TWI397174B - 製造一固態成像器件之方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種固態成像器件及製造此一固態成像器件之方法，且亦關於一種包括該固態成像器件之電子裝置。
固態成像器件一般可分類成由CMOS(互補金氧半導體)影像感測器所代表之一放大型的器件與由CCD(電荷耦合器件)影像感測器所代表之一電荷傳送型的器件。該些固態成像器件已廣泛用於數位靜態相機、數位攝錄影機等等。另外，近年來，CMOS影像感測器因為其低功率電壓、低功率消耗等等已主要用於安裝於行動器件(諸如相機行動電話與PDA(個人數位助理))上的固態成像器件。
CMOS固態成像器件包括一矽化周邊電路區段與一無矽化物像素區段。換言之，對於在該周邊電路區段內的CMOS電晶體，在一多晶矽閘極電極之表面與一源極/汲極區之表面上形成一金屬矽化物層以達到減少電阻。另一方面，該像素區段係未矽化以便防止產生自一金屬矽化物層之電子之一不利影響。該金屬矽化物層具有許多固定電子。當該層之該些電子洩漏至提供作為一光電轉換元件之一光二極體內時，引起暗電流降低影像品質。因此，防止矽化該像素區段。一般而言，運用矽化物阻隔層來在矽化該周邊電路區段時保護該像素區段。使用該矽化物阻隔層來覆蓋該像素區段係揭示於(例如)日本末審核專利申請公開案第2005-223085號與日本未審核專利申請公開案第2005-260077號中。
圖1及圖2係解說相關技術CMOS固態成像器件之一像素區段與一周邊電路區段之主要部分的示意圖。如圖1中所示，一固態成像器件101在一半導體基板102上包括一像素區段103與一周邊電路區段104。像素區段103包括配置於半導體基板102上的複數個像素。周邊電路區段104包括在像素區段23周圍所形成之一邏輯電路等。像素區段103包括一隔離部分121，其係由一第一傳導類型半導體層122與形成於其上的一絕緣層(例如二氧化矽層)123所構成。此外，像素區段103還包括複數個像素110，每一者係由提供作為一光電轉換元件的一光二極體(PD)107與複數個像素電晶體108所構成。此處，該等像素110係以一矩陣配置於一平面內並藉由該等隔離部分121來相互分離。在圖1中，像素電晶體108之僅一者係表示代表像素電晶體108之全部。像素電晶體108包括一源極/汲極區109、一閘極絕緣膜(未顯示)及一閘極電極(未顯示)。
矽化物阻隔層111(諸如氮化矽膜)係施加至像素110之上部部分並覆蓋整個像素區段103以在矽化在周邊電路區段104內的該等CMOS電晶體時保護整個像素區段103不受影響，如稍後所說明(參見圖1及圖2)。複數個佈線層114係形成於矽化物阻隔層111上方。該等層114包括堆疊的複數個佈線線路113，中間具有一絕緣中間層112。另外，一晶片上濾色器115與一晶片上微透鏡116係形成於絕緣中間層112上方。圖2顯示一單元像素，其包括一光二極體(PD)107與三個像素電晶體，即一傳送電晶體Tr1、一重設電晶體Tr2及一放大電晶體Tr3。傳送電晶體Tr1包括一源極/汲極區1091，其變成具有光二極體107之一浮動擴散(FD)區；及一傳送閘極電極161。重設電晶體Tr2包括一對源極/汲極區1091及1092與一重設閘極電極162。放大電晶體Tr3包括一對源極/汲極區1092及1093與一放大閘極電極163。
例如，在周邊電路區段104中，使用一STI(淺溝渠隔離)結構來形成一隔離部分125，該STI係藉由使用諸如二氧化矽層之一絕緣層127填充半導體基板102之一溝槽126來獲得。形成複數個CMOS電晶體130，其包括藉由隔離部分125彼此分離的一n通道MOS電晶體128與一p通道MOS電晶體129。n通道MOS電晶體128包括一對n型源極/汲極區133及134，其係形成於一p型半導體井區132內；及一閘極電極(例如一多晶矽膜)136，中間具有一閘極絕緣膜135。p通道MOS電晶體129包括一對p型源極/汲極區143及144，其係形成於一n型半導體井區142內；及一閘極電極(例如一多晶矽膜)146，中間具有一閘極絕緣膜135。作為絕緣層，側壁(側壁層)151係形成於各別閘極電極136及146之側壁上。n通道MOS電晶體128包括源極/汲極區133及134。並且，p通道MOS電晶體129包括源極/汲極區143及144。該等源極/汲極區133、134、143及144之每一者均包括一高度摻雜區與一輕度摻雜區，從而具有一所謂的LDD結構。
