固體拍攝裝置的製造方法及固體拍攝裝置製造方法

2023-06-28 11:23:36

固體拍攝裝置的製造方法及固體拍攝裝置製造方法
【專利摘要】根據實施方式，固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於，包括：在半導體基板的光電轉換元件形成區域、浮置擴散區形成區域以及所述光電轉換元件形成區域和所述浮置擴散區形成區域之間的讀取電晶體形成區域內，分別形成光電轉換元件、包含於浮置擴散區內的擴散層以及讀取電晶體；在所述半導體基板的第一面側，在所述擴散層上形成含有第一雜質的半導體層。
【專利說明】固體拍攝裝置的製造方法及固體拍攝裝置
[0001]本申請基於2012年9月14日提交的日本在先申請N0.2012-202960並要求其優先權，該在先申請的全部內容通過引用併入此處。
【技術領域】
[0002]本發明涉及固體拍攝裝置的製造方法及固體拍攝裝置。
【背景技術】
[0003]CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器等固體拍攝裝置在數字靜像攝影機、攝像機或監視攝影機等多種用途中使用。用單個像素陣列獲得多個顏色信息的單板式圖像傳感器正成為主流。
[0004]近年來，從半導體基板的背面側取入來自被拍攝體的光的背面照射型圖像傳感器的開發正在進行中。

【發明內容】

[0005]本發明要解決的問題是提供可提高由圖像傳感器形成的圖像的畫質的固體拍攝裝置的製造方法及固體拍攝裝置。
[0006]實施方式的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於，包括:在半導體基板的光電轉換元件形成區域、浮置擴散區形成區域以及所述光電轉換元件形成區域和所述浮置擴散區形成區域之間的讀取電晶體形成區域內，分別形成光電轉換元件、包含於浮置擴散區內的擴散層以及讀取電晶體；在所述半導體基板的第一面側，在所述擴散層上形成含有第一雜質的半導體層。
[0007]另一實施方式的固體拍攝裝置，其特徵在於，包括:光電轉換元件，其設置於半導體基板內，且將入射的光轉換為電荷；浮置擴散區，其設置於所述半導體基板內，且傳輸所述電荷；和讀取電晶體，其在所述半導體基板內設置於所述浮置擴散區和所述光電轉換元件之間，且控制所述電荷的傳輸，其中，所述浮置擴散區包括設置於所述半導體基板內的擴散層和設置於所述擴散層上且含有第一雜質的第一半導體層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是表示實施方式的固體拍攝裝置的晶片布局的一例的圖。
[0009]圖2是表示實施方式的固體拍攝裝置的剖面結構的一例的圖。
[0010]圖3是實施方式的固體拍攝裝置的像素陣列及其附近的電路的等價電路圖。
[0011]圖4是表示實施方式的固體拍攝裝置的像素陣列內的布局的一例的俯視圖。
[0012]圖5是表示實施方式的固體拍攝裝置所含的隔室(cell)的結構的剖視圖。
[0013]圖6是表示實施方式的固體拍攝裝置的製造方法的一個工序的剖面工序圖。
[0014]圖7是表示實施方式的固體拍攝裝置的製造方法的一個工序的剖面工序圖。
[0015]圖8是表示實施方式的固體拍攝裝置的製造方法的一個工序的剖面工序圖。[0016]圖9是表示實施方式的固體拍攝裝置的製造方法的一個工序的剖面工序圖。
[0017]圖10是表示實施方式的固體拍攝裝置的變形例的圖。
[0018]圖11是表示實施方式的固體拍攝裝置的變形例的圖。
[0019]圖12是表示實施方式的固體拍攝裝置的變形例的圖。
[0020]圖13是表示實施方式的固體拍攝裝置的變形例的圖。
[0021]圖14是表示實施方式的固體拍攝裝置的適用例的圖。
【具體實施方式】
[0022]實施方式
[0023]下面參照附圖來詳細說明本實施方式。在以下的說明中，對於具有相同功能及構成的要素，標註相同標記，並根據需要省略說明。
[0024]總體而言，根據一個實施方式，固體拍攝裝置的製造方法的特徵在於:在半導體基板的光電轉換元件形成區域、浮置擴散區形成區域以及所述光電轉換元件形成區域和所述浮置擴散區形成區域之間的讀取電晶體形成區域內，分別形成光電轉換元件、包含於浮置擴散區內的擴散層以及讀取電晶體；在所述半導體基板的第一面側，在所述擴散層上形成包括第一雜質的半導體層。
[0025](I)第一實施方式
[0026]參照圖1至圖9來說明第一實施方式涉及的固體拍攝裝置及固體拍攝裝置的製造方法。
[0027](a)結構
[0028]使用圖1至圖5來說明第一實施方式涉及的固體拍攝裝置的結構。
[0029]圖1是表示本實施方式的固體拍攝裝置(以下稱為圖像傳感器)的晶片的布局例的示意圖。圖2是示意地表示本實施方式的圖像傳感器的結構的一例的剖視圖。
[0030]如圖1及圖2所示，在本實施方式的圖像傳感器100中，像素陣列120及形成用於控制該像素陣列的模擬電路或邏輯電路的周圍電路區域125設置於一個半導體基板(晶片)150 內。
[0031]作為半導體基板150,使用Si的單結晶基板(大塊基板(bulk substrate))或SOI基板的外延層。
[0032]像素陣列120包括多個單位隔室UC。單位隔室(單位隔室區域)UC在像素陣列120內矩陣狀排列。
[0033]各單位隔室UC包括用於將來自被拍攝體的光(來自外部的光)向電信號轉換的光電轉換元件。一個單位隔室UC至少包括一個光電轉換元件。使用光電轉換元件形成像素。將在單位隔室區域內形成像素的區域稱為像素區域。各像素區域包括一個光電轉換元件。
[0034]互相相鄰的單位隔室UC、互相相鄰的像素區域及互相相鄰的光電轉換元件由元件分離區域9分離。各單位隔室UC及各光電轉換元件的形成區域由元件分離區域9包圍。
[0035]光電轉換元件I使用例如光電二極體形成。如圖2所示，光電二極體I使用半導體基板150內的至少一個摻雜層而形成。光電二極體I將來自被拍攝體的光光電轉換為與其光量相應的電信號(電荷、電壓)。光電二極體I可積蓄在摻雜層內產生的電荷。
