固體攝像裝置以及電子設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種固體攝像裝置以及電子設(shè)備。所述該固體攝像裝置包括：光電轉(zhuǎn)換部，其形成在基板上并且包括光電二極管；溢出通道，其形成在半導(dǎo)體區(qū)域中，并且連接至所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷累積區(qū)域；溝槽部，其形成在其中形成有所述溢出通道的所述半導(dǎo)體區(qū)域的上部中，并且鄰接于所述光電轉(zhuǎn)換部；垂直傳輸柵極電極，其中所述垂直傳輸柵極電極包括位于所述溝槽部中的電極材料；以及浮動擴(kuò)散單元，其形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域中，并連接至所述溢出通道，并且所述溢出通道形成在鄰接于所述垂直傳輸柵極電極的底部的區(qū)域中。根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)置有垂直傳輸晶體管的固體攝像裝置中，減小了飽和電荷量的變化，并且提高了產(chǎn)量。
【專利說明】固體攝像裝置以及電子設(shè)備
[0001]本申請是申請日為2012年3月15日、發(fā)明名稱為“固體攝像裝置、固體攝像裝置的制造方法以及電子設(shè)備”的申請?zhí)枮?01210069193.7專利申請的分案申請。
[0002]相關(guān)申請的交叉參考
[0003]本申請包含與2011年3月23日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP2011-063974所公開的內(nèi)容相關(guān)的主題，因此將該日本優(yōu)先權(quán)申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]本發(fā)明涉及具有垂直晶體管的固體攝像裝置、該固體攝像裝置的制造方法以及設(shè)置有該固體攝像裝置的電子設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0005]固體攝像裝置被分為以諸如互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(ComplementaryMetalOxide Semiconductor，CMOS)圖像傳感器等裝置為代表的放大型固體攝像裝置，或者以諸如電荷親合器件(Charge Coupled Device，CCD)圖像傳感器等裝置為代表的電荷傳輸型固體攝像裝置。固體攝像裝置被廣泛適用于數(shù)碼照相機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)等中。最近，CMOS圖像傳感器由于它的低電源電壓和低能耗而被廣泛用作安裝在諸如設(shè)置有相機(jī)的手機(jī)和個人數(shù)字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等移動裝置上的固體攝像裝置。
[0006]最近，如日本專利公開公報第2010-114274號中所述，提出了具有在半導(dǎo)體基板的深度方向上形成的多個光電二極管并且具有減小的像素尺寸的CMOS固體攝像裝置。在深度方向上形成的光電二極管在相對于半導(dǎo)體基板的垂直方向上具有傳輸溝道，并且設(shè)置有由垂直傳輸柵極電極形成的傳輸晶體管。
[0007]關(guān)于背面照射型固體攝像裝置或使用P型半導(dǎo)體基板構(gòu)成的表面型固體攝像裝置，難以將生成的超過光電二極管的飽和電荷量的信號電荷排出至基板的光入射面?zhèn)鹊南喾磦?cè)。因此，在這樣的固體攝像裝置中，采用了通過浮動擴(kuò)散部將超出光電二極管的飽和電荷量的信號電荷溢出的橫向溢出結(jié)構(gòu)。在設(shè)置有在日本專利公開公報第2010-114274號中所述的垂直傳輸晶體管的固體攝像裝置中，由強(qiáng)光導(dǎo)致的超過飽和電荷量的信號電荷在傳輸晶體管的傳輸溝道中流動，并且通過浮動擴(kuò)散部排出。
[0008]如日本專利公開公報第2010-114274號中所述，在溢出的信號電荷通過垂直傳輸晶體管的傳輸溝道的結(jié)構(gòu)中，上述信號電荷通過垂直柵極電極的側(cè)部，所述垂直柵極電極通過蝕刻形成于基板上。因此，當(dāng)垂直柵極電極的形狀或形成位置有變化的時候，溢出信號電荷的通道就發(fā)生變化，并因此可能存在飽和電荷量的差異，動態(tài)范圍可能減小，并且產(chǎn)量可能降低。在這樣的結(jié)構(gòu)中，傳輸信號電荷時的傳輸通道和溢出的通道是基本相同的，于是難以設(shè)計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]鑒于上述原因，在設(shè)置有垂直傳輸晶體管的固體攝像裝置中，期望提供減小飽和電荷量的變化并且提高產(chǎn)量的固體攝像裝置。還期望提供使用上述固體攝像裝置的電子設(shè)備。
[0010]本發(fā)明實施方式提供了一種固體攝像裝置，所述固體攝像裝置包括:光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換單元形成在基板上，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部包括光電二極管;溢出通道，所述溢出通道形成在半導(dǎo)體區(qū)域中，并且連接至所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷累積區(qū)域;溝槽部，所述溝槽部形成在其中形成有所述溢出通道的所述半導(dǎo)體區(qū)域的上部中，并且鄰接于所述光電轉(zhuǎn)換部;垂直傳輸柵極電極，其中所述垂直的傳輸柵極包括位于所述溝槽部中的電極材料；以及浮動擴(kuò)散單元，所述浮動擴(kuò)散單元形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域中，其中，所述浮動擴(kuò)散單元連接至所述溢出通道，并且所述溢出通道形成在鄰接于所述垂直傳輸柵極電極的底部的區(qū)域中。
[0011 ]本發(fā)明的又一實施方式提供了一種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括:光學(xué)透鏡;攝像裝置，在所述光學(xué)透鏡中聚集的光輸入至所述攝像裝置，所述攝像裝置包括:基板;光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換單元形成在所述基板上，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部包括光電二極管;溢出通道，所述溢出通道形成在所述基板的半導(dǎo)體區(qū)域中，其中，所述溢出通道連接至所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷累積區(qū)域;溝槽部，所述溝槽部形成在其中形成有所述溢出通道的所述半導(dǎo)體區(qū)域的一部分中，并且所述溝槽部鄰接于所述光電轉(zhuǎn)換部；垂直傳輸柵極電極，其中，所述垂直傳輸柵極電極包括形成在所述溝槽部中的電極材料；以及浮動擴(kuò)散單元，所述浮動擴(kuò)散單元形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域中，其中，所述浮動擴(kuò)散單元連接至所述溢出通道，并且所述溢出通道形成在鄰接于所述垂直傳輸柵極電極的底部的區(qū)域中；信號處理電路，所述信號處理電路處理所述攝像裝置的輸出信號。
[0012]在本發(fā)明實施方式的電子設(shè)備中，在所述固體攝像裝置中，所述溢出通道形成在所述傳輸柵極電極的底部，因此能夠分別設(shè)計信號電荷的普通傳輸通道和溢出信號電荷的通道。因此，提高了圖像質(zhì)量。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，在設(shè)置有垂直傳輸晶體管的固體攝像裝置中，減小了飽和電荷量的變化，并且提高了產(chǎn)量。
【附圖說明】
[0014]圖1圖示了本發(fā)明第一實施方式的固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)。
[0015]圖2圖示了在本發(fā)明第一實施方式的固體攝像裝置的單個像素中包含光電二極管和傳輸晶體管Tr的區(qū)域的平面結(jié)構(gòu)。
[0016]圖3圖示了沿著圖2中所示的線II1-1II獲得的橫截面結(jié)構(gòu)。
[0017]圖4圖示了比較例的固體攝像裝置的單個像素的平面結(jié)構(gòu)。
[0018]圖5圖示了沿著圖4中所示的線V-V獲得的橫截面結(jié)構(gòu)。
[0019]圖6A至圖6C圖示了本發(fā)明第一實施方式的固體攝像裝置的制造過程。
[0020]圖7A至圖7C圖示了本發(fā)明第一實施方式的固體攝像裝置的制造過程。
[0021]圖8A和圖SB圖示了本發(fā)明第一實施方式的固體攝像裝置的制造過程。
