專利名稱：固體攝像元件、固體攝像元件的制造方法和電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固體攝像元件、固體攝像元件的制造方法和電子裝置，更加特別地，涉及能夠提供優(yōu)良像素特性的固體攝像元件、該固體攝像元件的制造方法和電子裝置。
背景技術(shù)：
在相關(guān)技術(shù)中，在以互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary MetalOxideSemiconductor, CMOS)圖像傳感器為代表的放大型固體攝像元件中，電荷從位于距半導(dǎo)體基板的前表面較遠(yuǎn)位置處的光電轉(zhuǎn)換元件(光電ニ極管)傳輸至上述前表面的附近。例如，作為傳輸電荷的一種方法，在日本專利申請公開公報第2008-258316號中披露了使用垂直晶體管的技木。上述垂直晶體管是這樣形成的通過從半導(dǎo)體的前表面?zhèn)冗M行干式蝕刻形成溝槽(垂直溝道)，然后形成柵極絕緣膜，隨后埋入柵極電扱。此外，在日本專利申請公開公報第2010-114274號中披露了這樣的技木使用垂直晶體管，并且能夠從位于較深位置的光電ニ極管將由光電轉(zhuǎn)換得到的電荷有效地提取出，從而使其被傳輸至浮動擴散區(qū)域。此外，與使用和日本專利申請公開公報第2006-278466號中披露的光電ニ極管相同的導(dǎo)電阱作為傳輸通道的結(jié)構(gòu)相比，通過使用垂直晶體管能夠獲得小面積的像素尺寸。特別的，由于在垂直分光攝像元件中需要從位于較深位置的光電ニ極管中提取出電荷來進行傳輸，所以采用垂直晶體管結(jié)構(gòu)從而實現(xiàn)小像素的垂直分光攝像元件是有效的。將參照圖IA和圖IB說明相關(guān)技術(shù)中的垂直晶體管結(jié)構(gòu)。圖IA和圖IB是圖示了形成有垂直晶體管的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)示例的截面圖。圖IA和圖IB中的上側(cè)是固體攝像元件的前表面?zhèn)?，而圖IA和圖IB中的下側(cè)是固體攝像元件的后表面?zhèn)取Ｈ鐖DIA中所示，在固體攝像元件11中，在半導(dǎo)體基板12的較深位置布置有ro (光電ニ極管)13，并且在半導(dǎo)體基板12的前表面?zhèn)炔贾糜蠪D (浮動擴散部)14。此外，在半導(dǎo)體基板12的前表面上形成有柵極絕緣膜15，并且從半導(dǎo)體基板12的前表面?zhèn)刃纬捎袦喜?，在溝槽中埋入有柵極電極16。此外，在半導(dǎo)體基板12的后表面?zhèn)葘盈B有防反射膜17和氧化物膜18。在這樣的固體攝像元件11中，隨著向柵極電極16施加電壓，垂直晶體管19具有這樣的結(jié)構(gòu)其中，通過光電轉(zhuǎn)換累積在Η)13中的電荷被傳輸至FD14。然而，在垂直晶體管19的制造エ藝中，當(dāng)在半導(dǎo)體基板12上形成溝槽時難以控制溝槽的深度，因此，各像素的溝槽的深度是不同的。因此，如圖IB中所示，形成垂直晶體管19的柵極電極16與半導(dǎo)體基板12的后表面之間的間隔是不同的，并且這樣的差異對像素特性有不利影響。也就是說，垂直晶體管19與半導(dǎo)體基板12的后表面之間的間隔的差異是由形成垂直晶體管19的干式蝕刻エ藝中的深度控制的差異導(dǎo)致的，或者可能是由半導(dǎo)體基板12的膜厚度的差異導(dǎo)致的。此外，半導(dǎo)體基板12的膜厚度的差異在后表面照射型半導(dǎo)體制造エ藝的半導(dǎo)體基板減薄エ藝中突顯。此外，垂直晶體管19與半導(dǎo)體基板12的后表面之間的間隔的差異也可以被稱為是位于距半導(dǎo)體基板12的前表面?zhèn)容^深位置處的Η)13與垂直晶體管19的底部之間的間隔的差異或者是覆蓋量的差異。由于Η)13與垂直晶體管19的底部之間的間隔對光電轉(zhuǎn)換得到的電荷的傳輸效率有顯著影響，所以必須將上述差異抑制到盡可能地小。因此，在光照射著半導(dǎo)體基板12的后表面的后表面照射型攝像元件中，采用通過使柵極電極16能夠貫穿半導(dǎo)體基板12直至半導(dǎo)體基板12的后表面來形成垂直晶體管19的貫穿型垂直晶體管結(jié)構(gòu)是有效的。 接著，將參照圖2A至圖2C說明貫穿型垂直晶體管結(jié)構(gòu)。圖2A至圖2C是圖示了貫穿型垂直晶體管結(jié)構(gòu)的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)示例的截面圖。圖2A至圖2C中的上側(cè)是固體攝像元件的前表面?zhèn)?，而圖2A至圖2C中的下側(cè)是固體攝像元件的后表面?zhèn)取Ｈ鐖D2A中所示，在貫穿型垂直晶體管結(jié)構(gòu)的固體攝像元件1Γ中，通過將柵極電極16'埋入到形成得貫穿半導(dǎo)體基板12直至半導(dǎo)體基板12的后表面的溝槽中來設(shè)置貫穿型垂直晶體管19'。在這樣結(jié)構(gòu)的貫穿型垂直晶體管19'中，各像素的柵極電極16'的深度變得相同，消除了上述差異。然而，在固體攝像元件11'中，在柵極電極16'的末端表面?zhèn)任葱纬捎袞艠O絕緣膜15'，因此柵極電極16'的末端表面與防反射膜17接觸。因此，如圖2B中所示，在貫穿型垂直晶體管結(jié)構(gòu)的固體攝像元件I”中存在著這樣的問題電流(柵極漏電流)通過貫穿型垂直晶體管W的末端部中的防反射膜17在半導(dǎo)體基板12與柵極電極W之間流動。特別的，如圖2C中所示，在制造エ藝中，貫穿型垂直晶體管W的末端部的柵極絕緣膜15'后退，并且在半導(dǎo)體基板12與柵極電極16'之間形成防反射膜17，從而形成了在半導(dǎo)體基板12的后表面?zhèn)壬闲纬傻姆婪瓷淠?7。