[0036]單位隔室UC包括作為信號檢測部的浮置擴散區(floating diffusion)。[0037]在半導體基板150內，設有作為浮置擴散區(浮遊擴散層)6的擴散層(摻雜半導體層)60。作為浮置擴散區6的擴散層60臨時保持經由後述的電場效應電晶體2而從光電二極體I輸出的電荷。
[0038]在擴散層60上，設有半導體層61。將半導體層61與擴散層60 —同用作浮置擴散區6。在下面，將形成浮置擴散區6且設置於半導體基板150上的半導體層61稱為高位浮置擴散區(elevated floating diffusion)。
[0039]在光電二極體I和浮置擴散區6之間，讀取電晶體2設於半導體基板150上。讀取電晶體2的柵電極20隔著柵電極絕緣膜21設置於半導體基板150內的信道區域上。
[0040]使用單位隔室UC (像素)來構成圖像傳感器100。根據圖像傳感器100的電路構成，除了至少一個光電二極體1、浮置擴散區6及讀取電晶體2之外，單位隔室UC還可包括其他構成要素。例如，單位隔室UC包括放大器電晶體(7 卜^ ^夕)和/或復位電晶體來作為構成要素。
[0041]如圖1及圖2所示，周圍電路區域125隔著元件分離區域9與像素陣列120相鄰地設置於半導體基板150內。
[0042]在周圍電路區域125內，設有後述的垂直移位寄存器和AD轉換電路那樣的電路。
[0043]周圍電路區域125通過元件分離區域9而與像素陣列120電分離。在用於劃分周圍電路區域125的元件分離區域9內，例如，埋入有STI結構的元件分離絕緣膜91。
[0044]周圍電路區域125內的電路使用電場效應電晶體7、電阻元件、電容元件等多個元件來形成。在圖2中，為了簡化圖示，僅表示了電場效應電晶體。雖然在圖2中，僅圖示了一個電場效應電晶體，但是，在半導體基板150上，設有用於形成周圍電路的多個元件。
[0045]例如，在周圍電路區域125內，電場效應電晶體7設置於半導體基板150內的阱(well)區域159內。在阱區域159內，設有兩個擴散層(摻雜層)73。這兩個擴散層73作為電晶體7的源電極/漏電極發揮功能。在兩個擴散層73間的阱區域(信道區域)表面，隔著柵電極絕緣膜71設有柵電極70。這樣，在阱區域159內形成電場效應電晶體7。
[0046]在半導體基板150上層疊多個層間絕緣膜92，以覆蓋電晶體2、7的柵電極20、70及光電二極體I的上表面。層間絕緣膜92使用例如氧化矽。
[0047]本實施方式的圖像傳感器100使用多層布線技術。即、在層疊的層間絕緣膜92內，根據各布線層級(以基板表面為基準的高度)而設有多個布線80。各布線80通過在層間絕緣膜92內的每個埋入的插銷81、CP1、CP2而與位於不同的布線層級(level)的其他布線電連接。此外，由與布線80相同的材料構成的虛設層(夕' $—層)和/或遮光膜也可設於層間絕緣膜92內。
[0048]電晶體2、7的柵電極20、70和源電極/漏電極擴散層73、形成於半導體基板150上的元件的端子經接觸插銷CP1、CP2與層間絕緣膜92內的布線80連接。下層的布線80和上層的布線80經埋入層間絕緣膜92內的穿過插銷81而將設置於半導體基板150上的多個元件連接。這樣，通過多層布線技術而形成圖像傳感器100內的多個電路。
[0049]在本實施方式中，將形成有元件的面，更具體地，將設有電晶體2、7的柵電極20、70的半導體基板150的面稱為半導體基板150的表面(第一面)。在半導體基板150的表面上，設有通過多層布線技術形成的層間絕緣膜92及布線80。在下面，在相對於半導體基板150的表面垂直方向上,將與半導體基板150的表面相對的面(表面相反側的面)稱為背面(第二面)。在本實施方式中，在不區別半導體基板150的表面和背面的情況下，將半導體基板150的表面/背面稱為半導體基板150的主面。
[0050]例如,通過TSV (基板穿孔(Through Substrate Via))技術,而在半導體基板150內形成柱(在下面，稱為貫穿柱或貫穿電極)88A，以從半導體基板150的表面側向背面側貫穿半導體基板150。在形成於半導體基板150內的通孔(開口部)的內側面上，設置絕緣層98A。
[0051]貫穿柱88A經由接觸插銷CP2與層間絕緣膜92內的布線80連接。貫穿柱88A與設置於半導體基板150的背面側的襯墊(電極)89連接。襯墊89設置於半導體基板150的背面上的絕緣層(平坦化層或保護膜)97上。
[0052]例如，在本實施方式中，如圖2所示，在半導體基板150的背面側，隔著保護層(未圖示)和粘接層(未圖示)而設有濾色器117。
[0053]濾色器117在半導體基板150的背面側設於與像素陣列120對應的位置處。例如，本實施方式的圖像傳感器100是單板式的圖像傳感器100。單板式的圖像傳感器所使用的濾色器117具有與來自被拍攝體的光所含的多個顏色(顏色信息)分別對應的多個色素膜。
[0054]濾色器117包括例如與基於拜耳(~^ jO排列的紅、藍及綠對應的色素膜，並設置成一個色素膜與一個光電二極體(像素)I對應。此外，濾色器117除了紅、藍及綠之外還可包括白和/或黃的色素膜。
[0055]在半導體基板150的背面側，微透鏡陣列118設置於濾色器117上。微透鏡陣列118包括與各光電二極體I對應的多個微透鏡。
[0056]在本實施方式的圖像傳感器100中，濾色器117及微透鏡陣列118設置於與設置電晶體2、7的柵電極20、70及層間絕緣膜92的面(表面)相反側的半導體基板150的面(背面)側。
[0057]來自被拍攝體的光經由濾色器117從半導體基板150的背面側照射到像素陣列120，並被取入光電二極體I。
[0058]支撐基板119設置於層間絕緣膜92上。支撐基板119例如經保護層(未圖示)及粘接層(未圖示)而層疊於層間絕緣膜92上。支撐基板119使用例如矽基板或絕緣性基板。形成有元件的半導體基板150由支撐基板119和濾色器117夾持。
