TW201021204A - Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and imaging apparatus - Google Patents

Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and imaging apparatus Download PDF

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TW201021204A
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TW
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film
solid
photoelectric conversion
pixel portion
peripheral circuit
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TW98124607A
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Takuji Matsumoto
Keiji Tatani
Yasushi Tateshita
Kazuichiro Itonaga
Original Assignee
Sony Corp
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201021204 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種固態影像器件、一種用於製造該固態 影像器件之方法，及一種影像裝置。 【先前技術】 關於固悲影像器件（其在半導趙基板中包括：具備光電 轉換入射光以獲得電信號之光電轉換部分之像素部分及 安置於像素部分之周邊上之周邊電路部分），例如，cm〇s 感測器，周邊電路部分（邏輯元件部分）之閘極絕緣薄膜已 隨元件變得更精細而變得更薄。隨之而來的，閘極絕緣薄 膜之穿隧電流增加變為問題。在M0S電晶體技術中，將氮 氧化矽薄膜用作閘極絕緣薄膜以便抑制閘極絕緣薄膜之穿 隨電流（參看例如日本專利第3 752241號）。 在應用邏輯電晶體（其包括充當安置kCM〇s感測器之周 邊電路部分中之元件（M0S電晶體）之閘極絕緣薄膜之氮氧 化矽薄膜）之狀況下，需要CMOS感測器之效能不惡化。 另外，如圖46中所示，若由氮氧化矽薄膜組成之閘極絕 緣薄膜31保留於光電轉換部分（例如，光電二極體）21上， 則存在問題，因為由於閘極絕緣薄膜3丨中之固定電荷，發 生白色疫點之惡化。 此外，如圖47中所示，關於正好在光電轉換部分（例 如，光電二極髏）21上方之抗反射薄膜，因為氧化矽薄膜/ 氮化矽薄膜/氧化矽薄膜之三層結構（圖式中未展示）變為氧 化矽（Si〇2)薄膜/氮化矽（SiN)薄膜/氧化矽（SiOJ薄膜/氮氧 139788.doc 201021204 化石夕薄膜之多重結構’光經歷多次反射且光之色散之波紋 性質惡化。此外，因為波紋性質惡化，所以發生問題因 為晶片間的光色散之變化增加。 另外，存在問題，因為最佳化因多重結構而變得複雜。 【發明内容】 本發明者已涊識到，在將一氮氧化矽薄膜塗覆於一周邊 電路部分中之-MOS電晶體之—閘極絕緣薄膜的狀況下， CMOS感測器之光電轉換部分（光電二極體）之效能惡化。 需要將一氮氧化矽薄膜塗覆至一周邊電路部分中之一 MOS電晶體之-閘極絕緣薄媒，且抑制一光電轉換部分的 效能之惡化。 根據本發明之一實施例之一固態影像器件在一半導體基 板中包括：-像素部分，其具備一光電轉換部分，該光電 轉換部分光電轉換入射光以獲得一電信號；及一周邊電路 部分’其安置於該上述像素部分之周邊上，其中該上述周 邊電路部分中之-MQS電晶體的—閘極絕緣薄膜係由一氮 氧化矽薄膜組成，該上述像素部分中之一M〇s電晶體之一 閘極絕緣薄膜係由一氮氧化矽薄膜組成，且一氧化物薄膜 正好安置在該上述像素部分中之該光電轉換部分上方。 在根據本發明之-實施例之該固態影像器4牛巾，因為該 周邊電路部分及該像素部分巾之料閘減緣薄膜係由氮 氧化石夕薄膜組成’所得防止了穿随電流之產生。此外，因 為將氧化物薄膜而非氮氧切薄膜正好安置在該光電轉換 4刀上方所以可防止歸因於正好在該光電轉換部分上方 139788.doc 201021204 之薄膜中之固定電荷的白色疫點及暗電流的惡化，而此惡、 化為關於氮氧化矽薄膜之問題。 根據本發明之一實施例之一種用於製造一在一半導體基 板中包括-具備一光電轉換入射光以獲得一電信號之光電 轉換部分之像素部分，及一安置於該像素部分之周邊上之 周邊電路。P为的固態影像器件之方法包括以下步驟：在全 部上述半導體基板上形成一由一氮氧化石夕薄膜組成之問極 絕緣薄膜，在該上述閘極絕緣薄膜上形成安置於該上述像 素部分及該上述周邊電路部分中之該等MOS電晶體之閘電響 極，及自不同於正好在上述個別閘電極下方且其中保留上 述閘極絕緣薄膜的區域的區域移除上述閘極絕緣薄膜。 在根據本發明之-實施例之用於製造一固態影像器件的 方法中，安置於該周邊電路部分及該像素部分中之電 晶體之問電極係由氮氧化石夕薄膜形成。因此，防止了穿隧 電Μ的產生。此外，因為移除了正好在該光電轉換部分上 方之該氮氧化梦薄膜，所以可防止歸因於該氮氧化石夕薄膜 中之一固定電荷的白色疵點及暗電流的惡化。 ◎ 根據本發明之一實施例之一影像裝置包括：一聚光光學 部分，其聚集入射光；一固態影像器件，其接收且光電轉-換藉由上述聚光光學部分聚集之光；及一信號處理部分， 其處理經受該光電轉換的信號，其中上述固態影像器件在、 -半導鱧基板中包括：一像素部分，其具備一光電轉換入 射光以獲得一電信號之光電轉換部分；及一周邊電路部 分’其安置於上述像素部分之周邊上，上述周邊電路部分 139788.doc -6 - 201021204 中之一 MOS電晶體的一閘極絕緣薄膜係由一氮氧化矽薄膜 組成，上述像素部分中之— MC)S電晶體的一閘極絕緣薄膜 係由氮氧化發薄膜組成，且一氧化物薄膜正好安査在上 述像素部分中之該光電轉換部分上方。 • 根據本發明之一實施例之影像器件包括根據本發明的一 實施例之固態影像器件D因此，周邊電路部分中之MOS電 * 晶體可製造得更精細，使得效能得以改良。此外，可防止 每一像素中之光電轉換部分之白色疵點及暗電流的惡化。 關於根據本發明之一實施例之固態影像器件，防止了穿 隨電⑼L的產生，使得周邊電路部分及像素部分之電晶體特 性得以改良。此外，因為可防止歸因於光電轉換部分中之 一固定電荷之白色疵點及暗電流之惡化，所以存在改良影 像品質的一優勢。 關於根據本發明之一實施例之用於製造固態影像器件的 方法防止了穿随電流的產生，使得周邊電路部分及像素 鲁冑分之電晶體特性得錢良。此外，因為可防止歸因於光 電轉換部分中之一固定電荷之白色疲點及暗電流之惡化， 所以存在改良影像品質的一優勢。 關於根據本發明之一實施例之影像器件，因為包括了根 據本發明之-實施例之固態影像器件，所以該周邊電路部 刀中之MOS電晶體可製造得更精細，使得效能得以改良。 此外，因為可防止每一像素中之光電轉換部分中之白色麻 點及暗電流的惡化，所以存在改良影像品質的一優勢。 【實施方式】 139788.doc 201021204 將參考如圖1中所示之像素部分之示意性組態剖視圖及 如圖2中所示之周邊電路部分之示意性組態剖視圖描述根 據本發明之實施例之固態影像器件的第一實例。圖丨中所 示之像素部分及圖2中所示之周邊電路部分安置於同一半 導體基板中。 如圖1及圖2中所示，半導體基板11包括：像素部分12， 其具備光電轉換入射光以獲得電信號之光電轉換部分21 ; 及周邊電路部分13，其安置於像素部分12之周邊上。上述 像素部分12及周邊電路部分13由元件隔離區域14隔離。 在上述像素部分12之半導體基板丨丨中，安置光電轉換部 分21。