[0022]圖9圖示了在變形例I的固體攝像裝置的單個像素中包含光電二極管PD和傳輸晶體管Tr的區(qū)域的平面結(jié)構(gòu)。
[0023]圖10圖示了變形例2的固體攝像裝置的主要部分的橫截面結(jié)構(gòu)。
[0024]圖1lA至圖1lC圖示了實施方式的固體攝像裝置的制造方法。
[0025]圖12A至圖12C圖示了實施方式的固體攝像裝置的制造方法。
[0026]圖13A和圖13B圖示了本發(fā)明第三實施方式的固體攝像裝置的制造方法。
[0027]圖14圖示了本發(fā)明第四實施方式的固體攝像裝置的橫截面結(jié)構(gòu)。
[0028]圖15圖示了本發(fā)明第五實施方式的電子設(shè)備的示意性結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0029]下面，將參照圖1至圖15說明本發(fā)明實施方式的固體攝像裝置、該固體攝像裝置的制造方法以及電子設(shè)備的示例。本發(fā)明不限于下面的示例。
[0030]1.第一實施方式:固體攝像裝置[0031 ] 1-1.固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)
[0032]1-2.主要部分的結(jié)構(gòu)
[0033]1-3.制造方法
[0034]1-4.操作
[0035]1-5.變形例 I
[0036]1-6.變形例2
[0037]2.第二實施方式:固體攝像裝置的制造方法
[0038]3.第三實施方式:固體攝像裝置的制造方法[0039 ] 4.第四實施方式:固體攝像裝置
[OO4O]5.第五實施方式:電子設(shè)備[0041 ] 1.第一實施方式:固體攝像裝置
[0042]1-1.固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)
[0043]圖1是本發(fā)明第一實施方式的CMOS固體攝像裝置的整體結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0044]本實施方式的固體攝像裝置I包括由布置在基板11(由硅制成)上的多個像素2形成的像素區(qū)域3、垂直驅(qū)動電路4、列信號處理電路5、水平驅(qū)動電路6、輸出電路7和控制電路8。
[0045]像素2是通過由光電二極管形成的光電轉(zhuǎn)換單元和多個像素晶體管形成的，并且多個像素2以2維陣列的形式規(guī)則地排列在基板11上。構(gòu)成像素2的像素晶體管可以是包括傳輸晶體管、復(fù)位晶體管、選擇晶體管和放大晶體管的四個MOS晶體管，也可以是除了選擇晶體管之外的上述三個晶體管。
[0046]像素區(qū)域3是由以2維陣列的形式規(guī)則排列的像素2形成的。像素區(qū)域3是由有效像素區(qū)域和用于輸出光學(xué)黑(是標(biāo)準(zhǔn)黑電平)的黑標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域(未圖示)形成的，在有效像素區(qū)域中光被實際接收并且通過光電轉(zhuǎn)換生成的信號電荷被列信號處理電路5放大并讀取。通常，黑標(biāo)準(zhǔn)區(qū)域形成于有效像素區(qū)域的外周部。
[0047]控制電路8基于垂直同步信號、水平同步信號和主時鐘生成作為垂直驅(qū)動電路4、列信號處理電路5和水平驅(qū)動電路6的操作的標(biāo)準(zhǔn)的時鐘信號和控制信號。由控制電路8生成的時鐘信號和控制信號被輸入至垂直驅(qū)動電路4、列信號處理電路5和水平驅(qū)動電路6。
[0048]例如，垂直驅(qū)動電路4是由移位寄存器形成的，并且以行為單位選擇性地順次掃描像素區(qū)域3中的像素2。通過垂直信號線將基于根據(jù)像素2的光電二極管的受光量產(chǎn)生的信號電荷的像素信號提供至列信號處理電路5。
[0049]列信號處理電路5例如是為各列設(shè)置的，并且根據(jù)來自各行像素2的黑標(biāo)準(zhǔn)像素區(qū)域(盡管未圖示，黑標(biāo)準(zhǔn)像素區(qū)域是在有效像素區(qū)域周圍形成的)的信號對從一行像素2輸出的信號進(jìn)行諸如去除噪聲和信號放大等信號處理。列信號處理電路5設(shè)置有輸出端，并且在列信號處理單元與水平信號線10之間設(shè)置有水平選擇開關(guān)(未圖示)。
[0050]水平驅(qū)動電路6是由例如移位寄存器形成的，水平驅(qū)動電路6順次輸出水平掃描脈沖從而對各列信號處理電路5進(jìn)行選擇，并且將來自各列信號處理電路5的像素信號輸出至水平信號線10。
[0051]輸出電路7對通過水平信號線10依次從各列信號處理電路5提供的信號進(jìn)行信號處理，然后輸出信號。
[0052]1-2.主要部分的結(jié)構(gòu)
[0053]圖2示出了在本實施方式的固體攝像裝置I的單個像素2中包含光電二極管H)和傳輸晶體管Tr的區(qū)域的平面結(jié)構(gòu)，圖3示出了沿著圖2中所示的線II1-1II獲得的橫截面結(jié)構(gòu)。在下面的說明中，第一導(dǎo)電型為P型，第二導(dǎo)電型為η型。
[0054]在本實施方式的固體攝像裝置I中，由光電二極管PD和多個像素晶體管Tr形成的像素2形成于P型阱區(qū)域21中，P型阱區(qū)域21形成在由η型硅或P型硅形成的半導(dǎo)體基板30上。在圖2和圖3中，在多個像素晶體管中，僅示出了由垂直晶體管形成的傳輸晶體管Tr，而未示出其它像素晶體管。
[0055]各像素2形成于被由P型半導(dǎo)體區(qū)域形成的像素分隔區(qū)域22隔開的區(qū)域中。單個像素2設(shè)置有通過在半導(dǎo)體基板30的深度方向上的多層(在圖3中為兩層)形成的第一光電二極管TOl和第二光電二極管TO2。第一光電二極管H)1和第二光電二極管TO2構(gòu)成光電轉(zhuǎn)換元件，并且包括在半導(dǎo)體基板30的深度方向上依次形成的P型半導(dǎo)體區(qū)域23、n型半導(dǎo)體區(qū)域24、p型半導(dǎo)體區(qū)域25和η型半導(dǎo)體區(qū)域26。
[0056]形成于半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)鹊牡谝还怆姸O管F1Dl主要是由ρη結(jié)ja形成的，pn結(jié)ja位于在半導(dǎo)體基板30的最外層表面上形成的P型半導(dǎo)體區(qū)域23與在P型半導(dǎo)體區(qū)域23的下層形成的η型半導(dǎo)體區(qū)域24之間。第一光電二極管PDl的η型半導(dǎo)體區(qū)域24是電荷累積區(qū)域，由第一光電二極管PDl產(chǎn)生的信號電荷累積在η型半導(dǎo)體區(qū)域24中。第二光電二極管PD2主要是由ρη結(jié)jb形成的，ρη結(jié)jb位于在η型半導(dǎo)體區(qū)域24(是第一光電二極管HH的電荷累積區(qū)域)的下層形成的P型半導(dǎo)體區(qū)域25與在P型半導(dǎo)體區(qū)域25的下層形成的η型半導(dǎo)體區(qū)域26之間。第二光電二極管PD2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26是電荷累積區(qū)域，由第二光電二極管PD2產(chǎn)生的信號電荷累積在η型半導(dǎo)體區(qū)域26中。
[0057]垂直傳輸晶體管Tr包括在深度方向上從半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)却怪毖由斓膫鬏敄艠O電極20，以及靠近傳輸柵極電極20形成的浮動擴(kuò)散區(qū)域FD。
[0058]傳輸柵極電極20包括形成于在半導(dǎo)體基板30的深度方向上形成的溝槽部29中的柱狀埋入電極20a和在埋入電極20a上形成得從半導(dǎo)體基板30的表面凸出的表面電極20b。埋入電極20a和表面電極20b是由例如多晶硅形成的，并且隔著由例如氧化物膜形成的柵極絕緣膜28形成于溝槽部29中或半導(dǎo)體基板30的表面上。
[0059]浮動擴(kuò)散區(qū)域H)是由形成在半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)鹊母邼舛圈切桶雽?dǎo)體區(qū)域形成的，并且形成得靠近傳輸柵極電極20的表面電極20b。如圖2中所示，傳輸晶體管Tr形成于單個像素2的角部，S卩，形成于形成有光電二極管H)的區(qū)域的角部。
[0060]在用于形成在半導(dǎo)體基板30的深度方向上形成的垂直傳輸柵極電極20的溝槽部29的內(nèi)周面中，形成有用于柵極的界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33。在本實施方式中，用于抑制暗電流的高濃度P型半導(dǎo)體區(qū)域被形成為雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33。由P型半導(dǎo)體區(qū)域形成的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33通過與將成為白點缺陷的電荷(電子)再結(jié)合，具有去除從柵極絕緣膜28與半導(dǎo)體基板30之間的界面生成的暗電流的功能，上述暗電流是由于在通過選擇性地蝕刻等形成溝槽部29時的晶格缺陷和畸變導(dǎo)致的。