[0059]在本實施方式中，來自被拍攝體的光的受光面是安裝有濾色器117及微透鏡陣列118的半導體基板150的背面。
[0060]將如本實施方式的圖像傳感器100那樣來自半導體基板150的背面側的光照射到光電二極體I的結構的圖像傳感器稱為背面照射型圖像傳感器。
[0061]使用圖3來說明本實施方式的圖像傳感器100所含的像素陣列120的電路構成的一例。
[0062]圖3是表示像素陣列120及其附近電路的電路構成例的圖。
[0063]如圖3所示，多個單位隔室UC配置於像素陣列120內。各單位隔室UC設置於讀取控制線RD1、RD2和垂直信號線VSL的相交位置處。
[0064]如圖3所示的單位隔室UC具有一個單位隔室UC包含兩個像素的二像素一隔室結構。在二像素一隔室結構的單位隔室UC中，一個浮置擴散區6對於兩個光電二極體1A、1B共用化。[0065]單位隔室UC由例如五個電晶體2A、2B、3、4、5形成。各電晶體2A、2B、3、4、5是例如η信道型MOS電晶體。單位隔室UC所含的電晶體是例如讀取電晶體2Α、2Β、放大器電晶體5、地址電晶體(T F ^卜^ ^夕)4及復位電晶體3。在二像素一隔室結構的單位隔室UC中，兩個讀取電晶體2A、2B設置成分別與各光電二極體1A、1B相對應。
[0066]光電二極體1A、1B的正極與固定電壓線連接，例如，接地(與接地端子連接)。光電二極體1A、1B的負極經讀取電晶體2A、2B的電流路徑而分別與浮置擴散區6連接。如上所述，光電二極體1A、IB將通過微透鏡及濾色器的光轉換為電信號(信號電荷)，並積蓄該電荷。在下面，在不區分光電二極體1A、1B的情況下，標記為光電二極體I。
[0067]各讀取電晶體2A、2B控制各光電二極體1A、1B的信號電荷的積蓄及傳輸。讀取電晶體2A、2B的柵電極分別與讀取控制線RD1、RD2連接。讀取電晶體2A、2B的電流路徑的一端分別與光電二極體1A、1B的負極連接。讀取電晶體2A、2B的電流路徑的另一端與浮置擴散區6連接。在下面，在不區分讀取電晶體2A、2B的情況下，表示為讀取電晶體2。
[0068]在二像素一隔室結構的單位隔室UC中，復位電晶體3、地址電晶體4及放大器電晶體5由兩個光電二極體1A、1B共有。
[0069]復位電晶體3將浮置擴散區6的電位(放大器電晶體5的柵電極電位)復位。復位電晶體3的柵電極與復位控制線RST連接。復位電晶體3的電流路徑的一端與浮置擴散區6連接，復位電晶體3的電流路徑的另一端與電源端子(例如，接地端子)連接。
[0070]地址電晶體4作為用於選擇單位隔室UC (進行活性化)的選擇元件發揮功能。地址電晶體4的柵電極與地址控制線ADR連接。地址電晶體4的電流路徑的一端與地址電晶體5的電流路徑的另一端連接，地址電晶體4的電流路徑的另一端與電源端子連接(例如，接地端子)。
[0071]放大器電晶體5使浮`置擴散區6所保持的來自光電二極體I的信號增益。放大器電晶體5的柵電極與浮置擴散區6連接。放大器電晶體5的電流路徑的一端與垂直信號線VSL連接，放大器電晶體5的電流路徑的另一端與地址電晶體4的電流路徑的一端連接。由放大器電晶體5增益的信號作為單位隔室(或像素)的信號輸出到垂直信號線VSL。放大器電晶體5在單位隔室UC中作為源極跟隨器(y — ^ 7才口 7 )發揮功能。
[0072]垂直移位寄存器133與兩個讀取控制線RDl、RD2、地址控制線ADR及復位控制線RST連接。垂直移位寄存器133控制讀取控制線RD1、RD2、地址控制線ADR及復位控制線RST的電位(信號等級)，並以低單位控制及選擇像素陣列120內的多個單位隔室UC (及像素)。垂直移位寄存器133將用於控制各電晶體2A、2B、3、4的接通及斷開的控制信號(電壓脈衝)向各控制線RDl、RD2、ADR、RST輸出。
[0073]AD轉換電路131與垂直信號線VSL連接。AD轉換電路131包括將來自單位隔室UC的模擬信號轉換為數位訊號或將來自單位隔室UC的信號進行CDS (Correlated DoubleSampling:相關雙採樣)處理的處理單元HJ。
[0074]負荷電晶體134用作對於垂直信號線VSL的電流源。負荷電晶體134的電流路徑的一端經垂直信號線VSL與放大器電晶體5的電流路徑的一端連接。負荷電晶體134的電流路徑的另一端與電源端子(例如，接地端子)連接。負荷電晶體134的柵電極與負荷電晶體134的電流路徑的另一端連接。
[0075]此外，各單位隔室UC也可不包括地址電晶體4。該情況下，在單位隔室UC中，放大器電晶體5的電流路徑的另一端與復位電晶體3的電流路徑的另一端或電源端子連接。在單位隔室UC不包括地址電晶體4的情況下，也可不設置地址信號線ADR。
[0076]單位隔室UC可以是包含一個像素的一像素一隔室結構，也可以是如四像素一隔室結構或八像素一隔室結構那樣一個單位隔室包括三個以上像素(光電二極體)的電路構成(多像素一隔室結構)。在包括多個像素的單位隔室內，三個以上光電二極體共有一個浮置擴散區及復位電晶體、放大器電晶體及地址電晶體。在包括多個像素的單位隔室中，在每個光電二極體設置一個讀取電晶體。
[0077]使用圖4及圖5來說明本實施方式的圖像傳感器100的像素陣列及單位隔室的結構。
[0078]圖4表示本實施方式的圖像傳感器100的像素陣列的俯視布局的一例。
[0079]圖4表示像素陣列120內的二像素一隔室結構的單位隔室UC的布局。
[0080]如圖4所示，在單位隔室UC的形成區域UA內，設有形成兩個光電二極體1A、1B的區域、形成用於控制光電二極體的工作的電晶體2、3、4、5及浮置擴散區6的區域。
[0081]將形成單位隔室UC的區域UA稱為單位隔室形成區域UA。將形成光電二極體的區域PAA、PAB稱為光電二極體形成區域PAA、PAB。在不區分光電二極體形成區域PAA、PAB的情況下，記為光電二極體形成區域PA。
[0082]將形成讀取電晶體的區域稱為讀取電晶體形成區域。將形成浮置擴散區6的區域稱為浮置擴散區形成區域。
