固态图像传感器件及其制造方法
【专利说明】固态图像传感器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]2013年11月7日提交的日本专利申请N0.2013-231535的公开的包括说明书、附图和摘要的全文以引用的方式全部并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及一种固态图像传感器件，典型地以例如CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器为代表，以及制造该器件的方法。
【背景技术】
[0004]在日本特开2008-218836(专利文献I)号公报中，描述了一种通过镍全硅化(nickel fullsilicide)电极来配置栅极电极的技术。具体地，在专利文献I中描述了，具有硅化反应抑制效果的氟被注射到栅极电极中以便形成具有镍单硅化物的组分的镍全硅化电极。
[0005][引文列表]
[0006][专利文件]
[0007][专利文件I]日本特开2008-218836号公报
【发明内容】
[0008]在以例如CMOS图像传感器为代表的固态图像传感器件中，减少基线噪声是一大挑战，基线噪声被视为即使在暗时图像也不是纯黑的现象。已知，基线噪声与Ι/f噪声(闪烁噪声)强相关，该ι/f噪声在被包括在像素中的被称为“放大晶体管”的η沟道场效应晶体管处产生。因此，降低在“放大晶体管”处产生的Ι/f噪声以降低基线噪声很重要。
[0009]在这样的背景下，已知，通过减少在“放大晶体管”的栅极绝缘膜中存在的悬挂键(不饱和键)来降低Ι/f噪声是有效的，作为一种降低悬挂键的方法，存在一种将氟与悬挂键结合的方法。例如，可以设想通过离子注入的方法来将氟引入到包括“放大晶体管”的固态图像传感器件中。
[0010]然而，担心含氟离子束中所包含的污染物(致污物)会有不良影响。即，如果以例如钨(W)为代表的金属原子作为污染物侵入到半导体衬底中，那么固态图像传感器件的暗时白点数(the number of white spots at dark)和暗电流可能不被期望地增加。这可以能是由这一事实所造成的:已经侵入到半导体衬底中的金属原子扩散，并且从而到达用作光电转换部的光电二极管，并且由此产生缺陷能级。即，据估计，当产生缺陷能级时，在光电二极管中，泄漏电流通过缺陷能级而增加，并且泄漏电流的增加导致在暗时白点数和暗电流的增加。
[0011]以这种方式，虽然从减少“放大晶体管”的Ι/f噪声以及减少固态图像传感器件的基线噪声的角度来看，将氟引入固态图像传感器件是有效的，但是，担心与氟一起引入的污染物可以能会使暗时白点数和暗电流增加。即，从减少固态图像传感器件的基线噪声以及抑制暗时白点数和暗电流增加的角度来看，仅仅是将氟引入到固态图像传感器件中的方法是不够的，仍有改进的余地。
[0012]其它问题和新颖特征将通过本说明书和附图中的说明而变得显而易见。
[0013]在根据实施例的固态图像传感器件中，在平面图中，将氟引入到放大晶体管的栅极电极中的与沟道区域重叠的部分中。
[0014]进一步地，一种制造根据实施例的固态图像传感器件的方法包括以下步骤:形成放大晶体管的栅极电极，并且在平面图中将氟依次引入到栅极电极中的与沟道区域重叠的部分中。
[0015]根据实施例，可以改善固态图像传感器件的性能。
【附图说明】
[0016]图1是示出了在图像传感器中将光转换为电信号的情况的示意图；
[0017]图2是示出了在图像传感器中未安装微透镜的情况下的配置的示意图；
[0018]图3是示出了在光电二极管前面布置微透镜的示例的示意图；
[0019]图4是作为其中一个滤色器的原色滤色器的视图；
[0020]图5是示出了作为其中一个滤色器中的补色滤色器的视图；
[0021]图6是示出了具有p-n结的二极管的能带结构的视图；
[0022]图7是示出了光接收部的器件结构的示例的截面图；
[0023]图8是示出了像素的电路配置的电路图；
[0024]图9是示出了根据实施例1的像素的示意性版图配置的平面图；
[0025]图10是沿图9中的线A-A所做的截面图；
[0026]图11是示意性地示出了将氟与放大晶体管的栅极绝缘膜中存在的悬挂键结合的情况的视图；
[0027]图12是阐释了在图像传感器中包括的放大晶体管的制造步骤的流程的流程图；
[0028]图13是示出了在改变氟注入步骤的插入定时的情况下的研宄结果的图表；
[0029]图14是示出了根据实施例1的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0030]图15是示出了在图14之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0031]图16是示出了在图15之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0032]图17是示出了在图16之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0033]图18是示出了在图17之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0034]图19是示出了在图18之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0035]图20是示出了在图19之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0036]图21是示出了在图20之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0037]图22是示出了在图21之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0038]图23是示出了在图22之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0039]图24是示出了在图23之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0040]图25是示出了在图24之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0041]图26是示出了根据修改示例I的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0042]图27是示出了在图26之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0043]图28是示出了根据实施例2的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0044]图29是示出了在图28之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0045]图30是示出了在图29之后的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0046]图31是示出了根据修改示例I的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0047]图32是示出了根据修改示例2的半导体器件的制造步骤的截面图；
