布局中与彼此隔离。在那种情况下，与彼此隔离的各自的漏极区经由稍后形成的接触插头和导线被电耦合在一起。
包括光电二极管PD1和PD2、传输晶体管TX1和TX2以及其他外围晶体管(未图示)的像素PE通过上述步骤来形成。尽管未图示，但是多个像素PE被形成为以矩阵图案被排列在半导体衬底SB上的像素阵列部件中。
当n型光电二极管被形成时，其漏极区被形成为具有比n-型半导体区N1和N2的n型杂质浓度更大的n型杂质浓度。额外地，还可以采用一种形成光电二极管的方法，其中：P+层通过将P+型杂质(例如，B(硼))注入到光电二极管区的表面部分中来形成，例如图18中图示的n-型半导体区N1和N2，使得注入深度比n-型半导体区N1和N2浅；然而，将在下面的描述中描述其中表面P+层不存在的情况。P+层可以被形成在当前实施例中。
随后，第一层间绝缘薄膜(未图示)被形成在半导体衬底之上(图7中的步骤S9)，并且穿透第一层间绝缘薄膜的接触插头CP之后被形成(图7中的步骤S10)，如图20所示。
在本文中，包括例如氧化硅薄膜的第一层间绝缘薄膜通过使用例如CVD(化学气相沉积)工艺而被形成在半导体衬底的主表面上以便覆盖传输晶体管TX1和TX2、光电二极管PD1和PD2等等。其后，光阻剂图案被形成在第一层间绝缘薄膜上，并且用于暴露栅极电极GE1、浮动扩散电容部件FD以及外围晶体管的部件中的每个的接触孔通过使用光阻剂图案作为掩模执行干蚀刻来形成。在本文中，硅化物层可以被形成在栅极电极GE1、浮动扩散电容部件FD以及外围晶体管的部件中的每个的上表面之上。在这种情况下，接触孔不被形成在包括光电二极管PD1和PD2的光接收部件正上方上。
随后，在金属薄膜被形成在包括接触孔口的第一层间绝缘薄膜上之后，在第一层间绝缘薄膜上的金属薄膜通过使用例如CMP(化学机械抛光)工艺研磨来移除。由此，接触插头CP被形成，每个包括被嵌入到接触孔中的每个中的金属薄膜。接触插头CP通过层压薄膜来形成，层压薄膜包括例如覆盖接触孔中的侧壁和底表面的氮化钛薄膜和被嵌入到接触孔中的并且经由氮化钛薄膜存在于接触孔的底表面上的钨薄膜。所形成的接触插头CP中的每个被耦合到栅极电极GE1、浮动扩散电容部件FD、外围晶体管栅极电极、外围晶体管的源极区/漏极区、等等中的每个的上表面。
尽管未图示，包括第二层间绝缘薄膜和为(下层导线)的导线M1(参见图21和图22)的第一导线层之后被形成在第一层间绝缘薄膜上(图7中的步骤S11)。下层导线通过所谓的单个镶嵌工艺来形成。
在本文中，包括氧化硅薄膜、等等的第二层间绝缘薄膜通过使用例如CVD工艺而被形成在第一层间绝缘薄膜上。其后，为穿透第二层间绝缘薄膜的开口并暴露第一层间绝缘薄膜和接触插头CP的上表面的开口的导线沟槽通过使用光刻技术和干蚀刻工艺处理第二层间绝缘薄膜来形成。随后，金属薄膜被形成在包括导线沟槽的内部的第二层间绝缘薄膜上，包括被嵌入到导线沟槽中的金属薄膜的导线M1(参见图21和图22)通过使用CMP工艺等等将在第二层间绝缘薄膜上的额外金属薄膜移除来形成。导线M1被形成在各自的光电二极管PD1和PD2正上方上。
导线M1具有层压结构，其中例如氮化钽薄膜和铜薄膜被顺序地层压。导线沟槽中的侧壁和底表面被覆盖有氮化钽薄膜。导线M1在其底表面处被耦合到接触插头CP的上表面。
随后，包括多个上层导线的多个导线层被层压在第二层间绝缘薄膜上(图7中的步骤S12)，如图21和图22所示。由此，层压导线层被形成，层压导线层包括第二层间绝缘层薄膜、在第二层间绝缘层薄膜上的多个层间绝缘薄膜、导线M1以及被层压在导线M1上的多个上层导线的导线M2和M3。在本文中，导线M2通过通孔(未图示)被形成在导线M1上，并且导线M3通过通孔(未图示)被形成在导线M2上。上层导线和在它们中的每个下的通孔中的每个通过所谓的双镶嵌工艺来形成。图22图示了第一层间绝缘薄膜、第二层间绝缘薄膜和其他层间绝缘薄膜，其被全部层压在半导体衬底SB上作为一个层间绝缘薄膜IL。
在平面视图中，导线M2和M3被形成在离光电二极管PD1和PD2比导线M1离光电二极管PD1和PD2的位置更远的位置处。即，导线未被形成在各自的光电二极管PD1和PD2正上方。层间绝缘薄膜IL被形成为层压导线层中的最上层导线的导线M3上。在图21中，被形成在导线M3与导线M2之间的通孔V3被图示为穿透导线3。
双镶嵌工艺是如下中的一种：在通孔穿透例如之后，形成层间绝缘薄膜，比通孔孔浅的沟槽被形成在层间绝缘薄膜的上表面中，并且其后金属被嵌入到通孔孔和导线沟槽中，由此允许通孔孔中的通孔和在通孔中的导线沟槽中的导线被同时形成。然而，可以在形成导线沟槽之后提供通孔孔，该通孔孔从导线沟槽的底表面穿透到层间绝缘薄膜的底表面。上述的通孔以及导线M2和M3中的每个主要包括铜薄膜。导线M1通过通孔和导线M2被电耦合到导线M3。
