CN108074945A - 固态成像设备、成像***和用于制造固态成像设备的方法 - Google Patents

固态成像设备、成像***和用于制造固态成像设备的方法 Download PDF

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Abstract

一种固态成像设备、成像***和用于制造固态成像设备的方法。该固态成像设备包括：遮光层，部署在像素区域和***区域中并且在***区域中的接触部分处电连接到基板，其中像素区域包含像素，像素包括光电转换元件和电荷保持部分，并且来自像素的信号在***区域中被处理；第一绝缘层，在平面图中具有在电荷保持部分和接触部分之间的侧表面，并且部署在基板和遮光层之间；以及第一绝缘构件，部署在第一绝缘层的端部的侧表面上并且缓冲由于该端部引起的台阶。在平面图中遮光层的与第一绝缘构件重叠的部分的上表面的形状遵循第一绝缘构件的形状。

Description

固态成像设备、成像***和用于制造固态成像设备的方法
技术领域
本公开涉及固态成像设备、成像***和用于制造固态成像设备的方法的一个或多个实施例。
背景技术
已经提出，以CMOS图像传感器代表的有源像素型固态成像设备具有全局电子快门功能(global electronic shutter function)。
具有全局电子快门功能的固态成像设备包括用于光电转换的光接收部分和保持在光接收部分处通过光电转换生成的电荷的电荷保持部分。在这个时候，存在入射到电荷保持部分上的光的光电转换引起噪声信号的风险，这使得图像劣化。因而，电荷保持部分有必要被遮光层覆盖，以防止光入射。
优选的是，遮光层的电位不是浮置的而是受控制的。在日本专利公开No.2014-22421中，遮光层连接到栅极电极或上层布线(wiring line)，并且遮光层的电位通过连接来控制。
发明内容
本公开提供了固态成像设备的至少一个实施例，该固态成像设备包括：在像素区域中的像素，像素包括光电转换元件和由光电转换元件生成的电荷被传送到的电荷保持部分；在***区域中的***电路，处理来自像素的信号；遮光层，部署在像素区域和***区域中并且在***区域中的接触部分处电连接到基板；第一绝缘层，在平面图中具有在电荷保持部分和接触部分之间的侧表面，并且在垂直于平面图的平面的截面中部署在基板和遮光层之间；以及第一绝缘构件，部署在第一绝缘层的侧表面上。在第一绝缘层的上表面与第一绝缘构件的侧表面之间形成的角度大于在第一绝缘层的上表面与第一绝缘层的侧表面之间形成的角度。在平面图中遮光层的与第一绝缘构件重叠的部分的上表面的形状遵循第一绝缘构件的形状。
本公开提供了固态成像设备的至少一个实施例，包括：包含像素的像素区域，像素包括光电转换元件和由光电转换元件生成的电荷被传送到的电荷保持部分；***区域，其中部署对来自像素的信号进行处理的***电路；遮光层，部署在像素区域和***区域中并且在***区域中的接触部分处电连接到基板；第一绝缘层，在平面图中在电荷保持部分和接触部分之间具有端部，并且在垂直于平面图的平面的截面中部署在基板和遮光层之间；以及第一绝缘构件，其部署在第一绝缘层的端部的侧表面上并且缓冲由于端部引起的台阶(step)。在平面图中遮光层的与第一绝缘构件重叠的部分的上表面的形状遵循第一绝缘构件的形状。
本公开提供了用于制造固态成像设备的方法的至少一个实施例，该方法包括在基板上形成第一绝缘膜，其中基板具有像素区域和***区域，其中像素区域包含光电转换元件的半导体区域、电荷保持部分的半导体区域和晶体管的栅极电极，以及***区域包含晶体管的栅极电极；去除第一绝缘膜的一部分，以形成第一绝缘层；在通过去除第一绝缘膜的一部分而形成的第一绝缘层的端部的侧表面上形成绝缘构件，该绝缘构件缓冲由于端部引起的台阶；以及形成遮光层，该遮光层覆盖电荷保持部分的半导体区域、第一绝缘层的端部和绝缘构件并且将在***区域中电连接到基板。在平面图中遮光层的与绝缘构件重叠的部分的上表面的形状遵循绝缘构件的形状。
根据本公开的其它方面，本文讨论了一个或多个附加的固态成像设备、一个或多个成像***以及用于制造固态成像设备的一种或多种方法。从以下参考附图对示例性实施例的描述中，本公开的其它特征将变得清楚。
附图说明
图1是根据至少第一实施例的固态成像设备的一部分的框图。
图2A是根据至少第一实施例的固态成像设备的像素区域的一部分的平面图。
图2B是沿着图2A中的线IIB-IIB截取的固态成像设备的示意性截面图。
图2C是***区域的一部分的示意性截面图。
图3A是根据至少第一实施例的固态成像设备的一部分的平面图。
图3B是沿着图3A中的线IIIB-IIIB截取的固态成像设备的截面图。
图3C是台阶部分的示意性截面图。
图4A至图4C是例示根据至少第一实施例的用于制造固态成像设备的方法的截面图。
图5A至图5C是例示根据至少第一实施例的用于制造固态成像设备的方法的截面图。
图6A和图6B是例示根据至少第一实施例的用于制造固态成像设备的方法的截面图。
图7A至7C是例示根据至少第二实施例的用于制造固态成像设备的方法的截面图。
图8A至图8C是例示根据至少第二实施例的用于制造固态成像设备的方法的截面图。
图9例示了根据至少第三实施例的固态成像设备的示例性应用。
具体实施方式
