半導(dǎo)體裝置、固態(tài)成像元件和電子設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開(kāi)涉及一種半導(dǎo)體裝置、固態(tài)成像元件和電子設(shè)備，特別是涉及一種可以抑制由于熱載流子發(fā)光造成的不利影響的半導(dǎo)體裝置、固態(tài)成像元件和電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，電子式相機(jī)日益廣泛地應(yīng)用，并且對(duì)于作為它們的中心部件的固態(tài)成像元件(圖像傳感器)的需求越來(lái)越高。實(shí)現(xiàn)較高圖像質(zhì)量和較高功能的技術(shù)發(fā)展在固態(tài)成像元件的性能方面持續(xù)。另一方面，隨著普及到移動(dòng)電話、PDA、筆記本型個(gè)人電腦等，更不用說(shuō)視頻相機(jī)和移動(dòng)攝像機(jī)，對(duì)于固態(tài)成像元件及其部件必須小型化、輕量化和薄型化，以便促進(jìn)便攜性，并且為了擴(kuò)大普及而必須降低成本。
[0003]—般地，在固態(tài)成像裝置中，光電轉(zhuǎn)換元件、放大器電路、用于圖像處理的周邊電路以及用于連接元件和電路的多層配線層形成在硅基板的第一主面(光接收面)側(cè)。固態(tài)成像裝置具有其中蓋玻璃放在芯片的第一主面上的結(jié)構(gòu)，微透鏡、濾色片等集光結(jié)構(gòu)在其上形成，并且端子形成在第一主面的外周側(cè)或在芯片的第二主面?zhèn)取?br>[0004]為了實(shí)現(xiàn)固態(tài)成像裝置的更高功能和更高速度，周邊電路的規(guī)模增大，并且周邊電路的處理速度提高。當(dāng)試圖改善作為提高圖像質(zhì)量的措施的灰階表示(分辨率)時(shí)，必須提高電壓。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)較低的成本，期望像素單元和周邊電路彼此接近地配置，以使芯片尺寸盡可能小。
[0005]然而，在這種情況下，由于光電轉(zhuǎn)換元件和周邊電路彼此接近地形成，所以發(fā)生圖像傳感器的特有問(wèn)題。由于光電轉(zhuǎn)換元件處理微小的載流子(電子)作為信號(hào)，所以很可能的是來(lái)自周邊電路的熱和電磁場(chǎng)的影響作為噪聲混入。此外，從晶體管和二極管發(fā)出的微小的熱載流子發(fā)光對(duì)于圖像傳感器的特性具有很大的影響。
[0006]熱載流子發(fā)光是由于當(dāng)在源極和漏極之間加速的載流子在漏極端發(fā)生碰撞電離時(shí)產(chǎn)生的電子和空穴的生成和再結(jié)合或者由于電子和空穴中的任一種的狀態(tài)迀移而發(fā)生的發(fā)光。即使在特性方面沒(méi)有任何問(wèn)題的晶體管中也穩(wěn)定地發(fā)生發(fā)光，盡管在較低的水平。發(fā)光量隨著施加到晶體管上的電壓升高而呈指數(shù)關(guān)系增加。
[0007]當(dāng)晶體管處于高速操作中時(shí)，發(fā)光量也增加。由于發(fā)光在所有方向上擴(kuò)散，所以隨著距離晶體管的距離變大，影響變小；但是，當(dāng)光電轉(zhuǎn)換元件和電路非常彼此接近地配置時(shí)，發(fā)光不會(huì)擴(kuò)散這么多，并且相當(dāng)數(shù)量的光子注入到光電轉(zhuǎn)換元件中。由于擴(kuò)散不充分，所以由于電路中的晶體管的配置密度和有源晶體管的比例的差異而發(fā)生的熱載流子發(fā)光的發(fā)生分布在作為二維信息的圖像中不希望地出現(xiàn)。因此，為了將進(jìn)入光電轉(zhuǎn)換元件的注入量抑制到檢測(cè)限以下而設(shè)計(jì)用于遮光的結(jié)構(gòu)是需要的。
[0008]類(lèi)似的影響也可能發(fā)生于高感度模擬元件，不限于光電轉(zhuǎn)換元件。例如，在諸如閃存等器件中，由于朝向更高密度和多值操作的動(dòng)作已被推進(jìn)，所以擔(dān)心當(dāng)從外部混入噪聲時(shí)會(huì)發(fā)生的保留值的變化。
[0009]為了解決這樣的問(wèn)題，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I和2中，在光電轉(zhuǎn)換元件和周邊電路之間設(shè)計(jì)用于抑制光傳播的遮光結(jié)構(gòu)。