被图示在图21和图22中的每个的右边的导线M1到M3经由接触插头CP被耦合到栅极电极GE1。即，在每个视图的右边的导线M1到M3是用于控制具有栅极电极GE1的传输晶体管TX1和TX2的控制导线。在每个视图的左边的导线M1到M3是要被用于除了传输晶体管TX1和TX2的控制之外的应用中的导线。
随后，滤色器CF被形成在层间绝缘薄膜IL上(图7中的步骤S13)，并且微透镜ML被形成在滤色器CF上并且被形成在像素PE的正上方(图7中的步骤S14)，如图23和图24所示。在图23中，微透镜ML的轮廓由虚线图示。微透镜ML与光电二极管PD1和PD2在平面视图中覆盖彼此。
在本文中，一个像素PE具有光电二极管PD1和PD2、浮动扩散区、以及形成像素的其他晶体管，但是为了方便起见，其他晶体管未示出在视图中。
滤色器CF通过将包括发射具有预定波长的光并阻挡具有其他波长的光的材料的薄膜嵌入到被形成在例如层间绝缘薄膜IL的上表面中的沟槽中来形成。通过形成滤色器CF以将例如仅仅具有特定颜色的光发射到光电二极管PD1和PD2变得可能；然而，当不必限制要由像素检测的光的颜色时，可以不形成滤色器CF。
在滤色器CF上的微透镜ML被如下地形成：在被形成在滤色器CF上的薄膜被处理成平面视图中的圆形图案时，例如通过加热薄膜来使薄膜的表面变圆，由此允许薄膜被处理成透镜形状。
在随后步骤中，半导体衬底SB，即半导体晶片通过切割半导体晶片的切割线而被切片成多个传感器芯片，由此允许形成多个固态图像传感器，每个固态图像传感器由传感器芯片制成。由此，根据当前实施例的包括固态图像传感器的半导体器件被完成。
参考图11至14描述的形成半导体区CH1和CH2的步骤可以在任何时间被执行，只要它们如下地被执行：在参考图9和图10描述的形成元件隔离区EI的步骤(图7中的步骤S3)之后；并且在参考图15和图16描述的形成栅极电极GE1的步骤(图7中的步骤S6)之前。
额外地，参考图17和图18描述的形成n-型半导体区N1和N2的步骤可以在任何时间被执行，只要它们如下地被执行：在参考图15和图16描述的形成栅极电极GE1的步骤(图7中的步骤S6)之后；并且在形成栅极电极GE1旁边的侧壁的步骤之前。
当使用根据当前实施例的半导体器件的制造方法时，可以获得与参考图1至6、29描述的根据当前实施例的半导体器件中的优点相同的优点。
还可以任务，当光电二极管PD1和PD2被形成为具有与彼此不同的面积时或者当n-型半导体区N1和N2被形成为具有与彼此不同的杂质浓度时，在甚至不形成半导体区CH1和CH2的情况下，各自的传输晶体管TX1和TX2的阈值电压可以与彼此不同。在这种情况下，有必要形成半导体区CH1和CH2，并且因此可以防止半导体器件的制造成本的增加。
额外地，可以存在如下情况：其中当半导体区CH1和CH2被形成并且在各种传输晶体管TX1和TX2的阈值电压之间的差异被创建时，存储在各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷可以在甚至不形成n-型半导体区N1和N2的情况下被完全传输，以便具有与彼此不同的杂质浓度。在这种情况下，有必要形成n-型半导体区N1和N2以便具有与彼此不同的杂质浓度，并且因此n-型半导体区N1和N2可以在一个离子注入步骤中被形成。因此，可以防止半导体器件的制造成本的增加。另外，在这种情况下，有必要创建在各自的光电二极管PD1和PD2的面积之间的差异以便调节各自的光电二极管PD1和PD2的饱和电子的数量使得其数量彼此相等。
<变型>
在下文中，将参考图25描述根据当前实施例的变型的半导体器件。图25是根据当前实施例的变型的形成半导体器件的固态图像传感器的平面视图。图25图示了以矩阵图案被排列在像素阵列部件中的多个像素中的四个像素。在本文中，未图示外围晶体管、层间绝缘薄膜、导线、滤色器、等等。
在根据当前变型的固态图像传感器中，如图25所示，在像素阵列部件中的四个像素PE被形成在一个有源区AR中。浮动扩散电容部件FD还被形成在有源区AR中。有源区AR的外周由元件隔离区EI包围。如由视图中的虚线所示，一个微透镜ML被形成在四个像素PE中的而每个上面。
两个光电二极管PD1和PD2被形成在每个像素PE中，其中的每个具有接近于三角形的平面形状。三角形是直角三角形，并且在像素PE中，光电二极管PD1的三个边中的最长边和光电二极管PD2的三个边中的最长边彼此面对。额外地，在行方向(X轴方向)上彼此相邻的两个像素PE共享一个浮动扩散电容部件FD。
