固態(tài)圖像拾取裝置、其制造方法和圖像拾取系統(tǒng)的制作方法
【專利說明】固態(tài)圖像拾取裝置、其制造方法和圖像拾取系統(tǒng)
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年2月9日、申請(qǐng)?zhí)枮?01210027929.4、發(fā)明名稱為“固態(tài)圖像拾取裝置、其制造方法和圖像拾取系統(tǒng)”的發(fā)明專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及一種固態(tài)圖像拾取裝置、包括該固態(tài)圖像拾取裝置的圖像拾取系統(tǒng)和用于制造該固態(tài)圖像拾取裝置的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]為了增加進(jìn)入固態(tài)圖像拾取裝置的光電轉(zhuǎn)換部分的光的量，最近提出了在固態(tài)圖像拾取裝置中使用波導(dǎo)。日本專利公開N0.2006-191000公開了在包括波導(dǎo)的固態(tài)圖像拾取裝置中，用于形成波導(dǎo)的蝕刻停止膜兼當(dāng)光接收部分之上的抗反射膜。
[0004]日本專利公開N0.2008-041726公開了像素部分設(shè)有用于形成接觸孔的蝕刻的蝕刻停止膜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種用于制造固態(tài)圖像拾取裝置的方法，所述固態(tài)圖像拾取裝置包括光電轉(zhuǎn)換部分、第一絕緣膜、在第一絕緣膜上的第二絕緣膜、以及波導(dǎo)，所述光電轉(zhuǎn)換部分設(shè)置在半導(dǎo)體襯底中，所述第一絕緣膜用作光電轉(zhuǎn)換部分之上的抗反射膜，所述第二絕緣膜與光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)應(yīng)地設(shè)置，所述波導(dǎo)具有包層(clad)和芯，所述芯的底部設(shè)置在第二絕緣膜上。所述方法包括通過在設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分之上的部件被蝕刻得比第二絕緣膜快的條件下部分蝕刻所述部件來形成開口，從而形成所述包層，并在所述開口中形成所述芯。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一方面的固態(tài)圖像拾取裝置包括設(shè)置在半導(dǎo)體襯底中的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分。第一絕緣膜設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分之上，并且用作抗反射膜。多個(gè)第二絕緣膜與光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)應(yīng)地設(shè)置在第一絕緣膜上。每個(gè)第二絕緣膜用作蝕刻停止膜。所述固態(tài)圖像拾取裝置還包括多個(gè)波導(dǎo)，每個(gè)波導(dǎo)包括包層和芯，所述芯的底部與對(duì)應(yīng)的第二絕緣膜接觸。所述芯由與第二絕緣膜相同的材料制成。
[0007]從以下參照附圖對(duì)示例性實(shí)施例的描述，本發(fā)明的進(jìn)一步的特征將變得清晰。
【附圖說明】
[0008]圖1是第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的像素單元的電路圖。
[0009]圖2是顯示第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的像素單元的平面圖中的布局的表不ο
[0010]圖3Α至圖3C是用于制造第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的表示。
[0011]圖4Α至圖4C是用于制造第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的表示。
[0012]圖5Α和圖5Β是用于制造第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的表示。
[0013]圖6是第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的示意性局部截面圖。
[0014]圖7是第一實(shí)施例的平面圖中的布局的示意圖。
[0015]圖8A和圖8B是顯示第一實(shí)施例的修改的平面圖中的布局的示意圖。
[0016]圖9是根據(jù)第二實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的示意性截面圖。
[0017]圖10是固態(tài)圖像拾取裝置和圖像拾取系統(tǒng)的框圖。
[0018]圖11A至圖11D是用于制造根據(jù)第四實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的表示。
[0019]圖12是根據(jù)第五實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的示意性局部截面圖。
[0020]圖13A至圖13C是用于制造第五實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的表示。
[0021]圖14是根據(jù)第六實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的示意性局部截面圖。