在包括遮光层的固态成像元件的至少一个实施例中，可以按照在***区域中形成遮光层和基板之间的接合部(joint)的方式控制遮光层的电位。但是，光学抗反射结构的存在或不存在或者金属硅化物区域的存在或不存在于像素区域和***区域之间有所不同。用于形成这些的绝缘膜的数量也不同。在一些情况下，绝缘膜的端部部署在基板和遮光层之间，并且由于绝缘膜的端部而形成台阶。台阶有可能减小遮光层的厚度或导致其断开，并且有可能发生遮光层的导通故障。
第一实施例
将参考附图描述根据本公开的至少第一实施例的固态成像设备和用于制造固态成像设备的方法。图1是根据至少第一实施例的固态成像设备的一部分的框图。固态成像设备包括：包含以矩阵形式布置的像素1的像素区域10以及位于像素区域附近的***区域20，并且***电路部署在***区域20中。
例如，每个像素1包括光电转换器，光电转换器包括用于光电转换的光电转换元件和用于读出电荷的读出部分。读出部分包括由光电转换元件生成的电荷被传送到的电荷保持部分、将由光电转换元件生成的电荷传送到电荷保持部分的传送晶体管，以及传送由电荷保持部分保持的电荷的传送晶体管。读出部分还包括使电荷-电压转换器复位的复位晶体管、输出与电荷-电压转换器的电位对应的信号的放大晶体管以及用于选择放大晶体管的晶体管。
像素区域10可以包含包括光被屏蔽的光电转换元件的光学黑色像素，以及不包括光电转换元件并且不输出图像的像素(诸如除有效像素之外的哑像素)。
***区域20包含***电路，诸如垂直扫描电路21、列放大器电路22、水平扫描电路23以及输出单元24。垂直扫描电路21提供用于接通(导通状态)或关断(非导通状态)每个像素1的晶体管的控制信号。垂直信号线11布置在像素1的列中并且从列中的像素1读取信号。列放大器电路22包括差分放大器电路和采样保持电路，并且列放大器电路22将输出到垂直信号线11的像素信号放大。
水平扫描电路23提供连接到列中的放大器的开关和用于接通或关断开关的控制信号。输出单元24由例如缓冲放大器和差分放大器形成，并将来自列放大器电路22的像素信号输出到固态成像设备外部的信号处理单元。信号处理单元对输出的像素信号执行模数转换以及对其输入数据的校正。固态成像设备可以是具有模数转换功能的数字传感器。
图2A至图2C例示了根据至少本公开的第一实施例的固态成像元件的像素区域的一部分和***区域的一部分的示例。图2A是固态成像设备的像素区域的部分的平面图。图2B是沿着图2A中的线IIB-IIB截取的固态成像设备的示意性截面图。图2C是***区域的部分的示意性截面图。在附图中，相似的部件由相似的符号表示。本文的描述包括由光电转换元件生成的电荷是电子的情况。但是，生成的电荷可以是空穴。在这种情况下，元件和区域的导电类型相反。
图2A例示了其中像素1被布置成3行、3列的示例。但是，根据本发明的结构不限于此。例如，每个像素1包括光电转换元件101、电荷保持部分102、浮置扩散部分(以下称为FD部分)103、两个传送晶体管以及源极跟随器(以下称为SF)晶体管。像素1还包括复位晶体管和溢出漏极(以下称为OFD)晶体管。
将电荷从光电转换元件101传送到电荷保持部分102的传送晶体管包括栅极电极104。将电荷从电荷保持部分传送到FD部分的传送晶体管包括栅极电极105。连接到FD部分的复位晶体管包括栅极电极106。将FD部分的电荷转换成电压的SF晶体管包括栅极电极107。
OFD晶体管包括栅极电极108。遮光层109覆盖电荷保持部分102，并且被部署成在***区域中连接到基板。遮光层109可以连续地在像素1上形成，以便在***区域中连接到基板。基板的示例可以包括半导体基板(诸如硅基板200)。
在图2B中，例如，光电转换元件101包括位于硅基板200中的n型半导体区域121以及与n型半导体区域121一起形成PN结并且是硅基板200的p型阱区域的一部分的部分。例如，p型半导体区域201可以部署在n型半导体区域121上，并且光电转换元件可以具有嵌入式光电二极管结构。这种结构减少了在硅基板的表面处产生的噪声。
例如，电荷保持部分102包括n型半导体区域122，如在光电转换元件101中那样。例如，p型半导体区域202可以部署在n型半导体区域122上，以形成嵌入式结构。
存储在电荷保持部分102处的电荷以使得传送晶体管的栅极电极105具有导通电位(on-potential)的方式传送到FD部分103。FD部分103用作电荷-电压转换器并且包括n型半导体区域123。n型半导体区域123连接到SF晶体管的栅极电极107，其中接触件215和布线216***其间。利用这种结构，传送到FD部分103的电荷根据n型半导体区域123、接触件215和布线216的电容被转换成电压信号。
OFD部分203部署成与光电转换元件101相邻。当使OFD晶体管的栅极电极108具有导通电位时，存储在光电转换元件101处的电荷放电到OFD部分203。优选地在至少一个实施例中，在所有像素中，电荷同时放电到OFD部分203。随后，在一个或多个实施例中，在所有像素中，使栅极电极108同时具有关断电位(off-potential)，以同时开始电荷的存储。
在经过预定时间段之后，在至少一个实施例中，在所有像素中,存储在光电转换元件101处的电荷同时被传送到电荷保持部分102。这实现了在所有像素中设定同时且恒定的曝光时间的电子快门。这减少了由于从像素顺序地读出电荷而引起的曝光定时的滞后，并减少了图像的失真。
每个像素包括在光电转换元件101上的、在平面图中与半导体区域121重叠的抗反射膜。抗反射膜包括绝缘膜，并且可以是例如由氧化硅膜(SiO)形成的绝缘层211和由氮化硅膜(SiN)形成的绝缘层212的多层。遮光层109用作覆盖电荷保持部分102的遮光部分，其中用作紧密接触层的绝缘层213***其间。
