專利名稱：固體攝像元件及其制造方法和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有多層結(jié)構(gòu)的固體攝像元件、所述固體攝像元件的制造方法和包括所述固體攝像元件的電子裝置，該多層結(jié)構(gòu)包括光電轉(zhuǎn)換單元和布線層。
背景技術(shù)：
在布置有多個光電轉(zhuǎn)換單元的固體攝像元件中，已知的用于成功提高光學(xué)靈敏度及獲得更高像素密度的結(jié)構(gòu)例如包括背側(cè)照射型結(jié)構(gòu)。在背側(cè)照射型固體攝像元件中，光電轉(zhuǎn)換單元布置在半導(dǎo)體基板的后表面，該后表面與布置有電路和布線等的前表面相對， 因此光電轉(zhuǎn)換單元通過后表面接收入射光。由于阻擋或反射入射光的電路和布線等沒有布置在元件的光接收側(cè)，所以在該背側(cè)照射型固體攝像元件中能夠提高靈敏度(例如，參見日本未審查專利申請公開號No. 2008-182142)。此外，在上述背側(cè)照射型固體攝像元件中，還提出了在光電轉(zhuǎn)換單元中的與光接收表面相對的表面上設(shè)置控制柵極，并向光電轉(zhuǎn)換單兀施加電壓以控制電勢及有效地傳輸信號電荷(例如，參見日本未審查專利申請公開號No. 2007-258684)。然而，在背側(cè)照射型固體攝像元件中，將信號電荷從半導(dǎo)體基板中的光電轉(zhuǎn)換單元讀出到電荷積累單元和讀出電路，而電荷積累單元和讀出電路布置在與光電轉(zhuǎn)換單元相對一側(cè)的表面。因此，半導(dǎo)體基板受到薄化，來自半導(dǎo)體基板中的光電轉(zhuǎn)換單元的表面的入射光容易穿過光電轉(zhuǎn)換單元，并入射到電荷積累單元和讀出電路。上述入射光有時導(dǎo)致噪聲的產(chǎn)生等缺陷，從而降低了所捕獲圖像的質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
因此，期望提供能夠防止噪聲的產(chǎn)生并提高圖像質(zhì)量的、具有包括光電轉(zhuǎn)換單元和布線層的多層結(jié)構(gòu)的固體攝像元件、提供該固體攝像元件的制造方法、以及提供包括該固體攝像元件的電子裝置。本發(fā)明實施例的固體攝像元件包括布線層；電荷積累單元，其包括設(shè)置在所述布線層上的半導(dǎo)體層；及光電轉(zhuǎn)換膜，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上，其中，在所述電荷積累單元中設(shè)置有具有開口的釘扎層，所述電荷積累單元的設(shè)置有所述釘扎層的區(qū)域位于所述電荷積累單元與所述光電轉(zhuǎn)換膜之間的界面處，所述釘扎層的導(dǎo)電類型與所述電荷積累單元的導(dǎo)電類型相反。在具有上述結(jié)構(gòu)的固體攝像元件中，由于光電轉(zhuǎn)換膜設(shè)置在用于構(gòu)成電荷積累單元的半導(dǎo)體層上，所以通過使用具有高吸收率的膜作為光電轉(zhuǎn)換膜，能夠防止入射光穿過光電轉(zhuǎn)換膜透射到半導(dǎo)體層。由此，防止了由于光照射到由半導(dǎo)體層構(gòu)成的電荷積累單元上而引起的噪聲的產(chǎn)生。此外，在電荷積累單元的位于電荷積累單元和光電轉(zhuǎn)換膜之間的界面處的區(qū)域中設(shè)置與電荷積累單元的導(dǎo)電型相反的釘扎層，補償了由半導(dǎo)體層構(gòu)成的電荷積累單元的區(qū)域中的缺陷能級。由此，防止了由缺陷能級導(dǎo)致的噪聲的產(chǎn)生。在光電轉(zhuǎn)換膜中產(chǎn)生的信號電荷移動到并存儲在電荷積累單元中，電荷積累單元通過設(shè)置在釘扎層中的開口與光電轉(zhuǎn)換膜連接。根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種用于制造具有上述結(jié)構(gòu)的固體攝像元件的方法，所述方法包括在半導(dǎo)體基板的前表面中形成電荷積累單元；在所述半導(dǎo)體基板的形成有所述電荷積累單元的所述前表面上形成布線層；從所述半導(dǎo)體基板的后表面起薄化所述半導(dǎo)體基板，直到暴露所述電荷積累單元，以提供具有暴露表面的半導(dǎo)體層；在所述半導(dǎo)體層的所述暴露表面上形成光電轉(zhuǎn)換膜；及在形成所述光電轉(zhuǎn)換膜之前，在所述電荷積累單元中形成具有開口的釘扎層，所述電荷積累單元的形成有所述釘扎層的區(qū)域位于所述電荷積累單元與所述光電轉(zhuǎn)換膜之間的界面處，所述釘扎層的導(dǎo)電類型與所述電荷積累單元的導(dǎo)電類型相反。上述制造方法提供了具有上述結(jié)構(gòu)的固體攝像元件。 本發(fā)明實施例的電子裝置包括固體攝像元件；光學(xué)系統(tǒng)，其用于將入射光引導(dǎo)到所述固體攝像元件的像素區(qū)域；及信號處理電路，其用于處理由所述固體攝像元件輸出的信號。所述固體攝像元件是由前述實施例中的固體攝像元件構(gòu)成。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例，在光電轉(zhuǎn)換單元隔著電荷積累單元形成在布線層上的結(jié)構(gòu)中，能夠防止由于光照射到具有半導(dǎo)體層的電荷積累單元上而引起的噪聲的產(chǎn)生，以及能夠防止由具有半導(dǎo)體層的電荷積累單元的界面區(qū)域中的缺陷能級導(dǎo)致的噪聲的產(chǎn)生。由此，在固體攝像元件中以及包括該固體攝像元件的電子裝置中，該固體攝像的元件的結(jié)構(gòu)提高了光學(xué)靈敏度和像素密度，從而能夠提高圖像質(zhì)量。


圖I是表示本發(fā)明實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2是表示第一實施例的固體攝像元件的部分結(jié)構(gòu)的剖面圖；圖3A-圖3C是表示第一實施例所使用的制造方法的第一示例的步驟的剖面圖；圖4A-圖4C是表示第一實施例所使用的制造方法的第一示例的步驟(接續(xù)圖3C 中的步驟)的剖面圖；圖5A-圖5C是表示第一實施例所使用的制造方法的第二示例的步驟的剖面圖；圖6A-圖6C是表示第一實施例所使用的制造方法的第二示例的步驟(接續(xù)圖5C 中的步驟)的剖面圖；圖7是表示第二實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；圖8A和圖8B是表示第二實施例的固體攝像元件中的釘扎孔與傳輸柵極重疊的狀態(tài)的部分平面圖；圖9是表示第三實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)的示意性剖面圖；圖IOA和圖IOB是表示第三實施例的固體攝像元件中的釘扎孔的位置的部分平面圖；及
圖11是電子裝置的結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式