[0061]在第一光電二極管F1Dl和第二光電二極管Η)2的靠近傳輸柵極電極20的區(qū)域中，形成有由電連接光電二極管的η型半導(dǎo)體區(qū)域24和η型半導(dǎo)體區(qū)域26的η型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的傳輸通道32。為了形成傳輸通道32，使構(gòu)成第二光電二極管PD2的P型半導(dǎo)體區(qū)域25偏離傳輸柵極電極20的埋入電極20a必要的距離。也即是，P型半導(dǎo)體區(qū)域25被形成得從埋入電極20a離開傳輸通道32的寬度。通過形成傳輸通道32，信號電荷可以在第一光電二極管F1Dl的η型半導(dǎo)體區(qū)域24與第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26之間移動。
[0062]在本實施方式的固體攝像裝置I中，在第一光電二極管PDl和第二光電二極管PD2與浮動擴(kuò)散區(qū)域ro之間形成有溢出通道27。溢出通道27是由形成于埋入電極20a的底部的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a與形成于浮動擴(kuò)散區(qū)域FD的下層的第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b形成的。構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b被形成得濃度高于構(gòu)成傳輸通道32的η型半導(dǎo)體區(qū)域的濃度。溢出通道27被形成得與傳輸通道32、雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33和浮動擴(kuò)散區(qū)域FD接觸。如圖3中所示，通過溢出通道27從光電二極管H)溢出的信號電荷e通過埋入電極20a的底部被排出至浮動擴(kuò)散區(qū)域FD。
[0063]在本實施方式中，盡管未圖示，在半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)?，各像素形成有?gòu)成其它像素晶體管的復(fù)位晶體管、放大晶體管和選擇晶體管。盡管未圖示，在半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)刃纬捎卸鄬硬季€層，在多層布線層中隔著層間絕緣膜設(shè)置有多層布線。
[0064]本實施方式的固體攝像裝置I被形成為光L從半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)日丈涞谋趁嬲丈湫凸腆w攝像裝置。因此，盡管現(xiàn)在未圖示，在半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)壬?，與η型半導(dǎo)體區(qū)域26相接觸地形成有用于抑制暗電流的高濃度的P型半導(dǎo)體區(qū)域。在半導(dǎo)體基板30的后表面?zhèn)?，盡管未圖示，隔著平坦化膜形成有濾色器層和片上透鏡。
[0065]1-3.操作
[0066]接著，將說明本實施方式的固體攝像裝置I的操作。在累積電荷時，從半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)冗M(jìn)入的光被第一光電二極管PDl和第二光電二極管PD2吸收，并且進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，從而生成與光量相對應(yīng)的信號電荷。生成的信號電荷(在本實施方式中為電子)根據(jù)電位梯度向η型半導(dǎo)體區(qū)域24和η型半導(dǎo)體區(qū)域26移動，并且累積在具有最低勢能的位置處。也即是，在第一光電二極管BH中，信號電荷累積在η型半導(dǎo)體區(qū)域24中，而在第二光電二極管PD2中，信號電荷累積在η型半導(dǎo)體區(qū)域26中。η型半導(dǎo)體區(qū)域24和η型半導(dǎo)體區(qū)域26被完全耗盡，并且信號電荷以電位的形式進(jìn)行累積。
[0067]當(dāng)輸入強(qiáng)光時，生成了大量的信號電荷，并且超過了第一光電二極管roi和第二光電二極管TO2中任一個的飽和電荷量。超過飽和電荷量的信號電荷超過了傳輸通道32的電位，并且累積在另一個沒有達(dá)到飽和的光電二極管的η型半導(dǎo)體區(qū)域中。
[0068]例如，當(dāng)?shù)谝还怆姸O管PDl的η型半導(dǎo)體區(qū)域24達(dá)到飽和電荷量時，超過飽和電荷量的信號電荷通過傳輸通道32累積在相鄰的第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26中。當(dāng)?shù)诙怆姸O管PD2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26達(dá)到飽和電荷量時，超過飽和電荷量的信號電荷e通過形成于傳輸柵極電極20的底部的溢出通道移動至浮動擴(kuò)散區(qū)域FD。
[0069]在本實施方式的固體攝像裝置I中，多個光電二極管ro(PDl和PD2)層疊在半導(dǎo)體基板30的深度方向上從而通過傳輸通道32連接η型半導(dǎo)體區(qū)域24與η型半導(dǎo)體區(qū)域26。在累積電荷時，當(dāng)任一個光電二極管HKPDl和TO2)達(dá)到飽和電荷量時，通過傳輸通道32在未飽和的另一光電二極管HKPDl或TO2)中累積超過飽和電荷量的信號電荷。以這樣的結(jié)構(gòu)，SP使當(dāng)像素尺寸減小時，也可增大各單個像素的有效飽和電荷量，能夠加寬動態(tài)范圍，并因此能夠改善對比度。
[0070]同時，在傳輸電荷時，向傳輸柵極電極20施加期望的傳輸脈沖，并且在傳輸柵極電極20周圍形成的傳輸通道32的電位變深。于是，累積在第一光電二極管roi和第二光電二極管TO2中的信號電荷主要通過半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)鹊膫鬏斖ǖ?2繞過垂直傳輸柵極電極20，并且在浮動擴(kuò)散區(qū)域FD中被讀取。
[0071]也即是，在本實施方式中，信號電荷的普通傳輸通道與溢出通道27是分開的，因此增大了信號電荷的傳輸以及溢出通道27的設(shè)計自由度，并能夠使獨(dú)立性最佳化。
[0072]由于傳輸晶體管Tr被設(shè)置為垂直晶體管并且傳輸晶體管Tr形成在像素2的角部，所以能夠增大光電二極管ro的區(qū)域，并因此能夠增大單位體積的飽和電荷量。由于形成了由P型半導(dǎo)體區(qū)域形成的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33覆蓋著整個垂直傳輸柵極電極20，防止了由于在埋入電極20a的側(cè)面和底部中存在的缺陷導(dǎo)致的暗電流的產(chǎn)生，并因此能夠防止產(chǎn)生白點缺陷。
[0073]圖4示出了比較例的固體攝像裝置的單個像素的平面結(jié)構(gòu)，圖5示出了沿著圖4中所示的線V-V獲得的橫截面結(jié)構(gòu)。在圖4和圖5中，用相同的附圖標(biāo)記表示與圖2和圖3相對應(yīng)的部分，并且不再重復(fù)對它們的說明。
[0074]在圖4和圖5中，未形成圖2和圖3中所示的溢出通道27。在圖4和圖5中所示的固體攝像裝置中，在半導(dǎo)體基板30的表面包圍埋入電極20a的區(qū)域構(gòu)成溢出通道80。在比較例中，在累積電荷時，超出第一光電二極管HH和第二光電二極管TO2飽和電荷量的信號電荷e如圖4和圖5中的箭頭所示繞過埋入電極20a并被排出至浮動擴(kuò)散區(qū)域FD。在比較例的固體攝像裝置中，溢出通道80是用作信號電荷的普通傳輸通道的通道。
[0075]在圖5中，盡管未示出溢出通道80，如圖4中所示，溢出通道80形成在埋入電極20a的周圍，并且因此必須在大于埋入電極20a的直徑的范圍內(nèi)形成溢出通道80。在比較例的固體攝像裝置中，當(dāng)埋入電極20a的形狀和形成位置散亂時，在溢出通道80的區(qū)域內(nèi)施加電位的狀態(tài)會發(fā)生變化。因此，飽和電荷量發(fā)生變化，動態(tài)范圍減小，并且產(chǎn)量降低。在比較例的固體攝像裝置中，當(dāng)埋入電極20a的位置相對于溢出通道80改變時，可能會加速溢出，并且減小飽和電荷量。如上所述，在比較例的固體攝像裝置中，埋入電極20a的形狀和形成位置的變化容易直接地對質(zhì)量產(chǎn)生影響。
[0076]另一方面，在本實施方式中，在埋入電極20a的底部形成溢出通道27，并且可以在連接傳輸通道32與浮動擴(kuò)散區(qū)域FD的范圍內(nèi)形成。因此，在本實施方式中，如圖2中所示，可以將位于埋入電極20a的底部的溢出通道27的形成區(qū)域形成得減小至與在半導(dǎo)體基板30上以柱狀形成的傳輸柵極電極20的埋入電極20a的外徑基本相同的程度。因此，不需要在額外的區(qū)域中形成用于溢出通道的η型半導(dǎo)體區(qū)域，并且形成對于埋入電極20a的制造偏差而言穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)。