此外，在本文中，耦合到光电二极管PD1的传输晶体管TX1和光电二极管PD1的传输晶体管TX2共享像素PE中的相同的栅极电极GE2。额外地，在栅极电极GE2正下方，p-型半导体区CH1被形成在传输晶体管TX1的沟道区中，并且p-型半导体区CH2被形成在传输晶体管TX2的沟道区中。半导体区CH1的杂质浓度小于半导体区CH2的杂质浓度。
光电二极管PD1的面积大于光电二极管PD2的面积。然而，光电二极管PD1的n型杂质浓度小于光电二极管PD2的n型杂质浓度，并且因此各自的光电二极管PD1和PD2的饱和电子的数量彼此相等。
因为半导体区CH1和CH2被形成，传输晶体管TX1的阈值电压小于传输晶体管TX2的阈值电压。因此，像素PE中的传输晶体管TX1和TX2可以通过一个栅极电极GE2顺序地操作，由此允许在当前变型中在各自的光电二极管PD1和PD2生成的电荷也被分开地读取。因此，可以获得与已经参考图1至24描述的半导体器件和其制造方法相同的优点。
当提供了具有三角形的光电二极管PD1时，可以认为传输晶体管TX1被提供在光电二极管PD1的平面视图中的三个角的锐角处。类似地，可以认为传输晶体管TX2被提供在光电二极管PD2的锐角处。在这种情况下，如果各自的传输晶体管TX1和TX2的栅极电极被形成为与彼此隔离，则各自的传输晶体管TX1和TX2的栅极宽度可能被减小的问题在与其中仅仅一个光电二极管被提供在像素中的情况相比变得更显著。
另一方面，在当前变型中，各自的传输晶体管TX1和TX2共享一个栅极电极GE2，并且因此可以防止栅极宽度减小。因此，可以防止通过使用传输晶体管TX1和TX2将各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷传输的能力降低。
在本文中，像素PE中的在Y轴方向上彼此相邻的各自的传输晶体管TX1和TX2共享相同的栅极电极GE2。即，两个像素PE中的栅极电极GE2被耦合在一起。因此，用于控制传输晶体管TX1和TX2的导线的数量可以与其中在相邻像素PE中的传输晶体管TX1和TX2不共享栅极电极的情况相比被减少。
当两个像素PE中的共享栅极电极GE2的各自的半导体区CH1具有彼此相等的杂质浓度时，并且当两个像素PE中的各自的半导体区CH2具有彼此相等的杂质浓度时，可以认为：两个像素PE中的各自的传输晶体管TX被同时操作；并且两个像素PE中的各自的传输晶体管TX2被同时操作。然而，当两个像素PE中的半导体区CH1和各自的半导体区CH2被形成为具有与彼此不同的杂质浓度时，还能够在分开的时机读取两个像素PE中的各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷。
在本文中，各自的传输晶体管TX1和TX2在平面视图中共享从光接收部件突出的一个浮动扩散电容部件FD。因此，由浮动扩散电容部件FD占据的面积与像素PE的面积的比率可以与如下情况相比被减少：传输晶体管TX1的浮动扩散电容部件FD被形成在从光接收部件突出的两个突出部件中的一个中；并且传输晶体管TX2的浮动扩散电容部件FD被形成在它们中的另一个中。因此，可以改进光接收部件的孔径比率，由此允许改进像素PE的灵敏度。
(第二实施例)
在下文中，将参考图26描述结构，其中使得在像素中的光电二极管之间的中心点覆盖微透镜的中心点。图26是图示了当前实施例的半导体器件的平面视图。在图26中，未图示外围晶体管。
图26中图示的像素PE的结构与参考图3描述的根据第一实施例的像素几乎相同；然而，光电二极管PD1和PD2的形状和位置与图3中图示的像素中的光电二极管PD1和PD2的形状和位置不同。
即，光电二极管PD1的形状是矩形，但是光电二极管PD2具有小于光电二极管PD1的面积的面积，在X轴方向和Y轴方向上具有等于光电二极管PD1的宽度的宽度，如图26所示。然而，光电二极管PD2的平面形状是其中四边形的一个边是凹形的一个。即，光电二极管PD2在平面视图中具有U形。
在平面视图中具有凹形部分的上述的一个面是位于光电二极管PD2的四个边中的与面对光电二极管PD1的一个边相对的一个。换言之，在光电二极管PD2的Y轴方向上延伸的两个边之中，离光电二极管PD1远的边在平面视图中具有凹形部分。阱区WL被形成在凹形部分中。
各自的光电二极管PD1和PD2的边(边彼此面对)之间的中点在平面视图中与圆形微透镜的中心点重叠。即，微透镜的中心点在平面视图中与在覆盖微透镜的各自的光电二极管PD1和PD2之间的阱区WL重叠。换言之，在平面视图中微透镜的中心点位于在各自的光电二极管PD1和PD2之间的区正上方。
