專利名稱：固體攝像裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像裝置及其制造方法。
背景技術(shù)：
最近，像素的微細(xì)化發(fā)展，以提高開口率為主要目的提出了背面照射型的固體攝像裝置(BSI =Back side illumination)，例如記載于日本特開2006-128392號公報。在該背面照射型的固體攝像裝置中，在光照射面?zhèn)犬a(chǎn)生的電子不接觸位于配線側(cè)的光電二極管(PD)時就不會作為信號進(jìn)行計數(shù)。因此，由進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的硅(Si)襯底的厚度決定靈敏度(硅襯底的膜厚越厚靈敏度越高)。此時，光電轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的載流子(電子)在硅襯底內(nèi)的光照射面?zhèn)榷?，隨著接近PD附近而變少。另外，光照射面?zhèn)雀浇墓枰r底遠(yuǎn)離PD，因此PD的電場(使電子集中到PD的電場)變?nèi)酢Q句話說，為弱電場區(qū)域。另外，在硅襯底內(nèi)離子注入有硼(B)的P型半導(dǎo)體層一般形成元件分離層，但是當(dāng)以高加速將硼打入硅襯底深部時，由于離子損傷、硼離子發(fā)生散射而使元件分離層的硼濃度實際上變低，由此元件分離能力下降。在背面照射型固體攝像裝置中，在光照射面?zhèn)犬a(chǎn)生較多的載流子，但由于是弱電場區(qū)域，很多載流子隨著擴散發(fā)生移動。隨著擴散而移動的該載流子漏入相鄰像素，導(dǎo)致混色。特別是在BSI中，短波長 (藍(lán)色光)照射時的混色與表面照射型固體攝像裝置相比具有變多的趨勢。因此，在BSI中，短波長光的混色減少是個課題。通常，一個方案是使形成PD的硅襯底的膜厚薄膜化，使硅襯底的光照射面?zhèn)扰cPD之間的距離變短。然而，如上所述，硅襯底的薄膜化，存在對于G(綠色)光、R(紅色)光的照射會導(dǎo)致靈敏度降低的問題。如上述那樣，在以往的背面照射型固體攝像裝置及其制造方法中，存在對在光照射面?zhèn)犬a(chǎn)生的載流子的混色等不利的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而做出的，目的在于提供一種固體攝像裝置及其制造方法，能防止光照射面?zhèn)鹊脑蛛x區(qū)域部分的耗盡、減少暗電流。本發(fā)明的一實施方式提供一種固體攝像裝置，其特征在于，包括第1導(dǎo)電型的擴散層，形成于上述第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)，上述擴散層發(fā)揮累積電子的電荷累積部的功能，上述電子是通過從上述半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)日丈涞墓舛谏鲜霭雽?dǎo)體襯底內(nèi)生成的；第2導(dǎo)電型的第1擴散層、第2擴散層，以夾著上述電荷累積部且從上述半導(dǎo)體襯底表面到達(dá)該半導(dǎo)體襯底內(nèi)的方式而形成；以及ρ型的非晶硅化合物，埋入形成于上述半導(dǎo)體襯底的上述背面?zhèn)鹊牡?槽、第2槽， 該第1槽、第2槽將上述電荷累積部電分離。本發(fā)明的另一實施方式提供一種固體攝像裝置，其特征在于，包括第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層，在上述半導(dǎo)體層的表面，相互隔離地形成有上述第1導(dǎo)電型的第1擴散層、第2擴散層；以及第2導(dǎo)電型的像素分離層，形成于上述半導(dǎo)體層內(nèi)，防止通過從上述半導(dǎo)體基層的背面向表面照射的光而生成的電子向相鄰接的上述第2擴散層累積，上述像素分離層的帶隙寬度比上述半導(dǎo)體層的帶隙寬度大。本發(fā)明提供一種固體攝像裝置的制造方法，其特征在于，包括如下步驟在第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底表面形成上述第1導(dǎo)電型的擴散層的步驟，上述擴散層發(fā)揮累積電子的電荷累積部的功能，上述電子是通過從上述半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)日丈涞墓舛谏鲜霭雽?dǎo)體襯底內(nèi)生成的；形成第1擴散層、第2擴散層的步驟，該第1擴散層、第2擴散層夾著上述電荷累積部而將該電荷累積部電分離，并從上述半導(dǎo)體襯底表面到達(dá)該半導(dǎo)體襯底內(nèi)；在上述半導(dǎo)體襯底的上述背面上形成抗蝕劑膜并圖案化為所希望的圖案、從而露出上述背面的步驟；形成第1槽、第2槽的步驟，該第1槽、第2槽從上述露出的背面到達(dá)上述半導(dǎo)體襯底中；以及在上述第1槽、第2槽中埋設(shè)ρ型的非晶硅化合物的步驟發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，能防止光照射面?zhèn)鹊脑蛛x區(qū)域部分的耗盡、減少暗電流。