參照附圖以如下順序來說明本發(fā)明的實施例。I、實施例的固體攝像元件的示意性結(jié)構(gòu)的示例；2、第一實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)；3、第一實施例的固體攝像元件的制造方法的第一示例；4、第一實施例的固體攝像元件的制造方法的第二示例；5、第二實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)(釘扎孔與傳輸柵極重疊的示例)；6、第三實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)(釘扎孔布置在像素中心的示例)；及7、電子裝置的實施例應(yīng)注意的是，實施例和變形例中相同的元件使用相同的附圖標(biāo)記，并省略了重復(fù)說明。I、實施例的固體攝像元件的示意性結(jié)構(gòu)的示例圖I表示由本發(fā)明的各個實施例的制造方法制造的作為固體攝像元件的示例的 MOS型固體攝像元件的示意性結(jié)構(gòu)。圖I所示的固體攝像元件I具有支撐基板3，支撐極板3的表面設(shè)置有像素區(qū)域 5，在像素區(qū)域5上，以二維方式規(guī)則地布置有多個具有光電轉(zhuǎn)換單元的像素。布置在像素區(qū)域5中的各個像素設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換單元、電荷積累單元、以及由多個晶體管(所謂的MOS 晶體管)和電容元件等構(gòu)成的像素電路。應(yīng)注意的是，在某些情況下，多個像素共用像素電路的一部分。上述像素區(qū)域5的周邊部分設(shè)置有諸如垂直驅(qū)動電路6、列信號處理電路7、水平驅(qū)動電路8和系統(tǒng)控制電路9等周邊電路。例如，由移位寄存器構(gòu)成的垂直驅(qū)動電路6選擇像素驅(qū)動線11，并向所選擇的像素驅(qū)動線11提供用于驅(qū)動像素的脈沖，由此以每次一行的方式驅(qū)動布置在像素區(qū)域5中的像素。S卩，垂直驅(qū)動電路6在垂直方向上以每次一行的方式依次選擇并掃描布置在像素區(qū)域5中的像素。此外，基于信號電荷的像素信號通過與像素驅(qū)動線11垂直地布置的垂直信號線13提供到列信號處理電路7，其中信號電荷根據(jù)各個像素所接收的光的量產(chǎn)生。例如，各列像素布置有列信號處理電路7，各列像素中的列信號處理電路7對輸出自一列像素的信號進行諸如噪聲移除等信號處理。即，列信號處理電路7進行諸如相關(guān)雙采樣(CDS)等信號處理，以便移除像素特有的固定模式噪聲，并進行信號放大和模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換(AD轉(zhuǎn)換)等。例如，由移位寄存器構(gòu)成的水平驅(qū)動電路8通過順序輸出水平掃描脈沖，來依次選擇各個列信號處理電路7，從而使各個列信號處理電路7輸出像素信號。 系統(tǒng)控制電路9接收用于控制操作模式等的輸入時鐘和數(shù)據(jù)，并輸出諸如固體攝像元件I的內(nèi)部信息等數(shù)據(jù)。即，系統(tǒng)控制電路9基于垂直同步信號、水平同步信號和主時鐘產(chǎn)生時鐘信號和控制信號，以作為垂直驅(qū)動電路6、列信號處理電路7和水平驅(qū)動電路 8等的操作的基準(zhǔn)。這些信號輸入到垂直驅(qū)動電路6、列信號處理電路7和水平驅(qū)動電路8
坐寸ο
用于驅(qū)動像素的驅(qū)動電路是由上述周邊電路6至9以及布置于像素區(qū)域5的像素電路構(gòu)成。周邊電路6至9可以布置成與像素區(qū)域5重疊。2、第一實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)圖2是表示第一實施例的固體攝像元件的部分結(jié)構(gòu)的剖面圖，并且是圖I中的像素區(qū)域5中的三個像素的剖面圖。圖2所示的固體攝像元件Ia具有基板3，基板3上依次層疊有布線層21、半導(dǎo)體層31、光電轉(zhuǎn)換膜41、保護膜51、濾色器層53和片上透鏡55。下文從最底層開始依次說明該結(jié)構(gòu)。支撐基板3支撐基板3作為固體攝像元件的支撐基板，其是通過使用諸如玻璃基板、半導(dǎo)體基板或塑料基板等合適的材料形成。布線層21例如，布線層21具有多層布線結(jié)構(gòu)。布線層21具有傳輸柵極TG。各個傳輸柵極 TG設(shè)置在布線層21的區(qū)域中，該區(qū)域位于布線層21與半導(dǎo)體層31之間的界面處，并且在傳輸柵極TG和半導(dǎo)體層31之間設(shè)置有柵極絕緣膜23。各個像素均設(shè)置有傳輸柵極TG，傳輸柵極TG由層間絕緣膜25覆蓋。布線層21包括多層的由層間絕緣膜25進行絕緣的布線 27。部分層間絕緣膜25和部分柵極絕緣膜23中設(shè)置有到達(dá)半導(dǎo)體層31的連接孔25a，且布線27通過連接孔25a與半導(dǎo)體層31連接。半導(dǎo)體層31半導(dǎo)體層31是具有單晶結(jié)構(gòu)的薄膜層，在該單晶結(jié)構(gòu)中，由例如單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體基板受到薄化。半導(dǎo)體層31被分割成多個電荷積累單元35，電荷積累單元35通過在貫穿深度方向上布置的元件隔離部33彼此隔離。例如，各個電荷積累單元35是由n+型雜質(zhì)層或P+型雜質(zhì)層構(gòu)成，并與像素相對應(yīng)地布置。下面將通過電荷積累單元35是由n+型雜質(zhì)層構(gòu)成作為示例進行說明。在此種情況下，元件隔離部33可由p+型雜質(zhì)層構(gòu)成，或可由淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)構(gòu)成。浮動擴散部FD設(shè)置在半導(dǎo)體層31的區(qū)域中，該區(qū)域位于半導(dǎo)體層31和布線層21 之間的界面處。浮動擴散部FD是由n型雜質(zhì)層構(gòu)成，該n型雜質(zhì)層通過由p型雜質(zhì)層構(gòu)成的溝道區(qū)域Ch與電荷積累單元35分隔開。浮動擴散部FD設(shè)置成被多個電荷積累單元35 共用，此處在如下狀態(tài)下進行說明單個浮動擴散部FD被兩個鄰近像素的電荷積累單元35 共用。由此，部分上述元件隔離部33布置為與溝道區(qū)域Ch接觸。此外，設(shè)置在布線層21中的布線27的一部分與浮動擴散部FD相連接。此外，設(shè)置在布線層21中的各個傳輸柵極TG布置成與溝道區(qū)域Ch相對應(yīng)，其中溝道區(qū)域Ch位于浮動擴散部FD和電荷積累單元35之間。覆蓋電荷積累單元35的第一釘扎層Pl設(shè)置在半導(dǎo)體層31的區(qū)域中，該區(qū)域位于半導(dǎo)體層31和布線層21之間的界面處。第一釘扎層Pl是由與電荷積累單元35具有相反導(dǎo)電類型(此處為P型)的雜質(zhì)層構(gòu)成，并具有薄的膜厚。 另一方面，作為第一實施例的特征的第二釘扎層P2設(shè)置在半導(dǎo)體層31的區(qū)域中， 該區(qū)域位于半導(dǎo)體層31和光電轉(zhuǎn)換膜41之間的界面處。第二釘扎層P2是由與電荷積累單元35具有相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)層構(gòu)成；該第二釘扎層P2是由硼濃度為IO19個原子/cm3 的P+型雜質(zhì)層構(gòu)成，并具有極薄的膜厚。
