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TW201545329A - 固體攝像元件及固體攝像元件之製造方法、及電子機器 - Google Patents

固體攝像元件及固體攝像元件之製造方法、及電子機器 Download PDF

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TW201545329A
TW201545329A TW104111475A TW104111475A TW201545329A TW 201545329 A TW201545329 A TW 201545329A TW 104111475 A TW104111475 A TW 104111475A TW 104111475 A TW104111475 A TW 104111475A TW 201545329 A TW201545329 A TW 201545329A
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Takuya Sano
Ryusei NAITO
Kazunobu Ota
Original Assignee
Sony Corp
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Publication date
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Abstract

本發明技術係關於可抑制光電二極體之傳送特性降低之固體攝像元件、固體攝像元件之製造方法及電子機器。 本發明技術係以與形成於矽基板25之光電二極體42之層到達至同一深度之方式形成浮動擴散區56，並於其等之間形成傳送電晶體之閘極55。此時，藉由傳送電晶體之閘極55而被控制開關之通道44設為形成於形成有光電二極體42之矽基板25之構成。藉由此種構成，蓄積於光電二極體42之電荷可沿相對於深度方向垂直之方向傳送至浮動擴散區，且沿深度方向設定傳送路徑，藉而可抑制因傳送路徑消失所產生之傳送特性之降低。本技術可適用於固體攝像元件。

Description

固體攝像元件及固體攝像元件之製造方法、及電子機器
本技術係關於固體攝像元件、固體攝像元件之製造方法及電子機器，特別係關於可抑制來自光電二極體之電荷傳送特性降低之固體攝像元件、固體攝像元件之製造方法、及電子機器。
先前，於CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互補金屬氧化物半導體)影像感測器中，隨著像素尺寸之微細化發展，為使光電二極體(PD)之開口率最大化，而多採用共用像素之技術(像素共用技術)。該像素共用技術係藉由於複數個像素間共用電晶體，而使像素部之除光電二極體以外之元件之佔有面積最小化，以此確保光電二極體之開口面積之技術。藉由使用該像素共用技術，可改善光電二極體之例如飽和信號量或感度等特性(參照專利文獻1至4)。
上述構造中形成電晶體之層係作為磊晶層而形成於形成光電二極體之層上。又，作為自光電二極體對浮動擴散區之電荷傳送方法，採用使用縱型電晶體之方法或以II(Ion Implant：離子植入)連接之II plug(插塞)方法等。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2010-147965號公報
[專利文獻2]日本特開2010-212288號公報
[專利文獻3]日本特開2007-115994號公報
[專利文獻4]日本特開2011-049446號公報
另一方面，若利用上述技術而構成包含先前之埋入光電二極體之背面照射型CMOS影像感測器，則採用將光電二極體與浮動擴散區沿相對於像素平面垂直之方向積層之構造。因此，自光電二極體向浮動擴散區傳送電荷之路徑必須構成為以縱型電晶體或II進行連接之II plug等相對於像素平面為垂直方向之傳送路徑。
然而，若沿垂直方向構成傳送路徑，則由於傳送路徑整體變長，而有導致成為像素信號之電荷之傳送特性降低之情況。此外，亦必須在確保形成用於確保傳送路徑之II plug的區域之基礎上，形成埋入光電二極體，而有使形成光電二極體之層之佈局圖案受到限制之情形。再者，由於必須於形成傳送閘極之前形成埋入光電二極體，故無法使用自我對準II(Ion Implant：離子植入)而有導致相對於沿垂直方向積層之光電二極體與浮動擴散區之對準之穩固性降低之情況。
本技術係鑑於此種狀況而完成者，特別是藉由將浮動擴散區形成至與光電二極體同一深度，可將傳送路徑沿相對於像素平面平行之方向(水平方向)構成，而抑制傳送特性之降低。
本技術之一態樣之背面照射型之固體攝像元件包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成。
上述傳送電晶體之閘極可形成於上述第2層。
本技術之一態樣之背面照射型之固體攝像元件可進而包含浮動擴散區，其檢測由上述光電二極體傳送之電荷；且上述浮動擴散區可 形成於包含上述第2層之位置。
上述浮動擴散區係可以使其一部分與上述光電二極體之一部分相對於光之入射方向為同一深度之方式構成；且於上述同一深度之上述浮動擴散區之一部分與上述光電二極體之一部分之間，形成藉由上述傳送電晶體控制開關之通道。
上述浮動擴散區可整體構成為一體，並貫通上述第1層而形成於包含上述第2層之位置。
上述浮動擴散區可於上述第1層及上述第2層之各者分離而形成。
上述浮動擴散區可形成於上述第2層；且以貫通上述第1層之方式雕刻形成將上述浮動擴散區電性連接之接點。
可於上述第1層，以夾著上述像素電晶體之方式，於與上述像素電晶體之汲極及源極各者鄰接之位置形成氧化膜。
可於上述第2層，於與上述第1層之上述氧化膜對應之位置，形成埋入氧化膜作為連續之構成。
上述第1層及上述第2層之邊界面且上述第2層上之上述光電二極體之表面側釘札層可藉由p型之磊晶成長而形成。
上述表面釘札層可藉由in-situ doped(原位摻雜)Epi成長而形成。