[0083]將形成放大器電晶體5、復位電晶體3及地址電晶體4的區域AA稱為電晶體形成區域(或有效(active)區域)AA。
[0084]單位隔室形成區域UA在像素陣列120內的各單位隔室UC由元件分離區域90、95劃分。單位隔室形成區域UA由元件分離區域90、95包圍。
[0085]在單位隔室形成區域UA中，光電二極體形成區域PA、讀取電晶體形成區域、浮置擴散區形成區域及電晶體形成區域AA是設置於半導體基板(晶片)150內的半導體區域。在一個單位隔室形成區域UA中，至少光電二極體形成區域、讀取電晶體形成區域及浮置擴散區形成區域是在半導體基板150內連續的半導體區域。
[0086]在一個單位隔室形成區域UA內，兩個光電二極體形成區域PAA、PAB的互相相鄰的一角分別經讀取電晶體形成區域及浮置擴散區形成區域而與長方形形狀的電晶體形成區域AA的長度方向(延伸方向)的一端連接。
[0087]一個單位隔室形成區域UA內的兩個光電二極體形成區域PAA、PAB夾持元件分離區域(元件分離層)90而在y方向上相鄰。例如，在一個單位隔室形成區域UA內的光電二極體形成區域PAA、PAB由作為元件分離層90的摻雜半導體層劃分。
[0088]但是，也可由絕緣體構成的元件分離層90來劃分單位隔室形成區域UA內的兩個光電二極體形成區域PAA、PAB。即、互不相同的單位隔室形成區域UA的光電二極體形成區域PA通過作為元件分離層的絕緣體而電分離。
[0089]光電二極體形成區域PA包括用於形成光電二極體I的摻雜半導體層(擴散層、摻雜半導體區域)10A、10B。例如，光電二極體形成區域PA內的光電二極體I的摻雜半導體層10AU0B用作讀取電晶體2的電流路徑的一端(源電極/漏電極區域)。
[0090]在讀取電晶體形成區域內，讀取電晶體2的柵電極20向相對於電晶體形成區域AA的延伸方向傾斜的方向傾斜。在二像素一隔室結構中，通過與兩個光電二極體1A、1B分別對應的讀取電晶體2A、2B的接通/斷開，而使設置於連續的半導體區域內的光電二極體1A、IB和浮置擴散區6電連接或電分離。
[0091]浮置擴散區6在單位隔室形成區域UA內布局，以由兩個讀取電晶體2A、2B的柵電極20和復位電晶體3的柵電極30包圍。浮置擴散區6用作讀取電晶體2的電流路徑的另一端(源電極/漏電極區域)。
[0092]電晶體形成區域由作為元件分離層95的絕緣體劃分。在電晶體形成區域內，復位電晶體3、放大器電晶體5及地址電晶體4在電晶體形成區域AA的延伸方向上排列配置。
[0093]復位電晶體3的柵電極30隔著柵絕緣膜設置於電晶體形成區域AA上。復位電晶體3的信道長度方向與電晶體形成區域AA的延伸方向(長度方向)一致。
[0094]浮置擴散區6實質上成為復位電晶體3的電流路徑的一端(源電極/漏電極區域)。復位電晶體3的電流路徑的另一端是設置於電晶體形成區域內的擴散層(摻雜半導體層)。
[0095]地址電晶體4在電晶體形成區域AA的長度方向上配置於與設有浮置擴散區6側(一端)相反側的端部。
[0096]地址電晶體4的柵電極40隔著柵絕緣膜設置於有效區域AA上。作為地址電晶體4的電流路徑的另一端的源電極/漏電極區域設置於有效區域AA的延伸方向的端部(與設有浮置擴散區6側相反側)。作為地址電晶體4的電流路徑的另一端的源電極/漏電極區域不與其他電晶體共有。在地址電晶體4的不與其他電晶體共有的源電極/漏電極區域上，例如，設有接觸插銷(未圖示)。
[0097]放大器電晶體5在電晶體形成區域AA內布置於復位電晶體3和地址電晶體4之間。
[0098]在復位電晶體3的柵電極30和地址電晶體4的柵電極40之間，放大器電晶體5的柵電極50隔著柵絕緣膜設置於有效區域AA上。
[0099]作為放大器電晶體5的電流路徑的一端的源電極/漏電極區域與作為復位電晶體3的電流路徑的另一端的源電極/漏電極區域共有。作為放大器電晶體5的電流路徑的另一端的源電極/漏電極區域與作為地址電晶體4的電流路徑的一端的源電極/漏電極區域共有。
[0100]放大器電晶體5的柵電極50經布線及插銷與浮置擴散區6連接。
[0101]這樣，相鄰的電晶體3、4、5共有源電極/漏電極區域(電流路徑的一端及另一端)。這樣，單位隔室形成區域UC的佔有面積縮小，實現單位隔室UC的微小化。
[0102]圖5表示圖4的V-V線的剖面結構。在圖5中，作為單位隔室UC的構成要素，圖示了光電二極體1、讀取電晶體2、浮置擴散區6及復位電晶體3。此外，在圖5中，半導體基板150的表面側的布線及支撐基板和半導體基板150的背面側的濾色器及微透鏡陣列的圖示省略。
[0103]如圖5所示，光電二極體1、讀取電晶體2、浮置擴散區6及復位電晶體3設置於連續的半導體區域內。
[0104]在光電二極體I形成於P型半導體基板(半導體層)150內的情況下，光電二極體I包括至少一個N型摻雜半導體層10。
[0105]在圖5中，為了圖示的簡化，僅圖示了一個N型摻雜半導體層10來作為光電二極體I的構成要素，但是，為了提高光電二極體I的特性(例如，靈敏度及光電轉換率)，在半導體基板150的深度方向上，摻雜濃度不同的多個N型和P型摻雜層可設置於光電二極體形成區域內。
[0106]讀取電晶體2的柵電極20隔著柵電極絕緣膜21設置於半導體基板150上。在柵電極20的側面上，設有側壁絕緣膜29。
[0107]在半導體基板150內，兩個N型摻雜層10、60間的半導體區域成為讀取電晶體2的信道區域。
[0108]電晶體形成區域內的復位電晶體3的柵電極30隔著柵絕緣膜31設置於半導體基板150上。在柵電極30的側面上，設有側壁絕緣膜29。在半導體基板150內，兩個N型擴散層60、35間的半導體區域成為復位電晶體3的信道區域。
[0109]此外，電晶體形成區域內的放大器電晶體5及地址電晶體4也具有與復位電晶體3實質相同的剖面結構。
[0110]浮置擴散區6設置於半導體基板150內，以隔著讀取電晶體2而與光電二極體I相對。光電二極體I和浮置擴散區6在讀取電晶體2的信道長度方向上排列。
