專利名稱：固態(tài)圖像捕獲裝置、制造該裝置的方法以及圖像捕獲設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像捕獲裝置、制造固態(tài)圖像捕獲裝置的方法以及圖像捕獲設(shè)備。
背景技術(shù)：
隨著CMOS圖像傳感器的每個(gè)像素的小型化，單元像素中像素晶體管的面積相對(duì) 于光電二極管變大。當(dāng)單元像素中的像素晶體管的面積比例變大時(shí)，光電二級(jí)管的面積變小。由此，可 能出現(xiàn)靈敏度降低的問(wèn)題。如圖13所示，入射在像素晶體管的柵電極120上的一些(例如， 傾斜入射的光線)光線L可能被反射或吸收。因此，由于到達(dá)光電二極管110的光線的減 小，可能出現(xiàn)靈敏度退化的問(wèn)題。由于需要確保與像素晶體管在隔離區(qū)域上的重疊面積對(duì)應(yīng)的面積，可能出現(xiàn)光電 二極管也許不能擴(kuò)展并且飽和電子的數(shù)目減少的問(wèn)題。近年來(lái)，隨著像素尺寸的減小，靈敏度電子數(shù)和飽和電子數(shù)也減小。由此，可能出 現(xiàn)像素的信號(hào)的輸出電壓降低的問(wèn)題。因此，優(yōu)選地提高將電子轉(zhuǎn)變?yōu)橄袼刂械碾妷旱男?率(轉(zhuǎn)變效率)。然而如圖14所示，可能出現(xiàn)的問(wèn)題是當(dāng)柵電極120在隔離區(qū)域130上的 重疊部分較大時(shí)柵電容增大。即使在柵電極120在隔離區(qū)域130上的重疊部分較大時(shí)元件小型化，然而光電二 極管110的占用面積需要降低，從而導(dǎo)致靈敏度退化。為了解決上述問(wèn)題，需要減小晶體管在隔離區(qū)域上的重疊部分。然而例如圖15所 示，當(dāng)柵電極的重疊部分減小時(shí)，在出現(xiàn)暴露的裝置中出現(xiàn)連接間隙的情況下可能在柵電 極120的柵寬度方向上出現(xiàn)間隙125。在這種情況下，當(dāng)注入離子以形成源極區(qū)域141和漏 極區(qū)域142時(shí)，離子從間隙125注入半導(dǎo)體基底100，并且源極區(qū)域141和漏極區(qū)域142可 能形成短接狀態(tài)。已經(jīng)提出一種使用自動(dòng)調(diào)準(zhǔn)技術(shù)加工柵電極的方法，該自動(dòng)調(diào)準(zhǔn)技術(shù)作為能夠解 決SRAM(靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器)等中的多晶硅柵的重疊部分的技術(shù)(例如，參見日本未經(jīng) 審查專利申請(qǐng)公開No. 2006-93222)。根據(jù)這種加工方法，當(dāng)用外圍電路部分的邏輯電路加 工具有較短的柵長(zhǎng)度(L長(zhǎng)度)的晶體管時(shí)很難進(jìn)行接觸。因此，在固態(tài)圖像捕獲元件等中， 很難將外圍電路部分的柵電極(需要形成微小的圖案)和像素部分的柵電極一起安裝在芯 片上。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的問(wèn)題是，隨著像素尺寸減小，當(dāng)外圍電路部分的柵電極形成為重疊在隔 離區(qū)域上以產(chǎn)生接觸時(shí)，像素晶體管部分的柵電極也形成為重疊在隔離區(qū)域上。希望防止光電轉(zhuǎn)換單元(光電二極管)的占用面積隨著像素尺寸的減小而減小并 能夠通過(guò)將像素晶體管部分的柵電極形成為不重疊在隔離區(qū)域上來(lái)提高靈敏度。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種固態(tài)圖像捕獲裝置，其在半導(dǎo)體基底中包括光電轉(zhuǎn)換部分，對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲得信號(hào)電荷；像素晶體管部分，將所述光電轉(zhuǎn)換部分中 產(chǎn)生的所述信號(hào)電荷輸出；外圍電路部分，形成在包括所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述像素晶體 管部分的像素部分的外圍；以及隔離區(qū)域，形成為將所述光電轉(zhuǎn)換部分、所述像素晶體管部 分和所述外圍電路部分彼此電氣分離。所述像素晶體管部分外圍的所述隔離區(qū)域每個(gè)具有 形成為高于所述半導(dǎo)體基底的表面的絕緣部分。所述像素晶體管部分的晶體管的第一柵電 極形成在所述絕緣部分之間并且形成在所述半導(dǎo)體基底上使得在兩者之間夾置柵絕緣膜。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲裝置中，由于晶體管的第一柵電極形成在 隔離區(qū)域的絕緣部分之間，第一柵電極形成為不重疊在隔離區(qū)域上。因此，防止了光電轉(zhuǎn)換 部分的占用面積隨著像素尺寸的減小而減小，并且防止了靈敏度退化?；蛘?，可以提高靈敏 度。一種制造固態(tài)圖像捕獲裝置的方法，包括以下步驟形成隔離區(qū)域，其將光電轉(zhuǎn)換 部分、像素晶體管部分和外圍電路部分彼此電氣分離，并且所述隔離區(qū)域每個(gè)具有高于半 導(dǎo)體基底的表面形成的絕緣部分；在形成所述半導(dǎo)體基底的所述像素晶體管部分的區(qū)域中 形成柵絕緣膜；形成第一柵電極形成膜以覆蓋所述半導(dǎo)體基底的整個(gè)表面；通過(guò)移除所述 第一柵電極形成膜來(lái)暴露所述隔離區(qū)域的所述絕緣部分的表面，使得在形成所述像素晶體 管部分的區(qū)域中保留所述第一柵電極形成膜；使用所述第一柵電極形成膜在所述像素晶體 管部分中形成第一柵電極，并且移除所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述外圍電路部分上的所述第一 柵電極形成膜；形成覆蓋所述第一柵電極的刻蝕防護(hù)膜；形成第二柵電極形成膜以覆蓋所 述半導(dǎo)體基底的整個(gè)表面；并且在其中覆蓋有所述刻蝕防護(hù)膜的所述第一柵電極保留的狀 態(tài)下，使用所述第二柵電極形成膜形成所述外圍電路部分的晶體管的第二柵電極。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，由于晶體管的第一柵 電極形成在隔離區(qū)域的絕緣部分之間，像素晶體管部分的第一柵電極形成為不重疊在隔離 區(qū)域上。因此，防止了光電轉(zhuǎn)換部分的占用面積隨著像素尺寸的減小而減小，并且防止了靈 敏度退化。或者，可以提高靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的一種圖像捕獲設(shè)備，包括光線會(huì)聚光學(xué)單元，其會(huì)聚入射 光線；圖像捕獲單元，其包括固態(tài)圖像捕獲裝置，所述固態(tài)圖像捕獲裝置接收由所述光線會(huì) 聚光學(xué)單元會(huì)聚的光線并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；以及信號(hào)處理單元，其處理經(jīng)歷光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)。 所述固態(tài)圖像捕獲裝置在半導(dǎo)體基底中包括光電轉(zhuǎn)換部分，對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲 得信號(hào)電荷；像素晶體管部分，將所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的所述信號(hào)電荷輸出；外圍電 路部分，形成在包括所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述像素晶體管部分的像素部分的外圍；以及隔 離區(qū)域，形成為將所述光電轉(zhuǎn)換部分、所述像素晶體管部分和所述外圍電路部分彼此電氣 分離。