固態圖像傳感器件及其制造方法
【專利說明】固態圖像傳感器件及其制造方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]2013年11月7日提交的日本專利申請N0.2013-231535的公開的包括說明書、附圖和摘要的全文以引用的方式全部并入本文。
技術領域
[0003]本發明涉及一種固態圖像傳感器件，典型地以例如CMOS(互補金屬氧化物半導體)圖像傳感器為代表，以及制造該器件的方法。
【背景技術】
[0004]在日本特開2008-218836(專利文獻I)號公報中，描述了一種通過鎳全硅化(nickel fullsilicide)電極來配置柵極電極的技術。具體地，在專利文獻I中描述了，具有硅化反應抑制效果的氟被注射到柵極電極中以便形成具有鎳單硅化物的組分的鎳全硅化電極。
[0005][引文列表]
[0006][專利文件]
[0007][專利文件I]日本特開2008-218836號公報
【發明內容】
[0008]在以例如CMOS圖像傳感器為代表的固態圖像傳感器件中，減少基線噪聲是一大挑戰，基線噪聲被視為即使在暗時圖像也不是純黑的現象。已知，基線噪聲與Ι/f噪聲(閃爍噪聲)強相關，該ι/f噪聲在被包括在像素中的被稱為“放大晶體管”的η溝道場效應晶體管處產生。因此，降低在“放大晶體管”處產生的Ι/f噪聲以降低基線噪聲很重要。
[0009]在這樣的背景下，已知，通過減少在“放大晶體管”的柵極絕緣膜中存在的懸掛鍵(不飽和鍵)來降低Ι/f噪聲是有效的，作為一種降低懸掛鍵的方法，存在一種將氟與懸掛鍵結合的方法。例如，可以設想通過離子注入的方法來將氟引入到包括“放大晶體管”的固態圖像傳感器件中。
[0010]然而，擔心含氟離子束中所包含的污染物(致污物)會有不良影響。即，如果以例如鎢(W)為代表的金屬原子作為污染物侵入到半導體襯底中，那么固態圖像傳感器件的暗時白點數(the number of white spots at dark)和暗電流可能不被期望地增加。這可以能是由這一事實所造成的:已經侵入到半導體襯底中的金屬原子擴散，并且從而到達用作光電轉換部的光電二極管，并且由此產生缺陷能級。即，據估計，當產生缺陷能級時，在光電二極管中，泄漏電流通過缺陷能級而增加，并且泄漏電流的增加導致在暗時白點數和暗電流的增加。
[0011]以這種方式，雖然從減少“放大晶體管”的Ι/f噪聲以及減少固態圖像傳感器件的基線噪聲的角度來看，將氟引入固態圖像傳感器件是有效的，但是，擔心與氟一起引入的污染物可以能會使暗時白點數和暗電流增加。即，從減少固態圖像傳感器件的基線噪聲以及抑制暗時白點數和暗電流增加的角度來看，僅僅是將氟引入到固態圖像傳感器件中的方法是不夠的，仍有改進的余地。
[0012]其它問題和新穎特征將通過本說明書和附圖中的說明而變得顯而易見。
[0013]在根據實施例的固態圖像傳感器件中，在平面圖中，將氟引入到放大晶體管的柵極電極中的與溝道區域重疊的部分中。
[0014]進一步地，一種制造根據實施例的固態圖像傳感器件的方法包括以下步驟:形成放大晶體管的柵極電極，并且在平面圖中將氟依次引入到柵極電極中的與溝道區域重疊的部分中。
[0015]根據實施例，可以改善固態圖像傳感器件的性能。
【附圖說明】
[0016]圖1是示出了在圖像傳感器中將光轉換為電信號的情況的示意圖；
[0017]圖2是示出了在圖像傳感器中未安裝微透鏡的情況下的配置的示意圖；
[0018]圖3是示出了在光電二極管前面布置微透鏡的示例的示意圖；
[0019]圖4是作為其中一個濾色器的原色濾色器的視圖；
[0020]圖5是示出了作為其中一個濾色器中的補色濾色器的視圖；
[0021]圖6是示出了具有p-n結的二極管的能帶結構的視圖；
[0022]圖7是示出了光接收部的器件結構的示例的截面圖；
[0023]圖8是示出了像素的電路配置的電路圖；
[0024]圖9是示出了根據實施例1的像素的示意性版圖配置的平面圖；
[0025]圖10是沿圖9中的線A-A所做的截面圖；
[0026]圖11是示意性地示出了將氟與放大晶體管的柵極絕緣膜中存在的懸掛鍵結合的情況的視圖；
[0027]圖12是闡釋了在圖像傳感器中包括的放大晶體管的制造步驟的流程的流程圖；
[0028]圖13是示出了在改變氟注入步驟的插入定時的情況下的研宄結果的圖表；