随后，将参考为图30中图示的可比较示例的半导体器件的像素的平面视图描述当前实施例的优点。
当两个光电二极管被提供在像素中时，优选将各自的光电二极管的中心与在像素之上的微透镜的中心点重叠，以便获得来自各自的光电二极管的等效电荷。因此，如果通过将它们形成为具有与彼此不同的宽度形成它们来创建在光电二极管PD1和PD2的面积之间的差异，如图30的可比较示例中图示的，则当使得在光电二极管PD1和PD2之间的中点与微透镜的中心点彼此重叠时在具有较小面积的光电二极管PD2与元件隔离区EI之间的区变得很大。
在可比较示例中，存在如下忧虑：当光被发射到在光电二极管PD2与元件隔离区EI之间的区时发生的光电转换生成的电子不连同阱区WL中的孔一起消失时，它们可以移动到与图30中图示的像素PEY相邻的另一像素(未图示)中的光电二极管中，而不是移动到形成光电二极管PD2的n-型半导体区N2中。在这种情况下，不能够在每个像素中获得准确的电荷信号，并且因此引起问题，其中成像性能和自动对焦性能可能被降低。
另一方面，可以认为，为了防止在光电二极管PD2与元件隔离区EI之间的间隔增大，有源区AR通过使元件隔离区EI靠近光电二极管PD2来减小。然而，在这种情况下，当接收到光时可以从其中获得电子的区被减小，并且因此像素PEY的灵敏度被降低。额外地，存在如下可能性：光可以被发射到与光电二极管PD2相邻的元件隔离区EI的上表面。如果光被发射到元件隔离区EI的上表面，则存在如下忧虑：光可以由其上表面反射，并且可以进入另一像素中的光接收部件，使得电子被生成。在这种情况下，不能够在每个像素中获得准确的电荷信号，并且因此引起问题，其中成像性能和自动对焦性能可能被降低。
因此，在根据图26中图示的当前实施例的半导体器件中，在各自的光电二极管PD1和PD2的X轴方向上的最大宽度被设置为彼此相等，并且在其Y轴方向上的最大宽度被设置为彼此相等。额外地，通过在光电二极管PD2的一个边处提供凹形部分，与第一实施例类似地，创建在各自的光电二极管PD1和PD2的面积之间的差异。
由此，可以防止出现在光电二极管PD1和PD2之间的中心与微透镜ML的中心点的重叠的出现以及在具有较小面积的光电二极管PD2与元件隔离区EI之间的大间隔的出现。尽管在凹形部分与元件隔离区EI之间的距离相对大，但是凹形部分的外周由除了元件隔离区EI侧的n-型半导体区N2包围，并且因此在阱区WL生成的光电转换电子被抽取到位于靠近阱区WL的n-型半导体区N2中间隔。因此，可以防止电子在像素之间移动，并且因此不能够在每个像素中获得准确的电荷信号，由此允许改进成像性能和自动对焦性能。
另外，使得在光电二极管PD1和PD2之间的中心和微透镜ML的中心点彼此重叠，并且因此可以在与像素PE中的光电二极管PD1和PD2中使电子在其下被生成的条件等效。因此，可以改进图像表面相位差自动对焦操作的准确度和速度。
在本文中，可以认为光电二极管PD2的凹形部分可以被形成在面对光电二极管PD1的一个边。然而，在光电二极管PD2的四个边中，面对光电二极管PD1的一个边被定位为靠近像素PE的中心，并且其中心被定位在光尤其可能被发射到其的地方处，并且因此从改进像素的灵敏度的视角不优选在该边处提供凹形部分。因此，通过在光电二极管PD2的四个边中离像素的中心最远的边处(即在靠近元件隔离区EI的边处)提供凹形部分，可以防止像素PE的灵敏度降低。
<变型>
在下文中，将参考图27描述当前实施例的变型。图27是图示了根据实施例的变型的半导体器件的平面视图。图27图示了被排列在像素阵列部件中的八个像素。
在图27中图示的布局中，在Y轴方向上与彼此相邻的两个像素PE共享浮动扩散电容部件FD。然而，在参考图2描述的布局中，在Y轴方向上与彼此相邻的两个像素PE的布局处于线对称关系中；然而，在在Y轴方向上与彼此相邻的两个像素PE的布局处于当前变型中的点对称关系中。
即，在Y轴方向中与彼此相邻的两个像素PE中，在第一像素PE中，光电二极管PD1和PD2被顺序地排列在X轴方向上、从视图的左边朝向右边；而在第二像素PE中，光电二极管PD1和PD2被顺序地排列在X轴方向上。即，在第一像素PE中，在平面形状中具有凹形部分的光电二极管PD2位于视图的右边；而在第二像素PE中，在平面形状中具有凹形部分的光电二极管PD2位于视图的左边。
额外地，被排列在X轴方向上的各自的像素PE具有与彼此相同的布局。即，在X轴方向上与彼此相邻的各自的像素PE的布局既没有处在线对称关系中也没有处在点对称关系中。因此，在像素阵列部件中，光电二极管PD1和PD2被交替地布置在Y轴方向和X轴方向中的每个上。