此外，形成於周邊電路區段104內的n通道MOS電晶體128與p通道MOS電晶體129係分別金屬矽化。換言之，除該等各別閘極電極136及146之表面外，一金屬矽化物層152(諸如一Co矽化物層)係還形成於該等各別源極/汲極區133、134、143及144之表面之每一者上。
固態成像器件可能具有一缺點，因為SNR隨著像素大小減少而劣化。雜訊可能由於在圖2所示之像素區段103之整個區域上形成矽化物阻隔層111而引起。即，在像素區段103各處形成矽化物阻隔層111之後，執行用於在周邊電路區段104內矽化之熱處理。該熱處理由於在半導體基板102之熱膨脹係數與矽化物阻隔層111(例如氮化矽膜)之熱膨脹係數之間的一差異所引起之翹曲而造成在像素區段103與矽化物阻隔層111之間的應力。電子隨著應力發生而流出，從而造成電子阱之產生並變成雜訊產生的一成因。
為了抑制由於矽化物阻隔層之雜訊產生，可設計一像素區段使之無該矽化物阻隔層。然而，若在該像素區段內的矽上形成一金屬矽化物層，則像素性質可能因為接面洩漏增加、由於接收自該金屬矽化物層之一影響的暗電流產生、白點產生等等而劣化。
因而，固態成像器件可能由於在該像素區段內之像素上的剩餘矽化物阻隔層或由於該像素區段之矽化所引起之接面洩漏、白點等而具有不適當的像素性質。
另外，如在該周邊電路區段內在該像素區段內一次暫時移除還提供作為一側壁的矽化物阻隔層。接著將該矽化物阻隔層重新附著至該像素區段，隨後加以矽化。在此情況下，用於產生該固態成像器件之步驟之數目會增加。
期望提供一種具有一改良像素性質而不增加產生步驟之數目的固態成像器件並提供一種製造此一器件之方法。此外，期望提供一種包括此一固態成像器件之電子裝置。
依據本發明之一具體實施例，提供一種固態成像器件，其包括一像素區段、一周邊電路區段、矽化物阻隔層及一電晶體。該矽化物阻隔層係形成於除在該像素區段內之一隔離部分上方的一區域之部分或全部外的該像素區段內。並且，該電晶體係形成於該周邊電路區段內並金屬矽化。
在依據本發明之一具體實施例之固態成像器件中，該矽化物阻隔層係形成於除在該像素區段內之該隔離部分上方的一區域之部分或全部外的該像素區段內。因而，該矽化物阻隔層之表面區域減少，從而降低由於在該矽化物阻隔層之熱膨脹與該半導體基板之熱膨脹之間的一差異所引起的翹曲程度。其造成降低翹曲應力，從而抑制任何應力引發雜訊之產生。由於未在該像素區段內形成任何金屬矽化物層，故可抑制接面洩漏、暗電流及白點之產生。
依據本發明之另一具體實施例，提供一種製造一固態成像器件之方法。該方法包括以下步驟：在上面形成像素之一像素區段內形成矽化物阻隔層，每一像素均具有一隔離部分、一光電轉換元件及一像素電晶體。該方法還包括以下步驟：從在該像素區段內之該隔離部分上方的一區域之部分或全部中選擇性移除該矽化物阻隔層。另外，該方法包括以下步驟：在該像素區段及一周邊電路區段內形成一金屬膜並在該周邊電路區段內形成一金屬矽化物層，隨後移除該殘餘金屬膜。
依據製造本發明之具體實施例之一固態成像器件之方法，由該矽化物阻隔層所覆蓋之區域可藉由包括從在該像素區段內之該隔離部分上方的一區域之部分或全部中選擇性移除該矽化物阻隔層的步驟來加以降低。因而，由於在該半導體基板之熱膨脹與該矽化物阻隔層之熱膨脹之間的一差異所引起的該半導體基板之翹曲可在用於矽化之後續熱處理中降低。另外，由於在其中要求之該像素區段之區域內形成該矽化物阻隔層，故該方法允許產生其中抑制接面洩漏、暗電流及白點之產生的一固態成像器件。
依據本發明之另外具體實施例，提供一種電子裝置，其包括：一固態成像器件；一光學系統，其將入射光引導至該固態成像器件之一光電轉換元件內；及一信號處理單元，其處理該固態成像器件之一輸出信號。此處，該固態成像器件包括一像素區段、一周邊電路區段、矽化物阻隔層及一電晶體。該矽化物阻隔層係形成於除在該像素區段內之一隔離部分上方的一區域之部分或全部外的該像素區段內。該電晶體係形成於該周邊電路區段內的一金屬矽化電晶體。
由於依據本發明之以上具體實施例之電子裝置包括依據本發明之以上具體實施例之固態成像器件，可改良影像品質。
因此，依據本發明之以上具體實施例之任一者，可改良該固態成像器件之像素性質而不增加製造步驟之數目。
以下將參考附圖來詳細地說明本發明之具體實施例。
