專利名稱:制造光電轉(zhuǎn)換裝置的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及 一種制造光電轉(zhuǎn)換裝置的方法,更具體地講,涉及一種在制造光電轉(zhuǎn) 換裝置的過(guò)程中形成接觸孔的技術(shù)。
背景技術(shù):
近些年來(lái),具有較高圖像質(zhì)量的低成本數(shù)字照相機(jī)和數(shù)字?jǐn)z像機(jī)由于先進(jìn)的光電 轉(zhuǎn)換裝置而普及。光電轉(zhuǎn)換裝置被分類為C⑶型、MOS型等等。MOS光電轉(zhuǎn)換裝置包括像素 區(qū)和外圍電路區(qū)。像素區(qū)包括光電轉(zhuǎn)換單元、傳輸晶體管和放大晶體管。外圍電路區(qū)包括 MOS晶體管,對(duì)從像素區(qū)輸出的信號(hào)進(jìn)行處理并驅(qū)動(dòng)光電轉(zhuǎn)換裝置。能夠在公共的步驟中通 過(guò)CMOS制造工藝制造像素區(qū)和外圍電路區(qū)。通過(guò)采用自對(duì)準(zhǔn)硅化物(salicide)(稱作“硅化物層”)結(jié)構(gòu),MOS晶體管能夠迅 速進(jìn)行工作,在這種自對(duì)準(zhǔn)硅化物結(jié)構(gòu)中,在外圍電路區(qū)中的MOS晶體管的源極、漏極和柵 電極上選擇性形成高熔點(diǎn)金屬的半導(dǎo)體化合物。然而,對(duì)像素區(qū)中的光電轉(zhuǎn)換單元使用硅 化物層會(huì)增加光電轉(zhuǎn)換單元的泄露電流,從而降低光電轉(zhuǎn)換特性。日本專利公布No. 2001-111022公開了一種布置,其中,僅僅在外圍電路區(qū)中使用 自對(duì)準(zhǔn)硅化物結(jié)構(gòu)以抑制光電轉(zhuǎn)換單元的泄露電流。在以CMOS圖像傳感器為代表的一些傳統(tǒng)的有源像素固態(tài)圖像感測(cè)裝置中,像素 具有全局電子快門功能(global electronic shutter function),以使得在以矩陣形式排 列的多個(gè)像素之中光電荷累積的開始時(shí)間和結(jié)束時(shí)間彼此一致。為了實(shí)現(xiàn)具有全局電子快門功能的固態(tài)圖像感測(cè)裝置,像素區(qū)需要執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換 的光電轉(zhuǎn)換單元和將在光電轉(zhuǎn)換單元中產(chǎn)生的電荷保持一定時(shí)間段的電荷保持單元。電荷 保持單元保持電荷,直到在給定像素中的累積結(jié)束以后進(jìn)行讀取。如果光進(jìn)入電荷保持單 元并且通過(guò)光電轉(zhuǎn)換在與電荷保持單元相鄰的P-N結(jié)處產(chǎn)生電荷,則這些電荷起光泄露噪 聲的作用,從而降低圖像質(zhì)量。為了解決這個(gè)問(wèn)題,日本專利公布No. 2007-294531公開了一種布置,在這種布置 中,形成遮光膜以對(duì)電荷保持單元進(jìn)行遮光而對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元不進(jìn)行遮光。這種遮光膜防 止光進(jìn)入電荷保持單元,從而抑制圖像質(zhì)量的劣化。
發(fā)明內(nèi)容
在日本專利公布No. 2001-111022中,形成了不具有硅化物層的像素區(qū)和具有硅 化物層的外圍電路區(qū)。然后,形成了絕緣層和接觸孔。此時(shí),發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在像素區(qū)和外圍電 路區(qū)中形成接觸孔的蝕刻過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)下述問(wèn)題。具體地講,存在這樣一種可能性高熔點(diǎn) 金屬?gòu)耐鈬娐穮^(qū)的底部的硅化物層飛散(scatter),并且污染像素區(qū)中的光電二極管和 接觸孔的內(nèi)部。對(duì)像素區(qū)中的光電二極管和接觸孔的內(nèi)部的污染會(huì)增加像素區(qū)中的泄露電 流,從而導(dǎo)致劣質(zhì)的光電轉(zhuǎn)換特性。一般情況下,根據(jù)光反射特性使用鎢、鎢硅化物等等的金屬膜形成對(duì)電荷保持單元進(jìn)行遮光的遮光膜。由這種金屬膜形成遮光膜以對(duì)電荷保持單元進(jìn)行遮光。接下來(lái),形 成層間介電膜。然后,進(jìn)行蝕刻以在遮光膜、擴(kuò)散層和柵電極上形成接觸孔。常規(guī)上,在同 一步驟中形成這些接觸孔。在蝕刻過(guò)程中,金屬?gòu)挠山饘倌ば纬傻恼诠饽わw散。該金屬會(huì) 污染擴(kuò)散層上的接觸孔的內(nèi)部,還會(huì)污染光電二極管。如果光電二極管受到金屬的污染,例 如,泄露電流增加,從而降低圖像質(zhì)量。
考慮以上情形而作出了本發(fā)明,本發(fā)明減小了當(dāng)在光電轉(zhuǎn)換裝置中形成接觸孔時(shí) 金屬或高熔點(diǎn)金屬對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元的污染。