通过如以上所描述的交替地布置具有相对大面积的光电二极管PD1和具有相对小面积的光电二极管PD2，可以通过提供在整个固态图像传感器中具有凹形部分的光电二极管PD2来防止当接收到光时获得的电荷信号中出现变化。即，在整个固态图像传感器中，可以防止当接收到光时获得的电荷信号中出现不均匀性，并且因此可以防止成像性能和自动对焦性能降低。
其中如当前变型中的光电二极管PD1和PD2被交替地排列在X轴方向和Y轴方向上的配置可以被应用到上述第一实施例和稍后描述的第三实施例。此外，在第一实施例的情况下，可以通过仅仅排列光电二极管PD2来防止在固态图像传感器中的电荷信号中出现不均匀性，每个光电二极管PD2在Y轴方向上具有相对小的面积。
(第三实施例)
在下文中，将参考图28描述其中使得由像素中的两个传输晶体管共享的栅极电极的栅极长度在各自的两个传输晶体管中与彼此不同的方式。图28是图示了根据当前实施例的半导体器件的平面视图。在图28中，未图示外围晶体管。尽管图28中图示的光电二极管PD1和PD2的平面布局与图26中图示的光电二极管PD1和PD2的平面布局相似，但是可以应用与图3中图示的光电二极管PD1和PD2的平面布局相似的平面布局。
尽管图28中图示的像素PE的结构与参考图26描述的第二实施例的像素几乎相同，但是栅极电极GE1的形状与图26中图示的像素PE不同。因此，在图28中图示的像素PE中，不像第一实施例和第二实施例，在传输晶体管TX1的沟道区的p型杂质浓度与传输晶体管TX2的沟道区的p型杂质浓度之间不存在差异。即，各自的半导体区CH1和CH2的杂质浓度与彼此相等。备选地，半导体区CH1和CH2可以不被形成。
本文中描述的传输晶体管的栅极长度是指在光电二极管和浮动扩散电容部件之间的栅极电极的长度。即，栅极电极GE的Y轴方向上的长度是各自的传输晶体管TX1和TX2的栅极长度。如图28所示，传输晶体管TX1的栅极长度Y1小于传输晶体管TX2的栅极长度Y2。即，栅极电极GE1在光电二极管PD1侧上的Y轴方向上的宽度小于栅极电极GE1在光电二极管PD2侧上的Y轴方向上的宽度。因此，传输晶体管TX1的阈值电压小于传输晶体管TX2的阈值电压。
在当前实施例中，通过将各自的传输晶体管TX1和TX2的栅极电极GE1的栅极长度Y1和Y2设置为与彼此不同的幅值来创建在各自的传输晶体管TX1和TX2的阈值之间的差异。由此，传输晶体管TX1和TX2的栅极电极GE1可以被耦合在一起，并且各自的光电二极管PD1和PD2中的电荷可以甚至在没有将沟道区的杂质浓度设置为与彼此不同的情况下被分别读取。
因此，如参考图11至图14所描述的，通过执行两个离子注入步骤来创建在各自的传输晶体管TX1和TH2的沟道区的浓度之间的差异。因此，即使当图28中图示的半导体区CH1和CH2被形成时，它们可以通过使用相同掩模的一个离子注入步骤来形成。因此，半导体器件的制造步骤可以被简化，并且因此其制造成本可以被降低。
以上已经基于优选实施例具体地描述了由本发明人进行的本发明，但是本发明不应当限于优选实施例，并且不言而喻，可以在不脱离本发明的目标的范围内对本发明进行各种修改。
尽管已经在上述第一实施例到第三实施例中描述了其中两个光电二极管被提供在像素中的结构，但是要被提供在像素中的光电二极管的数量可以例如甚至比2更大。

Claims (18)

1.一种半导体器件，具有固态图像传感器，所述固态图像传感器被提供有包括第一光电二极管和第二光电二极管的像素；所述半导体器件包括：
半导体衬底；
所述第一光电二极管和所述第二光电二极管，被排列在有源区中的所述半导体衬底的上表面之上；
栅极电极，被形成在所述半导体衬底之上；
第一传输晶体管，具有所述栅极电极并且将所述第一光电二极管中的电荷传输到浮动扩散电容部分；以及
第二传输晶体管，具有所述栅极电极并且将所述第二光电二极管中的电荷传输到所述浮动扩散电容部分。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述第一光电二极管的面积在平面视图中大于所述第二光电二极管的面积。
3.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述第一传输晶体管的阈值电压小于所述第二传输晶体管的阈值电压。
4.根据权利要求3所述的半导体器件，还包括：
第一半导体区，被形成在所述半导体衬底的所述上表面之上、在形成所述第一传输晶体管的所述栅极电极正下方并且具有第一导电类型；以及
第二半导体区，被形成在所述半导体衬底的所述上表面之上、在形成所述第二传输晶体管的所述栅极电极正下方并且具有所述第一导电类型，
