固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像裝置的制造方法和電子設(shè)備的制造方法
【專利說明】固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像裝置的制造方法和電子設(shè)備
[0001]分案申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2012年2月23日、發(fā)明名稱為“固態(tài)成像裝置、固態(tài)成像裝置的制造方法和電子設(shè)備”的申請(qǐng)?zhí)枮?01280009331.0的專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種背面照射型的固態(tài)成像裝置、其制造方法和電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0004]近年來，已經(jīng)提出了一種背面照射型的固態(tài)成像裝置，它從在基板上形成配線層那側(cè)的相對(duì)側(cè)照射光(參照下面的專利文獻(xiàn)1)。在背面照射型的固態(tài)成像裝置中，配線層和電路元件等未形成在光照射側(cè)上，所以在基板上形成的光接收部的開口率可以增加，同時(shí)入射光入射到光接收部，而不會(huì)被配線層等反射，因此改善了敏感度。
[0005]專利文獻(xiàn)1的固態(tài)成像裝置在像素邊界設(shè)置有遮光膜，從而減少了光學(xué)混色。
[0006]引用文獻(xiàn)列表
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本未經(jīng)審查的專利申請(qǐng)公開N0.2010-186818

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]技術(shù)問題
[0010]在這種固態(tài)成像裝置中，追求諸如光學(xué)混色減少等的進(jìn)一步性能改善。
[0011]本發(fā)明提供了一種具有光學(xué)混色減少等的性能進(jìn)一步改善的固態(tài)成像裝置。此外，提供使用這種固態(tài)成像裝置的電子設(shè)備。
[0012]技術(shù)方案
[0013]根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置包括基板和在所述基板上形成的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部。此夕卜，元件隔離部由具有固定電荷的形成為包覆溝部的內(nèi)壁面的絕緣膜構(gòu)成，所述溝部從所述基板的光入射側(cè)在深度方向上形成。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)成像裝置的制造方法包括在基板上形成具有光電轉(zhuǎn)換部的多個(gè)像素的步驟和從所述基板的背面?zhèn)仍谏疃确较蛏闲纬伤枭疃鹊臏喜康牟襟E。還具有在所述溝部的內(nèi)壁面上形成具有固定電荷的絕緣膜和形成元件隔離部的步驟。
[0015]本發(fā)明的電子設(shè)備具有光學(xué)透鏡、由所述光學(xué)透鏡收集的光入射到其中的固態(tài)成像裝置和處理從所述固態(tài)成像裝置輸出的輸出信號(hào)的信號(hào)處理電路。
[0016]有益效果
[0017]根據(jù)本發(fā)明，在固態(tài)成像裝置中，可以進(jìn)一步改善諸如減少混色等特性。此外，通過使用所述固態(tài)成像裝置可以獲得圖像質(zhì)量改善的電子設(shè)備。
【附圖說明】
[0018][圖1]圖1是示出涉及本發(fā)明第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的整體構(gòu)成圖。
[0019][圖2]圖2是示出涉及本發(fā)明第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0020][圖3]圖3是涉及本發(fā)明第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的平面布局。
[0021][圖4]圖4的A和圖4的B是示出涉及本發(fā)明第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的圖。
[0022][圖5]圖5的C和圖5的D是示出涉及本發(fā)明第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的圖。
[0023][圖6]圖6是涉及本發(fā)明第一實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置和常規(guī)固態(tài)成像裝置的要部的電位分布圖。
[0024][圖7]圖7是涉及第一實(shí)施方案的第一變形例的固態(tài)成像裝置的平面布局。
[0025][圖8]圖8是涉及第一實(shí)施方案的第二變形例的固態(tài)成像裝置的平面布局
[0026][圖9]圖9是示出涉及本發(fā)明第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0027][圖10]圖10的A?圖10的C是示出涉及本發(fā)明第二實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的圖。
[0028][圖11]圖11是示出涉及本發(fā)明第三實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0029][圖12]圖12是示出涉及本發(fā)明第四實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0030][圖13]圖13的A和圖13的B是示出涉及本發(fā)明第四實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的圖。