[0077]1-4.制造方法
[0078]圖6A至圖8B圖示了本實施方式的固體攝像裝置I的制造過程。將參照圖6A至圖8B說明本實施方式的固體攝像裝置I的制造方法。
[0079]首先，如圖6A中所示，通過表面?zhèn)鹊碾x子注入在半導(dǎo)體基板30的P型阱區(qū)域21中形成第一光電二極管roi的η型半導(dǎo)體區(qū)域24和第二光電二極管ro2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26以及構(gòu)成傳輸通道32的η型半導(dǎo)體區(qū)域。然后，通過從半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)鹊腜型雜質(zhì)的離子注入，在需要的位置形成第二光電二極管TO2的P型半導(dǎo)體區(qū)域25。通過P型雜質(zhì)區(qū)域的高濃度離子注入在將半導(dǎo)體基板30的像素2分隔開的位置處形成像素分隔區(qū)域22。
[0080]然后，如圖6Β中所示，在半導(dǎo)體基板30的表面上例如通過化學(xué)氣相沉積(ChemicalVapor Deposit1n，CVD)形成由SiN形成的絕緣膜31，并且對應(yīng)于形成傳輸柵極電極20的部分形成露出半導(dǎo)體基板30的表面的開口部31a。使用設(shè)置有開口部31a的絕緣膜31作為掩模將半導(dǎo)體基板30蝕刻至需要的深度。于是，在形成半導(dǎo)體基板30的傳輸柵極電極20的區(qū)域中形成溝槽部29。
[0081]接著，使用設(shè)置有同一開口部31a的絕緣膜31作為掩模，進(jìn)行P型雜質(zhì)離子注入。于是，如圖6C中所示，在溝槽部29的側(cè)面和底面上形成用于界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33。在此情況下，在溝槽部29的側(cè)面上，由P型半導(dǎo)體區(qū)域形成的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33是通過具有傾角的傾斜離子注入形成的。
[0082]然后，使用設(shè)置有同一開口部31a的絕緣膜31作為掩模進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入。于是，如圖7Α中所示，在低于雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33的層上形成構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a。在此情況下，由于通過離子注入的η型雜質(zhì)的擴(kuò)散，在寬于絕緣膜31的開口部31a的區(qū)域中形成有第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a。在第一光電二極管PDl和第二光電二極管PD2偵U，構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a被形成得與構(gòu)成傳輸通道32的η型半導(dǎo)體區(qū)域相接觸。構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a被形成為使得它的電位比構(gòu)成第一光電二極管I3Dl的η型半導(dǎo)體區(qū)域24和第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26或者構(gòu)成傳輸通道32的η型半導(dǎo)體區(qū)域淺。
[0083]在本實施方式中，可以使用由用于形成埋入傳輸柵極電極20的溝槽部29的絕緣膜31形成的掩模來形成構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a。因此，它能夠以自對準(zhǔn)的形式形成在傳輸柵極電極20的部分的正下方。為了在形成溝槽部29之后形成構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a，可以在距溝槽部29的底部一定距離處以高精度形成溢出通道27。
[0084]然后，如圖7B中所示，去除用作掩模的絕緣膜31，并且隨后在半導(dǎo)體基板30的表面(包括溝槽部29的內(nèi)周面)上形成柵極絕緣膜28。柵極絕緣膜28例如可以是氧化硅膜。
[0085]然后，形成例如由多晶硅膜形成的柵極電極材料并進(jìn)行圖形化，從而使其埋入在溝槽部29中并覆蓋半導(dǎo)體基板30的表面。于是，如圖7C中所示，形成了由凸出半導(dǎo)體基板30表面的表面電極20b和埋入溝槽部29中的柱狀埋入電極20a形成的傳輸柵極電極20。在此情況下，盡管未圖示，構(gòu)成其它像素晶體管的柵極電極也形成于半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)取?br>[0086]然后，如圖8A中所示，在第一光電二極管roi和第二光電二極管Η)2的區(qū)域和與傳輸柵極電極20相鄰的區(qū)域內(nèi)，形成對浮動擴(kuò)散區(qū)域ro的區(qū)域開口的光致抗蝕劑膜34。接著，在與構(gòu)成之前形成的溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a的深度相同的深度中進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入，從而形成第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b。溢出通道27是由第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b和形成于傳輸柵極電極20的底部的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a構(gòu)成的。
[0087]此后，以高于構(gòu)成溢出通道27的雜質(zhì)濃度的濃度進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入，從而形成浮動擴(kuò)散區(qū)域H)?？梢愿鶕?jù)傳輸柵極電極20的埋入電極20a的深度調(diào)整浮動擴(kuò)散區(qū)域H)的深度，并且可以任意地調(diào)整設(shè)定。在本實施方式中，構(gòu)成溢出通道27的第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b形成在浮動擴(kuò)散區(qū)域H)的下層，但是不是必須形成第二η型半導(dǎo)體區(qū)域27b。例如，可以將浮動擴(kuò)散區(qū)域FD形成至埋入電極20a的深度，從而構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a與浮動擴(kuò)散區(qū)域FD相連。
[0088]在本實施方式中，在形成浮動擴(kuò)散區(qū)域H)時，已經(jīng)形成了構(gòu)成溢出通道27的第二η型半導(dǎo)體區(qū)域27b。構(gòu)成溢出通道27的第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b形成于距基板表面一定程度的深度位置處，因此優(yōu)選形成光致抗蝕劑膜34覆蓋整個傳輸柵極電極20。
[0089]然后，如圖SB中所示，形成對形成有第一光電二極管PDl和第二光電二極管PD2的區(qū)域開口的光致抗蝕劑膜35，并且通過光致抗蝕劑膜35在半導(dǎo)體基板30的表面上進(jìn)行高濃度的P型雜質(zhì)的離子注入。于是，抑制了暗電流，并且形成了構(gòu)成第一光電二極管roi的P型半導(dǎo)體區(qū)域23。在本實施方式中，P型半導(dǎo)體區(qū)域23在與傳輸柵極電極20相接觸的一側(cè)是以自對準(zhǔn)的方式形成的。
[0090]然后，使用普通的方法形成多層布線層，并且在半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)壬弦来涡纬善教够ぁV色器層和片上透鏡，從而完成了本實施方式的固體攝像裝置。
[0091]在本實施方式的固體攝像裝置I的制造方法中，構(gòu)成溢出通道27的第一η型半導(dǎo)體區(qū)域27a是通過與用于形成溝槽部29(溝槽部29用于形成傳輸柵極電極20)的掩模相同的掩模形成的。因此，第一η型半導(dǎo)體區(qū)域27a能夠以自對準(zhǔn)的方式形成于傳輸柵極電極20的底部，并且能夠以高精度與傳輸柵極電極20相匹配。因此，傳輸柵極電極20相對于溢出通道27的形成位置不會散亂。因此，能夠減少各像素的溢出通道27的改變以及飽和電荷量的變化。
[0092]在本實施方式的固體攝像裝置I中，傳輸柵極電極20導(dǎo)通時信號電荷的普通傳輸通道與累積電荷時用于溢出信號電荷的溢出通道27是彼此獨(dú)立形成的。因此，能夠最優(yōu)化地形成上述區(qū)域。因此，相比于圖4和圖5中所示的固體攝像裝置，能夠提高電荷傳輸效率并且增加飽和電荷量。
[0093]1-5.變形例 I