[0111]在半導體基板150的表面側,表面屏蔽層18設置於光電二極體I的N型摻雜層10內。表面屏蔽層18是例如P型摻雜層。表面屏蔽層18形成於N型摻雜半導體層10的表層內，以從讀取電晶體2的信道區域遠離。表面屏蔽層18的上表面與層間絕緣膜92接觸。
[0112]在半導體基板150的背面側，背面屏蔽層19設置於半導體基板150內。背面屏蔽層19是例如P型摻雜層。
[0113]通過表面/背面屏蔽層18、19，可抑制在光電二極體I產生的暗電流。
[0114]在本實施方式中，浮置擴散區6由擴散層60和半導體層61形成。在浮置擴散區形成區域內，擴散層60設置於半導體基板150內，半導體層61在半導體基板的表面側設置於擴散層60上。
[0115]在半導體基板的表面側，作為高位浮置擴散區的半導體層61與擴散層60接觸。在半導體層61上，設置接觸插銷CPx。布線SOx經接觸插銷CPx與形成浮置擴散區6的擴散層60及半導體層61連接。
[0116]作為浮置擴散區的擴散層60是含有磷(P)或砷(As)中至少一個的N型半導體區域，例如，具有I X IO18CnT3左右的摻雜濃度。此外，擴散層60也可具有從I X IO19CnT3到I X IO20Cm-3左右的摻雜濃度。
[0117]作為高位浮置擴散區的半導體層61含有雜質。半導體層61含有磷、鍺(Ge)及碳(C)中一種以上來作為雜質。例如，由添加有磷的矽層、矽鍺(SiGe)層、碳化矽(SiC)層、含有鍺和碳的矽層等形成。SiGe層、SiC層或SiGeC層也可含有磷。此外，半導體層也可含有硼(B)或As。半導體層61也可以是不含雜質的矽層(例如，多晶矽)。
[0118]這樣，半導體層61優選由η型/p型矽層或以矽為主成分的混晶形成。
[0119]作為高位浮置擴散區的半導體層61是高濃度的摻雜半導體層。半導體層61具有例如從I X IO18CnT3到I X IO20Cm-3以上的摻雜濃度(例如，磷的濃度)。
[0120]例如，半導體層61內的摻雜濃度在相對於半導體基板的主面垂直的方向上變化。半導體層61的底面側(與半導體基板接觸側)的摻雜濃度比半導體層61的上表面側(層間絕緣膜側)的摻雜濃度低。例如，半導體層61和擴散層60的邊界附近的半導體層61的底部的摻雜濃度是I X IO18CnT3左右。
[0121]例如，在使用SiGe層(或SiC層、SiGC層)作為半導體層61的情況下，半導體層61的底面側的鍺(或碳、鍺和碳的總計)的濃度為5at% (原子％)左右，半導體層61的上表面側的鍺的濃度為20at%左右。
[0122]半導體層61是例如外延層。在半導體層61通過外延生長而形成於半導體基板150上的情況下，半導體層61具有與半導體層61所使用的材料的結晶結構和形成半導體層61的半導體基板150的表面的結晶結構相應的平面形狀。
[0123]在半導體層61是以在表面具有Si的(100)面的半導體基板150上形成的矽為主成分的外延層的情況下，半導體層61具有例如梯形形狀的剖面形狀。以矽為主成分的半導體層61的側面對應於Si (或SiGe)的(111)面及其等價面，以矽為主成分的半導體層61的上表面對應於Si (或SiGe)的(100)面及其等價面。以矽為主成分的半導體層61的側面相對於半導體基板的表面以55°左右的角度傾斜。
[0124]此外，半導體層61也可以是通過CVD法形成的多晶矽層。
[0125]作為高位浮置擴散區的半導體層61包括用於捕獲半導體基板150內的金屬雜質(例如，Fe)的捕獲部(欠' 〃夕U >夕''寸4卜)。半導體層61內的捕獲部通過因添加的摻雜劑和/或添加雜質而產生的晶格歪斜所導致的結晶缺陷而形成。
[0126]浮置擴散區形成區域內的半導體層61作為高位浮置擴散區發揮功能，並作為捕獲部發揮功能。作為捕獲層的半導體層61除了添加的雜質之外還包括Fe等金屬雜質(金屬離子、金屬元素)。
[0127]在下面，為了明確說明，有時也將半導體層61稱為捕獲層。
[0128]例如，如圖4的斜線所示那樣在電晶體形成區域內的各電晶體3、4、5的源電極/漏電極區域上設置與高位浮置擴散區61相同材料的半導體層65。
[0129]如圖5所示，在電晶體形成區域AA內，半導體層65設置於電晶體3、4、5的源電極/漏電極擴散層35上,並與源電極/漏電極擴散層35接觸。半導體層65與擴散層35 —同作為電晶體的源電極/漏電極發揮功能。在半導體層65上，設置接觸插銷CPz，將布線SOz和電晶體3的源電極/漏電極連接。
[0130]電晶體形成區域AA內的半導體層65與浮置擴散區形成區域內的半導體層61同樣地，作為捕獲層發揮功能。在下面，電晶體3、4、5的源電極/漏電極擴散層35上的半導體層65有時也稱為捕獲層。
[0131]捕獲層61、65設置於半導體基板150的表面上以與柵電極20、30相鄰。在捕獲層61、65和柵電極20、30之間，設有側壁絕緣膜29。通過在柵電極20、30的側面上設置側壁絕緣膜29，而可防止捕獲層61、65和柵電極20、30直接接觸。
[0132]例如，捕獲層61、65的膜厚比電晶體2、3的柵電極20、30的膜厚小。
[0133]此外，捕獲層61、65和光電二極體形成區域的間隔可通過讀取電晶體2的柵電極20的尺寸及側壁絕緣膜29的厚度來調整。
[0134]在圖2的周圍電路區域125內的電晶體7的源電極/漏電極擴散層73上，設置有與半導體層61、65相同的材料構成的層，可將該層用作周圍電路區域125內的捕獲層。
[0135]在浮置擴散區形成區域及電晶體形成區域內的半導體層(捕獲層)61、65和擴散層60,35的邊界附近，有時在擴散層60、35內設置金屬離子偏析的區域(在下面稱為金屬雜質區域)69。例如，浮置擴散區形成區域內及電晶體形成區域內的擴散層60、35的金屬雜質的濃度比電晶體2、3的信道區域內及光電二極體I的摻雜層10內的金屬雜質的濃度高。