遮光层109阻止光入射到电荷保持部分102上；即，遮光层109减少由于在电荷保持部分102处由入射光生成的电荷引起的噪声的发生。平面图具有平行于硅基板200的表面(上面形成光电转换元件101)的平面，并且在这里是指平行于半导体区域201的表面的平面的平面图。
在像素区域中，遮光层109被部署成至少围绕电荷保持部分102、栅极电极104的一部分和栅极电极105的一部分。换句话说，遮光层109被部署成在平面图中至少与电荷保持部分102、栅极电极104的一部分和栅极电极105的一部分重叠。需要用光照射光电转换元件101，因此，遮光层109在与光电转换元件101在平面图中重叠的部分中具有开口。但是，遮光层109可以在平面图中从与电荷保持部分102的半导体区域122重叠的区域部分地延伸到与光电转换元件101的端部重叠的区域。
平面图可以是平行于半导体区域201的表面的平面的平面图，或者可以是平行于硅基板200的形成电荷保持部分102的部分的表面(即，半导体区域202的表面)的平面的平面图。
遮光层109可以由可见光不太可能通过的材料(诸如钨、硅化钨、氧化钨、铝或其合金)的膜或其多层膜形成。遮光层109的膜厚度可以是例如100nm至200nm。作为紧密接触层的绝缘层213可以是氧化硅膜。绝缘层213不限于用作紧密接触层的层，而是可以由任何绝缘材料形成。遮光层109作为整体形成在部署栅极电极的部分处和不部署栅极电极的部分处，并且由于栅极电极的膜厚度而可以具有凹凸。
层间绝缘膜214，例如用于信号传输的布线216、218和220，接触件215以及通孔(via)217和219部署在硅基板200上方。布线216、218和220的示例包括铝膜、铜膜及其合金膜。接触件215以及通孔217和219的示例包括金属膜(诸如钨膜、氮化钛膜和钛膜)及其多层。
每个像素1还可以包括部署在光电转换元件101正上方的作为光学器件的层间透镜222。层间透镜222由例如氮化硅膜形成。由例如氮氧化硅膜(SiON)形成的抗反射膜221可以部署在层间绝缘膜214和层间透镜222之间。由氮氧化硅膜形成的抗反射膜223可以部署在层间透镜上。利用这种抗反射结构，入射光的透射率得以提高，因此可以提高灵敏度。未例示的滤色器或微透镜可以部署在层间透镜222的上方。
图2C是在***区域中形成***电路的一部分的晶体管的截面图。在图2C中，例示了n型晶体管作为示例。在硅基板200中，形成晶体管的n型半导体区域112。金属硅化物区域402在半导体区域112上形成。侧壁部署在晶体管的栅极电极110的侧表面上。侧壁是以蚀刻由在像素区域中用作抗反射膜的绝缘膜形成的绝缘层211和绝缘层212的方式形成的。
例如，可以通过在基板200的像素区域和***区域之上形成要作为绝缘层211的氧化硅膜和要作为绝缘层212的氮化硅膜之后进行回蚀(etch back)来形成侧壁。
绝缘层403和层间绝缘膜214部署在包括栅极电极110和侧壁的硅基板200的上方。当用于接触的开口在层间绝缘膜214中形成并且可以由例如氮化硅膜形成时，绝缘层403可以用作蚀刻停止膜。层间绝缘膜214可以通过使用等离子体化学气相沉积(CVD)由氧化硅膜形成。这些的材料不限于此，并且可以被选择成使得层间绝缘膜214的蚀刻速率高于绝缘层403的蚀刻速率。
图3A是根据至少第一实施例的固态成像设备的平面图，从像素1中的一个到在遮光层109和硅基板之间的接触部分附近的***区域的一部分。图3B是沿着图3A中的线IIIB-IIIB截取的固态成像设备的截面图。
遮光层109部署在像素区域和***区域中，并且在***区域中的接触部分302处电连接到硅基板200。由于绝缘膜而形成台阶部分301的绝缘层的侧表面在平面图中位于像素区域中的像素1的电荷保持部分102与***区域中的接触部分302之间。遮光层109从在平面图中与电荷保持部分重叠的部分延伸跨过台阶部分301，并且在***区域中的接触部分302处电连接到硅基板200。可以按照控制硅基板200的电位并且***接触部分302的方式来控制遮光层109的电位。
因而，从基板200向遮光层109施加电位，并且遮光层109的电位可以是固定值。可以按照将具有固定电位的遮光层109部署在布线与基板200的光电转换元件101、电荷保持部分102和阱区域之间的方式来防止光电转换元件101、电荷保持部分102和阱区域受到布线的影响。原因是具有固定电位的遮光层109用作屏蔽，该屏蔽阻止电荷保持部分102和阱区域的电位由于布线与光电转换元件101、电荷保持部分102和阱区域之间的耦合而变化。
接地电位或其它电位可以被施加到遮光层109。例如，可以施加负电位以增强电荷保持部分102的嵌入式结构。可以使用辅助布线来降低像素区域中的布线的阻抗。
根据至少第一实施例，在对应的列中的每个遮光层109彼此独立，但在像素区域或***区域中可以是连续的。例如，遮光层109可以覆盖整个像素区域，并且可以在与光电转换元件101在平面图中重叠的部分中形成开口。
在图3B中，用作抗反射膜的绝缘层211和绝缘层212以及由氧化硅膜形成并用作紧密接触层的绝缘层213被部署得相比台阶部分301更靠近像素。与绝缘层212接触并在绝缘层212上形成的绝缘层213具有与绝缘层212的折射率不同的折射率。绝缘层211、绝缘层212和绝缘层213可以分别由例如氧化硅膜、氮化硅膜和氧化硅膜形成。