圖1是表示第1實施方式的固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)的框圖。圖2是表示第1實施方式的攝像區(qū)域的結(jié)構(gòu)例的電路圖。圖3是表示第1實施方式的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)例的剖視圖。圖4是第1實施方式的固體攝像裝置的第1制造工序的剖視圖。圖5是第1實施方式的固體攝像裝置的第2制造工序的剖視圖。圖6是第1實施方式的固體操像裝置的第3制造工序的剖視圖。圖7是第1實施方式的固體攝像裝置的第4制造工序的剖視圖。圖8是第1實施方式的固體攝像裝置的第5制造工序的剖視圖。圖9是第1實施方式的固體攝像裝置的第6制造工序的剖視圖。圖10是第2實施方式的固體攝像裝置的剖視圖。圖11是第2實施方式的固體攝像裝置的第1制造工序的剖視圖。圖12是第2實施方式的固體攝像裝置的第2制造工序的剖視圖。圖13是第2實施方式的固體攝像裝置的第3制造工序的剖視圖。圖14是根據(jù)變形例的固體攝像裝置的剖視圖。
具體實施例方式下面參照

實施方式。進(jìn)行該說明時，對所有附圖共用的部分附加共同的參照附圖標(biāo)記。[第1實施方式]在以下實施方式中，舉出光照射面(受光面)設(shè)于與形成信號掃描電路部的半導(dǎo)體襯底表面上相反的一側(cè)的半導(dǎo)體襯底上的背面?zhèn)鹊谋趁嬲丈湫?BSI:Back side illumination)的固體攝像裝置。此外，在該說明中，對所有附圖共用的部分附加共同的參照附圖標(biāo)記。作為一個實施方式，通常，一個固體攝像裝置包括η型的擴散層、ρ型的第1、第2 擴散層以及P型的非晶硅化合物。該η型的擴散層形成于η型的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)，作為累積由從上述半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)日丈涞墓舛谏鲜霭雽?dǎo)體襯底內(nèi)生成的電子的電荷累積部來發(fā)揮功能。該P型的第1、第2擴散層夾著上述電荷累積部，形成為從上述半導(dǎo)體襯底表面到達(dá)該半導(dǎo)體襯底內(nèi)。該P型的a-非晶硅化合物將上述電荷累積部電分離，埋入形成為使上述半導(dǎo)體襯底的上述背面?zhèn)乳_口的第1、第2槽。<1.結(jié)構(gòu)例 >用圖1 圖2說明第1實施方式的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)例。1-1.整體結(jié)構(gòu)例首先，用圖1說明本實施方式的固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)例。圖1是表示本實施方式的固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)例的系統(tǒng)框圖。在圖1中，示出了在攝像區(qū)域的列位置配置有AD轉(zhuǎn)換電路的情況下的一個結(jié)構(gòu)。如圖所示，本實施方式的固體攝像裝置10具備攝像區(qū)域12和驅(qū)動電路區(qū)域14。攝像區(qū)域12在半導(dǎo)體襯底上配置有包括光電轉(zhuǎn)換部和信號掃描電路部的單位像素(Pixel)I的行列。光電轉(zhuǎn)換部具備進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換并累積的光電二極管，發(fā)揮攝像部的功能。信號掃描電路部具備后述的放大晶體管等，讀出并放大來自光電轉(zhuǎn)換部的信號并將其發(fā)送到AD 轉(zhuǎn)換電路15。在本實施方式的情況下，光照射面(光電轉(zhuǎn)換部)設(shè)于與形成有信號掃描電路部的半導(dǎo)體襯底表面上相反的一側(cè)的半導(dǎo)體襯底上的背面?zhèn)取ｒ?qū)動電路區(qū)域14通過配置用于驅(qū)動上述信號掃描電路部的垂直移位寄存器13和 AD轉(zhuǎn)換電路15等的驅(qū)動電路而形成。垂直移位寄存器(Vertical Shift register) 13將信號LSI SLk輸出到攝像區(qū)域12，發(fā)揮按每行來選擇單位像素1的選擇部的功能。從選擇的行的單位像素1經(jīng)過垂直信號線VSL分別輸出與入射的光量相應(yīng)的模擬信號Vsig。AD轉(zhuǎn)換電路(ADC) 15將經(jīng)過垂直信號線VSL輸入的模擬信號Vsig轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。此外，在此，作為固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)的一部分，省略圖示及其說明，但是不限于此。即，例如，也可以還具備控制攝像區(qū)域12等的動作的控制電路等。也可以是不按列并排配置ADC電路15而是按芯片級配置ADC電路15的結(jié)構(gòu)，或者是不在傳感器芯片上配置ADC電路15的結(jié)構(gòu)等。1-2.攝像區(qū)域的結(jié)構(gòu)例