可於上述浮動擴散區與上述傳送電晶體之閘極之間，形成厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜。
上述浮動擴散區可形成於上述第2層；且以貫通上述第1層之方式雕刻形成將上述浮動擴散區電性連接之金屬配線。
亦可以包圍上述傳送電晶體之閘極之方式，形成厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜。
亦可以跨越上述浮動擴散區與上述光電二極體之方式，僅形成上述傳送電晶體之閘極之底部，其他部位可形成為直徑較上述底部更 小。
本技術之一態樣係背面照射型之固體攝像元件之製造方法，該固體攝像元件包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成；該製造方法係於形成上述第1層後，以上述傳送電晶體之閘極形成於上述第2層之方式，於上述第1層形成雕刻，並以上述閘極形成於上述第2層之方式，於上述雕刻形成上述傳送電晶體。
本技術之一態樣係包含背面照射型之固體攝像元件之電子機器，該固體攝像元件包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成。
於本技術之一態樣中，像素電晶體形成於第1層；光電二極體形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；利用傳送電晶體控制上述光電二極體之電荷之傳送；上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成。
根據本技術之一態樣，可抑制蓄積於光電二極體之電荷之傳送特性降低。又，可減小為確保傳送路徑而形成光電二極體之層之圖案的制約。再者，可抑制相對於形成像素電晶體與光電二極體之層彼此之對準之穩固性之降低。
21‧‧‧晶載透鏡
22‧‧‧彩色濾光片
23‧‧‧遮光金屬
24‧‧‧背面釘札層
25‧‧‧矽基板
26‧‧‧磊晶層
41‧‧‧分離層
42‧‧‧光電二極體
42a‧‧‧n+層
42b‧‧‧n層
43‧‧‧表面釘札層
44‧‧‧通道
51‧‧‧閘極
52‧‧‧通道
53‧‧‧汲極
54‧‧‧源極
55‧‧‧閘極
56‧‧‧浮動擴散區
61‧‧‧雕刻
71‧‧‧閘極氧化膜
91‧‧‧次浮動擴散區
101‧‧‧通道
121‧‧‧接點
141‧‧‧氧化膜
171‧‧‧氧化膜
181‧‧‧埋入氧化膜
191‧‧‧表面釘札層
211‧‧‧氧化膜
212‧‧‧FD接點
221‧‧‧金屬配線
231‧‧‧溝槽
231n‧‧‧底部
231r‧‧‧底部
301‧‧‧攝像裝置
311‧‧‧光學系統
312‧‧‧固體攝像元件
313‧‧‧信號處理電路
314‧‧‧監視器
315‧‧‧驅動電路
316‧‧‧使用者介面
S11‧‧‧步驟
S12‧‧‧步驟
S13‧‧‧步驟
S14‧‧‧步驟
S15‧‧‧步驟
S16‧‧‧步驟
T1‧‧‧厚度
T2‧‧‧厚度
圖1係說明本技術之第1實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖2係說明圖1之固體攝像元件之製造方法之流程圖。
圖3係說明圖1之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖4係說明圖1之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖5係說明圖1之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖6係說明圖1之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖7係說明圖1之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖8係說明圖1之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖9係說明本技術之第2實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖10係說明本技術之第3實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖11係說明本技術之第4實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖12係說明本技術之第5實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖13係說明本技術之第6實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖14係說明本技術之第7實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖15係說明圖14之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖16係說明本技術之第8實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖17係說明圖16之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖18係說明本技術之第9實施形態之固體攝像元件之構成例之圖。
圖19係說明圖18之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖20係說明本技術之第10實施形態之固體攝像元件之構成例之 圖。
圖21係說明圖20之固體攝像元件之製造方法之圖。
圖22係說明本技術之第11實施形態即包含具備固體攝像元件之攝像裝置之電子機器之構成例的圖。
另，說明係按以下順序進行。
1.第1實施形態(將浮動擴散區雕刻至形成光電二極體之層而形成之例)