在相比台阶部分301更靠近***电路的位置处，每个金属硅化物区域402在硅基板200的表面侧(例如，上面部署有栅极电极的一侧)形成，由氮化硅膜形成的绝缘层403部署在其上，并且由氧化硅膜形成的绝缘层213部署在其上。
每个金属硅化物区域402可以在接触部分302在硅基板200和遮光层109之间形成的***区域中形成。可以通过使用金属硅化物来降低遮光层109和硅基板200之间的接触电阻。
在台阶部分301处，部署绝缘层211、绝缘层212、绝缘层401、绝缘层403和绝缘层213，并且通过蚀刻绝缘膜来形成台阶411和台阶412。在图3B中，在台阶部分301处，从光电转换元件101延伸的绝缘层211和212各自具有端部。绝缘层401的端部与绝缘层211和212的端部对齐。在绝缘层401上形成的绝缘层403由于绝缘层211、212和401的端部而具有台阶411。
在图3B中，从***区域中的接触部分302延伸并且部署在绝缘层401上的绝缘层403在台阶部分301处具有端部。绝缘层403的端部与绝缘层401的另一个端部对齐。绝缘层401和403的端部形成台阶412。
绝缘层401和绝缘层403可以分别由例如氧化硅膜和氮化硅膜形成。在形成台阶411和台阶412的绝缘层的侧表面上形成用作台阶缓冲件的绝缘构件413和绝缘构件414。即，绝缘构件413部署在绝缘层403在台阶411处的侧表面上。绝缘构件414部署在形成台阶412的绝缘层401和403的端部上。
如图3C中所示，在绝缘层403和绝缘构件413的上端处在绝缘层403的上表面421与绝缘构件413的侧表面422之间形成的角度A2大于在绝缘层403的上端处在绝缘层403的上表面421与侧表面424之间形成的角度A1。在绝缘层403和绝缘构件414的上端处在绝缘层403的上表面421与绝缘构件414的侧表面423之间形成的角度B2大于在绝缘层403的另一个上端处在绝缘层403的上表面421与侧表面425之间形成的角度B1。因而，绝缘构件413和绝缘构件414用作缓冲由于绝缘层211、212、401和403引起的台阶411和412的台阶缓冲件。
在绝缘层403和绝缘构件413的上端处与绝缘层403的上表面一起形成角度的绝缘构件413的侧表面是向上突出的弯曲表面并且与绝缘层213接触，如图3B中所示。类似地，在绝缘层403和绝缘构件414的上端处与绝缘层403的上表面一起形成角度的绝缘构件414的侧表面是向上突出的弯曲表面并且与绝缘层213接触，如图3B中所示。
如图3B中所示，绝缘层403的上表面421由单点划线例示，侧表面424由双点划线例示，另一个侧表面425由直线例示，并且绝缘构件413的侧面422和423由虚线例示。图3C例示了在绝缘层403的上端处在绝缘层403的上表面421与侧表面424之间形成的角度A1，以及在绝缘层403和绝缘构件413的上端处在绝缘层403的上表面421与绝缘构件413的侧表面422之间形成的角度A2。图3C还例示了在绝缘层403的另一个上端处在绝缘层403的上表面421与侧表面425之间形成的角度B1，以及在绝缘层403和绝缘构件414的上端处在绝缘层403的上表面421与绝缘构件414的侧表面423之间形成的角度B2。
遮光层109在像素区域中覆盖电荷保持部分102，并且被部署成在***区域中电连接到硅基板200。在平面图中，遮光层109在覆盖电荷保持部分102的部分和连接到硅基板200的部分之间的台阶部分301处覆盖由于绝缘层的端部引起的台阶。因此，在图3B中例示的截面中，绝缘层211、212、401、403和213部署在硅基板200和遮光层109之间。
在台阶部分301处，针于由于绝缘层引起的台阶411和412部署绝缘构件413和414，以缓冲台阶。因而，遮光层109具有其形状遵循绝缘构件413、414的形状的上表面。即，可以阻止由于台阶411和412引起的遮光层109的断开以及其膜厚度的减小。因此，例如，遮光层109的在平面图中与绝缘层401重叠的部分的膜厚度可以小于绝缘层401的端部的膜厚度的两倍甚至小于绝缘层401的端部的膜厚度。
短语“遮光层109具有其形状遵循构件A的形状的上表面”是指遮光层109具有其形状遵循构件A的上表面的形状并且受构件A的上表面的形状影响的上表面。因而，在构件A上形成平坦化膜并且在平坦化膜上形成遮光层109的情况下，遮光层109具有平坦的上表面，而不管构件A的形状如何。在这种情况下，在至少一个实施例中，遮光层109不具有其形状遵循构件A的形状的上表面。
图3B例示了每个遮光层109在形成于***区域中的绝缘层403(和绝缘层213)中的开口415中连接到硅基板200的对应金属硅化物区域402的示例。因此，遮光层109电连接到硅基板200。在这种情况下，接触部分302是金属硅化物区域402和遮光层109在开口415中彼此连接的部分。但是，实施例不限于此。与遮光层109不同的导电构件可以部署在开口415中，以便连接到硅基板200(或硅化物区域402)。在这种情况下，接触部分是导电构件和硅基板200(或硅化物区域402)彼此接触的部分。
利用图3B中例示的结构，绝缘层213被部署成覆盖硅基板200上方的绝缘构件413和414以及绝缘构件413和414部署在上方的绝缘层212和403。但是，可以不提供绝缘层213。
将在与图3B相同的截面中参考图4A至图4C、图5A至图5C以及图6A和图6B来描述根据至少第一实施例的形成固态成像设备的过程。图4A至图4C、图5A至图5C以及图6A和图6B例示了根据至少第一实施例的固态成像设备的一部分的制造过程。