第二釘扎層P2的特定特征在于第二釘扎層P2設(shè)置成在部分開口的狀態(tài)下覆蓋電荷積累單元35 ；由半導(dǎo)體層31構(gòu)成的電荷積累單元35通過開口 H與光電轉(zhuǎn)換膜41直接連接。例如，當(dāng)在平面圖中從支撐基板3觀察上述元件時，第二釘扎層P2的開口 H布置成沒有與浮動擴散部FD重疊。
由于上述結(jié)構(gòu)的原因，除與光電轉(zhuǎn)換膜41相面對的開口 H、浮動擴散部FD和溝道區(qū)域Ch之外，半導(dǎo)體層31的界面區(qū)域(即，位于半導(dǎo)體層31和布線層21之間的界面處的界面區(qū)域、及位于半導(dǎo)體層31和光電轉(zhuǎn)換膜41之間的界面處的界面區(qū)域)被第一釘扎層 P1、第二釘扎層P2和元件隔離部33覆蓋，上述第一和第二釘扎層是由P+型雜質(zhì)層構(gòu)成。盡管此處省略了說明，但上述半導(dǎo)體層31和布線層21之間的界面處設(shè)置有包括電極、柵極絕緣膜和傳輸柵極的晶體管Tr和電容元件，其中電極是由與上述雜質(zhì)層相同的層構(gòu)成。布線層21還設(shè)置有用于連接上述元件的布線，從而構(gòu)成了上述像素電路和周邊電路。特別地，本實施例的固體攝像元件適合使用全局快門電路。此處使用的全局快門電路的結(jié)構(gòu)沒有限制，且能夠應(yīng)用各種全局快門電路的結(jié)構(gòu)。光電轉(zhuǎn)換膜41光電轉(zhuǎn)換膜41是沉積在半導(dǎo)體層31上的層。光電轉(zhuǎn)換膜41被分割成多個光電轉(zhuǎn)換單元45，光電轉(zhuǎn)換單元45通過在貫穿深度方向上布置的元件隔離部43彼此隔離。各個光電轉(zhuǎn)換單元45與像素相對應(yīng)地布置；重要的是，單個光電轉(zhuǎn)換單元45與單個電荷積累單元35中的第二釘扎層P2的開口 H連接。應(yīng)注意的是，元件隔離部43可由與光電轉(zhuǎn)換單元45具有相反導(dǎo)電類型的雜質(zhì)層構(gòu)成，或者可以是淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)。重要的是，光電轉(zhuǎn)換膜41由可見光光吸收系數(shù)比半導(dǎo)體層31高的材料構(gòu)成，且光吸收系數(shù)越高越好。此外，優(yōu)選地，光電轉(zhuǎn)換膜41設(shè)置成與半導(dǎo)體層31晶格匹配。因此，光電轉(zhuǎn)換膜41能夠形成為具有高的結(jié)晶度和良好的光電轉(zhuǎn)換效率，且能夠使光電轉(zhuǎn)換膜41 與半導(dǎo)體層31中的電荷積累單元35之間的界面態(tài)(interface state)保持為低。于是， 優(yōu)選地，使用形成在半導(dǎo)體層31上的外延生長層，以作為與半導(dǎo)體層31晶格匹配的光電轉(zhuǎn)換膜41。例如，用于上述光電轉(zhuǎn)換膜41的材料可以適當(dāng)?shù)剡x自(1)化合物半導(dǎo)體材料；
(2)硅化物類材料；和(3)有機材料。下文在半導(dǎo)體層31是由單晶硅構(gòu)成的情況下說明用于構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換膜41的材料(I)至(3)的示例。(I)具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體材料用作化合物半導(dǎo)體材料的具體示例。用作光電轉(zhuǎn)換膜41的優(yōu)選示例是具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體材料，其具有高的光吸收系數(shù)，并且是在寬的波長區(qū)域上具有高的靈敏度的材料。具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的這類半導(dǎo)體材料是由IV族附近的諸如Cu、Al、Ga、In、Zn、S和Se等元素構(gòu)成；這類材料的示例包括 CuInSe類混合晶體、CuGaInS類混合晶體、CuAlGaInS類混合晶體、CuAlGaInSSe類混合晶體和CuAlGaInZnSSe類混合晶體。除了單晶結(jié)構(gòu)之外，由上述化合物半導(dǎo)體材料構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換膜41還可具有多晶或非晶結(jié)構(gòu)。從光吸收系數(shù)的角度來說，在上述化合物半導(dǎo)體材料中，優(yōu)選地使用CuInSe2。 CuInSe2具有比其他材料更高的光吸收系數(shù)；尤其是，CuInSe2的光吸收系數(shù)比單晶硅高的光吸收系數(shù)大大約兩個數(shù)量級。因此，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41由CuInSe2構(gòu)成時，CuInSe2將作為適當(dāng)具有阻擋可見光功能的光電轉(zhuǎn)換膜41。
此外，從與半導(dǎo)體層31晶格匹配的角度來說，在半導(dǎo)體層31由單晶硅構(gòu)成的情況下，在上述化合物半導(dǎo)體材料中，優(yōu)選地使用以下組份Cu (Ga0 52In0 48) S2Cu (Al0.24Ga0.23In0.53) S2Cu(Al0.36Ga0.64) (SuSea72)(2)硅化物類材料的示例包括 CoSi、CrSi、HfSi、IrSi、MoSi、NiSi、PdSi、ReSi、 TaSi、TiSi、WSi、ZrSi、P -硅化鐵材料(3-FeSi2)和硅化鋇類材料(BaSi2^BaSrSi) 從光吸收系數(shù)的角度來說，在上述硅化物類材料中，優(yōu)選地使用￠-硅化鐵材料 (^-FeSi2)和硅化鋇類材料(BaSi2、BaSrSi)。這些材料的光吸收系數(shù)比單晶硅的光吸收系數(shù)大大約兩個數(shù)量級，因此其優(yōu)選地作為用于構(gòu)成具有阻擋可見光功能的光電轉(zhuǎn)換膜41 的材料。(3)有機材料的優(yōu)選示例包括喹卩丫唳酮類(quinacridone-based)和香豆素類 (coumarin-based)有機材料。這些材料的光吸收系數(shù)比單晶娃的光吸收系數(shù)大大約兩個數(shù)量級，因此其優(yōu)選地作為用于構(gòu)成具有阻擋可見光功能的光電轉(zhuǎn)換膜41的材料。光電轉(zhuǎn)換膜41優(yōu)選地形成為具有在深度方向上向半導(dǎo)體層31傾斜的能帶，以便使由各個光電轉(zhuǎn)換單元45產(chǎn)生的電荷容易通過第二釘扎層P2的開口 H移動到由半導(dǎo)體層 31構(gòu)成的電荷積累單元35中。例如，在電荷積累單元35是由n型雜質(zhì)層構(gòu)成的情況下，調(diào)整電荷積累單元35中的雜質(zhì)的深度方向上的濃度以及組成，使得光電轉(zhuǎn)換單元45中產(chǎn)生的電子容易移動到電荷積累單元35中。