所述像素晶體管部分外圍的所述隔離區(qū)域每個(gè)具有形成為高于所述半導(dǎo)體基底的表 面的絕緣部分。所述像素晶體管部分的晶體管的第一柵電極形成在所述絕緣部分之間并且 形成在所述半導(dǎo)體基底上使得在兩者之間夾置柵絕緣膜。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像捕獲設(shè)備中，使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像 捕獲裝置，其中晶體管的第一柵電極形成在隔離區(qū)域的絕緣部分之間，并且可以高靈敏度 地形成圖像。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲裝置中，像素晶體管部分的第一柵電極形成為不重疊在隔離區(qū)域上。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，具有防止光電轉(zhuǎn)換部分的占用面積隨著像素尺寸的減小而減小的優(yōu)勢(shì)，并且提高了靈敏度。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲裝置的制造方法中，像素晶體管部分的第 一柵電極形成為不重疊在隔離區(qū)域上。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，具有防止光電轉(zhuǎn)換部分的占用面 積隨著像素尺寸的減小而減小的優(yōu)勢(shì)，并且提高了靈敏度。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像捕獲設(shè)備使用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲 裝置，該固態(tài)圖像捕獲裝置即使在像素尺寸減小時(shí)也可以高靈敏度地形成圖像。因此，可以 獲得高靈敏度地形成圖像的優(yōu)勢(shì)。


圖1是示出根據(jù)第一實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例結(jié)構(gòu)的示意截面圖；圖2是示出固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例結(jié)構(gòu)的示意截面圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲裝置用于的CMOS圖像傳感器的 電路圖；圖4A至4C是示出根據(jù)第二實(shí)施例制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法的截面 圖；圖5A至5C是示出制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法的截面圖；圖6A至6C是示出制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法的截面圖；圖7A和7B是示出制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法的截面圖；圖8A至8C是示出根據(jù)第二實(shí)施例制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例方法的截面 圖；圖9A至9C是示出制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例方法的截面圖；圖IOA至IOC是示出制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例方法的截面圖；圖IlA和IlB是示出制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例方法的截面圖；圖12是示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像捕獲設(shè)備的框圖；圖13是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有問(wèn)題的結(jié)構(gòu)的示意截面圖；圖14是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有問(wèn)題的布局的平面圖；圖15是示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)具有問(wèn)題的布局的平面圖。
具體實(shí)施例方式以下將描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例(以下稱為實(shí)施例)。1.第一實(shí)施例固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例結(jié)構(gòu)以下將參照?qǐng)D1的示意性截面圖描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲 裝置的第一示例性結(jié)構(gòu)。如圖1所示，半導(dǎo)體基底11具有對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲得信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn) 換部分12和將光電轉(zhuǎn)換部分12中產(chǎn)生的信號(hào)電荷輸出的像素晶體管部分13。外圍電路部 分14形成在包括光電轉(zhuǎn)換部分12和像素晶體管部分13的像素部分的外圍。隔離區(qū)域15 形成為將光電轉(zhuǎn)換部分12、像素晶體管部分13和外圍電路部分14彼此電氣分離。隔離區(qū)域15具有在像素晶體管部分13的外圍形成的高于半導(dǎo)體基底11的表面的絕緣部分16。半導(dǎo)體基底11例如由一般的硅基底形成。光電轉(zhuǎn)換部分12包括N型區(qū)域12N和形成在N型區(qū)域12N上的P+型區(qū)域12P。隔離區(qū)域15例如具有STI (淺溝槽隔離)結(jié)構(gòu)。配置為調(diào)節(jié)閾值電壓(Vth)的雜質(zhì)區(qū)域17、18形成在半導(dǎo)體基底11中的由像素 晶體管部分13和外圍電路部分14的晶體管形成區(qū)域所形成的區(qū)域中。在形成半導(dǎo)體基底11的像素晶體管部分13的區(qū)域中，通過(guò)中間夾置柵絕緣膜21 形成第一柵電極22。第一柵電極22形成在絕緣部分16之間并且通過(guò)中間夾置柵絕緣膜 21形成在半導(dǎo)體基底11上。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，第一柵電極22不在隔離區(qū)域15上重疊。柵絕緣膜21例如由氧化硅薄膜形成。當(dāng)然，柵絕緣膜21可以由用于一般MOS晶 體管的柵絕緣膜材料以及氧化硅薄膜形成。第一柵電極22例如由導(dǎo)電的多晶硅形成。即使未示出，在半導(dǎo)體基底11上第一柵電極22的兩側(cè)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域。 這樣，像素晶體管形成在像素晶體管部分13中。在圖中，示出了代表性的晶體管。然而，像素晶體管部分13 —般包括四個(gè)晶體管， 即傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管。或者，像素晶體管部分13可能包括 三個(gè)晶體管?；蛘撸瑥?fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管組成的像素晶體管組可以用作兩個(gè) 光電轉(zhuǎn)換部分的共同的像素晶體管?；蛘?，像素晶體管組可以用作四個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的共 同的像素晶體管。另一方面，在外圍電路部分14晶體管中，第二柵電極32通過(guò)中間夾置柵絕緣膜31 形成在半導(dǎo)體基底11上。