其中所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管是与所述第一导电类型不同的第二导电类型的场效应晶体管，并且
其中所述第一半导体区的所述第一导电类型的杂质的浓度小于所述第二半导体区的所述第一导电类型的杂质的浓度。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
阱区，被形成在所述半导体衬底的所述上表面之上并且具有第一导电类型；以及
第三半导体区和第四半导体区，具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型并且被排列在所述阱区的上表面之上，
其中所述第三半导体区形成所述第一光电二极管，并且所述第四半导体区形成所述第二光电二极管，并且
其中所述第三半导体区的所述第二导电类型的杂质的浓度小于所述第四半导体区的所述第二导电类型的杂质的浓度。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中包括所述第一传输晶体管和所述第二传输晶体管的多个传输晶体管和包括所述第一光电二极管和所述第二光电二极管的多个光电二极管被形成在所述像素中，并且
其中形成所述传输晶体管的栅极电极的数量小于所述光电二极管的数量。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
导线，被电耦合到所述栅极电极。
8.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述固态图像传感器是正面照明类型的固态图像传感器。
9.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述固态图像传感器是背面照明类型的固态图像传感器。
10.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括：
透镜，被形成在所述像素正上方，
其中所述透镜具有在平面视图中的圆形形状，并且
其中所述透镜的中心在平面视图中被定位在所述像素中的所述第一光电二极管与所述像素中的所述第二光电二极管之间。
11.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中所述第一光电二极管的形状和所述第二光电二极管的形状在平面视图中彼此不同。
12.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中多个所述像素以矩阵图案被布置在所述固态图像传感器中的像素阵列部分中，以及
其中所述像素中的所述第一光电二极管和所述第二光电二极管被布置为沿第一方向排列，并且
其中所述第一光电二极管和所述第二光电二极管被布置为被交替地沿以直角与所述第一方向交叉的第二方向排列。
13.根据权利要求1所述的半导体器件，
其中形成所述第一传输晶体管的所述栅极电极的栅极长度小于形成所述第二传输晶体管的所述栅极电极的栅极长度。
14.一种半导体器件的制造方法，所述半导体器件具有固态图像传感器，所述固态图像传感器被提供有包括第一光电二极管和第二光电二极管的像素，所述制造方法包括以下步骤：
(a)提供半导体衬底；
(b)在所述半导体衬底的上表面之上形成具有第一导电类型的阱区；
(c)在所述半导体衬底之上形成栅极电极；
(d)形成第一半导体区和第二半导体区，所述第一半导体区和所述第二半导体区具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型并且被排列在所述阱区的上表面之上；以及
(e)形成第一传输晶体管和第二传输晶体管，所述第一传输晶体管具有所述栅极电极并且将所述第一半导体区中的电荷传输到浮动扩散电容部分，所述第二传输晶体管具有所述栅极电极并且将所述第二半导体区中的电荷传输到所述浮动扩散电容部分，
其中所述第一半导体区形成所述第一光电二极管，并且所述第二半导体区形成所述第二光电二极管。
15.根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，还包括：
(b1)在步骤(b)之后并且在步骤(c)之前，在所述半导体衬底的上表面之上的第一区中形成具有所述第一导电类型的第三半导体区；以及
(b2)在步骤(b)之后并且在步骤(c)之前，在所述半导体衬底的所述上表面之上的第二区中形成具有所述第一导电类型的第四半导体区，