如果滿足上述條件，則上述光電轉(zhuǎn)換膜41可以是 p型、i型和n型中的任意一種類型。以下說明光電轉(zhuǎn)換膜41是由具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的Cu (Ga0.52In0.48) S2形成的具體示例。在此種情況下，與由半導(dǎo)體層31構(gòu)成的n型電荷積累單元35相反的是，由 Cu(Gaa52Ina48)S2形成的光電轉(zhuǎn)換膜41所構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換單兀45為p型。因此,光電轉(zhuǎn)換膜41 (光電轉(zhuǎn)換單元45)在深度方向上包括具有濃度梯度(concentration gradient)的 Zn，作為n型雜質(zhì)的Zn相對于Cu (Gaa52Ina48) S2的濃度在靠近半導(dǎo)體層31的方向上增加。 當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41的膜厚處于300nm量級時，作為n型雜質(zhì)的Zn的濃度處于IO14至IO16個原子/cm3的量級。由此，上述能帶呈現(xiàn)出傾斜結(jié)構(gòu)，從而促使電子從p型光電轉(zhuǎn)換單元45 移動到n型電荷積累單元35中。如上所述，在光電轉(zhuǎn)換膜41是由具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的材料構(gòu)成的情況下，在光電轉(zhuǎn)換膜41中摻雜IV族附近的元素以使其在深度方向上具有濃度梯度，使得上述能帶在深度方向上發(fā)生傾斜。保護膜51保護膜51是由鈍化材料構(gòu)成的膜，或者在光電轉(zhuǎn)換膜41具有晶體結(jié)構(gòu)時，保護膜 51是由具有固定電荷以便補償其缺陷能級(defect level)的材料構(gòu)成的膜。鈍化材料的膜的示例包括普通的氧化硅膜、氮化硅膜和氮氧化硅膜。 另一方面，例如，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41為n型時,具有負(fù)固定電荷的材料的膜沉積成上述具有固定電荷的材料的膜，而當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41為p型時，使用具有正固定電荷的材料的膜。作為示例，金屬氧化物膜或硅類材料膜用作具有負(fù)固定電荷的材料的膜。在金屬氧化物膜的情況下，上述材料優(yōu)選為自身具有負(fù)固定電荷的材料；例如，使用過渡金屬氧化物膜。尤其是，優(yōu)選使用氧化鉿(HfO2)、氧化鋯(ZrO2)、氧化鋁(Al2O3)、氧化鈦(TiO2)或氧化鉭(Ta2O5)。在硅類材料膜的情況下，上述材料優(yōu)選為自身具有負(fù)固定電荷的材料；優(yōu)選使用包含硼、磷或其他雜質(zhì)的氧化硅膜。特定示例為含硼的氧化硅(BSG)、含磷的氧化硅 (PSG)以及含硼和磷的氧化硅(BPSG)。優(yōu)選地，通過使用有機金屬或有機硅烷氣體進行沉積，使上述具有負(fù)固定電荷的材料的膜形成為含碳的膜；因此，能夠進一步增加上述膜中的負(fù)固定電荷(參見日本未審查申請公開號No. 2010-67736)。除上述之外，例如，能夠使用透明電極材料膜作為具有負(fù)固定電荷的材料的膜。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41為η型時，向由透明電極材料膜構(gòu)成的保護膜51施加負(fù)電壓，從而能夠?qū)⒈Ｗo膜51用作具有負(fù)固定電荷的膜。
具有正固定電荷的材料的膜的示例也包括透明電極材料膜。當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41為 P型時，向由透明電極材料膜構(gòu)成的保護膜施51加正電壓，從而能夠?qū)⒈Ｗo膜51用作具有正固定電荷的膜。上述保護膜51可以具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。在多層結(jié)構(gòu)的情況下，鈍化材料的膜可以形成在具有固定電荷的材料的膜上。濾色器層53濾色器層53包括濾色器，濾色器的顏色與光電轉(zhuǎn)換單元45—一對應(yīng)地設(shè)置。具有顏色的濾色器的排列沒有限制。片上透鏡55片上透鏡55與光電轉(zhuǎn)換單元45和具有用于構(gòu)成濾色器層53的顏色的濾色器一一對應(yīng)地設(shè)置，片上透鏡55的結(jié)構(gòu)使得入射光聚集到光電轉(zhuǎn)換單元45上。在以上述方式構(gòu)成的固體攝像元件Ia中，光電轉(zhuǎn)換膜41設(shè)置在用于構(gòu)成電荷積累單元35的半導(dǎo)體層31上。因此，通過將具有良好光吸收性的膜用作光電轉(zhuǎn)換膜41，能夠防止入射到光電轉(zhuǎn)換膜41上的光透射到半導(dǎo)體層31上。因此，能夠防止由于光照射到電荷積累單元35上而產(chǎn)生的噪聲。然而，當(dāng)具有與電荷積累單元35相反的導(dǎo)電類型的第二釘扎層Ρ2設(shè)置在電荷積累單元35的位于電荷積累單元35與光電轉(zhuǎn)換膜41之間的界面處的區(qū)域中時，能夠使該界面具有固定電勢，例如，OV或負(fù)電勢，因此獲得了由于虛擬柵極引起的釘扎效果。由此，補償了電荷積累單元35的位于電荷積累單元35和光電轉(zhuǎn)換膜41之間的界面處的界面區(qū)域的缺陷能級。如圖2中的箭頭所示，由光電轉(zhuǎn)換膜41產(chǎn)生的信號電荷向電荷積累單元35移動，并聚集在電荷積累單元35中，其中電荷積累單元35通過布置在第二釘扎層Ρ2中的開口 H與光電轉(zhuǎn)換膜41連接。因此，沒有阻礙電荷從光電轉(zhuǎn)換膜41中的光電轉(zhuǎn)換單元45移動到電荷積累單元35，從而能夠防止由界面的缺陷能級引起的暗電流，由此防止了白噪聲的產(chǎn)生。由此，能夠防止噪聲的產(chǎn)生，并提高固體攝像元件Ia中的圖像質(zhì)量，該固體攝像元件Ia具有包括光電轉(zhuǎn)換單元45和布線層21的多層結(jié)構(gòu)，該多層結(jié)構(gòu)能夠提高光學(xué)靈敏度及增加像素密度。特別是，在設(shè)置有全局快門電路并通過全局快門模式拍攝圖像的固體攝像元件Ia中，在均設(shè)置有光電轉(zhuǎn)換單元45的全部像素中同時進行曝光，且信號電荷暫時地積累在各個電荷積累單元35中。因此，盡管在光入射到電荷積累單元35上時產(chǎn)生了可觀數(shù)量的噪聲，但能夠通過使用第一實施例可靠地防止該噪聲的產(chǎn)生。因此，第一實施例能夠在以全局快門模式拍攝圖像的固體攝像元件Ia中提供顯著的圖像質(zhì)量改善效果。3、第一實施例的固體攝 像元件的制造方法的第一示例圖3A-圖4C是用于說明第一實施例的固體攝像元件的制造方法的第一示例的步驟的剖面圖。以下將基于這些附圖對第一實施例的固體攝像元件的制造方法的第一示例進行說明。