2.第2實施形態(將浮動擴散區於形成光電二極體之層及形成像素電晶體之層各者分離而形成之例)
3.第3實施形態(將浮動擴散區形成於形成光電二極體之層，並於磊晶層雕刻而形成接點之例)
4.第4實施形態(以夾著像素電晶體之方式形成氧化膜之例)
5.第5實施形態(以夾著像素電晶體之方式形成氧化膜，進而亦連接於形成光電電晶體之矽基板而形成雕入氧化膜之例)
6.第6實施形態(藉由in-situ doped(原位摻雜)成長形成表面釘札層之例)
7.第7實施形態(於傳送電晶體之閘極與浮動擴散區之間形成氧化膜之例)
8.第8實施形態(於傳送電晶體之閘極與浮動擴散區之間形成氧化膜，並將FD接點設為金屬配線之例)
9.第9實施形態(除了於傳送電晶體之閘極與浮動擴散區之間以外，以包圍閘極之方式形成氧化膜之例)
10.第10實施形態(除了於傳送電晶體之閘極與浮動擴散區之間以外，以包圍閘極之方式形成氧化膜，僅將閘極之底部設為執行寬度，而使其以外較細之例)
11.第11實施形態(包含具有本技術之固體攝像元件之攝像裝置之電子機器的構成例)
<1.第1實施形態>
圖1係表示應用本技術之固體攝像元件之第1實施形態之構成例之圖。另，圖1之固體攝像元件係背面照射型之固體攝像元件。於圖1中，入射光相對於固體攝像元件之行進方向(深度方向)係自圖中之下方向指向上方向，於以後，圖中各層之上方之面為正面，下方之面為背面。因此，圖中之下部為較深之位置，相對於此，圖中之上部為較淺之位置。又，圖1係固體攝像元件之1個像素量之側面剖面圖。
自圖中之下方，於入射光之行進方向之開端位置，設置有晶載透鏡(On chip lens)21，而將入射光以於光電二極體42受光之方式聚光。
於圖中之晶載透鏡21上設置有彩色濾光片(Color Filter)22，而使經由晶載透鏡21入射之光中之特定波長之光透過至光電二極體42。
於彩色濾光片22之周圍設置有遮光金屬23，遮光金屬23對透過晶載透鏡21及彩色濾光片22之光，以避免入射至鄰接之其他像素之光電二極體42之方式進行遮光。
於彩色濾光片22之圖中之上方，設置有背面釘札(pinning)層24，且形成作為矽(Si)基板25與彩色濾光片22之元件分離層。
於矽基板25上，於圖中之中央部設置有包含N型區域之光電二極體(Photo Diode：PD)42，於其周圍設置有分離層41。光電二極體42採用此種埋入式構成，藉由光電效應產生與入射光之光量相應之電荷，並經由藉由傳送電晶體之閘極55控制開關之通道44而輸出至浮動擴散區56。
於矽基板25之圖中之上方，設置有包含P型區域之表面釘札(pinning)層43，且形成作為矽(Si)基板25與磊晶層(P-Epi)26之元件分 離層。
於矽基板25上形成有磊晶層(P-Epi)26，於其上設置有放大電晶體(AMP)、重置電晶體(RST)或選擇電晶體(SEL)之像素電晶體之閘極(AMP、或RST或SEL)51。再者，於該閘極51之下方，設置有藉由閘極51控制開關並連接汲極(Drain)53與源極(Source)54之通道(Channel)52。另，作為像素電晶體之構成，亦可根據需要而採用不設置選擇電晶體(SEL)之構成。
又，在磊晶層26上，於矽基板25之通道44之上部，以貫通磊晶層26之方式埋入形成有控制通道44之開關之傳送電晶體之閘極(TRG)55。再者，以接觸於通道44之側面部之方式將浮動擴散區56設置為貫通磊晶層26。
亦即，如圖1所示，亦可設定為如下構成：將浮動擴散區56之圖中之底部以與光電二極體42之圖中之上部相對於入射光之行進方向(深度方向)為同一位置之方式，貫通磊晶層26而設置。
根據此種構成，通道44構成作為將藉由光電二極體42所蓄積之電荷傳送至浮動擴散區56之傳送路徑，並藉由傳送電晶體之閘極55控制其開關。藉此，構成為經由通道44而於相對於入射光之行進方向(深度方向)垂直之方向(相對於像素平面平行之方向)形成傳送路徑，以免傳送距離變長。其結果，由於傳送距離並未變長，故而可減少傳送特性之降低。而且，由於無須於埋入式光電二極體42設置確保傳送路徑所必要之II plug，故可消除於矽基板25上確保用於II plug之區域之圖案制約。
<圖1之固體攝像元件之製造方法>
接著，參照圖2之流程圖，對圖1之固體攝像元件之製造方法進行說明。
於步驟S11中，於n型之矽基板(n-Si)25形成分離層41、光電二極 體42及表面釘札層43。亦即，如圖3之下部所示，於如圖3之上部所示之矽基板(n-Si)25形成分離層(p)41、光電二極體42及表面釘札層(p+)43。另，如圖3之下部所示，光電二極體42包含n+層(n+)42a及n層(n)42b。
於步驟S12中，於矽基板25之圖中之上部形成p型之磊晶層(P-Epi)26。亦即，如圖4所示，藉由步驟S11之處理，於形成有分離層(p)41、光電二極體42及表面釘札層(p+)43之矽基板25之圖中之上部，形成磊晶層(P-Epi)26。如圖4所示，光電二極體42係以被分離層41與磊晶層26包圍之狀態形成為埋入式。
於步驟S13中，形成用於構成埋入型傳送電晶體(TRG)之閘極55及通道44之雕刻。亦即，如圖5所示，於磊晶層26之形成傳送電晶體之閘極(TRG)55及通道44之位置，形成貫通磊晶層26且到達至矽基板25之深度為止之雕刻61。此時，將該雕刻61設定為至少與成為光電二極體42之上部之n+層42a接觸之位置且為該深度者。
於步驟S14中，形成放大電晶體(AMP)、重置電晶體(RST)或選擇電晶體(SEL)此類之像素電晶體之n型通道(n)52，及設置於傳送電晶體之閘極55之下方之n型通道(n)44。進而，於圖中之磊晶層26上形成氧化膜71。亦即，如圖6所示，於磊晶層26之上部形成n型通道(n)52，於雕刻61之底部分別形成通道(n)44。進而，自圖中之上部，於通道(n)52及通道(n)44之整體形成氧化膜71。另，圖1中雖未圖示但形成有該氧化膜71。
於步驟S15中，形成放大電晶體(AMP)、重置電晶體(RST)或選擇電晶體(SEL)此類之像素電晶體之閘極51及傳送電晶體之閘極(TRG)55。亦即，如圖7所示，於通道(n)52上形成閘極(AMP/RST/SEL)51，於與雕刻61對應之位置形成傳送電晶體之閘極55。