根據(jù)本發(fā)明,提供了一種制造具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法, 所述方法包括通過(guò)使得外圍電路區(qū)中的MOS晶體管的柵電極或擴(kuò)散層的表面與高熔點(diǎn)金 屬進(jìn)行反應(yīng)來(lái)形成半導(dǎo)體化合物層的步驟;在形成半導(dǎo)體化合物層的步驟以后在像素區(qū)和 外圍電路區(qū)中形成絕緣層的步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露像素區(qū)中的擴(kuò)散層的第一 接觸孔形成步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露在外圍電路區(qū)中形成的半導(dǎo)體化合物層的 第二接觸孔形成步驟,該第二接觸孔形成步驟在與第一接觸孔形成步驟的時(shí)刻不同的時(shí)刻 執(zhí)行;以及在第一接觸孔形成步驟和第二接觸孔形成步驟之中后執(zhí)行的步驟之前,在先執(zhí) 行的步驟中形成的接觸孔中形成接觸插塞的步驟。另外,根據(jù)本發(fā)明,提供了一種制造包括像素的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法,該像素具有 光電轉(zhuǎn)換單元、保持由光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的電荷的電荷保持單元和用于讀出電荷的MOS晶 體管,所述方法包括形成對(duì)電荷保持單元進(jìn)行遮光而對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元不進(jìn)行遮光的遮光 膜的步驟;在形成遮光膜的步驟以后形成絕緣層以覆蓋像素的步驟;在絕緣層中形成接觸 孔以暴露像素的MOS晶體管的柵電極和擴(kuò)散層的表面的第一接觸孔形成步驟;在絕緣層中 形成接觸孔以暴露遮光膜的第二接觸孔形成步驟,該第二接觸孔形成步驟在與第一接觸孔 形成步驟的時(shí)刻不同的時(shí)刻執(zhí)行;以及在第一接觸孔形成步驟和第二接觸孔形成步驟之中 后執(zhí)行的步驟之前,在先執(zhí)行的步驟中形成的接觸孔中形成接觸插塞的步驟。另外,根據(jù)本發(fā)明,提供了一種制造具有光電轉(zhuǎn)換單元和用于讀出由光電轉(zhuǎn)換單 元轉(zhuǎn)換的電荷的多個(gè)MOS晶體管的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法,所述方法包括通過(guò)使得所述多 個(gè)MOS晶體管中的一些MOS晶體管的柵電極或者擴(kuò)散層的表面與高熔點(diǎn)金屬進(jìn)行反應(yīng)以在 所述一些MOS晶體管上形成半導(dǎo)體化合物層,來(lái)形成半導(dǎo)體化合物層的步驟;在形成半導(dǎo) 體化合物層的步驟以后形成絕緣層以覆蓋光電轉(zhuǎn)換單元和所述多個(gè)MOS晶體管的步驟;在 絕緣層中形成接觸孔以暴露所述多個(gè)MOS晶體管之中不具有半導(dǎo)體化合物層的MOS晶體管 的柵電極或擴(kuò)散層的第一接觸孔形成步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露所述一些MOS晶 體管的半導(dǎo)體化合物層的第二接觸孔形成步驟,該第二接觸孔形成步驟在與第一接觸孔形 成步驟的時(shí)刻不同的時(shí)刻執(zhí)行;以及在第一接觸孔形成步驟和第二接觸孔形成步驟之中后 執(zhí)行的步驟之前,在先執(zhí)行的步驟中形成的接觸孔中形成接觸插塞的步驟。根據(jù)下面的示例性實(shí)施例的描述(參照附圖),本發(fā)明的其它特征將變得清楚。
圖IA到圖IJ是用于解釋根據(jù)第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的截面圖;圖2A到圖2C是用于解釋根據(jù)第二實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的截面圖;圖3是示出根據(jù)第三和第四實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的像素單元的二維布局的示意圖;圖4是示出根據(jù)第三和第四實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的截面圖;圖5A到圖5F是示出根據(jù)第三實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的截面圖; 圖6A和圖6B是示出根據(jù)第四實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的截面圖;以及圖7A到圖7D是示出根據(jù)第五實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的截面圖。
具體實(shí)施例方式將根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。<第一實(shí)施例>圖IA到圖IJ是用于解釋根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法的 光電轉(zhuǎn)換裝置的像素區(qū)和外圍電路區(qū)的截面圖。第一實(shí)施例涉及一種結(jié)構(gòu),在這種結(jié)構(gòu)中, 外圍電路區(qū)具有高熔點(diǎn)金屬化合物層(硅化物層)。盡管第一實(shí)施例將描述CMOS光電轉(zhuǎn)換 裝置,但是光電轉(zhuǎn)換裝置的類型不限于此。在圖IA中,多個(gè)像素布置在像素區(qū)101中。每個(gè)像素包括用作光電轉(zhuǎn)換單元的光 電二極管的電荷累積區(qū)和用于傳輸在光電轉(zhuǎn)換單元中產(chǎn)生的電荷的MOS晶體管。外圍電路 區(qū)102包括MOS晶體管,對(duì)從像素區(qū)101輸出的信號(hào)進(jìn)行處理,并且驅(qū)動(dòng)用來(lái)從像素區(qū)讀出 信號(hào)。圖IA示出了像素區(qū)101的一部分和外圍電路區(qū)102的一部分。