圖3係解說可應用於本發明之任一具體實施例之一固態成像器件或一CMOS固態成像器件之一範例性組態的一示意圖。一固態成像器件1包括一像素區段(成像區域)3，其中具有光電轉換元件的複數個像素2係二維規則配置於一半導體基板(例如一矽基板)11上；及一周邊電路區段。每一像素(即單元像素)2包括一光電轉換元件(諸如一光二極體)與複數個像素電晶體(MOS電晶體)。該複數個像素電晶體可能係三個電晶體，例如一傳送電晶體、一重設電晶體及一放大電晶體。或者，可提供四個電晶體，包括一額外選擇電晶體。該些單元像素之等效電路均與此項技術中熟知者相同，故將在下列說明中省略其細節。
該周邊電路區段包括一垂直驅動電路4、一行信號處理電路5、一水平驅動電路6、一輸出電路7、一控制電路8等等。
控制電路8產生信號(諸如時脈信號與控制信號)以參考用於驅動垂直驅動電路4、行信號處理電路5及水平驅動電路6，並接著分別將該些信號輸入至該等電路。
由一移位暫存器等所構成的垂直驅動電路4循序執行在垂直方向上一次一線地選擇性掃描在像素區段3內的像素2之每一者。接著，垂直驅動電路4透過一垂直信號線9來將一像素信號供應至行信號處理電路5。此處，像素信號係基於依據每一像素2之光電轉換元件(例如光二極體)所接收之光量所產生的一信號電荷來加以獲得。
例如，行信號處理電路5係針對該等像素2之每一行來提供並參考來自形成於一有效像素區域之周邊上的一黑參考像素之一信號來實施輸出自在一線上的該等像素2之每一者之一信號之信號處理，諸如雜訊移除。換言之，行信號處理電路5執行用於移除一像素2特定之固定圖案雜訊之CDS與諸如信號放大之信號處理。行信號處理電路5之輸出級係連接至一水平選擇開關(未顯示)，其係位於該輸出級與一水平信號線10之間。
由一移位暫存器等所構成之水平驅動電路6循序輸出水平掃描脈衝，藉此選擇各別行信號處理電路5以便輸出像素信號。接著，允許行信號處理電路5將像素信號輸出至水平信號線10。輸出電路7對透過水平線號線10循序供應自各別行信號處理電路5之信號實施信號處理並接著輸出該等經處理的信號。
複數個佈線層係透過一絕緣中間層來形成於上面形成像素區段3與該周邊電路區段兩者的半導體基板11上方。在像素區段3中，一晶片上濾色器係形成於複數個佈線層上方，中間具有一平坦化膜。此外，一晶片上微透鏡係形成於該晶片上濾色器上方。一遮光膜係形成於除該成像區域之像素區段外的區之上方。明確而言，該遮光膜係形成於包括該周邊電路區段的該等區與除該成像區域之光二極體(光感測單元)外的其他區內。此一遮光膜可由(例如)該複數個佈線層之頂部佈線層所形成。
依據本具體實施例之固態成像器件係應用於如以上所說明之CMOS固態成像器件。然而，其不限於此。
現參考圖4及圖5，將說明依據本發明之一具體實施例之一固態成像器件之一第一範例。圖4係解說一像素區段(成像區域)23之主要部分與一周邊電路區段24之主要部分的一示意圖，其均形成於一半導體基板(例如一矽基板)22上。圖5係其中配置複數個像素之像素區段23之主要部分之一平面圖。此範例之一固態成像器件21包括像素區段23與周邊電路區段24，其係均形成於半導體基板22上。像素區段23包括配置於半導體基板22上的複數個像素。周邊電路區段24包括在像素區段23周圍所形成之一邏輯電路等。
更明確而言，在像素區段23中，該等像素25係以一矩陣配置於一平面內且其每一者均包括作為一光電轉換元件26的一光二極體(PD)與複數個像素電晶體27。在圖4中，一像素電晶體27表示複數個像素電晶體。像素電晶體27包括一源極/汲極區28、一閘極絕緣膜(未顯示)及一閘極電極，諸如一多晶矽膜(未顯示)。複數個佈線層33係形成於像素25上方，中間具有一絕緣中間層31。複數個佈線層33包括複數個佈線線路32，其係經由絕緣中間層31來分層。另外，一晶片上濾色器34與一晶片上微透鏡35係經由一平坦化膜(未顯示)來形成於複數個佈線層33上方。
在此範例中，電子係用作信號電荷。隔離部分37相互分離該等像素25。隔離部分37具有一雜質擴散隔離結構，包括一p型半導體層38，其係形成於半導體基板22上；及絕緣層39，諸如形成於半導體層38上方之氧化矽膜。在像素區段23內的隔離部分37可能具有如圖6A至6C中所示之任一種類結構。例如，其可能係一雜質擴散隔離結構(參見圖6C)或可能具有一絕緣/分離結構，其藉由矽局部氧化(LOCOS)來使用氧化矽層41(參見圖6A)。或者，隔離部分37可能具有圖6B中所示之一淺溝渠隔離(STI)結構。在該STI結構中，一溝槽42係形成於半導體基板22內並接著使用一絕緣層43(諸如氧化矽膜)來加以填充。如圖6B中所示，一p+