於步驟S16中，形成放大電晶體(AMP)、重置電晶體(RST)或選擇電晶體(SEL)此類之像素電晶體之汲極(N++)53、源極(N++)54及浮動擴散區(N++)56。亦即，如圖8所示，汲極(N++)53及源極(N++)54形成於通道52之兩端部。又，如圖8所示，浮動擴散區(N++)係以至少接觸於通道44之方式形成。
其後，藉由於矽基板25之圖中之下部設置背面釘札層24、遮光金屬23、彩色濾光片22及晶載透鏡21，而製造如圖1所示之固體攝像元件。
藉由以此種製造方法製造固體攝像元件，形成到達至光電二極體42之上部之深度為止之浮動擴散區56，且形成連結其等之通道44，故可於相對於深度方向(圖中之垂直方向)垂直之方向(圖中之水平方向)確保來自光電二極體42之電荷之傳送路徑。
其結果，藉由沿深度方向(縱向)形成傳送路徑，可減低由於傳送距離變長而引起之傳送特性之降低。而且，於形成埋入式之光電二極體42時，無須為確保傳送路徑而形成II plug，故而可消除該目的之圖案之制約。
另，關於作為磊晶層26與矽基板25之元件分離層之表面釘札層43，可設為藉由注入雜質而形成者。然而，於將磊晶層26設為如圖1所示之P型(P-Epi)者之情形時，磊晶層之P型濃度若為可將光電二極體42與(包含閘極51、通道52、汲極53及源極54之)像素電晶體充分分離之濃度，則無須注入P型雜質構成表面釘札層43，於該情形時，亦可削減形成表面釘札層43之工序。
亦即，當磊晶層26濃度較低時，無論其為n型還是p型，均必須藉由注入P型雜質，形成將光電二極體42與(包含閘極51、通道52、汲極53及源極54之)電晶體分離之表面釘札層(阱)43。
又，傳送電晶體之閘極55可於形成磊晶層26後進行挖掘而形 成，亦可於形成磊晶層26之前形成，藉由選擇成長形成磊晶層26。於後者時，可於形成磊晶層26之前，於對傳送電晶體之閘極55進行加工後，利用使用傳送電晶體之閘極55之自我對準進行II(Ion Implant：離子植入)注入而形成光電二極體42，從而可抑制相對於光電二極體42與傳送電晶體之閘極55之對準之穩固性之降低。因此，可使傳送電晶體之閘極55之周邊設計成為近似於先前之配置成同一平面狀之構造之狀態，從而可緩和用於確保向縱向之傳送路徑之圖案之制約。
又，關於浮動擴散區56，可於相對於形成磊晶層26之工序於前或於後進行之情形時，皆分別進行II注入且進行連接而形成；亦可於形成磊晶層26後，進行多級打漿而形成。
再者，由於藉由將形成光電二極體與像素電晶體之層沿入射光之入射方向(深度方向)分割而形成，可擴大光電二極體之面積，故可提高感度及像素電容Qs。又，因可將各像素配置成完全對稱，故可改善像素間差。再者，藉由利用被埋入至磊晶層26之傳送電晶體之閘極55，而於矽基板25上確保相對於入射光之入射方向為垂直方向(相對於深度方向為垂直方向)之傳送路徑，可改善縱向傳送特有之傳送特性劣化。
又，由於可配置像素電晶體之面積增大，故而可針對構成各像素之光電二極體之大小確保充分之長度與寬度，因此可藉由像素電晶體引起之隨機雜訊減小影響。
<2.第2實施形態>
以上，已對以使浮動擴散區56之底部與光電二極體42之上部之深度一致之方式形成磊晶層26之例進行說明。然而，由於只要沿相對於深度方向為垂直方向(圖1之水平方向)確保來自光電二極體42之電荷之傳送路徑即可，故亦可採用將次浮動擴散區以成為與連接於光電二極體42之通道44接觸之位置之方式，與浮動擴散區56分開設置且彼 此電性連接之構成。
圖9表示構成為將次浮動擴散區(SubFD)91以成為與連接於光電二極體42之通道44接觸之位置及深度之方式設置，且經由通道101而與浮動擴散區(FD)56連接之固體攝像元件之構成例。另，對與圖1之固體攝像元件之構成具備相同功能之構成，標註相同之名稱及相同之符號，且適當省略其說明。
亦即，於圖9之固體攝像元件中，由於次浮動擴散區91設置於與光電二極體42之上部大致同等之深度且與通道44連接之位置，故可將來自光電二極體42之電荷之傳送路徑設為相對於深度方向垂直之方向(圖9中之水平方向)。藉由此種構成，可發揮與圖1之固體攝像元件相同之效果。
又，圖2之固體攝像元件之情形時，由於傳送時以外，次浮動擴散區91與浮動擴散區56係物理分離之構造，故可減低浮動擴散區56之電容增加引起之轉換效率之降低。
再者，藉由構成為於次浮動擴散區91與浮動擴散區56之間經由通道101而具有電位差，可降低對殘像或輸出劣化之影響。
<3.第3實施形態>
因只要沿相對於深度方向為垂直方向(圖中之水平方向)確保來自光電二極體42之電荷之傳送路徑即可，故亦可以成為與連接於光電二極體42之通道44接觸之位置及深度之方式，將浮動擴散區56設置於矽基板25上。於該情形時，亦可於矽基板25上形成磊晶層26後，以接觸於浮動擴散區56之方式產生雕刻，並於該雕刻設置接點。
圖10係固體攝像元件之構成例，該固體攝像元件具有如下構成：於矽基板25上形成浮動擴散區56，其後，設置磊晶層26，且以到達至浮動擴散區56之方式於磊晶層26設置雕刻，並以接觸於浮動擴散區56之方式設置接點121。
於圖10之固體攝像元件中，由於藉由薄化磊晶層26，可於垂直方向上縮短接點121，故可抑制傳送特性降低。亦即，可使圖10之磊晶層26之厚度T2薄於圖1之磊晶層26之厚度T1(>T2)。又，由於浮動擴散區56形成於矽基板25上，故關於與光電二極體42之水平方向之位置關係，可近似於先前之構造及設計。
另，於使用接點121之情形時，浮動擴散區56可如圖10所示，僅形成於矽基板25，亦可如圖1之固體攝像元件，於磊晶層26之形成前後藉由複數次數之II而形成，可選擇其任一者。另，藉由於磊晶層26之形成前後利用複數次數之II而形成浮動擴散區56，可將磊晶層26薄型化，且可進一步縮短接點121之長度。
<4.第4實施形態>
亦可將氧化膜用於放大電晶體(AMP)、重置電晶體(RST)或選擇電晶體(SEL)等(包含閘極51、通道52、汲極53及源極54之)像素電晶體、傳送電晶體之閘極55及浮動擴散區56之分離。
