專利名稱：固體攝像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置。
背景技術(shù)：
CMOS圖像傳感器是已知的固體攝像裝置的一種。CMOS圖像傳感器具有單一電源， 低電壓驅(qū)動，低消耗電力等特征。CMOS圖像傳感器與CCD同樣，被多像素化，微細化，并且在 同一基板上形成光電二極管(光電變換元件)和晶體管。此外，CMOS圖像傳感器中，用通過光電變換元件而產(chǎn)生的信號電荷來調(diào)制信號電 荷累積部的電位，并通過該電位來調(diào)制像素內(nèi)部的放大晶體管，從而在像素內(nèi)部實現(xiàn)放大 機能。CMOS圖像傳感器中，很好地進行像素內(nèi)的光電二極管的電隔離(electrical isolation)對降低信號噪音非常重要。例如，光電二極管由N型外延層與P型擴散層 構(gòu)成的情況下，該電隔離通過包圍P型擴散層的P型擴散層實現(xiàn)(例如，參照日本特開 2006-286933 號公報)。但是，存在即使進行電隔離也產(chǎn)生信號噪音的情況。具體而言，用于從光電二極管讀取信號的像素晶體管，由讀操作晶體管、復位晶體 管和放大晶體管構(gòu)成，這些晶體管形成于P型擴散層上。這種結(jié)構(gòu)中，若光對光電二極管傾斜地入射，則存在在P型擴散層(電場為零的中 性區(qū)域)中產(chǎn)生電子的情況。該P型擴散層中產(chǎn)生的電子通過擴散而移動，以某種概率進入原本必須檢測出該 電子的像素晶體管之外的其他像素晶體管(例如讀操作晶體管的檢測部分)，從而成為信
號噪音。

發(fā)明內(nèi)容
依照本發(fā)明的一個形態(tài)的固體攝像裝置，包括半導體層，具有第一導電型；多個 擴散層，具有第二導電型，在上述半導體層中陣列狀地配置，各個上述擴散層構(gòu)成像素；像 素晶體管，配置在上述半導體層上；以及絕緣層，配置在上述像素晶體管的正下方，而不配 置在上述多個擴散層的正下方；上述像素晶體管配置在與其電連接的像素以外的其他像素 之間。


圖1是CMOS圖像傳感器的平面圖。圖2是詳細地表示像素區(qū)域的一部分的平面圖。
圖3是表示裝置結(jié)構(gòu)的第1例的剖面圖。圖4是表示裝置結(jié)構(gòu)的第2例的剖面圖。圖5是表示制造方法的剖面圖。圖6是表示制造方法的剖面圖。圖7是表示背面照射型CMOS圖像傳感器的剖面圖。圖8是表示背面照射型CMOS圖像傳感器的剖面圖。圖9是表示照相機模塊的全體的圖。圖10是表示照相機模塊的重要部分的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細說明本發(fā)明的實施方式的固體攝像裝置。這里，作為固體攝像裝置的例子，列舉CMOS圖像傳感器。1裝置結(jié)構(gòu)(1)平面1表示CMOS圖像傳感器的平面圖。芯片1中配置有構(gòu)成CMOS圖像傳感器的主要部分的像素區(qū)域(pixelarea) PA。像 素區(qū)域PA以外的區(qū)域是周邊電路區(qū)域。像素區(qū)域PA由多個像素構(gòu)成。圖2詳細表示圖1中的像素區(qū)域PA中的一部分X。多個像素2A、2B、2C、2D呈陣列裝排列。各像素2A、2B、2C、2D由例如作為光電變換 元件的光電二極管構(gòu)成。多個像素2A、2B、2C、2D之間的區(qū)域中配置有用于從光電二極管讀取信號的像素 晶體管4。本例中，對兩個像素2A、2B設(shè)置一個像素晶體管4。像素晶體管4由例如串聯(lián)連接的讀操作晶體管(read transistor) 5、復位晶體管 (reset transistor) 6及放大晶體管(amplifier transistor) 7構(gòu)成。這些晶體管由例如 場效應晶體管 FET (field effect transistor)構(gòu)成。讀操作晶體管5具有柵極8，復位晶體管6具有柵極9，放大晶體管具有柵極10。