關(guān)于像素區(qū)101,示 出了一個(gè)像素的一部分;關(guān)于外圍電路區(qū)102,在圖IA中示出了一個(gè)MOS晶體管??梢栽?公共的步驟中通過(guò)CMOS制造工藝在單個(gè)半導(dǎo)體基板中制造像素區(qū)和外圍電路區(qū)。在這個(gè) 實(shí)施例中,電荷是電子。例如,半導(dǎo)體基板100是包括η型半導(dǎo)體區(qū)的單晶硅基板。附圖標(biāo)記104表示元 件隔離件(element isolation);附圖標(biāo)記106表示像素區(qū)阱;附圖標(biāo)記105表示由η型半 導(dǎo)體形成的光電二極管的電荷累積區(qū)。附圖標(biāo)記109表示像素區(qū)101中的傳輸MOS晶體管 的柵電極;附圖標(biāo)記107表示光電二極管表面上的光電二極管的ρ型半導(dǎo)體層。附圖標(biāo)記 110表示像素區(qū)101和外圍電路區(qū)102中的MOS晶體管的柵電極。根據(jù)光電二極管特性適 當(dāng)?shù)厥瓜袼貐^(qū)阱106最佳化,從而任意地設(shè)置結(jié)深、雜質(zhì)濃度等等。半導(dǎo)體基板100可以是 另一種類型的基板或者是在基板上形成的外延層,以替代單晶硅基板。η型半導(dǎo)體層(浮置擴(kuò)散層,floating diffusion layer) 103保持從電荷累積區(qū) 105傳輸?shù)碾娮?。η型半?dǎo)體層103與電荷累積區(qū)105和柵電極109 —起形成傳輸MOS晶 體管。附圖標(biāo)記111表示在像素區(qū)101中形成的η型MOS晶體管的源極/漏極區(qū)、以及在 外圍電路區(qū)102中形成的η型MOS晶體管的源極/漏極區(qū)。附圖標(biāo)記108表示外圍電路區(qū) 102中的ρ阱區(qū)。注意外圍電路區(qū)102除了具有ρ阱區(qū)以外還可以具有能夠布置ρ型MOS 晶體管的η阱區(qū)。例如,在像素區(qū)101中形成的MOS晶體管是用于傳輸電荷的傳輸MOS晶 體管和用于放大和輸出電荷的放大MOS晶體管。在外圍電路區(qū)102中形成的MOS晶體管是 形成用于驅(qū)動(dòng)像素區(qū)101中的MOS晶體管的驅(qū)動(dòng)電路以及用于處理信號(hào)的信號(hào)處理電路的 那些MOS晶體管。如圖IB所示,絕緣膜層112由硅氮化物膜、硅氧化物膜和硅氧氮化物膜之一或者 其組合形成。如圖IC所示,通過(guò)光刻(photolithography)和干蝕刻主要從外圍電路區(qū)102 去除絕緣膜層112,從而在像素區(qū)中形成絕緣膜層113。此時(shí),在外圍電路區(qū)102中,絕緣膜層112保持于MOS晶體管的柵極側(cè)壁上,并且用作LDD結(jié)構(gòu)的側(cè)間隔件114。其后,如圖ID所示,在外圍電路區(qū)102中的MOS晶體管的源極/漏極區(qū)中形成重 摻雜的η型半導(dǎo)體區(qū)116 (擴(kuò)散層),從而形成具有LDD結(jié)構(gòu)的MOS晶體管。在第一實(shí)施例 中,由于絕緣膜層113的存在,所以在像素區(qū)101中的MOS晶體管的源極/漏極區(qū)中沒(méi)有形 成η型半導(dǎo)體區(qū)116。接下來(lái),首先通過(guò)CVD、PVD等等形成例如硅氮化物膜、硅氧化物膜或硅氧氮化物 膜的絕緣膜。然后,如圖IE所示,從外圍電路區(qū)102選擇性去除絕緣膜,同時(shí)僅僅在像素區(qū) 101中保留絕緣膜,從而形成高熔點(diǎn)金屬的半導(dǎo)體化合物阻擋層117。此時(shí),半導(dǎo)體化合物 阻擋層117可以留在外圍電路區(qū)102的一部分中,以形成高電阻區(qū)115。高電阻區(qū)115是電 阻元件。在這個(gè)區(qū)中,由于硅化物層的形成降低了電阻,所以不希望形成硅化物層。
如圖IF所示,通過(guò)CVD、濺射等等沉積由用作高熔點(diǎn)金屬的鈷和用作高熔點(diǎn)金屬 的抗氧化劑膜的鈦氮化物構(gòu)成的多層膜118。除了鈷以外,高熔點(diǎn)金屬的例子是鈦、鎳、鎢、 鉬、鉭、鉻、鈀和鉬。除了鈦氮化物以外,高熔點(diǎn)金屬的抗氧化劑膜的其它材料是鎳和鈦。在圖IG中,對(duì)用作高熔點(diǎn)金屬膜的多層膜118進(jìn)行退火,以使得高熔點(diǎn)金屬與 形成外圍電路區(qū)102中的MOS晶體管的柵電極、源極和漏極的硅發(fā)生反應(yīng)(硅化反應(yīng))。 結(jié)果,在外圍電路區(qū)102中的MOS晶體管的源極、漏極和柵電極上形成高熔點(diǎn)金屬的硅 化物層(高熔點(diǎn)金屬的半導(dǎo)體化合物層)。高熔點(diǎn)金屬的半導(dǎo)體化合物的例子是鈦硅化 物、鎳硅化物、鈷硅化物、鎢硅化物、鉬硅化物、鉭硅化物、鉻硅化物、鈀硅化物和鉬硅化物。 此時(shí),在布置參照?qǐng)DIE描述的半導(dǎo)體化合物阻擋層117的區(qū)中,這個(gè)層用作硅化阻擋層 (silicidation blocking layer)并且沒(méi)有形成高熔點(diǎn)金屬硅化物層。類似地,在高電阻區(qū) 115中沒(méi)有形成高熔點(diǎn)金屬硅化物層。然后,通過(guò)將包含未反應(yīng)的高熔點(diǎn)金屬的多層膜118 浸入酸溶液中來(lái)去除該多層膜。因此,如圖IG所示,能夠在外圍電路區(qū)102中的希望部分 處形成硅化物層119。如圖IH所示,例如,由硅氧化物膜或者含硼或磷的硅氧化物膜形成絕緣層120。絕 緣層120用作層間介電膜。僅僅在未硅化的像素區(qū)101中,使用光刻和蝕刻在絕緣層120中 形成接觸孔。通過(guò)CVD等等沉積單層或多層金屬膜,并且通過(guò)CMP等等去除不必要的金屬 膜,從而形成接觸插塞121。