其中，在步骤(c)中，所述栅极电极被形成在所述第三半导体区和所述第四半导体区中的每个的正上方，并且
其中所述第三半导体区形成所述第一传输晶体管的沟道区，并且所述第四半导体区形成所述第二传输晶体管的沟道区，并且
其中所述第三半导体区的所述第一导电类型的杂质的浓度小于所述第四半导体区的所述第一导电类型的杂质的浓度。
16.根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，
其中所述第一半导体区的所述第二导电类型的杂质的浓度小于所述第二半导体区的所述第二导电类型的杂质的浓度。
17.根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，还包括以下步骤：
(f)在步骤(e)之后，在所述半导体衬底之上形成被电耦合到所述栅极电极的导线。
18.根据权利要求14所述的半导体器件的制造方法，
其中形成所述第一传输晶体管的所述栅极电极的栅极长度小于形成所述第二传输晶体管的所述栅极电极的栅极长度。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108231815A (zh) * 2018-02-06 2018-06-29 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017054966A (ja) * 2015-09-10 2017-03-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置の製造方法および半導体装置
KR102494604B1 (ko) 2017-10-31 2023-02-02 삼성전자주식회사 이미지 센서
JP7361452B2 (ja) * 2018-02-19 2023-10-16 キヤノン株式会社 撮像装置およびカメラ
JP7115067B2 (ja) * 2018-06-28 2022-08-09 株式会社リコー 固体撮像素子及び撮像システム
KR20210047738A (ko) 2019-10-22 2021-04-30 삼성전자주식회사 복수의 af 픽셀 그룹들을 포함하는 이미지 센서
JP7458746B2 (ja) 2019-11-01 2024-04-01 キヤノン株式会社 光電変換装置、撮像システム及び移動体
US11901380B2 (en) * 2020-11-30 2024-02-13 Visera Technologies Company Limited Solid-state image sensor
JP2022119376A (ja) * 2021-02-04 2022-08-17 キヤノン株式会社 光電変換装置、光電変換システム、移動体、半導体基板
JP2021103793A (ja) * 2021-03-31 2021-07-15 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 受光素子及び電子機器

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5955753A (en) * 1995-08-02 1999-09-21 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup apparatus and image pickup apparatus
CN1691345A (zh) * 2004-04-27 2005-11-02 富士通株式会社 固态图像传感器
CN102208427A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 索尼公司 固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法和电子设备
US20130076953A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid-state image pickup device and solid-state image pickup system
CN103219348A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 佳能株式会社 光电转换装置、图像拾取系统和光电转换装置的制造方法
JP2014003243A (ja) * 2012-06-20 2014-01-09 Canon Inc 固体撮像装置及びカメラ