圖11表示將氧化膜用於放大電晶體(AMP)、重置電晶體(RST)或選擇電晶體(SEL)等(包含閘極51、通道52、汲極53及源極54之)像素電晶體、傳送電晶體之閘極55及浮動擴散區56之分離之、固體攝像元件之構成例。
亦即，分別於圖11之磊晶層26上之汲極53之左端部、及源極54之右端部設置有氧化膜141作為元件分離層。
藉此，可抑制鄰接像素間之混色或暈光，再者，與II分離相比，藉由使用氧化膜分離有助於降低電容，故而可提高轉換效率。
<5.第5實施形態>
於第4實施形態中，已針對於磊晶層26上分別於汲極53之左端部、及源極54之右端部設置氧化膜141作為元件分離層之例進行說明。然而，亦可設為如下構成：使設置於汲極53之左端部之氧化膜 141進而延伸至矽基板25側，且於矽基板25內亦形成埋入氧化膜而將鄰接像素間完全分離。
圖12表示將氧化膜141延伸至矽基板25側，並於該位置之矽基板25內形成埋入氧化膜之固體攝像元件之構成例。
亦即，於圖12之固體攝像元件中，設置有將氧化膜141自汲極(D)53之左端部延伸至矽基板25之氧化膜171，進而以連接於氧化膜171之方式，於矽基板25內設置有埋入氧化膜181。又，埋入氧化膜181設為與遮光金屬23接觸之構成。進而，亦於光電二極體42之右端部設置有埋入氧化膜181，同樣設為與遮光金屬23接觸之構成。且，亦於源極(S)54之右端部設置有氧化膜171。
藉由此種構成，可抑制鄰接像素間之於矽基板25內之混色或暈光。又，藉由將埋入氧化膜181與磊晶層26之氧化膜171連接，可將鄰接像素間完全分離。再者，埋入氧化膜181亦可埋入與遮光金屬23相同之材質(例如，如W(鎢)之金屬)。
再者，藉由將埋入氧化膜181與遮光金屬23連接，可抑制由晶載透鏡21聚光後之光透過至鄰接像素，故可使其入射至矽基板25內之光電二極體42。其結果，可提高光電二極體42之感度。
<6、第6實施形態>
矽基板25與磊晶層(P-Epi)26之界面附近之表面釘札層(雜質擴散層)亦可藉由In-situ doped Epi成長而形成。
圖13表示藉由In-situ doped Epi成長形成有表面釘札層(雜質擴散層)之固體攝像元件之構成例。亦即，圖13中顯示表面釘札層(p+-Epi)191係藉由In-situ doped Epi成長而形成者時之固體攝像元件之構成例。
即，當於矽基板25內藉由雜質注入而形成光電二極體42後，為了形成磊晶層26而開始磊晶層之成長時，則界面附近之雜質因磊晶層 成長中之熱(例如，可實現優質之磊晶成長之1000℃左右之熱)而進行擴散。
於該情形時，已知難以將界面附近之PN接合以陡峭之輪廓製作，PN接合之電容減少，光電二極體42之電容Qs減少。因此，若為根據磊晶層26之成長狀態，一面控制雜質之注入量一面使磊晶層26成長之In-situ doped Epi成長，則可於保持所期望之陡峭之輪廓之同時，持續形成磊晶層。
其結果，可抑制光電二極體42之電容Qs減少。
<7.第7實施形態>
亦可於閘極55與浮動擴散區56之間配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜，以抑制浮動擴散區56之電容增加引起之轉換效率之下降，且緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場。
圖14表示於閘極55與浮動擴散區56之間例如配置SiO2作為氧化膜之固體攝像元件之構成例。另，圖14之左部係由一點鏈線之塊狀所示之2像素×2像素之4個像素共用配置於其中心之浮動擴散區56時之俯視圖。又，圖14之右部係圖14之左部之2像素×2像素之以虛線表示之ab間之剖面圖。
如圖14之左部所示，於連接於設置於2像素×2像素之中心之由4個像素共用之浮動擴散區56之、各像素(光電二極體42)之角部，設置有傳送電晶體之閘極55。又，於該浮動擴散區56與閘極55之間設置有包含SiO2之氧化膜211。再者，於2像素×2像素之圖中之上下設置有像素電晶體之閘極51。
如圖14之右部所示，於浮動擴散區56與閘極55之間設置有包含SiO2之氧化膜211。
藉由設為於閘極55與浮動擴散區56之間配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜(SiO2)之構成，可抑制浮動擴散區56之電容增加引起之 轉換效率降低。再者，由於可緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場，故可提高傳送電晶體之閘極之可靠性。
<圖14之固體攝像元件之製造方法>
接著，參照圖15，對圖14之固體攝像元件之製造方法進行說明。另，此處，埋入式之光電二極體42與浮動擴散區56設為形成中之狀態者。
於第1工序中，如圖15之左上部所示，於磊晶層26之形成氧化膜211之區域形成溝槽，接著，對溝槽填充形成氧化膜211之SiO2。另，溝槽亦可為氣隙。
於第2工序中，如圖15之左下部所示，以跨越光電二極體42與浮動擴散區56之方式，形成傳送電晶體之閘極55，且形成其他像素電晶體之閘極51。
於第3工序中，如圖15之右上部所示，於對浮動擴散區56注入雜質後，形成FD接點212而完成。另，於以上製造方法中，已對自磊晶層26之底部之浮動擴散區56之雜質注入結束之狀態開始製造之例進行說明，而於第3工序中，亦可於形成FD接點212前之處理中進行雜質注入。
根據以上製造方法，可製造具備於閘極55與浮動擴散區56之間配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜(SiO2)之構成之固體攝像元件。
其結果，可抑制浮動擴散區56之電容增加引起之轉換效率降低。而且，由於可緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場，故可提高傳送電晶體之閘極之可靠性。
<8.第8實施形態>