[0048]图33是示出了根据实施例3的形成有图像传感器的半导体芯片的示意性配置的平面图；
[0049]图34是示出了在图33中示出的像素阵列区域中的多个像素中的每个像素处形成的放大晶体管的截面配置和在图33中示出的外围电路区域中的外围电路处形成的P沟道场效应晶体管的截面配置的视图。
【具体实施方式】
[0050]如有必要，为了方便起见，在以下实施例中通过将本发明划分成多个部分或多个实施例来对本发明进行阐释；但是除非另有说明，否则这些部分或实施例并非彼此无关，并且一个部分或实施例与另一个部分或实施例的全部或部分的修改示例、详细阐释、补充阐释等有关。
[0051]进一步地，在以下实施例中，当指元件的数等等(包括:件数、数值、数量、范围等等)时，该数不限于特定数并且可以是小于或大于该特定数的数，除非特别指出或在原理上明显指定为特定数。
[0052]进一步地，不言而喻，在以下实施例中，其构成部件(包括元件步骤等等)并不一定是必要的，除了特别指出或者在原理上明显必要的情况之外。
[0053]同样，在以下实施例中，当提及构成部件等等的形状、位置关系等等时，与该形状接近或相似的形状基本上被包括在该形状中，除非特别指出或者在原理上明显不同的情况之外。此点也适用于上面提及的数值和范围。
[0054]在用于阐释实施例的所有附图中，相同的构件原则上用相同的符号表示并且避免重复阐释。进一步地，为了更好地理解附图，在某些情况下，即使是在平面图中也可以使用影线。
[0055](实施例1)
[0056]<图像传感器(固态图像传感器件)的示意性配置>
[0057]在实施例1中，参考附图对用于采集图像的图像传感器(固态图像传感器器件)进行阐释。首先，阐释了图像传感器的示意性配置。图像传感器是用于将输入图像传感器中的光转换为电信号的元件。图1是示出了在图像传感器中将光转换为电信号的情况的示意图。例如，如图1所示，从物体发出的光进入透镜L并且形成图像。图像传感器IS布置在透镜L的聚焦位置处，并且通过透镜L聚焦形成的图像投射至图像传感器IS。当光照射图像传感器IS时，图像传感器IS将光转换为电信号。然后，通过对从图像传感器IS输出的电信号进行信号处理来形成图像。以这样的方式，图像传感器IS具有将入射光转换为电信号并且输出该电信号的功能。
[0058]当图像传感器IS的光接收面RC增大时，应当理解的是，微透镜OL、滤色器CF和光电二极管ro布置在图像传感器is的光接收面Re处。S卩，应当理解的是，图像传感器is具有微透镜0L、滤色器CF和光电二极管H)。下文依序对配置图像传感器IS的每个构成部件的功能进行阐释。
[0059]<微透镜的配置和功能>
[0060]首先，对微透镜OL进行阐释。图2是示出了在图像传感器IS中未安装微透镜OL的情况下的配置的示意图。如图2所示，在图像传感器IS中未安装微透镜OL的情况下，进入图像传感器IS的光不仅投射到布置在图像传感器IS的光接收面上的光电二极管PD，而且还投射到光电二极管ro的外围区域。即，多个光电二极管ro排列在图像传感器is的光接收面之上，并且各个光电二极管ro按照特定间隔排列。结果是，并非所有进入图像传感器is的光都投射到光电二极管PD，而且在光电二极管ro之间的间隙也被照射到了。
[0061]虽然进入光电二极管F1D的光可以被转换为电信号，但是进入在光电二极管F1D之间的间隙的光并不投射到光电二极管H)，因此不能被转换为电信号。即，进入在光电二极管ro之间的间隙的光被浪费了。因此，理想的情况是，对图像传感器IS进行配置以便能够将进入图像传感器IS中的光尽可能多地转换为电信号，但是显然，在未于图像传感器IS中安装微透镜OL的情况下，在图像传感器IS中没有转换为电信号而被浪费的光增多了。
[0062]作为解决该问题的一种方法，可以想到，将光电二极管ro布置为无间隙，但是，必须安装用于传递在各个光电二极管ro处转换的电荷的扫描电路等，因此在多个光电二极管ro之间总是存在间隙。例如，在利用大光电二极管ro来形成图像传感器IS的情况下，可以消除在光接收面处的间隙，但是在这种情况下不能得到图像的分辨率。结果是，有必要在光接收面处尽可以能多地布置彼此独立的多个小光电二极管PD，以便提高图像的分辨率。在这种情况下，有必要:将来自每个光电二极管ro的电荷独立转换为电信号；以及形成具有特定间隔的间隙(绝缘区域)从而可以使各个光电二极管ro电隔离。结果是，在各个光电二极管ro之间形成特定间隙，因此，难以完全消除在光电二极管ro之间的间隙。
[0063]为了应对该问题，在图像传感器IS中安装微透镜OL以便将进入图像传感器IS中的光高效地转换为电信号。图3是示出了将微透镜OL布置在光电二极管ro前面的示例的示意图。如图3所示，布置有对应于多个光电二极管ro中的每一个的微透镜OL。S卩，布置有与光电二极管ro的数量相同的微透镜0L。如图3所示，进入图像传感器IS的光进入微透镜0L。进入微透镜OL的光会聚并且投射在光电二极管ro之上。以这样的方式，微透镜OL具有将进入图像传感器IS的光会聚并且投射在光电二极管ro之上的功能。S卩，通过安装微透镜0L，可以使得在未安装微透镜OL时不进入光电二极管ro并且投射至在光电二极管ro之间的间隙的光，改变方向并且进入光电二极管ro。即，微透镜OL具有会聚入射光并且将光投射在光电二极管ro之上的功能。结果是，通过在图像传感器is中安装微透镜ol，可以:将投射至在光电二极管ro之间的间隙的光聚焦在光电二极管ro上；以及，从而将进入图像传感器is的光高效地转换为电信号。
[0064]<滤色器的配置和功能>
[0065]接着，对滤色器CF进行阐释。起初，用于将光转换为电信号的光电二极管H)不具有识别颜色的功能，仅可以识别光的明暗。结果是，当仅使用光电二极管ro时，图像传感器所拍摄的所有图像均是黑白的。为此，在图像传感器is中安装滤色器CF，以便能够通过图像传感器生成