[0094]接著，將說明本實施方式的變形例I的固體攝像裝置。圖9圖示了在變形例I的固體攝像裝置的單個像素中包含光電二極管PD和傳輸晶體管Tr的區(qū)域的平面結(jié)構(gòu)。變形例I的固體攝像裝置是這樣的實施例:其中，垂直傳輸柵極電極的埋入電極20c的形狀不同于本實施方式的固體攝像裝置的垂直傳輸柵極電極的埋入電極的形狀。在圖9中，用相同的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)于圖2的部分，并且不再重復(fù)說明。
[0095]在變形例I中，從形成有光電二極管PD的區(qū)域到浮動擴(kuò)散區(qū)域ro縱向地形成埋入電極20c。在此情況下，當(dāng)形成用于形成埋入電極20c的溝槽部的時候，形成于埋入電極20c的底部的溢出通道27以自對準(zhǔn)的方式形成。如變形例I中所示，從形成有光電二極管H)的區(qū)域到浮動擴(kuò)散區(qū)域ro縱向地形成傳輸柵極電極的埋入電極20c，并且能夠縱向地形成溢出通道27。如上所述，即使當(dāng)本實施方式的傳輸柵極電極20的埋入電極20c的形狀改變時，仍能夠形成與之對應(yīng)的溢出通道27，并且因此能夠減少像素的差異。
[0096]如變形例I中所示，在光電二極管ro與浮動擴(kuò)散區(qū)域ro之間的區(qū)域中，能夠保持長的溢出通道27，并且具有使浮動擴(kuò)散區(qū)域FD與溢出通道27彼此容易地連接的效果。
[0097]1-6.變形例 2
[0098]接著，將說明本實施方式的變形例2的固體攝像裝置。圖10圖示了變形例2的固體攝像裝置的主要部分的橫截面結(jié)構(gòu)。在圖10中，用相同的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)于圖3的部分，并且不再重復(fù)說明。
[0099]在變形例2中，將用于傳輸柵極電極20的埋入電極20a周圍的界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域36設(shè)置在以低濃度進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入的η-區(qū)域內(nèi)。為了形成垂直傳輸柵極電極20，在半導(dǎo)體基板30上形成溝槽部29。然而，當(dāng)由于蝕刻溝槽部29的影響導(dǎo)致的缺陷發(fā)生很少的時候，從溝槽部29產(chǎn)生的暗電流就很少。在此情況下，如圖10所示，溝槽部29周圍的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域36可以是具有比構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b的濃度低的濃度的η-區(qū)域。
[0100]如上所述，傳輸柵極電極20的埋入電極20a周圍的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域36是η-區(qū)域，并且因此具有改善信號電荷的傳輸?shù)男Ч?br>[0101]2.第二實施方式:固體攝像裝置
[0102]接著，將說明第二實施方式的固體攝像裝置的制造方法。圖1lA至圖12C是圖示了本實施方式的固體攝像裝置的制造方法的工序圖。在本實施方式中形成的最終的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)與圖3的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)相同，因此不再重復(fù)對結(jié)構(gòu)的說明，將只說明制造方法。
[0103]首先，如圖6Α中所示，在半導(dǎo)體基板30上形成P型半導(dǎo)體區(qū)域25以及構(gòu)成第一光電二極管TOl的η型半導(dǎo)體區(qū)域24和構(gòu)成第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26，并且形成像素分隔區(qū)域22。此后，如圖1lA中所示，形成對形成溢出通道27的區(qū)域開口的光致抗蝕劑膜40。通過光致抗蝕劑膜40從半導(dǎo)體基板30的表面進(jìn)行η型雜質(zhì)的離子注入，從而形成構(gòu)成溢出通道27的η型半導(dǎo)體區(qū)域27c。構(gòu)成溢出通道27的η型半導(dǎo)體區(qū)域27c被形成為使得它的電位比第一光電二極管I3Dl的η型半導(dǎo)體區(qū)域24和第二光電二極管PD2的η型半導(dǎo)體區(qū)域26以及構(gòu)成傳輸通道32的η型半導(dǎo)體區(qū)域淺。
[0104]然后，去除用于形成溢出通道27的光致抗蝕劑膜40，然后，如圖1lB中所示，在基板30上形成對于比形成傳輸柵極電極20的埋入電極20a的區(qū)域稍大的區(qū)域開口的光致抗蝕劑膜41。通過光致抗蝕劑膜41進(jìn)行高濃度的P型雜質(zhì)的離子注入，從而形成作為用于界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33的P型雜質(zhì)區(qū)域33a。在此情況下，作為雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33的P型雜質(zhì)區(qū)域33a形成于比構(gòu)成溢出通道27的η型半導(dǎo)體區(qū)域27c淺的位置處。因此，構(gòu)成溢出通道27的第一 η型半導(dǎo)體區(qū)域27a和第二 η型半導(dǎo)體區(qū)域27b仍然位于P型雜質(zhì)區(qū)域33a的下層，并且位于靠近形成有光電二極管H)側(cè)的相反側(cè)的區(qū)域。
[0105]然后，去除光致抗蝕劑膜41，然后，如圖1 Ic中所示，通過例如CVD在半導(dǎo)體基板30的表面上形成由SiN形成的絕緣膜42，并且對應(yīng)于形成傳輸柵極電極20的部分形成露出半導(dǎo)體基板30的表面的開口部42a。這里，形成對雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33的區(qū)域的內(nèi)側(cè)開口的絕緣膜42。使用具有開口部42a的絕緣膜42作為掩模將半導(dǎo)體基板30蝕刻至需要的深度。于是，在形成半導(dǎo)體基板30的傳輸柵極電極20的區(qū)域中形成溝槽部29。
[0106]然后，去除作為掩模的絕緣膜42，如圖12A中所示，在半導(dǎo)體基板30的表面(包括溝槽部29的內(nèi)周面)上形成柵極絕緣膜28。柵極絕緣膜28可以例如是氧化硅膜。
[0107]然后，形成例如由多晶硅膜形成的柵極電極材料并進(jìn)行圖形化，使其埋入在溝槽部29中并覆蓋半導(dǎo)體基板30的表面。于是，形成了部分凸出半導(dǎo)體基板30的表面并且埋入溝槽部29中的柱狀傳輸柵極電極20。在此情況下，盡管未圖示，構(gòu)成其它像素晶體管的柵極電極也形成于半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)取?br>[0108]然后，如圖12C中所示，形成對在第二η型半導(dǎo)體區(qū)域27b上部形成浮動擴(kuò)散區(qū)域H)的區(qū)域開口的光致抗蝕劑膜43。通過光致抗蝕劑膜43進(jìn)行高濃度的η型雜質(zhì)的離子注入，從而形成浮動擴(kuò)散區(qū)域H)。浮動擴(kuò)散區(qū)域H)連接至前面形成的構(gòu)成溢出通道27的η型半導(dǎo)體區(qū)域27b。
[0109]在本實施方式中，可以通過對半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)鹊碾x子注入形成浮動擴(kuò)散區(qū)域FD，并因此可以不用光致抗蝕劑膜43覆蓋整個傳輸柵極電極。因此，光致抗蝕劑膜43的開口形成得與傳輸柵極電極20的上部重疊，并且因此能夠以自對準(zhǔn)的方式在傳輸柵極電極20側(cè)進(jìn)行浮動擴(kuò)散區(qū)域FD的位置匹配。
[0110]此后，用與圖8A和圖8B中相同的工序形成用于抑制暗電流的P型半導(dǎo)體區(qū)域23。使用普通方法形成多層布線層，并且在半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)壬弦来涡纬善教够?、濾色器層和片上透鏡，從而完成了本實施方式的固體攝像裝置。
[0111]在本實施方式的固體攝像裝置中，能夠獲得與第一實施方式的效果相同的效果。
[0112]3.第三實施方式:固體攝像裝置的制造方法
[0113]接著，將說明第三實施方式的固體攝像裝置的制造方法。圖13A和圖13B是圖示了本實施方式的固體攝像裝置的制造方法的工序圖。在本實施方式中形成的最終的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)與圖3的固體攝像裝置的結(jié)構(gòu)相同，因此不再重復(fù)對結(jié)構(gòu)的說明，將只說明制造方法。