半導體層44係形成於在絕緣層43與半導體基板22之間的介面附近。
光二極體26包括一第二傳導類型區，即n型電荷累積區；及一p+
半導體區(電洞累積層)，其採取一第一傳導類型，即半導體基板22之p型半導體井區。該p+
半導體區係提供用於抑制暗電流並形成於在該n型電荷累積區與形成於其上的一絕緣膜(例如氧化矽膜)40之間的介面附近。
在周邊電路區段24中，一邏輯電路係由一CMOS電晶體所構成，該CMOS電晶體包括一n通道MOS電晶體51N與一p通道MOS電晶體51P。類似於像素區段23，形成複數個佈線層，使得形成複數個佈線線路，中間具有絕緣中間層31。具有該STI結構之一隔離部分55彼此分離MOS電晶體51N及51P。隔離部分55可藉由使用(例如)氧化矽層54填充形成於半導體基板22內的溝槽53來加以形成。
n通道MOS電晶體51N包括一對n型源極/汲極區56及57，其係形成於一p型半導體井區81上；一閘極絕緣膜58；及一閘極電極(例如一多晶矽膜)59。p通道MOS電晶體51P包括一對p型源極/汲極區61及62，其係形成於一n型半導體井區82上；一閘極絕緣膜63；及一閘極電極(例如一多晶矽膜)64。一側壁(側壁層)65(即一絕緣膜)係形成於n通道MOS電晶體51N與p通道MOS電晶體51P之閘極電極59及64之每一者之側壁上。該等源極/汲極區56、57、61及62之每一者包括一高度摻雜區與一輕度摻雜區。
依據此範例，如圖5中所示，像素25包括作為一光電轉換元件26的一光二極體與三個像素電晶體，即一傳送電晶體Tr1、一重設電晶體Tr2及一放大電晶體Tr3。傳送電晶體Tr1包括一源極/汲極區281，其變成具有光二極體26之一浮動擴散(FD)區；及一傳送閘極電極67。重設電晶體Tr2包括一對源極/汲極區281及282與一重設閘極電極68。放大電晶體Tr3包括一對源極/汲極區282及283與一放大閘極電極69。
另外，在此範例中，矽化物阻隔層71係形成於像素區段23內，但其部分係移除。因而，矽化物阻隔層71係不遍及像素區段23而形成。換言之，矽化物阻隔層71係形成於除隔離部分37之部分或全部上方之區域外的像素區段23內。依據該範例，一開口72係朝隔離部分37之絕緣層39之部分而形成於沈積矽化物阻隔層71之部分內。在此情況下，開口72係不形成於在隔離部分37之上延伸的各別電極67至69之該等部分上方。因此，該金屬矽化物層係不形成於像素區段23內。
另一方面，一金屬矽化物層50係形成於在周邊電路區段24內的該等CMOS電晶體之各別n與p通道MOS電晶體51N及51P上。金屬矽化物層50係藉由將矽與一耐火金屬反應來形成。換言之，金屬矽化物層50係形成於各別源極/汲極區56、57、61及62之該等表面與各別多晶矽閘極電極59及64之該等表面上。金屬矽化物層50可能係一耐火金屬矽化物，諸如一Co矽化物層。
參考圖7至12，依據本發明之另一具體實施例，將說明一種製造以上所說明之具體實施例之固態成像器件21之方法。
首先，如圖7中所示，在半導體基板22之像素區段23內形成隔離部分37。此處，隔離部分37包括p型半導體層38與絕緣層39。在該等隔離部分37所劃分的區域上分別提供用於複數個像素電晶體(即一傳送電晶體Tr1、一重設電晶體Tr2及一放大電晶體Tr3)的閘極電極67、68及69，其具有一閘極絕緣膜40，諸如二氧化矽膜。該等隔離部分37與該等閘極電極67至69係用作遮罩以分別形成一光二極體(PD)26與源極/汲極區281、282及283。光二極體26包括一n型電荷累積區261；及形成於其上的一p+
半導體層262，其係用於抑制暗電流之產生。隔離部分37與閘極電極67至69係用作遮罩以形成輕度摻雜區281a、282a及283a，其係在半導體基板22上的各別n型源極/汲極區281至283之部分。
另一方面，具有該STI結構之隔離部分55係形成於周邊電路區段24內。p型半導體井區81與n型半導體井區82係形成於半導體基板22上，同時係由隔離部分55隔離。閘極電極59及64係分別形成於p型半導體井區81與n型半導體井區82上，中間具有閘極絕緣膜58及63(諸如二氧化矽膜)。隔離部分55與閘極電極59及64係用作遮罩以藉由離子植入在p型半導體井區81上形成輕度摻雜區56a及57a，其係成對的各別n型源極/汲極區56及57之部分。類似地，作為成對的各別p型源極/汲極區61及62之部分，輕度摻雜區61a及62a係藉由離子植入來形成於n型半導體井區82上。