第二柵電極32的至少一端形成為重疊在配置為將外圍電路部分 14分隔的隔離區(qū)域15上。第二柵電極32的形成在隔離區(qū)域15上的部分用作配置為將其它導(dǎo)線彼此連接的 接觸部分33。接觸部分33形成為使得其形成在第二柵電極32的隔離區(qū)域15上的部分具 有較寬的寬度。柵絕緣膜31例如由氧化硅薄膜形成。當(dāng)然，柵絕緣膜31可以由用于柵絕緣膜晶 體管的絕緣材料以及氧化硅薄膜形成。例如，柵絕緣膜31可以由具有較高介電常數(shù)的氧化 鋁膜或氧化鉿膜形成。第二柵電極形成膜43例如由多晶硅膜形成?；蛘撸诙烹姌O形成 膜43可以例如由鎢(W)等金屬形成。即使未示出，在第一柵電極22和第二柵電極32的兩側(cè)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域。 此外，在光電轉(zhuǎn)換部分12、像素晶體管部分13和外圍電路部分14上形成保護(hù)膜。此外，還 形成顏色濾光片、顯微透鏡等。這樣，形成了固態(tài)圖像捕獲裝置1。在固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例性結(jié)構(gòu)中，僅像素晶體管部分13中的晶體管的 第一柵電極22形成在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，像素晶體管部分 13中的第一柵電極22形成為使得不重疊在隔離區(qū)域15上。因此，防止了光電轉(zhuǎn)換部分12 占據(jù)的面積隨著像素尺寸的小型化而減小，從而防止了靈敏度的退化?；蛘?，可以提高靈敏度。
由于第一柵電極22形成為使得不重疊在隔離區(qū)域15上，因此打開像素晶體管時(shí) 在隔離區(qū)域15下方不產(chǎn)生載流子。因此，由于可以解決如相關(guān)技術(shù)中的當(dāng)載流子混在光電 轉(zhuǎn)換部分12中時(shí)產(chǎn)生噪音的問(wèn)題，因此可以捕獲高質(zhì)量的圖像。在外圍電路部分14中，即使當(dāng)?shù)诙烹姌O32的柵長(zhǎng)度是先進(jìn)工藝的柵長(zhǎng)度，第二 柵電極32的兩個(gè)端部也形成為重疊在隔離區(qū)域15上。因此，第二柵電極32可以具有第二 柵電極32的部分在隔離區(qū)域15上接觸的接觸部分33。固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例結(jié)構(gòu)
以下將參照?qǐng)D2的示意性截面圖描述根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲 裝置的第二示例性結(jié)構(gòu)。具有第二示例性結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像捕獲裝置大體上與具有第一示例 性結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像捕獲裝置1相同，但是在以下的結(jié)構(gòu)中彼此不同。即，像素晶體管部分13 外圍的隔離區(qū)域15距半導(dǎo)體基底11的表面的高度形成為高于外圍電路部分14外圍的隔 離區(qū)域15距半導(dǎo)體基底11的表面的高度。如圖2所示，半導(dǎo)體基底11具有對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲得信號(hào)電荷的光電轉(zhuǎn) 換部分12和將光電轉(zhuǎn)換部分12中產(chǎn)生的信號(hào)電荷輸出的像素晶體管部分13。外圍電路部 分14形成在包括光電轉(zhuǎn)換部分12和像素晶體管部分13的像素部分的外圍。隔離區(qū)域15 形成為將光電轉(zhuǎn)換部分12、像素晶體管部分13和外圍電路部分14彼此電氣分離。隔離區(qū) 域15具有在像素晶體管部分13的外圍形成的高于半導(dǎo)體基底11的表面的絕緣部分16。對(duì)于隔離區(qū)域15，像素晶體管部分13外圍的隔離區(qū)域15距半導(dǎo)體基底11的表 面的高度形成為高于外圍電路部分14外圍的隔離區(qū)域15距半導(dǎo)體基底11的表面的高度。 例如，像素晶體管部分外圍的隔離區(qū)域形成為更高出約30nm到lOOnm。此外，像素晶體管部 分13外圍的隔離區(qū)域15可以形成為淺到隔離區(qū)域15高出地形成的程度。半導(dǎo)體基底11例如由一般的硅基底形成。光電轉(zhuǎn)換部分12包括N型區(qū)域12N和 形成在N型區(qū)域12N上的P+型區(qū)域12P。隔離區(qū)域15例如具有STI (淺溝槽隔離)結(jié)構(gòu)。配置為調(diào)節(jié)閾值電壓(Vth)的雜質(zhì)區(qū)域17、18形成在半導(dǎo)體基底11中的由像素 晶體管部分13和外圍電路部分14的晶體管形成區(qū)域所形成的區(qū)域中。在形成半導(dǎo)體基底11的像素晶體管部分13的區(qū)域中，通過(guò)中間夾置柵絕緣膜21 形成第一柵電極22。第一柵電極22形成在絕緣部分16之間并且通過(guò)中間夾置柵絕緣膜 21形成在半導(dǎo)體基底11上。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，第一柵電極22不在隔離區(qū)域15上重疊。柵絕緣膜21例如由氧化硅薄膜形成。當(dāng)然，柵絕緣膜21可以由用于一般MOS晶 體管的柵絕緣膜材料以及氧化硅薄膜形成。第一柵電極22例如由導(dǎo)電的多晶硅形成。即使未示出，在半導(dǎo)體基底11上第一柵電極22的兩側(cè)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域。 這樣，像素晶體管形成在像素晶體管部分13中。在圖中，示出了代表性的晶體管。然而，像素晶體管部分13 —般包括四個(gè)晶體管， 即傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管?；蛘?，像素晶體管部分13可能包括 三個(gè)晶體管?；蛘?，復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管組成的像素晶體管組可以用作兩個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的共同的像素晶體管?；蛘撸袼鼐w管組可以用作四個(gè)光電轉(zhuǎn)換部分的共同的像素晶體管。另一方面，在外圍電路部分14晶體管中，第二柵電極32通過(guò)中間夾置柵絕緣膜31 形成在半導(dǎo)體基底11上。第二柵電極32的至少一端形成為重疊在配置為將外圍電路部分 14分隔的隔離區(qū)域15上。第二柵電極32的形成在隔離區(qū)域15上的部分用作配置為將其它導(dǎo)線彼此連接的 接觸部分33。接觸部分33形成為使得其形成在第二柵電極32的隔離區(qū)域15上的部分具 有較寬的寬度。柵絕緣膜31例如由氧化硅薄膜形成。當(dāng)然，柵絕緣膜31可以由用于柵絕緣膜晶 體管的絕緣材料以及氧化硅薄膜形成。例如，柵絕緣膜31可以由具有較高介電常數(shù)的氧化 鋁膜或氧化鉿膜形成。第二柵電極形成膜43例如由多晶硅膜形成?；蛘撸诙烹姌O形成膜43可以例 如由鎢(W)等金屬形成。即使未示出，在第一柵電極22和第二柵電極32的兩側(cè)形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域。 此外，在光電轉(zhuǎn)換部分12、像素晶體管部分13和外圍電路部分14上形成保護(hù)膜。此外，還 形成顏色濾光片、顯微透鏡等。這樣，形成了固態(tài)圖像捕獲裝置1。在固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例性結(jié)構(gòu)中，僅像素晶體管部分13中的晶體管的 第一柵電極22形成在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，像素晶體管部分 13中的第一柵電極22形成為使得不重疊在隔離區(qū)域15上。