以上，已對於閘極55與浮動擴散區56之間配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜(SiO2)之固體攝像元件進行說明，進而，亦可藉由金屬配線相對於浮動擴散區進行連接而實現埋入式之浮動擴散區。
圖16係於閘極55與浮動擴散區56之間配置SiO2作為氧化膜，進而相對於浮動擴散區56以金屬配線進行連接而實現埋入式之浮動擴散區56之固體攝像元件之構成例。圖16之左部係與圖14之情形相同。又，圖16之右部係圖16之左部之2像素×2像素之以虛線表示之ab間之剖面圖。
如圖16之右部所示，於浮動擴散區56與閘極55之間設置有包含SiO2等之氧化膜211。進而，浮動擴散區56係藉由金屬配線221於磊晶層26之底部連接，成為埋入式之浮動擴散區56。
藉由如圖16所示之構成，可抑制浮動擴散區56之電容增加引起之轉換效率降低。又，由於可緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場，故可提高傳送電晶體之閘極之可靠性。再者，可利用金屬配線221實現像素之進一步微細化。
<圖16之固體攝像元件之製造方法>
接著，參照圖17，對圖16之固體攝像元件之製造方法進行說明。於第1工序中，如圖17之左上部所示，於磊晶層26之形成有氧化膜211之區域與形成有金屬配線221之區域形成溝槽，接著，對溝槽填充形成氧化膜211之SiO2。由於第2工序係與上述內容相同之處理，故省略其說明。
於第3工序中，如圖17之右上部所示，以與設置於磊晶層26之底部之浮動擴散區56電性連接之方式形成溝槽，並以與浮動擴散區56連接之方式形成金屬配線221而完成。另，浮動擴散區56與金屬配線221之接點亦可藉由夾著薄型絕緣膜而形成。
根據以上製造方法，可製造於閘極55與浮動擴散區56之間配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜(SiO2)並進而包含連接於浮動擴散區56之金屬配線221的固體攝像元件。
其結果，可抑制浮動擴散區56之電容增加引起之轉換效率降 低。且，由於可緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場，故而可提高傳送電晶體之閘極之可靠性。再者，藉由擴大用於形成氧化膜211之溝槽寬度及使用金屬配線221，可實現像素之微細化。
<9.第9實施形態>
以上，已針對於浮動擴散區56與閘極55之間配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜SiO2之例進行說明，進而，亦可以包圍閘極55之方式填充厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜SiO2。
圖18表示於閘極55與浮動擴散區56之間配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜SiO2，進而以包圍閘極55之方式配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜SiO2之固體攝像元件之構成例。
如圖18之左部所示，於連接於設置於2像素×2像素之中心之由4個像素共用之浮動擴散區56之、各像素(光電二極體42)之角部，設置有傳送電晶體之閘極55。又，以包圍閘極55之方式設置有包含SiO2之氧化膜。再者，於2像素×2像素之圖中之上下設置有像素電晶體之閘極51。
如圖18之右部所示，於浮動擴散區56與閘極55之間設置包含SiO2等之氧化膜211，進而以包圍閘極55之方式進行設置。
藉由設為除了於閘極55與浮動擴散區56之間以外，亦於閘極55之周圍配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜(SiO2)之構成，僅傳送電晶體之閘極55之底部有助於電荷傳送。其結果，由於可減低浮動擴散區56之電容之增加，故可抑制轉換效率降低。此外，由於可緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場，故可提高傳送電晶體之閘極之可靠性。
<圖18之固體攝像元件之製造方法>
接著，參照圖19，對圖18之固體攝像元件之製造方法進行說明。
於第1工序中，如圖19之左上部所示，於磊晶層26形成溝槽，且注入雜質而形成浮動擴散區56後，對溝槽填充形成氧化膜211之SiO2。
於第2工序中，如圖19之左下部所示，於氧化膜211之底部，以跨越光電二極體42與浮動擴散區56之方式，形成傳送電晶體之閘極55，且形成其他像素電晶體之閘極51。
於第3工序中，如圖19之右上部所示，以使浮動擴散區56成為埋入式之方式，連接金屬配線221而完成。
根據以上製造方法，可製造具備除了於閘極55與浮動擴散區56之間以外，以包圍閘極55之方式配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜(SiO2)之構成之固體攝像元件。
其結果，可以更高之精度抑制浮動擴散區56之電容增加引起之轉換效率降低。而且，由於可以更高之精度緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場，故可進一步提高傳送電晶體之閘極之可靠性。進而，可實現像素尺寸之微細化。
<10.第10實施形態>
以上，已對除了於浮動擴散區56與閘極55之間以外，以包圍閘極55之方式配置厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜SiO2之例進行說明，進而，亦可藉由將傳送電晶體之閘極55，除了必須為跨越光電二極體42與浮動擴散區56之執行寬度之部位以外者細化，而可進一步實現像素之微細化。
圖20表示將傳送電晶體之閘極55，除了必須為跨越光電二極體42與浮動擴散區56之執行寬度之部位以外者細化之固體攝像元件之構成例。