下面，用圖2說明圖1中的攝像區(qū)域12的單位像素1 (以下也稱為像素1)的結(jié)構(gòu)例。在本實施方式中，舉出在單一的攝像區(qū)域12中獲取多個顏色信息的單版式攝像元件作為一個例子進(jìn)行說明。如圖所示，單位像素1以矩陣狀配置于來自垂直移位寄存器13的讀出信號線與垂直信號線VSL的交叉位置。該單位像素(PIXEL) 1具備光電二極管PD、放大晶體管Tb、讀出晶體管Td、復(fù)位晶體管Tc、尋址晶體管Ta。在上述像素1的結(jié)構(gòu)中，光電二極管PD構(gòu)成例如包括η型的擴散層的光電轉(zhuǎn)換部。放大晶體管Tb、讀出晶體管Td、復(fù)位晶體管Tc以及尋址晶體管Ta構(gòu)成信號掃描電路部。光電二極管PD的陰極被施加基準(zhǔn)電位Vss。放大晶體管Tb構(gòu)成為將來自浮游擴散層(浮置擴散檢測部)FD的信號放大輸出。放大晶體管Tb的柵極連接到浮游擴散層FD，源極連接到垂直信號線VSL，漏極連接到尋址晶體管Ta的源極。通過垂直信號線VSL發(fā)送的單位像素1的輸出信號利用未圖示的 CDS雜音除去電路而除去雜音之后從輸出端子輸出。讀出晶體管Td構(gòu)成為控制光電二極管PD中的信號電荷的累積。讀出晶體管Td的柵極連接到讀出信號線TRF，源極連接到光電二極管PD的陽極，漏極連接到浮游擴散層FD。復(fù)位晶體管Tc構(gòu)成為使放大晶體管Tb的柵極電位復(fù)位。復(fù)位晶體管Tc的柵極連接到復(fù)位信號線RST，源極連接到浮游擴散層FD，漏極連接到電源端子從而被供給內(nèi)部電壓VDD。尋址晶體管Ta的柵極連接到地址信號線ADR。讀出驅(qū)動動作該攝像區(qū)域12的像素1的讀出驅(qū)動動作如下。首先，讀出行的尋址晶體管Ta利用從垂直移位寄存器13發(fā)送的行選擇脈沖而成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)。接著，利用同樣從垂直移位寄存器13發(fā)送的復(fù)位脈沖，復(fù)位晶體管Tc成為導(dǎo)通 (ON)狀態(tài)，復(fù)位為接近浮游擴散層FD的電位的電壓。然后，復(fù)位晶體管Tc成為截止(OFF) 狀態(tài)。接著，轉(zhuǎn)移柵極(卜，> ^ 7 7 y—卜)Td成為導(dǎo)通(ON)狀態(tài)，累積于光電二極管PD的信號電荷被讀出到浮游擴散層FD，浮游擴散層FD的電位按照讀出的信號電荷數(shù)而被調(diào)制。接著，調(diào)制后的信號通過構(gòu)成源極跟隨器的MOS晶體管Tb和未圖示的MOS晶體管而被讀出到垂直信號線VSL，讀出動作結(jié)束。1-3.剖視結(jié)構(gòu)例接下來，用圖3說明本實施方式的固體攝像裝置的剖視結(jié)構(gòu)例。以下說明的固體攝像裝置的剖視結(jié)構(gòu)例，是特別關(guān)注光電轉(zhuǎn)換部即光電二極管PD的剖視圖。另外，光電轉(zhuǎn)換部的正下方設(shè)有連接到信號掃描電路部的配線層。如圖3所示，在例如由硅等形成的第1支撐襯底20上形成有層間絕緣膜21。另外，在第1支撐襯底20上形成有配線層22。換句話說，以覆蓋配線層22的方式在第1支撐襯底20上形成層間絕緣膜21。此外，該配線層22由AL (鋁)、Cu (銅)等形成，是形成于信號掃描線電路側(cè)的配線。另外，在層間絕緣膜21上形成有η型的硅襯底30。該半導(dǎo)體襯底30例如是在SOI襯底上外延生長而形成的η型半導(dǎo)體層。半導(dǎo)體襯底30的膜厚在本實施方式的情況下例如是2. 4 μ m左右。在硅襯底30表面內(nèi)形成有ρ型擴散層31和形成在該ρ型擴散層31上的η型擴散層32。由該ρ型擴散層31和η型擴散層32構(gòu)成光電二極管PD。由從背面?zhèn)?在圖3中為絕緣膜40側(cè))向第1支撐襯底20入射的光而在硅襯底30內(nèi)生成的電子累積于該η型擴散層32。換句話說，從硅襯底30的背面?zhèn)认虻?支撐襯底施加電場，生成的電子朝向η 型擴散層32，與該電子成對生成的空穴朝向絕緣膜40方向，被接地的擴散層(未圖示)吸收。換句話說，構(gòu)成光電二極管PD的η型擴散層32發(fā)揮累積電子的電荷累積層的功能。由構(gòu)成上述光電二極管PD的ρ型擴散層31、η型擴散層32、和上述MOS晶體管Tb、 Tc、Td(分別未圖示)形成單位像素1。通過離子注入形成的像素分離層36貫穿硅襯底30地形成。在此，對像素分離層 36注入例如與硅襯底30不同的例如硼(B)離子等。該像素分離層36形成于相鄰的光電二極管PD之間。由此相鄰的多個光電二極管PD被分別電分離。另外，像素分離層36具有的寬度w向背面方向變大(在圖3中，wO < wl < w2)。 這是由于向背面方向注入離子時的能量、即加速電壓是與其深度相應(yīng)的值。換句話說，越向背面方向，即越遠(yuǎn)離光電二極管PD側(cè)，需要越高的注入能量。注入的離子在硅襯底30內(nèi)各向同性地散射擴散。因此，向背面方向依次形成同心圓狀的像素分離層36。并且，在該像素分離層36內(nèi)設(shè)有ρ型的非晶硅化合物37。