在此情況下，柵極漏電流易于在半導(dǎo)體基板12與柵極電極16'之間流動。此外，對于在半導(dǎo)體基板12與柵極電極16'之間形成有氧化物膜18的情況，柵極漏電流以同樣的方式易于流動。柵極漏電流的產(chǎn)生是由形成于后表面?zhèn)鹊姆婪瓷淠?7和氧化物膜18的膜質(zhì)量的劣化導(dǎo)致的。也就是說，由于金屬配線層或晶片連接表面上的粘合劑的耐熱溫度的限制，難以在高溫下形成在后表面?zhèn)刃纬傻牟牧?，所以膜質(zhì)量劣化，并且相比于在前表面エ藝中形成的絕緣膜，電流易于流動。因此，如果在半導(dǎo)體基板12與施加電場的柵極電極16'之間的區(qū)域中或者該區(qū)域的附近形成有防反射膜17和氧化物膜18，則在半導(dǎo)體基板12與柵極電極16'之間就會產(chǎn)生柵極漏電流。如上所述，在相關(guān)技術(shù)的貫穿型垂直晶體管結(jié)構(gòu)中，在半導(dǎo)體基板與柵極電極之間產(chǎn)生了柵極漏電流。因此，在貫穿型垂直晶體管的末端部中生成了大量的載流子，并且在電荷累積時或電荷傳輸時上述載流子流到光電ニ極管中，這導(dǎo)致了例如白點或暗電流的產(chǎn)生等像素特性的劣化。

發(fā)明內(nèi)容
因此，期望提供能夠獲得優(yōu)良像素特性的技木。本發(fā)明的實施方式提供了ー種固體攝像元件，所述固體攝像元件包括基板，所述基板是由半導(dǎo)體形成的，并且所述基板包括面對著相反側(cè)的第一表面和第二表面；柵極絕緣膜，所述柵極絕緣膜形成在形成于所述基板中的溝槽上，所述溝槽貫穿所述第一表面和所述第二表面；以及柵極電極，所述柵極電極埋入在所述溝槽中且所述柵極電極與所述溝槽之間隔著所述柵極絕緣膜，所述柵極電極露出所述基板的所述第二表面?zhèn)?，其中，從所述基板的所述第二表面到所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬捎信_階差。本發(fā)明的另ー實施方式提供了一種電子裝置，所述電子裝置包括固體攝像元件，所述固體攝像元件包括基板，所述基板是由半導(dǎo)體形成的，并且所述基板包括面對著相反側(cè)的第一表面和第二表面；柵極絕緣膜，所述柵極絕緣膜形成在形成于所述基板中的溝槽上，所述溝槽貫穿所述第一表面和所述第二表面；以及柵極電極，所述柵極電極埋入在所述 溝槽中且所述柵極電極與所述溝槽之間隔著所述柵極絕緣膜，所述柵極電極露出所述基板的所述第二表面?zhèn)龋渲?，從所述基板的所述第二表面到所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬捎信_階差。本發(fā)明的又ー實施方式提供了ー種固體攝像元件的制造方法，所述方法包括如下步驟在形成于基板中的溝槽上形成柵極絕緣膜，所述基板由半導(dǎo)體形成并且包括面對著相反側(cè)的第一表面和第二表面，所述溝槽貫穿所述第一表面和所述第二表面；在所述溝槽中隔著所述柵極絕緣膜埋入柵極電極，使得所述柵極電極露出所述基板的所述第二表面?zhèn)?；并且從所述基板的所述第二表面到所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬膳_階差。根據(jù)上述實施方式，在由半導(dǎo)體形成的并且包括面對著相反側(cè)的第一表面和第二表面的基板中形成的溝槽上形成有柵極絕緣膜，所述溝槽貫穿所述第一表面和所述第二表面。此外，所述柵極電極埋入在所述溝槽中且所述柵極電極與所述溝槽之間隔著所述柵極絕緣膜，所述柵極電極露出所述基板的所述第二表面?zhèn)?。此外，從所述基板的所述第二表面到所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬捎信_階差。根據(jù)上述實施方式，能夠提供優(yōu)良的像素特性。


圖IA和圖IB是圖示了相關(guān)技術(shù)的垂直晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖，圖2A至圖2C是圖示了相關(guān)技術(shù)的貫穿型垂直晶體管的結(jié)構(gòu)的截面圖，圖3A至圖3C是圖示了本發(fā)明實施方式的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)示例的截面圖，圖4A至圖4C圖示了包含貫穿型垂直晶體管的固體攝像元件的變形例，圖5A和圖5B圖示了包含貫穿型垂直晶體管的固體攝像元件的變形例，圖6圖示了固體攝像元件的制造エ藝，圖7圖示了固體攝像元件的另ー制造エ藝，圖8圖示了包含貫穿型垂直晶體管的固體攝像元件的變形例，圖9圖示了包含貫穿型垂直晶體管的固體攝像元件的變形例及其制造エ藝，以及
圖10是圖示了安裝在電子裝置上的攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖。
具體實施例方式下面，將參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
。