在形成接觸插塞121之前,可以經(jīng)由希望的接觸孔向阱內(nèi)摻入 (離子注入)雜質(zhì),以形成雜質(zhì)區(qū)122,從而能夠穩(wěn)定接觸電阻。在形成接觸孔以后,在形成 接觸插塞121之前,可以用諸如氫氟酸或過(guò)氧化氫氨混合物(ammonia hydrogen peroxide mixture)的酸溶液或堿溶液對(duì)這些接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗。優(yōu)選的是,在向接觸孔摻入雜 質(zhì)以后對(duì)接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗。這樣實(shí)現(xiàn)減小金屬或高熔點(diǎn)金屬對(duì)半導(dǎo)體基板的污染。如圖II所示,當(dāng)在像素區(qū)101中形成接觸插塞121以后,類似地,使用光刻和蝕刻 在外圍電路區(qū)102中的絕緣層120中形成接觸孔126。如圖IJ所示,通過(guò)與在像素區(qū)101 中采用的方法相同的方法形成接觸插塞123。最后,在像素區(qū)和外圍電路區(qū)中由諸如鋁或銅 的金屬形成布線層124。其后,還可以形成絕緣層、貫通插塞(via plug)和布線層。形成濾 色器和微透鏡,從而完成光電轉(zhuǎn)換裝置(未示出)。在參照?qǐng)DIA到圖IJ描述的制造方法中,如果在外圍電路區(qū)中形成硅化物層,則在 不同時(shí)刻作為不同步驟執(zhí)行在像素區(qū)中形成接觸孔的步驟和在外圍電路區(qū)中形成接觸孔 的步驟。當(dāng)在外圍電路區(qū)中形成接觸孔時(shí),像素區(qū)中的接觸孔能夠被接觸插塞填充。這樣能夠防止像素區(qū)受到從外圍電路區(qū)中的硅化物層飛散的金屬的污染。因此,能夠在不降低 像素特性的情況下制造光電轉(zhuǎn)換裝置。在本實(shí)施例的制造方法中,當(dāng)在像素區(qū)中形成接觸孔時(shí),沒(méi)有暴露硅化物層。因 此,能夠?qū)ο袼貐^(qū)中的接觸孔的底部進(jìn)行清洗,從而獲得充分的接觸電阻。在外圍區(qū)即暴露 硅化物層的接觸孔中,能夠令人滿意地連接接觸插塞,從而不需要摻入雜質(zhì)。優(yōu)選的是,為 了抑制對(duì)硅化物層的損害,不對(duì)暴露硅化物層的接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗。在上 述的第一實(shí)施例中,首先在像素區(qū)101中形成接觸孔?;蛘撸梢允紫仍谕鈬?電路區(qū)102中形成接觸孔。在這種情況下,在像素區(qū)101中形成接觸孔之前,通過(guò)在外圍電 路區(qū)102中的接觸孔中形成接觸插塞,可以獲得與上述效果相同的效果。<第二實(shí)施例>將參照?qǐng)D1G、1J和圖2A到圖2C解釋第二實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。 在第二實(shí)施例的制造方法中,在像素區(qū)101中形成接觸孔,然后在外圍電路區(qū)102中形成接 觸孔而不形成接觸插塞。與第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)和制造步驟的描述將不會(huì)重復(fù)。第二實(shí)施例的特征在于,在對(duì)形成圖IG中的外圍電路區(qū)102中的MOS晶體管的柵 電極和源極/漏極區(qū)的硅進(jìn)行硅化后的處理。在圖IG以后,例如,如圖2A所示,由硅氧化 物膜或含硼或磷的硅氧化物膜形成絕緣層120。僅僅在未硅化的像素區(qū)101中形成接觸孔 125。此時(shí),在形成接觸插塞之前,與第一實(shí)施例相似,可以向希望的接觸孔125摻入雜質(zhì)以 形成雜質(zhì)區(qū)122。在像素區(qū)101中形成接觸孔125以后,可以用諸如氫氟酸或過(guò)氧化氫氨混 合物的酸溶液或堿溶液對(duì)這些接觸孔的底部進(jìn)行清洗。如圖2B所示,使用光致抗蝕劑127 (光致抗蝕劑圖案)作為掩模在外圍電路區(qū)102 中的絕緣層120中形成接觸孔126。然后,如圖2C所示,去除光致抗蝕劑圖案。最后,通過(guò) CVD等等沉積金屬膜,通過(guò)CMP等等形成接觸插塞121和123,由諸如鋁或銅的金屬形成布 線層124(圖1J)。如上所述,第二實(shí)施例能夠縮短這個(gè)過(guò)程,這是因?yàn)樵谙袼貐^(qū)101和外圍電路區(qū) 102中形成接觸孔以后立刻形成接觸插塞。在第二實(shí)施例中,當(dāng)在外圍電路區(qū)中形成接觸 孔126時(shí),通過(guò)應(yīng)用例如光致抗蝕劑的掩模材料來(lái)對(duì)像素區(qū)中的接觸孔125進(jìn)行填充。這 能夠防止像素區(qū)受到來(lái)自硅化物層的高熔點(diǎn)金屬的污染。由此能夠減小暗電流和點(diǎn)缺陷。在上述的第二實(shí)施例中,首先在像素區(qū)101中形成接觸孔?;蛘?,可以首先在外圍 電路區(qū)102中形成接觸孔。在這種情況下,在像素區(qū)101中形成接觸孔之前,通過(guò)用光致抗 蝕劑對(duì)外圍電路區(qū)102中的接觸孔進(jìn)行填充,可以獲得與上述效果相同的效果。本發(fā)明不限于第一和第二實(shí)施例。例如,在第一和第二實(shí)施例中使用半導(dǎo)體化合 物阻擋層117。代替地,絕緣膜層112可以保留在任意位置(例如,外圍電路區(qū)102中的高 電阻區(qū))而不使用半導(dǎo)體化合物阻擋層117。也就是說(shuō),絕緣膜層112也可用作阻擋硅化物 層的形成的半導(dǎo)體化合物阻擋層。<第三實(shí)施例>第三實(shí)施例涉及一種具有電子快門功能即具有電荷保持單元的CMOS光電轉(zhuǎn)換裝 置。