具體地說，在從背面?zhèn)刃纬捎谙袼胤蛛x層36內(nèi)的槽中設(shè)有該ρ型的非晶硅化合物膜37。該非晶硅化合物37包含碳(C)，即為ρ型的a-SiC膜。該a-SiC膜37與硅(Si)的帶隙(1. IeV左右)相比通常具有較大的帶隙(2. OeV左右)。此外，a-SiC膜37所包含的硼濃度是在像素分離層36的表面附近不耗盡的硼濃度，是暗電流足夠低的濃度，優(yōu)選例如lE17cnT3以上。在射面?zhèn)鹊墓枰r底30內(nèi)(圖3中在像素分離層36埋設(shè)有a-SiC膜37的區(qū)域)形成空穴累積層38。這是由于a-SiC膜37為ρ型的半導(dǎo)體層，因此在像素分離層36表面附近形成空穴累積層38。 另外，在光照射面?zhèn)鹊陌雽?dǎo)體襯底30與絕緣膜40之間的界面(以下稱為BF附近)也形成由于P型的a-SiC膜37而形成的空穴累積層38 (未圖示)。另外，在硅襯底30底面全部區(qū)域(背面?zhèn)?形成硅絕緣膜40，在該硅氧化膜40上形成例如由Si3N4膜等形成的鈍化膜41，并且在該鈍化膜41上形成平坦化層42。該平坦化層42例如由硅氧化膜(SiO2膜)等形成。在該平坦化層42內(nèi)形成微透鏡ML，在該平坦化層42上形成透鏡50。此外，在平坦化層42內(nèi)形成未圖示的濾色器CF。該濾色器例如在拜耳(Bayer)配置的情況下與R(紅色)、G (綠色)、B (藍(lán)色)等各個顏色對應(yīng)地配置。<2.制造方法>下面，用圖4 圖9說明第1實施方式的固體攝像裝置的制造方法。首先，如圖4所示，例如隔著硅氧化膜51在SOI (Silicon on insulator 絕緣體上硅)襯底50上使η型半導(dǎo)體層以例如2. 4μπι的程度進(jìn)行外延生長。由此，η型的半導(dǎo)體襯底(Si-sub) 30形成。接著，對信號掃描線側(cè)(表面?zhèn)?的半導(dǎo)體襯底30，用公知的CMOS 傳感器的制造方法形成光電二極管PD。并且在半導(dǎo)體襯底30上層疊光致抗蝕劑膜52，圖案化為所希望圖案。然后，向半導(dǎo)體襯底30表面以高加速進(jìn)行硼離子的摻雜。加速電壓例如為3. OeV左右。由此，形成貫穿半導(dǎo)體襯底30的像素分離層36。然后，用刻蝕液等除去光致抗蝕劑膜52。然后，如圖5所示，在半導(dǎo)體襯底30上依次形成層間絕緣膜21和配線層22。然后，在層間絕緣膜21上形成第1支撐襯底20。此時，第1支撐襯底20采用粘接劑或者直接接合法形成在層間絕緣膜21上。然后如圖6所示，上下反轉(zhuǎn)使得在上述圖5的結(jié)構(gòu)中第1支撐襯底20成為在下并且使半導(dǎo)體襯底30成為在第1支撐襯底20之上。然后，將SOI襯底50和硅氧化膜51 削減至所希望的厚度，在達(dá)到某個固定的厚度的時刻，例如用CMP (Chemical Mechanical polisher 化學(xué)機械研磨)進(jìn)行研磨直到露出半導(dǎo)體襯底30表面的程度。另外，也可以使形成在SOI襯底50上的硅氧化層51殘存。在這種情況下，當(dāng)硅氧化層(S0I層)51的膜厚仍然比所希望的膜厚厚時，還可以根據(jù)需要利用例如NF4OH或者 HF或者HF、HN03、CH3C00H的混合液來將硅氧化層51薄膜化為所希望的膜厚(例如50nm左右)?；蛘?，如果最初采用硅氧化層51的膜厚為0. lymaOOnm左右)以下的SOI襯底50， 也可以不進(jìn)行前述的硅氧化層51的薄膜化加工。然后如圖7所示，在半導(dǎo)體襯底30上形成光致抗蝕劑膜M，其后，圖案化為所希望的圖案。并且，用RIE (reactive ion etching 反應(yīng)離子刻蝕)法在形成于半導(dǎo)體襯底30 內(nèi)的像素分離層36的一部分形成槽55。該槽55的深度為約1.5 μ m。該槽55的深度是由于，背面?zhèn)?光照射側(cè))的弱電場區(qū)域的深度為1. 5 μ m左右的深度。然后如圖8所示，在除去光致抗蝕劑膜M以后，例如采用等離子體CVD(ChemiCal Vapor Deposition 化學(xué)氣相沉積)法等在槽55內(nèi)埋設(shè)ρ型的a_SiC膜37。此時a_SiC 膜37也堆積在半導(dǎo)體襯底30上(全部區(qū)域)。該a-SiC膜37的成膜條件如下所示。成膜條件為，在0. 5Torr以下的壓力下分別流動SiH4氣體100SCCM、H2氣體50SCCM、CH4氣體 20SCCM、B2H6氣體8SCCM。此時，設(shè)等離子體CVD裝置的輸出為30W/cm2，設(shè)例如圖6示出的硅襯底30的溫度為230度。在以上條件下，以20分鐘的程度使a-SiC膜37層疊，從而形成2μπι左右的膜厚。然后如圖9所示，對堆積在半導(dǎo)體襯底30上的a-SiC膜37進(jìn)行研磨、平坦化。然后，在該a-SiC膜37上依次形成硅絕緣膜40、例如由Si3N4膜等形成的鈍化膜41和平坦化層42，在該平坦化層42上形成透鏡50。由此，形成圖3示出的固體攝像裝置。此外，在本第1實施方式中，采用在SOI襯底上外延生長有η型的硅(Si)膜的襯底進(jìn)行了說明，但是不限于此。