轉移閘TRG、重設電晶體RST、放大電晶體Amp， 及選擇電晶體SEL經順序串聯安置同時連接至光電轉換部 为21。上述光電轉換部分21係由（例如）光電二極體形成。 此外’上述轉移閘TRG及像素電晶體（亦即，重設電晶 體RST、放大電晶體Amp ’及選擇電晶體SEL)由元件隔離 區域14隔離。 因此’上述放大電晶體Amp之源極-汲極區域34經形成 為與重設電晶體RST的源極-汲極區域35共同之擴散層，且 上述放大電晶體Amp之源極-汲極區域3 5經形成為與選擇 電晶體SEL的源極-汲極區域34共同之擴散層。 在此方面’在上述轉移閘TRG與上述重設電晶體RST之 間不可安置元件隔離區域14，且可安置對於上述轉移閘 TRG及上述重設電晶體RST而言為共同的擴散層。 此外’關於上述像素部分12中之電晶體之群組，儘管圖 139788.doc 201021204 式中未展示，但轉移閘TRG、選擇電晶體SEL、放大電晶 體A m P，及重設電晶體R s τ可經順序串聯安置同時連接至 上述光電轉換部分21。 上述轉移閘TRG、找電晶體RST、放大電晶體Amp， 及選擇電晶體SEL(其為上述像素部分丨2中之M〇s電晶體 3 0)中之每一者之閘極絕緣薄臈3丨係由氮氧化矽薄膜組 成。 此外，上述周邊電路部分13中之每-M〇s電晶體之絕緣 ® 薄膜5 1係由氮氧化矽薄膜組成。 與氧化石夕薄膜中之電荷相比，此氮氧切薄膜具有薄膜 中的正固定電荷。 氮氧化矽薄膜未正好安置於上述像素部分12中之光電轉 換部分21上方’而是安置了 (例如)充當氧化物薄膜⑴及氧 化物薄膜134之氧化矽薄膜。 在此方面，如由圖3中所示之示意性組態剖視圖所指 鲁示重成電晶體RST、放大電晶體Amp，及選擇電晶體 SEL(其為像素部分12中之廳電晶體3())可由元件隔離區 域14隔離。在此狀況下’ t晶體之g己置無需制上述次 序。 在上述固態影像器件1中，周邊電路部分13及像素部分 之個別MOS電晶體50及30之閘極絕緣薄膜51及31係由 氮氧化碎薄膜組成。因此，可抑制穿隨電流之增加。此 外，因為氧化物薄膜133及氧化物薄膜134而非氮氧化矽薄 膜正好安置於光電轉換部分21上方，所以可防止歸因於正 139788.doc 201021204 好在光電轉換部分21上方之薄膜中之固定電荷之白色疲點 之惡化，而此惡化為關於氮氧化矽薄膜之問題。 接著，將參考如圖4中所示之像素部分之示意性組態剖 視圖及如圖5中所示之周邊電路部分之示意性組態剖視圖 描述根據本發明之實施例之固態影像器件的第二實例。圖 4中所示之像素部分及圖5中所示之周邊電路部分安置於同 一半導體基板中。 如圖4及圖5中所示，半導體基板u包括：像素部分以， 其具備光電轉換入射光以獲得電信號之光電轉換部分21 ; 及周邊電路部分13，其安置於像素部分12之周邊上。 在上述像素部分12中之半導體基板11中，安置光電轉換 部分21。轉移閘TRG、重設電晶體RST、放大電晶體
Amp，及選擇電晶體SEL經順序串聯安置，同時連接至光 電轉換部分21 °上述光電轉換部分21係由（例如）光電二極 體形成。 此外’上述轉移閘TRG及像素電晶體（亦即，重設電晶 體RST、放大電晶體Amp，及選擇電晶體SEL)由元件隔離 區域14隔離。 因此’上述放大電晶體Amp之源極-汲極區域34充當與 重設電晶體RST的源極-汲極區域35共同之擴散層，且上述 放大電晶體Amp之源極-汲極區域35充當與選擇電晶體sEl 的源極-汲極區域34共同之擴散層。 在此方面’在上述轉移閘TRG與上述重設電晶體RST之 間不可安置元件隔離區域14，且可安置對於上述轉移閘 139788.doc 201021204 * σ π穴鬥的擴敢層。 此外’關於上述像素部分12中之電晶體之群組，儘管圖 式中未展示，但轉移閘TRG、選擇電晶體SEL、放大電晶 體Amp ’及重設電晶艘RST可經順序串聯安置，同時 至上述光電轉換部分21。
上述轉移閘TRG、重設電晶體RST、放大電晶體〜， 及選擇電晶體SEL(其為上述像素部分12巾之Mqs電晶體 30)中之每一者之閘極絕緣薄膜31係㈣氧化石夕薄媒組 成。此閘極絕緣薄膜3丨亦正好安置於第一側壁33下方，該 第一側壁33安置於每一閘電極32之側面上。 ，此外’上述周邊電路部分13中之每—M〇s電晶體之絕緣 薄膜51係由氮氧化矽薄膜組成。此閘極絕緣薄膜幻亦正好 安置於第二側壁53下方，該第二側壁53安置於每一閘電極 52之側面上。 與氧化矽薄膜中之電荷相比，此氮氧化矽薄膜具有薄膜 中的正固定電荷。 氮氧化矽薄膜未正好安置於上述像素部分12中之光電轉 換部分21上方’而是安置了（例如）充當氧化物薄膜ι34之氧 化秒薄膜。 在此方面’如由圖6中所示之示意性組態剖視圖所指 示’重設電晶體RST、放大電晶體Amp，及選擇電晶體 SEL(其為像素部分12中之MOS電晶體30)可由元件隔離區 域14隔離◎在此狀況下，電晶體之配置未必遵循上述次 序。 139788.doc 11 201021204 在上述固態影像器件2 ^ 周邊電路部分13及像素部分 12中之個別MOS電晶體5〇月 “ ^ °及3G之閘極絕緣薄膜51及31係由 氮氧化矽薄膜組成。因此， T抑制穿隧電流之增加。此 外，因為氧化物薄膜134而韭备客， 而非氮氧化矽薄膜正好安置於光 電轉換部分21上方，所以可卩 J防止歸因於正好在光電轉換部 为21上方之薄膜中之固定雷_ + a a 疋¥何之白色疵點及暗電流之惡 化，而此惡化為關於氮氧化矽薄膜之問題。 在此方面’在固態影像器件2中，由氮氧化石夕薄膜組成 之閘極絕緣薄膜3 1及5 1保持正好在個別第—側壁33及第二 側壁53下方。因此，擔心與上述第_實例之固態影像器件 1相比，歸因於轉移間TRG之邊緣處之正固定電荷的白色 疵點之惡化在某種程度上發生。然而，與相關技術中之固 態影像器件相比，可抑制歸因於固定電荷之白色疵點的惡 化0 接著，將參看圖7至圖40中所示之製造步驟之剖視圖描 述根據本發明之實施例之用於製造固態影像器件的方法。 如圖7中所示，舉例而言，將矽基板用作半導體基板 11» 將襯墊氧化物薄膜111及氮化矽薄膜112形成於上述半導 體基板11上。 上述襯塾氧化物薄膜111係藉由（例如）熱氧化方法經由氧 化半導體基板11之表面而形成。此襯墊氧化物薄膜U1經 形成為具有（例如）1 5 nm之厚度。 隨後，藉由（例如）低壓CVD(LP-CVD)方法在上述襯墊氧 139788.doc ·12- 201021204 化物薄膜111上形成氮化矽薄膜112。此氮化矽薄膜112經 形成為具有（例如）160 nm之厚度。 在上述組態中，結構為氮化矽薄膜/襯墊氧化物薄膜。 然而’該結構可為氮化矽薄膜/多晶矽薄膜或非晶矽薄膜/ 襯墊氧化物薄膜。 接著，如圖8中所示，在上述氮化矽薄膜η 2上，形成光 阻遮罩（圖式中未展示），其具有在形成元件隔離區域之區 域中的開口部分。其後，在上述氮化矽薄膜112及上述襯 墊氧化物薄膜111中經由蝕刻形成開口部分〗丨3。 關於上述蝕刻，舉例而言，可使用反應性離子蝕刻 (RIE)裝置、電子迴旋諧振加熱（ECR)蝕刻裝置，或其類似 者。在加工之後，藉由灰化裝置或其類似者移除上述光阻 遮罩。 接著，如圖9中所示，藉由使用上述氮化矽薄膜112作為 蝕刻遮罩而在上述半導體基板丨丨中形成元件隔離渠溝（第 一元件隔離渠溝114及第二元件隔離渠溝115)。在此蝕刻 中，舉例而言’使用RIE裝置、ECR蝕刻裝置，或其類似 者。 最初，進行周邊電路部分（及像素部分）中之第二元件隔 離渠溝115(及第一元件隔離渠溝114)之第一蝕刻。在此 時，第一元件隔離渠溝114及第二元件隔離渠溝115中之每 者之深度為50 nm至160 nm。 儘管圖式中未展示，將光阻遮罩形成於像素部分上且 僅關於周邊電路部分’進一步進行第二蝕刻來延伸元件隔 139788.doc 201021204 離渠溝115，使得僅周邊電路部分中之第二元件隔離渠溝 115之深度變為（例如）0.3 μιη。接著，移除光阻遮罩。 如上文所述，使像素部分中之第一元件隔離渠溝114之 深度較小’且藉此’發揮抑制歸因於蝕刻損傷之白色疯點 之發生的效應。因為使第一元件隔離渠溝114之深度較 小，所以光電轉換部分之有效面積增加，且藉此存在增 加飽和電荷（Qs)之量的效應。為實現高速操作，藉由增加 周邊電路部分中之第二元件隔離區域之STI深度來減少佈 線與基板之間的寄生電容。