[0114]在本實施方式的固體攝像裝置的制造方法中，以與根據(jù)第二實施方式的圖1lA的工序相同的方式形成作為溢出通道27的η型半導(dǎo)體區(qū)域27c。然后，如圖13A中所示，通過例如CVD在半導(dǎo)體基板30的表面上形成由SiN形成的絕緣膜44。在絕緣膜44中，在對應(yīng)于形成傳輸柵極電極20的部分形成有露出半導(dǎo)體基板30的開口部44a。接著，使用具有開口部44a的絕緣膜44作為掩模將半導(dǎo)體基板30蝕刻至需要的深度。于是，在形成半導(dǎo)體基板30的傳輸柵極電極20的區(qū)域中形成溝槽部29。
[0115]接著，如圖13B中所示，以與上述工序相同的方式使用具有開口部44a的絕緣膜44作為掩模，進(jìn)行P型雜質(zhì)的離子注入，從而在溝槽部29的側(cè)面和底面上形成作為用于界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33的P型雜質(zhì)區(qū)域。在此情況下，在溝槽部29的側(cè)面上，雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33是通過具有傾角的傾斜離子注入形成的。
[0116]此后的工序與第二實施方式中的工序相同，并且不再重復(fù)說明。
[0117]在本實施方式中，用相同的掩模(絕緣膜44)形成溝槽部29和用于界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域33，因此能夠減少工序數(shù)量。
[0118]4.第四實施方式:固體攝像裝置
[0119]接著，將說明第四實施方式的固體攝像裝置。圖14圖示了本實施方式的固體攝像裝置50的主要部分的橫截面結(jié)構(gòu)。本實施方式的固體攝像裝置50是在半導(dǎo)體基板30的深度方向上進(jìn)行R、G和B的分光的示例。在圖14中，用相同的附圖標(biāo)記表示對應(yīng)于圖3的部分，并且不再重復(fù)對它們的說明。
[0120]如圖14中所示，在本實施方式的固體攝像裝置50中，在被像素分隔區(qū)域22包圍的單個像素中從半導(dǎo)體基板30的表面?zhèn)刃纬捎腥龑庸怆姸O管PD(第一至第三光電二極管PD1、PD2和PD3)。
[0121]最靠近半導(dǎo)體基板30表面形成的第一光電二極管HH是由形成于半導(dǎo)體基板30的最外表面上的P型半導(dǎo)體區(qū)域70與形成于P型半導(dǎo)體區(qū)域70的下層的η型半導(dǎo)體區(qū)域71之間的ρη結(jié)jl形成的。在半導(dǎo)體基板30的上半部形成的第二光電二極管PD2是由形成于構(gòu)成第一光電二極管PDl的η型半導(dǎo)體區(qū)域71的下層的P型半導(dǎo)體區(qū)域72與形成于P型半導(dǎo)體區(qū)域72的下層的η型半導(dǎo)體區(qū)域73之間的ρη結(jié)j2形成的。在半導(dǎo)體基板30的背面?zhèn)?S卩，光照面?zhèn)蒁形成的第三光電二極管Η)3是由形成于構(gòu)成第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域73的下層的P型半導(dǎo)體區(qū)域74與形成于P型半導(dǎo)體區(qū)域74的下層的η型半導(dǎo)體區(qū)域75之間的ρη結(jié)j 3形成的。
[0122]在形成第一光電二極管PDl的區(qū)域的端部，以到達(dá)第一光電二極管PDl的η型半導(dǎo)體區(qū)域71的深度形成垂直第一傳輸柵極電極51。第一傳輸柵極電極51是由埋入電極5 Ia和表面電極51b形成的，埋入電極51a被形成得從半導(dǎo)體基板30的表面在深度方向上以柱形埋入，表面電極51b被形成得在埋入電極51a的上部凸出半導(dǎo)體基板30的表面。埋入電極51a被埋入在從半導(dǎo)體基板30的表面到達(dá)構(gòu)成第一光電二極管的η型半導(dǎo)體區(qū)域71的深度形成的溝槽部54中。埋入電極51a隔著柵極絕緣膜28形成在溝槽部54中，并且表面電極51b隔著柵極絕緣膜28形成在半導(dǎo)體基板30的表面上。
[0123]在包圍著溝槽部54的半導(dǎo)體基板30的區(qū)域中，形成由用于界面態(tài)調(diào)整的P型雜質(zhì)區(qū)域形成的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域62。在第一傳輸柵極電極51的與第一光電二極管roi接觸的側(cè)的相反側(cè)區(qū)域內(nèi)，形成由η型高濃度雜質(zhì)區(qū)域形成的第一浮動擴(kuò)散區(qū)域FD1。
[0124]從形成于第一傳輸柵極電極51的底部的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域62的下層到第一浮動擴(kuò)散區(qū)域FDl的下層形成有由η型半導(dǎo)體區(qū)域形成的溢出通道59。溢出通道59被形成為將構(gòu)成第一光電二極管PDl的η型半導(dǎo)體區(qū)域71與第一浮動擴(kuò)散區(qū)域Π)1電連接。在構(gòu)成溢出通道59的η型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的電位被設(shè)置為比構(gòu)成第一光電二極管HH的η型半導(dǎo)體區(qū)域71或第一浮動擴(kuò)散區(qū)域FDl的電位淺。
[0125]在形成第二光電二極管PD2的區(qū)域的端部，以到達(dá)第二光電二極管PD2的η型半導(dǎo)體區(qū)域73的深度形成垂直第二傳輸柵極電極52。第二傳輸柵極電極52是由埋入電極52a和表面電極52b形成的，埋入電極52a被形成得從半導(dǎo)體基板30的表面在深度方向上以柱形埋入，表面電極51b被形成得在埋入電極52a的上部凸出半導(dǎo)體基板30的表面。埋入電極52a被埋入在從半導(dǎo)體基板30的表面到達(dá)構(gòu)成第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域73的深度形成的溝槽部55中。埋入電極52a隔著柵極絕緣膜28形成在溝槽部55中，并且表面電極52b隔著柵極絕緣膜28形成在半導(dǎo)體基板30的表面上。
[0126]在包圍著溝槽部55的半導(dǎo)體基板30的區(qū)域中，形成由用于界面態(tài)調(diào)整的P型雜質(zhì)區(qū)域形成的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域57。在第二傳輸柵極電極52的與第二光電二極管TO2接觸的側(cè)的相反側(cè)區(qū)域內(nèi)，形成由η型高濃度雜質(zhì)區(qū)域形成的第二浮動擴(kuò)散區(qū)域FD2。
[0127]從形成于第二傳輸柵極電極52的底部的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域57的下層到第二浮動擴(kuò)散區(qū)域FD2的下層形成有由η型半導(dǎo)體區(qū)域形成的溢出通道60。溢出通道60被形成為將構(gòu)成第二光電二極管PD2的η型半導(dǎo)體區(qū)域73與第二浮動擴(kuò)散區(qū)域Π)2電連接。在構(gòu)成溢出通道60的η型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的電位被設(shè)置為比構(gòu)成第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域73或第二浮動擴(kuò)散區(qū)域FD2的電位淺。
[0128]在形成第三光電二極管PD3的區(qū)域的端部，以到達(dá)第三光電二極管PD3的η型半導(dǎo)體區(qū)域75的深度形成垂直第三傳輸柵極電極53。第三傳輸柵極電極53是由埋入電極53a和表面電極53b形成的，埋入電極53a被形成得從半導(dǎo)體基板30的表面在深度方向上以柱形埋入，表面電極53b被形成得在埋入電極53a的上部凸出半導(dǎo)體基板30的表面。埋入電極53a被埋入在從半導(dǎo)體基板30的表面到達(dá)構(gòu)成第三光電二極管TO3的η型半導(dǎo)體區(qū)域75的深度形成的溝槽部56中。埋入電極53a隔著柵極絕緣膜28形成在溝槽部56中，并且表面電極53b隔著柵極絕緣膜28形成在半導(dǎo)體基板30的表面上。
[0129]在包圍著溝槽部56的半導(dǎo)體基板30的區(qū)域中，形成由用于界面態(tài)調(diào)整的P型雜質(zhì)區(qū)域形成的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域58。在第三傳輸柵極電極53的與第三光電二極管TO3接觸側(cè)的相反側(cè)的區(qū)域內(nèi)，形成由η型高濃度雜質(zhì)區(qū)域形成的第三浮動擴(kuò)散區(qū)域FD3。
[0130]從形成于第三傳輸柵極電極53的底部的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域58的下層到第三浮動擴(kuò)散區(qū)域FD3的下層形成有由η型半導(dǎo)體區(qū)域形成的溢出通道61。溢出通道61被形成為將構(gòu)成第三光電二極管PD3的η型半導(dǎo)體區(qū)域75與第三浮動擴(kuò)散區(qū)域Π)3電連接。在構(gòu)成溢出通道61的η型半導(dǎo)體區(qū)域內(nèi)的電位被設(shè)置為比構(gòu)成第三光電二極管TO3的η型半導(dǎo)體區(qū)域75或第三浮動擴(kuò)散區(qū)域FD3的電位淺。