隨後，複數個絕緣膜係依序相互堆疊於半導體基板22之整個表面上。換言之，該複數個絕緣膜包括一第一絕緣膜(例如二氧化矽膜84)；一第二絕緣膜(例如矽化物阻隔層71)，諸如氮化矽膜；及一第三絕緣膜(例如二氧化矽膜85)。
接下來，如圖8中所示，二氧化矽膜(第三絕緣膜)85係回蝕使得二氧化矽膜85僅保留於在像素區段23內的各別閘極電極67至69之側壁上。同時，二氧化矽膜85係僅留在周邊電路區段24內的各別閘極電極59及64之側壁上。
另外，如圖9中所示，在像素區段23內形成一光阻遮罩87，其在隔離部分37之部分或全部上方的一區域內具有一開口87A。在此具體實施例中，一光阻遮罩87係形成使得開口87A僅形成於隔離部分37之部分上方的一區域內(參見圖5)。
接下來，在此條件下實施蝕刻並接著移除該光阻。由此，如圖10中所示，選擇性移除朝光阻遮罩87之開口87A的矽化物阻隔層71與在膜71底下的二氧化矽膜84兩者以曝露隔離部分37之絕緣層39。具有一三層結構之側壁(側壁層)65係形成於周邊電路區段24內的各別閘極電極59及64之側壁上。側壁層65包括作為該第一絕緣膜的二氧化矽膜84、作為該第二絕緣膜的矽化物阻隔層71及作為該第三絕緣膜的二氧化矽膜85。曝露在周邊電路區段24內的由多晶矽製成之各別閘極電極59及64之該等表面與各別源極/汲極區56、57、61及62之該等表面。
在周邊電路區段24中，使用閘極電極59及64、側壁65及具有該STI結構之隔離部分55藉由離子植八分別選擇性形成欲提供作為各別n型源極/汲極區56及57之部分之高度摻雜區56b及57b與欲提供作為p型源極/汲極區61及62之部分的高度摻雜區61b及62b。另一方面，在像素區段23中，在各別閘極電極67至69之側壁之每一者上形成具有一三層結構之一側壁(側壁層)86。該三層結構包括作為該第一絕緣膜的二氧化矽膜84、作為該第二絕緣膜的矽化物阻隔層71及作為該第三絕緣膜的二氧化矽膜85。側壁86與閘極電極67至69兩者係用作遮罩以形成高度摻雜區281b至283b以提供作為各別n型源極/汲極區281至283之部分。
隨後，如圖11中所示，將一耐火金屬膜(諸如一鈷(Co)膜88)沈積於像素區段23與周邊電路區段24之整個表面上。
如圖12中所示，實施熱處理並在周邊電路區段24中允許鈷(Co)與矽區(即接觸膜88的各別閘極電極59及64之該等表面與各別n及p型源極/汲極區56、57、61及62之該等表面)反應。由此，金屬矽化物層(即一Co矽化物層)50係形成於各別閘極電極59及64之該等表面與各別n及p型源極/汲極區56、57、61及62之該等表面上。另一方面，在像素區段23中，因為鈷(Co)膜88係沈積於隔離部分37之絕緣層39上並還沈積於矽化物阻隔層71上，故不形成Co矽化物層50。在該矽化之後，移除鈷(Co)膜88之一殘餘物。
據此，在周邊電路區段24中，形成由一矽化n通道MOS電晶體51N與p通道MOS電晶體51P所構成的一CMOS電晶體。在像素區段23中，形成由一未矽化光二極體26與像素電晶體Tr1至Tr3所構成的一像素。因而，獲得所需固態成像器件21，其中因為開口72，在像素區段23內的隔離部分37之一部分具有上面未形成矽化物阻隔層71的一區域。
依據一第一範例之固態成像器件21，該等矽化MOS電晶體51N及51P係形成於周邊電路區段24內且該等無矽化物像素係形成有在像素區段23內的矽化物阻隔層71。另外，在像素區段23中，開口72係藉由移除矽化物阻隔層71之部分來形成於隔離部分37上方的一區域內。矽化物阻隔層71係不形成於像素區段23各處，但作為一整體來分佈移除矽化物阻隔層71之部分。換言之，降低覆蓋有矽化物阻隔層71之區域，使得可降低由於用於矽化之熱處理所引起之半導體基板之翹曲。因此，不存在任何由於基板翹曲所引起之應力，使得可抑制由於應力之雜訊產生。即使將鈷(Co)膜88施加至像素區段23內的隔離部分37，仍可在該矽化之後移除此類鈷(Co)膜88且不在像素區段23內形成一Co矽化物層。因此，防止所得固態成像器件在像素內產生接面洩漏並受到該Co矽化物層污染以及產生暗電流及白點。
在依據該具體實施例之固態成像器件21之產生中，與在周邊電路區段24內移除矽化物阻隔層71同時實施在像素區段23內部分移除矽化物阻隔層71之步驟。因而，不必增加製造步驟之數目。在像素區段23中，矽化物阻隔層71還用作像素電晶體之閘極電極之側壁86且在該周邊電路區段24中膜71還用作閘極電極之側壁65。因而，可降低製造步驟之數目。