[0031][圖14]圖14的C是示出涉及本發(fā)明第四實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的圖。
[0032][圖15]圖15是示出涉及本發(fā)明第五實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0033][圖16]圖16是示出涉及本發(fā)明第六實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0034][圖17]圖17是示出涉及本發(fā)明第七實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0035][圖18]圖18的A和圖18的B是示出涉及本發(fā)明第七實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的圖。
[0036][圖19]圖19是示出涉及本發(fā)明的第八實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0037][圖20]圖20的A和圖20的B是示出涉及本發(fā)明第八實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置的制造方法的圖。
[0038][圖21]圖21是示出涉及變形例的固態(tài)成像裝置的要部的截面構(gòu)成圖。
[0039][圖22]圖22是涉及本發(fā)明第九實(shí)施方案的電子設(shè)備的示意性構(gòu)成圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]本發(fā)明人在專利文獻(xiàn)1的固態(tài)成像裝置中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了以下問題。
[0041]在背面型的固態(tài)成像裝置中，在其上形成光電二極管的半導(dǎo)體層與前面照射型的固態(tài)成像裝置相比形成為更薄。因此，在常規(guī)的前面照射型的固態(tài)成像裝置中，采取其中使在光電二極管處溢出的信號(hào)電荷在半導(dǎo)體層的深度方向(縱方向)上溢出的構(gòu)成，但在背面照射型的固態(tài)成像裝置中，不可能使得在半導(dǎo)體層的深度方向上溢出。因此，背面照射型的固態(tài)成像裝置被構(gòu)造成使得在光電二極管處溢出的電子流到浮動(dòng)擴(kuò)散部(所謂的橫向溢出)。
[0042]在使用橫向溢出構(gòu)造的情況下，由基板內(nèi)的電位決定從光電二極管溢出的電子流到浮動(dòng)擴(kuò)散側(cè)還是流到相鄰的光電二極管側(cè)。因此，通過在電荷累積時(shí)設(shè)置光電二極管和浮動(dòng)擴(kuò)散部之間的電位高于相鄰的光電二極管和浮動(dòng)擴(kuò)散部之間的電位，溢出的電子可被傳輸?shù)脚R時(shí)的浮動(dòng)擴(kuò)散部。因此，在可以將溢出的電子傳輸?shù)礁?dòng)擴(kuò)散部的構(gòu)成的情況下，飽和電荷量(Qs)的減少成為大問題。另一方面，在飽和電荷量增大的情況下，當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間累積時(shí)從白點(diǎn)像素溢出的電荷泄漏到相鄰的像素中，從而發(fā)生高光溢出(blooming)，成為分辨率劣化和圖像質(zhì)量劣化的原因。
[0043]此外，在如果在像素邊界設(shè)置有遮光膜的構(gòu)造中，在傾斜光進(jìn)入的情況下在遮光膜下方發(fā)生的混色不能被完全抑制。
[0044]在本發(fā)明的實(shí)施方案中，說明可以抑制混色、改善高光溢出的抑制和飽和特性的固態(tài)成像裝置。
[0045]下面，參照?qǐng)D1?圖22說明涉及本發(fā)明實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置、其制造方法和電子設(shè)備的例子。本發(fā)明的實(shí)施方案按以下順序進(jìn)行說明。需要注意的是，本發(fā)明不限于以下例子。
[0046]1.第一實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(四個(gè)像素共享浮動(dòng)擴(kuò)散部的例子)
[0047]1-1固態(tài)成像裝置的整體構(gòu)成
[0048]1-2要部的構(gòu)成
[0049]1-3固態(tài)成像裝置的制造方法
[0050]1-4 變形例 1
[0051]1-5 變形例 2
[0052]2.第二實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(在元件隔離部?jī)?nèi)形成的遮光膜的例子)
[0053]3.第三實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(僅有元件隔離部的基板背面?zhèn)鹊亩瞬拷佑|p型半導(dǎo)體區(qū)域的例子)
[0054]4.第四實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(元件隔離部貫通基板的例子)
[0055]5.第五實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(在元件隔離部?jī)?nèi)形成的遮光層與配線層連接的例子)
[0056]6.第六實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(在元件隔離部中形成兩層固態(tài)電荷膜的例子)
[0057]7.第七實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(元件隔離部是的例子)
[0058]8.第八實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置(元件隔離部是中空的結(jié)構(gòu)的例子)