隨後’儘管圖式中未展形成襯裏薄膜。此襯襄薄膜 係經由在（例如）80(TC至90(rc下的熱氧化形成上述襯裏 薄膜可為氧化石夕薄膜、含氮氧化石夕薄膜，或cvd氮化石夕薄 膜。其薄膜厚度規定為約4 11〇1至1〇 nm。 儘管圖式中未展示’為了抑制暗電流，藉由使用光阻遮 罩將蝴（B)離子植人至像素部分12巾。關於離子植入條件 '實例’將植入能量設定在約1〇㈣，且劑量設定在卜
Q 1〇 “2至1Xl〇1W。隨著像素部分中之第-元件隔離渠 溝叫其中形成元件隔離區域）周圍之蝴濃度增加，暗電流 二抑制’且寄生電晶體操作得以抑制。然而，若爛濃度 過间Μ光電二極體之面積（其中形成光電轉換部分） ΓΙ’飽和電荷（Qs)之量變小。因此，蝴濃度規定為上述 接著， 緣薄膜， 如圖10中所示， 使得填充上述第 在上述氮化矽薄膜112上形成絕 二元件隔離渠溝115(及第一元件 139788.doc 14 * 201021204 隔離渠溝114)之内側。此絕緣薄膜係藉由（例如）高密度電 漿CVD方法經由沈積氧化石夕而形成。 其後’經由（例如）化學機械拋光（CMP)移除上述氮化矽 薄膜112上之過多絕緣薄膜，同時絕緣薄膜保留在第二元 件隔離渠溝115(及第一元件隔離渠溝丨丨4)之内側中，以便 由上述絕緣薄膜形成第二元件隔離區域15(第一元件隔離 區域14)。在上述CMP中，氮化矽薄膜U2充當擋止物且終 止 CMP。 第一元件隔離區域14經形成為比周邊電路.部分η中之第 二元件隔離區域15淺。然而，因為擋止物為相同氮化矽薄 膜112，所以將元件隔離之突起量規定為等於第二元件隔 離區域15之突起量。此處，關於第一元件隔離區域14之突 起量及第二元件隔離區域15之突起量，將在基於製造加工 精破度之加工變化範圍内的突起量判定為相等。亦即，關 於用作渠溝加工中之遮罩之氮化矽薄膜112之薄膜厚度， 大體而言，晶圓平面内變化為相對於具有約16〇 nm之厚度 之氮化矽薄膜的約10%。經由化學機械拋光（CMP)之拋光 變化為約士20 11111至±30 nm。因此，即使以像素部分中之變 化及周邊電路部分中之變化變為相等之方式來設計仍可 發生20 11„!至3〇 nm之變化。因此，在經由嚴格觀測而在晶 片表面中之任何處比較像素部分及周邊電路部分且像素部 分與周邊電路部分之間的突起高度差在30 nm内（即使突起 之南度並非元全相等時）的狀況下’在本發明中假定高度 為相等的。 139788.doc 15 201021204 最終’第一元件隔離區域14及第二元件隔離區域15之突 起商度經設定在（例如）距矽表面約0至2〇 nm的低位準。 接著’如圖11中所示，為了調整第一元件隔離區域14自 半導體基板11之表面之高度，進行氧化物薄膜的濕式蝕 刻。氧化物薄膜之蝕刻量規定為（例如）4〇碰至1〇〇 ηιη。 隨後’移除上述氮化矽薄膜112(參看圖1〇)以便曝露襯墊 氧化物薄膜111。上述氮化矽薄膜U2係經由（例如）使用熱 磷酸之濕式蝕刻來移除。 接著’如圖12中所示’在安置了襯墊氧化物薄膜丨^之 狀態下’藉由使用在形成有p型井之區域上方具備開口部 分的光阻遮罩（圖式中未展示）經由離子植入在半導體基板 11中形成p型井121。此外，進行通道離子植入。其後，移 除上述光阻遮罩。 此外’在安置了襯墊氧化物薄膜u丨之狀態下，藉由使 用在形成有π型井之區域上方具備開口部分的光阻遮罩（圖 式中未展示）經由離子植入在半導體基板u中形成n型井 123。此外，進行通道離子植入。其後，移除上述光阻遮 罩。 上述P型井121之離子植入係藉由使用硼（B)作為離子植 入物質來進行，同時植入能量經設定在（例如）2〇〇 keV且劑 量設定在（例如）lxl〇i3 cm·^上述p型井121之通道離子植 入係藉由使用棚（B)作為離子植入物質來進行，同時植入 能量經設定在（例如）1〇 keV至2〇 keV且劑量設定在（例如Η xlO11 cnT2至 1χΐ〇13 cm·2 〇 139788.doc •16- 201021204 上述η型井123之離子植入係藉由使用（例如）磷（p)作為離 子植入物質來進行，同時植入能量經設定在（例如）2〇〇 kev 且劑量设定在（例如）lxl〇n cm-2。上述n型井123之通道離 子植入係藉由使用砷（As)作為離子植入物質來進行，同時 植入能量經設定在（例如）1〇〇 keV且劑量設定在（例如）ΐχ 1011 cnT2至 ΐχΐ〇ΐ3 cni-2。 此外，儘管圖式中未展示，進行用於在光電轉換部分中 形成光電二極體之離子植入以便形成P型區域。舉例而 3，硼（B)經離子植入至其中形成有光電轉換部分之半導 體基板之表面中，砷（As)或磷（P)經離子植入至較深區域以 便形成接合至上述p型區域之較低部分的η型區域。以此方 式’形成ρη接面光電轉換部分。 接著’如圖13中所示’經由（例如）濕式蝕刻移除襯墊氧 化物薄膜111(參看圖12)。 隨後’在半導體基板11上形成用於高電壓之厚閘極絕緣 參薄膜51Η。對於用於3.3 V之電源電壓之電晶體，薄膜厚度 為約7.5 nm ’且對於用於2.5 V之電源電壓之電晶體，薄膜 厚度為約5·5 nm。其後，在用於高電壓之厚閘極絕緣薄膜 5 1H上形成光阻遮罩（圖式中未展示），且移除形成於用於 低電壓之電晶體區域上之厚閘極絕緣薄膜5 1H。 在移除上述光阻遮罩之後，在半導體基板丨丨上之用於低 電壓之電晶韹的區域中形成薄閘極絕緣薄膜51[。用於1.0 v之電源電壓之電晶體之薄膜厚度規定為約2 nm至1>8 nm。同時’亦在像素部分中之電晶體形成區域中由氮氧化 139788.doc -17- 201021204 矽薄膜形成薄閘極絕緣薄膜（圖式中未展示）。 與氧化矽薄膜相比，此氮氧化矽薄膜具有薄膜中的正固 定電荷。 上述氮氧化矽薄膜係在含有氮原子之氣氛中形成以變為 (例如）一氧化二氮（N20)、一氧化氮（NO)，或二氧化氮 (N02)。舉例而言’採用熱氧化及電漿氮化方法、熱氮氧 化方法’或其類似者。在此方面，若矽基板簡單地直接經 受熱氮化’則存在減少步驟之數目之優點，但許多氮分布 於矽（Si)界面，使得器件效能惡化。此外，隨著界面狀態 _ 中之增加，引起遷移率之惡化。因此，藉由熱氧化及電漿 氮化方法之薄膜形成較佳。 此外，存在PMOS之NBTI惡化之問題且可引起可靠性之 降低在此方面，藉由此氮氧化梦薄膜增加高電壓電晶體 之氧化物薄膜，且引入氮，使得亦可產生正固定電荷。 與閘極絕緣薄膜係由純氧化物薄膜形成的狀況相比，上 述正固定電荷將nM0SFET之臨限電壓vth偏移至較低位準 且將pMOSFET之臨限電壓vth偏移至較高位準❶ 〇 另外，在將閘極絕緣薄膜規定為氮氧化矽薄膜的狀況 下，實體薄膜厚度增加，但介電常數增加，使得電等效氧 化物薄膜厚度降低且可降低閘極漏電流。 此外，在將多晶碎用於pM〇SFET之閘電極的狀況下， 存在防止問電極中之棚（B)穿透閘極絕緣薄膜及抑制 pMOSFET之特性之變化的效應。 上述氮氧化石夕薄膜用於產生35 nm或更少之薄膜厚度及 139788.doc -18- 201021204 〇·18㈣或更少之閘極長度°此氮氧切薄膜具有邦i)界 處之门氮/農度’且因此’進行普通熱氧化及進行電浆氣 化以使得在熱氧化薄膜表面之附近之氮濃度變高且石夕⑻ 界面處的濃度最小化之方法較佳。在電漿I化之後立即經 由RTA改良薄膜品質。 大體而言，經由電漿氮化之方法用於產生2 5 nm或更少 之薄膜厚度及0.15 μιη或更少之閉極長度。與石夕基板直接