圖3A首先，如圖3A所示，例如，制備n型的單晶硅基板，以作為半導(dǎo)體基板31a。在半導(dǎo)體基板31a的表面層中，形成前述的由P+型雜質(zhì)層構(gòu)成的元件隔離部33、 第一釘扎層Pl和第二釘扎層P2 ;此外形成由p型雜質(zhì)層構(gòu)成的溝道區(qū)域Ch ;并此外形成由 n+型雜質(zhì)層構(gòu)成的電荷積累單元35。通過從半導(dǎo)體基板31a的表面?zhèn)纫腚s質(zhì)，例如通過掩膜從上方向半導(dǎo)體基板 31a中進行離子注入,并隨后進行熱激活處理(thermal-activation treatment),來形成各個P+型雜質(zhì)層、P型雜質(zhì)層和n+型雜質(zhì)層。在p+型雜質(zhì)層和p型雜質(zhì)層的情況下，進行p 型雜質(zhì)(如，硼(B))的離子注入。另一方面，在n+型雜質(zhì)層的情況下，進行n型雜質(zhì)(如， 砷(As))的離子注入。離子的注入能量適當(dāng)?shù)卦O(shè)定成與雜質(zhì)層的形成深度相匹配。例如，在形成具有開口 H的第二釘扎層P2時，在半導(dǎo)體基板31a的表面上形成用于覆蓋與開口 H相對應(yīng)的部分的掩膜，并通過掩膜從上方向半導(dǎo)體基板31a中注入離子。同樣地，通過設(shè)定成比形成第一釘扎層Pl時的離子注入具有更高的注入能量的離子注入，在比第一釘扎層Pl更深的位置處形成第二釘扎層P2。因此形成第二釘扎層P2，使得其是由硼濃度為IO19個原子/cm3量級的p+型雜質(zhì)層構(gòu)成。接著，在形成有電荷積累單元35的半導(dǎo)體基板31a的表面上沉積由氧化硅膜或氮化硅膜構(gòu)成的柵極絕緣膜23 ;并在柵極絕緣膜23上形成由多晶硅構(gòu)成的傳輸柵極TG。在目前為止的步驟中步驟的順序沒有具體限制，可以是任何合適的順序。例如，在柵極絕緣膜23上形成傳輸柵極TG之后，可以通過利用傳輸柵極TG作為掩膜依次注入離子，來形成浮動擴散部FD或第一釘扎層Pl。元件隔離部33也不限定為由雜質(zhì)層構(gòu)成，其也可以形成為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。圖3B接著，如圖3B所示，在半導(dǎo)體基板31a上形成層間絕緣膜25，以覆蓋傳輸柵極TG; 并在層間絕緣膜25和柵極絕緣膜23中形成到達(dá)浮動擴散部FD的接觸孔25a。接著，重復(fù)進行布線27和層間絕緣膜25的形成，布線27通過接觸孔25a與浮動擴散部FD相連接。利用諸如鋁、鎢或鑰等具有良好電導(dǎo)率的金屬材料形成布線27。最上面的層間絕緣膜25是由具有適于掩埋特性的膜構(gòu)成，并形成平坦表面。由此，形成包括柵極絕緣膜23、傳輸柵極TG和多層布線27的布線層21，上述多層結(jié)構(gòu)通過層間絕緣膜25進行絕緣。通過上述步驟在半導(dǎo)體基板31a和布線層21中形成用于構(gòu)成像素電路和周邊電路的晶體管Tr、電容元件和布線。
可以根據(jù)常規(guī)半導(dǎo)體工藝進行布線層21的形成步驟，且步驟的次序沒有限制。例如，可以在形成布線27時使用所謂的鑲嵌步驟(damascene step);在此種情況下,布線27 可以由諸如銅等不適于刻蝕處理的金屬材料形成。圖3C
此后，如圖3C所示，將支撐基板3附著在布線層21中的層間絕緣膜25上?？梢酝ㄟ^粘合劑(此處附圖中省去了粘合劑)附著支撐基板3，或可不使用粘合劑而通過直接接合附著支撐基板3。圖4A接著，如圖4A所示，從半導(dǎo)體基板31a的表面起薄化半導(dǎo)體基板31a，以設(shè)置半導(dǎo)體基板31a。此處，從與支撐基板3相對的一側(cè)起薄化半導(dǎo)體基板31a，直到暴露第二釘扎層P2和電荷積累單元35，從而設(shè)置半導(dǎo)體基板31a。由此，通過將第二釘扎層P2作為刻蝕阻止層來進行研磨或刻蝕，以薄化半導(dǎo)體基板31a。圖4B此后,如圖4B所不,在半導(dǎo)體層31的暴露表面上沉積光電轉(zhuǎn)換膜41。使用上述用于構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換膜41的各種材料,通過合適的沉積方法來沉積光電轉(zhuǎn)換膜41。例如，在由具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換膜41形成為與半導(dǎo)體層31晶格匹配的情況下,使用外延法(epitaxy)在半導(dǎo)體層31上沉積光電轉(zhuǎn)換膜41。 由此將具有晶體結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換膜41沉積成處于與由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體層31晶格匹配的狀態(tài)?？梢酝ㄟ^使用包含了用于構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換膜41的各種元素的沉積氣體的化學(xué)氣相沉積(CVD)，或通過分子束外延(MBE)來實施上述由外延生長所進行的電轉(zhuǎn)換膜41的沉積。例如，在通過使用具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的Cu (Ga0.52In0.48) S2來沉積光電轉(zhuǎn)換膜41時，該沉積包括向P型Cu(Gaa52Ina48)S2中加入作為n型雜質(zhì)的Zn。同時,該沉積包括調(diào)整所提供的含Zn沉積氣體的量，使得Zn濃度隨著晶體生長而降低。因此，光電轉(zhuǎn)換膜41具有傾斜的能帶結(jié)構(gòu)，以促使電子從P型光電轉(zhuǎn)換膜41移動到n型電荷積累單元35中。圖4C接著，如圖4C所示，在光電轉(zhuǎn)換膜41中形成元件隔離部43，以形成光電轉(zhuǎn)換單元 45，光電轉(zhuǎn)換單元45通過光電轉(zhuǎn)換膜41的隔離形成為與像素相對應(yīng)。此處，例如，通過光刻法(lithographic method)在光電轉(zhuǎn)換膜41上形成掩膜圖案；通過掩膜圖案從上方進行離子注入，并通過隨后的熱激活處理在貫穿光電轉(zhuǎn)換膜41的深度方向上形成雜質(zhì)層，由此將該雜質(zhì)層形成為元件隔離部43。于是，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41為p型時，通過離子注入引入n 型雜質(zhì)；當(dāng)光電轉(zhuǎn)換膜41為n型時，通過離子注入引入p型雜質(zhì)。可通過在溝槽中埋入絕緣層來形成元件隔離部43。在此種情況下，形成了淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)，其與光電轉(zhuǎn)換膜41的導(dǎo)電類型無關(guān)。優(yōu)選地，將元件隔離部43形成為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，這是因為不需要對用于形成元件隔離部43的雜質(zhì)進行熱激活處理。