圖3是示出第三實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換裝置的單位像素的二維布局的示意圖。在圖3中, 電荷保持單元204將由光電轉(zhuǎn)換單元203轉(zhuǎn)換的電荷保持一定時(shí)間段??刂齐姌O206布置 在電荷保持單元204上并且控制電荷保持單元204的電勢(shì)??刂齐姌O206能夠控制從光電轉(zhuǎn)換單元203到電荷保持單元204的電荷傳輸。附圖標(biāo)記1207表示從電荷保持單元204向浮置擴(kuò)散單元1203傳輸電荷的傳輸MOS晶體管的柵電極。復(fù)位MOS晶體管1204對(duì)浮置 擴(kuò)散單元1203的電壓進(jìn)行初始化。放大MOS晶體管1205形成用于讀出浮置擴(kuò)散單元1203 的電壓的源極跟隨器電路。這些組成元件形成在半導(dǎo)體基板上。遮光膜209被形成為在光電轉(zhuǎn)換單元203上方具有開口并且對(duì)電荷保持單元204 的上部進(jìn)行遮光。遮光膜209的材料是諸如鎢或鎢硅化物的金屬或金屬硅化物。用于連接 到布線層(未示出)的接觸插塞布置在絕緣層上。絕緣層形成在上述元件上并且用作層間 介電層。另外,布線層布置在絕緣層上。在下面的描述中,關(guān)注遮光膜接觸插塞213、柵電極 接觸插塞212和擴(kuò)散層接觸插塞211。擴(kuò)散層是包括MOS晶體管的源極/漏極區(qū)以及用于 提供半導(dǎo)體基板和阱的電勢(shì)的阱接觸區(qū)的雜質(zhì)區(qū)。柵電極接觸插塞包括在與柵電極的步驟 相同的步驟(相同的層)中形成的電阻元件、布線層上的均勻觸點(diǎn)(even contact)等等。 應(yīng)該注意,沒(méi)有示出對(duì)控制電極206的觸點(diǎn)。圖4是示出第三實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖4示出了包括光電 轉(zhuǎn)換裝置的多個(gè)像素的像素區(qū)101的部分。示出了一個(gè)像素的部分。累積用于執(zhí)行光電轉(zhuǎn) 換的光電轉(zhuǎn)換單元203中的電荷的電荷累積區(qū)和電荷保持單元204形成于硅半導(dǎo)體基板 201中。另外,MOS晶體管205也形成于硅半導(dǎo)體基板中的由元件隔離件202隔離的區(qū)中。 例如,MOS晶體管205是復(fù)位MOS晶體管1204。MOS晶體管205包括柵電極207和源極/漏 極區(qū)208??刂齐姌O206布置在電荷保持單元204上。遮光膜209被形成為在光電轉(zhuǎn)換單元 203的上方具有開口并且覆蓋電荷保持單元204。絕緣層210被布置為覆蓋遮光膜209、柵 電極207和包括源極/漏極區(qū)208的擴(kuò)散層。布線層214布置在絕緣層210上。遮光膜接 觸插塞213形成為用于連接布線層214與遮光膜209的接觸插塞。柵電極接觸插塞212和 擴(kuò)散層接觸插塞211分別被形成為用于連接布線層214與柵電極207的觸點(diǎn)和用于連接布 線層214與包括源極/漏極區(qū)208的擴(kuò)散層的觸點(diǎn)。圖4沒(méi)有示出布置在布線層214上的 絕緣層、貫穿插塞、布線層、濾色器、微透鏡等等。將參照?qǐng)D5A到5F描述第三實(shí)施例中的具有以上結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。參照?qǐng)D5A,通過(guò)常規(guī)的STI或LOCOS技術(shù)在半導(dǎo)體基板201中形成元件隔離件 202。通過(guò)摻入雜質(zhì)依次地形成光電轉(zhuǎn)換單元203、電荷保持單元204、外圍電路阱(未示 出)等等。然后,使用光刻和蝕刻形成用于控制電荷保持單元204的電勢(shì)的控制電極206 和MOS晶體管的柵電極207。通過(guò)摻入雜質(zhì)形成MOS晶體管的源極/漏極區(qū)208。此時(shí),可 以在形成側(cè)壁以后形成源極/漏極區(qū)208以改善晶體管性能。關(guān)于光電轉(zhuǎn)換單元203,還可 以形成控制電極206并然后使用控制電極206以自對(duì)準(zhǔn)的方式向光電轉(zhuǎn)換單元203中摻入 雜質(zhì)。如圖5B所示,遮光膜209被形成為具有與光電轉(zhuǎn)換單元203對(duì)應(yīng)的開口,并且對(duì) 電荷保持單元204進(jìn)行遮光。首先,在控制電極206上形成硅氧化物膜的絕緣層等等。然 后,通過(guò)CVD或?yàn)R射沉積鎢、鎢硅化物等等的金屬膜或金屬硅化物膜。然后,通過(guò)光刻和蝕 刻將沉積的膜成形為希望的圖案,從而形成遮光膜209。如圖5C所示,由硅氧化物膜或者含硼或磷的硅氧化物膜形成絕緣層210,并且形成接觸孔。首先,通過(guò)光刻和蝕刻在除由金屬膜形成的遮光膜209之外的區(qū)中僅僅形成柵 電極接觸孔222和擴(kuò)散層接觸孔221。因此,部分地暴露了用作擴(kuò)散層的源極/漏極區(qū)208 和柵電極207的部分。然后,如圖5D所示,通過(guò)CVD等等沉積單層或多層金屬膜,并且通過(guò)CMP等等去除 不必要的金屬膜,從而形成柵電極接觸插塞212和擴(kuò)散層接觸插塞211。在形成接觸插塞之 前,可以向希望的接觸孔摻入雜質(zhì)以形成雜質(zhì)區(qū)(未示出),從而能夠穩(wěn)定接觸電阻。在形 成接觸孔以后,在形成接觸插塞之前,可以用諸如氫氟酸或者過(guò)氧化氫氨混合物的酸溶液 或堿溶液對(duì)這些接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗。然后,通過(guò)光刻和蝕刻在絕緣層中形成遮光膜接觸孔223 (圖5E)。通過(guò)與 柵電極 接觸插塞212和擴(kuò)散層接觸插塞211相同的方法形成遮光膜接觸插塞213 (圖5F)。