圖3A至圖3C是圖示了本發(fā)明第一實施方式至第三實施方式的固體攝像元件的結(jié)構(gòu)示例的截面圖。圖3A圖示了第一實施方式的固體攝像元件21A，圖3B圖示了第二實施方式的固體攝像元件21B，而圖3C圖示了第三實施方式的固體攝像元件21C。此外，圖3A至圖3C中的上側(cè)是前表面?zhèn)?，而圖3A至圖3C中的下側(cè)是后表面?zhèn)?。如圖3A中所示，固體攝像元件21A包括半導(dǎo)體基板22、PD 23、FD 24、柵極絕緣膜25A、柵極電極26A、防反射膜27A和氧化物膜28A。此外，在固體攝像元件21A中，以這樣的結(jié)構(gòu)形成有貫穿型垂直晶體管29A:隨著向柵極電極26A施加電壓，通過光電轉(zhuǎn)換累積在H)23中的電荷被傳輸至FD 24。此外，在固體攝像元件21A中，半導(dǎo)體基板22例如是由半導(dǎo)體形成的薄硅制成的基板。在圖3A至圖3C中，半導(dǎo)體基板22的上側(cè)成為半導(dǎo)體基板22的前側(cè)(第一表面?zhèn)?，而下側(cè)成為半導(dǎo)體基板22的后側(cè)(第二表面?zhèn)?。沿著固體攝像元件21A的表面方向布置的多個像素中的各者布置有H) 23，PD 23布置在從半導(dǎo)體基板22的前表面?zhèn)扔^看時的較深處，并且對照射著固體攝像元件21A的后表面?zhèn)鹊墓膺M行光電轉(zhuǎn)換。FD24形成在半導(dǎo)體基板22的前表面?zhèn)壬?。通過光電轉(zhuǎn)換累積在H) 23中的電荷被傳輸至FD 24。柵極絕緣膜25A是提供半導(dǎo)體基板22與柵極電極26A之間的隔離的膜，并且柵極電極26A是對電荷從H) 23傳輸至FD 24進行控制的電極。此外，防反射膜27A是減少照射著固體攝像元件21A的光的反射從而增大進入半導(dǎo)體基板22的光透射率的膜，氧化物膜28A是對半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)冗M行絕緣的膜。此外，與圖2A至圖2C中所示的固體攝像元件11'不同，在固體攝像元件21A中，貫穿型垂直晶體管29A在后表面?zhèn)鹊哪┒瞬勘恍纬蔀槭沟脰艠O絕緣膜25A和柵極電極26A從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀觥Ｒ赃@樣的方式，由于柵極絕緣膜25A和柵極電極26A從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀鲞@樣的臺階差結(jié)構(gòu)，所以形成于半導(dǎo)體基板22的后表面的防反射膜27A形成有相對于固體攝像元件21A的后表面的凸起形狀。也就是說，在半導(dǎo)體基板22的后表面上以及柵極絕緣膜25A和柵極電極26A的后表面?zhèn)鹊哪┒吮砻嫔闲纬捎蟹婪瓷淠?7A，并且沿著柵極絕緣膜25A的外周表面也形成有防反射膜27A。因此，相比于圖2A至圖2C中所示的固體攝像元件11'中柵極漏電流流動通過的泄漏路徑，在固體攝像元件21A中，根據(jù)沿著柵極絕緣膜25A的外周表面形成的防反射膜27A的量，泄漏路徑變長。因此，在固體攝像元件21A中，能夠抑制半導(dǎo)體基板22與柵極電極26A之間漏電流的產(chǎn)生。此外，如參照圖2C中所述，在固體攝像元件1Γ中，當(dāng)防反射膜17被形成在半導(dǎo)體基板12與柵極電極16'之間時，柵極漏電流易于流動。而另一方面，在固體攝像元件21A中，貫穿型垂直晶體管29A被形成為使得柵極絕緣膜25A和柵極電極26A從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀?。以這樣的結(jié)構(gòu)，在固體攝像元件21A的制造過程中，由于處于在半導(dǎo)體基板22與柵極電極26A之間沒有夾有防反射膜27A等的狀態(tài)，所以能夠進ー步可靠地抑制固體攝像元件21A中柵極漏電流的產(chǎn)生。此外，如圖3B中所示，固體攝像元件21B包括半導(dǎo)體基板22、PD23、FD 24、柵極絕緣膜25B、柵極電極26B、防反射膜27B和氧化物膜28B。此外，在固體攝像元件21B中，貫穿型垂直晶體管29B被形成為使得柵極電極26B貫穿半導(dǎo)體基板22直到半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)?。在下文中，將省略關(guān)于與固體攝像元件21A中相同的部分的說明。在固體攝像元件21B中，貫穿型垂直晶體管29B在后表面?zhèn)鹊哪┒瞬烤哂羞@樣的臺階差結(jié)構(gòu)其中，柵極絕緣膜25B形成為直到半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻妫⑶覗艠O電極26B從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻姘既?。也就是說，在固體攝像元件21B中，形成柵極絕緣膜25B使得柵極絕緣膜25B相對于柵極電極26B向后表面?zhèn)妊由臁Ｒ赃@樣的結(jié)構(gòu)，在固體攝像元件21B中，形成于半導(dǎo)體基板22的后表面的防反射膜27B形成有相對于固體攝像元件21B的后表面的凹入形狀。也就是說，在半導(dǎo)體基板22的后表面上以及柵極電極26B的后表面?zhèn)鹊哪┒吮砻嫔闲纬捎蟹婪瓷淠?7B，并且沿著柵極絕緣膜25B的內(nèi)周表面也形成有防反射膜27B。因此，在固體攝像元件21B中，以和固體攝像元件21A相似的方式，根據(jù)沿著柵極絕緣膜25B的內(nèi)周表面形成的防反射膜27B的量，泄漏路徑變長。因此，在固體攝像元件21B中，能夠抑制半導(dǎo)體基板22與柵極電極26B之間的柵極漏電流的產(chǎn)生。此外，在固體攝像元件21B的制造過程中，由于處于在半導(dǎo)體基板22與柵極電極26B之間沒有夾有防反射膜27B等的狀態(tài)，所以能夠進ー步可靠地抑制固體攝像元件21B中柵極漏電流的產(chǎn)生。此外，如圖3C中所示，固體攝像元件21C包括半導(dǎo)體基板22、PD23、FD 24、柵極絕緣膜25C、柵極電極26C、防反射膜27C和氧化物膜28C。此外，在固體攝像元件21C中，貫穿型垂直晶體管29C被形成為使得柵極電極26C貫穿半導(dǎo)體基板22直到半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)取Ｔ谙挛闹?