固态图像拾取装置、其制造方法和图像拾取系统的制作方法
【专利说明】固态图像拾取装置、其制造方法和图像拾取系统
[0001]本申请是申请日为2012年2月9日、申请号为201210027929.4、发明名称为“固态图像拾取装置、其制造方法和图像拾取系统”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
[0002]本发明涉及一种固态图像拾取装置、包括该固态图像拾取装置的图像拾取系统和用于制造该固态图像拾取装置的方法。
【背景技术】
[0003]为了增加进入固态图像拾取装置的光电转换部分的光的量，最近提出了在固态图像拾取装置中使用波导。日本专利公开N0.2006-191000公开了在包括波导的固态图像拾取装置中，用于形成波导的蚀刻停止膜兼当光接收部分之上的抗反射膜。
[0004]日本专利公开N0.2008-041726公开了像素部分设有用于形成接触孔的蚀刻的蚀刻停止膜。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种用于制造固态图像拾取装置的方法，所述固态图像拾取装置包括光电转换部分、第一绝缘膜、在第一绝缘膜上的第二绝缘膜、以及波导，所述光电转换部分设置在半导体衬底中，所述第一绝缘膜用作光电转换部分之上的抗反射膜，所述第二绝缘膜与光电转换部分对应地设置，所述波导具有包层(clad)和芯，所述芯的底部设置在第二绝缘膜上。所述方法包括通过在设置在光电转换部分之上的部件被蚀刻得比第二绝缘膜快的条件下部分蚀刻所述部件来形成开口，从而形成所述包层，并在所述开口中形成所述芯。
[0006]根据本发明的一方面的固态图像拾取装置包括设置在半导体衬底中的多个光电转换部分。第一绝缘膜设置在光电转换部分之上，并且用作抗反射膜。多个第二绝缘膜与光电转换部分对应地设置在第一绝缘膜上。每个第二绝缘膜用作蚀刻停止膜。所述固态图像拾取装置还包括多个波导，每个波导包括包层和芯，所述芯的底部与对应的第二绝缘膜接触。所述芯由与第二绝缘膜相同的材料制成。
[0007]从以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的进一步的特征将变得清晰。
【附图说明】
[0008]图1是第一实施例的固态图像拾取装置的像素单元的电路图。
[0009]图2是显示第一实施例的固态图像拾取装置的像素单元的平面图中的布局的表不ο
[0010]图3Α至图3C是用于制造第一实施例的固态图像拾取装置的方法的表示。
[0011]图4Α至图4C是用于制造第一实施例的固态图像拾取装置的方法的表示。
[0012]图5Α和图5Β是用于制造第一实施例的固态图像拾取装置的方法的表示。
[0013]图6是第一实施例的固态图像拾取装置的示意性局部截面图。
[0014]图7是第一实施例的平面图中的布局的示意图。
[0015]图8A和图8B是显示第一实施例的修改的平面图中的布局的示意图。
[0016]图9是根据第二实施例的固态图像拾取装置的示意性截面图。
[0017]图10是固态图像拾取装置和图像拾取系统的框图。
[0018]图11A至图11D是用于制造根据第四实施例的固态图像拾取装置的方法的表示。
[0019]图12是根据第五实施例的固态图像拾取装置的示意性局部截面图。
[0020]图13A至图13C是用于制造第五实施例的固态图像拾取装置的方法的表示。
[0021]图14是根据第六实施例的固态图像拾取装置的示意性局部截面图。
[0022]图15A和图15B均是根据第七实施例的固态图像拾取装置的示意性局部截面图。
[0023]图16A至图16C是用于制造根据第八实施例的固态图像拾取装置的方法的示意图。
[0024]图17A至图17C是用于制造根据第八实施例的固态图像拾取装置的方法的示意性截面图。