因此，依據本具體實施例，可改良像素品質而不增加製造步驟之數目。
現參考圖13，將說明依據本發明之一具體實施例之一固態成像器件之一第二範例。圖13解說其中配置複數個像素之像素區段23之主要部分之一平面圖，除下列外其類似於圖5中所解說之第一範例之情況。在此範例之一固態成像器件91中，矽化物阻隔層71係不完全形成於該像素區段之表面上。矽化物阻隔層71係形成於除在隔離部分37與在隔離部分37之上延伸之像素電晶體之閘極電極之部分上方之區域外的像素區段內。換言之，該等開口72僅形成於在像素區段23內的矽化物阻隔層71之部分內，其中此類部分係定位於隔離部分37上方與在隔離部分37之上延伸的傳送閘極電極67、重設閘極電極68及放大閘極電極69之該等部分上方。朝該閘極電極之延伸部分的開口72係與像素電晶體之半導體區分開形成，藉此防止增大開口72至像素電晶體之半導體區。
另外，在周邊電路區段24內的矽化之步驟中，未覆蓋有矽化物阻隔膜71之閘極電極之延伸部分係同時矽化。由此，例如，形成一Co矽化物層50。
此範例之固態成像器件91之其他結構特徵係與前述第一範例之特徵相同。與圖5中相同的參考符號係用以表示對應或相似部分。因而，將省略冗餘說明。
製造依據該第二範例之固態成像器件91之方法係類似於以上所說明之方法。此方法包括如圖9及10中所解說部分移除矽化物阻隔層之步驟，其中該等開口72之圖案係形成使得曝露在隔離部分37之上延伸的各別電極67至69之該等部分。其他步驟係類似於前述製造方法之方法。因而，可產生該第二範例之固態成像器件91。
在該第二範例之固態成像器件91中，矽化物阻隔層71係形成使得其開口72僅形成於隔離部分37上方及在隔離部分37之上延伸的閘極電極之部分上方。金屬矽化物層50係形成於面對開口72之閘極電極之延伸部分上。然而，金屬矽化物層50係不形成於直接連接至光二極體26的矽基板上。因此，不會由於形成於閘極電極之延伸部分上的金屬矽化物層50而劣化像素性質。
矽化物阻隔層71之開口72係形成於包括在隔離部分37之上延伸的閘極電極之部分的區域內。因而，可增加開口72之區域。據此，可在對應於其的程度上防止半導體基板22翹曲。此外，可獲得與該第一範例之效果相同的有利效果。
提供依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之一第三範例。儘管圖中未顯示，但依據該第三範例，矽化物阻隔層71係不完全形成於該像素區段之表面上，而是形成於除在隔離部分37與像素電晶體之閘極電極上方之區域外的像素區段內。換言之，開口72係形成於在隔離部分37上方及在傳送閘極電極67、重設閘極電極68及放大閘極電極69之一部分或全部上方的矽化物阻隔層71內。
在周邊電路區段24之矽化之步驟中，在像素區段23內未曾覆蓋有矽化物阻隔層71之閘極電極還與在周邊電路區段24內的矽化同時矽化。由此，例如，形成Co矽化物層50。
此範例之固態成像器件之其他結構特徵係與前述第一範例之特徵相同。與圖5中相同的參考符號係用以表示對應或相似部分。因而，將省略冗餘說明。
依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之第三範例，可獲得與前述範例之任一者之效果相同的有利效果。
本發明之一具體實施例之固態成像器件可應用於一線性影像感測器以及一區域影像感測器(諸如在以上說明中所示範者)。
依據本發明之一具體實施例之固態成像器件可應用於若干電子裝置，包括一包括一固態成像器件之相機、一相機行動電話及包括一固態成像器件的其他器件。
圖14解說作為依據本發明之一具體實施例之電子裝置之一範例的一相機之組態。此範例之一相機93包括一光學系統(光學透鏡)94、一固態成像器件95及一信號處理電路96。固態成像器件之前述範例之任一者可用作固態成像器件95。光學系統94將來自一物體之影像光(入射光)聚集至固態成像器件95之一成像區域上。因此，信號電荷係累積於固態成像器件95之一光電轉換元件內達一給定時間週期。信號處理電路96在來自固態成像器件95之信號輸出上實施各種信號處理並輸出所得信號。此範例之相機93可設計成一相機模組，其中模組化光學系統94、固態成像器件95及信號處理電路96。
依據本發明之一具體實施例，可提供包括一相機之一行動器件，諸如包括圖14之相機或相機模組的一行動電話單元。另外，依據圖14中所解說之組態，可提供具有一成像功能之一模組，其中模組化光學系統94、固態成像器件95及信號處理電路96。依據本發明之一具體實施例，可提供包括此類成像功能的一電子裝置。