[0022]圖15A和圖15B均是根據(jù)第七實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的示意性局部截面圖。
[0023]圖16A至圖16C是用于制造根據(jù)第八實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的示意圖。
[0024]圖17A至圖17C是用于制造根據(jù)第八實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的示意性截面圖。
[0025]圖18A和圖18B是用于制造根據(jù)第八實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的示意性截面圖。
[0026]圖19A和圖19B是用于制造根據(jù)第八實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的方法的示意性截面圖。
[0027]圖20A和圖20B是第八實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的示意性局部截面圖。
[0028]圖21是根據(jù)第九實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的示意性截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]在日本專利公開N0.2006-191000中用于形成波導(dǎo)的蝕刻停止膜可被部分蝕刻，因此，可使蝕刻停止膜的厚度減小，或者膜可被蝕刻損傷。因此，可使充當(dāng)抗反射膜的蝕刻停止膜的光學(xué)性能降低。
[0030]在日本專利公開N0.2008-041726中，蝕刻停止膜不用于在除了像素部分之外的區(qū)域中進(jìn)行用于形成接觸孔的蝕刻。如果一些損傷在蝕刻期間發(fā)生，則噪聲可發(fā)生，因此，降低圖像質(zhì)量。本發(fā)明解決這些問題中的至少一個(gè)。
[0031]本發(fā)明涉及一種用于制造固態(tài)圖像拾取裝置的方法，所述固態(tài)圖像拾取裝置包括例如設(shè)置在半導(dǎo)體襯底上的光電轉(zhuǎn)換部分、第一絕緣膜、第二絕緣膜和波導(dǎo)。第一絕緣膜充當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部分之上的抗反射膜。第二絕緣膜設(shè)置在第一絕緣膜上，與光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)應(yīng)。波導(dǎo)具有包層和芯，芯的底部設(shè)置在第二絕緣膜上。在用于制造固態(tài)圖像拾取裝置的方法中，通過下述方式形成包層，即，通過部分蝕刻設(shè)置在光電轉(zhuǎn)換部分之上的部件來形成開口，并在所述開口中形成芯。為了形成所述開口，在第二絕緣膜的蝕刻速率低于所述部件的蝕刻速率的條件下執(zhí)行蝕刻。該方法可防止抗反射膜的光學(xué)性能的降低。
[0032]固態(tài)圖像拾取裝置包括在半導(dǎo)體襯底上的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分、第一絕緣膜和多個(gè)第二絕緣膜，第一絕緣膜用作光電轉(zhuǎn)換部分之上的抗反射膜，所述多個(gè)第二絕緣膜設(shè)置在第一絕緣膜上，以與相應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換部分對(duì)應(yīng)。固態(tài)圖像拾取裝置還包括多個(gè)波導(dǎo)，每個(gè)波導(dǎo)包括包層和芯，芯由與第二絕緣膜相同的材料制成。所述芯的底部與第二絕緣膜接觸。具有這樣的結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像拾取裝置可表現(xiàn)出增強(qiáng)的靈敏度。
[0033]現(xiàn)在將參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例進(jìn)行描述。在以下描述中，將不對(duì)半導(dǎo)體的常見結(jié)構(gòu)和制造方法中的部分和步驟進(jìn)行詳細(xì)說明。在以下實(shí)施例中，氮化硅的折射率高于氧化硅的折射率，氮氧化硅的折射率位于這些折射率之間。例如，氮化硅具有大約1.75至2.34的折射率，氧化硅具有大約1.35至1.54的折射率?？梢姽饩哂写蠹s360nm至830nm 的范圍內(nèi)的波長(Iwanami Rikagaku Jiten，第五版，由 Iwanami Shoten 出版)。
[0034]本文提及的開口可穿過層間絕緣膜，或者可以是不穿過層間絕緣膜的凹陷的形式，并可被稱為孔。在以下描述中，將在形成了開口的結(jié)構(gòu)中描述具有波導(dǎo)的實(shí)施例。然而，開口不限于此用途。本發(fā)明的實(shí)施例可廣泛地用于半導(dǎo)體器件。本文提及的蝕刻選擇比是指第一部件的蝕刻速率與第二部件的蝕刻速率的比率。隨著蝕刻選擇比增大，第一部件將被更多地蝕刻。相反，隨著蝕刻選擇比減小，第二部件將比第一部件蝕刻得更多。本文提及的相同材料是指含有相同的主成分的材料。例如，氮化硅可具有不同的氮含量，它們?cè)谝韵聦?shí)施例中被認(rèn)為是相同材料。
[0035]第一實(shí)施例
[0036]現(xiàn)在將參照?qǐng)D1至圖7和圖10對(duì)第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置進(jìn)行描述。描述首先將參照?qǐng)D1、圖2、圖7和圖10。