[0010]例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I公開(kāi)的技術(shù)中，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I的圖7所示，高度大約等于或大于光電轉(zhuǎn)換元件的高度的遮光結(jié)構(gòu)或者折射光的結(jié)構(gòu)形成在半導(dǎo)體基板內(nèi)，從而抑制由從周邊電路產(chǎn)生的熱載流子發(fā)光引起的光的傳播。此外，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I的圖16所示，提供了其中形成被設(shè)計(jì)防止近紅外光反射的防反射膜以防止在晶體管中產(chǎn)生的光到達(dá)背面?zhèn)炔⒈环瓷涞慕Y(jié)構(gòu)。
[0011 ]同樣，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)的技術(shù)中，如專(zhuān)利文獻(xiàn)2的圖7所示，遮光元件形成在周邊電路中產(chǎn)生的光的行進(jìn)路徑上，由此入射到光電轉(zhuǎn)換元件上的光被抑制。
[0012]在專(zhuān)利文獻(xiàn)I公開(kāi)的技術(shù)中，如專(zhuān)利文獻(xiàn)I的圖7和圖18所示，遮光結(jié)構(gòu)的深度形成為大約等于或大于光電轉(zhuǎn)換元件的深度或者形成為抑制在周邊電路部中產(chǎn)生的空穴的傳播的深度。在這種結(jié)構(gòu)的情況下，盡管可以阻擋從周邊電路朝向光電轉(zhuǎn)換元件的直線傳播的成分，但是光具有波動(dòng)成分，因此通過(guò)繞過(guò)遮光結(jié)構(gòu)下方而傳播。即，深度大約等于光電轉(zhuǎn)換元件的深度的遮光結(jié)構(gòu)不能提供足夠的遮光效果，并且光通過(guò)穿過(guò)遮光結(jié)構(gòu)下方的空間而傳播。即使空穴的傳播被成功地阻擋，由于大部分空穴在周邊電路的近旁再結(jié)合并變成光成分，所以也存在通過(guò)空穴傳播阻擋造成的很小抑制效果。
[0013]專(zhuān)利文獻(xiàn)I還提供了當(dāng)由熱載流子發(fā)光引起的光已經(jīng)傳播到基板的背面?zhèn)葧r(shí)抑制反射的近紅外光的防反射膜。另一方面，在晶體管中產(chǎn)生的光在所有方向上被輻射，因此以各種角度入射到防反射膜。當(dāng)角度為特定角度以下時(shí)，光在界面被全反射。因此，即使當(dāng)防反射膜存在時(shí)，也極難完全抑制光的傳播。
[0014]在半導(dǎo)體基板薄到大約幾微米的結(jié)構(gòu)的情況下，從晶體管到背面?zhèn)鹊木嚯x顯著縮短，光沒(méi)有太多衰減并且傳播到背面?zhèn)取Ｒ虼?，不僅近紅外光而且藍(lán)色光到達(dá)背面?zhèn)?，并且近紅外光的防反射膜不能抑制光。特別地，在近年開(kāi)發(fā)出來(lái)的背面照射型固態(tài)成像裝置的情況下，由于基板需要很薄以從基板的背面?zhèn)炔杉?，因此通過(guò)在背面?zhèn)确瓷涠鴤鞑サ某煞值牧匡@著增加，并且光噪聲成分的量顯著增加。
[0015]另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中，遮光結(jié)構(gòu)設(shè)置在周邊電路和光電轉(zhuǎn)換元件之間，如同專(zhuān)利文獻(xiàn)I中那樣;但是僅提到遮光結(jié)構(gòu)設(shè)置在從晶體管發(fā)出的光的路徑上；因此，極難抑制通過(guò)繞過(guò)傳播的光成分。即，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)的技術(shù)中，光通過(guò)穿過(guò)遮光結(jié)構(gòu)下方的空間來(lái)傳播，如同專(zhuān)利文獻(xiàn)I中那樣。
[0016]盡管在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的技術(shù)具有遮光膜在光電轉(zhuǎn)換單元上方的特征，但是這是前面照射型固態(tài)成像裝置特有的結(jié)構(gòu)，所以不適用于背面照射型固態(tài)成像裝置。如上所述，光噪聲成分的量在背面照射型固態(tài)成像裝置中顯著增加；因此，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)的技術(shù)極難完全抑制光的傳播。
[0017]引用文獻(xiàn)列表