像素晶體管4的正下方配置有用于進行多個像素2A、2B、2C、2D的電隔離的擴散層。這里，像素2A、2B的像素晶體管4從像素2A、2B的端部朝向與像素2A、2B不同的 另外的像素2C、2D之間地配置。因此，若采用這樣的布局，則會產(chǎn)生例如由對像素2C、2D傾斜入射的光而在擴散 層內(nèi)產(chǎn)生的電子進入像素2A、2B的像素晶體管4、并成為信號噪音的可能性。于是，下面說明防止這種信號噪音用的裝置的結(jié)構(gòu)。(2)剖面3表示裝置結(jié)構(gòu)的第1個例子。該圖是沿圖2的II-II線的剖面圖。P型半導體基板(P-sub) 11上配置有N型外延層(Nipi) 12A。N型外延層12A內(nèi) 配置有N+型擴散層13。光電二極管由P型半導體基板11、N型外延層12A以及N+型擴散
4層13構(gòu)成。此外，N型外延層12A中配置有P+型擴散層14和P阱區(qū)域20。P+型擴散層14包 圍光電二極管，實現(xiàn)光電二極管的電隔離。P+型擴散層14上的P阱區(qū)域20上配置有用于從像素(光電二極管)2A讀取信號 的像素晶體管4。像素晶體管4連接到平面形狀為方形的N+型擴散層13的角部。像素晶體管4由例如串聯(lián)連接的讀操作晶體管5、復位晶體管6以及放大晶體管7 構(gòu)成。這些晶體管由例如N溝道FET構(gòu)成。讀操作晶體管5具有柵極8，復位晶體管6具有柵極9，放大晶體管7具有柵極10。N型擴散層15、16、17分別作為像素晶體管4的源極/漏極。其中，作為讀操作晶 體管5的漏極的N型擴散層15被特別稱作檢測部(detectionportion)。作為檢測部的N 型擴散層15電連接到放大晶體管7的柵極10。這里，本例中，在像素晶體管4與P+型擴散層14之間配置有絕緣層18。絕緣層18 由氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物等構(gòu)成。該絕緣層18排除了例如由對圖2中的像素2C、2D傾斜入射的光而在P+型擴散層 14中產(chǎn)生的電子進入像素2A的像素晶體管4、從而成為信號噪音的可能性。BP,P+型擴散層14中產(chǎn)生的電子不會進入到像素2A的像素晶體管4，所以能夠降 低信號噪音。另外，由于存在絕緣層18，考慮到P+型擴散層14中產(chǎn)生的電子返回本來必須檢測 出該電子的像素(N+型擴散層)中，所以還能夠?qū)怆姸O管的靈敏度的提高做出貢獻。另外，本例中，像素2A的正下方?jīng)]有配置絕緣層18。這是因為，構(gòu)成光電二極管的N+型擴散層13足夠深，提高了光電二極管的靈敏度。具體而言，BP, N+型擴散層13的底面形成于比絕緣層18的上面還要低的位置。此外，N型外延層12A也可以是P型外延層。如上述所說明的，通過裝置結(jié)構(gòu)的第1個例子，能夠降低作為固體攝像裝置的 CMOS圖像傳感器的信號噪音。圖4表示裝置結(jié)構(gòu)的第2個例子。該圖是沿圖2的II-II線的剖面圖。P型半導體基板(P-sub)ll中配置有P阱區(qū)域(P_well)12B。P阱區(qū)域12B中配置 有N+型擴散層13。光電二極管由P阱區(qū)域12B以及N+型擴散層13構(gòu)成。P阱區(qū)域12B上配置有用于從像素(光電二極管)2A讀取信號的像素晶體管4。像素晶體管4由例如串聯(lián)連接的讀操作晶體管5、復位晶體管6以及放大晶體管7 構(gòu)成。這些晶體管由例如場效應晶體管FET構(gòu)成。讀操作晶體管5具有柵極8，復位晶體管6具有柵極9，放大晶體管7具有柵極10。N型擴散層15、16、17分別作為像素晶體管4的源極/漏極。其中，作為讀操作晶 體管5的漏極的N型擴散層15被特別稱作檢測部。作為檢測部的N型擴散層15電連接到 放大晶體管7的柵極10。這里，本例中，在像素晶體管4與P阱區(qū)域12B之間配置有絕緣層18。絕緣層18 由氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物等構(gòu)成。