[0037]圖1是第一實(shí)施例的固態(tài)圖像拾取裝置的像素單元的電路圖。像素單元100包括四個(gè)光電二極管(以下稱為PD) 101至104、四個(gè)傳輸晶體管105至108、單個(gè)重置晶體管110和單個(gè)放大晶體管112。此外，提供了浮置擴(kuò)散節(jié)點(diǎn)(以下稱為FD節(jié)點(diǎn))109。在第一實(shí)施例的描述中，信號(hào)電荷是指電子，晶體管為η型。
[0038]其陽極均與地連接的四個(gè)ro 101至104將入射光轉(zhuǎn)換為根據(jù)入射光的量的電荷，并儲(chǔ)存所述電荷。四個(gè)傳輸晶體管105至108各自用作將在ro 101至104中的對(duì)應(yīng)一個(gè)處產(chǎn)生的信號(hào)電荷傳送到FD節(jié)點(diǎn)109的傳送器。更具體地講，第一 ro 101與第一傳輸晶體管105的源極連接，第二 ro 102與第二傳輸晶體管106的源極連接。此外，第三ro 103與第三傳輸晶體管107的源極連接，第四ro 104與第四傳輸晶體管108的源極連接。第一傳輸晶體管105至第四傳輸晶體管108的漏極連接在一起，以限定FD節(jié)點(diǎn)109。放大晶體管112的柵電極與FD節(jié)點(diǎn)109連接。放大晶體管112的漏極和源極分別與電源線111和輸出信號(hào)線113連接。因此，根據(jù)FD節(jié)點(diǎn)109的電勢的信號(hào)輸出到輸出信號(hào)線113。重置晶體管110與FD節(jié)點(diǎn)109連接，并將FD節(jié)點(diǎn)109的電勢重置為期望的電勢。同時(shí)，可分別通過將電流施加于傳輸晶體管105至108來重置101至104。電源線111具有至少兩個(gè)電勢，可通過將FD節(jié)點(diǎn)109設(shè)置于兩個(gè)電勢來將信號(hào)輸出到輸出信號(hào)線113。輸出信號(hào)線與多個(gè)像素連接。輸出信號(hào)線113的端子與讀出電路(稍后描述)連接。
[0039]當(dāng)包括至少一個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的重復(fù)單元限定像素時(shí)，圖1中所示的像素單元100具有四個(gè)像素。然而，像素單元100中的像素的數(shù)量不限于四個(gè)。此外，像素單元loo可包括選擇晶體管或電容器。雖然ro在本實(shí)施例中充當(dāng)光電轉(zhuǎn)換部分，但是光電門(photogate)可用作光電轉(zhuǎn)換部分。
[0040]圖10顯示固態(tài)圖像拾取裝置和圖像拾取系統(tǒng)的圖解構(gòu)造。在圖10中，固態(tài)圖像拾取裝置1001包括像素部分1011、垂直掃描電路1012、兩個(gè)讀出電路1013、兩個(gè)水平掃描電路1014和兩個(gè)輸出放大器1015。除了像素部分之外的區(qū)域被稱為外圍電路部分1016。
[0041]在圖10中，圖1中所示的多個(gè)像素單元以兩維方式布置在像素部分1011中。換句話講，多個(gè)像素布置在像素部分1011中。每個(gè)像素單元包括多個(gè)像素。每個(gè)讀出電路1013包括例如列放大器、⑶S電路和加法器，并執(zhí)行從由垂直掃描電路1012通過垂直信號(hào)線選擇的行中的像素讀取的信號(hào)的放大和相加。對(duì)于每個(gè)像素列或者對(duì)于每兩個(gè)或更多個(gè)像素列，提供列放大器、CDS電路和加法器。每個(gè)水平掃描電路1014產(chǎn)生用于依次從對(duì)應(yīng)的讀出電路1013讀出信號(hào)的信號(hào)。每個(gè)輸出放大器1015放大由水平掃描電路1014選擇的列中的信號(hào)，并輸出放大的信號(hào)。該構(gòu)造僅僅是固態(tài)圖像拾取裝置的示例性實(shí)施例之一，在其它實(shí)施例中可提供其它構(gòu)造。例如，讀出電路1013、水平掃描電路1014和輸出放大器1015形成兩個(gè)輸出路徑，每一輸出路徑設(shè)置在像素部分1011的垂直方向的各一側(cè)。然而，在另一個(gè)實(shí)施例中，可提供三個(gè)或更多個(gè)輸出路徑。
[0042]現(xiàn)在將參照?qǐng)D2對(duì)與圖1對(duì)應(yīng)的平面圖中的布局進(jìn)行描述。圖2是平面圖中的布局的示意性平面圖，并且顯示將組件的輪廓投影在主表面上的半導(dǎo)體襯底的主表面上的結(jié)構(gòu)。在圖2中所示的結(jié)構(gòu)中，設(shè)置了第一 ro 201至第四ro 204。為了簡單起見，圖2顯示作為ro的一部分的電荷儲(chǔ)存區(qū)(η型半導(dǎo)體區(qū))。第一傳輸晶體管至第四傳輸晶體管的柵電極205至208分別與第一 ro 201至第四ro 204對(duì)應(yīng)地布置。第一傳輸晶體管和第二傳輸晶體管的漏極是共同的，該共同區(qū)域充當(dāng)?shù)谝桓≈脭U(kuò)散區(qū)209 (以下稱為第一 FD區(qū))。第三傳輸晶體管和第四傳輸晶體管的漏極是共同的，該共同區(qū)域充當(dāng)?shù)诙≈脭U(kuò)散區(qū)210(以下稱為第二 FD區(qū))。第一 FD區(qū)209、第二 FD區(qū)210和放大晶體管的柵電極212通過連接布線213連接。放大晶體管的柵電極212和連接布線213形成一體。第一 FD區(qū)209和連接布線213與共享接觸部件(contact) 214連接，第二 FD區(qū)210和連