固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的制造方法及電子裝置的制造方法
【專利說明】固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的制造方法及電子裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年7月31日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP 2013-159565和2013年3月11日提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)JP 2013-048404的權(quán)益，將這些日本優(yōu)先權(quán)專利申請(qǐng)的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的制造方法及電子裝置。特別地，本發(fā)明涉及能夠進(jìn)一步提高飽和電荷量和靈敏度特性的固態(tài)成像器件、固態(tài)成像器件的制造方法以及電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]在相關(guān)技術(shù)中，在包括諸如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)之類的具有圖像采集功能的電子裝置中使用了諸如電荷耦合器件(CCD)或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器之類的固態(tài)成像器件。
[0005]通常，在CMOS圖像傳感器中，為使光電二極管的開口率最大化(伴隨像素尺寸的小型化增加)，通常使用共用像素技術(shù)。在此像素共用技術(shù)中，在多個(gè)像素之間共用晶體管，且通過使像素部中的除光電二極管之外的元件占用的面積最小化來確保光電二極管的面積。于是，可以通過使用像素共用技術(shù)來例如提高光電二極管的飽和信號(hào)量和靈敏度特性。
[0006]例如，在專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)2、專利文獻(xiàn)3和專利文獻(xiàn)4中，披露了采用像素共用技術(shù)的CMOS圖像傳感器中的各種像素部的布局。
[0007][引用列表]
[0008][專利文獻(xiàn)]
[0009][專利文獻(xiàn)I]
[0010]日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2010-147965
[0011][專利文獻(xiàn)2]
[0012]日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2010-212288
[0013][專利文獻(xiàn)3]
[0014]日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2007-115994
[0015][專利文獻(xiàn)4]
[0016]日本未審查專利申請(qǐng)公開號(hào)2011-049446

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]技術(shù)問題
[0018]在相關(guān)技術(shù)的CMOS圖像傳感器中，用于驅(qū)動(dòng)光電二極管所需的晶體管和像素形成在與硅基板相同的平面上，且傳感器在面積方面受到約束以確保面積下限值的特性。例如，如果為了提高光電二極管的飽和電荷量和靈敏度特性而擴(kuò)大光電二極管面積，那么由于減小了伴隨該光電二極管的晶體管的區(qū)域，所以由晶體管引起的隨機(jī)噪聲加劇，且電路的增益下降。另一方面，在確保晶體管的面積時(shí)，光電二極管的飽和電荷量和靈敏度特性下降。因此，存在著在不減小晶體管的面積的情況下提高光電二極管的飽和信號(hào)量和靈敏度特性的需求。
[0019]期望能夠進(jìn)一步提高飽和電荷量和靈敏度特性。
[0020]問題的解決方案
[0021]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供了具有硅基板的固態(tài)成像器件。至少第一光電二極管形成在所述硅基板中。還包括外延層和傳輸晶體管，所述外延層的第一表面與所述硅基板的表面相鄰，且所述傳輸晶體管的柵極電極從所述至少第一光電二極管延伸至所述外延層的與所述第一表面相對(duì)的第二表面。
[0022]根據(jù)其它實(shí)施例，所述固態(tài)成像器件包括浮動(dòng)擴(kuò)散部，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部形成在所述外延層中并電接觸所述傳輸晶體管的所述柵極電極。
[0023]可還包括形成在所述外延層中的多個(gè)像素晶體管。所述像素晶體管可與所述硅基板的形成有所述至少第一光電二極管的至少一部分重疊。
[0024]所述固態(tài)成像器件可還包括形成在所述外延層中的第二光電二極管。所述第二光電二極管可電接觸所述傳輸晶體管的所述柵極電極。
[0025]在所述外延層中可形成多個(gè)光電二極管。所述第一光電二極管和形成在所述外延層中的所述光電二極管可電接觸所述傳輸晶體管的所述柵極電極。此外，可設(shè)置多個(gè)釘扎層，且形成在所述外延層中的所述多個(gè)光電二極管可通過所述多個(gè)釘扎層層疊在深度方向上。另外，在與所述外延層的所述第一表面平行的平面上，形成在所述外延層中的所述多個(gè)光電二極管中的至少一者的面積可不同于形成在所述外延層中的所述多個(gè)光電二極管中的其它光電二極管的面積。形成在所述外延層中的所述光電二極管可與形成在所述硅基板中的所述光電二極管的至少一部分重疊。可還包括浮動(dòng)擴(kuò)散部，所述浮動(dòng)擴(kuò)散部的至少一部分與所述第一光電二極管的至少一部分重疊。所述固態(tài)成像器件可還包括多個(gè)像素晶體管，所述多個(gè)像素晶體管形成在所述外延層中并與所述第一光電二極管的至少一部分重置。
[0026]根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例，提供了固態(tài)成像器件。所述固態(tài)成像器件包括多個(gè)像素，每個(gè)所述像素形成在半導(dǎo)體基板中，且所述多個(gè)像素關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱。所述固態(tài)成像器件還包括位于所述半導(dǎo)體基板上的外延層以及形成在所述外延層中的浮動(dòng)擴(kuò)散部。還提供了多個(gè)傳輸柵極電極，每個(gè)所述像素通過一個(gè)所述傳輸柵極電極電連接到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。