例如，不需要限定SOI襯底，在使用塊狀(bulk)硅襯底或者 SIMOX襯底等的情況下也能同樣適用。<3.作用效果>根據(jù)第1實施方式的固體攝像裝置及其制造方法，至少能得到下述(1) (3)的效果。(1)能防止光照射面?zhèn)鹊脑蛛x區(qū)域部分的耗盡，減少暗電流。如上述那樣，本實施方式的固體攝像裝置是一種背面照射型的固體攝像裝置，具備在半導(dǎo)體襯底30上配置有包括光電轉(zhuǎn)換部(PD)和信號掃描電路部的多個像素1的攝像區(qū)域12，在與形成有信號掃描電路部的半導(dǎo)體襯底30的表面相反的一側(cè)的襯底表面上形成光照射面。并且，本實施方式的固體攝像裝置，在半導(dǎo)體襯底30內(nèi)具備以貫穿該半導(dǎo)體襯底30的方式設(shè)置的像素分離層36，和埋設(shè)于從背面?zhèn)仍O(shè)于該像素分離層36內(nèi)的槽55內(nèi)的 a-SiC 膜 37。根據(jù)本實施方式的固體攝像裝置，在光照射面?zhèn)?、像素分離層36與半導(dǎo)體襯底30 之間的界面形成空穴累積層38。這是由于如上所述，半導(dǎo)體襯底30為η型的半導(dǎo)體層，與此相對，a-SiC膜37為ρ型的半導(dǎo)體層。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，能將空穴累積層38配置在缺陷較多而會成為暗電流的產(chǎn)生源的像素分離層36附近。因此，使背面?zhèn)鹊目昭舛仍龃?，能抑制背面?zhèn)鹊南袼胤蛛x層36附近的耗盡。因此，能抑制在像素分離層36附近產(chǎn)生的暗電流。(2)能強化作為元件分離層而發(fā)揮功能的像素分離層36，能減少混色。根據(jù)本實施方式的固體攝像裝置，a-SiC膜37的帶隙與硅(Si)的帶隙(1. IeV)相比通常為較大的2. OeV左右，另外，與硅相比短波長光的吸收系數(shù)較小，因此能抑制對藍(lán)色光(例如450nm)的靈敏度降低。另外，a_SiC膜37與硅相比帶隙較大，因此對載流子(電子)超越包括a-SiC層37的元件分離區(qū)域而漏入相鄰像素的抑制效果較好。S卩，能抑制起霜(blooming)、混色。(3)能提高動作可靠性。根據(jù)本實施方式的固體攝像裝置，在230度的條件下在槽55中埋設(shè)a_SiC膜37。 因此，由于不在高溫下制造，所以能抑制讀出晶體管、復(fù)位晶體管等的閥值變動。即，在制造過程中，能抑制周邊的讀出晶體管、復(fù)位晶體管的閾值變動地形成a-SiC膜37。S卩，能提供可靠性高的像素1。另外，在a-SiC(p)層37的形成工序中，成膜溫度是230度左右的較低溫度，因此即使在形成Al、Cu等的配線層22以后，也能不使該配線層22的配線特性惡化地形成 a-SiC(P)層 37。[第2實施方式]下面用圖10說明第2實施方式的固體攝像裝置。此外，僅說明與上述第1實施方式的固體攝像裝置不同的結(jié)構(gòu)，對相同的構(gòu)件采用相同的參照附圖標(biāo)記。<1.結(jié)構(gòu)例 >如圖10所示，本實施方式的固體攝像裝置，從第1支撐襯底20側(cè)觀察，在通過硼 (B)離子的注入所形成的像素分離層(P型半導(dǎo)體層)36下部形成ρ型的a-SiC膜37。利用這些像素分離層(P型半導(dǎo)體層)36和ρ型的a-SiC膜37，實現(xiàn)作為將相鄰的光電二極管 PD電分離的元件分離區(qū)域而發(fā)揮功能的結(jié)構(gòu)。即，成為至少像素分離層36的一部分與ρ型的a-SiC膜37的一部分相連的結(jié)構(gòu)。換言之，采用在外延生長的η型的半導(dǎo)體襯底30內(nèi)、 像素分離層36與ρ型的a-SiC膜37相連的結(jié)構(gòu)。因此，實際上進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的硅襯底30 的膜厚能比第1實施方式的固體攝像裝置厚膜化。換言之，外延生長的半導(dǎo)體襯底30的膜厚為，上述第1實施方式中的約2. 4 μ m的像素分離層36與具有約1. 5 μ m的深度的ρ型的 a-SiC層37的合計值，即約3. 9 μ m。<2.制造方法〉下面說明本實施方式的固體攝像裝置的制造方法。本實施方式的固體攝像裝置的制造方法如下在半導(dǎo)體襯底30內(nèi)，形成像素分離層36到通過上述B的離子注入而形成的像素分離層36的在裝置性加速電壓的限制下的極限深度后，進(jìn)一步在該半導(dǎo)體襯底30內(nèi)形成至少連接在像素分離層36的一部分的ρ型的a-SiC層37。用圖11 圖14說明本實施方式的制造方法。首先用圖11進(jìn)行說明。圖11表示在上述第1實施方式的圖4中、向半導(dǎo)體襯底30 表面以例如3. OeV左右的加速電壓進(jìn)行了硼離子的摻雜的情況。在裝置的限制下以3. OeV 左右的加速電壓形成像素分離層36直到約2. 4μπι左右的深度。在本實施方式中，外延生長的η型的半導(dǎo)體襯底30的膜厚是比該像素分離層36大的3. 9 μ m左右。因此，形成的該像素分離層36的底部在半導(dǎo)體襯底30內(nèi)中途停止。