因此，防止了光電轉(zhuǎn)換部分12 占據(jù)的面積隨著像素尺寸的小型化而減小，從而防止了靈敏度的退化?；蛘?，可以提高靈敏度。在外圍電路部分14中，即使當(dāng)?shù)诙烹姌O32的柵長(zhǎng)度是先進(jìn)工藝的柵長(zhǎng)度，第二 柵電極32的兩個(gè)端部也形成為重疊在隔離區(qū)域15上。因此，第二柵電極32可以具有第二 柵電極32的部分在隔離區(qū)域15上接觸的接觸部分33。此外，由于像素晶體管部分13的隔離區(qū)域15的高度形成為高于外圍電路部分14 的隔離區(qū)域15的高度，因此例如像素晶體管部分13的隔離區(qū)域15的深度可以形成為比相 關(guān)技術(shù)中的更淺。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，隔離區(qū)域15以下的部分可以用作光電轉(zhuǎn)換部分12。因 此，可以提高靈敏度。由于第一柵電極22形成為使得不重疊在隔離區(qū)域15上，因此打開像素晶體管時(shí) 在隔離區(qū)域15下方不產(chǎn)生載流子。因此，由于可以解決如相關(guān)技術(shù)中的當(dāng)載流子混在光電 轉(zhuǎn)換部分12中時(shí)產(chǎn)生噪音的問(wèn)題，因此可以捕獲高質(zhì)量的圖像。以下將參照?qǐng)D3的電路結(jié)構(gòu)描述作為參照示例的CMOS固態(tài)圖像捕獲裝置的像素 部分和外圍電路部分的示例。如圖3所示，固態(tài)圖像捕獲裝置(CMOS圖像傳感器)201包括像素部分210，在像素 部分210中，包括光電轉(zhuǎn)換元件的像素211 二維地設(shè)置為矩陣形。固態(tài)圖像捕獲裝置201 包括外圍電路部分220，外圍電路部分220包括獨(dú)立地對(duì)控制信號(hào)線進(jìn)行控制的驅(qū)動(dòng)電路 221、像素垂直掃描電路223、時(shí)間發(fā)生電路225和水平掃描電路227。在像素211的矩陣布置中，輸出信號(hào)線241在像素211的每列中布線并且控制信 號(hào)線在每行中布線。控制信號(hào)線例如包括傳輸控制線242、復(fù)位控制線243、和選擇控制線244。此外，提供復(fù)位電壓的復(fù)位線245布線到每個(gè)像素211。示出了像素211的示例電路結(jié)構(gòu)。該示例電路結(jié)構(gòu)中的單位像素包括作為光接收單元231中的光電轉(zhuǎn)換元件的光電二極管，并且具有包括四個(gè)晶體管(S卩，傳輸晶體管232、 復(fù)位晶體管233、放大晶體管234和選擇晶體管235)的像素電路。這里，N信道MOS晶體管 例如用作為傳輸晶體管232、復(fù)位晶體管233、放大晶體管234和選擇晶體管235。在電氣結(jié) 構(gòu)的描述中，這些晶體管稱為像素晶體管。傳輸晶體管232連接在光接收單元231的電光二極管的陰極電極和用作為電荷電 勢(shì)轉(zhuǎn)換單元的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)(floating diffusion) 236之間。通過(guò)向柵電極(控制電極)施 加傳輸脈沖，通過(guò)光接收單元231經(jīng)歷光電轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)在其中的信號(hào)電荷(這里是電子) 被傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散區(qū)236。復(fù)位晶體管233的漏電極和源電極分別連接到復(fù)位線245和浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)236。在 信號(hào)電荷從光接收單元231傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散區(qū)236之前，通過(guò)向柵電極提供復(fù)位脈沖RST 將浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)236的電勢(shì)復(fù)位為復(fù)位電壓Vrst。放大晶體管234的柵電極和漏電極分別連接到浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)236和像素電源Vdd。 通過(guò)復(fù)位晶體管233復(fù)位的浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)236的電勢(shì)作為復(fù)位等級(jí)輸出。此外，通過(guò)傳輸晶 體管232傳輸信號(hào)電荷后，浮動(dòng)擴(kuò)散區(qū)236的電勢(shì)作為信號(hào)等級(jí)輸出。選擇晶體管235的漏電極和源電極例如分別連接到放大晶體管234的源電極和輸 出信號(hào)線241。然后，通過(guò)將選擇脈沖SEL提供到柵電極使柵電極打開并且將由放大晶體管 234輸出的信號(hào)作為像素211的選擇狀態(tài)輸出到輸出信號(hào)線241?；蛘?，選擇晶體管235可 以連接在像素電源Vdd和放大晶體管234的漏電極之間。驅(qū)動(dòng)電路221配置為讀取在像素部分210中讀取的每個(gè)像素211的信號(hào)。像素垂直掃描電路223包括位移寄存器或地址譯碼器。通過(guò)適當(dāng)?shù)禺a(chǎn)生復(fù)位脈 沖、傳輸脈沖和選擇脈沖等，像素部分210的每個(gè)像素211在電子快門行中被讀取并在每行 中垂直地(上下)掃描。在該掃描中，對(duì)于電子快門行執(zhí)行對(duì)電子快門行的像素211的信 號(hào)進(jìn)行掃掠的電子快門操作。此外，早于由驅(qū)動(dòng)電路221通過(guò)與快門速度對(duì)應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行 讀取掃描，對(duì)于相同行(電子快門行)執(zhí)行電子快門操作。水平掃描電路227包括位移寄存器或地址譯碼器，并且按照像素部分210的像素 列的順序執(zhí)行水平掃描。時(shí)間發(fā)生電路225產(chǎn)生時(shí)間信號(hào)或控制信號(hào)，用作為驅(qū)動(dòng)電路221、像素垂直掃描 電路223等的操作的參照。2.第二實(shí)施例制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法以下將參照?qǐng)D4A至4C和圖5A至5C的截面圖描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的制 造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法。如圖4A所示，隔離區(qū)域15形成為將形成在半導(dǎo)體基底11上的光電轉(zhuǎn)換部分12、 像素晶體管部分13和外圍電路部分14彼此電氣分離，并且隔離區(qū)域15每個(gè)具有高于半導(dǎo) 體基底11的表面形成的絕緣部分16。半導(dǎo)體基底11例如由一般的硅基底形成。光電轉(zhuǎn)換部分12包括N型區(qū)域12N和 形成在N型區(qū)域12N上的P+型區(qū)域12P。