經f化及氧化㈣成氮氧切薄狀方法相比，藉由形成 熱氧化薄媒且其後進行電漿氮化的方法可相當大地改良影 像元件之特性。 、4在圖式中，為便利起見，厚閘極絕緣薄膜5 1Η及 薄閘極絕緣薄膜51L經繪製為具有相同薄膜厚度。、 _接者由圖14中所示之像素部分之剖視圖及圖15中所 不的周邊電路部分之剖視圖所指示，纟閘極絕緣薄膜 51(5m、51L)及閘極絕緣薄膜31上形成閘電極形成薄膜 131。上述閘電極形成薄臈131係藉由（例如）Lp_cvD方法經 由沈積多W而形成。沈積之薄膜厚度規^為關於90 nm 節點為15〇nmi20〇nm，儘管視技術節點而定。 大：而σ自加工之可控性之角度而言’薄膜厚度傾向 於在節點基礎上變小以便避免閘極縱橫比的增加。 在此方面’可❹销（SiGe)而非多晶⑦作為防 空乏之措施。此閘極空乏指代隨著閘極氧化物薄骐之薄膜 厚度減少，不僅閘極氧化物薄膜之實體薄膜厚度之影響變 得顯著，而且閘極多晶碎中之空乏層之薄膜厚度的影響變 139788.doc 201021204 得顯著，閘極氧化物薄膜之有效薄膜厚度未變小，且電晶 體效能惡化的問題》 接著，如由圖16中所示之像素部分之剖視圖及圖17中所 示的周邊電路部分之剖視圖所指示，採取防止閘極空乏之 措施。最初，在pM0S電晶體形成區域上形成光阻遮罩 132，且藉由n型雜質摻雜nM〇s電晶體形成區域中之上述 閘電極形成薄膜131。此摻雜係經由（例如）磷或砷（As) 之離子植入來進行。離子植入量為約lxl〇15/cm2至ΐχ 1016/cm2。其後’移除上述光阻遮罩132。 隨後，儘管圖式中未展示，在nM〇s電晶體形成區域上 形成光阻遮罩（圖式中未展示）且藉由p型雜質摻雜pM〇s電 晶體形成區域中之上述閘電極形成薄膜13丨。此摻雜係經 由（例如）侧（B)、二氟化蝴（Βί?2)或銦（In)之離子植入來進 行。離子植入量為約lxl〇i5/cm2至lxl〇16/cm2。其後，移除 上述光阻遮罩。 上述離子植入中之任一者係預先進行。 關於上述每一離子植入，為了防止離子植入之雜質穿透 到閘極絕緣薄膜的正好下方，可結合氮（n2)之離子植入。 接著’如圖18中所示之像素部分之剖視圖及圖〗9中所示 之周邊電路部分之剖視圖所指示，在上述閘電極形成薄臈 131上形成用於形成個別閘電極之光阻遮罩（圖式中未展 示）。經由藉由使用此光阻遮罩作為蝕刻遮罩的反應性離 子姓刻’上述閘電極形成薄膜131經受蝕刻，以使得形成 像素部分12中之個別MOS電晶體之閘電極32及周邊電路部 139788.doc -20- 201021204 分13中的個別MOS電晶體之閘電極52。 隨後’如由圖20中所示之像素部分之剖視圖及圖21中所 示的周邊電路部分之剖視圖所指示，自不同於正好在上述 閘電極32及52下方且其中保留閘極絕緣薄膜31及51之區域 的區域移除上述閘極絕緣薄膜31及51。需要經由濕式蝕 刻進行閘極絕緣薄膜3 1及5 1之移除以便防止對基板之蝕刻 損傷。 接著，如由圖22中所示之像素部分之刮視圖及圖23中所 示之周邊電路部分之剖視圖所指示，上述個別閘電極32及 52之表面經氧化以形成氧化物薄膜133。 上述氧化物薄膜133之薄膜厚度規定為（例如}1 11111至1〇 nm。此外，在上述閘電極32及52之上表面以及側壁上形成 上述氧化物薄膜133。 此外，上述閘電極32及52之邊緣部分在上述氧化步驟中 經圓整，且藉此，可發揮改良氧化物薄膜之耐電壓性之效 • 應。 另外，可藉由進行上述熱處理來減少蝕刻損傷。 此外，在上述閘電極之加工中，即使移除安置於光電轉 換部分21上之上述閘極絕緣薄膜，亦將上述氧化物薄膜 133形成於光電轉換部分21上。因此’當按以下微影技術 形成光阻薄膜時，避免了直接安裝於矽表面上。因此可 防止歸因於此光阻之污染。因此，此充當用於防止關於像 素。P刀12中之光電轉換部分21之白色疫點之發生的措施。 接著，如圖24中所示之像素部分之剖視圖及圖乃中所示 139788.doc 21 201021204 之周邊電路部分之剖視圖所指示，形成像素部分12中之個 別M〇S電晶體之LDD 38及39及其類似物，且另外，形成 周邊電路部分13中之個別MOS電晶體之LDD 61、62、63 及64及其類似物。此時，重設電晶體之ldd 39及放大電晶 體之LDD 38經形成為共同擴散層，且放大電晶體之ldd 39及選擇電晶體之ldd 38經形成為共同擴散層。 最初’關於在周邊電路部分13中形成之NMOS電晶體， 在個別閘電極52(52N)之兩側上在半導體基板丨丨中形成口 袋擴散層（pocket diffusion layer)65及66。此等口袋擴散層 65及66係經由離子植入而形成且將（例如）二氟化蝴（Bf2)、 蝴（B) ’或銦（ιη)用作離子植入物質。劑量設定在（例如）1χ 1012/cm2至 lxi〇14/cm2。 此外’在個別閘電極52(52N)之兩側上在半導體基板i i 中形成LDD 61及62。LDD 6 1及62係經由離子植入而形成 且將（例如）神（As)或磷（P)用作離子植入物質。劑量設定在 (例如）1><1013/〇1112至卜1〇15/(；1112。 關於上述像素部分12中形成之MOS電晶體，在個別閘電 極32之兩侧上在半導體基板11中形成ldd 38及39。LDD 3 8及39係經由離子植入而形成且將（例如）砷（As)或磷（p)用 作離子植入物質。劑量設定在（例如）1><1〇13/〇1112至1χ 10I5/cm2。另外，可形成口袋擴散層。 關於在上述像素部分12中形成之M0S電晶體，自減少步 驟的角度而言，不可形成LDD。或者，離子植入可與形成 於周邊電路部分13中之MOS電晶體之LDD離子植入結合。 139788.doc -22- 201021204 關於周邊電路部分13中之PMOS電晶體形成區域，在個 別閘電極52(52P)之兩側上在半導體基板11中形成口袋擴散 廣67及68。此等口袋擴散層67及68係經由離子植入而形 成’且將（例如）砷（As)或磷（P)用作離子植入物質。劑量設 定在（例如）lxl〇12/cm2至 lxl〇"/cm2。 此外’在個別閘電極52(52P)之兩側上在半導體基板11 中形成LDD 63及64。LDD 63及64係經由離子植入而形 成，且將（例如）二氟化硼（BF2)、硼（B)，或銦（In)用作離子 植入物質。劑量設定在（例如）1><1〇13/(：1112至1><1〇15/£；1112。 關於用以抑制植入中之通道化（channeling)的技術，可 藉由（例如）在周邊電路部分中之NMOS電晶體及PMOS電晶 體之口袋（pocket)離子植入之前進行鍺（Ge)的離子植入來 進行預非晶化。此外，在形成LDD之後，可添加約800°C 至900°C下的快速熱退火（RTA)處理以便允許會引發暫態增 強擴散（TED)及其類似者之植入疵點變小。 接著，如由圖26中所示之像素部分之剖視圖及圖27中所 示的周邊電路部分之剖視圖所指示，在全部像素部分12及 周邊電路部分13上形成氧化矽（Si〇2)薄膜134。此氧化矽薄 膜134係由沈積薄膜（例如，非摻雜矽酸鹽玻璃（nsg)、低 壓四乙基正矽酸鹽（lp_teos)，或高溫氧化物（Ητ〇)薄膜） 形成。上述氧化矽薄膜134經形成為具有（例如）5 11111至2〇 nm之薄膜厚度。 隨後，在上述氧化矽薄膜134上形成氮化矽薄膜135 ^關 於此氮化矽薄膜135，舉例而言，使用經由Lp_CVD形成之 139788.doc •23- 201021204 氮化矽薄膜。其薄膜厚度規定為（例如）1〇11〇1至1〇()11111。 上述氮化矽薄膜丨35可為藉由可在低溫下形成薄膜之原 子層沈積方法所形成的ALD氮化矽薄膜。 關於正好在上述氮化矽薄臈135下方之上述氧化矽薄膜 134，因為其薄膜厚度在像素部分12中之光電轉換部分 上減少，所以防止光之反射，以使得光電轉換部分21之敏 感性得以改良。 接著，若必要，在上述氮化矽薄膜135上沈積第三層（亦 即，氧化矽（Si〇2)薄膜136)。此氧化矽薄膜136係由NS(}、 LP-TEOS、HTO或其類似物之沈積薄膜形成。此氧化矽薄 膜136經形成為具有（例如）i〇 nm至1〇〇 nm之薄膜厚度。 因此，侧壁形成薄膜137變為由氧化矽薄膜136/氮化矽 薄膜135/氧化矽薄膜134組成之三層結構薄膜β在此方 面，侧壁形成薄膜137可為由氮化矽薄膜/氧化矽薄膜組成 之兩層結構薄膜。下文將描述由三層結構薄膜組成之側壁 形成薄膜137。 