[0018]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0019]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:JP2010-245499A
[0020]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:JP2002-043566A

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]技術(shù)問(wèn)題
[0022]如上所述，在專(zhuān)利文獻(xiàn)I和2公開(kāi)的技術(shù)中，在周邊電路中由熱載流子發(fā)光引起的光不能被防止通過(guò)半導(dǎo)體基板傳播并且入射在光電轉(zhuǎn)換元件上，并且難以抑制由于熱載流子發(fā)光造成的不利影響。特別地，在背面照射型固態(tài)成像裝置中，因?yàn)楣庠肼暢煞值牧坑捎谄渲邪雽?dǎo)體基板很薄的構(gòu)成的原因而顯著增加，所以這種不利影響很大。此外，如上所述，由熱載流子發(fā)光產(chǎn)生的光對(duì)于光電轉(zhuǎn)換元件、高感度模擬元件可能產(chǎn)生類(lèi)似的不利影響。
[0023]本公開(kāi)鑒于這樣的情況進(jìn)行，并且使得可以抑制由于熱載流子發(fā)光造成的不利影響。
[0024]解決問(wèn)題的方案
[0025]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體裝置，包括:在其中形成多個(gè)元件的元件形成單元；和疊置在所述元件形成單元上并且形成有連接所述元件的配線的配線單元。以下各部件配置在所述元件形成單元中:被構(gòu)造成受光影響的無(wú)源元件；形成配置在所述無(wú)源元件周?chē)闹苓呺娐返挠性丛?和形成在所述無(wú)源元件和所述有源元件之間的構(gòu)造物，使得在所述元件形成單元的厚度方向上的間隙不超過(guò)規(guī)定間隔，并且由抑制光傳播的材料形成。
[0026]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供了一種固態(tài)成像元件，包括:在其中形成多個(gè)元件的元件形成單元；和疊置在所述元件形成單元上并且形成有連接所述元件的配線的配線單元。以下各部件配置在所述元件形成單元中:被構(gòu)造成接收光并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光接收元件;形成配置在所述光接收元件周?chē)闹苓呺娐返挠性丛?和形成在所述光接收元件和所述有源元件之間的構(gòu)造物，使得在所述元件形成單元的厚度方向上的間隙不超過(guò)規(guī)定間隔，并且由抑制光傳播的材料形成。所述光接收元件接收的光入射到與所述配線單元疊置在所述元件形成單元上的前面相對(duì)的背面上。被構(gòu)造成支撐所述元件形成單元和所述配線單元在其內(nèi)疊置的基板的支撐基板接合到所述基板的前面?zhèn)取?br>[0027]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，提供了一種包括固態(tài)成像元件的電子設(shè)備，所述固態(tài)成像元件包括在其中形成多個(gè)元件的元件形成單元;和疊置在所述元件形成單元上并且形成有連接所述元件的配線的配線單元。以下各部件配置在所述元件形成單元中:被構(gòu)造成接收光并進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光接收元件;形成配置在所述光接收元件周?chē)闹苓呺娐返挠性丛?和形成在所述光接收元件和所述有源元件之間的構(gòu)造物，使得在所述元件形成單元的厚度方向上的間隙不超過(guò)規(guī)定間隔，并且由抑制光傳播的材料形成。所述光接收元件接收的光入射到與所述配線單元疊置在所述元件形成單元上的前面相對(duì)的背面上。被構(gòu)造成支撐所述元件形成單元和所述配線單元在其內(nèi)疊置的基板的支撐基板接合到所述基板的前面?zhèn)取?br>[0028]在本公開(kāi)的一個(gè)方面中，設(shè)置了在其中形成多個(gè)元件的元件形成單元以及疊置在所述元件形成單元上并且形成有連接所述元件的配線的配線單元，并且以下各部件配置在所述元件形成單元中:無(wú)源元件或光接收元件；形成配置在所述無(wú)源元件或所述光接收元件周?chē)闹苓呺娐返挠性丛?和形成在所述無(wú)源元件或所述光接收元件和所述有源元件之間的構(gòu)造物，使得在所述元件形成單元的厚度方向上的間隙不超過(guò)規(guī)定間隔，并且由抑制光傳播的材料形成。