[0131]在本實施方式中，第一光電二極管roi與第二光電二極管TO2被構(gòu)成第二光電二極管TO2的P型半導(dǎo)體區(qū)域72電隔離。第二光電二極管TO2與第三光電二極管TO3被構(gòu)成第三光電二極管Η)3的P型半導(dǎo)體區(qū)域74電隔離。
[0132]在本實施方式的固體攝像裝置50中，短波長的藍(lán)色(B)光在形成于半導(dǎo)體基板30的光入射側(cè)的第三光電二極管TO3中被吸收并光電轉(zhuǎn)換。因此，在第三光電二極管TO3的η型半導(dǎo)體區(qū)域75中，累積基于藍(lán)色光的信號電荷。在第二光電二極管PD2中，中等波長的綠色(G)光被吸收并光電轉(zhuǎn)換。因此，在第二光電二極管TO2的η型半導(dǎo)體區(qū)域73中，累積基于綠色光的信號電荷。在第一光電二極管PDl中，長波長的紅色(R)光被吸收并光電轉(zhuǎn)換。因此，在第一光電二極管BH的η型半導(dǎo)體區(qū)域71中，累積基于紅色光的信號電荷。
[0133]在本實施方式中，在第一光電二極管PDl中累積的超過飽和電荷量的信號電荷通過形成于第一傳輸柵極電極51的底部的溢出通道59并被排出至第一浮動擴(kuò)散區(qū)域FD1。
[0134]在第二光電二極管PD2中累積的超過飽和電荷量的信號電荷通過形成于第二傳輸柵極電極52的底部的溢出通道60并被排出至第二浮動擴(kuò)散區(qū)域FD2。
[0135]在第三光電二極管PD3中累積的超過飽和電荷量的信號電荷通過形成于第三傳輸柵極電極53的底部的溢出通道61并被排出至第三浮動擴(kuò)散區(qū)域FD3。
[0136]當(dāng)?shù)谝粋鬏敄艠O電極51至第三傳輸柵極電極53導(dǎo)通時，累積在第一光電二極管PDl至第三光電二極管TO3中的信號電荷通過半導(dǎo)體基板30的表面附近，并且分別被傳輸至第一浮動擴(kuò)散區(qū)域FDl至第三浮動擴(kuò)散區(qū)域FD3。
[0137]在本實施方式的固體攝像裝置50中，在半導(dǎo)體基板30的深度方向上進(jìn)行分光，從而在單個像素中獲得R、G和B的信號電荷。另外，能夠獲得與第一實施方式的效果相同的效果O
[0138]在上述第一實施方式至第四實施方式的固體攝像裝置中，已經(jīng)通過實施例的方式說明了 CMOS固體攝像裝置，但是本發(fā)明可以適用于背面照射型CCD固體攝像裝置。在此情況下，電隔離光電轉(zhuǎn)換單元的絕緣分隔單元也是通過在從光入射表面的相反側(cè)表面形成的溝槽部中埋入絕緣膜形成的，因此能夠獲得與第一實施方式至第四實施方式的效果相同的效果O
[0139]在第一實施方式至第四實施方式的固體攝像裝置中，已經(jīng)說明了背面照射型固體攝像裝置，但是本發(fā)明可以適用于具有如下結(jié)構(gòu)的表面型固體攝像裝置:其中，在半導(dǎo)體基板的光照射面的相反側(cè)在基板方向上不溢出信號電荷。
[0140]在第一實施方式至第四實施方式的固體攝像裝置中，通常使用的是η溝道MOS晶體管，但也可使用P溝道晶體管。當(dāng)使用P溝道晶體管時，圖中的導(dǎo)電型是相反的。
[0141]本發(fā)明不限于檢測可見光的入射光量的分布從而拍攝圖像的固體攝像裝置的應(yīng)用，也可以應(yīng)用于根據(jù)紅外線、X射線或粒子等的入射量的分布拍攝圖像的固體攝像裝置。在更廣義上，本發(fā)明可以適用于諸如指紋檢測傳感器等檢測諸如壓力、電容等其它物理量的分布從而拍攝圖像的廣義固體攝像裝置(物理量分布檢測裝置)。
[0142]本發(fā)明不限于按行依次掃描像素區(qū)域中的各單個像素從而從各單個像素讀取像素信號的固體攝像裝置。本發(fā)明也可以適用于按像素選擇任意像素從而按像素從所選的像素讀取信號的X-Y地址固體攝像裝置。
[0143]固體攝像裝置可以形成為一個芯片，并且可以形成為具有圖像拍攝功能的模塊，在該模塊中封裝有像素區(qū)域和信號處理單元或光學(xué)系統(tǒng)。
[0144]本發(fā)明不限于固體攝像裝置的應(yīng)用，并且可以適用于攝像裝置。這里，攝像裝置是諸如數(shù)碼相機(jī)和攝像機(jī)等相機(jī)系統(tǒng)以及諸如手機(jī)等具有圖像拍攝功能的電子設(shè)備?？梢詫惭b在上述電子設(shè)備上的模塊(即，相機(jī)模塊)設(shè)置為上述圖像拍攝裝置。
[0145]5.第五實施方式:電子設(shè)備
[0146]接著，將說明本發(fā)明第五實施方式的電子設(shè)備。圖15圖示了本發(fā)明第五實施方式的電子設(shè)備91的示意性結(jié)構(gòu)。
[0147]本實施方式的電子設(shè)備91包括固體攝像裝置92、光學(xué)透鏡93、快門裝置94、驅(qū)動電路95和信號處理電路96。本實施方式的電子設(shè)備91代表當(dāng)在電子設(shè)備(相機(jī))中使用上述的本發(fā)明第一實施方式中的固體攝像裝置I作為固體攝像裝置92時的實施方式。
[0148]光學(xué)透鏡93在固體攝像裝置92的攝像面上形成來自于攝像對象的圖像光(入射光)的圖像。于是，信號電荷在固體攝像裝置92中累積預(yù)定的期間。快門裝置94控制固體攝像裝置92的光照射期間和遮光期間。驅(qū)動電路95提供用于控制固體攝像裝置92的傳輸操作以及快門裝置94的快門操作的驅(qū)動信號。通過從驅(qū)動電路95提供的驅(qū)動信號(時序信號)進(jìn)行固體攝像裝置92的信號傳輸。信號處理電路96進(jìn)行各種信號處理。經(jīng)過信號處理的圖像信號被存儲在諸如存儲器等存儲介質(zhì)中或被輸出至顯示器。
[0149]在本實施方式的電子設(shè)備91中，在固體攝像裝置92中抑制了光暈(blooming)并改善了飽和特性，因此提高了圖像質(zhì)量。
[0150]可以適用固體攝像裝置92的電子設(shè)備91不限于相機(jī)，而是可以應(yīng)用于例如數(shù)碼相機(jī)等圖像拍攝裝置以及用于諸如手機(jī)等移動裝置的相機(jī)模塊。
[0151]在本實施方式中，在電子設(shè)備中使用第一實施方式中的固體攝像裝置I作為固體攝像裝置92，但也可以使用在上述第二實施方式至第四實施方式中制造的固體攝像裝置。
[0152]本發(fā)明可以采用下面的結(jié)構(gòu)。
[0153](I) —種固體攝像裝置，所述固體攝像裝置包括:
[0154]基板；
[0155]光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元形成在所述基板上，所述光電轉(zhuǎn)換單元根據(jù)入射光的光量生成并累積信號電荷；
[0156]垂直傳輸柵極電極，所述傳輸柵極電極被形成得埋入在溝槽部中，所述溝槽部是根據(jù)所述光電轉(zhuǎn)換單元的深度從所述基板的一側(cè)表面在深度方向上形成的；以及
[0157]溢出通道，所述溢出通道形成在所述傳輸柵極電極的底部，所述溢出通道用于溢出累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的信號電荷。
[0158](2)根據(jù)(I)的固體攝像裝置，其中，鄰接于所述傳輸柵極電極的區(qū)域設(shè)置有浮動擴(kuò)散區(qū)域，來自所述光電轉(zhuǎn)換單元的信號電荷傳輸?shù)剿龈訑U(kuò)散區(qū)域中，并且
[0159]其中，所述溢出通道將所述光電轉(zhuǎn)換單元連接至所述浮動擴(kuò)散區(qū)域。
[0160](3)根據(jù)(2)的固體攝像裝置，其中，在形成有所述傳輸柵極電極的所述溝槽部周圍形成有用于界面態(tài)調(diào)整的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域或第二導(dǎo)電型雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域。
[0161](4)根據(jù)(3)的固體攝像裝置，其中，在單個像素中在所述基板的深度方向上形成有多層所述光電轉(zhuǎn)換單元，并且作為各所述光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積區(qū)域的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域與所述溢出通道相連接。
[0162](5)根據(jù)(3)的固體攝像裝置，其中，在單個像素中在所述基板的深度方向上形成有多層所述光電轉(zhuǎn)換單元，并且對應(yīng)于所述光電轉(zhuǎn)換單元形成有多個所述傳輸柵極電極。
[0163](6) —種固體攝像裝置的制造方法，所述方法包括以下步驟:
[0164]在基板上形成由光電二極管形成的光電轉(zhuǎn)換單元；
[0165]在與所述基板的形成有光電轉(zhuǎn)換單元的區(qū)域相鄰的區(qū)域中，在連接著作為所述光電轉(zhuǎn)換單元的電荷累積區(qū)域的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域的深度形成由第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域形成的溢出通道；