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該絕緣層18排除了例如由對圖2中的像素2C、2D傾斜入射的光而在P阱區(qū)域12B 中產(chǎn)生的電子進入像素2A的像素晶體管4、從而成為信號噪音的可能性。即，P阱區(qū)域12B中產(chǎn)生的電子不會進入到像素2A的像素晶體管4，所以能夠降低
信號噪音。另外，由于存在絕緣層18，考慮到P阱區(qū)域12B中產(chǎn)生的電子返回本來必須檢測出 該電子的像素(N+型擴散層)中，所以還能夠?qū)怆姸O管的靈敏度的提高做出貢獻。另外，本例中，像素2A的正下方?jīng)]有配置絕緣層18。這是因為，構(gòu)成光電二極管的N+型擴散層13足夠深，提高了光電二極管的靈敏度。具體而言，BP, N+型擴散層13的底面形成于比絕緣層18的上面還要低的位置。如上述所說明的，通過裝置結(jié)構(gòu)的第2個例子，能夠降低作為固體攝像裝置的 CMOS圖像傳感器的信號噪音。第1例及第2例能夠適用于表面照射型CMOS圖像傳感器和背面照射型CMOS圖像 傳感器雙方。表面照射型CMOS圖像傳感器中，光從形成像素晶體管4的一側(cè)的面入射。與之相 對地，背面照射型CMOS圖像傳感器中，光從與形成像素晶體管4的一側(cè)相反的一側(cè)的面入射。背面照射型中，由于入射到光電二極管的光不受像素晶體管4上形成的布線 (interconnect)等障礙物的影響，所以具有能提高開口率的特征。此外，背面照射型中，考慮到P+型擴散層14中產(chǎn)生的電子的數(shù)量增多，所以本發(fā) 明特別適用于背面照射型。2制造方法說明具有圖3及圖4的裝置結(jié)構(gòu)的固體攝像裝置的制造方法。(1)圖3的裝置結(jié)構(gòu)首先，如圖5所示，通過生長外延層，在P型半導體基板(P-sub)ll上形成厚度約 3 μ m的N型外延層(半導體層)12A。接下來，在N型外延層12A上形成掩膜部件(例如抗蝕劑(resist))，并將其作為 掩膜，對氧(0)離子，以例如300KV的加速能，IX IO15 lX1016cm_2的劑量進行離子注入。之后，剝離掩膜部件。掩膜部件由抗蝕劑構(gòu)成的情況下，使用硫酸與過氧化氫水的 混合液進行抗蝕劑的剝離。接著，進行例如溫度為1150°C，時間為30分鐘的熱處理，在N型外延層12A中部分 地形成絕緣層18。絕緣層18的深度例如設(shè)定為，使得從N型外延層12A的表面起到絕緣層 18的上面為止的寬度約為0. 5 μ m。另外，本例中，絕緣層18是氧化硅，但作為替代，也可以是例如通過注入氮離子或 碳離子等而得到的氮化硅、碳化硅等。接下來，在N型外延層12A中形成N+型擴散層13，并形成作為光電變換元件的光
電二極管。N+型擴散層13通過在N型外延層12A上再次設(shè)置掩膜部件(例如抗蝕劑)，并且 將其作為掩膜，對磷⑵離子，以例如150KV的加速能，1. 3 X IO12CnT2的劑量進行離子注入
6而形成。為了實現(xiàn)光電二極管的高靈敏度，N+型擴散層13的底面形成于比絕緣層18的上 面還要低的位置。之后，剝離掩膜部件。掩膜部件由抗蝕劑構(gòu)成的情況下，使用硫酸與過氧化氫水的 混合液進行抗蝕劑的剝離。接下來，在N型外延層12A內(nèi)形成P+型擴散層14及P阱區(qū)域20，并進行作為光電 變換元件的光電二極管的電隔離。P+型擴散層14通過在N型外延層12A上再次設(shè)置掩膜部件(例如抗蝕劑)，并將 其作為掩膜，對硼(B)離子分別以例如400KV、800KV、1200KV、1600KV、2000KV、2400KV的加 速能，IX IO12CnT2的劑量進行離子注入而形成。接下來，在如圖3所示，在絕緣層18上的P阱區(qū)域20上形成像素晶體管4。