接著’如由圖28中所示之像素部分之剖視圖及圖29中所 示之周邊電路部分之剖視圖所指示，安置為最上層之上述 氧化矽薄膜136經受回姓以便保留於個別閘電極32及52及 其類似物之側面部分側上。上述回蝕係經由（例如）反應性 離子蝕刻（RIE)來進行。關於此回餘，钱刻係由上述氮化 矽薄膜135停止。因為蝕刻由上述氮化矽薄膜135停止，如 上文所述’所以可減少對像素部分12中之光電轉換部分21 之蝕刻損傷，且藉此，可減少白色疵點。 139788.doc •24· 201021204 隨後，如由圖30中所示之像素部分之剖視圖及圖31中所 示之周邊電路部分之刮視圖所指示，在像素部分12中之所 有光電轉換部分21上及轉移閘TRG之一部分上形成光阻遮 罩 142。 其後，上述氮化矽薄膜135及上述氧化矽薄膜134經受回 •蝕，以使得各自由氧化矽薄膜134、氮化矽薄膜135及氧化 矽薄膜13 6組成之第一側壁3 3及第二側壁5 3形成於個別閘 電極32及52之側壁部分上。此時，光電轉換部分21上之氮 化矽薄膜135及氧化矽薄膜134由於由光阻遮罩142覆蓋而 未經餘刻。 接著，如由圖32中所示之像素部分之剖視圖及圖33中所 不之周邊電路部分之剖視圖所指示，形成具有在周邊電路 部分13中之NMOS電晶體形成區域上方之開口之光阻遮罩 (圖式中未展示）’且藉由使用此遮罩，經由離子植入將深 源極-汲極區域54(54N)及55(55N)形成於周邊電路部分13中 參 2NMOS電晶體形成區域中。亦即，上述源極-汲極區域 54N及55N形成於半導體基板u中之個別閘電極52之兩側 上，上述LDD 58及59及其類似物位於其間。上述源極_汲 極區域54N及55N係經由離子植入而形成，且將（例如）砷 (As)或填（P)用作離子植入物質。劑量設定在㈠列如 l〇15/cm2至lxl016/cm2。其後，移除上述光阻遮罩。 接著，形成具有在像素部分12中之NM〇s電晶體形成區 域上方之開口之光阻遮罩（圖式中未展示），且藉由使用此 光阻遮罩，經由離子植入在像素部分12中之NM〇s電晶體 139788.doc •25· 201021204 形成區域中形成深源極-汲極區域34及35。亦即，上述源 極-汲極區域34及35形成於半導體基板n中之個別閘電極 32之兩側上，上述LDD38及39及其類似物位於其間。上述 源極-汲極區域34及35係經由離子植入而形成，且將（例如） 砷（As)或磷（P)用作離子植入物質。劑量設定在（例如 l〇15/cm2至lxl〇16/cm2。其後，移除上述光阻遮罩。 此離子植入可與用於形成上述周邊電路部分中之NM〇s 電晶體之上述源極-汲極區域54N及55N之離子植入結合。 在上述離子植入中，上述放大電晶體之源極汲極區域 34經形成為與重設電晶體之源極_汲極區域35共同之擴散 層，且上述放大電晶體之源極_汲極區域35經形成為與選 擇電晶趙之源極-没極區域34共同之擴散層。 在相關技術中之國際專利公告琛〇 2〇〇3/〇96421中所描述 之源極-汲極區域之形成中，進行經由三層之離子植入及 在未安置薄膜之狀態下的離子植入，且因此，難以將其結 合。 隨後，形成具有在周邊電路部分13中之]?1^〇8電晶體形 成區域上方之開口之光阻遮罩（圖式中未展示），且藉由使 用此光阻遮罩，經由離子植入將深源極_汲極區域54(54p) 及55(55P)形成於周邊電路部分13中2PM〇s電晶體形成區 域中。亦即，上述源極_汲極區域54p及55p形成於半導體 基板11中之個別閘電極52之兩側上，LDD 58及59及其類似 物位於其間。上述源極_汲極區域54p及55p係經由離子植 入而形成，且將（例如）硼或二氟化硼（BF2)用作離子植 139788.doc -26- 201021204 入物質。劑量設定在（例如）lX1015/cm2至lxl〇l6/cm2。其 後，移除上述光阻遮罩。 接者’進行個別源極-汲_極區域之活化退火。此活化退 火係在（例如）約800°c至1，100°C下進行。關於用以進行此 活化退火之裝置，可使用（例如）快速熱退火（RTA)裝置、 高溫瞬間RTA(spike-RTA)裝置及其類似物。 在上述源極-汲極區域之活化退火之前，自由像素部分 12中之MOS電晶體之閘電極32上之側壁形成薄膜137形成 ❹ 之側壁33切割覆蓋光電轉換部分21之側壁形成薄膜137。 因此，歸因於相關技術中之應力記憶技術（SMT)產生之應 力之惡化未發生。 因此，可改良白色疵點、隨機雜訊及其類似者。 此外，光電轉換部分21係由側壁形成薄膜137覆蓋，且 用於形成源極-汲極區域之離子植入中之光阻遮罩形成於 光電轉換部分21上，側壁形成薄膜137位於其間。因此， ❹絲遮罩未直接安置於光電轉換部分21之表面上。因此， 光電轉換部分21未由光阻中之污染物污染以使得可抑制 白色疵點、暗電流，及其類似者之增加。 此外’在用於形成源極_沒極區域之離子植人中，離子 植入係在未通過薄膜之情形下進行，以使得可設定深度同 時確保表面處之高濃度。因此，可抑制源極_沒極區域中 之串聯電阻之增加。 另外’覆蓋上述光電轉換部分21之上述侧壁形成薄膜 137用作以下步驟中之第—⑦化物阻斷薄媒 139788.doc -27- 201021204 接著’如由圖34中所示之像素部分之剖視圖及圖35中所 不之周邊電路部分之剖視圖所指示，在所有像素部分12及 周邊電路部分13上形成第二矽化物阻斷薄膜72。第二矽化 物阻斷薄膜72係由由氧化矽（Si02)薄膜138及氮化矽（Si3N4) 薄膜139組成之層狀薄膜形成。舉例而言，上述氧化矽薄 膜138經形成為具有（例如）5 nm至40 nm之薄膜厚度，上述 氮化石夕薄膜139經形成為具有（例如）5 nm至60 nm之薄膜厚 度。 關於上述氧化矽薄膜138，使用NSG、LP-TEOS、HTO 薄膜，及其類似者。關於上述氮化矽薄膜139，使用ald_ SiN、電漿氮化薄膜、LP_SiN ’及其類似物。若此等兩個 薄膜層之薄膜形成溫度為高的，則在PM〇SFET2閘電極 中發生硼之鈍化，且PMOSFET之電流可驅動性由於閘極 空乏而惡化。因此，需要薄膜形成溫度相對於側壁形成薄 膜137之薄膜形成溫度較低。需要薄膜形成溫度為（例 如）700°C或更低。 隨後，如由圖36中所示之像素部分之剖視圖及圖37中所 示之周邊電路部分之剖視圖所指示，形成光阻遮罩丨4丨以 幾乎覆蓋像素部分12中之MOS電晶體形成區域。此光阻遮 罩141用作蝕刻遮罩，及經由蝕刻用作上述像素部分12中 之光電轉換部分21上及周邊電路部分13上的上述第二矽化 物阻斷薄膜72(包括轉移閘TRG上第二矽化物阻斷薄膜72 之部分）。 結果，氮化矽薄膜135及氧化矽薄膜134自上方以彼次序 139788.doc •28- 201021204 安置於光電轉換部分21上，且可防止光之色散之波紋。另 一方面，在未進行上述蝕刻的狀況下，氮化矽薄膜139、 氧化矽薄膜138、氮化矽薄膜135，及氧化矽薄膜134自上 方以彼次序安置於光電轉換部分21上，入射光經多次反射 且光之色散之波紋性質惡化。因為波紋性質惡化，所以光 之色散的晶片間變化增加。因此，在本實施例中，故意剝 離光電轉換部分21上之第二矽化物阻斷薄膜72。 接著，如由圖38中所示之像素部分之剖視圖及圖39中所 示之周邊電路部分之剖視圖所指示，在周邊電路部分13之 個別MOS電晶體50之源極-汲極區域54及55及閘電極52上 形成石夕化物層5 6、5 7及5 8。 關於上述矽化物層56、57及58，使用矽化鈷（CoSi2)、石夕 化錄（NiSi)、石夕化鈦（TiSi2)、碎化銘（ptSi)、碎化鶴（wSi2) 及其類似者。 關於矽化物層56、57及58之形成之實例，下文將描述形 成石夕化錄之實例。 最初，在整個表面上形成鎳（Ni)薄膜。藉由使用(例如） 濺鍍裝置將此鎳薄膜形成為具有（例如）1〇 nm之厚度。隨 後，在約300C至400C下進行退火處理，以使得允許鎳薄 膜及基板與矽反應，且藉此，形成矽化鎳層。其後，經由 濕式蝕刻移除未反應之鎳。矽化物層56、57及58係藉由此 濕式蝕刻經由自對準僅在不同於絕緣薄膜之矽或多晶矽表 面上形成。 