[0029]發(fā)明效果
[0030]根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)方面，可以抑制由于熱載流子發(fā)光造成的不利影響。
【附圖說(shuō)明】
[0031 ]圖1是本技術(shù)適用的固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方案的構(gòu)成例的框圖。
[0032]圖2是示出固態(tài)成像元件的截面構(gòu)成例的圖。
[0033]圖3是示出其中構(gòu)造物和附近被放大的概略構(gòu)成例的圖。
[0034]圖4是示出構(gòu)造物的第一平面配置例的圖。
[0035]圖5是示出固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方案中的第一變形例的圖。
[0036]圖6是示出固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方案中的第二變形例的圖。
[0037]圖7是示出固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方案中的第三變形例的圖。
[0038]圖8是示出固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方案中的第四變形例的圖。
[0039]圖9是示出固態(tài)成像元件的第一實(shí)施方案中的第五變形例的圖。
[0040 ]圖1O是示出構(gòu)造物的第二平面配置例的圖。
[0041]圖11是示出構(gòu)造物的第三平面配置例的圖。
[0042 ]圖12是示出構(gòu)造物的第四平面配置例的圖。
[0043]圖13是示出本技術(shù)適用的半導(dǎo)體裝置的實(shí)施方案的構(gòu)成例的圖。
[0044]圖14是示出本技術(shù)適用的固態(tài)成像元件的第二實(shí)施方案的截面構(gòu)成例的圖。
[0045]圖15是示出固態(tài)成像元件的第二實(shí)施方案中的第一變形例的圖。
[0046]圖16是示出固態(tài)成像元件的第二實(shí)施方案中的第二變形例的圖。
[0047]圖17是示出固態(tài)成像元件的第二實(shí)施方案中的第三變形例的圖。
[0048]圖18是示出本技術(shù)適用的固態(tài)成像元件的第三實(shí)施方案的截面構(gòu)成例的圖。
[0049]圖19是示出模擬中使用的固態(tài)成像元件的截面構(gòu)成例的圖。
[0050]圖20是示出各材料的折射率η和衰減系數(shù)k的圖。
[0051 ]圖21是示出模擬條件的圖。
[0052]圖22是示出以構(gòu)造物的深度作為參數(shù)的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0053]圖23是示出以構(gòu)造物的數(shù)量作為參數(shù)的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0054]圖24是示出以構(gòu)造物的間距作為參數(shù)的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0055]圖25是示出以構(gòu)造物的材料作為參數(shù)的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0056]圖26是示出使用吸收紅外光的材料的構(gòu)造物的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0057]圖27是示出固態(tài)成像元件的第三實(shí)施方案中的第一變形例的圖。
[0058]圖28是示出第一變形構(gòu)成中的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0059]圖29是示出第二變形構(gòu)成中的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0060]圖30是示出固態(tài)成像元件的第三實(shí)施方案中的第三變形例的圖。
[0061]圖31是示出第三變形構(gòu)成中的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0062]圖32是示出第四變形構(gòu)成中的遮光效果的模擬結(jié)果的圖。
[0063]圖33是示出固態(tài)成像元件的第三實(shí)施方案中的第五變形例的圖。
[0064]圖34是示出固態(tài)成像