，將省略關(guān)于與固體攝像元件21A中相同的部分的說明。在固體攝像元件21C中，貫穿型垂直晶體管29C的后表面?zhèn)鹊哪┒瞬烤哂羞@樣的臺階差結(jié)構(gòu)其中，柵極絕緣膜25C形成為直到半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻娌⑶覐陌雽?dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀?。也就是說，在固體攝像元件21C中，柵極絕緣膜25C被形成得從半導(dǎo)體基板22和柵極電極26C的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀觥Ｒ赃@樣的結(jié)構(gòu)，在固體攝像元件21C中，形成于半導(dǎo)體基板22的后表面上的防反射膜27C沿著柵極絕緣膜25C形成有環(huán)狀凸起形狀。也就是說，在半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊暮蟊砻嫔虾蜄艠O電極26C的后表面?zhèn)鹊哪┒吮砻嫔闲纬捎蟹婪瓷淠?7C，并且沿著柵 極絕緣膜25C的外周表面和內(nèi)周表面也形成有防反射膜27C。因此，在固體攝像元件21C中，根據(jù)沿著柵極絕緣膜25C的外周表面和內(nèi)周表面形成的防反射膜27C的量，泄漏路徑變長，也即是，泄漏路徑分別是固體攝像元件21A和固體攝像元件21B中泄漏路徑的兩倍。因此，在固體攝像元件21C中，相比于固體攝像元件21A和固體攝像元件21B，能夠有效地抑制半導(dǎo)體基板22與柵極電極26C之間的柵極漏電流的產(chǎn)生。此外，在固體攝像元件21C的制造過程中，由于處于在半導(dǎo)體基板22與柵極電極26C之間沒有夾有防反射膜27C等的狀態(tài)，所以能夠進ー步可靠地抑制固體攝像元件21C中柵極漏電流的產(chǎn)生。此外，在固體攝像元件21C中，由于柵極絕緣膜25C從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻婧蜄艠O電極26C的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀觯噪妷悍蔷€性地施加在半導(dǎo)體基板22與柵極電極26C之間。也就是說，在固體攝像元件21C中，由于柵極絕緣膜25C突出，防反射膜27C和氧化物膜28C形成為使得在半導(dǎo)體基板22與柵極電極26C之間未產(chǎn)生線性泄漏路徑。以這樣的方式，相比于固體攝像元件21A和固體攝像元件21B，由于不產(chǎn)生線性泄漏路徑的結(jié)構(gòu)，所以在固體攝像元件21C中能夠可靠地抑制柵極漏電流的產(chǎn)生。例如，在固體攝像元件21A或固體攝像元件21B中，在柵極絕緣膜25A或柵極絕緣膜25B微小地后退的情況下，可能產(chǎn)生線性泄漏路徑。另ー方面，在固體攝像元件21C中，由于柵極絕緣膜25C充分突出，所以能夠在不生成線性泄漏路徑的前提下可靠地抑制柵極漏電流的產(chǎn)生。在下文中，在不必區(qū)分柵極絕緣膜25A至柵極絕緣膜25C、柵極電極26A至柵極電極26C、防反射膜27A至防反射膜27C、氧化物膜28A至氧化物膜28C以及貫穿型垂直晶體管29A至貫穿型垂直晶體管29C的情況下，將它們稱為柵極絕緣膜25、柵極電極26、防反射膜27、氧化物膜28和貫穿型垂直晶體管29。這里，將說明形成柵極絕緣膜25、柵極電極26、防反射膜27和氧化物膜28的材料。柵極絕緣膜25是通過對硅進行熱氧化獲得的氧化硅膜、氮氧化硅或者高介電絕緣膜?？墒褂醚趸x、硅酸鉿、添氮鋁酸鉿、氧化鉭、ニ氧化鈦、氧化鋯、氧化鐠或氧化釔等作為上述高介電絕緣膜。柵極電極26 是由例如慘憐非晶娃(Phosphorus Doped AmorphousSi I icon, PDAS)等摻雜硅材料、或者諸如鋁、鎢、鈦、鈷、鉿或鉭等金屬材料形成的。防反射膜27是諸如鋁、鉭、鉿、鈦或鉭等的氧化物絕緣膜，或者可以是具有不同負(fù)固定電荷的絕緣膜。可以使用氧化鉿、氧化鉭、氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦等作為上述具有負(fù)固定電荷的絕緣膜。氧化物膜28是諸如高密度等離子體(High Density Plasma, HDP)氧化物膜等堆積氧化物膜。接著，將參照圖4A至圖4C和圖5A至圖5B說明包含貫穿型垂直晶體管29的固體攝像元件的變形例。此外，在圖4A至圖4C以及圖5A和圖5B中，在上側(cè)示出了固體攝像元件的平面圖，在下側(cè)示出了沿著上述平面圖中的點劃線獲得的截面圖。在圖4A至圖4C以及圖5A和圖5B中，省略了 FD 24、柵極絕緣膜25、防反射膜27和氧化物膜28。圖4A示出了第一變形例的固體攝像元件21-1。在固體攝像元件21_1中，柵極電極26-1形成為圓柱形。圖4B示出了第二變形例的固體攝像元件21-2。在固體攝像元件21_2中，柵極電極26-2沿著TO23的ー側(cè)形成為細(xì)長矩形柱形。也就是說，在固體攝像元件21-2中，形成有柵極電極26-2使得從TO23傳輸電荷時的傳輸柵極面積被擴大。因此，能夠提高電荷的傳輸效率。圖4C示出了第三變形例的固體攝像元件21-3。在固體攝像元件21_3中，柵極電極26-3形成為當(dāng)從平面圖看去時包圍著TO23的外圍的矩形。也就是說，各像素布置有H)23，并且在固體攝像元件21-3中，柵極電極26-3形成為包圍著H) 23，從而兼具分離像素的功能。此外，在固體攝像兀件21-3中，由于從F1D 23傳輸電荷時的傳輸柵極面積被擴大,所以能夠提高電荷的傳輸效率。、