US20150001600A1 (en) * 2009-09-25 2015-01-01 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic device

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4500434B2 (ja) * 2000-11-28 2010-07-14 キヤノン株式会社 撮像装置及び撮像システム、並びに撮像方法
JP4115128B2 (ja) * 2001-12-26 2008-07-09 キヤノン株式会社 光電変換装置及び画像形成システム
JP2004228645A (ja) 2003-01-20 2004-08-12 Konica Minolta Holdings Inc 固体撮像装置及びこれを用いた光学機器
US7859581B2 (en) * 2003-07-15 2010-12-28 Eastman Kodak Company Image sensor with charge binning and dual channel readout
JP2006147816A (ja) * 2004-11-19 2006-06-08 Sony Corp 物理量分布検知装置および物理情報取得装置
US7238926B2 (en) * 2005-06-01 2007-07-03 Eastman Kodak Company Shared amplifier pixel with matched coupling capacitances
JP5076528B2 (ja) * 2007-02-06 2012-11-21 株式会社ニコン 光電変換部の連結／分離構造、固体撮像素子及び撮像装置
JP6120508B2 (ja) 2011-10-03 2017-04-26 キヤノン株式会社 撮像素子および撮像装置
FR3019379A1 (fr) * 2014-03-31 2015-10-02 St Microelectronics Crolles 2 Transistor a grille verticale et structure de pixel comprenant un tel transistor
JP2016018919A (ja) * 2014-07-09 2016-02-01 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5955753A (en) * 1995-08-02 1999-09-21 Canon Kabushiki Kaisha Solid-state image pickup apparatus and image pickup apparatus
CN1691345A (zh) * 2004-04-27 2005-11-02 富士通株式会社 固态图像传感器
US20150001600A1 (en) * 2009-09-25 2015-01-01 Sony Corporation Solid-state imaging device and method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic device
CN102208427A (zh) * 2010-03-31 2011-10-05 索尼公司 固体摄像器件、用于制造固体摄像器件的方法和电子设备
US20130076953A1 (en) * 2011-09-22 2013-03-28 Kabushiki Kaisha Toshiba Solid-state image pickup device and solid-state image pickup system
CN103219348A (zh) * 2012-01-18 2013-07-24 佳能株式会社 光电转换装置、图像拾取系统和光电转换装置的制造方法
JP2014003243A (ja) * 2012-06-20 2014-01-09 Canon Inc 固体撮像装置及びカメラ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108231815A (zh) * 2018-02-06 2018-06-29 德淮半导体有限公司 图像传感器及其形成方法

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