固態(tài)攝像器件、固態(tài)攝像器件的制造方法以及電子裝置的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】固態(tài)攝像器件、固態(tài)攝像器件的制造方法以及電子裝置
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)包含于2013年5月16日向日本專(zhuān)利局提交的日本在先專(zhuān)利申請(qǐng)JP2013-104000的公開(kāi)內(nèi)容相關(guān)的主題，在這里將該在先申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及包括例如在半導(dǎo)體基板中的光電二極管的固態(tài)攝像器件，還涉及所述固態(tài)攝像器件的制造方法以及含有所述固態(tài)攝像器件的電子裝置。
【背景技術(shù)】
[0004]諸如COMS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)圖像傳感器等的固態(tài)攝像器件是由類(lèi)似于CMOS集成電路的工藝制造的。這種固態(tài)攝像器件包括其中二維地排列有多個(gè)像素的像素陣列部。另外，通過(guò)在采用上述工藝的同時(shí)使用小型化技術(shù)，這種固態(tài)攝像器件能夠容易地形成對(duì)于每個(gè)像素具有放大功能的有源結(jié)構(gòu)。另外，這種固態(tài)攝像器件的優(yōu)點(diǎn)在于:包括諸如用于驅(qū)動(dòng)像素陣列部的驅(qū)動(dòng)電路以及用于對(duì)來(lái)自每個(gè)像素的輸出信號(hào)進(jìn)行處理的信號(hào)處理電路等電路的周邊電路部集成在與形成有像素的芯片(基板)相同的芯片(基板)上。因此，CMOS圖像傳感器已經(jīng)獲得了越來(lái)越多的關(guān)注，并且已經(jīng)對(duì)CMOS圖像傳感器進(jìn)行了許多研究和開(kāi)發(fā)。
[0005]近年來(lái)，針對(duì)這種CMOS圖像傳感器，已經(jīng)提出了一種固態(tài)攝像器件，其中，在一個(gè)像素中，三個(gè)光電二極管沿垂直方向?qū)盈B設(shè)置，這三個(gè)光電二極管用于分別對(duì)具有R、G和B各自波長(zhǎng)的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。另外，已經(jīng)提出了其中兩個(gè)光電二極管在一個(gè)像素中層疊設(shè)置的結(jié)構(gòu)(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。在這些固態(tài)攝像器件中，多個(gè)光電二極管層疊設(shè)置在半導(dǎo)體基板中，并因此，例如，使用所謂的垂直晶體管從部分光電二極管中讀取信號(hào)電荷。此外，已經(jīng)提出了這樣的技術(shù):其中，光電二極管靠近垂直晶體管(在垂直晶體管的側(cè)面?zhèn)?層疊設(shè)置并且從垂直晶體管的側(cè)面進(jìn)行電荷傳輸以在垂直晶體管的底部形成所謂的溢流路徑(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)3)。
[0006][引用列表]
[0007][專(zhuān)利文獻(xiàn)]
[0008]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:JP2009-295937A
[0009]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:JP2010_114273A
[0010]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:JP2012-199489A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]技術(shù)問(wèn)題
[0012]如上所述的那些在固態(tài)攝像器件中使用的垂直晶體管具有這樣的柵極電極:所述柵極電極的一部分可能嵌入于例如半導(dǎo)體基板中。期望抑制在這種垂直晶體管的柵極電極與光電二極管之間的傳輸?shù)娜毕?，并且提高良品率?br>[0013]期望提供能夠抑制垂直晶體管中的傳輸缺陷并且提高良品率的固態(tài)攝像器件、制造固態(tài)攝像器件的方法以及電子裝置。
[0014]技術(shù)方案