圖5A示出了第四變形例的固體攝像元件21-4。在固體攝像元件21_4中，在半導(dǎo)體基板22內(nèi)的不同深度處布置有ro 23a和ro 23b兩個光電ニ極管。此外，在固體攝像元件21-4中，布置有柵極電極26-4a和柵極電極26_4b，柵極電極26_4a形成傳輸H) 23a的電荷的貫穿型垂直晶體管29-4a，柵極電極26-4b形成傳輸H) 23b的電荷的貫穿型垂直晶體管29_4b。圖5B示出了第五變形例的固體攝像元件21-5。在固體攝像元件21_5中，在半導(dǎo)體基板22內(nèi)的不同深度處布置有ro 23a和ro 23b兩個光電ニ極管。此外，在固體攝像元件21-5中，布置有柵極電極26-5a和柵極電極26_5b，柵極電極26_5a形成傳輸H) 23a的電荷的貫穿型垂直晶體管29-5a，柵極電極26-5b形成傳輸H) 23b的電荷的貫穿型垂直晶體管29-5b。以這樣的方式，在固體攝像元件21中，在單個像素內(nèi)能夠在與入射在半導(dǎo)體基板 22上的光的光吸收系數(shù)的波長相關(guān)性相對應(yīng)的深度處布置多個(在圖5A和圖5B中的示例中是兩個)PD 23。此外，對應(yīng)于各H) 23布置有多個貫穿型垂直晶體管29。在此時，如參照圖3A至圖3C所述，至少多個貫穿型垂直晶體管29的一部分可以從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀?。也就是說，在圖5A中的固體攝像元件21-4中，貫穿型垂直晶體管29-4a和29-4b的末端部均從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀?。另一方面，在圖5B中的固體攝像元件21-5中，僅貫穿型垂直晶體管29-5b的末端部從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀?。以這樣的方式，在固體攝像元件21中，能夠根據(jù)H) 23的結(jié)構(gòu)等適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)貫穿型垂直晶體管29的深度。在圖4A至圖4C以及圖5A至圖5B中所示的固體攝像元件21的變形例中，示出了柵極電極26從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀龅慕Y(jié)構(gòu)(也即是圖3A中所示的貫穿型垂直晶體管29A的結(jié)構(gòu))，但是本發(fā)明不限于此。也就是說，能夠?qū)⒇灤┬痛怪本w管29B或貫穿型垂直晶體管29C的結(jié)構(gòu)應(yīng)用于固體攝像元件21的各變形例。接著，將參照圖6說明固體攝像元件21的制造エ藝。在第一エ序中，在例如P型(第一導(dǎo)電型)半導(dǎo)體基板22中形成用于形成貫穿型垂直晶體管29的溝槽。盡管未圖示，在半導(dǎo)體基板22中形成溝槽的エ序之前，形成H) 23。PD 23是這樣形成的通過離子注入法在與入射在半導(dǎo)體基板22上的光的光吸收系數(shù)的波長相關(guān)性相對應(yīng)的深度處交替地反復(fù)地層疊η型(第二導(dǎo)電型)半導(dǎo)體區(qū)域和P型(第一導(dǎo)電型)半導(dǎo)體區(qū)域。此外，通過第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板22分隔各像素。在第二エ序中，在半導(dǎo)體基板22的前表面上和在第一エ序中形成的溝槽內(nèi)側(cè)形成柵極絕緣膜25。例如，柵極絕緣膜25是對硅進行熱氧化獲得的氧化硅膜、氮氧化硅或高介電絕緣膜?？墒褂醚趸x、硅酸鉿、摻氮鋁酸鉿、氧化鉭、ニ氧化鈦、氧化鋯、氧化鐠或氧化釔等作為上述高介電絕緣膜。在第三エ序中，在上述溝槽內(nèi)隔著柵極絕緣膜25埋入成為柵極電極26的材料。這里，使用諸如摻磷非晶娃(Phosphorus Doped AmorphousSi I icon, PDAS)等摻雜娃材料、或者諸如鋁、鎢、鈦、鈷、鉿或鉭等金屬材料作為形成柵極電極26的材料。在第四エ序中，形成對應(yīng)于將形成柵極電極26的區(qū)域的抗蝕劑掩模(未圖示)，并且通過使用抗蝕劑作為掩模的各向異性蝕刻對柵極電極26進行處理。然后，為了消除柵極電極26與半導(dǎo)體基板22之間的界面態(tài)，在氯氣氣氛中進行退火處理。
在第五エ序中，在半導(dǎo)體基板22的前表面上堆積氧化膜或氮化膜等，然后進行各向異性蝕刻，從而形成側(cè)壁30。在側(cè)壁30形成之后，以類似于典型的固體攝像元件的方式，在半導(dǎo)體基板22的前表面?zhèn)壬闲纬啥鄠€配線層(未圖示)，所述多層配線層之間形成有層間絕緣膜。此外，在半導(dǎo)體基板22的前表面?zhèn)鹊捻攲由辖雍现沃雽?dǎo)體基板22的半導(dǎo)體基板(未圖示)。在第六エ序中，例如，通過研磨半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)冗M行薄膜エ藝，從而獲得需要的膜厚度，使得柵極電極26的后表面?zhèn)鹊哪┒瞬柯冻霭雽?dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻妗＠?，半?dǎo)體基板22的厚度優(yōu)選為大約O. I μ m至大約100 μ m,更加優(yōu)選為大約Iym至大約10 μ m。在第七エ序中，通過使用對半導(dǎo)體基板22和柵極電極26進行回蝕刻的溶液使半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻婧蜄艠O電極26的后表面?zhèn)鹊哪┒嗣婧笸?