接著，再次在約500 C至6〇〇七下進行退火處理以便穩定 139788.doc *29- 201021204 矽化鎳層》 在上述石夕化步驟中，在像素部分12中之MOS電晶體之源 極-没極區域34及35及閘電極32上未形成矽化物層。此係 出於避免歸因於矽化物之金屬擴散至光電轉換部分21之頂 部的白色疵點及暗電流之增加的目的。 因此，若像素部分12中之MOS電晶體之源極-汲極區域 34及35之表面上之雜質濃度不高，則接觸電阻顯著增加。 在本實例中，可增加源極-汲極區域34及35之表面上之雜 質濃度且因此，存在可相對抑制接觸電阻之增加的優勢。 接著，如由圖40中所示之像素部分之剖視圖及圖41中所 示的周邊電路部分之剖視圖所指示，在整個像素部分12及 周邊電路部分13上形成蝕刻擋止物薄膜74。上述蝕刻擋止 物薄膜74係由（例如）氮化矽薄膜形成。關於此氮化矽薄 膜，例如，使用藉由低壓CVD方法形成之氮化矽薄膜或藉 由電漿CVD方法形成之氛化石夕薄膜。氮化妙薄膜之薄膜厚 度規定為（例如）1〇 nm至1〇〇 nm。 上述氮化矽薄膜發揮使用於形成接觸孔之蝕刻中之過蝕 刻最小化的效應。此外，發揮抑制歸因於姓刻損傷之接面 洩漏之增加的效應。 隨後如由圖42中所示之像素部分之剖視圖及圖43中所 丁之周邊電路部分之剖視圖所指示，在上述姓刻撞止物薄 膜4上开/成層間絕緣薄膜％。上述層間絕緣薄膜％係由 (例如）氧化梦薄膜形成，且經形成為具有（例如）100 nm至 ’ nm之厚度。上述氧化矽薄膜係藉由（例如）CVD方法形 ) 139788.doc 201021204 成。關於此氧化石夕薄膜，使用TEOS、PSG、BPSG及其類 似物。此外，亦可使用氮化矽薄膜及其類似物。 接著，平整上述層間絕緣薄膜76之表面。此平整係經由 (例如）化學機械拋光（CMP)進行。 在形成用於形成接觸孔之光阻遮罩（圖式中未展示）之 後，（例如）蝕刻像素部分12中之層間絕緣薄膜76、蝕刻播 止物薄膜74、第二矽化物阻斷薄膜72及其類似物，以使得 形成接觸孔77、78及79。同樣，在周邊電路部分13中形成 _ 接觸孔81及82。 在諸圖中’作為實例，在像素部分12中展示了達到轉移 閘TRG、重設電晶趙RST之閘電極32，及放大電晶體Amp 之閘電極32之接觸孔77、78及79。此外，在周邊電路部分 13中展示了達到N通道（Neh)低壓電晶體之源極_汲極區域 55及P通道（pch)低壓電晶體之源極-汲極區域55之接觸孔“ 及82。然而，同時亦形成達到其他電晶體之閘電極及源 _ 極-汲極區域之接觸孔，儘管圖式中未展示。 在形成上述接觸孔77至79、81及82的狀況下，在第_步 驟中’蝕刻層間絕緣薄膜76 ^接著，蝕刻暫時停止於姓刻 擋止物薄膜74上。因此，消減了層間絕緣薄膜76之薄膜厚 度之變化、蝕刻中之變化，及其類似者。在第二步驟中， 蝕刻由氮化矽組成之蝕刻檔止物薄膜74。進一步進行餘列 以便完成接觸孔77至79、81及82。 關於上述接觸孔之蝕刻’使用（例如）反應性離子餘刻裝 置。 139788.doc -31 - 201021204 接著，在接觸孔77至79、81及82中之每一者内部形成插 塞⑴-黏著層（圖式中未展示）及一障壁金屬層料位於接 觸孔内侧與插塞85之間。 關於上述黏著層，使用（例如）鈦（Ή)薄臈、鈕（Ta)薄膜及 其類似物。關於上述障壁金屬層84，使用(例如)氮化鈦薄 膜、氮化鈕薄膜及其類似物。此等薄膜係藉由（例如）濺鍍 方法或CVD方法形成。 此外，關於上述插塞85，使用鎢（W)。舉例而言，在上 述層間絕緣薄膜76上形成鎢薄膜以使得填充上述接觸孔77 至79、81及82。其後，移除層間絕緣薄膜76上之鎢薄膜， 以使得由鎢組成之插塞85形成於個別接觸孔77至79、81及 82中。除鎮以外’此插塞85可由展示更低電阻之銘（A。、 銅（Cu)及其類似物形成。舉例而言，在使用銅（Cu)之狀況 下’將（例如）钽薄膜用作黏著層且將氮化鈕薄膜用作障壁 金屬層84。 其後’形成多層佈線，儘管圖式中未展示。多層佈線可 在必要時為多層的以包括兩個層、三個層、四個層，或更 多層。 接著，如由圖44中所示之像素部分之剖視圖所指示，可 在光電轉換部分21上形成波導23。此外，可形成聚光透鏡 25以便將入射光聚集在光電轉換部分21上。 此外’可在上述波導23與聚光透鏡25之間形成用以使光 色散之彩色濾光片27。 關於上述用於製造固態影像器件之方法，周邊電路部分 139788.doc -32- 201021204 13及像素部分12中之MOS電晶體5〇及3〇之閘極絕緣薄膜51 及31係由氮氧化矽薄膜形成，且藉此，可防止穿隨電流之 產生。因此，周邊電路部分及像素部分之電晶體特性得以 改良。此外，因為正好在光電轉換部分21上方之氮氧化矽 薄膜經移除，所以可防止歸因於氮氧化矽薄膜中之固定電 荷之白色疵點及暗電流的惡化。因此，存在改良影像品質 的優勢。 在上述用於製造固態影像器件之方法中，自不同於正好 ® 在閘電極32及52下方之區域的區域移除閘極絕緣薄膜3 1及 51以便將閘極絕緣薄膜31及51保留於正好在閘電極32及52 下方之區域中的步驟不必緊接在形成閘電極32及52之後進 行。實情為’自不同於正好在閘電極32及52及第一側壁33 及第二側壁53下方之區域的區域移除閘極絕緣薄膜31及51 以便將閘極絕緣薄膜31及51保留於正好在閘電極32及52及 第一側壁33及第二側壁53下方之區域中的步驟可緊接在形 Θ 成第一側壁33及第二側壁53之後進行。需要經由濕式蝕刻 進行閘極絕緣薄膜3丨及5〗之移除以便防止蝕刻損傷。 亦在此*狀況中’周邊電路部分13及像素部分12中之MOS 電晶體50及30之閘極絕緣薄膜5 1及3 1係由氮氧化矽薄膜形 成’且藉此，可防止穿隧電流之產生。此外，因為氧化物 薄膜134而非氮氧化矽薄膜正好安置於光電轉換部分21上 方’所以可防止歸因於正好在光電轉換部分21上方之薄膜 中之固定電荷的白色疵點及暗電流之惡化，而此惡化為關 於氮氧化梦薄膜之問題。 139788.doc -33- 201021204 在此方面，由氮氧化矽薄膜組成之閘極絕緣薄膜31及51 保持為正好在個別第一側壁33及第二側壁53下方。因此， 擔心與上述第一實例之固態影像器件1相比歸因於轉移閘 TRG之邊緣處之正@定電荷的白色錢之惡化在某種程度 上發生。然而，與相關技術中之固態影像器件相比，可抑 制歸因於固定電荷之白色疵點的惡化。 此外，自防止污染光電轉換部分21的角度而言較佳在 儘可能遲的步驟中進㈣於光電轉換部分21上之閘極絕緣 薄膜之氮氧化發薄膜的移除。 在上述第-實例中，在加工閘電極之後，亦在光電轉換 部^上經由閘電極之侧壁之氧化形成氧化物薄膜133以 使得不在下游在光電轉換部分21上直接形成光阻遮罩，以 便抑制污染。 然而，氧化物薄膜133之薄膜厚度對周邊電路之邏輯特 性發揮影響’且若薄膜厚度過大’則電晶體之電流可驅動 性惡化從而引發操作速度之降低。難以較大程度地增加氧 化物薄膜⑴之薄膜厚度。舉例而言，1Qnm或更少較佳。 在此方面’即使正好在光電轉換部分21上方之氧化物薄 膜133之薄膜厚度較小，藉由使用引發較少污染之光阻或 充分地進行清潔減少了污染對白色疮點之惡化造成之影 響’儘管減少了輸貫量。在上述狀況下不存在問題。然 而’在歸因於光阻之污染十分突出的狀況下自防止污染、 光電轉換部分21之角度而言’需要在儘可能遲的步驟中進 行氮氧化矽薄膜之移除。 139788.doc •34- 201021204 此外，關於加工氮化㈣媒以形成側壁，餘刻可由光電 轉換部分21上之氧切薄膜停止，且其後，可進行濕式剝 離以便移除正好在光電二極體上方之氮氧切薄膜。 在彼狀況下，如上文所述，氮氧切薄膜㈣為正好在 側壁33及53T方’且可發生由彼部料致之白色録及暗 電流之惡化H若影響之程度大於上述光阻污染之影 響’則藉由剝離光電轉換部分21上之氮氧切薄膜可改良 白色疲點及暗電流。