隔離區(qū)域15例如具有STI (淺溝槽隔離)結(jié)構(gòu)。在該制造方法中，在半導(dǎo)體基底 11中形成隔離溝槽時(shí)使用的掩模絕緣膜(未圖示)形成為具有預(yù)定的高度，例如隔離區(qū)域 15的絕緣部分16的高度。形成隔離區(qū)域15的隔離絕緣膜埋在隔離溝槽中以移除多余地形 成在掩模絕緣膜上的隔離絕緣膜。該移除過(guò)程例如通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來(lái)執(zhí)行。 接著，通過(guò)移除掩模絕緣膜，可以形成包括絕緣部分16的隔離區(qū)域15。形成隔離區(qū)域15后，通過(guò)執(zhí)行離子注入形成雜質(zhì)區(qū)域17、18以 調(diào)節(jié)區(qū)域的閾值電 壓(Vth)，該區(qū)域例如是在半導(dǎo)體基底11上形成像素晶體管部分13以及形成外圍電路部 分14的晶體管的區(qū)域。在離子注入之前，例如在半導(dǎo)體基底11上形成由氧化硅膜形成的 緩沖層61。接下來(lái)，如圖4B所示，除去半導(dǎo)體基底11上的氧化硅膜等之后，在形成像素晶體 管部分13的區(qū)域中形成像素晶體管的柵絕緣膜21。柵絕緣膜21例如由氧化硅膜形成。氧 化硅膜例如由熱氧化形成，但是也可以由其它的膜形成方法形成。形成第一柵電極形成膜41用于覆蓋半導(dǎo)體基底11的整個(gè)表面。第一柵電極形成 膜41例如由氧化硅膜形成。該多晶硅氧化物膜例如通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)方法形成，但 是也可以由其它的膜形成方法形成。第一柵電極形成膜41的材料不限于氧化硅膜，也可以 使用如鎢(W)等的金屬膜。之后，如圖4C所示，移除第一柵電極形成膜41，使得在形成像素晶體管部分13的 區(qū)域中保留第一柵電極形成膜41，用于暴露隔離區(qū)域15的絕緣部分16的表面。該暴露過(guò) 程例如通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來(lái)執(zhí)行。之后，如圖5A所示，由像素晶體管部分13上的第一柵電極形成膜41形成第一柵 電極22，并且光電轉(zhuǎn)換部分12和外圍電路部分14上的第一柵電極形成膜41被移除。在該過(guò)程中，首先通過(guò)一般的抗蝕膜施加技術(shù)在第一柵電極形成膜41上形成抗 蝕膜(未圖示)。隨后，通過(guò)光刻技術(shù)對(duì)抗蝕膜進(jìn)行曝光、顯影和烘干形成掩模圖案51，用 于形成像素晶體管部分13的第一柵電極。隨后，使用掩模圖案51作為掩模，對(duì)第一柵電極 形成膜41進(jìn)行刻蝕以形成第一柵電極22。此外，形成在其它區(qū)域上的第一柵電極形成膜 41通過(guò)刻蝕被移除。在該刻蝕中，為了高精度地刻蝕第一柵電極22，優(yōu)選地使用反應(yīng)離子 刻蝕(RIE)，其中可以進(jìn)行各向異性的干法刻蝕。這樣，在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間并且通過(guò)中間夾置柵絕緣膜21在半導(dǎo)體 基底11上形成像素晶體管部分13的第一柵電極22。大體上，如上所述，像素晶體管部分13包括傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管 和選擇晶體管。因此，傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管形成為第一柵電 極22。這里形成四個(gè)晶體管，然而根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例也可以使用三個(gè)晶體管。在保證形成隔離區(qū)域15和第一柵電極形成膜41的氧化硅膜的刻蝕選擇性的刻蝕 條件下執(zhí)行干法刻蝕。外圍電路部分14的晶體管的第二柵電極可以不用第一柵電極形成膜41形成，因 為第二柵電極重疊在外圍電路部分14的隔離區(qū)域上。在這種情況下，外圍電路部分14上 的第一柵電極形成膜41通過(guò)干法刻蝕被移除。此時(shí)，柵絕緣膜21也被刻蝕，然而柵絕緣膜 21如果必要也可以留在外圍電路部分14和光電轉(zhuǎn)換部分12上。這樣，柵絕緣膜21可以保
&3 甶ο
之后，移除掩模圖案51。圖中示出移除掩模圖案51前的狀態(tài)。之后，如圖5B所示，形成刻蝕防護(hù)膜42用于覆蓋第一柵電極22?？涛g防護(hù)膜42例如由氮化硅膜形成。例如通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)方法來(lái)在整個(gè)表面上形成膜。之后，如圖5C所示，通過(guò)一般的抗蝕膜施加技術(shù)，通過(guò)中間夾置刻蝕防護(hù)膜42形 成抗蝕膜(未圖示)以覆蓋第一柵電極22。之后，通過(guò)光刻技術(shù)對(duì)抗蝕膜進(jìn)行曝光、顯影和 烘干形成掩模圖案52以覆蓋第一柵電極22。隨后，使用掩模圖案52作為掩模，對(duì)刻蝕防護(hù) 膜42進(jìn)行刻蝕以移除刻蝕防護(hù)膜42中除覆蓋第一柵電極22的之外的刻蝕防護(hù)膜。因此， 覆蓋第一柵電極22的刻蝕防護(hù)膜42保留下來(lái)。在該刻蝕中，優(yōu)選地使用熱磷酸執(zhí)行濕法 刻蝕，從而不對(duì)半導(dǎo)體基底11產(chǎn)生刻蝕損壞，因?yàn)榭涛g防護(hù)膜42由氮化硅膜形成。這樣，由于通過(guò)濕法刻蝕各向同性地刻蝕氮化硅膜，因此沒(méi)有氮化硅膜留在隔離 區(qū)域15的側(cè)壁上。在該過(guò)程中，為了在外圍電路部分14中形成柵絕緣膜，通過(guò)各向異性刻蝕移除留 在外圍電路部分14的半導(dǎo)體基底11的表面上的柵絕緣膜21 (參見圖4B)。當(dāng)將隔離區(qū)域15的絕緣部分16設(shè)置為更厚以確保第一柵電極22的厚度時(shí)，外圍 電路部分14的隔離區(qū)域15的高度通過(guò)圖5C所示的各向異性刻蝕形成為較低。通過(guò)這樣 做，可以匹配如根據(jù)相關(guān)技術(shù)的過(guò)程中的相同的隔離區(qū)域的高度。通過(guò)從半導(dǎo)體基底11的 表面起形成外圍電路部分14的隔離區(qū)域15的高度，可以防止外圍電路部分14的柵電極之 后的側(cè)壁形成過(guò)程中側(cè)壁膜留在隔離區(qū)域15的側(cè)壁上。當(dāng)外圍電路部分14的隔離區(qū)域15的高度形成為較低時(shí)，例如可以執(zhí)行參照?qǐng)D5A 描述的過(guò)程。例如，緊接著形成掩模圖案52，通過(guò)選擇性地刻蝕外圍電路部分14的隔離區(qū) 域15可以將隔離區(qū)域15的高度形成為較低。之后，移除掩模圖案52。圖中示出移除掩模圖案52前的狀態(tài)。之后，如圖6A所示，柵絕緣膜31形成在外圍電路部分14的半導(dǎo)體基底11上。柵 絕緣膜31例如由氧化硅膜形成。氧化硅膜例如通過(guò)熱氧化形成，但是也可以通過(guò)其它的膜 形成方法形成。當(dāng)然，柵絕緣膜可以由用于一般MOS晶體管的柵絕緣膜材料以及氧化硅膜 形成。例如，柵絕緣膜可以由具有較高介電常數(shù)的氧化鋁膜或氧化鉿膜形成。之后，如圖6B所示，形成第二柵電極形成膜43用于覆蓋半導(dǎo)體基底11的整個(gè)表 面。第二柵電極形成膜43例如由多晶硅膜形成。該多晶硅氧化物膜例如通過(guò)化學(xué)氣相沉 積(CVD)方法形成，但是也可以通過(guò)其它的膜形成方法形成。第二柵電極形成膜的材料不 限于氧化硅膜，也可以使用如鎢(W)等的金屬膜。之后，如圖6C所示，在其中形成刻蝕防護(hù)膜42的第一柵電極22保留的狀態(tài)下，夕卜 圍電路部分14的晶體管的第二柵電極32由第二柵電極形成膜43形成。此外，光電轉(zhuǎn)換部 分12和像素晶體管部分13上的第二柵電極形成膜43被移除。在該過(guò)程中，通過(guò)一般的抗蝕膜施加技術(shù)在第二柵電極形成膜43上形成抗蝕膜 (未圖示)。隨后，通過(guò)光刻技術(shù)對(duì)抗蝕膜進(jìn)行曝光、顯影和烘干形成掩模圖案53，用于形成 外圍電路部分14的晶體管的第二柵電極。隨后，使用掩模圖案53作為掩模，對(duì)第二柵電極 形成膜43進(jìn)行刻蝕以形成第二柵電極32。此外，形成在其它區(qū)域上的第二柵電極形成膜 43通過(guò)刻蝕被移除。在該刻蝕中，為了高精度地刻蝕第二柵電極32，優(yōu)選地使用反應(yīng)離子 刻蝕(RIE)，其中可以進(jìn)行各向異性的干法刻蝕。