圖2接著，如先前的圖2所示，在用于構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換單元45的光電轉(zhuǎn)換膜41上沉積了保護膜51。如上所述，保護膜51可以是鈍化材料的膜，或者可以是具有固定電荷以補償光電轉(zhuǎn)換膜41的表面的缺陷能級的材料的膜。接著，通過形成圖案使得具有顏色的濾色器對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換單元45，由此在保護膜51上形成濾色器層53。另外，還形成片上透鏡55。因此獲得了固體攝像元件la。通過上述制造方法的第一示例，能夠獲得第一實施例的固體攝像元件，其中，如圖 2所示，第二釘扎層P2設(shè)置在由半導(dǎo)體層31構(gòu)成的電荷積累單元35的區(qū)域中，該區(qū)域位于電荷積累單兀35和由光電轉(zhuǎn)換膜41構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換單兀45之間的界面處。根據(jù)第一不例的特定次序，如圖3A所示，存在用于形成雜質(zhì)層的步驟，該雜質(zhì)層包括用于構(gòu)成半導(dǎo)體層31的半導(dǎo)體基板31a中的電荷積累單元35;如圖3B所示，接著，在半導(dǎo)體基板31a上形成了布線27。因此，能夠在使布線27不受用于形成雜質(zhì)層的高溫?zé)峒せ钐幚淼挠绊懙耐瑫r，保持布線27的質(zhì)量。通過將形成于光電轉(zhuǎn)換膜41中的元件隔離部43形成為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，能夠使熱激活處理對布線27的影響降低到最小，并保持布線27的質(zhì)量，這是因為不需要對用于形成元件隔離部43的雜質(zhì)進行熱激活處理。4、第一實施例的固體攝像元件的制造方法的第二示例圖5A-圖6C是用于說明第一實施例的固體 攝像元件的制造方法的第二示例的剖面圖。第二示例與前述第一示例的區(qū)別在于第二釘扎層P2在整個過程中的形成時機不同， 但除此之外，順序相似。以下基于圖5A-圖6C說明第一實施例的固體攝像元件的制造方法的第二示例。應(yīng)注意的是，省略了與第一示例重復(fù)的具體說明。圖5A首先，如圖5A所示，例如，制備η型單晶硅基板，以作為半導(dǎo)體基板31a。在該半導(dǎo)體基板31a的表面層中形成除第二釘扎層P2之外的雜質(zhì)層。S卩，形成由 P+型雜質(zhì)層構(gòu)成的元件隔離部33和第一釘扎層Pl，并形成由P型雜質(zhì)層構(gòu)成的溝道區(qū)域 Ch。并且，還形成由η+型雜質(zhì)層構(gòu)成的浮動擴散部FD和電荷積累單元35。此處應(yīng)注意的是，由溝道區(qū)域Ch包圍的半導(dǎo)體基板31a的表面層作為電荷積累單元35。通過掩膜從上方向半導(dǎo)體基板31a中進行離子注入并通過隨后的熱激活處理，來形成這些P+型雜質(zhì)層、P型雜質(zhì)層和η+型雜質(zhì)層中的各個雜質(zhì)層；特別地，通過將注入能量適當(dāng)?shù)卦O(shè)置成與各個雜質(zhì)層的深度相匹配，來進行離子注入。接著，在形成有光電轉(zhuǎn)換單元35的半導(dǎo)體基板31a的表面上沉積由氧化硅膜或氮化硅膜構(gòu)成的柵極絕緣膜23，并在柵極絕緣膜23上形成由多晶硅構(gòu)成的傳輸柵極TG。圖5B接著，如圖5B所示，在半導(dǎo)體基板31a上形成布線層21。布線層21包括層間絕緣膜25、到達(dá)浮動擴散部FD的連接孔25a和通過連接孔25a與浮動擴散部FD相連接的布線 27。由此，在半導(dǎo)體基板31a和布線層21中形成了用于構(gòu)成像素電路和周邊電路的晶體管 Tr、電容元件和布線。圖5C此后，如圖5C所示，將支撐基板3附著在布線層21中的層間絕緣膜25上。通過粘合劑(此處附圖中省去了粘合劑)附著支撐基板3。圖6A接著，如圖6A所示，從半導(dǎo)體基板31a的表面起薄化半導(dǎo)體基板31a，使得電荷積累單元35被保留，由此形成半導(dǎo)體層31。此處，薄化半導(dǎo)體基板31a，使得其具有所需膜厚， 以作為電荷積累單元35。圖6B
此后，如圖6B所示，在由單晶硅構(gòu)成的半導(dǎo)體層31的暴露表面層中，即在由n+型雜質(zhì)層構(gòu)成的電荷積累單元35的暴露表面層中，形成由p+雜質(zhì)層構(gòu)成的第二釘扎層P2。 通過從半導(dǎo)體層31的暴露表面?zhèn)纫腚s質(zhì)，例如通過掩膜從上方向半導(dǎo)體層31中注入離子以及隨后的熱激活處理，由此形成第二釘扎層P2，其中掩膜覆蓋與開口 H相對應(yīng)的部分。 使該離子注入的注入能量保持為低，以使得僅在半導(dǎo)體層31的最上層的表面區(qū)域中形成第二釘扎層P2。可以通過激光退火(laser annealing)對用于形成第二釘扎層P2的雜質(zhì)進行熱激活處理。圖6C
在上述過程之后,如圖6C所不,在半導(dǎo)體層31的暴露表面上沉積光電轉(zhuǎn)換膜41。 例如，在由具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換膜41形成為與半導(dǎo)體層31晶格匹配的情況下，通過外延方法將光電轉(zhuǎn)換膜41沉積在半導(dǎo)體層31上。此處，與上述第一示例類似，例如在光電轉(zhuǎn)換膜41是由具有黃銅礦結(jié)構(gòu)的 Cu (Ga0 521%48) S2構(gòu)成的情況下,該沉積包括向Cu (Ga0 52I%48) S2中加入作為n型雜質(zhì)的Zn。 同時，該沉積包括調(diào)整所提供的含Zn沉積氣體的量，使得Zn濃度隨著晶體生長而降低。因此，光電轉(zhuǎn)換膜41具有傾斜的能帶結(jié)構(gòu)，從而促使電子從p型光電轉(zhuǎn)換膜41移動到n型電荷積累單元35。此后，在光電轉(zhuǎn)換膜41中形成元件隔離部43，以形成光電轉(zhuǎn)換單元45，光電轉(zhuǎn)換單元45通過光電轉(zhuǎn)換膜41的隔離而形成為與像素相對應(yīng)。應(yīng)注意的是，可通過在溝槽中埋入絕緣膜來形成元件隔離部43。在此種情況下，形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)(STI)，其與光電轉(zhuǎn)換膜41的導(dǎo)電類型無關(guān)。優(yōu)選地，將元件隔離部43形成為淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)，這是因為不需要對用于形成元件隔離部43的雜質(zhì)進行熱激活處理。圖2接著，如先前的圖2所示，在構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換單元45的光電轉(zhuǎn)換膜41上沉積保護膜 51。保護膜51可以是鈍化材料的膜，或者可以是具有固定電荷以補償光電轉(zhuǎn)換膜41的表面的缺陷能級的材料的膜。