[0059]8-1變形例
[0060]9.第九實(shí)施方案:電子設(shè)備
[0061]〈L第一實(shí)施方案:固態(tài)成像裝置〉
[0062][1-1固態(tài)成像裝置的整體構(gòu)成]
[0063]圖1是示出涉及本發(fā)明第一實(shí)施方案的CMOS型的固態(tài)成像裝置的整體的示意性構(gòu)成圖。
[0064]本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置1被構(gòu)造成具有像素區(qū)域3 (具有在由硅制成的基板11上排列的多個(gè)像素2)、垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5、水平驅(qū)動(dòng)電路6、輸出電路7和控制電路8等。
[0065]多個(gè)像素2由多個(gè)像素晶體管和光電轉(zhuǎn)換部(由光電二極管構(gòu)成)構(gòu)成，并且以二維陣列形式規(guī)則地排列在基板11上。構(gòu)成像素2的像素晶體管可以是由傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、選擇晶體管和放大晶體管構(gòu)成的4個(gè)M0S晶體管，或者可以是不包括選擇晶體管的3個(gè)晶體管。
[0066]像素區(qū)域3具有以二維陣列形式規(guī)則地排列的多個(gè)像素2。像素區(qū)域3由實(shí)際上接收光、放大通過光電轉(zhuǎn)換生成的信號(hào)電荷并且讀出到列信號(hào)處理電路5的有效像素區(qū)域以及用于輸出將要作為黑水平標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)黑色的黑色標(biāo)準(zhǔn)像素區(qū)域(圖未示)構(gòu)成。黑色標(biāo)準(zhǔn)像素區(qū)域通常形成在有效像素區(qū)域的外周部上。
[0067]控制電路8基于垂直同步信號(hào)、水平同步信號(hào)和主時(shí)鐘生成作為垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5和水平驅(qū)動(dòng)電路6等的操作標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)等。由控制電路8生成的時(shí)鐘信號(hào)和控制信號(hào)輸入到垂直驅(qū)動(dòng)電路4、列信號(hào)處理電路5、水平驅(qū)動(dòng)電路6等。
[0068]垂直驅(qū)動(dòng)電路4例如由移位寄存器構(gòu)成，并且以行單位在垂直方向上順次選擇性地掃描像素區(qū)域3的各像素2。此外，基于根據(jù)在各像素2的光電二極管中的光接收量生成的信號(hào)電荷的像素信號(hào)經(jīng)由垂直信號(hào)線供給到列信號(hào)處理電路5。
[0069]列信號(hào)處理電路5例如配置在像素2的每行中，并且針對(duì)每列像素使用來自黑色標(biāo)準(zhǔn)像素區(qū)域(圖未示，但是在有效像素區(qū)域的外周部上形成)的信號(hào)對(duì)從像素2的各行輸出的信號(hào)進(jìn)行諸如降噪和信號(hào)放大等信號(hào)處理。水平選擇開關(guān)(圖未示)設(shè)置在列信號(hào)處理電路5的輸出段和水平信號(hào)線10之間。
[0070]水平驅(qū)動(dòng)電路6例如由移位寄存器構(gòu)成，通過順次輸出水平掃描脈沖而順次選擇各個(gè)列信號(hào)處理電路5，并且將來自各個(gè)列信號(hào)處理電路5的像素信號(hào)輸出到水平信號(hào)線10。
[0071]輸出電路7對(duì)經(jīng)由水平信號(hào)線10從各個(gè)列信號(hào)處理電路5順次供給的信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理并且輸出信號(hào)。
[0072][1-2要部的構(gòu)成]
[0073]圖2示出本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置1的像素區(qū)域3的截面構(gòu)成，圖3示出本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置1的像素區(qū)域3的平面布局。本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置1以背面照射型的CMOS型固態(tài)成像裝置作為例子，并且是所謂的4個(gè)像素共享成為1個(gè)單元的例子，其中所需的像素晶體管由4個(gè)光電轉(zhuǎn)換部共享。此外，在以下的說明中，第一導(dǎo)電型作為p型說明，第二導(dǎo)電型作為η型說明。
[0074]如圖2所示，本實(shí)施方案的固態(tài)成像裝置1具有基板12(具有多個(gè)像素)、形成在基板12的前面?zhèn)壬系呐渚€層13和支撐基板31。此外，還設(shè)置有在基板12的背面?zhèn)壬享槾涡纬傻木哂泄潭姾傻慕^緣膜(下面稱作固定電荷膜)20、絕緣膜21、遮光膜25、平坦化膜26、濾色層27和片上透鏡28。
[0075]基板12由硅制成的半導(dǎo)體基板構(gòu)成，并且形成為具有厚度1 μπι?6μπι，例如。由光電二極管形成的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換部40以及由構(gòu)成像素電路單元的多個(gè)像素晶體管(Trl?Tr4)構(gòu)成的像素在基板12的像素區(qū)域3上以二維矩陣形式形成。此外，相鄰的光電轉(zhuǎn)換部40由元件隔離部19電氣隔離。此外，盡管圖2的圖中未示出，但是外圍電路部在基板12上形成的像素區(qū)域的周邊區(qū)域中構(gòu)成。
[0076]光電轉(zhuǎn)換部40由在基板12的前面?zhèn)群捅趁鎮(zhèn)壬闲纬傻牡谝粚?dǎo)電型(下面稱作p