，上述溶液例如是SCl溶液(氫氧化銨和過氧化氫的水溶液)。以這樣的方式，由于去除了半導(dǎo)體基板22 的后表面?zhèn)鹊谋砻婧蜄艠O電極26的后表面?zhèn)鹊哪┒嗣?，柵極絕緣膜25突了出來。這里，柵極絕緣膜25例如突出大約O. Inm至大約300nm。也可以通過化學(xué)機械研磨(ChemicalMechanical Polishing, CMP)進行使柵極絕緣膜25突出的處理。在第八エ序中，在半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)壬隙逊e防反射膜27。此外，在形成防反射膜27之后，堆積氧化物膜28 (圖3A至圖3C)。防反射膜27是諸如鋁、鉭、鉿、鈦或鑭的氧化物絕緣膜。可以使用具有不同的負(fù)固定電荷的絕緣膜作為防反射膜27?？梢允褂醚趸x、氧化鉭、氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦作為上述具有不同的負(fù)固定電荷的絕緣膜。例如可以通過原子層沉積(Atomic Layer Deposition,ALD)形成防反射膜27,然后通過高密度等離子體(High Density Plasma, HDP)增大膜厚度。此外，在第八エ序之后，在沒有光入射的半導(dǎo)體基板22的內(nèi)部上的區(qū)域上堆積遮光膜(未圖示)。上述遮光膜是由鎢、鈦或鋁等形成的。此外，依次形成平坦化膜、濾色器和片上微透鏡(未圖示)。根據(jù)上述制造エ序，能夠形成如圖3C中所示的具有柵極絕緣膜25C從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀龅慕Y(jié)構(gòu)的貫穿型垂直晶體管29C。接著，將參照圖7說明固體攝像元件21的另ー制造エ藝。本制造方法與參照圖6說明的制造方法的不同之處在于，使用絕緣體上娃(SiliconOn Insulator, SOI)基板作為半導(dǎo)體基板22。在第一エ序中，在例如P型(第一導(dǎo)電型)半導(dǎo)體基板22中形成用于形成貫穿型垂直晶體管29的溝槽。在此時，加工上述溝槽從而到達SOI基板的BOX層31。當(dāng)去除形成于半導(dǎo)體基板22的前表面上的掩模從而形成上述溝槽時，存在于上述溝槽的末端側(cè)的那部分BOX層31后退。因此，如圖7中所示，在溝槽的末端側(cè)的那部分BOX層31中形成了空間。盡管未圖示，在半導(dǎo)體基板22中形成溝槽的エ序之前，形成H) 23。PD 23是這樣形成的通過離子注入法在與入射在半導(dǎo)體基板22上的光的光吸收系數(shù)的波長相關(guān)性相對應(yīng)的深度處交替地反復(fù)地層疊η型(第二導(dǎo)電型)半導(dǎo)體區(qū)域和P型(第一導(dǎo)電型)半導(dǎo)體區(qū)域。此外，通過第一導(dǎo)電型的半導(dǎo)體基板22分隔各像素。然后，進行第二エ序至第五エ序。上述第二エ序至第五エ序與參照圖6說明的第ニエ序至第五エ序是相同的，并且將省略對它們的說明。此外，在第六エ序中，對半導(dǎo)體基板22進行薄膜エ藝。該薄膜エ藝是這樣進行的通過研磨以半導(dǎo)體層22的BOX層31為基準(zhǔn)去除后表面?zhèn)?圖7中的下側(cè))的半導(dǎo)體基板，隨后通過濕式蝕刻或干式蝕刻去除BOX層31。可以使用化學(xué)機械研磨(ChemicalMechanical Polishing, CMP)來去除BOX層31，或者可以使用這些加工方法的組合。此后，進行第七エ序和第八エ序。上述的第七エ序和第八エ序與參照圖6說明的第七エ序和第八エ序是相同的，并且將省略對它們的說明。通過上述エ序制造了具有貫穿型垂直晶體管29的固體攝像元件21。此外，在貫穿型垂直晶體管29的末端部，在半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻媾c柵極電極26的后表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬捎信_階差。也就是說，在圖3A中的固體攝像元件21A的結(jié)構(gòu)中，柵極絕緣膜25A和柵極電極26A從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀?，從而形成臺階差。此外，在圖3B中的固體攝像元件21B的結(jié)構(gòu)中，柵極絕緣膜25B形成為直到半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻妫⑶覗艠O電極26B形成為從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻姘既?，從而形成臺階差。此外，在圖3C中的固體攝像元件21C的結(jié)構(gòu)中，柵極電極26C形成為直到半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻?，并且柵極絕緣膜25C形成為從半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀觯瑥亩纬膳_階差。由于以這樣的方式形成了臺階差，所以在半導(dǎo)體基板22與柵極電極26之間的電場強的區(qū)域與諸如防反射膜27或氧化膜28等在后表面エ藝中形成的膜之間形成了根據(jù)上述臺階差的間隔。此外，在制造エ藝中，防止了防反射膜27等被夾在半導(dǎo)體基板22與柵極電極26之間。因此，在固體攝像元件21中，能夠抑制柵極漏電流的產(chǎn)生。此外，采用具有這樣的結(jié)構(gòu)的貫穿型垂直晶體管29的固體攝像元件21不會產(chǎn)生由于柵極漏電流而生成的白點或暗電流，能夠獲得穩(wěn)定的像素特性。