接著，通過形成圖案使得具有顏色的濾色器對應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換單元45，由此在保護膜51上形成濾色器層53，另外，還形成片上透鏡55。因此獲得了固體攝像元件la。通過上述制造方法的第二示例能夠獲得第一實施例的固體攝像元件，其中，如圖2 所示，第二釘扎層P2設(shè)置在由半導(dǎo)體層31構(gòu)成的電荷積累單元35的區(qū)域中，該區(qū)域位于電荷積累單元35和由光電轉(zhuǎn)換膜41構(gòu)成的光電轉(zhuǎn)換單元45之間的界面處。根據(jù)第二示例的特定順序，如圖6B所示，通過向由薄化的半導(dǎo)體基板31a形成的半導(dǎo)體層31的暴露表面層中引入雜質(zhì)來形成第二釘扎層P2。因此，能夠防止用于形成第二釘扎層P2的雜質(zhì)的深度分布發(fā)生擴散，從而在半導(dǎo)體層31的暴露表面層中形成極薄的第二釘扎層P2。因此，能夠提高藍(lán)光靈敏度和飽和電荷量。此外，能夠通過激光退火對用于形成第二釘扎層P2的雜質(zhì)進行熱激活處理，因此在形成布線層21之后，只在最外層表面中進行了第二釘扎層P2的高溫激活。由此，能夠使用于形成雜質(zhì)層的高溫?zé)峒せ钐幚韺Σ季€27的影響降低到最小，從而能夠保持布線27的質(zhì)量。通過將形成在光電轉(zhuǎn)換膜41中的元件隔離部43形成為淺溝槽隔離，能夠使熱處理對布線27的影響降低到最小，并保持布線27的質(zhì)量，這是因為不需要對用于形成元件隔離部43的雜質(zhì)進行熱激活處理。5、第二實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)(釘扎開口和傳輸柵極重疊的示例)圖7是表示第二實施例的固體攝像元件的部分結(jié)構(gòu)的剖面圖，并且是圖I中像素區(qū)域5中三個像素的剖面圖。圖7所示的第二實施例的固體攝像元件Ib和圖2所示的第一實施例的固體攝像元件之間的區(qū)別在于設(shè)置在第二釘扎層P2中的開口 H在平面視圖中的位置，而其他結(jié)構(gòu)與第一實施例相同。S卩，第二釘扎層P2的各個開口 H布置為使得開口 H和設(shè)置在布線層21中的傳輸柵極TG在平面視圖 中相重疊。圖8A和圖8B示出了從第二釘扎層P2觀察時的平面圖。如上述附圖所示，第二釘扎層P2的開口 H和傳輸柵極TG的重疊方式?jīng)]有限制，而且部分重疊也就能夠滿足需要。在上述第二實施例的固體攝像元件Ib中，通過使第二釘扎層P2的開口 H和傳輸柵極TG布置為相互重疊，使得從開口 H到傳輸柵極TG的距離最小化。由此，如圖7中的箭頭所示，通過傳輸柵極TG的驅(qū)動，在光電轉(zhuǎn)換膜41中產(chǎn)生的信號電荷通過設(shè)置在第二釘扎層P2中的開口 H直接讀出到浮動擴散部FD。因此，除在該結(jié)構(gòu)中獲得了如第一實施例所述的防止噪聲產(chǎn)生及提高所獲得的圖像質(zhì)量以由此提高了光學(xué)靈敏度并獲得了更高的像素密度的效果之外，還能夠獲得使電荷容易從光電轉(zhuǎn)換單元45讀出以由此提高響應(yīng)特性的效果。6、第三實施例的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)(釘扎開口布置在像素中心的示例)圖9是表示第三實施例的固體攝像元件的部分結(jié)構(gòu)的剖面圖，并且是圖I中像素區(qū)域5中三個像素的剖面圖。圖9所示的第三實施例的固體攝像元件Ic和前述第一和第二實施例的固體攝像元件之間的區(qū)別在于設(shè)置在第二釘扎層P2中的開口 H在平面視圖中的位置，而其他結(jié)構(gòu)與第一實施例和第二實施例相同。即，在平面視圖中，第二釘扎層P2的各個開口 H布置在光電轉(zhuǎn)換單元45的中心。 此處，光電轉(zhuǎn)換單元45在電荷積累單元35上形成為基本上與電荷積累單元35相匹配。在此種情況下，第二釘扎層P2的位于光電轉(zhuǎn)換單元45和電荷積累單元35中心的開口 H布置在像素的中心。圖IOA和圖IOB示出了從第二釘扎層P2觀察時的平面圖。如上述附圖所示，第二釘扎層P2的開口 H的形狀可以是矩形、圓形或其他形狀，優(yōu)選地是容易制造的形狀。第二釘扎層P2的開口 H和傳輸柵極可以如同第二實施例相重疊，或者不重疊。上述第三實施例的固體攝像元件Ic的結(jié)構(gòu)使得在從平面視圖中觀察時，第二釘扎層P2的開口 H布置在光電轉(zhuǎn)換單兀45的中心。由此，由于驅(qū)動傳輸柵極TG而產(chǎn)生的電場通過第二釘扎層P2在光電轉(zhuǎn)換單元45的整個區(qū)域上產(chǎn)生了均勻的作用，因此使電勢設(shè)計變得容易。因此，能夠?qū)⑿盘栯姾蓮墓怆娹D(zhuǎn)換單元45的整個區(qū)域有效地讀出到電荷積累單元35中。因此，在該結(jié)構(gòu)中，除獲得了如第一實施例所述的防止噪聲的產(chǎn)生及提高所獲得的圖像質(zhì)量以由此提高了光學(xué)靈敏度并獲得了更高的像素密度的效果之外，還能夠獲得使電荷容易從光電轉(zhuǎn)換單元45讀出的效果。7、電子裝置的實施例本發(fā)明的上述實施例的固體攝像元件能夠應(yīng)用于包括諸如數(shù)碼相機和攝像機等相機系統(tǒng)的電子裝置、具有攝像功能的手機和具有攝像功能的其他裝置。
圖11示出了包括固體攝像元件的相機的結(jié)構(gòu)，以作為本發(fā)明的實施例的電子裝置的示例。本實施例的相機以能夠靜止圖像攝像和視頻攝像的攝像機為例。本實施例的相機91包括固體攝像元件I、用于將入射光引導(dǎo)至固體攝像元件I的光接收傳感單元的光學(xué)系統(tǒng)93、快門裝置94、用于驅(qū)動固體攝像元件I的驅(qū)動電路95和處理來自固體攝像元件I 的輸出信號的信號處理電路96。固體攝像元件I是具有上述實施例和變形例的結(jié)構(gòu)之一的固體攝像元件(la、lb、 lc)。光學(xué)系統(tǒng)(光學(xué)透鏡)93將來自物體的圖像光(入射光)的圖像提供到固體攝像元件I的攝像面。由此，信號電荷在一段時間內(nèi)聚集在固體攝像元件I中。光學(xué)系統(tǒng)93可以是由多個光學(xué)透鏡構(gòu)成的光學(xué)透鏡系統(tǒng)?？扉T裝置94控制固體攝像元件I的曝光時段和遮光時段。驅(qū)動電路95提供用于控制固體攝像元件I的傳輸操作和快門裝置的快門操作的驅(qū)動信號。固體攝像元件I利用提供自驅(qū)動電路95的驅(qū)動信號(時序信號)來傳輸信號。信號處理電路96進行各種信號處理。經(jīng)過信號處理的圖像信號存儲在諸如存儲器等存儲媒體中，或輸出至監(jiān)視器。在本實施例的電子裝置中，使用上述各實施例之一的固體攝像元件I能夠提高光學(xué)靈敏度和圖像質(zhì)量，并保持高的圖像密度，從而能夠減小電子裝置的尺寸，并能夠提高所拍攝圖像的質(zhì)量。 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計要求和其它因素，可以在本發(fā)明所附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進行各種修改、組合、次組合及改變。