圖20之左部之俯視圖之構成係與圖18之情形相同。又，如圖20之右下部所示，於浮動擴散區56與閘極55之間設置包含SiO2等之氧化 膜211，進而以包圍閘極55之方式設置。另，圖20之右上部係與圖18之右部之構成相同者。
進而，如圖20之右下部所示，閘極55之頂部設為與圖18之右部所示之閘極55相比更小之構成。又，圖20之右下部之以虛線包圍之閘極55之底部之執行寬度(直徑)設為可跨越浮動擴散區56與光電二極體42之最小寬度(直徑)。藉由設為如圖20之閘極55所示之構成，可於頂部及底部以外實現細小化。
根據此種構成，可抑制浮動擴散區56之電容增加引起之轉換效率降低。又，由於可緩和閘極55與浮動擴散區56之間之電場，故可提高傳送電晶體之閘極之可靠性。進而，可以更高之精度實現像素之微細化。
<圖20之固體攝像元件之製造方法>
接著，參照圖21，對圖20之固體攝像元件之製造方法進行說明。
於第1工序中，如圖21之左上部所示，於磊晶層26之形成氧化膜211之區域形成溝槽，並對溝槽填充形成氧化膜211之SiO2。
於第2工序中，如圖21之左下部所示，於氧化膜211之底部，形成於後續處理中可跨越光電二極體42與浮動擴散區56之寬度之溝槽231。
於第3工序中，如圖21之右上部所示，相對於溝槽231之底部，藉由各向同性蝕刻而形成較溝槽231之直徑更大直徑，且成為跨越光電二極體42與浮動擴散區56之最小寬度之直徑的底部231r、231n。藉由形成該底部231r、231n，而成為可以包含最小寬度之執行寬度跨越光電二極體42與浮動擴散區56之構成。
於第4工序中，如圖21之右下部所示，於溝槽231形成閘極55，成為以僅底部231r、231n有助於電荷傳送之狀態跨越光電二極體42與 浮動擴散區56之形狀。
於第5工序中，如圖20之右下部所示，金屬配線221係以將浮動擴散區設為埋入式者之方式電性連接而完成。
根據此種製造方法，如圖20之右下部所示，可以於底部231r、231n跨越光電二極體42與浮動擴散區56之方式構成閘極55之直徑。其結果，於圖20之右下部之固體攝像元件中，與(與圖18之右部相同之)圖20之右上部之構成進行比較，可縮小閘極55之頂部，故可使像素進一步微細化。
<11.第11實施形態>
第1至第10實施形態所示之固體攝像元件可應用於搭載於例如智慧型電話或行動電話等電子機器之攝像裝置。
圖22係表示具有第1至第10實施形態之固體攝像元件之搭載於電子機器之攝像裝置之構成例的方塊圖。
如圖22所示，攝像裝置301構成為具備：光學系統311、固體攝像元件312、信號處理電路313、監視器314、驅動電路315及使用者介面316，可拍攝靜態圖像或動態圖像。
光學系統311構成為具有1個或複數個透鏡，將來自被攝體之像光(入射光)引導至固體攝像元件312，使其於固體攝像元件312之攝像面上成像。
固體攝像元件312係上述各實施形態之固體攝像元件之任一者。於固體攝像元件312，根據經由光學系統311而成像於受光面之像，於特定期間蓄積電子。又，將與蓄積於固體攝像元件312之電子相應之信號供給至信號處理電路313。此外，固體攝像元件312係根據自驅動電路315供給之驅動信號(時序信號)而進行信號傳送。
信號處理電路313對自固體攝像元件312輸出之像素信號實施各種信號處理。藉由使信號處理電路313實施信號處理而獲得之圖像信 號被供給至未圖示之記憶體並被記憶(記錄)。
監視器314係由LCD(Liquid Crystal Display：液晶顯示器)等構成，顯示自信號處理電路313輸出之圖像信號。
驅動電路315驅動光學系統311及固體攝像元件312。
使用者介面316係由按鈕或觸控面板等構成，受理使用者之操作，將與該操作相應之信號供給至監視器314或驅動電路315。
藉由作為如圖22所示之攝像裝置搭載於電子機器之固體攝像元件，可實現藉由光電二極體42所蓄積之電荷之傳送特性得到提高之攝像裝置。
另，本技術亦可採用如下構成。
(1)一種背面照射型之固體攝像元件，其包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成。
(2)如技術方案(1)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述傳送電晶體之閘極形成於上述第2層。
(3)如技術方案(1)或(2)之背面照射型之固體攝像元件，其中進而包含浮動擴散區，其檢測自上述光電二極體傳送之電荷；且上述浮動擴散區形成於包含上述第2層之位置。
(4)如技術方案(3)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區係以使其一部分與上述光電二極體之一部分相對於光之入射方向為同一深度之方式構成；於上述同一深度之上述浮動擴散區之一部分、與上述光電二極體之一部分之間，形成藉由上述傳送電晶體控制開關之通道。
(5)如技術方案(3)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區係整體構成為一體，並貫通上述第1層而形成於包含上述第2層之位置。
(6)如技術方案(3)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區係於上述第1層及上述第2層之各者分離而形成。
(7)如技術方案(3)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區形成於上述第2層；以貫通上述第1層之方式雕刻形成將上述浮動擴散區電性連接之接點。
(8)如技術方案(3)之背面照射型之固體攝像元件，其中於上述第1層，以夾著上述像素電晶體之方式，於與上述像素電晶體之汲極及源極各者鄰接之位置形成氧化膜。
(9)如技術方案(8)之背面照射型之固體攝像元件，其中於上述第2層，於與上述第1層之上述氧化膜對應之位置，形成埋入氧化膜作為連續之構成。
(10)如技術方案(1)至(9)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述第1層及上述第2層之邊界面且上述第2層上之上述光電二極體之表面側釘札層係藉由p型之磊晶成長而形成。