如上文所述，在本發明中，將氮氧化矽薄膜塗敷於閘極 絕緣薄膜，且藉此，對周邊電路部分13中之M〇s電晶體5〇 之操作速度的改良、穿隧電流之抑制、功率消耗之增加之 抑制，及另外，CMOS感測器之影像特性之惡化的避免發 揮作用。 關於正好在光電轉換部分21上方之抗反射部分，移除用 於正好在光電轉換部分21上方之閘極絕緣薄膜之氮氧化石夕 薄膜。因此’正好在光電轉換部分21上方之結構係由氧化 石夕（Si〇2)/氮化石夕（SiN)/氧化石夕（Si〇2)組成。因為避免了多重 結構’所以波紋之惡化未發生，光之色散特性得以改良， 且促進了最佳化。 此外，因為可防止白色疵點之惡化，所以無需在光電轉 換部分21中將内埋式光電二極體之P+濃度設定在高位準。 若將P+濃度設定在高位準，則光電二極體之面積變得相對 小，使得引發和電荷（Qs)量之減少。此外，轉移閘trg 之末端處之濃度增加且引發殘像（after image)的惡化。另 139788.doc -35· 201021204 一方面’關於根據本發明之實施例之固態影像器件1及2， 可使内埋式光電二極體之表面的P+濃度相對低，且因此， 可防止飽和電荷（Qs)量、殘像及其類似者之惡化。 此外’在不同於正好在閘電極32及52下方之區域的區域 中移除充當閘極絕緣薄膜31及51之氮氧化砍薄膜，且在光 電轉換部分21上形成新氧化物薄膜133。因此，每一離子 植入中之植入分布之可控性得以改良。
在上述實例中之每一者的解釋中，將p型井形成於NS 基板中’且光電轉換部分21之光電二極體係由p+層及n+層 以彼次序自上部層形成。然而，亦可能在p型基板中形成N 型井’且由N+層及P+層以彼次序自上部層形成光電轉換部 分21之光電二極體。 此外，在上述製造方法之組態的解釋中，上述轉移閘及 像素電晶體（亦即’重設電晶體、放大電晶體，及選擇電 晶體）由元件隔離區域14隔離。因此，上述放大電晶體之 源極-没極區域34經形成為與重設電晶體之源極_汲極區域 35共同的擴散層，且上述放大電晶體之源極-汲極區域35 經形成為與選擇電晶體SEL之源極·汲極區域34共同的擴散 層。 在此方面’即使在上述轉移閘與上述重設電晶體之間未 安置元件隔離區域14且安置對於上述轉移閘trg及上述重 s史電晶體RST而言為共同之擴散層的狀況下，亦可應用類 似於上文所描述之方法的製造方法。在此狀況下，轉移閘 之擴散層及重設電晶體之擴散層（源極_汲極區域34)可形成 139788.doc •36· 201021204 為共同擴散層。 此外’類似於上述方法之製造方法可應用於上述重設電 晶體、放大電晶體’及選擇電晶體由元件隔離區域14個別 地隔離的組態。 另外’關於上述像素部分12中之電晶體的群組，儘管圖 式中未展示，轉移閘TRG、選擇電晶體SEL、放大電晶體 Amp，及重設電晶體rst可經順序串聯安置，同時連接至 上述光電轉換部分21。 接著，將參考圖45中所示之方塊圖描述根據本發明之實 施例的影像裝置。此影像裝置包括根據本發明之實施例之 固態影像器件。 如圖45中所示’影像裝置200包括影像部分201中之固態 影像器件（圖式中未展示）。在此影像部分2〇1之光聚集側上 提供用以形成影像之聚光光學部分2〇2。此外，影像部分 201連接至信號處理部分203，其包括用以驅動影像部分 201之驅動電路、用以將藉由固態影像器件光電轉換之信 號處理為影像之信號處理電路及其類似者。此外，藉由上 述信號處理部分203處理之影像信號可儲存於影像儲存部 分（圖式中未展示）中。在此影像裝置200中，關於上述固態 影像器件，可使用上述實施例中所描述的固態影像器件 1 ° 關於根據本發明之實施例之影像裝置200，因為包括根 據本發明之實施例之固態影像器件1，所以以類似於上述 方式之方式充分地確保每一像素的光電轉換部分之敏感 139788.doc • 37· 201021204 2因此’存在改良像素特性（例如’可減少白色疲點）的 附帶言之’根據本發明之影像裝置2〇〇不限於上述組 態’且可應用於具有包括固態影像器件的組態之任何影像 裝置。 上述固態影像器件！可為一晶片之形式或為其中影像部 分及信號處理部分或光學系統經統一封裝且具有影像功能 之模組的形式。此外，本發明可應用於上述影像褒置。在 此狀況下，影像裝置發揮改良影像品質之效應。此處，影 像裝置指代（例如）具有影像功能之相機及攜帶型裝置。此 外’術語「影像」係、以廣義來解釋，且不僅包括在一般用 相機拍照中捕獲影像，而且指代對指紋及其類似物之债 測。 本申請案含有關於2008年8月1曰於曰本專利局申請之曰 本優先權專利申請案JP 2008_19952〇及2〇〇9年丨月2〇日於曰 本專利局申請之日本優先權專利申請案Jp 2〇〇9 〇〇9523中 所揭示之發明主體之發明主體，該等案之全部内容以引用 © 的方式併入本文中。 熟習此項技術者應理解，取決於設計要求及其他因素， . 可存在各種修改、組合、子組合及更改，只要該等修改、 組合、子組合及更改在附加之申請專利範圍或其等效物之 範内便可。 【圖式簡單說明】 圖1為展示根據本發明之一實施例之固態影像器件的第 139788.doc •38· 201021204 一實例之示意性組態剖視圖； 圖2為展示根據本發明之一實施例之固態影像器件的第 一實例之示意性組態剖視圖； 圖3為展示根據本發明之一實施例之固態影像器件的第 一實例之經修改實例之示意性組態剖視圖； 圖4為展示根據本發明之一實施例之固態影像器件的第 一實例之示意性組態剖視圖； 圖5為展示根據本發明之一實施例之固態影像器件的第 二實例之示意性組態剖視圖； 圖6為展示根據本發明之一實施例之固態影像器件的第 二實例之經修改實例之示意性組態剖視圖； 圖7為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖8為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖9為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖10為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖11為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖12為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之刮視圖； 圖13為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 1397版 doc •39- 201021204 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖14為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖15為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖16為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖17為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； ® 圖18為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖19為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖20為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖2 1為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖22為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖23為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖24為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖25為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 