首先，在P阱區(qū)域20上分別形成讀操作晶體管5的柵極8、復位晶體管6的柵極9 以及放大晶體管7的柵極10。之后，在P阱區(qū)域20上設(shè)置掩膜部件(例如抗蝕劑)，通過柵極自對準(self align)，對磷(P)離子以例如20KV的加速能，1. 3X 1012cm_2的劑量向P阱區(qū)域20中進行離 子注入。這樣，在絕緣層18上的P阱區(qū)域20上形成像素晶體管4。通過以上工序完成圖3中的裝置結(jié)構(gòu)。(2)圖4的裝置結(jié)構(gòu)首先，如圖6所示，在P型半導體基板(P-sub)ll內(nèi)形成P阱區(qū)域12B。接下來，在P型區(qū)域12B上形成掩膜部件(例如抗蝕劑)，并將其作為掩膜，對氧 (0)離子以例如300KV的加速能，1 X IO15 1 X IO16CnT2的劑量進行離子注入。之后，剝離掩膜部件。掩膜部件由抗蝕劑構(gòu)成的情況下，使用硫酸與過氧化氫水的 混合液進行抗蝕劑的剝離。接著，進行例如溫度為1150°C，時間為30分鐘的熱處理，在P阱區(qū)域12B中部分地 形成絕緣層18。絕緣層18的深度例如設(shè)定為，使得從P阱區(qū)域12B的表面起到絕緣層18 的上面為止的距離約為0. 5 μ m。另外，本例中，絕緣層18是氧化硅，但作為替代，也可以是例如通過注入氮離子或 碳離子等而得到的氮化硅、碳化硅等。接下來，在P阱區(qū)域12B中形成N+型擴散層13，形成作為光電變換元件的光電二極管。N+型擴散層13通過在P阱區(qū)域12B上再次設(shè)置掩膜部件(例如抗蝕劑)，并將其 作為掩膜，對磷(P)離子以例如150KV的加速能，1.3X IO12CnT2的劑量進行離子注入而形 成。為了實現(xiàn)光電二極管的高靈敏度，N+型擴散層13的底面形成于比絕緣層18的上 面還要低的位置。之后，剝離掩膜部件。掩膜部件由抗蝕劑構(gòu)成的情況下，使用硫酸與過氧化氫水的 混合液進行抗蝕劑的剝離。接下來，如圖4所示，在絕緣層18上的P阱區(qū)域12B上形成像素晶體管4。
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首先，在P阱區(qū)域12B上分別形成讀操作晶體管5的柵極8、復位晶體管6的柵極 9以及放大晶體管7的柵極10。之后，在P阱區(qū)域12B上設(shè)置掩膜部件(例如抗蝕劑)，通過柵極自對準，對磷(P) 離子，以例如20KV的加速能，1. 3X IO1W2的劑量向P阱區(qū)域12B中進行離子注入。這樣，在絕緣層18上的P阱區(qū)域12B上形成像素晶體管4。通過以上工序完成圖4中的裝置結(jié)構(gòu)。3 適用仿Ij (Application example)(1)背面照射型 CMOS 圖像傳感器(back illuminated imager)圖7和圖8表示背面照射型圖像傳感器。圖7的裝置結(jié)構(gòu)與圖3的裝置結(jié)構(gòu)相對應，圖8的裝置結(jié)構(gòu)與圖4的裝置結(jié)構(gòu)相 對應。這些裝置結(jié)構(gòu)的特征是在形成像素晶體管4的一側(cè)的層間絕緣層(interlayer insulator) 19上貼附有半導體基板IlB這一點。這種情況下，與形成像素晶體管4的一側(cè) 相反的一側(cè)的半導體基板IlA通過CMP等方法被研磨并薄膜化。背面照射型CMOS圖像傳感器中，由于光從半導體基板IlA —側(cè)入射，所以在決定 開口率時不必考慮形成于像素晶體管4上的布線等障礙物。(2)照相機模塊圖9表示照相機模塊的全體。圖10表示照相機模塊的重要部分。這里，采用圖8中的背面照射型CMOS圖像傳感器作為CMOS圖像傳感器(芯片)1 的例子。圖10中，對與圖8相同的要素附有相同的符號。CMOS圖像傳感器被安裝到封裝(package) 24中。微透鏡22把光導入CMOS圖像傳 感器1。