最后, 由例如鋁或銅的金屬形成布線層214 (圖4)。如上所述,在遮光膜中形成接觸孔的步驟與在除遮光膜之外的區(qū)中形成接觸孔的 步驟不同,并且在像素區(qū)中形成作為遮光膜的金屬膜(或金屬硅化物膜)以后的不同時(shí)刻 執(zhí)行。另外,先執(zhí)行在除遮光膜以外的區(qū)中形成接觸孔以及形成接觸插塞的步驟。當(dāng)在遮 光膜上形成接觸孔時(shí),能夠?qū)Τ诠饽ひ酝獾膮^(qū)中的接觸孔進(jìn)行填充。這能夠防止光電二 極管受到從金屬膜(或金屬硅化物膜)飛散的金屬的污染。能夠在不降低像素特性的情況 下制造光電轉(zhuǎn)換裝置。當(dāng)在除遮光膜以外的區(qū)中形成接觸孔時(shí),沒(méi)有暴露金屬膜(或金屬硅化物膜)。因 此,能夠用溶液對(duì)接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗,從而確保充足的接觸電阻而不會(huì)損害遮光膜。在 暴露遮光膜的遮光膜接觸孔中,能夠令人滿意地連接接觸插塞,從而不需要摻入雜質(zhì)。優(yōu)選 的是,為了抑制對(duì)遮光膜的損害,不對(duì)遮光膜接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗。在第三實(shí)施例中,首先形成MOS晶體管205的柵電極接觸孔222和擴(kuò)散層接觸孔 221。然而,可以首先形成遮光膜接觸孔223。在這種情況下,通過(guò)在形成柵電極接觸孔222 和擴(kuò)散層接觸孔221之前形成遮光膜接觸插塞213,可以獲得與上述效果相同的效果?!吹谒膶?shí)施例〉將參照?qǐng)D6A和圖6B解釋第四實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。與第三實(shí)施 例相似,第四實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法涉及一種具有電荷保持單元的光電轉(zhuǎn)換 裝置的制造方法。第四實(shí)施例將描述一種通過(guò)蝕刻僅僅形成柵電極接觸孔222和擴(kuò)散層接 觸孔221并然后形成遮光膜接觸孔223而不形成接觸插塞的制造方法。與第三實(shí)施例相同 的結(jié)構(gòu)和制造步驟的描述將不被重復(fù)。在第四實(shí)施例中,在圖5C所示的步驟之前的步驟與第三實(shí)施例的那些步驟相同, 并且它們的描述將不被重復(fù)。如圖6A所示,形成柵電極接觸孔222和擴(kuò)散層接觸孔221,然后形成用于形成遮光 膜接觸孔223的抗蝕劑掩模234。此時(shí),抗蝕劑掩模234的圖案被形成為覆蓋柵電極接觸孔 222和擴(kuò)散層接觸孔221。在形成遮光膜接觸孔223以后,去除抗蝕劑掩模234。通過(guò)CVD等等沉積金屬膜,通過(guò)CMP等等去除不必要的金屬膜,從而形成接觸插塞 (圖6B)。最后,由諸如鋁或銅的金屬形成布線層214。除了與第三實(shí)施例相同的效果以外,第四實(shí)施例能夠縮短這個(gè)過(guò)程,這是因?yàn)榱?刻形成接觸插塞。在第四實(shí)施例中,當(dāng)形成遮光膜接觸孔223時(shí),通過(guò)應(yīng)用例如抗蝕劑掩模的掩模材料來(lái)填充柵電極接觸孔222和擴(kuò)散層接觸孔221。這能夠防止光電二極管受到來(lái) 自遮光膜的金屬的污染。因此,能夠減小暗電流和點(diǎn)缺陷。在第四實(shí)施例中,首先形成MOS晶體管205的柵電極接觸孔222和擴(kuò)散層接觸孔 221。代替地,可以首先形成遮光膜接觸孔223。在這種情況下,通過(guò)在形成柵電極接觸孔 222和擴(kuò)散層接觸孔221之前用抗蝕劑掩模234填充遮光膜接觸孔223,可以獲得與上述效 果相同的效果。在第三和第四實(shí)施例中,除了遮光膜接觸孔223以外,還形成了柵電極接觸孔222 和擴(kuò)散層接觸孔221。然而,本發(fā)明不限于此并且還可以應(yīng)用于除了遮光膜接觸孔223以外 在金屬膜(或金屬硅化物膜)上還形成接觸孔的情況。<第五實(shí)施例> 將參照?qǐng)D7A到圖7D解釋第五實(shí)施例中的光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。與第一和第 二實(shí)施例相似,第五實(shí)施例涉及一種CMOS光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。在第五實(shí)施例的制造 方法中,甚至高熔點(diǎn)金屬化合物層也被布置在像素區(qū)中。如圖7A所示,光電轉(zhuǎn)換裝置在像素區(qū)101中的半導(dǎo)體基板301中包括執(zhí)行光電轉(zhuǎn) 換的光電轉(zhuǎn)換單元303和浮置擴(kuò)散306。光電轉(zhuǎn)換裝置還包括從光電轉(zhuǎn)換單元303向浮置 擴(kuò)散306傳輸電荷的傳輸MOS晶體管的柵電極304、元件隔離件302和布置在由元件隔離件 隔離的區(qū)中的MOS晶體管313。MOS晶體管313包括柵電極305和源極/漏極區(qū)307。MOS 晶體管313是構(gòu)建CMOS光電轉(zhuǎn)換裝置的像素的MOS晶體管(例如,用于對(duì)浮置擴(kuò)散306的 電勢(shì)進(jìn)行復(fù)位的復(fù)位MOS晶體管)。與第一到第四實(shí)施例相似,通過(guò)普通的半導(dǎo)體工藝制作圖7A中的結(jié)構(gòu)。更具體地 講,通過(guò)STI或LOCOS在硅半導(dǎo)體基板301中形成元件隔離件302。通過(guò)摻入雜質(zhì)依次地 形成光電轉(zhuǎn)換單元303、外圍電路區(qū)中的阱(未示出)等等。然后,在像素區(qū)和外圍電路區(qū) 中形成MOS晶體管的柵電極。