[0029]圖14是示出了根據實施例1的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0030]圖15是示出了在圖14之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0031]圖16是示出了在圖15之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0032]圖17是示出了在圖16之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0033]圖18是示出了在圖17之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0034]圖19是示出了在圖18之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0035]圖20是示出了在圖19之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0036]圖21是示出了在圖20之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0037]圖22是示出了在圖21之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0038]圖23是示出了在圖22之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0039]圖24是示出了在圖23之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0040]圖25是示出了在圖24之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0041]圖26是示出了根據修改示例I的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0042]圖27是示出了在圖26之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0043]圖28是示出了根據實施例2的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0044]圖29是示出了在圖28之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0045]圖30是示出了在圖29之后的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0046]圖31是示出了根據修改示例I的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0047]圖32是示出了根據修改示例2的半導體器件的制造步驟的截面圖；
[0048]圖33是示出了根據實施例3的形成有圖像傳感器的半導體芯片的示意性配置的平面圖；
[0049]圖34是示出了在圖33中示出的像素陣列區域中的多個像素中的每個像素處形成的放大晶體管的截面配置和在圖33中示出的外圍電路區域中的外圍電路處形成的P溝道場效應晶體管的截面配置的視圖。
【具體實施方式】
[0050]如有必要，為了方便起見，在以下實施例中通過將本發明劃分成多個部分或多個實施例來對本發明進行闡釋；但是除非另有說明，否則這些部分或實施例并非彼此無關，并且一個部分或實施例與另一個部分或實施例的全部或部分的修改示例、詳細闡釋、補充闡釋等有關。
[0051]進一步地，在以下實施例中，當指元件的數等等(包括:件數、數值、數量、范圍等等)時，該數不限于特定數并且可以是小于或大于該特定數的數，除非特別指出或在原理上明顯指定為特定數。
[0052]進一步地，不言而喻，在以下實施例中，其構成部件(包括元件步驟等等)并不一定是必要的，除了特別指出或者在原理上明顯必要的情況之外。
[0053]同樣，在以下實施例中，當提及構成部件等等的形狀、位置關系等等時，與該形狀接近或相似的形狀基本上被包括在該形狀中，除非特別指出或者在原理上明顯不同的情況之外。此點也適用于上面提及的數值和范圍。
[0054]在用于闡釋實施例的所有附圖中，相同的構件原則上用相同的符號表示并且避免重復闡釋。進一步地，為了更好地理解附圖，在某些情況下，即使是在平面圖中也可以使用影線。