濾色器20及平坦化層21配置于CMOS圖像傳感器1與微透鏡22之間。模塊透鏡23把光導入微透鏡22。4 變形仿Ij (Modification example)有關(guān)本發(fā)明的固體攝像裝置除了 CMOS圖像傳感器之外，還能適用于C⑶等圖像傳 感器。上述例子中，像素晶體管由N溝道場FET構(gòu)成，光電二極管由P型半導體基板與N 型外延層(N+型擴散層)構(gòu)成。有關(guān)本發(fā)明的固體攝像裝置不僅限于這樣的導電型結(jié)構(gòu)，例如也能適用于與之相 反的導電型裝置。5 結(jié)論通過本發(fā)明，可以降低固體攝像裝置的信號噪音。其他的優(yōu)點和修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是明顯的。因此，本發(fā)明在廣義上 并不局限于此處所顯示和描述的具體細節(jié)及代表性實施例。相應地，在不脫離由隨附的權(quán) 利要求及其等同物所定義的本發(fā)明總體概念的精神或范圍的情況下可以做出各種修改。
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權(quán)利要求
一種固體攝像裝置，其特征在于，包括半導體層，具有第一導電型；多個擴散層，具有第二導電型，在上述半導體層中陣列狀地配置，各個上述擴散層構(gòu)成像素；像素晶體管，配置在上述半導體層上；以及絕緣層，配置在上述像素晶體管的正下方，而不配置在上述多個擴散層的正下方；上述像素晶體管配置在與其電連接的像素以外的其他像素之間。
2.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個擴散層的底面配置在比上述絕緣層的上面低的位置。
3.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于， 上述半導體層是在半導體基板上的外延層。
4.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于， 上述半導體層是在半導體基板中的阱區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，還包括 層間絕緣層，配置在上述半導體層上，覆蓋上述像素晶體管； 第一半導體基板，配置在上述半導體基板下；以及第二半導體基板，配置在上述層間絕緣層上。
6.如權(quán)利要求5所述的固體攝像裝置，其特征在于， 光從上述第一半導體基板向上述多個擴散層入射。
7.如權(quán)利要求5所述的固體攝像裝置，其特征在于， 光從上述第二半導體基板向上述多個擴散層入射。
8.如權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述多個擴散層分別呈方形，上述像素晶體管連接在上述方形的角部。
9.一種照相機模塊，其特征在于，包括 權(quán)利要求1的固體攝像裝置；微透鏡，把光導入上述固體攝像裝置；以及 濾色器，配置于上述固體攝像裝置與上述微透鏡之間。
10.如權(quán)利要求9所述的照相機模塊，其特征在于，還包括 模塊透鏡，把上述光導入上述微透鏡；以及封裝，安裝有上述固體攝像裝置、上述微透鏡、上述濾色器、及上述模塊透鏡。
全文摘要
固體攝像裝置，包括半導體層，具有第一導電型；多個擴散層，具有第二導電型，在上述半導體層中陣列狀地配置，各個上述擴散層構(gòu)成像素；像素晶體管，配置在上述半導體層上；以及絕緣層，配置在上述像素晶體管的正下方，而不配置在上述多個擴散層的正下方；上述像素晶體管配置在與其電連接的像素以外的其他像素之間。
文檔編號H01L27/146GK101901819SQ201010127480
公開日2010年12月1日 申請日期2010年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月29日
發(fā)明者山口鐵也 申請人:株式會社東芝