接下來，經(jīng)過上述第1實施方式的圖5的工序，在半導(dǎo)體襯底30上分別形成層間絕緣膜21、配線層22和第1支撐襯底20。然后，與上述第1實施方式的用圖6 圖8說明的方法同樣，經(jīng)過規(guī)定的工序，在槽55內(nèi)埋設(shè)ρ型的a-SiC膜37。由此得到圖12的結(jié)構(gòu)。另外，此時a-SiC膜37也堆積在半導(dǎo)體襯底30上。此外，該槽55的深度為約 1.5μπι。因此，該槽55的底部連接到像素分離層36的至少一部分。另外，該a-SiC膜37 的成膜條件和其成膜的特性與上述第1實施方式同樣。最后，經(jīng)過上述第1實施方式的用圖9說明的工序，能得到圖13的結(jié)構(gòu)。<3.作用效果〉根據(jù)第2實施方式的固體攝像裝置及其制造方法，除了上述(1) (3)的效果以外，至少還能得到下述的效果。(4)能抑制靈敏度降低。根據(jù)本實施方式的固體攝像裝置及其制造方法，與上述第1實施方式相比，外延生長的半導(dǎo)體襯底30的膜厚較大。換句話說，半導(dǎo)體襯底30的膜厚為，以最大加速電壓形成的像素分離層36的高度與形成于其下部的a SiC膜37的高度的合計值。因此，與上述第1實施方式的固體攝像裝置相比，能抑制靈敏度的降低。以下，說明該靈敏度降低的抑制。利用從背面?zhèn)热肷淙缓笸ㄟ^濾色器CF的光，在半導(dǎo)體襯底30內(nèi)由于例如紅色、綠色、藍(lán)色等的光照射而生成電子。(由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的電子。)在這些Si襯底中，光吸收的比例能用A*exp_ax表現(xiàn)(A 實數(shù)，a :Si襯底中的光吸收系數(shù)，X =Si襯底的深度)。例如對于藍(lán)色光來說，在Si中的光吸收系數(shù)較大，隨著變成紅色其吸收系數(shù)變小。即，如果是藍(lán)色光，則在短距離內(nèi)在Si中被吸收，由光電轉(zhuǎn)換生成電子，因此光在短距離內(nèi)衰減。與此相對，對于波長比藍(lán)色光長的紅色光，在Si中的吸收系數(shù)小，因此到衰減為止需要長的距離(與B(藍(lán)色)光照射時相比，在R(紅色)光照射時光電轉(zhuǎn)換的Si膜的區(qū)域較大)。這樣，從背面?zhèn)乳_始到達(dá)到光電二極管PD為止，波長較短的藍(lán)色光大致全部在 Si襯底中進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生電子。與此相對，隨著變成波長較長的綠色或者紅色，綠色或者紅色的光在從背面?zhèn)乳_始到達(dá)到光電二極管PD為止，沒有由光電轉(zhuǎn)換將全部的光轉(zhuǎn)換為電子就到達(dá)了光電二極管PD。但是，根據(jù)本實施方式的固體攝像裝置及其制造方法，能將半導(dǎo)體襯底30的膜厚制作得比上述第1實施方式的半導(dǎo)體襯底30大。(能使光電轉(zhuǎn)換的Si的區(qū)域變廣。)因此，具有綠色、紅色信息的光能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的區(qū)域變大，因此能提高靈敏度。[第3實施方式]
下面說明第3實施方式的固體攝像裝置及其制造方法。<1.結(jié)構(gòu)例〉本實施方式的固體攝像裝置及其制造方法將上述第2實施方式的固體攝像裝置應(yīng)用于具有2. 4μ m的膜厚的半導(dǎo)體襯底30。此外，僅說明與上述第2實施方式的不同點， 對相同的構(gòu)件附加相同的參照附圖標(biāo)記。圖14示出其形態(tài)。圖14是本實施方式的固體攝像裝置的剖視圖。如圖所示，構(gòu)成為，在使膜厚外延生長為2. 4μ m的η型的半導(dǎo)體襯底30內(nèi)分別設(shè)有像素分離層36和與該像素分離層36接觸的a-SiC膜37。在這種情況下，使形成像素分離層36時的加速電壓比最大輸出下降，來摻雜硼離子。此時，使形成在半導(dǎo)體襯底30內(nèi)的像素分離層36的深度為例如1. 7μπι。在這種情況下，從半導(dǎo)體襯底30的表面形成的槽的深度為例如0.7 μ m。此外，對于制造方法，除了用RIE除去形成于半導(dǎo)體襯底30的像素分離層36和與其至少一部分接觸的槽55時的該槽55的深度不同以外，其它相同，因此省略說明。<2.作用效果〉在第3實施方式的固體攝像裝置及其制造方法中，也能實現(xiàn)上述(1) (3)的效果。本實施方式的固體攝像裝置形成元件分離，用像素分離層36和與其至少一部分接觸的 a-SiC膜37將相鄰的光電二極管PD電分離。在埋設(shè)于槽55的a_SiC膜37與半導(dǎo)體襯底 30之間的界面處形成空穴累積層38。這樣，本實施方式的結(jié)構(gòu)也能實現(xiàn)上述(1) (3)的效果。[變形例(a-SiN的一個例子)]下面說明上述第1 第3實施方式的變形例的固體攝像裝置及其制造方法。<1.結(jié)構(gòu)例〉本變形例應(yīng)用ρ型的非晶氮化硅膜(a-SiN)來代替ρ型的a_SiC膜37。S卩，也可以是在槽陽中埋設(shè)有a-SiN膜的結(jié)構(gòu)。<2.制造方法〉下面說明變形例的固體攝像裝置的制造方法。