據此，提供作為一高效能電子裝置，本具體實施例之電子裝置可在該固態成像器件之像素性質上極佳並獲得具有高品質的一影像。
本具體實施例之固態成像器件之以上範例已說明為具有一像素陣列之器件，每一像素包括一光二極體與複數個像素電晶體。或者，本具體實施例之固態成像器件可能係包括一共用像素陣列之器件，其中每一像素具有一光二極體與一傳送電晶體且其他像素電晶體係與複數個像素共用。
儘管以上範例之任一者已應用於其中電子用作信號電荷之固態成像器件，但其可應用於使用電洞作為信號電荷之器件。
本申請案包含與2008年4月21日向日本專利局申請的日本優先專利申請案JP 2008-110669所揭示有關之標的，其全部內容以引用方式併入本文內。
熟習此項技術者應明白，可根據設計需求與其他因素進行各種修改、組合、子組合與變更，只要其在隨附申請專利範圍或其等效內容之範疇內即可。
1．．．固態成像器件
2．．．像素
3．．．像素區段(成像區域)
4．．．垂直驅動電路
5．．．行信號處理電路
6．．．水平驅動電路
7．．．輸出電路
8．．．控制電路
9．．．垂直信號線
10．．．水平信號線
11．．．半導體基板
21．．．固態成像器件
22．．．半導體基板
23．．．像素區段
24．．．周邊電路區段
25．．．像素
26．．．光電轉換元件/光二極體
27．．．像素電晶體
28．．．源極/汲極區
31．．．絕緣中間層
32．．．佈線線路
33．．．佈線層
34．．．晶片上濾色器
35．．．晶片上微透鏡
37．．．隔離部分
38．．．p型半導體層
39．．．絕緣層
40．．．閘極絕緣膜
41．．．氧化矽層
42．．．溝槽
43．．．絕緣層
44．．．p+
半導體層
50．．．金屬矽化物層/Co矽化物層
51N．．．n通道MOS電晶體
51P．．．p通道MOS電晶體
53．．．溝槽
54．．．氧化矽層
55．．．隔離部分
56．．．n型源極/汲極區
56a．．．輕度摻雜區
56b．．．高度摻雜區
57．．．n型源極/汲極區
57a．．．輕度摻雜區
57b．．．高度摻雜區
58．．．閘極絕緣膜
59．．．多晶矽閘極電極
61．．．p型源極/汲極區
61a．．．輕度摻雜區
61b．．．高度摻雜區
62．．．p型源極/汲極區
62a．．．輕度摻雜區
62b．．．高度摻雜區
63．．．閘極絕緣膜
64．．．多晶矽閘極電極
65．．．側壁(側壁層)
67．．．閘極電極
68．．．重設閘極電極
69．．．放大閘極電極
71．．．矽化物阻隔層/膜
72．．．開口
81．．．p型半導體井區
82．．．n型半導體井區
84．．．二氧化矽膜
85．．．二氧化矽膜
86．．．側壁(側壁層)
87．．．光阻遮罩
87A．．．開口
88．．．鈷(Co)膜
93．．．相機
94．．．光學系統(光學透鏡)
95．．．固態成像器件
96．．．信號處理電路
101．．．固態成像器件
102．．．半導體基板
103．．．像素區段
104．．．周邊電路區段
107．．．光二極體(PD)
108．．．像素電晶體
109．．．源極/汲極區
110．．．像素
111．．．矽化物阻隔層
112．．．絕緣中間層
113．．．佈線線路
114．．．佈線層
115．．．晶片上濾色器
116．．．晶片上微透鏡
121．．．隔離部分
122．．．第一傳導類型半導體層
123．．．絕緣層
125．．．隔離部分
126．．．溝槽
127．．．絕緣層
128．．．n通道CMOS電晶體
129．．．p通道MOS電晶體
130．．．CMOS電晶體
132．．．p型半導體井區
133．．．n型源極/汲極區
134．．．n型源極/汲極區
135．．．閘極絕緣膜
136．．．閘極電極
142．．．n型半導體井區
143．．．p型源極/汲極區
144．．．p型源極/汲極區
146．．．閘極電極
151．．．側壁(側壁層)
152．．．金屬矽化物層
161．．．傳送閘極電極
162．．．重設閘極電極
163．．．放大閘極電極
261．．．n型電荷累積區
262．．．p+
半導體層
281．．．源極/汲極區
281a．．．輕度摻雜區
281b．．．高度摻雜區
282．．．源極/汲極區
282a．．．輕度摻雜區
282b．．．高度摻雜區
283．．．源極/汲極區
283a．．．輕度摻雜區
283b．．．高度摻雜區