[0136]此外，作為浮置擴散區的擴散層60也可包括半導體層61所產生的雜質(例如，Ge或C)。
[0137]光電二極體I的摻雜半導體層10內的金屬雜質所引起的缺陷與電荷實質相同地發揮作用，金屬汙染所產生的再結合電流所導致的缺陷作為白瑕疵(白點)出現在使用圖像傳感器形成的圖像內。
[0138]例如，在一般的圖像傳感器的製造工序中，利用BMD (微缺陷(Bulk MicroDefect))和/或PBS (多晶娃背封(Polysilicon back seal))等來捕獲半導體基板內的金屬雜質。
[0139]BMD形成於光電二極體形成區域正下的區域(與光電二極體形成區域接觸的區域)內，因此金屬雜質有可能在光電二極體的摻雜半導體層內及其附近的區域殘留。因此，BMD有可能成為產生圖像傳感器的白瑕疵的風險。
[0140]PBS為了使金屬雜質到達半導體基板的背面而使用於捕獲的基板的加熱溫度上升到較高的溫度(600°C以上)，在較長的期間內向基板施加該高溫度。通過該PBS所進行的用於捕獲的加熱處理，而對半導體基板、半導體基板內的摻雜區域及層間絕緣膜內的布線產生熱負荷，並可產生圖像傳感器的特性的劣化。
[0141]此外，在使用由擴散層構成的浮置擴散區來作為捕獲層的情況下，在為了捕獲而將擴散層的雜質濃度(例如，IO2ciCnT3以上)提高時，擴散層和半導體基板的接合深度變深，有可能產生洩漏電流。
[0142]在本實施方式的圖像傳感器中，作為高位浮置擴散區的半導體層61用作捕獲層。
[0143]在後述的製造方法中，在含有高濃度雜質的半導體層61接觸擴散層60地形成於半導體基板150的表面側後，對半導體基板150施行用於捕獲的加熱處理。
[0144]通過加熱處理,半導體基板150內的Fe那樣的金屬雜質從半導體基板150內向作為捕獲層的半導體層61內擴散(移動)。光電二極體I的摻雜層10內的金屬雜質例如鐵(Fe)離子在捕獲層61內被捕獲，光電二極體I的摻雜層10內的金屬雜質的濃度降低。
[0145]如本實施方式那樣，作為高位浮置擴散區及捕獲層的半導體層61設置於離光電二極體形成區域較勁的區域內，從而能以較低溫度範圍(例如，300°C?600°C)的加熱處理那樣的、對基板不廣生過大熱負荷的加熱處理來實行聞效率的捕獲。
[0146]此外，設置作為捕獲層的半導體層61的浮置擴散區形成區域不與光電二極體形成區域直接相鄰。因此，對於從光電二極體形成區域遠離的捕獲層，和捕獲層61與半導體基板150接觸地設置於在相對於半導體基板的表面平行的方向上與光電二極體形成區域直接相鄰的區域和在相對於半導體基板的表面垂直的方向上與光電二極體形成區域上下重疊的區域的情況相比，在捕獲後，可減少被拉近到從光電二極體形成區域遠離的捕獲層61的金屬雜質在光電二極體形成區域內(或其附近)殘留，也可抑制殘存的金屬雜質的不良影響。
[0147]如上所述，通過將具有金屬雜質的捕獲作用的磷等添加到半導體層內，而使金屬雜質容易偏析(析出)到半導體層61內，半導體層61的作為捕獲部的功能提高。
[0148]此外，在將鍺和/或碳添加到矽層內的情況下，在作為捕獲層的層內產生晶格歪斜(結晶缺陷)。通過該晶格歪斜，而在矽層內形成捕獲部，捕獲的效率提高。
[0149]根據本實施方式的圖像傳感器，隨著捕獲的高效化，可抑制用於捕獲的加熱溫度的增大，且可抑制用於捕獲的時間的增加。其結果，可減少向圖像傳感器的構成要素施加的熱負荷，且可抑制熱所引起的元件特性的劣化。
[0150]通過使用作為高位浮置擴散區的半導體層，而可降低作為浮置擴散區的擴散層60的雜質濃度。這樣，可抑制擴散層60的接合深度變深，且可抑制洩漏電流的產生。
[0151]此外，在本實施方式中，在電晶體2、3、4、5的源電極/漏電極擴散層35上，形成有與作為高位浮置擴散區的半導體層61相同材料的層。通過在電晶體2、3、4、5的源電極/漏電極擴散層35上設置作為捕獲層發揮功能的半導體層65，而在捕獲層65內捕獲電晶體
2、3、4、5的信道區域內的金屬雜質。這樣，可抑制信道區域內的缺陷引起的電晶體的特性劣化。
[0152]如上所述，在本實施方式中，可通過較高效的捕獲來減少光電二極體I的摻雜層10內殘留的金屬雜質(例如，Fe離子)所引起的缺陷。其結果，可抑制金屬雜質所引起的再結合電流，且可抑制在由圖像傳感器形成的圖像內產生白瑕疵。
[0153]因此，根據本實施方式的圖像傳感器，可提高由圖像傳感器形成的圖像的畫質。
[0154]在上述內容中，以背面照射圖像傳感器為例，對實施方式的圖像傳感器進行了說明。但是，實施方式的圖像傳感器也可以是將來自被拍攝體的光從半導體基板的表面側取入的圖像傳感器(以下稱為表面照射型圖像傳感器)。此外，在上述內容中，例示了 CMOS圖像傳感器，但是，本實施方式的圖像傳感器也可以是CCD圖像傳感器。即使在本實施方式適用於表面照射型圖像傳感器或CCD圖像傳感器的情況下，也可得到上述效果。
[0155](b)製造方法
[0156]使用圖6至圖9來說明第一實施方式的固體拍攝裝置(例如，圖像傳感器)的製造方法。
[0157]圖6至圖9表示本實施方式的圖像傳感器的製造方法的各工序中的像素陣列120的剖面工序圖。這裡，除了圖6至圖9之外，還適當地使用圖2、圖4及圖5來說明本實施方式的圖像傳感器的製造方法的各工序。
[0158]此外，在本實施方式的圖像傳感器的製造方法中，只要後述的各構成要素的形成順序能確保過程的整合性，則也可適當改變。
[0159]如圖2所不,使用通過光刻和RIE (反應離子蝕刻)而形成的掩膜(未圖不),在半導體基板150內的預定區域(例如，周圍電路區域)內形成元件分離區域及元件分離層91。
[0160]例如，如圖2所示，STI (淺溝渠隔離(shallow trench isolation))結構的元件分離槽基於掩膜而形成於半導體基板150內。絕緣體通過CVD (化學氣相沉積)法或塗敷法而埋入元件分離槽內。這樣，STI結構的元件分離絕緣膜91形成於半導體基板150內的預定位置處。