此外，省略與上述第1 第3實施方式相同的工序的說明，另外，對相同的構(gòu)件附加相同的參照附圖標(biāo)記。在根據(jù)變形例的固體攝像裝置的變形例中，在ρ型的a-SiC膜37的成膜條件中， 用NH3氣體來代替甲烷氣體(CH4)。由此，能形成ρ型的a-SiN膜。此外，a_SiN膜的膜特性具有1. 9eV左右的帶隙。S卩，與a-SiC膜37同樣能強化像素分離層36。<3.作用效果〉在上述第1 第3實施方式中，應(yīng)用變形例的固體攝像裝置及其制造方法也能在各自的實施方式中實現(xiàn)上述(1) 的效果。換句話說，根據(jù)第1實施方式的固體攝像裝置及其制造方法，能實現(xiàn)效果(1) (3)，并且根據(jù)第2實施方式的固體攝像裝置及其制造方法，除了效果(1) (3)以外還能實現(xiàn)(4)的效果。而且，根據(jù)第3實施方式的固體攝像裝置及其制造方法，能有效地實現(xiàn)(1) (3)的效果。此外，在上述第1 第3實施方式和與它們相對的變形例中，硅氧化膜51不限于采用SOI襯底而殘存的硅氧化膜，也包括例如在使用塊狀襯底(bulk substrate)的情況下膜厚為2nm左右的自然氧化膜等。
此外，ρ型的a-SiC膜37或者ρ型的a_SiN膜也可以分別不是ρ型而是i型 (Non-Dope 無摻雜)。另外，槽55的寬度wt為比像素分離層36的寬度w小的值。換句話說，wt只要小于像素分離層36的寬度w即可，因此w2 > wt、wl > wt甚至wO > wt都可以。當(dāng)考慮上述實施方式時，這些實施方式僅作為舉例，而非對權(quán)利要求范圍的限定。 實際上，上述新實施方式可以變形為其它實施方式，而且在不脫離本發(fā)明的主旨的前提下可以對上述實施方式進(jìn)行各種形式上的省略、替換和改變。所有落入本發(fā)明的范圍和主旨內(nèi)的方式和變形都被隨附的權(quán)利要求和等同的權(quán)利要求所包括。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像裝置，其特征在于，包括第1導(dǎo)電型的擴散層，形成于上述第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)，上述擴散層發(fā)揮累積電子的電荷累積部的功能，上述電子是通過從上述半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)日丈涞墓舛谏鲜霭雽?dǎo)體襯底內(nèi)生成的；第2導(dǎo)電型的第1擴散層、第2擴散層，以夾著上述電荷累積部且從上述半導(dǎo)體襯底表面到達(dá)該半導(dǎo)體襯底內(nèi)的方式而形成；以及P型的非晶硅化合物，埋入形成于上述半導(dǎo)體襯底的上述背面?zhèn)鹊牡?槽、第2槽，該第 1槽、第2槽將上述電荷累積部電分離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述P型的非晶硅化合物是含有碳或者氮中的任一種的化合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，在上述半導(dǎo)體襯底中，在上述第1擴散層中形成上述第1槽，在上述第2擴散層中形成上述第2槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，在上述半導(dǎo)體襯底中，上述第1擴散層至少與上述第1槽的底面的一部分連接，上述第 2擴散層至少與上述第2槽的底面的一部分連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生使生成的上述電子向上述電荷累積層集中的電場，在上述第1擴散層、第2擴散層中形成的上述第1槽、第2槽的深度，與和上述電荷累積層周邊相比上述電場較弱的區(qū)域相當(dāng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述P型的非晶硅化合物的帶隙寬度大于用作上述半導(dǎo)體襯底的材料的帶隙寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述半導(dǎo)體襯底的膜厚為第1膜厚和比該第1膜厚大的第2膜厚中的任一個。
8.—種固體攝像裝置，其特征在于，包括第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體層，在上述半導(dǎo)體層的表面，相互隔離地形成有上述第1導(dǎo)電型的第1擴散層、第2擴散層；以及第2導(dǎo)電型的像素分離層，形成于上述半導(dǎo)體層內(nèi)，防止通過從上述半導(dǎo)體基層的背面向表面照射的光而生成的電子向相鄰接的上述第2擴散層累積，上述像素分離層的帶隙寬度比上述半導(dǎo)體層的帶隙寬度大。