通过例如浅沟槽隔离(STI)在硅基板200的像素区域(未例示)中形成分离的部分。随后，注入杂质，以形成例如像素区域中的电荷转换器、电荷保持部分和FD部分。随后，形成晶体管的栅极绝缘膜和栅极电极。
因此，如图2B所示，光电转换元件101的半导体区域121、电荷保持部分102的半导体区域122以及晶体管的栅极电极104至106和108在像素区域中形成。如图2C所示，晶体管的半导体区域112和栅极电极110在***区域中形成。注入杂质的过程可以被划分成在形成栅极电极之前和形成栅极电极之后执行的两个步骤。
随后，如图4A所示，在硅基板200上形成绝缘膜1211，并在绝缘膜1211上形成绝缘膜1212。光电转换元件101的半导体区域121、电荷保持部分102的半导体区域122以及晶体管的栅极电极104至108在像素区域中的硅基板200上形成(未例示)。晶体管的栅极电极在***区域中形成。绝缘膜1211和1212用作抗反射膜并且可以例如以堆积氧化硅膜和氮化硅膜的方式形成。
在图4A中，在绝缘膜1212上形成绝缘膜1401，其中绝缘膜1401用作当在***区域中的硅基板200上形成每个金属硅化物区域402时覆盖像素区域的硅化保护膜。绝缘膜1401可以由例如氧化硅膜401形成。当稍后形成在像素区域中的接触开口时，绝缘膜1212也可以用作蚀刻停止膜。
随后，去除绝缘膜1211、1212和1401的部分，以形成绝缘层211、212和401(参见图4B)。例如，执行光刻和干法蚀刻，以形成图案，使得至少绝缘膜1211、1212和1401保留在像素区域中。因此，在像素区域中的电荷保持部分102与***区域中的接触部分302之间形成由于绝缘层211、212和401的端部引起的台阶411。
绝缘膜1211、1212和1401在其部分被去除之后继续覆盖光电转换元件101的半导体区域121和201。在这个时候，绝缘膜1211、1212和1401中的至少一个的一部分可以在***区域中的晶体管的栅极电极的侧表面上形成侧壁。
随后，由具有高熔点的金属(诸如钴)和针对具有高熔点的金属的氮化钛抗氧化膜形成多层膜。除钴以外，具有高熔点的金属的示例包括钛、镍、钨、钼、钽、铬、钯和铂。除氮化钛以外，针对具有高熔点金属的抗氧化膜的示例包括镍和钛。随后，对多层膜执行热处理。通过热处理在***区域的至少一部分中的硅基板200上形成每个金属硅化物区域402(参见图4C)。随后，去除包括具有高熔点的未反应金属的多层膜。
在这个时候，由绝缘层211、212和401覆盖的基板200的区域不与具有高熔点的金属的膜接触，并且不在其中形成金属硅化物区域(除了通过金属元素的扩散形成的部分)。因而，在平面图中，形成台阶411的绝缘层211、212和401的端部基本上与金属硅化物区域402的端部匹配。
在本文所述的示例中，绝缘层211和212的端部与绝缘层401的端部对齐。但是，绝缘层401的端部可以比绝缘层211和212的端部更接近***区域中的接触部分302，如稍后所描述的那样。而且，在这种情况下，绝缘层401用作硅化保护膜，并且金属硅化物区域402不在由绝缘层401覆盖的基板200的区域中形成。
在形成每个金属硅化物区域402之后，在绝缘层401和金属硅化物区域402上形成绝缘膜，以形成绝缘层403，当在***区域中形成接触开口时，绝缘层403用作蚀刻停止膜。这个绝缘膜可以由例如氮化硅膜形成。绝缘膜的一部分被去除，以在***区域的至少一部分中形成绝缘层403。
在这个时候，在***区域中形成的金属硅化物区域被暴露的情况下，存在金属硅化物区域分离并产生颗粒的可能性，这降低了产率。因而，绝缘层403通过蚀刻绝缘膜而形成，使得金属硅化物区域402不暴露，并且在平面图中与绝缘层211、212和401重叠的部分得以保留。在绝缘层403不用作蚀刻停止膜的情况下，绝缘层403的材料没有特别限制。
绝缘膜的一部分可以通过例如干法蚀刻来去除。在这个时候，除了要作为绝缘层403的绝缘膜之外，还蚀刻绝缘层401。这形成台阶412。图5A例示了这种状态下的截面。
随后，在具有端部的绝缘层401和403上形成绝缘膜，例如以堆积氧化硅的方式，并且通过回蚀来形成绝缘构件413和414，其中，在没有掩模的情况下对整个晶片执行干法蚀刻。绝缘构件413在形成台阶411的绝缘层403的侧表面上形成。绝缘构件414在形成台阶412的绝缘层401和403的端部的侧表面上形成。图5B例示了这种状态下的截面。在这个时候，可以在像素区域和***区域中的栅极电极的侧表面上形成绝缘构件。
随后，在绝缘构件413和414以及绝缘层403和212上由例如氧化硅膜形成绝缘膜1213。通过例如用绝缘膜1403用作蚀刻停止膜进行蚀刻，将***区域中的绝缘膜1213的一部分去除，以形成具有开口415a的绝缘层213(参加图5C)。
在形成开口415a之后，通过例如蚀刻来去除绝缘膜1403的在平面图中与开口415a重叠的部分，使得每个金属硅化物区域402在***区域中暴露，以形成具有开口415的绝缘层403(参见图6A)。因此，开口415在***区域中形成，以便在平面图中与金属硅化物区域402重叠。绝缘层213用作紧密接触层。硅基板200与遮光层109之间的距离越短，遮光性越好。因而，优选地减小绝缘层213的膜厚度。