[0015]根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件包括:半導(dǎo)體基板；光電二極管，其形成在所述半導(dǎo)體基板中；晶體管，其具有部分或全部嵌入所述半導(dǎo)體基板中的柵極電極，所述晶體管被構(gòu)造成經(jīng)由所述柵極電極從所述光電二極管讀取信號(hào)電荷；以及電荷傳輸層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述光電二極管之間。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件的制造方法包括:形成具有柵極電極的晶體管，所述柵極電極的部分或全部嵌入半導(dǎo)體基板中，所述半導(dǎo)體基板含有光電二極管，所述晶體管被構(gòu)造成經(jīng)由所述柵極電極從所述光電二極管讀取信號(hào)電荷；并且在所述柵極電極與所述光電二極管之間形成電荷傳輸層。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方式的電子裝置包括固態(tài)攝像器件，該固態(tài)攝像器件包括:半導(dǎo)體基板；光電二極管，其形成在所述半導(dǎo)體基板中；晶體管，其具有部分或全部嵌入所述半導(dǎo)體基板中的柵極電極，所述晶體管被構(gòu)造成經(jīng)由所述柵極電極從所述光電二極管讀取信號(hào)電荷；以及電荷傳輸層，其設(shè)置在所述柵極電極與所述光電二極管之間。
[0018]本發(fā)明的上述實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件和電子裝置均包括形成在半導(dǎo)體基板中的光電二極管以及晶體管，所述晶體管被構(gòu)造成經(jīng)由部分或全部嵌入所述半導(dǎo)體基板中的柵極電極從所述光電二極管讀取信號(hào)電荷。在所述光電二極管與所述柵極電極之間包括有電荷傳輸層，這抑制了由所述柵極電極的底面在深度方向上的位置差異而造成的信號(hào)電荷的傳輸?shù)娜毕荨?br>[0019]在根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件的制造方法中，在半導(dǎo)體基板中形成光電二極管，然后，形成被構(gòu)造成經(jīng)由部分或全部嵌入所述半導(dǎo)體基板中的柵極電極從所述光電二極管讀取信號(hào)電荷的晶體管。在所述柵極電極與所述光電二極管之間形成電荷傳輸層，這抑制了由所述柵極電極的底面在深度方向上的位置差異而造成的信號(hào)電荷的傳輸?shù)娜毕荨?br>[0020]有益效果
[0021]根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件和電子裝置，包括:形成于半導(dǎo)體基板中的光電二極管，以及被構(gòu)造成經(jīng)由部分或全部嵌入所述半導(dǎo)體基板中的柵極電極從所述光電二極管讀取信號(hào)電荷的晶體管。通過(guò)包含有位于所述光電二極管與所述柵極電極之間的電荷傳輸層，抑制了由所述柵極電極的底面在深度方向上的位置差異而造成的信號(hào)電荷的傳輸?shù)娜毕?。因此，能夠抑制由垂直晶體管進(jìn)行的傳輸?shù)娜毕?，并且提高良品率?br>[0022]根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式的制造固態(tài)攝像器件的方法，在半導(dǎo)體基板中形成光電二極管，并且隨后形成被構(gòu)造成經(jīng)由部分或全部嵌入所述半導(dǎo)體基板中的柵極電極從所述光電二極管讀取信號(hào)電荷的晶體管。通過(guò)在所述柵極電極與所述光電二極管之間形成電荷傳輸層，抑制了由所述柵極電極的底面在深度方向上的位置差異而造成的信號(hào)電荷的傳輸?shù)娜毕?。因此，能夠抑制由垂直晶體管進(jìn)彳丁的傳輸?shù)娜毕?，并且提尚良品率?br>[0023]應(yīng)當(dāng)理解，前述一般性說(shuō)明和下面的詳細(xì)說(shuō)明均是示例性的，并且旨在提供所請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)的進(jìn)一步解釋。
【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性第一實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件的概要構(gòu)造的橫截面示意圖。
[0025]圖2A為用于解釋圖1示出的固態(tài)攝像器件的說(shuō)明性制造方法的橫截面示意圖。
[0026]圖2B為不出了圖2A不出的說(shuō)明性工序之后的工序的橫截面不意圖。
[0027]圖2C為不出了圖2B不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0028]圖2D為不出了圖2C不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0029]圖2E為不出了圖2D不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0030]圖3A為示出了在未形成電荷傳輸層的情況下柵極電極與光電二極管的說(shuō)明性連接構(gòu)造的橫截面示意圖。