[0161]這樣，像素陣列120、像素陣列120內的單位隔室區域UC及周圍電路區域125在半導體基板150內劃分。
[0162]使用與用於形成元件分離層的掩膜不同的掩膜，在半導體基板150內的預定區域形成N型或P型阱區域159。
[0163]如圖5所示，在像素陣列120的單位隔室區域UC內，形成單位隔室(像素)的構成元件。此外，如圖2所示,在周圍電路區域125的阱區域159內，形成周圍電路的構成元件(例如，電晶體)。
[0164]電晶體2、7的柵電極絕緣膜21、71例如通過對半導體基板150的熱氧化處理而形成於半導體基板150的露出面(表面)上。
[0165]在形成的柵電極絕緣膜21、71上，用CVD法來堆積多晶矽層。而且，通過光刻和RIE法，來加工多晶矽層，夾持柵電極絕緣膜21、71地在半導體基板150的表面(第一面)上形成具有預定柵電極長度和預定柵電極寬度的柵電極20、70。
[0166]如圖2及圖6所示，在像素陣列120內，使用形成柵電極22及抗蝕劑膜(未圖示)來作為掩膜，光電二極體I的N型摻雜層10通過離子注入法而形成於單位隔室形成區域內的光電二極體形成區域內。
[0167]在單位隔室區域UC的浮置擴散區形成區域內，通過離子注入在半導體基板150內形成作為浮置擴散區6的擴散層60，以含有IO18CnT3左右摻雜濃度的磷。此外，擴散層60也可形成為含有高濃度(例如，IO20Cm-3以上)雜質。
[0168]此外，復位電晶體那樣的、像素陣列120內的各電晶體的作為源電極/漏電極的擴散層35通過離子注入而分別形成為具有預定的摻雜濃度。
[0169]在光電二極體I的N型摻雜層10的表面(露出面),作為表面屏蔽層18的P型摻雜層18通過離子注入而形成於N型摻雜層10內。
[0170]例如，在像素陣列120內，在實行用於形成光電二極體I及浮置擴散區6的離子注入的期間中，由抗蝕劑膜(未圖示)覆蓋周圍電路區域125。
[0171]在通過離子注入來形成擴散層(摻雜半導體層)的情況下，基板的結晶性有可能劣化。這是因為，考慮後面工序的外延層的形成，用於恢復基板的結晶性的退火優選在實行離子注入後形成外延層之前的期間內實行。
[0172]在圖2的周圍電路區域125內的形成電晶體7的區域(N型或P型阱區域)159中，通過將柵電極70用於掩膜的離子注入，而在半導體基板150內形成作為電晶體7的源電極/漏電極的P型或N型的摻雜層73。此外，周圍電路區域125內的電晶體7的形成工序可與像素陣列120內的電晶體的形成工序共同化。
[0173]如圖7所示，在讀取電晶體2及其他電晶體3、4、5的柵電極20、30的側面上，自我整合地形成側壁絕緣膜29。
[0174]在各電晶體2、3、4、5的柵電極20、30的側面上形成側壁絕緣膜29後，在半導體基板150的表面側，半導體層61通過例如選擇式外延生長而形成於作為浮置擴散區6的擴散層60上。與此同時，半導體層65形成於電晶體的源電極/漏電極擴散層35上。
[0175]形成的半導體層61與擴散層60直接接觸。在半導體層61通過選擇式外延生長而形成的情況下，半導體層61依存於半導體基板的表面的結晶面地進行結晶配向，半導體層61具有與其結晶配向相應的剖面形狀。
[0176]半導體層61、65例如通過以矽為主成分的半導體層而形成。形成於浮置擴散區形成區域內的半導體層61用作高位浮置擴散區，並且用作捕獲層。此外，設於電晶體形成區域內的半導體層65用作源電極/漏電極，並且用作捕獲層。
[0177]例如，將鍺(Ge)、磷(P)或碳(C)中至少一種雜質添加到作為捕獲層的矽層61、65內。例如，通過在矽的堆積中導入摻雜氣體(以下稱為In-situ摻雜)，而將Ge、P及C等雜質添加到矽層61、65內。通過在矽層61、65內添加雜質，而提高半導體層的作為捕獲層的功能。
[0178]例如，添加雜質(例如，磷)，以使半導體層61、65內的N型(或P型)摻雜劑的濃度從IXlO18Cnr3成為IXlO2ciCnT3以上。該情況下,半導體層61具有在相對於半導體基板的表面垂直的方向上變化的輪廓分布，半導體層61的底部側(與擴散層60接觸側)的摻雜濃度比半導體基板的上部側的摻雜濃度低。在半導體層61、65是矽層的情況下，通過將P型或N型摻雜劑添加到娃層內，而在捕獲時使金屬雜質易於在娃層61、65內偏析。
[0179]添加到矽層內的Ge或C與矽層內的Si元素進行晶格置換，形成SiGe或SiC或SiGeC的混晶層。矽層內的Ge或C的濃度是5at%?20at%左右。在Ge和C中，也具有在相對於半導體基板的表面垂直的方向上變化的濃度分布，半導體層61、65的底部側的濃度比半導體基板層的上部側的濃度低。在矽層內，通過添加Ge及C中至少一種，而產生半導體基板和外延層61、65的晶格不整合所引起的晶格歪斜(晶格缺陷)。通過該晶格缺陷，而使半導體層61、65的作為捕獲部的功能提高。
[0180]此外，在浮置擴散區形成區域內的擴散層60內，可擴散半導體層61引起的Ge或C。半導體層61、65可通過CVD法形成。
[0181]作為選擇式外延生長所形成的捕獲層的半導體層61、65的形成時，在光電二極體形成區域內，沒有形成與半導體基板150直接接觸的半導體層地，在光電二極體的摻雜半導體層10及表面屏蔽層18上提前形成例如絕緣膜(未圖示)。或者，在半導體層的形成後，從光電二極體形成區域內有選擇地除去半導體層。
[0182]如圖8所示，在半導體層61、65形成於半導體基板150的表面上的狀態下，為了捕獲，例如，對半導體基板150實施600°C的加熱處理和隨後的300°C?500°C的溫度範圍的加熱處理。用於捕獲的加熱處理可通過上述溫度範圍不同的兩階段加熱處理來實行，或者，例如，也可通過從600°C左右到300°C左右緩慢降溫的加熱處理(溫度變化的斜率小的加熱處理)來實行。
[0183]這樣，半導體基板150內的金屬雜質200在捕獲層61、65或與捕獲層61、65接觸的擴散層60、35內擴散(移動)，金屬雜質200在捕獲層61、65內被捕獲。