此外，増大了對加工差異的裕度，并且像素特性不會產(chǎn)生差異。因此，在固體攝像元件21中能夠獲得優(yōu)良的圖像。圖8示出了第六變形例的固體攝像元件21-6。 在固體攝像元件21-6中，柵極絕緣膜25-6從半導(dǎo)體基板22和柵極電極26_6的后表面?zhèn)鹊谋砻嫱怀觥４送?，在確保固體攝像元件21-6內(nèi)的半導(dǎo)體基板22與柵極電極26-6之間的絕緣的同時，布置于半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)壬系慕饘俨牧?2與柵極電極26-6彼此相連接。金屬材料32是電連接至柵極電極26-6的配線，并且通過柵極電極26_6將電壓施加至金屬材料32，或者通過金屬材料32將電壓施加至柵極電極26-6。例如，在固體攝像元件21-6中，在金屬材料32的后表面?zhèn)壬峡梢远询B不同的材料或不同的結(jié)構(gòu)。具體地，在中間夾有光電轉(zhuǎn)換膜的上部透明電極和下部透明電極布置在金屬材料32的后表面?zhèn)鹊慕Y(jié)構(gòu)中，通過柵極電極26-6和金屬材料32向上部透明電極施加電壓及固定下部透明電極的電壓，在光電轉(zhuǎn)換膜上產(chǎn)生的電荷就被傳輸至基板。此外，金屬材料32具有遮光膜的功能，該遮光膜對應(yīng)于H) 23形成開ロ并且在光不照射半導(dǎo)體基板22的區(qū)域中遮光。此外，金屬材料32是由鋁、鎢、鈦、鈷、鉿、鉭或各種硅 化物材料等形成的。在不需要遮光效果的情況下，可以采用透光導(dǎo)電膜(未圖示)來代替金屬材料32作為電連接至柵極電極26-6的配線。該透光導(dǎo)電膜是由銦錫氧化物(Indium-tin-oxide,ITO)、ZnO> Ιη203、SnO2 或石墨烯(graphene)等形成的。圖9示出了第七變形例的固體攝像元件21-7及其部分制造エ藝。固體攝像元件21-7是通過在圖7的制造エ藝中說明的SOI基板制造的。如參照圖7所述，進行第一エ序至第五エ序，如圖9的左側(cè)所示，在半導(dǎo)體基板22中形成的溝槽中埋入柵極電極26-7。在此時，如上所述，在溝槽的末端側(cè)的那部分BOX層31中形成了空間，并且柵極電極26-7的末端部26-7A填充在上述空間中。當(dāng)從這樣的狀態(tài)進行薄膜處理時，去除BOX層31使得在柵極電極26-7的后表面?zhèn)鹊哪┒颂幮纬傻哪┒瞬?6-7A未被去除并殘留下來。此外，在此時，去除BOX層31使得在柵極絕緣膜25-7的后表面?zhèn)鹊哪┒诉€形成有凸緣部25-7A。此外，在半導(dǎo)體基板22的后表面?zhèn)壬闲纬煞婪瓷淠?7-7，并且形成氧化物膜28-7。此后，穿過防反射膜27-7和氧化物膜28-7形成直到柵極電極26_7的通孔，并且在 該通孔中布置金屬材料32以與柵極電極26-7的末端部26-7A相連接。以這樣的方式，通過使用在柵極電極26-7上形成的末端部26-7A，當(dāng)從后表面?zhèn)瓤慈?，末端?6-7A的面積比柵極電極26-7的面積寬。因此，當(dāng)連接金屬材料32時能夠容易地進行配線作業(yè)。此外，可以將上述固體攝像元件21應(yīng)用于諸如攝像系統(tǒng)、包含攝像功能的手機或包含攝像功能的不同的裝置等各種電子裝置中，上述攝像系統(tǒng)諸如是數(shù)碼相機或數(shù)碼攝像機。圖10是圖示了安裝在電子裝置上的攝像裝置的結(jié)構(gòu)示例的框圖。如圖10中所示，攝像裝置101包括光學(xué)系統(tǒng)102、快門裝置103、攝像元件104、驅(qū)動電路105、信號處理電路106、監(jiān)視器107和存儲器108，攝像裝置101能夠拍攝靜止圖像和動態(tài)圖像。光學(xué)系統(tǒng)102包括一個或多個透鏡，并且將來自拍攝對象的圖像光(入射光)引導(dǎo)至攝像元件104，在攝像元件104的受光面(傳感器部)上形成圖像?？扉T裝置103布置于光學(xué)系統(tǒng)102與攝像元件104之間，并且在驅(qū)動電路105的控制下對攝像元件104的光照射期間和遮光期間進行控制。使用根據(jù)上述實施方式或變形例的固體攝像元件21中的任一種作為攝像元件104。根據(jù)通過光學(xué)系統(tǒng)102和快門裝置103在受光面上形成的圖像，信號電荷在攝像元件104上累積預(yù)定的時間。此外，根據(jù)從驅(qū)動電路105提供的驅(qū)動信號(時序信號)來傳輸在攝像元件104上累積的信號電荷。驅(qū)動電路105輸出控制攝像元件104的傳輸操作和快門裝置103的快門操作的驅(qū)動信號以驅(qū)動攝像元件104和快門裝置103。信號處理電路106對從攝像元件104輸出的信號電荷進行各種信號處理。將通過信號處理電路106的信號處理獲得的圖像(圖像數(shù)據(jù))提供給監(jiān)視器107進行顯示，或者提供給存儲器108進行存儲(記錄)。在如上所述設(shè)置的攝像裝置101中，可以使用具有上述優(yōu)良的像素特性的固體攝像元件21作為攝像元件104,從而提高圖像質(zhì)量。在上述實施方式中，采用后表面照射型CMOS固體攝像元件作為固體攝像元件21的結(jié)構(gòu)示例，但是固體攝像元件21的結(jié)構(gòu)也可以采用前表面照射型CMOS固體攝像元件或(XD固體攝像元件等。此外，本發(fā)明實施方式不限于上述實施方式，在不背離本發(fā)明精神的范圍內(nèi)能夠 進行各種變形。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依據(jù)設(shè)計要求和其他因素，可以在本發(fā)明隨附的權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)進行各種修改、組合、次組合以及改變。