[0025]图18A和图18B是用于制造根据第八实施例的固态图像拾取装置的方法的示意性截面图。
[0026]图19A和图19B是用于制造根据第八实施例的固态图像拾取装置的方法的示意性截面图。
[0027]图20A和图20B是第八实施例的固态图像拾取装置的示意性局部截面图。
[0028]图21是根据第九实施例的固态图像拾取装置的示意性截面图。
【具体实施方式】
[0029]在日本专利公开N0.2006-191000中用于形成波导的蚀刻停止膜可被部分蚀刻，因此，可使蚀刻停止膜的厚度减小，或者膜可被蚀刻损伤。因此，可使充当抗反射膜的蚀刻停止膜的光学性能降低。
[0030]在日本专利公开N0.2008-041726中，蚀刻停止膜不用于在除了像素部分之外的区域中进行用于形成接触孔的蚀刻。如果一些损伤在蚀刻期间发生，则噪声可发生，因此，降低图像质量。本发明解决这些问题中的至少一个。
[0031]本发明涉及一种用于制造固态图像拾取装置的方法，所述固态图像拾取装置包括例如设置在半导体衬底上的光电转换部分、第一绝缘膜、第二绝缘膜和波导。第一绝缘膜充当光电转换部分之上的抗反射膜。第二绝缘膜设置在第一绝缘膜上，与光电转换部分对应。波导具有包层和芯，芯的底部设置在第二绝缘膜上。在用于制造固态图像拾取装置的方法中，通过下述方式形成包层，即，通过部分蚀刻设置在光电转换部分之上的部件来形成开口，并在所述开口中形成芯。为了形成所述开口，在第二绝缘膜的蚀刻速率低于所述部件的蚀刻速率的条件下执行蚀刻。该方法可防止抗反射膜的光学性能的降低。
[0032]固态图像拾取装置包括在半导体衬底上的多个光电转换部分、第一绝缘膜和多个第二绝缘膜，第一绝缘膜用作光电转换部分之上的抗反射膜，所述多个第二绝缘膜设置在第一绝缘膜上，以与相应的光电转换部分对应。固态图像拾取装置还包括多个波导，每个波导包括包层和芯，芯由与第二绝缘膜相同的材料制成。所述芯的底部与第二绝缘膜接触。具有这样的结构的固态图像拾取装置可表现出增强的灵敏度。
[0033]现在将参照附图对本发明的示例性实施例进行描述。在以下描述中，将不对半导体的常见结构和制造方法中的部分和步骤进行详细说明。在以下实施例中，氮化硅的折射率高于氧化硅的折射率，氮氧化硅的折射率位于这些折射率之间。例如，氮化硅具有大约1.75至2.34的折射率，氧化硅具有大约1.35至1.54的折射率。可见光具有大约360nm至830nm 的范围内的波长(Iwanami Rikagaku Jiten，第五版，由 Iwanami Shoten 出版)。
[0034]本文提及的开口可穿过层间绝缘膜，或者可以是不穿过层间绝缘膜的凹陷的形式，并可被称为孔。在以下描述中，将在形成了开口的结构中描述具有波导的实施例。然而，开口不限于此用途。本发明的实施例可广泛地用于半导体器件。本文提及的蚀刻选择比是指第一部件的蚀刻速率与第二部件的蚀刻速率的比率。随着蚀刻选择比增大，第一部件将被更多地蚀刻。相反，随着蚀刻选择比减小，第二部件将比第一部件蚀刻得更多。本文提及的相同材料是指含有相同的主成分的材料。例如，氮化硅可具有不同的氮含量，它们在以下实施例中被认为是相同材料。
[0035]第一实施例
[0036]现在将参照图1至图7和图10对第一实施例的固态图像拾取装置进行描述。描述首先将参照图1、图2、图7和图10。
[0037]图1是第一实施例的固态图像拾取装置的像素单元的电路图。像素单元100包括四个光电二极管(以下称为PD) 101至104、四个传输晶体管105至108、单个重置晶体管110和单个放大晶体管112。此外，提供了浮置扩散节点(以下称为FD节点)109。在第一实施例的描述中，信号电荷是指电子，晶体管为η型。