[0166]與所述光電轉(zhuǎn)換單元相鄰，在作為所述溢出通道的第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域的上部形成溝槽部；
[0167]通過在所述溝槽部中隔著柵極絕緣膜埋入電極材料形成垂直傳輸柵極電極;并且
[0168]在與所述傳輸柵極電極相鄰的區(qū)域中形成浮動擴(kuò)散區(qū)域，所述浮動擴(kuò)散區(qū)域是由第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的，并且所述浮動擴(kuò)散區(qū)域與作為所述溢出通道的第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域相連。
[0169](7)根據(jù)(6)的固體攝像裝置的制造方法，其中，在所述的在溝槽部中形成所述傳輸柵極電極之前的工序中，在所述溝槽部的側(cè)面和底面上形成由第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域或第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的用于界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域。
[0170](8) —種固體攝像裝置的制造方法，所述方法包括以下步驟:
[0171]在基板上形成由光電二極管形成的光電轉(zhuǎn)換單元；
[0172]在所述基板上形成具有開口部的掩模，所述開口部對與所述基板的形成有所述光電轉(zhuǎn)換單元的區(qū)域相鄰的期望區(qū)域開口，并且通過所述掩模進(jìn)行蝕刻，從而形成具有期望深度的溝槽部；
[0173]通過借助所述掩模的第二導(dǎo)電型雜質(zhì)的離子注入以自對準(zhǔn)的方式形成作為溢出通道的第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域；
[0174]通過在所述溝槽部中隔著柵極絕緣膜埋入電極材料形成垂直傳輸柵極電極;并且
[0175]在與所述傳輸柵極電極相鄰的區(qū)域中形成浮動擴(kuò)散區(qū)域，所述浮動擴(kuò)散區(qū)域是由第二導(dǎo)電型的半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的，且所述浮動擴(kuò)散區(qū)域與所述溢出通道相連。
[0176](9)根據(jù)(8)的固體攝像裝置的制造方法，其中，在所述的在溝槽部中形成所述傳輸柵極電極之前的工序中，在所述溝槽部的側(cè)面和底面上形成由第一導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域或第二導(dǎo)電型半導(dǎo)體區(qū)域構(gòu)成的用于界面態(tài)調(diào)整的雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域。
[0177](10)—種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括:
[0178]光學(xué)透鏡；
[0179]固體攝像裝置，在所述光學(xué)透鏡中聚集的光輸入至所述固體攝像裝置;以及
[0180]信號處理電路，所述信號處理電路處理所述固體攝像裝置的輸出信號，
[0181]其中，所述固體攝像裝置包括:基板;光電轉(zhuǎn)換單元，所述光電轉(zhuǎn)換單元形成在所述基板上，所述光電轉(zhuǎn)換單元根據(jù)入射光的光量生成并累積信號電荷;垂直傳輸柵極電極，所述傳輸柵極電極被形成得埋入在溝槽部中，所述溝槽部是根據(jù)所述光電轉(zhuǎn)換單元的深度從所述基板的一側(cè)表面在深度方向上形成的；以及溢出通道，所述溢出通道形成在所述傳輸柵極電極的底部，所述溢出通道溢出累積在所述光電轉(zhuǎn)換單元中的信號電荷。
[0182]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(jìn)行各種修改、組合、次組合以及改變。
【主權(quán)項】
1.一種固體攝像裝置，所述固體攝像裝置包括: 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部形成在基板上，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部包括光電二極管；溢出通道，所述溢出通道形成在半導(dǎo)體區(qū)域中，并且連接至所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷累積區(qū)域； 溝槽部，所述溝槽部形成在其中形成有所述溢出通道的所述半導(dǎo)體區(qū)域的上部中，并且鄰接于所述光電轉(zhuǎn)換部； 垂直傳輸柵極電極，其中所述垂直傳輸柵極電極包括位于所述溝槽部中的電極材料；以及 浮動擴(kuò)散單元，所述浮動擴(kuò)散單元形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域中， 其中，所述浮動擴(kuò)散單元連接至所述溢出通道，并且 其中，所述溢出通道形成在鄰接于所述垂直傳輸柵極電極的底部的區(qū)域中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，進(jìn)一步包括: 雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域，其中，所述雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成在所述溝槽部的內(nèi)周面中。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的固體攝像裝置，其中，所述雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域為P型半導(dǎo)體區(qū)域。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部包括多個光電二極管。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的固體攝像裝置，進(jìn)一步包括: 柵極絕緣膜，其中，所述柵極絕緣膜的至少一部分位于所述垂直傳輸柵極電極和所述基板之間。6.—種電子設(shè)備，所述電子設(shè)備包括: 光學(xué)透鏡； 攝像裝置，在所述光學(xué)透鏡中聚集的光輸入至所述攝像裝置，所述攝像裝置包括: 基板； 光電轉(zhuǎn)換部，所述光電轉(zhuǎn)換部形成在所述基板上，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部包括光電二極管； 溢出通道，所述溢出通道形成在所述基板的半導(dǎo)體區(qū)域中，其中，所述溢出通道連接至所述光電轉(zhuǎn)換部的電荷累積區(qū)域； 溝槽部，所述溝槽部形成在其中形成有所述溢出通道的所述半導(dǎo)體區(qū)域的一部分中，其中，所述溝槽部鄰接于所述光電轉(zhuǎn)換部； 垂直傳輸柵極電極，其中，所述垂直傳輸柵極電極包括形成在所述溝槽部中的電極材料；以及 浮動擴(kuò)散單元，所述浮動擴(kuò)散單元形成在所述半導(dǎo)體區(qū)域中， 其中，所述浮動擴(kuò)散單元連接至所述溢出通道，并且所述溢出通道形成在鄰接于所述垂直傳輸柵極電極的底部的區(qū)域中； 信號處理電路，所述信號處理電路處理所述攝像裝置的輸出信號。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子設(shè)備，進(jìn)一步包括: 雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域，其中，所述雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域形成在所述溝槽部的內(nèi)周面中。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子設(shè)備，其中，所述雜質(zhì)離子注入?yún)^(qū)域為P型半導(dǎo)體區(qū)域。9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子設(shè)備，其中，所述光電轉(zhuǎn)換部包括多個光電二極管。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子設(shè)備，進(jìn)一步包括: 柵極絕緣膜，其中，所述柵極絕緣膜的至少一部分位于所述垂直傳輸柵極電極和所述基板之間。
【文檔編號】H01L27/146GK105895650SQ201610305920
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2012年3月15日
【發(fā)明人】中村良助
【申請人】索尼公司