[0055](實施例1)
[0056]<圖像傳感器(固態圖像傳感器件)的示意性配置>
[0057]在實施例1中，參考附圖對用于采集圖像的圖像傳感器(固態圖像傳感器器件)進行闡釋。首先，闡釋了圖像傳感器的示意性配置。圖像傳感器是用于將輸入圖像傳感器中的光轉換為電信號的元件。圖1是示出了在圖像傳感器中將光轉換為電信號的情況的示意圖。例如，如圖1所示，從物體發出的光進入透鏡L并且形成圖像。圖像傳感器IS布置在透鏡L的聚焦位置處，并且通過透鏡L聚焦形成的圖像投射至圖像傳感器IS。當光照射圖像傳感器IS時，圖像傳感器IS將光轉換為電信號。然后，通過對從圖像傳感器IS輸出的電信號進行信號處理來形成圖像。以這樣的方式，圖像傳感器IS具有將入射光轉換為電信號并且輸出該電信號的功能。
[0058]當圖像傳感器IS的光接收面RC增大時，應當理解的是，微透鏡OL、濾色器CF和光電二極管ro布置在圖像傳感器is的光接收面Re處。S卩，應當理解的是，圖像傳感器is具有微透鏡0L、濾色器CF和光電二極管H)。下文依序對配置圖像傳感器IS的每個構成部件的功能進行闡釋。
[0059]<微透鏡的配置和功能>
[0060]首先，對微透鏡OL進行闡釋。圖2是示出了在圖像傳感器IS中未安裝微透鏡OL的情況下的配置的示意圖。如圖2所示，在圖像傳感器IS中未安裝微透鏡OL的情況下，進入圖像傳感器IS的光不僅投射到布置在圖像傳感器IS的光接收面上的光電二極管PD，而且還投射到光電二極管ro的外圍區域。即，多個光電二極管ro排列在圖像傳感器is的光接收面之上，并且各個光電二極管ro按照特定間隔排列。結果是，并非所有進入圖像傳感器is的光都投射到光電二極管PD，而且在光電二極管ro之間的間隙也被照射到了。
[0061]雖然進入光電二極管F1D的光可以被轉換為電信號，但是進入在光電二極管F1D之間的間隙的光并不投射到光電二極管H)，因此不能被轉換為電信號。即，進入在光電二極管ro之間的間隙的光被浪費了。因此，理想的情況是，對圖像傳感器IS進行配置以便能夠將進入圖像傳感器IS中的光盡可能多地轉換為電信號，但是顯然，在未于圖像傳感器IS中安裝微透鏡OL的情況下，在圖像傳感器IS中沒有轉換為電信號而被浪費的光增多了。
[0062]作為解決該問題的一種方法，可以想到，將光電二極管ro布置為無間隙，但是，必須安裝用于傳遞在各個光電二極管ro處轉換的電荷的掃描電路等，因此在多個光電二極管ro之間總是存在間隙。例如，在利用大光電二極管ro來形成圖像傳感器IS的情況下，可以消除在光接收面處的間隙，但是在這種情況下不能得到圖像的分辨率。結果是，有必要在光接收面處盡可以能多地布置彼此獨立的多個小光電二極管PD，以便提高圖像的分辨率。在這種情況下，有必要:將來自每個光電二極管ro的電荷獨立轉換為電信號；以及形成具有特定間隔的間隙(絕緣區域)從而可以使各個光電二極管ro電隔離。結果是，在各個光電二極管ro之間形成特定間隙，因此，難以完全消除在光電二極管ro之間的間隙。
[0063]為了應對該問題，在圖像傳感器IS中安裝微透鏡OL以便將進入圖像傳感器IS中的光高效地轉換為電信號。圖3是示出了將微透鏡OL布置在光電二極管ro前面的示例的示意圖。如圖3所示，布置有對應于多個光電二極管ro中的每一個的微透鏡OL。S卩，布置有與光電二極管ro的數量相同的微透鏡0L。如圖3所示，進入圖像傳感器IS的光進入微透鏡0L。進入微透鏡OL的光會聚并且投射在光電二極管ro之上。以這樣的方式，微透鏡OL具有將進入圖像傳感器IS的光會聚并且投射在光電二極管ro之上的功能。S卩，通過安裝微透鏡0L，可以使得在未安裝微透鏡OL時不進入光電二極管ro并且投射至在光電二極管ro之間的間隙的光，改變方向并且進入光電二極管ro。即，微透鏡OL具有會聚入射光并且將光投射在光電二極管ro之上的功能。結果是，通過在圖像傳感器is中安裝微透鏡ol，可以:將投射至在光電二極管ro之間的間隙的光聚焦在光電二極管ro上；以及，從而將進入圖像傳感器is的光高效地轉換為電信號。
[0064]<濾色器的配置和功能>
[0065]接著，對濾色器CF進行闡釋。起初，用于將光轉換為電信號的光電二極管H)不具有識別顏色的功能，僅可以識別光的明暗。結果是，當僅使用光電二極管ro時，圖像傳感器所拍攝的所有圖像均是黑白的。為此，在圖像傳感器is中安裝濾色器CF，以便能夠通過圖像傳感器生成