139788.doc •40- 201021204 ❹ ❹ 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖26為展示根據本發明之一實施例之用 器件的方法之製造步驟之刻視圖； 圖27為展示根據本發明之一實施例之用 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖28為展示根據本發明之一實施例之用 器件的方法之製造步驟之創視圖； 圖29為展示根據本發明之一實施例之用 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖30為展示根據本發明之一實施例之用 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖31為展示根據本發明之-實施例之用 器件的方法之製造步驟之刹視圖’ 圖32為展示根據本發明之/ # & W $ 器件的方法之製造步驟之刹視圖’ 方j*路明之一實施例之用 圖33為展示根據本發明二 器件的方法之製造少驟之剖視圖’ 1路明之·一實施例之用 圖34為展示根據本發月 器件的方法之製造$驟之刻視圖’ 為士發明之一實施例之用 圖35為展示根據本贫 器件的方法之製造夕驟之剖視圖 方大發明之一實施例之用 36為展示根據冬艰 於製造固態景^像 於製造固態影像 圖 割視圖； 器件的方法之製造夕 發明之一實施例之用 圖37為展示根據本艰 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 於製造固態影像 139788.doc .41 - 201021204 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖38為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖39為展示根攄本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖40為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖41為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖42為展示根攄本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖43為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖44為展示根據本發明之一實施例之用於製造固態影像 器件的方法之製造步驟之剖視圖； 圖45為展示根據本發明之實施例之影像裝置的方塊圖； 圖46為相關技術中之CMOS感測器之示意性組態剖視 圖；及 圖47為相關技術中之CMOS感測器之示意性組態剖視 圖。 【主要元件符號說明】 1 固態影像器件 2 固態影像器件 11 半導體基板 139788.doc 201021204
12 像素部分 13 周邊電路部分 14 第一元件隔離區域 15 第二元件隔離區域 21 光電轉換部分 23 波導 25 聚光透鏡 27 彩色濾光片 30 MOS電晶體 31 閘極絕緣薄膜 32 閘極絕緣薄膜 33 第一側壁 34 源極- >及極區域 35 源極- >及極區域 38 LDD 39 LDD 50 MOS電晶體 51 閘極絕緣薄膜 51H 厚閘極絕緣薄膜 51L 薄閘極絕緣薄膜 52 閘電極 52N 閘電極 52P 閘電極 53 第二側壁 139788.doc •43- 201021204 54 源極- >及極區域 54N 源極-汲極區域 54P 源極-汲極區域 55 源極-汲極區域 55N 源極-汲·極區域 55P 源極- >及極區域 56 石夕化物層 57 石夕化物層 58 石夕化物層 59 矽化物層 61 LDD 62 LDD 63 LDD 64 LDD 65 口袋擴散層 66 口袋擴散層 67 口袋擴散層 68 口袋擴散層 71 第一矽化物阻斷薄膜 72 第二矽化物阻斷薄膜 74 钱刻擋止物薄膜 76 層間絕緣薄膜 77 接觸孔 78 接觸孔 139788.doc -44- 201021204 參 79 接觸孔 81 接觸孔 82 接觸孔 84 障壁金屬層 85 插塞 111 襯塾氧化物薄膜 112 氮化矽薄膜 113 開口部分 114 第一元件隔離渠溝 115 第二元件隔離渠溝 121 P型井 123 η型井 131 閘電極形成薄膜 132 光阻遮罩 133 氧化物薄膜 134 氧化矽薄膜 135 氮化矽薄膜 136 氧化矽薄膜 137 側壁形成薄膜 138 氧化矽薄膜 139 氮化矽薄膜 141 光阻遮罩 142 光阻遮罩 200 影像裝置 139788.doc -45- 201021204 201 影像部分 202 聚光光學部分 203 信號處理部分
Amp 放大電晶體 RST 重設電晶體 SEL 選擇電晶體 TRG 轉移閘 139788.doc -46

Claims (1)

  1. 201021204 七、申請專利範圍·· !.-種固態影像器件，其在一半導體基板中包含： 像素部刀’其具備一光電轉換部分，該光電轉換部 分光電轉換入射光以獲得一電信號；及 周邊電路部分，其安置於該像素部分之周邊上， —其中4周邊電路部分中之_ 電晶體之—閘極絕緣 • 帛膜係由-氮氧化矽薄膜組成， 該像素部为中之一 M〇s電晶體之一間極絕緣薄膜係由 一氮氧化矽薄膜組成；且 -氧化物薄瞑正好安置於該像素部分中之該光電轉換 部分上方。 2.如請求項1之固態影像器件， 其中-側壁安置於該周邊電路部分中之該應電晶體 之一閘電極之側面上； ❹ 一側壁安置於該像素部分中之該MOS電晶體之-閘電 極的側面上，且 充當該閘極絕緣薄膜之該氮氧化石夕薄膜正好在該等側 壁下方延伸。 法，該固態影像器件 電轉換入射光以獲得 分，及一安置於該像 ，該方法包含以下步 3. —種用於製造一固態影像器件之方 在一半導體基板中包括一具備 一電信號之光電轉換部分的像素部 素部分之周邊上之周邊電路部分 驟： 由一氮氧化矽薄膜組成 在全部該半導體基板上形成_ 139788.doc 201021204 之閘極絕緣薄膜； 置於該像素部&及該周邊 在該閘極絕緣薄膜上形成安 :及 且其中保留該等 電路部分中之該等MOS電晶體之閘電極 自不同於正好在該等個別閘電極下方 閘極絕緣薄膜之區域的區域移除該閘極絕緣薄膜 4. 一種用於製造一固態影像器件之方法，兮闵能 ^ 通固態影像器件 在一半導體基板中包括一具備一光電轉換入射光以獲得 一電信號之光電轉換部分的像素部分，及—安置於該像 素部分之周邊上之周邊電路部分，該方法包含以下步 在全部該半導體基板上形成一由一氮氧化碎薄膜組成 之閘極絕緣薄膜； 在該閘極絕緣薄膜上形成安置於該像素部分及該周邊 電路部分中之該等MOS電晶體之閘電極； 在個別閘電極之側面上形成側壁；及 自不同於正好在該等個別閘電極及該等個別側壁下方 且其中保留該等閘極絕緣薄膜之區域的區域移除該閘極 絕緣薄膜。 5- 一種影像裝置，其包含： 一聚光光學部分，其聚集入射光； 一固態影像器件，其接收且光電轉換藉由該聚光光學 部分聚集之光；及 一信號處理部分’其處理經受該光電轉換之信號， 其中該固態影像器件在一半導體基板中包括 13978S.doc 201021204 一像素部分，其具備一光電轉換部分，該光電轉換 部分光電轉換入射光以獲得一電信號；及 一周邊電路部分，其安置於該像素部分之周邊上， 該周邊電路部分中之一 MOS電晶體之一閘極絕緣薄 膜係由一氮氧化矽薄膜組成， 該像素部分中之一 MOS電晶體之一閘極絕緣薄膜係 由一氮氧化矽薄膜組成；且 一氧化物薄膜正好安置於該像素部分中之該光電轉 ® 換部分上方。 139788.doc
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