在干法刻蝕中對(duì)像素晶體管部分13的第二柵電極形成膜43的刻蝕中，該刻蝕被刻蝕防護(hù)膜42阻擋。因此，第一柵電極22不被刻蝕?？涛g防護(hù)膜42不限于氮化硅膜，只 要刻蝕防護(hù)膜42能夠阻擋第二柵電極形成膜43的刻蝕。例如，刻蝕防護(hù)膜可以由氧化硅 膜、硅的氮氧化合物膜或硅的氧碳化合物膜等形成。然而，當(dāng)隔離區(qū)域15的在第一柵電極22側(cè)面的絕緣部分16在對(duì)第二柵電極形成 膜43刻蝕時(shí)被過(guò)度刻蝕，可能改變晶體管特性。因此，優(yōu)選地使用氮化硅膜。之后，移除掩模圖案53。圖中示出移除掩模圖案53前的狀態(tài)。之后，如圖7A所示，移除刻蝕防護(hù)膜42 (雙點(diǎn)劃線所示)。使用熱磷酸通過(guò)濕法刻 蝕移除刻蝕防護(hù)膜42。繼而，如圖7B所示，在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間并且通過(guò)中間夾置柵絕緣 膜21在像素晶體管部分13的半導(dǎo)體基底11上形成第一柵電極22。因此，第一柵電極22 不重疊在隔離區(qū)域15上。外圍電路部分14的第二柵電極32通過(guò)中間夾置柵絕緣膜21形 成在半導(dǎo)體基底11上，從而其兩個(gè)端部重疊在隔離區(qū)域15上。之后，即使未示出，形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域、形成保護(hù)膜、形成顏色濾光片，并且 形成顯微透鏡，以完成固態(tài)圖像捕獲裝置1。在制造方法中，在形成隔離區(qū)域15時(shí)，隔離區(qū)域15的絕緣部分16形成為高于第 一柵電極22的高度。此外，在形成第一柵電極形成膜41時(shí)，第一柵電極形成膜41的厚度 形成為比第一柵電極22的理想厚度更厚。在將隔離區(qū)域15的絕緣部分16的表面暴露的 過(guò)程中，第一柵電極形成膜41和絕緣部分16可以形成為到達(dá)第一柵電極22的理想高度。在制造方法中，第一柵電極22的厚度由離開半導(dǎo)體基底11的表面的隔離區(qū)域15 的高度限定。在一般的MOS過(guò)程中，隔離區(qū)域15的高度約幾十nm。因此，隔離區(qū)域的高度 比第一柵電極22的厚度(幾百nm)更薄。然而，當(dāng)?shù)谝粬烹姌O22的厚度非常薄時(shí)，在使用 第一柵電極22作為掩模的離子注入中離子可能通過(guò)第一柵電極22，如在源極和漏極的離 子注入中那樣，從而可能增加晶體管特性的變化。鑒于此，優(yōu)選地，例如圖4A的狀態(tài)中的隔 離區(qū)域15形成為具有與一般的柵電極的高度對(duì)應(yīng)的高度。當(dāng)?shù)谝粬烹姌O22形成為不重疊在隔離區(qū)域15上時(shí)，隔離區(qū)域15端部的柵電場(chǎng)可 能變?nèi)?。因此，晶體管的操作能力可能退化。在這咱情況下，通過(guò)圖4A中所描述的過(guò)程形 成隔離區(qū)域15之后，通過(guò)執(zhí)行如拉回(pullback)的各向同性刻蝕使隔離區(qū)域15從晶體管 的信道區(qū)域后退。這樣，可以防止晶體管的操作能力由于弱的柵電場(chǎng)而退化。在制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法中，僅像素晶體管部分13中的晶體管 的第一柵電極22形成在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，像素晶體管部 分13中的第一柵電極22形成為使得不重疊在隔離區(qū)域15上。因此，防止了光電轉(zhuǎn)換部分 12占據(jù)的面積隨著像素尺寸的小型化而減小，從而防止了靈敏度的退化?；蛘?，可以提高靈 敏度。在制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第一示例方法中，第一柵電極形成膜41埋在絕緣部 分16之間并形成圖案用于形成第一柵電極22。換言之，柵的寬度方向由絕緣部分16之間 的距離確定，從而以自動(dòng)調(diào)準(zhǔn)的方式形成。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，像素晶體管部分13的第一柵 電極22不重疊在隔離區(qū)域15上，從而不存在漏極之間短路的問(wèn)題。因此，可以提高固態(tài)圖 像捕獲裝置1的特性和可靠性。
在外圍電路部分14中，即使當(dāng)?shù)诙烹姌O32的柵長(zhǎng)度是先進(jìn)工藝的柵長(zhǎng)度，第二柵電極32的兩個(gè)端部也形成為重疊在隔離區(qū)域15上。因此，在第二柵電極32中，第二柵 電極32在隔離區(qū)域15上的部分可以形成為進(jìn)行接觸的接觸部分33。當(dāng)形成第二柵電極32時(shí)，刻蝕防護(hù)膜42形成在第一柵電極22上，并且第二柵電 極形成膜43形成在刻蝕防護(hù)膜42上，以形成第二柵電極32。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)形成第二 柵電極32時(shí)，第一柵電極22被刻蝕防護(hù)膜42保護(hù)從而不會(huì)被刻蝕。因此，第一柵電極22 和隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間沒(méi)有間隙。這樣，可以高精度地制造固態(tài)圖像捕獲裝置。制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例 方法以下將參照?qǐng)D8A至8C和圖IlA和IlB的截面圖描述根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的 制造固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例方法。第二示例制造方法大體上與第一示例制造方法相 同，但是在以下的結(jié)構(gòu)中與第一示例制造方法不同。即，像素晶體管部分13外圍的隔離區(qū) 域距半導(dǎo)體基底的表面的高度形成為高于外圍電路部分外圍的隔離區(qū)域距半導(dǎo)體基底的 表面的高度。其它過(guò)程與第一示例制造方法中的相同。如圖8A所示，隔離區(qū)域15形成為將形成在半導(dǎo)體基底11上的光電轉(zhuǎn)換部分12、 像素晶體管部分13和外圍電路部分14彼此電氣分離，并且隔離區(qū)域15每個(gè)具有高于半導(dǎo) 體基底11的表面形成的絕緣部分16。對(duì)于隔離區(qū)域15，像素晶體管部分13外圍的隔離區(qū)域15距半導(dǎo)體基底11的表 面的高度形成為高于外圍電路部分14外圍的隔離區(qū)域15距半導(dǎo)體基底11的表面的高度。 例如，像素晶體管部分外圍的隔離區(qū)域形成為更高出約30nm到lOOnm。此外，像素晶體管部 分13外圍的隔離區(qū)域15可以形成為淺到隔離區(qū)域15高出地形成的程度。半導(dǎo)體基底11例如由一般的硅基底形成。光電轉(zhuǎn)換部分12包括N型區(qū)域12N和 形成在N型區(qū)域12N上的P+型區(qū)域12P。隔離區(qū)域15例如具有STI (淺溝槽隔離)結(jié)構(gòu)。形成隔離區(qū)域15后，通過(guò)執(zhí)行離子注入形成雜質(zhì)區(qū)域17、18以調(diào)節(jié)區(qū)域的閾值電 壓(Vth)，該區(qū)域例如是在半導(dǎo)體基底11上形成像素晶體管部分13的區(qū)域以及形成外圍電 路部分14的晶體管的區(qū)域。在離子注入之前，例如在半導(dǎo)體基底11上形成由氧化硅膜形 成的緩沖層61。接下來(lái)，如圖8B所示，除去半導(dǎo)體基底11上的氧化硅膜等之后，在形成像素晶體 管部分13的區(qū)域中形成像素晶體管的柵絕緣膜21。柵絕緣膜21例如由氧化硅膜形成。形成第一柵電極形成膜41用于覆蓋半導(dǎo)體基底11的整個(gè)表面。第一柵電極形成 膜41例如由氧化硅膜形成。之后，如圖8C所示，移除第一柵電極形成膜41，使得在形成像素晶體管部分13的 區(qū)域中保留第一柵電極形成膜41，用于暴露隔離區(qū)域15的絕緣部分16的表面。該暴露過(guò) 程例如通過(guò)化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)方法來(lái)執(zhí)行。