在圖7A中,形成柵電極304和305。通過(guò)沉積多晶硅膜以及 使用光刻和蝕刻對(duì)它進(jìn)行構(gòu)圖來(lái)形成柵電極。然后,通過(guò)摻入雜質(zhì)形成MOS晶體管的源極 /漏極區(qū)。在圖7A中,形成源極/漏極區(qū)307。此時(shí),可以形成具有LDD結(jié)構(gòu)的MOS晶體管 以改善MOS晶體管性能。更具體地講,在形成側(cè)壁以后可以形成源極/漏極區(qū)307。另外, 在形成柵電極304以后,能夠通過(guò)使用柵電極304以自對(duì)準(zhǔn)的方式摻入雜質(zhì)來(lái)形成光電轉(zhuǎn) 換單元303。在圖7A中,在柵電極304和305上形成高熔點(diǎn)金屬硅化物層308。當(dāng)形成硅化物 層時(shí),首先,由半導(dǎo)體化合物(例如,硅氮化物膜、硅氧化物膜或硅氧氮化物膜)形成高熔點(diǎn) 金屬的半導(dǎo)體化合物阻擋層(未示出)。半導(dǎo)體化合物阻擋層僅僅保留在希望的區(qū)中(例 如,在擴(kuò)散層上),并且從剩余的區(qū)選擇性去除該半導(dǎo)體化合物阻擋層。然后,通過(guò)CVD、濺 射等等沉積由鈷的高熔點(diǎn)金屬膜和鈦氮化物的高熔點(diǎn)金屬的抗氧化劑膜構(gòu)成的多層膜。對(duì) 多層膜進(jìn)行退火以使得形成晶體管的柵電極的硅與高熔點(diǎn)金屬進(jìn)行反應(yīng)(硅化反應(yīng)),從 而形成硅化物層。去除包含未反應(yīng)的高熔點(diǎn)金屬的多層膜,從而獲得圖7A中的結(jié)構(gòu)。高熔點(diǎn)金屬的半導(dǎo)體化合物的例子是鈦硅化物、鎳硅化物、鈷硅化物、鎢硅化物、 鉬硅化物、鉭硅化物、鉻硅化物、鈀硅化物和鉬硅化物。高熔點(diǎn)金屬的抗氧化劑膜的其它材 料是鎳和鈦。如圖7B所示,由硅氧化物膜或者含硼或磷的硅氧化物膜形成用作層間介電膜的絕緣層309。然后,形成觸點(diǎn)。首先,通過(guò)蝕刻僅僅形成連接到擴(kuò)散層而非具有高熔點(diǎn)金屬 硅化物層的柵電極的接觸(擴(kuò)散層接觸)插塞310的接觸孔。然后,通過(guò)CVD等等沉積金 屬膜,通過(guò)CMP等等去除不必要的金屬膜,從而在擴(kuò)散層上形成接觸插塞310。金屬膜可以 是單層膜或多層膜。在形成接觸插塞310之前,可向希望的接觸孔中摻入雜質(zhì)以形成雜質(zhì) 區(qū),從而能夠穩(wěn)定接觸電阻。在形成接觸孔以后,在形成接觸插塞之前可以用例如氫氟酸或 過(guò)氧化氫氨混合物的酸溶液或堿溶液對(duì)這些接觸孔的底部進(jìn)行清洗。然后,在具有高熔點(diǎn)金屬硅化物層的柵電極 上形成接觸(柵電極接觸)插塞311。 通過(guò)與擴(kuò)散層接觸插塞310相同的方法形成接觸孔,并且形成接觸插塞,從而獲得圖7C中 的結(jié)構(gòu)。最后,由例如鋁或銅的金屬形成布線層312,從而形成圖7D中的結(jié)構(gòu)。另外,形成 布線層、絕緣層和貫穿插塞。形成諸如濾色器和微透鏡的任意元件,從而完成光電轉(zhuǎn)換裝置。在第五實(shí)施例的制造方法中,與第一和第二實(shí)施例相似,能夠在具有高熔點(diǎn)金屬 化合物層的光電轉(zhuǎn)換裝置中防止光電轉(zhuǎn)換單元受到來(lái)自高熔點(diǎn)金屬化合物層的高熔點(diǎn)金 屬的污染。由此能夠減小暗電流和點(diǎn)缺陷。請(qǐng)注意,不僅能夠通過(guò)上述的制造方法還能夠通過(guò)下述方式在柵電極上形成高熔 點(diǎn)金屬硅化物層308 在沉積用作柵電極的多晶硅膜以后,通過(guò)濺射等等沉積例如鎢硅化 物層的高熔點(diǎn)金屬硅化物層,然后使用光刻和蝕刻對(duì)沉積膜進(jìn)行構(gòu)圖。如上所述,本發(fā)明涉及一種制造具有例如高熔點(diǎn)金屬化合物層(硅化物層)或遮 光膜的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)的方法,該構(gòu)件即為在其污染擴(kuò)散層時(shí)可產(chǎn)生泄露電流的構(gòu)件。在不同 步驟中形成在不具有諸如高熔點(diǎn)金屬化合物層或遮光膜的構(gòu)件的部分處暴露擴(kuò)散層的接 觸孔以及在具有諸如高熔點(diǎn)金屬化合物層或遮光膜的構(gòu)件的部分處暴露高熔點(diǎn)金屬化合 物層或遮光膜的接觸孔。在先形成的接觸孔中形成接觸插塞以后,形成要后形成的接觸孔。 這能夠減小受到來(lái)自高熔點(diǎn)金屬化合物層或遮光膜的金屬的污染。第一到第五實(shí)施例舉例 示出了高熔點(diǎn)金屬化合物層和遮光膜。然而,本發(fā)明不限于它們,并且可應(yīng)用于具有在其污 染擴(kuò)散層時(shí)可產(chǎn)生泄露電流的構(gòu)件的結(jié)構(gòu)。能夠適當(dāng)?shù)亟M合第一到第五實(shí)施例。第一到第五實(shí)施例描述了 CMOS光電轉(zhuǎn)換裝 置,但是光電轉(zhuǎn)換裝置的類型不限于此。盡管參照示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明,但是應(yīng)該理解,本發(fā)明不限于公開的示例 性實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)對(duì)下述權(quán)利要求的范圍給出最廣泛的解釋,從而包括所有這些變型以及等 同的結(jié)構(gòu)和功能。
權(quán)利要求