1091．．．源極/汲極區
1092．．．源極/汲極區
1093．．．源極/汲極區
Tr1．．．傳送電晶體
Tr2．．．重設電晶體
Tr3．．．放大電晶體
圖1係一相關技術固態成像器件之一主要部分之一斷面圖；
圖2係相關技術固態成像器件之一像素區段之一主要部分之一斷面圖；
圖3係解說應用於本發明之一具體實施例之一固態成像器件之一範例性組態的一示意圖；
圖4係解說依據本發明之一具體實施例之一固態成像器件之一第一範例之一主要部分的一斷面圖；
圖5係解說依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之第一範例之一像素區段之一主要部分的一平面圖；
圖6A至圖6C係解說形成於依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之一像素區段上的一隔離部分的一斷面圖，其中圖6A顯示一絕緣/分離結構，圖6B顯示一淺溝渠隔離(STI)結構，而圖6C顯示一擴散隔離結構；
圖7係解說製造依據本發明之一具體實施例之一固態成像器件之一步驟的一圖式(1/6)；
圖8係解說製造依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之一步驟的一圖式(2/6)；
圖9係解說製造依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之一步驟的一圖式(3/6)；
圖10係解說製造依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之一步驟的一圖式(4/6)；
圖11係解說製造依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之一步驟的一圖式(5/6)；
圖12係解說製造依據本發明之一具體實施例之固態成像器件之一步驟的一圖式(6/6)；
圖13係依據本發明之一具體實施例之一固態成像器件之一第二範例之一像素區段之一主要部分的一平面圖；及
圖14係解說依據本發明之一具體實施例之一電子裝置之組態的一示意圖。
21．．．固態成像器件
22．．．半導體基板
23．．．像素區段
24．．．周邊電路區段
25．．．像素
26．．．光電轉換元件/光二極體
27．．．像素電晶體
28．．．源極/汲極區
31．．．絕緣中間層
32．．．佈線線路
33．．．佈線層
34．．．晶片上濾色器
35．．．晶片上微透鏡
37．．．隔離部分
38．．．p型半導體層
39．．．絕緣層
40．．．閘極絕緣膜
50．．．金屬矽化物層/Co矽化物層
51N．．．n通道MOS電晶體
51P．．．p通道MOS電晶體
53．．．溝槽
54．．．氧化矽層
55．．．隔離部分
56．．．n型源極/汲極區
57．．．n型源極/汲極區
58．．．閘極絕緣膜
59．．．閘極電極/多晶矽閘極電極
61．．．p型源極/汲極區
62．．．p型源極/汲極區
63．．．閘極絕緣膜
64．．．閘極電極/多晶矽閘極電極
65．．．側壁(側壁層)
71．．．矽化物阻隔層
72．．．開口
81．．．p型半導體井區
Claims (3)
- 一種製造一固態成像器件之方法，其包含以下步驟：在具有複數個像素的一像素區段內形成一矽化物阻隔層，每一像素均具有一光電轉換元件及一像素電晶體，該矽化物阻隔層覆蓋每一像素，以及配置於鄰近像素之間的隔離部分；從在該像素區段內之該隔離部分上方的一區域之一部分或一整個中選擇性移除該矽化物阻隔層，而該矽化物阻隔層仍保留於該光電轉換元件之上；在該像素區段與一周邊電路區段內形成一金屬膜，且該矽化物阻隔層覆蓋該光電轉換元件；藉由矽化該金屬膜之一部分，在該周邊電路區段內形成一金屬矽化物層；以及移除未被矽化的該金屬膜之一殘餘物，其中，該矽化物阻隔層被配置以於該金屬矽化物層被形成時，保護該光電轉換元件。
- 如請求項1之製造一固態成像器件之方法，更進一步包含：於形成該金屬膜的步驟之前，選擇性地移除在該像素電晶體之一閘極電極上方的該矽化物阻隔層；以及在移除該金屬膜之該殘餘物的步驟前，形成該金屬矽化物層於該像素電晶體之該閘極電極上。
- 如請求項1之製造一固態成像器件之方法，其中 該矽化物阻隔層係形成於該像素區段內使得該矽化物阻隔層用作該像素電晶體之該閘極電極之一側壁層。
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