[0027]根據(jù)所述固態(tài)成像器件的至少一些實(shí)施例，所述多個(gè)像素布置成關(guān)于所述浮動(dòng)擴(kuò)散部對(duì)稱。所述固態(tài)成像器件可還包括形成在所述外延層中的多個(gè)像素晶體管。所述多個(gè)傳輸柵極電極可以布置成關(guān)于所述浮動(dòng)擴(kuò)散部對(duì)稱。
[0028]根據(jù)本發(fā)明更其它實(shí)施例，提供了用于制造固態(tài)成像器件的方法。所述方法包括在硅基板中形成光電二極管以及在所述硅基板上形成外延層。所述方法還包括通過進(jìn)行從所述外延層的表面至所述硅基板的挖除來形成挖除部，所述挖除部到達(dá)環(huán)繞所述光電二極管的N型區(qū)域的P型阱。此外，所述方法包括通過在所述挖除部的內(nèi)表面上形成柵極氧化膜來形成柵極電極。
[0029]根據(jù)其它實(shí)施例，提供了包括光學(xué)系統(tǒng)的電子裝置。此外，提供了包括固態(tài)成像器件的成像元件，所述固態(tài)成像器件從所述光學(xué)系統(tǒng)接收光。所述裝置的固態(tài)成像器件包括片上透鏡、防反射膜和硅基板，所述防反射膜與所述硅基板的第一表面連接，且所述片上透鏡通過至少所述防反射膜與所述硅基板的所述第一表面分離。至少第一光電二極管形成在所述硅基板中。還提供了外延層，所述外延層的第一表面與所述硅基板的表面相鄰。所述固態(tài)成像器件還包括傳輸晶體管，所述傳輸晶體管的柵極電極從至少第一光電二極管延伸至所述外延層的與所述第一表面相對(duì)的第二表面。此外，所述裝置還包括從所述成像元件接收信號(hào)的信號(hào)處理電路。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的其它實(shí)施例，提供了電子裝置。所述電子裝置包括光學(xué)系統(tǒng)和成像元件，所述成像元件包括從所述光學(xué)系統(tǒng)接收光的固態(tài)成像器件。所述固態(tài)成像器件包括形成在半導(dǎo)體基板中的多個(gè)像素，所述多個(gè)像素關(guān)于中心點(diǎn)對(duì)稱。所述固態(tài)成像器件還包括位于所述半導(dǎo)體基板上的外延層以及形成在所述外延層中的浮動(dòng)擴(kuò)散部。還包括多個(gè)傳輸柵極電極，每個(gè)所述像素通過一個(gè)所述傳輸柵極電極電連接到所述浮動(dòng)擴(kuò)散部。所述裝置還包括從所述成像元件接收信號(hào)的信號(hào)處理電路。
[0031]本發(fā)明的有益效果
[0032]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，可以進(jìn)一步提高飽和電荷量和靈敏度特性。
[0033]本發(fā)明的實(shí)施例的附加特征和優(yōu)點(diǎn)從下面的說明中，尤其是當(dāng)與附圖一起時(shí)將變得更加顯而易見。
【附圖說明】
[0034]圖1是示出了具有本發(fā)明的固態(tài)成像器件的像素的第一實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0035]圖2A是示出了使用4像素共用結(jié)構(gòu)的像素的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0036]圖2B是示出了使用4像素共用結(jié)構(gòu)的像素的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0037]圖3A是示出了相關(guān)技術(shù)的像素的結(jié)構(gòu)的平面圖。
[0038]圖3B是示出了相關(guān)技術(shù)的像素的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0039]圖4是示出了像素的第一實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0040]圖5是示出了像素的第二實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0041]圖6是示出了像素的第三實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0042]圖7是示出了像素的第四實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0043]圖8是示出了像素的第五實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0044]圖9是示出了像素的第六實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0045]圖10是示出了像素的第七實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0046]圖11是描述了第一步驟的剖面圖。
[0047]圖12是描述了第二步驟的剖面圖。
[0048]圖13是描述了第三步驟的剖面圖。
[0049]圖14是描述了第四步驟的剖面圖。
[0050]圖15是描述了第五步驟的剖面圖。
[0051]圖16是描述了第六步驟的剖面圖。
[0052]圖17是描述了第七步驟的剖面圖。
[0053]圖18是描述了第八步驟的剖面圖。
[0054]圖19是描述了第九步驟的剖面圖。
[0055]圖20是描述了第十步驟的剖面圖。
[0056]圖21是描述了第十一步驟的剖面圖。
[0057]圖22是描述了第十二步驟的剖面圖。
[0058]圖23是示出了像素的第八實(shí)施例的構(gòu)造示例的剖面圖。
[0059]圖24示出了在固態(tài)成像器件的結(jié)構(gòu)中使用的SOI基板。
[0060]圖25是描述了第二^^一步驟的剖面圖。
[0061]圖26是描述了第二十二步驟的剖面圖。
[0062]圖27是描述了第二十三步驟的剖面圖。
[0063]圖28是描述了第二十四步驟的剖面圖。
[0064]圖29是描述了第二十五步驟的剖面圖。
[0065]圖30是描述了第二十六步驟的剖面圖。
[0066]圖31是描述了第二十七步驟的剖面圖。
[0067]圖32是描述了第二十七步驟的平面圖。
[0068]圖33是描述了第二十八步驟的剖面圖。
[0069]圖34是描述了第二十八步驟的平面圖。
[0070]圖35是描述了第二十九步驟的剖面圖。
[0071]圖36是描述了第三十步驟的剖面圖。
[0072]圖37是描述了第三^^一步驟的剖面圖。
[0073]圖38是描述了第三十二步驟的剖面圖。
[0074]圖39是描述了第三十三步驟的剖面圖。
[0075]圖40是描述了第三十四步驟的剖面圖。
[0076]圖41是描述了第三十五步驟的剖面圖。
[0077]圖42是描述了第三十六步驟的剖面圖。
[0078]圖43是描述了第三十七步驟的剖面圖。
[0079]圖44是描述了第三十八步驟的剖面圖。