之后，如圖9A所示，由像素晶體管部分13上的第一柵電極形成膜41形成第一柵 電極22，并且光電轉(zhuǎn)換部分12和外圍電路部分14上的第一柵電極形成膜41被移除。在該過(guò)程中，首先在第一柵電極形成膜41上形成掩模圖案51以形成像素晶體管 部分13的第一柵電極。隨后，使用掩模圖案51作為掩模，對(duì)第一柵電極形成膜41進(jìn)行刻蝕以形成第一柵電極22。此外，形成在其它區(qū)域上的第一柵電極形成膜41通過(guò)刻蝕被移 除。在該刻蝕中，為了高精度地刻蝕第一柵電極22，優(yōu)選地使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)，其中 可以進(jìn)行各向異性的干法刻蝕。這樣，在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間并且通過(guò)中間夾置柵絕緣膜21在半導(dǎo)體 基底11上形成像素晶體管部分13的第一柵電極22。在保證形成隔離區(qū)域15和第一柵電極形成膜41的氧化硅膜的刻蝕選擇性的刻蝕 條件下執(zhí)行干法刻蝕。外圍電路部分14上的第一柵電極形成膜41通過(guò)干法刻蝕被移除。此時(shí)，柵絕緣 膜21也被刻蝕，然而柵絕緣膜21如果必要也可以留在外圍電路部分14和光電轉(zhuǎn)換部分12 上。這樣，柵絕緣膜21可以保留。之后，移除掩模圖案51。圖中示出移除掩模圖案51前的狀態(tài)。之后，如圖9B所示，形成刻蝕防護(hù)膜42用于覆蓋第一柵電極22?？涛g防護(hù)膜42 例如由氮化硅膜形成。例如通過(guò)化學(xué)氣相沉積(CVD)方法來(lái)在整個(gè)表面上形成膜。之后，如圖9C所示，通過(guò)光刻技術(shù)對(duì)抗蝕膜進(jìn)行曝光、顯影和烘干形成掩模圖案 52以覆蓋第一柵電極22。隨后，使用掩模圖案52作為掩模，對(duì)刻蝕防護(hù)膜42進(jìn)行刻蝕以 移除刻蝕防護(hù)膜42中除覆蓋第一柵電極22的之外的刻蝕防護(hù)膜。因此，覆蓋第一柵電極 22的刻蝕防護(hù)膜42保留下來(lái)。在該刻蝕中，優(yōu)選地使用熱磷酸執(zhí)行濕法刻蝕，從而不對(duì)半 導(dǎo)體基底11產(chǎn)生刻蝕損壞，因?yàn)榭涛g防護(hù)膜42由氮化硅膜形成。在該過(guò)程中，為了在外圍電路部分14中形成柵絕緣膜，通過(guò)各向異性刻蝕移除留 在外圍電路部分14的半導(dǎo)體基底11的表面上的柵絕緣膜21 (參見圖9A)。之后，移除掩模圖案52。圖中示出移除掩模圖案52前的狀態(tài)。之后，如圖10A所示，柵絕緣膜31形成在外圍電路部分14的半導(dǎo)體基底11上。之后，如圖10B所示，形成第二柵電極形成膜43用于覆蓋半導(dǎo)體基底11的整個(gè)表 面。第二柵電極形成膜43例如由多晶硅膜形成。之后，如圖10C所示，在其中形成刻蝕防護(hù)膜42的第一柵電極22保留的狀態(tài)下， 外圍電路部分14的晶體管的第二柵電極32由第二柵電極形成膜43形成。此外，光電轉(zhuǎn)換 部分12和像素晶體管部分13上的第二柵電極形成膜43被移除。在該過(guò)程中，首先在第二柵電極形成膜43上形成掩模圖案53，用于形成外圍電路 部分14的第二柵電極。隨后，使用掩模圖案53作為掩模，對(duì)第二柵電極形成膜43進(jìn)行刻 蝕以形成第二柵電極32。此外，形成在其它區(qū)域上的第二柵電極形成膜43通過(guò)刻蝕被移 除。在該刻蝕中，為了高精度地刻蝕第二柵電極32，優(yōu)選地使用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)，其中 可以進(jìn)行各向異性的干法刻蝕。在干法刻蝕中對(duì)像素晶體管部分13的第二柵電極形成膜43的刻蝕中，該刻蝕被 刻蝕防護(hù)膜42阻擋。因此，第一柵電極22不被刻蝕。之后，移除掩模圖案53。圖中示出移除掩模圖案53前的狀態(tài)。之后，如圖11A所示，移除刻蝕防護(hù)膜42(雙點(diǎn)劃線所示)。繼而，如圖11B所示，在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間并且通過(guò)中間夾置柵絕緣 膜21在像素晶體管部分13的半導(dǎo)體基底11上形成第一柵電極22。因此，第一柵電極22 不重疊在隔離區(qū)域15上。外圍電路部分14的第二柵電極32通過(guò)中間夾置柵絕緣膜21形成在半導(dǎo)體基底11上，從而其兩個(gè)端部重疊在隔離區(qū)域15上。之后，即使未示出，形成源極區(qū)域和漏極區(qū)域、形成保護(hù)膜、形成顏色濾光片，并且 形成顯微透鏡，以完成固態(tài)圖像捕獲裝置2。在固態(tài)圖像捕獲裝置的第二示例制造方法中，如第一示例方法，僅像素晶體管部 分13中的晶體管的第一柵電極22形成在隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間。根據(jù)這樣的結(jié) 構(gòu)，像素晶體管部分13中的第一柵電極22形成為使得不重疊在隔離區(qū)域15上。因此，防止 了光電轉(zhuǎn)換部分12占據(jù)的面積隨著像素尺寸的小型化而減小，從而防止了靈敏度的退化。 或者，可以提高靈敏度。像素晶體管部分13的第一柵電極22不重疊在隔離區(qū)域15上，從而不存在漏極之 間短路的問(wèn)題。因此，可以提高固態(tài)圖像捕獲裝置2的特性和可靠性。在外圍電路部分14中，即使當(dāng)?shù)诙烹姌O32的柵長(zhǎng)度是先進(jìn)工藝的柵長(zhǎng)度，第二 柵電極32的兩個(gè)端部也形成為重疊在隔離區(qū)域15上。因此，在第二柵電極32中，第二柵 電極32在隔離區(qū)域15上的部分可以形成為進(jìn)行接觸的接觸部分33。當(dāng)形成第二柵電極32時(shí)，刻蝕防護(hù)膜42形成在第一柵電極22上，并且第二柵電 極形成膜43形成在刻蝕防護(hù)膜42上，以形成第二柵電極32。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)形成第二 柵電極32時(shí)，第一柵電極22被刻蝕防護(hù)膜42保護(hù)從而不會(huì)被刻蝕。因此，第一柵電極22 和隔離區(qū)域15的絕緣部分16之間沒(méi)有間隙。這樣，可以高可靠性地制造固態(tài)圖像捕獲裝置。第三實(shí)施例圖像捕獲裝置的示例構(gòu)造接下來(lái)，將參照?qǐng)D12的框圖描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像捕獲設(shè)備。根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例的固態(tài)圖像捕獲裝置用在該圖像捕獲設(shè)備中。如圖12所示，圖像捕獲設(shè)備300在圖像捕獲單元301中包括固態(tài)圖像捕獲裝置 (未圖示)。在圖像捕獲單元301的光線會(huì)聚側(cè)設(shè)置形成圖像的光線會(huì)聚光學(xué)單元302。其 中包括配置為驅(qū)動(dòng)圖像捕獲單元301的驅(qū)動(dòng)電路和配置為處理圖像信號(hào)的信號(hào)處理電路 的信號(hào)處理單元303通過(guò)通過(guò)固態(tài)圖像捕獲裝置進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。信號(hào)處理單元303處理的 圖像信號(hào)可以存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器(未圖示)中。對(duì)于圖像捕獲設(shè)備300，根據(jù)每個(gè)實(shí)施例描 述的固態(tài)圖像捕獲裝置1或2可以用作為圖像捕獲單元301的固態(tài)圖像捕獲裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像捕獲設(shè)備300可以高靈敏度地形成圖像，因?yàn)橥ㄟ^(guò)使 用固態(tài)圖像捕獲裝置1或2提高了靈敏度。