(11)如技術方案(10)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述表面釘札層係藉由in-situ doped Epi成長而形成。
(12)如技術方案(3)之背面照射型之固體攝像元件，其中於上述浮動擴散區與上述傳送電晶體之閘極之間，形成厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜。
(13)如技術方案(12)之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區形成於上述第2層；以貫通上述第1層之方式雕刻形成將上述浮動擴散區電性連接之金屬配線。
(14)如技術方案(12)之背面照射型之固體攝像元件，其中以包圍上述傳送電晶體之閘極之方式，形成厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜。
(15)如技術方案(12)之背面照射型之固體攝像元件，其中以跨越上述浮動擴散區與上述光電二極體之方式，僅形成上述傳送電晶體之閘極之底部，其他部位形成為直徑較上述底部更小。
(16)一種背面照射型之固體攝像元件之製造方法，該固體攝像元件包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成；該製造方法係於形成上述第1層後，以上述傳送電晶體之閘極形成於上述第2層之方式，於上述第1層形成雕刻；且以上述閘極形成於上述第2層之方式，於上述雕刻形成上述傳送電晶體。
(17)一種包含背面照射型之固體攝像元件之電子機器，該固體攝像元件包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成。
21‧‧‧晶載透鏡
22‧‧‧彩色濾光片
23‧‧‧遮光金屬
24‧‧‧背面釘札層
25‧‧‧矽基板
26‧‧‧磊晶層
41‧‧‧分離層
42‧‧‧光電二極體
43‧‧‧表面釘札層
44‧‧‧通道
51‧‧‧閘極
52‧‧‧通道
53‧‧‧汲極
54‧‧‧源極
55‧‧‧閘極
56‧‧‧浮動擴散區
T1‧‧‧厚度

Claims (17)

  1. 一種背面照射型之固體攝像元件，其包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成。
  2. 如請求項1之背面照射型之固體攝像元件，其中上述傳送電晶體之閘極形成於上述第2層。
  3. 如請求項1之背面照射型之固體攝像元件，其中進而包含浮動擴散區，其檢測自上述光電二極體傳送之電荷；且上述浮動擴散區形成於包含上述第2層之位置。
  4. 如請求項3之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區係以使其一部分與上述光電二極體之一部分相對於光之入射方向為同一深度之方式構成；於上述同一深度之上述浮動擴散區之一部分、與上述光電二極體之一部分之間，形成有藉由上述傳送電晶體控制開關之通道。
  5. 如請求項3之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區整體構成為一體，並貫通上述第1層而形成於包含上述第2層之位置。
  6. 如請求項3之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區係於上述第1層及上述第2層之各者分離而形成。
  7. 如請求項3之背面照射型之固體攝像元件，其中 上述浮動擴散區形成於上述第2層；以貫通上述第1層之方式雕刻形成將上述浮動擴散區電性連接之接點。
  8. 如請求項3之背面照射型之固體攝像元件，其中於上述第1層，以夾著上述像素電晶體之方式，於與上述像素電晶體之汲極及源極各者鄰接之位置形成氧化膜。
  9. 如請求項8之背面照射型之固體攝像元件，其中於上述第2層，於與上述第1層之上述氧化膜對應之位置，形成埋入氧化膜作為連續之構成。
  10. 如請求項1之背面照射型之固體攝像元件，其中上述第1層及上述第2層之邊界面且上述第2層上之上述光電二極體之表面側釘札層係藉由p型之磊晶成長而形成。
  11. 如請求項10之背面照射型之固體攝像元件，其中上述表面釘札層係藉由in-situ doped(原位摻雜)Epi成長而形成。
  12. 如請求項3之背面照射型之固體攝像元件，其中於上述浮動擴散區與上述傳送電晶體之閘極之間，形成有厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜。
  13. 如請求項12之背面照射型之固體攝像元件，其中上述浮動擴散區形成於上述第2層；以貫通上述第1層之方式雕刻形成將上述浮動擴散區電性連接之金屬配線。
  14. 如請求項12之背面照射型之固體攝像元件，其中以包圍上述傳送電晶體之閘極之方式，形成厚度為閘極氧化膜以上之氧化膜。
  15. 如請求項12之背面照射型之固體攝像元件，其中僅有上述傳送電晶體之閘極之底部以跨越上述浮動擴散區與上述光電二極體之方式形成，，其他部位形成為直徑較上述底 部更小。
  16. 一種背面照射型之固體攝像元件之製造方法，該固體攝像元件包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成；該製造方法係於形成上述第1層後，以上述傳送電晶體之閘極形成於上述第2層之方式，於上述第1層形成雕刻；且以上述閘極形成於上述第2層之方式，於上述雕刻形成上述傳送電晶體。
  17. 一種包含背面照射型之固體攝像元件之電子機器，該固體攝像元件包含：像素電晶體，其形成於第1層；光電二極體，其形成於與上述第1層於深度方向分離之第2層；及傳送電晶體，其控制上述光電二極體之電荷之傳送；且上述傳送電晶體係埋入於上述第1層而形成。
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