随后，导电材料(诸如钨)通过溅射来堆积并且被图案化，以形成遮光层109(参见图6B)。从遮光的观点出发，如上所述，电荷保持部分102的上表面与遮光层109之间的距离优选地短。因而，部署在绝缘层403与遮光层109之间以及绝缘构件413和414与遮光层109之间的绝缘层213具有减小的膜厚度。在除绝缘层213以外的层部署在绝缘层403与遮光层109之间以及绝缘构件413和414与遮光层109之间的情况下，所部署的层优选地具有减小的膜厚度。因而，遮光层109具有其形状与绝缘构件413和414的形状对应(即，其形状遵循绝缘构件413和414的形状)的上表面。
在没有形成绝缘构件413和414的情况下，在台阶411和台阶412处，遮光层109可能具有减小的膜厚度或断开，这导致导通故障。根据至少第一实施例，以在绝缘层的端部的侧表面上形成绝缘构件413和414中的至少一个的方式，对由于绝缘层211、212、401或403的端部引起的台阶进行缓冲。这阻止在绝缘层211、212、401和403以及绝缘构件上形成的遮光层109的导通故障。
随后，以已知的方式形成例如层间绝缘膜214、布线、层间透镜、滤色器和微透镜。利用上述结构，包括电荷保持部分102和遮光层109并具有全局电子快门功能的固态成像设备可以稳定地控制遮光层109的电位。
本公开的一个或多个实施例不限于上述结构。例如，在根据至少第一实施例描述的示例中，虽然在金属硅化物区域402上形成了遮光层109和硅基板200之间的接合部，但是接合部可以在遮光层和硅基板200的不变成金属硅化物的部分之间形成。根据至少第一实施例，不针对由绝缘层211和212形成的台阶(该台阶是由于开口415的形成而导致的)形成用作台阶缓冲件的绝缘构件，因为台阶与遮光层109的膜厚度相比而言小。但是，作为台阶缓冲件的绝缘构件可以部署在开口415中。可以进行其它各种修改、改进和组合。
第二实施例
将参考图7A至7C以及图8A至8C来描述根据至少第二实施例的用于制造固态成像元件的方法。与至少第一实施例中的部件相似的部件由相似的附图标记表示，并且省略或简化其描述。
如至少第一实施例中那样，光电转换元件101的半导体区域121、电荷保持部分102的半导体区域122以及晶体管的栅极电极在像素区域中的硅基板200上形成(未例示)。晶体管的半导体区域112和栅极电极110在***区域中形成。随后，堆积例如由氧化硅膜制成的绝缘膜和由氮化硅膜制成的绝缘膜，并且通过光刻和干法蚀刻去除绝缘层的一部分，以形成用作抗反射膜的绝缘层211和绝缘层212。
因此，形成由于绝缘层211和212引起的台阶501(参见图7A)。在这个时候，可以在***区域中的晶体管的栅极电极的侧表面上由将成为绝缘层211和212的绝缘膜来形成侧壁。
随后，在形成绝缘层211和212并且通过例如蚀刻去除其一部分，以形成用作硅化保护膜的绝缘层401之后，在硅基板200上形成由例如氧化硅膜制成的绝缘膜。因此，在绝缘层401的端部形成台阶502。
随后，对堆积的具有高熔点的金属(诸如钴)执行热处理，以在***区域的至少一部分中的硅基板200上形成每个金属硅化物区域402(参见图7B)。金属硅化物区域402不在基板200的由绝缘层401覆盖的部分(除了通过金属元素的扩散而形成的部分之外)上形成。因而，绝缘层401的端部在平面图中基本上与金属硅化物区域402的端部匹配。
随后，在形成绝缘层211、212和401并且去除其一部分以形成用作蚀刻停止膜的绝缘层403之后，在硅基板200上形成例如氮化硅膜。绝缘层403在***区域的至少一部分中形成。在这个时候，除了氮化硅膜之外，还通过例如蚀刻去除绝缘层401的一部分(参见图7C)。绝缘层401和403的相应部分被去除，使得金属硅化物区域402不被暴露，并且绝缘层401和绝缘层403的部分被堆叠。因此，形成由于绝缘层401和403的端部而引起的台阶503。
随后，形成由例如氧化硅膜制成的绝缘膜，并且执行回蚀(其中，在不进行图案化的情况下对整个晶片执行干法蚀刻)，以形成绝缘构件511、512和513。绝缘构件511部署在绝缘层211和212的端部的侧表面上。绝缘构件512部署在绝缘层403的形成由于绝缘层401的端部引起的台阶502的部分的侧表面上。绝缘构件513部署在绝缘层401和403的端部的侧表面上(参见图8A)。在这个时候，可以在像素区域和***区域中的晶体管的栅极电极的侧表面上由与绝缘构件511、512和513中的相同绝缘膜形成侧壁。
随后，形成由例如氧化硅膜制成的绝缘膜，并且去除***区域中的在平面图中与金属硅化物区域402重叠的部分，以形成开口和绝缘层213。在这个时候，绝缘层403用作蚀刻停止膜。随后，通过蚀刻来去除绝缘层403的在平面图中与开口重叠的部分，以形成开口415，使得金属硅化物区域402暴露(参见图8B)。
随后，膜由导电材料(诸如钨)通过例如溅射来形成并且被图案化，以形成遮光层109(参见图8C)。遮光层109的在开口部分415中连接到硅基板200的部分是接触部分302。如至少第一实施例中那样，遮光层109覆盖电荷保持部分102，台阶501、502和503，并且在***区域中的接触部分302处电连接到硅基板200。
而且，根据至少第二实施例，以在绝缘层的端部的侧表面上形成绝缘构件511、512和513中的至少一个的方式对由于绝缘层211、212、401或403的端部引起的台阶进行缓冲。这阻止了在绝缘层211、212、401和403以及绝缘构件上形成的遮光层109的导通故障。
第三实施例
将描述根据至少第三实施例的成像***。根据至少第三实施例，将成像***的示例描述为根据至少第一实施例和第二实施例的固态成像设备的示例性应用。成像***的示例包括数字静态相机、数字摄像机、复印机、传真机、蜂窝电话、车载相机和观测卫星。图9例示了作为根据至少第三实施例的成像***的示例的数字静态相机的框图。