[0031]圖3B為用于解釋由柵極電極的底面位置在深度方向上的差異而造成的連接中的說(shuō)明性缺陷的橫截面示意圖(在柵極電極的位置淺的情況下)。
[0032]圖3C為用于解釋由柵極電極的底面位置在深度方向上的差異而造成的連接中的說(shuō)明性缺陷的橫截面示意圖(在柵極電極的位置深的情況下)。
[0033]圖4A為示出了在圖1示出的固態(tài)攝像器件中的柵極電極的說(shuō)明性連接構(gòu)造的橫截面示意圖(在柵極電極的位置淺的情況下)。
[0034]圖4B為示出了在圖1示出的固態(tài)攝像器件中的柵極電極的說(shuō)明性連接構(gòu)造的橫截面示意圖(在柵極電極的位置深的情況下)。
[0035]圖5為示出了垂直晶體管的說(shuō)明性示例的橫截面示意圖。
[0036]圖6為示出了垂直晶體管的說(shuō)明性示例的橫截面示意圖。
[0037]圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性第二實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件的概要構(gòu)造的橫截面示意圖。
[0038]圖8A為用于解釋圖7示出的固態(tài)攝像器件的說(shuō)明性制造方法的橫截面示意圖。
[0039]圖8B為不出了圖8A不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0040]圖8C為不出了圖8B不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0041 ] 圖9A為不出了圖8C不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0042]圖9B為不出了圖9A不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0043]圖1OA為示出了圖7中示出的固態(tài)攝像器件中的柵極電極的說(shuō)明性連接構(gòu)造的橫截面示意圖(在柵極電極的位置淺的情況下)。
[0044]圖1OB為示出了圖7中示出的固態(tài)攝像器件中的柵極電極的說(shuō)明性連接構(gòu)造的橫截面示意圖(在柵極電極的位置深的情況下)。
[0045]圖11出了根據(jù)本發(fā)明的說(shuō)明性第三實(shí)施方式的固態(tài)攝像器件的概要構(gòu)造的橫截面示意圖。
[0046]圖12A為用于解釋圖11示出的固態(tài)攝像器件的說(shuō)明性制造方法的橫截面示意圖。
[0047]圖12B為不出了圖12A不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0048]圖12C為不出了圖12B不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0049]圖12D為不出了圖12C不出的工序之后的說(shuō)明性工序的橫截面不意圖。
[0050]圖12E為示出了圖12D示出的工序之后的說(shuō)明性方法的橫截面示意圖。
[0051]圖13為示出了圖11中示出的固態(tài)攝像器件中的柵極電極的說(shuō)明性連接構(gòu)造的橫截面示意圖(在柵極電極的位置淺的情況下)。
[0052]圖14為示出了圖1示出的固態(tài)攝像器件的說(shuō)明性一般構(gòu)造的功能框圖。
[0053]圖15為示出了根據(jù)應(yīng)用示例I的攝像設(shè)備的說(shuō)明性構(gòu)造的功能框圖。
[0054]圖16為示出了根據(jù)應(yīng)用示例2-1的膠囊型內(nèi)窺攝像機(jī)的說(shuō)明性構(gòu)造的功能框圖。
[0055]圖17為示出了根據(jù)應(yīng)用示例2-2的插入型內(nèi)窺攝像機(jī)的說(shuō)明性構(gòu)造的功能框圖。
[0056]圖18為示出了根據(jù)應(yīng)用示例3的視覺(jué)芯片的說(shuō)明性構(gòu)造的功能框圖。
[0057]圖19為示出了根據(jù)應(yīng)用示例4的生物傳感器的說(shuō)明性構(gòu)造的功能框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0058]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的一些說(shuō)明性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)注意，將按照以下順序進(jìn)行說(shuō)明。
[0059]1、第一實(shí)施方式(包含與半導(dǎo)體基板中的凹部的底面相鄰的電荷傳輸層的固態(tài)攝像器件的示例)
[0060]2、第二實(shí)施方式(包含半導(dǎo)體基板中的凹部的底面與電荷傳輸層之間的暗電流抑制層的固態(tài)攝像器件的示例)
[0061]3、第三實(shí)施方式(在半導(dǎo)體基板中