權(quán)利要求
1.ー種固體攝像元件，其包括 基板，所述基板是由半導(dǎo)體形成的，并且所述基板包括面對著相反側(cè)的第一表面和第ニ表面； 柵極絕緣膜，所述柵極絕緣膜形成在形成于所述基板中的溝槽上，所述溝槽貫穿所述第一表面和所述第二表面；以及 柵極電極，所述柵極電極埋入在所述溝槽中且所述柵極電極與所述溝槽之間隔著所述柵極絕緣膜，所述柵極電極露出所述基板的所述第二表面?zhèn)龋? 其中，從所述基板的所述第二表面到所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬捎信_階差。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，其中， 所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊乃瞿┒嗣婧退鰱艠O絕緣膜的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣鎻乃龌宓乃龅诙砻嫱怀龆纬伤雠_階差。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，其中， 所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊乃瞿┒嗣鎻乃龌宓乃龅诙砻姘既攵纬伤雠_階差。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，其中， 所述柵極絕緣膜突出于所述基板的所述第二表面和所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊乃瞿┒嗣娑纬伤雠_階差。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，還包括 光電ニ極管，所述光電ニ極管是為沿著所述第一表面或所述第二表面在面方向上布置的多個像素中的各像素布置的， 其中，對于上述多個像素中的各像素，所述柵極電極形成得包圍所述光電ニ極管。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，還包括 光電ニ極管，在沿著所述第一表面或所述第二表面的面方向上布置的多個像素単元中，各所述光電ニ極管布置在所述基板內(nèi)的不同深度的多個部分中， 其中，所述柵極電極為各所述光電ニ極管布置，并且所述柵極電極中的至少ー個柵極電極形成有所述臺階差。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，還包括 配線，所述配線布置于所述基板的所述第二表面?zhèn)炔⑶疫B接至所述柵極電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，還包括 防反射膜，所述防反射膜在所述基板的所述第二表面上與所述基板相接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的固體攝像元件，其中，所述防反射膜是硅、鋁、鉿、鉭、鈦或鑭的氧化物絕緣膜。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，其中，所述柵極絕緣膜是氧化硅膜或氮氧化娃膜。
11.根據(jù)權(quán)利要求I所述的固體攝像元件，其中，所述柵極電極是由摻磷非晶硅、鋁、鶴、欽、鉆、給或組形成的。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體攝像元件，其中，所述配線是由包含鋁、鎢、鈦、鈷、鉿或鉭的金屬材料或者硅化物材料形成的。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的固體攝像元件，其中，所述配線是由IT0、Zn0、In203、Sn02或石墨烯形成的透光導(dǎo)電膜。
14.一種電子裝置，所述電子裝置包括固體攝像元件， 其中，所述固體攝像元件為權(quán)利要求I 13中任一項所述的固體攝像元件。
15.ー種固體攝像元件的制造方法，所述方法包括如下步驟 在形成于基板中的溝槽上形成柵極絕緣膜，所述基板由半導(dǎo)體形成并且包括面對著相反側(cè)的第一表面和第二表面，所述溝槽貫穿所述第一表面和所述第二表面； 在所述溝槽中隔著所述柵極絕緣膜埋入柵極電極，使得所述柵極電極露出所述基板的所述第二表面?zhèn)?；以? 從所述基板的所述第二表面到所述柵極電極的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬膳_階差。
全文摘要
本發(fā)明公開了固體攝像元件、固體攝像元件的制造方法和電子裝置。所述固體攝像元件包括基板，所述基板是由半導(dǎo)體形成的，并且所述基板包括面對著相反側(cè)的第一表面和第二表面；柵極絕緣膜，所述柵極絕緣膜形成在形成于所述基板中的溝槽上，所述溝槽貫穿所述第一表面和所述第二表面；以及柵極電極，所述柵極電極埋入在所述溝槽中且所述柵極電極與所述溝槽之間隔著所述柵極絕緣膜，所述柵極電極露出于所述基板的所述第二表面?zhèn)龋瑥乃龌宓乃龅诙砻娴剿鰱艠O電極的所述第二表面?zhèn)鹊哪┒嗣嫘纬捎信_階差。所述電子裝置包含有所述固體攝像元件。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供優(yōu)良的像素特性。
文檔編號H01L27/146GK102651375SQ20121003563
公開日2012年8月29日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者富樫秀晃 申請人:索尼公司