由于防止了圖像質(zhì)量退化并且高靈敏度地形成 圖像，因此即使在例如夜間攝影的黑暗攝影環(huán)境中也能獲得形成高質(zhì)量的圖像的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的圖像捕獲設(shè)備300不限于上述結(jié)構(gòu)，而是可以采用利用固 態(tài)圖像捕獲裝置的圖像捕獲設(shè)備的任意結(jié)構(gòu)。圖像捕獲設(shè)備可以具有一個(gè)芯片的結(jié)構(gòu)，或具有通過(guò)組織和包裝圖像捕獲單元和 信號(hào)處理單元或光學(xué)系統(tǒng)形成的具有圖像捕獲功能的模塊結(jié)構(gòu)。這里，圖像捕獲設(shè)備指的 是具有攝像機(jī)或圖像捕獲功能的便攜式設(shè)備。“圖像捕獲”不僅包括使用攝像機(jī)的正常攝影 中進(jìn)行攝像，而且包括檢測(cè)廣義上的指紋。本發(fā)明包含了與2009年3月4日向日本專利局遞交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng) JP2009-050130中公開的主題相關(guān)的主題，這里通過(guò)引用引入其全部?jī)?nèi)容。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解，只要在所附權(quán)利要求或與其相當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)，可以按照設(shè) 計(jì)要求等其它因素進(jìn)行各種改變、結(jié)合、附屬結(jié)合和替代。
權(quán)利要求
一種固態(tài)圖像捕獲裝置，其在半導(dǎo)體基底中包括光電轉(zhuǎn)換部分，對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲得信號(hào)電荷；像素晶體管部分，將所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的所述信號(hào)電荷輸出；外圍電路部分，形成在包括所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述像素晶體管部分的像素部分的外圍；以及隔離區(qū)域，形成為將所述光電轉(zhuǎn)換部分、所述像素晶體管部分和所述外圍電路部分彼此電氣分離；其中，所述像素晶體管部分外圍的所述隔離區(qū)域每個(gè)具有形成為高于所述半導(dǎo)體基底的表面的絕緣部分；并且其中，所述像素晶體管部分的晶體管的第一柵電極形成在所述絕緣部分之間并且形成在所述半導(dǎo)體基底上使得在兩者之間夾置柵絕緣膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述外圍電路部分的晶體管的第 二柵電極的至少一端形成在分離所述外圍電路部分的所述隔離區(qū)域上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，形成在所述隔離區(qū)域上的所述第 二柵電極的一部分形成為接觸部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固態(tài)圖像捕獲裝置，其中，所述像素晶體管部分外圍的所述 隔離區(qū)域距所述半導(dǎo)體基底的表面的高度高于所述外圍電路部分外圍的所述隔離區(qū)域距 所述半導(dǎo)體基底的表面的高度。
5.一種制造固態(tài)圖像捕獲裝置的方法，包括以下步驟形成隔離區(qū)域，其將形成在半導(dǎo)體基底上的光電轉(zhuǎn)換部分、像素晶體管部分和外圍電 路部分彼此電氣分離，并且所述隔離區(qū)域每個(gè)具有高于所述半導(dǎo)體基底的表面形成的絕緣 部分；在形成所述半導(dǎo)體基底的所述像素晶體管部分的區(qū)域中形成柵絕緣膜； 形成第一柵電極形成膜以覆蓋所述半導(dǎo)體基底的整個(gè)表面；通過(guò)移除所述第一柵電極形成膜來(lái)暴露所述隔離區(qū)域的所述絕緣部分的表面，使得在 形成所述像素晶體管部分的區(qū)域中保留所述第一柵電極形成膜；使用所述第一柵電極形成膜在所述像素晶體管部分中形成第一柵電極，并且移除所述 光電轉(zhuǎn)換部分和所述外圍電路部分上的所述第一柵電極形成膜； 形成覆蓋所述第一柵電極的刻蝕防護(hù)膜； 形成第二柵電極形成膜以覆蓋所述半導(dǎo)體基底的整個(gè)表面；并且 在其中覆蓋有所述刻蝕防護(hù)膜的所述第一柵電極保留的狀態(tài)下，使用所述第二柵電極 形成膜形成所述外圍電路部分的晶體管的第二柵電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述隔離區(qū)域的所述絕緣部分形成為高于所述第一柵電極； 其中，在形成所述第一柵電極形成膜時(shí)，所述第一柵電極形成膜的厚度形成為比所述 第一柵電極的理想厚度更厚；其中，在將所述隔離區(qū)域的所述絕緣部分的表面暴露的過(guò)程中，所述第一柵電極形成 膜和所述絕緣部分一起的厚度形成為薄達(dá)所述第一柵電極的理想厚度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述像素晶體管部分外圍的所述隔離區(qū)域距所述半導(dǎo)體基底的表面的高度形成 為高于所述外圍電路部分外圍的所述隔離區(qū)域距所述半導(dǎo)體基底的表面的高度。
8. 一種圖像捕獲設(shè)備，包括 光線會(huì)聚光學(xué)單元，其會(huì)聚入射光線；圖像捕獲單元，其包括固態(tài)圖像捕獲裝置，所述固態(tài)圖像捕獲裝置接收由所述光線會(huì) 聚光學(xué)單元會(huì)聚的光線并執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換；以及 信號(hào)處理單元，其處理經(jīng)歷光電轉(zhuǎn)換的信號(hào)； 其中，所述固態(tài)圖像捕獲裝置在半導(dǎo)體基底中包括 光電轉(zhuǎn)換部分，對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲得信號(hào)電荷； 像素晶體管部分，將所述光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的所述信號(hào)電荷輸出； 外圍電路部分，形成在包括所述光電轉(zhuǎn)換部分和所述像素晶體管部分的像素部分的外 圍；以及隔離區(qū)域，形成為將所述光電轉(zhuǎn)換部分、所述像素晶體管部分和所述外圍電路部分彼 此電氣分離；其中，所述像素晶體管部分外圍的所述隔離區(qū)域每個(gè)具有形成為高于所述半導(dǎo)體基底 的表面的絕緣部分；并且其中，所述像素晶體管部分的晶體管的第一柵電極形成在所述絕緣部分之間并且形成 在所述半導(dǎo)體基底上使得在兩者之間夾置柵絕緣膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像捕獲裝置、制造該裝置的方法以及圖像捕獲設(shè)備。固態(tài)圖像捕獲裝置在半導(dǎo)體基底中包括光電轉(zhuǎn)換部分，對(duì)入射光執(zhí)行光電轉(zhuǎn)換以獲得信號(hào)電荷；像素晶體管部分，將光電轉(zhuǎn)換部分中產(chǎn)生的信號(hào)電荷輸出；外圍電路部分，形成在包括光電轉(zhuǎn)換部分和像素晶體管部分的像素部分的外圍；以及隔離區(qū)域，形成為將光電轉(zhuǎn)換部分、像素晶體管部分和外圍電路部分彼此電氣分離。像素晶體管部分外圍的隔離區(qū)域每個(gè)具有形成為高于半導(dǎo)體基底的表面的絕緣部分。像素晶體管部分的晶體管的第一柵電極形成在絕緣部分之間并且形成在半導(dǎo)體基底上使得兩者之間夾置柵絕緣膜。
文檔編號(hào)H04N5/335GK101826539SQ20101012519
公開日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月4日
發(fā)明者古閑史彥, 工藤義治 申請(qǐng)人:索尼公司