[0038]其阳极均与地连接的四个ro 101至104将入射光转换为根据入射光的量的电荷，并储存所述电荷。四个传输晶体管105至108各自用作将在ro 101至104中的对应一个处产生的信号电荷传送到FD节点109的传送器。更具体地讲，第一 ro 101与第一传输晶体管105的源极连接，第二 ro 102与第二传输晶体管106的源极连接。此外，第三ro 103与第三传输晶体管107的源极连接，第四ro 104与第四传输晶体管108的源极连接。第一传输晶体管105至第四传输晶体管108的漏极连接在一起，以限定FD节点109。放大晶体管112的栅电极与FD节点109连接。放大晶体管112的漏极和源极分别与电源线111和输出信号线113连接。因此，根据FD节点109的电势的信号输出到输出信号线113。重置晶体管110与FD节点109连接，并将FD节点109的电势重置为期望的电势。同时，可分别通过将电流施加于传输晶体管105至108来重置101至104。电源线111具有至少两个电势，可通过将FD节点109设置于两个电势来将信号输出到输出信号线113。输出信号线与多个像素连接。输出信号线113的端子与读出电路(稍后描述)连接。
[0039]当包括至少一个光电转换部分的重复单元限定像素时，图1中所示的像素单元100具有四个像素。然而，像素单元100中的像素的数量不限于四个。此外，像素单元loo可包括选择晶体管或电容器。虽然ro在本实施例中充当光电转换部分，但是光电门(photogate)可用作光电转换部分。
[0040]图10显示固态图像拾取装置和图像拾取系统的图解构造。在图10中，固态图像拾取装置1001包括像素部分1011、垂直扫描电路1012、两个读出电路1013、两个水平扫描电路1014和两个输出放大器1015。除了像素部分之外的区域被称为外围电路部分1016。
[0041]在图10中，图1中所示的多个像素单元以两维方式布置在像素部分1011中。换句话讲，多个像素布置在像素部分1011中。每个像素单元包括多个像素。每个读出电路1013包括例如列放大器、⑶S电路和加法器，并执行从由垂直扫描电路1012通过垂直信号线选择的行中的像素读取的信号的放大和相加。对于每个像素列或者对于每两个或更多个像素列，提供列放大器、CDS电路和加法器。每个水平扫描电路1014产生用于依次从对应的读出电路1013读出信号的信号。每个输出放大器1015放大由水平扫描电路1014选择的列中的信号，并输出放大的信号。该构造仅仅是固态图像拾取装置的示例性实施例之一，在其它实施例中可提供其它构造。例如，读出电路1013、水平扫描电路1014和输出放大器1015形成两个输出路径，每一输出路径设置在像素部分1011的垂直方向的各一侧。然而，在另一个实施例中，可提供三个或更多个输出路径。
[0042]现在将参照图2对与图1对应的平面图中的布局进行描述。图2是平面图中的布局的示意性平面图，并且显示将组件的轮廓投影在主表面上的半导体衬底的主表面上的结构。在图2中所示的结构中，设置了第一 ro 201至第四ro 204。为了简单起见，图2显示作为ro的一部分的电荷储存区(η型半导体区)。第一传输晶体管至第四传输晶体管的栅电极205至208分别与第一 ro 201至第四ro 204对应地布置。第一传输晶体管和第二传输晶体管的漏极是共同的，该共同区域充当第一浮置扩散区209 (以下称为第一 FD区)。第三传输晶体管和第四传输晶体管的漏极是共同的，该共同区域充当第二浮置扩散区210(以下称为第二 FD区)。第一 FD区209、第二 FD区210和放大晶体管的栅电极212通过连接布线213连接。放大晶体管的栅电极212和连接布线213形成一体。第一 FD区209和连接布线213与共享接触部件(contact) 214连接，第二 FD区210和连