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其特征在于，還包括第1槽，將上述第1擴散層和上述第2擴散層電分離，形成于上述半導(dǎo)體層的上述背面?zhèn)龋灰约奥裨O(shè)于上述第ι槽內(nèi)的P型的非晶硅化合物，上述P型的非晶硅化合物是含有碳或者氮中的任一種的化合物，上述第1槽形成于上述像素分離層中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其特征在于，還包括第1槽，將上述第1擴散層和上述第2擴散層電分離，形成于上述半導(dǎo)體層的上述背面?zhèn)龋灰约奥裨O(shè)于上述第ι槽內(nèi)的P型的非晶硅化合物，上述P型的非晶硅化合物是含有碳或者氮中的任一種的化合物，上述第ι槽的底面至少與上述像素分離層的一部分連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的固體攝像裝置，其特征在于，在上述半導(dǎo)體層內(nèi)產(chǎn)生使生成的上述電子向上述第1擴散層、第2擴散層集中的電場， 形成于上述像素分離層中的上述第1槽的深度，與和上述第1擴散層、第2擴散層周邊相比上述電場較弱的區(qū)域相當(dāng)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其特征在于，上述半導(dǎo)體層的膜厚為第1膜厚和比該第1膜厚大的第2膜厚中的任一個。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體攝像裝置，其特征在于，還包括第1槽，將上述第1擴散層和上述第2擴散層電分離，形成于上述半導(dǎo)體層的上述背面?zhèn)?；以及埋設(shè)于上述第1槽內(nèi)的i型的非晶硅化合物，上述i型的非晶硅化合物是含有碳或者氮中的任一種的化合物。
14.一種固體攝像裝置的制造方法，其特征在于，包括如下步驟在第1導(dǎo)電型的半導(dǎo)體襯底表面形成上述第1導(dǎo)電型的擴散層的步驟，上述擴散層發(fā)揮累積電子的電荷累積部的功能，上述電子是通過從上述半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)日丈涞墓舛谏鲜霭雽?dǎo)體襯底內(nèi)生成的；形成第1擴散層、第2擴散層的步驟，該第1擴散層、第2擴散層夾著上述電荷累積部而將該電荷累積部電分離，并從上述半導(dǎo)體襯底表面到達(dá)該半導(dǎo)體襯底內(nèi)；在上述半導(dǎo)體襯底的上述背面上形成抗蝕劑膜并圖案化為所希望的圖案、從而露出上述背面的步驟；形成第1槽、第2槽的步驟，該第1槽、第2槽從上述露出的背面到達(dá)上述半導(dǎo)體襯底中；以及在上述第1槽、第2槽中埋設(shè)ρ型的非晶硅化合物的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于，上述P型的非晶硅化合物是采用CH4氣體而成膜的化合物或者采用NH3氣體而成膜的化合物中的任一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于，具備以下步驟 除去上述第1擴散層的一部分、在上述第1擴散層中形成上述第1槽的步驟；以及除去上述第2擴散層的一部分、在上述第2擴散層中形成上述第2槽的步驟。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于，具備以下步驟 使上述第1槽與上述第1擴散層的底面的一部分連接的步驟；以及使上述第2槽與上述第2擴散層中的底面的一部分連接的步驟。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于，上述P型的非晶硅化合物的帶隙寬度大于用作上述半導(dǎo)體襯底的材料的帶隙寬度。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于， 在上述半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生使生成的上述電子向上述電荷累積層集中的電場， 形成于上述第1擴散層、第2擴散層中的上述第1槽、第2槽的深度，與和上述電荷累積層周邊相比上述電場較弱的區(qū)域相當(dāng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的固體攝像裝置的制造方法，其特征在于， 上述半導(dǎo)體襯底的膜厚為第1膜厚和比該第1膜厚大的第2膜厚中的任一個。
全文摘要
一種固體攝像裝置，包括n型的擴散層、p型的第1、第2擴散層以及p型的a-非晶硅化合物。該n型的擴散層形成在n型的半導(dǎo)體襯底表面內(nèi)，發(fā)揮對通過從上述半導(dǎo)體襯底的背面?zhèn)认虮砻鎮(zhèn)日丈涞墓舛谏鲜霭雽?dǎo)體襯底內(nèi)生成的電子進(jìn)行累積的電荷累積部的功能。該p型的第1、第2擴散層夾著上述電荷累積部，形成為從上述半導(dǎo)體襯底表面到達(dá)該半導(dǎo)體襯底內(nèi)。該p型的a-非晶硅化合物將上述電荷累積部電分離，埋入形成為使上述半導(dǎo)體襯底的上述背面?zhèn)乳_口的第1、第2槽。
文檔編號H01L27/146GK102194846SQ20111006661
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者山口鐵也 申請人:株式會社東芝