在图9中，成像***包括用于透镜保护的屏障1001、将物体的光学图像聚焦在固态成像设备1004上的透镜1002、用于改变通过透镜1002的光量的光阑(diaphragm)1003以及机械快门1005。成像***还包括根据至少第一实施例或第二实施例的固态成像设备1004。固态成像设备1004将由透镜1002聚焦的光学图像转换成图像数据。固态成像设备1004的半导体基板包括AD转换器。
成像***还包括信号处理单元1007、定时发生器1008、总体控制-计算单元1009、存储器1010、记录介质控制接口1011、记录介质1012以及外部接口1013。信号处理单元1007校正并压缩从固态成像设备1004输出的图像数据。定时发生器1008将定时信号输出到固态成像设备1004和信号处理单元1007。总体控制-计算单元1009控制整个数字静态相机。例如，可以将中央处理单元(CPU)用作总体控制-计算单元1009。存储器1010用作用于临时存储图像数据的帧存储器。记录介质控制接口1011执行在记录介质上记录和从中读取。
记录介质1012包括可分离的半导体存储器，并且执行记录和读取图像数据。外部接口1013是用于与例如外部计算机通信的接口。定时信号例如可以从成像***的外部输入。只需要成像***包括至少固态成像设备1004和处理从固态成像设备1004输出的图像信号的信号处理单元1007。
其它实施例
上述实施例是用于执行本公开的一个或多个方面的具体示例。不在有限的范围内解释本发明的技术范围。即，在不背离技术概念的前提下，本发明可以作为各种实施例来执行。
虽然已经参考示例性实施例描述了本公开，但是应当理解的是，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围将被赋予最广泛的解释，以便涵盖所有此类修改和等效的结构和功能。

Claims (30)

1.一种固态成像设备，其特征在于，包括：
在像素区域中的像素，所述像素包括光电转换元件和由所述光电转换元件生成的电荷被传送到的电荷保持部分；
在***区域中的***电路，所述***电路处理来自所述像素的信号；
遮光层，部署在所述像素区域和所述***区域中并且在所述***区域中的接触部分处电连接到基板；
第一绝缘层，在平面图中具有在所述电荷保持部分和所述接触部分之间的侧表面，并且在垂直于所述平面图的平面的截面中部署在所述基板和所述遮光层之间；以及
第一绝缘构件，部署在第一绝缘层的所述侧表面上，
其中在第一绝缘层的上表面与第一绝缘构件的侧表面之间形成的角度大于在第一绝缘层的所述上表面与第一绝缘层的所述侧表面之间形成的角度，以及
其中在所述平面图中所述遮光层的与第一绝缘构件重叠的部分的上表面的形状遵循第一绝缘构件的形状。
2.根据权利要求1所述的固态成像设备，
其中第二绝缘层在所述截面中部署在所述基板与第一绝缘层之间。
3.根据权利要求2所述的固态成像设备，
其中第二绝缘层具有在所述截面中在所述基板与第一绝缘层之间的端部，
其中第一绝缘层覆盖第二绝缘层的所述端部并且具有由于第二绝缘层的所述端部引起的台阶，以及
其中第二绝缘构件被部署在第一绝缘层的在所述台阶处的侧表面上。
4.根据权利要求3所述的固态成像设备，
其中第二绝缘层具有在所述截面中与第一绝缘层的端部对齐的另一个端部，以及
其中第一绝缘构件部署在第一绝缘层的所述端部的侧表面和第二绝缘层的所述另一个端部的侧表面上。
5.根据权利要求4所述的固态成像设备，
其中第三绝缘层在所述截面中部署在所述基板与第二绝缘层之间，
其中第三绝缘层具有与第二绝缘层的所述另一个端部对齐的端部，以及
其中在所述平面图中第三绝缘层覆盖所述电荷保持部分。
6.根据权利要求1所述的固态成像设备，
其中第一绝缘层在所述***区域中具有用于将所述遮光层电连接到所述基板的开口。
7.根据权利要求1所述的固态成像设备，
其中，在形成于所述基板上的硅化物区域***所述遮光层和所述基板之间的状态下，所述遮光层被电连接到所述基板。
8.根据权利要求1所述的固态成像设备，
其中在所述平面图中所述遮光层的与第一绝缘层重叠的部分的膜厚度小于第一绝缘层的端部的膜厚度的两倍。
9.根据权利要求1所述的固态成像设备，
其中在所述平面图中所述遮光层的与第一绝缘层重叠的部分的膜厚度小于第一绝缘层的端部的膜厚度。
10.一种成像***，其特征在于，包括：
根据权利要求1至9中任一项所述的固态成像设备；以及
信号处理单元，处理所述固态成像设备输出的信号。
11.一种固态成像设备，其特征在于，包括：
包含像素的像素区域，所述像素包括光电转换元件和由所述光电转换元件生成的电荷被传送到的电荷保持部分；
***区域，在所述***区中部署对来自所述像素的信号进行处理的***电路；
遮光层，部署在所述像素区域和所述***区域中并且在所述***区域中的接触部分处电连接到基板；
第一绝缘层，在平面图中具有在所述电荷保持部分和所述接触部分之间的端部，并且在垂直于所述平面图的平面的截面中部署在所述基板和所述遮光层之间；以及
第一绝缘构件，部署在第一绝缘层的所述端部的侧表面上并且缓冲由于所述端部引起的台阶，
其中在所述平面图中所述遮光层的与第一绝缘构件重叠的部分的上表面的形状遵循第一绝缘构件的形状。
12.根据权利要求11所述的固态成像设备，
其中第二绝缘层在所述截面中部署在所述基板与第一绝缘层之间。
13.根据权利要求12所述的固态成像设备，