權(quán)利要求
1.一種固體攝像元件，其包括布線層；電荷積累單元，其包括設(shè)置在所述布線層上的半導(dǎo)體層 '及光電轉(zhuǎn)換膜，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上，其中，在所述電荷積累單元中設(shè)置有釘扎層，所述電荷積累單元的設(shè)置有所述釘扎層的區(qū)域位于所述電荷積累單元與所述光電轉(zhuǎn)換膜之間的界面處，所述釘扎層具有開口，所述釘扎層的導(dǎo)電類型與所述電荷積累單元的導(dǎo)電類型相反。
2.如權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，其中，在所述半導(dǎo)體層中設(shè)置有浮動擴散部，所述半導(dǎo)體層的設(shè)置有所述浮動擴散部的區(qū)域位于所述半導(dǎo)體層與所述布線層之間的界面處；及 在所述布線層中設(shè)置有傳輸柵極，所述布線層的設(shè)置有所述傳輸柵極的區(qū)域位于所述半導(dǎo)體層與所述布線層之間的界面處，使得所述傳輸柵極與位于所述電荷積累單元和所述浮動擴散部之間的區(qū)域相對應(yīng)，且在所述傳輸柵極和所述半導(dǎo)體層之間設(shè)置有柵極絕緣膜。
3.如權(quán)利要求2所述的固體攝像元件，其中，所述開口和所述傳輸柵極設(shè)置成在平面圖中重疊。
4.如權(quán)利要求2所述的固體攝像元件，其中，所述開口和所述傳輸柵極設(shè)置成在平面圖中不重疊。
5.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的固體攝像元件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換膜被分割為光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元彼此隔離，并與所述電荷積累單元相對應(yīng)，且所述釘扎層的所述開口在平面圖中位于所述光電轉(zhuǎn)換單元的中心。
6.如權(quán)利要求5所述的固體攝像元件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換單元通過元件隔離部彼此隔離，所述元件隔離部是由具有與所述光電轉(zhuǎn)換單元相反的導(dǎo)電類型的雜質(zhì)層構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求5所述的固體攝像元件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換單元通過元件隔離部彼此隔離，所述元件隔離部是淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
8.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的固體攝像元件，其中，所述光電轉(zhuǎn)換膜是由比所述半導(dǎo)體層具有更高的可見光吸收系數(shù)的材料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的固體攝像元件，其中，所述半導(dǎo)體層是由單晶硅構(gòu)成，且所述光電轉(zhuǎn)換膜設(shè)置成與所述半導(dǎo)體層晶格匹配。
10.如權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的固體攝像元件，其中，在所述電荷積累單元中設(shè)置有另一釘扎層，所述電荷積累單元的設(shè)置有所述另一釘扎層的區(qū)域位于所述電荷積累單元和所述布線層之間的界面處，所述另一釘扎層的導(dǎo)電類型與所述電荷積累單元的導(dǎo)電類型相反。
11.一種固體攝像元件的制造方法，其包括在半導(dǎo)體基板的前表面中形成電荷積累單元；在所述半導(dǎo)體基板的形成有所述電荷積累單元的所述前表面上形成布線層；從所述半導(dǎo)體基板的后表面起薄化所述半導(dǎo)體基板，直到暴露所述電荷積累單元，以提供具有暴露表面的半導(dǎo) 體層；在所述半導(dǎo)體層的所述暴露表面上形成光電轉(zhuǎn)換膜；及在形成所述光電轉(zhuǎn)換膜之前，在所述電荷積累單元中形成釘扎層，所述電荷積累單元的形成有所述釘扎層的區(qū)域位于所述電荷積累單元與所述光電轉(zhuǎn)換膜之間的界面處，所述釘扎層具有開口，所述釘扎層的導(dǎo)電類型與所述電荷積累單元的導(dǎo)電類型相反。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，在形成所述布線層之前，通過從所述半導(dǎo)體基板的所述前表面引入雜質(zhì)來形成所述釘扎層；及從所述半導(dǎo)體基板的所述后表面起薄化所述半導(dǎo)體基板，直到暴露所述釘扎層，并且通過所述釘扎層的所述開口暴露所述電荷積累單元，以提供所述半導(dǎo)體層。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中，在薄化所述半導(dǎo)體基板以提供所述半導(dǎo)體層之后，通過向所述半導(dǎo)體層的暴露表面層中弓I入雜質(zhì)來形成所述釘扎層。
14.如權(quán)利要求11-13中任一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體層是由單晶硅構(gòu)成；且通過在所述半導(dǎo)體層上外延生長所述光電轉(zhuǎn)換膜來形成所述光電轉(zhuǎn)換膜。
15.一種電子裝置，其包括固體攝像元件；光學(xué)系統(tǒng)，其用于將入射光引導(dǎo)到所述固體攝像元件的像素區(qū)域；及信號處理電路，其用于處理由所述固體攝像元件輸出的信號，其中，所述固體攝像元件是由前述權(quán)利要求ι- ο中任一權(quán)利要求所述的固體攝像元件構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及固體攝像元件及其制造方法和包括該固體攝像元件的電子裝置。所述固體攝像元件包括布線層；電荷積累單元，其包括設(shè)置在所述布線層上的半導(dǎo)體層；及光電轉(zhuǎn)換膜，其設(shè)置在所述半導(dǎo)體層上，其中，在所述電荷積累單元中設(shè)置有具有開口的釘扎層，所述電荷積累單元的設(shè)置有所述釘扎層的區(qū)域位于所述電荷積累單元與所述光電轉(zhuǎn)換膜之間的界面處，所述釘扎層的導(dǎo)電類型與所述電荷積累單元的導(dǎo)電類型相反。本發(fā)明的固體攝像元件能夠防止由于光照射到電荷積累單元上而引起的噪聲的產(chǎn)生，以及能夠防止由電荷積累單元的界面區(qū)域中的缺陷能級導(dǎo)致的噪聲的產(chǎn)生，因而能夠提高圖像質(zhì)量。
文檔編號H01L27/146GK102623463SQ201210015219
公開日2012年8月1日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月26日
發(fā)明者太田一生 申請人:索尼公司