一種制造具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法,所述方法包括通過(guò)使得外圍電路區(qū)中的MOS晶體管的柵電極或擴(kuò)散層的表面與高熔點(diǎn)金屬進(jìn)行反應(yīng)來(lái)形成半導(dǎo)體化合物層的步驟;在形成半導(dǎo)體化合物層的步驟以后在像素區(qū)和外圍電路區(qū)中形成絕緣層的步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露像素區(qū)中的擴(kuò)散層的第一接觸孔形成步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露在外圍電路區(qū)中形成的半導(dǎo)體化合物層的第二接觸孔形成步驟,該第二接觸孔形成步驟在與第一接觸孔形成步驟的時(shí)刻不同的時(shí)刻執(zhí)行;以及在第一接觸孔形成步驟和第二接觸孔形成步驟之中后執(zhí)行的步驟之前,在先執(zhí)行的步驟中形成的接觸孔中形成接觸插塞的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,在第二接觸孔形成步驟之前執(zhí)行第一接觸孔形成步驟,以及在第一接觸孔形成步驟中形成接觸孔以后,在第二接觸孔形成步驟之前用酸溶液和堿 溶液之一對(duì)接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法,其中,形成半導(dǎo)體化合物層的半導(dǎo)體化合物包括選自鈦硅 化物、鎳硅化物、鈷硅化物、鎢硅化物、鉬硅化物、鉭硅化物、鉻硅化物、鈀硅化物和鉬硅化物 中的至少一種硅化物。
4.一種制造包括像素的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法,該像素具有光電轉(zhuǎn)換單元、保持由光電 轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的電荷的電荷保持單元和用于讀出電荷的MOS晶體管,所述方法包括形成對(duì)電荷保持單元進(jìn)行遮光而對(duì)光電轉(zhuǎn)換單元不進(jìn)行遮光的遮光膜的步驟;在形成遮光膜的步驟以后形成絕緣層以覆蓋像素的步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露像素的MOS晶體管的柵電極和擴(kuò)散層的表面的第一接 觸孔形成步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露遮光膜的第二接觸孔形成步驟,該第二接觸孔形成步驟 在與第一接觸孔形成步驟的時(shí)刻不同的時(shí)刻執(zhí)行;以及在第一接觸孔形成步驟和第二接觸孔形成步驟之中后執(zhí)行的步驟之前,在先執(zhí)行的步 驟中形成的接觸孔中形成接觸插塞的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中,在第二接觸孔形成步驟之前執(zhí)行第一接觸孔形成步驟,以及在第一接觸孔形成步驟中形成接觸孔以后,在第二接觸孔形成步驟之前用酸溶液和堿 溶液之一對(duì)接觸孔的內(nèi)部進(jìn)行清洗。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的方法,其中,由選自鎢和鎢硅化物之中的一種材料形成遮光膜。
7.—種制造具有光電轉(zhuǎn)換單元和用于讀出由光電轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的電荷的多個(gè)MOS晶 體管的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法,所述方法包括通過(guò)使得所述多個(gè)MOS晶體管中的一些MOS晶體管的柵電極或者擴(kuò)散層的表面與高熔 點(diǎn)金屬進(jìn)行反應(yīng)以在所述一些MOS晶體管上形成半導(dǎo)體化合物層,來(lái)形成半導(dǎo)體化合物層 的步驟;在形成半導(dǎo)體化合物層的步驟以后形成絕緣層以覆蓋光電轉(zhuǎn)換單元和所述多個(gè)MOS 晶體管的步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露所述多個(gè)MOS晶體管之中不具有半導(dǎo)體化合物層的MOS晶體管的柵電極或擴(kuò)散層的第一接觸孔形成步驟;在絕緣層中形成接觸孔以暴露所述一些MOS晶體管的半導(dǎo)體化合物層的第二接觸孔 形成步驟,該第二接觸孔形成步驟在與第一接觸孔形成步驟的時(shí)刻不同的時(shí)刻執(zhí)行;以及在第一接觸孔形成步驟和第二接觸孔形成步驟之中后執(zhí)行的步驟之前,在先執(zhí)行的步 驟中形成的接觸孔中形成接觸插塞的步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及制造光電轉(zhuǎn)換裝置的方法。在一種制造具有像素區(qū)和外圍電路區(qū)的光電轉(zhuǎn)換裝置的方法中,通過(guò)使得外圍電路區(qū)中的MOS晶體管的柵電極或者擴(kuò)散層的表面與高熔點(diǎn)金屬進(jìn)行反應(yīng)形成半導(dǎo)體化合物層,然后在形成半導(dǎo)體化合物層的步驟以后在像素區(qū)和外圍電路區(qū)中形成絕緣層。在絕緣層中形成接觸孔以暴露像素區(qū)中的擴(kuò)散層,在絕緣層中形成接觸孔以暴露在外圍電路區(qū)中形成的半導(dǎo)體化合物層。這些孔在不同時(shí)刻被形成。在形成后形成的孔之前,在先形成的接觸孔中形成接觸插塞。
文檔編號(hào)H01L21/768GK101937922SQ201010213279
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月26日
發(fā)明者三島隆一, 岡部剛士, 成瀨裕章, 橋本浩平 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社