其中第二绝缘层在所述截面中具有在所述基板与第一绝缘层之间的端部，
其中第一绝缘层覆盖第二绝缘层的所述端部并且具有由于第二绝缘层的所述端部而引起的台阶，以及
其中第二绝缘构件被部署在第一绝缘层的在所述台阶处的侧表面上。
14.根据权利要求13所述的固态成像设备，
其中第二绝缘层在所述截面中具有与第一绝缘层的所述端部对齐的另一个端部，以及
其中第一绝缘构件部署在第一绝缘层的所述端部的侧表面和第二绝缘层的所述另一个端部的侧表面上。
15.根据权利要求14所述的固态成像设备，
其中第三绝缘层在所述截面中部署在所述基板与第二绝缘层之间，
其中第三绝缘层具有与第二绝缘层的所述另一个端部对齐的端部，以及
其中在所述平面图中第三绝缘层覆盖所述电荷保持部分。
16.根据权利要求11所述的固态成像设备，
其中第一绝缘层在所述***区域中具有用于将所述遮光层电连接到所述基板的开口。
17.根据权利要求11所述的固态成像设备，
其中，在形成于所述基板上的硅化物区域***所述遮光层和所述基板之间的状态下，所述遮光层被电连接到所述基板。
18.根据权利要求11所述的固态成像设备，
其中在所述平面图中所述遮光层的与第一绝缘层重叠的部分的膜厚度小于第一绝缘层的端部的膜厚度的两倍。
19.根据权利要求11所述的固态成像设备，
其中在所述平面图中所述遮光层的与第一绝缘层重叠的部分的膜厚度小于第一绝缘层的端部的膜厚度。
20.一种成像***，其特征在于，包括：
根据权利要求11至19中任一项所述的固态成像设备；以及
信号处理单元，处理所述固态成像设备输出的信号。
21.一种用于制造固态成像设备的方法，其特征在于，所述方法包括：
在具有像素区域和***区域的基板上形成第一绝缘膜，其中所述像素区域包含光电转换元件的半导体区域、电荷保持部分的半导体区域以及晶体管的栅极电极，以及其中所述***区域包含晶体管的栅极电极；
去除第一绝缘膜的一部分，以形成第一绝缘层；
在通过去除第一绝缘膜的所述一部分而形成的第一绝缘层的端部的侧表面上，形成绝缘构件，所述绝缘构件缓冲由于所述端部而引起的台阶；以及
形成遮光层，所述遮光层覆盖所述电荷保持部分的所述半导体区域、第一绝缘层的所述端部和所述绝缘构件并且要在所述***区域中电连接到所述基板，
其中在平面图中所述遮光层的与所述绝缘构件重叠的部分的上表面的形状遵循所述绝缘构件的形状。
22.根据权利要求21所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中，以在具有所述端部的第一绝缘层上形成第二绝缘膜并且通过干法蚀刻去除第二绝缘膜的形式形成所述绝缘构件。
23.根据权利要求22所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中在所述基板上形成第三绝缘膜，并且去除第三绝缘膜的一部分以形成第二绝缘层，
其中第一绝缘膜在第二绝缘层上形成，以及
其中，当第一绝缘膜的所述一部分被去除时，第二绝缘层的一部分被去除。
24.根据权利要求23所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中，在去除第三绝缘膜的所述一部分以至少在所述像素区域中形成第二绝缘层之后并且在形成第一绝缘膜之前，以至少在所述***区域中形成金属膜并且在所述金属膜上执行热处理的方式至少在所述***区域的一部分中形成金属硅化物区域。
25.根据权利要求23所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中，当在形成第一绝缘膜之前去除第三绝缘膜的所述一部分时，第三绝缘膜的所述一部分包括在所述***区域中的所述晶体管的半导体区域上的部分。
26.根据权利要求23所述的用于制造所述固态成像设备的方法，还包括：
在形成第三绝缘膜之前在所述基板上形成第四绝缘膜，
其中，当去除第三绝缘膜的所述一部分时，去除第四绝缘膜的一部分以形成第三绝缘层，以及
其中，在所述一部分被去除之后，第四绝缘膜继续覆盖所述光电转换元件的所述半导体区域。
27.根据权利要求26所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中，当第四绝缘膜的所述一部分被去除时，第四绝缘膜的所述一部分与第四绝缘膜的在所述***区域中形成的部分对应，并且第四绝缘膜的折射率不同于与第四绝缘膜接触并在第四绝缘膜上形成的绝缘膜的折射率。
28.根据权利要求21至27中任一项所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中，在形成所述遮光层之前，在所述***区域中的第一绝缘层中形成开口，以及
其中所述遮光层在所述开口中电连接到所述基板。
29.根据权利要求21至27中任一项所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中，在形成所述遮光层之前，形成覆盖所述电荷保持部分的所述半导体区域、第一绝缘层和所述绝缘构件的第五绝缘膜，以及
其中第五绝缘膜的一部分被去除以形成开口，其中第一绝缘层被用作蚀刻停止膜。
30.根据权利要求29所述的用于制造所述固态成像设备的方法，
其中，在第五绝缘膜的所述一部分被去除以形成所述开口之后，在所述开口中，第一绝缘层的一部分被去除，以在第一绝缘层中形成开口，以及
其中所述遮光层在所述开口中连接到所述基板。
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