[0184]其結果，Fe等金屬雜質200從光電二極體形成區域內的摻雜半導體層10內及其附近向浮置擴散區形成區域側移動，光電二極體形成區域內的摻雜半導體層10內的金屬雜質的濃度下降或實質上為零。此外，浮置擴散區形成區域側的金屬雜質的濃度與光電二極體形成區域內的金屬雜質的濃度相比較高。
[0185]此外，電晶體的信道區域內的金屬雜質200在源電極/漏電極擴散層35上的捕獲層65內被捕獲。
[0186]在實行捕獲的情況下，在作為捕獲層的半導體層61、65和擴散層60的界面附近，有時形成金屬雜質區域69。
[0187]這樣，通過使用形成於浮置擴散區形成區域內的作為捕獲層(捕獲部)的半導體層61的捕獲處理，而從光電二極體形成區域內的摻雜半導體層10內及其附近區域內除去Fe等金屬雜質。
[0188]如圖9所示，在通過捕獲而從光電二極體形成區域內除去金屬雜質後，對捕獲層61、65有選擇地實行蝕刻處理。這樣，將捕獲層61、65的大部分除去。[0189]例如，如圖9所示，也可在擴散層60、35上殘存薄捕獲層61、65。例如，除去捕獲層61、65的摻雜濃度高的區域，摻雜濃度低的區域(例如，含有IXlO18cnT3左右的雜質的區域)在擴散層60、35上殘存。
[0190]這樣，通過在捕獲後除去捕獲層的大部分，而可防止作為捕獲層的半導體層61、65內捕獲的金屬雜質通過圖像傳感器100的製造工序內的捕獲後的加熱處理而再次擴散到半導體基板150內。
[0191]如圖2及圖5所不，在形成有電晶體2的棚電極20的半導體基板150的表面上，通過多層布線技術來形成包含多個層間絕緣膜92及多個布線80的多層布線結構。層間絕緣膜92覆蓋半導體基板150的表面側，例如，覆蓋電晶體2的柵電極20。
[0192]在多層布線結構的各布線層級的形成工序中，例如，使用CVD法來堆積氧化矽膜的層間絕緣膜92。在各布線層級中，在對層間絕緣膜92施行CMP法所進行的平坦化處理後，在層間絕緣膜92內通過光刻及RIE法形成的接觸孔內埋入接觸插銷CPl或穿過插銷81。
[0193]與殘存於浮置擴散區形成區域內的半導體層61連接地，將接觸插銷CPx埋入層間絕緣膜92內。這樣，作為捕獲層61使用的半導體層61作為高位浮置擴散區被再次使用。
[0194]此外，與殘存於電晶體形成區域內的半導體層65連接地，將接觸插銷CPz埋入層間絕緣膜92內。這樣，作為捕獲層61的半導體層61作為電晶體的源電極/漏電極被再次使用。
[0195]例如，鋁等導電層通過濺射法堆積於層間絕緣膜92上及插銷CPl、CPx、CPZ、81上。將堆積的導電層加工為預定的形狀，以通過光刻和RIE法與插銷CPl、CPx、CPZ、81連接。這樣，形成作為布線的導電層80、80x、80z。可使用金屬鑲嵌(夕^ '> >)法來在形成於層間絕緣膜內的槽(金屬鑲嵌槽)內自我整合地形成由銅或銅合金構成的布線80、80x、80z。
[0196]這樣，半導體基板150的多個元件1、2、7通過多層布線技術的布線進行連接，形成圖像傳感器的各電路。
`[0197]如圖2及圖5所示，在形成背面照射型圖像傳感器的情況下，在對半導體基板150的表面側的最上層的層間絕緣膜92 (及導電層)施行平坦化處理後，在最上層的層間絕緣膜92的平坦化的面上形成粘接層(未圖示)。而且，支撐基板119粘貼於層間絕緣膜92上的粘接層。這樣，支撐基板119與將半導體基板的表面覆蓋的層間絕緣膜92接合。
[0198]例如，在將支撐基板119粘貼於層間絕緣膜92之前，再布線技術所進行的再布線可形成於最上層的層間絕緣膜92上以與層間絕緣膜92內的布線連接。
[0199]在將支撐基板119粘貼於層間絕緣膜92上後，利用CMP法、使用HF溶液的溼蝕刻等有選擇地蝕刻半導體基板150的背面。這樣，可使半導體基板150的厚度變薄。
[0200]如圖2及圖5所示，在使半導體基板150變薄後，在半導體基板150的背面側，作為表面屏蔽層19的P型摻雜半導體層19通過離子注入而形成於像素陣列120內的半導體基板150內。
[0201]在半導體基板的背面上形成保護膜97等後，濾色器117形成於與像素陣列120對應的位置的保護膜97上。
[0202]在形成的濾色器117上，形成作為保護膜的絕緣膜(未圖示)。在覆蓋濾色器117的保護膜上，形成微透鏡陣列118。
[0203]也可在形成濾色器117及微透鏡陣列118之前或之後，形成半導體基板150的背面側的布線、襯墊或金屬的遮光層。
[0204]例如，在形成濾色器117及微透鏡陣列118後，如圖2所示，將穿孔柱88A埋入形成於半導體基板150內的通孔內。也可在形成濾色器117及微透鏡陣列118前，形成穿孔柱 88A。
[0205]通過以上的工序，而形成本實施方式的圖像傳感器。
[0206]在浮置擴散區形成區域內的半導體基板的表面側，在半導體基板150上形成作為捕獲層的半導體層61、65。捕獲層61、65形成為與作為浮置擴散區FD的擴散層60的上表面接觸。
[0207]通過捕獲，光電二極體形成區域的金屬雜質(例如，Fe)通過向捕獲層61、65內高濃度地添加的磷的作用及捕獲層(以矽為主成分的層)內添加的Ge或C所引起的晶格缺陷的作用而在捕獲層61、65內被捕獲。
[0208]如本實施方式那樣，在光電二極體形成區域的較近區域形成捕獲層61，從而使捕獲高效化，光電二極體形成區域的摻雜半導體層10內及其附近的區域內的金屬雜質的濃度降低。此外，在本實施方式中，由於捕獲層61形成於不與光電二極體形成區域直接接觸的區域內，因此減少被拉近到捕獲層61的金屬雜質殘留於光電二極體形成區域內或其附近，可抑制該金屬雜質對分割結構體的特性產生不良影響。
[0209]這樣，本實施方式的圖像傳感器的製造方法，通過在光電二極體形成區域附近形成捕獲層而可抑制金屬雜質的殘留引起的不良影響且可較高效地實行捕獲。
[0210]與之相伴，根據本實施方式，可抑制用於捕獲的加熱溫度的增大，且可抑制用於捕獲的時間的長期化。其結果，根據本實施方式的圖像傳感器，可減小向圖像傳感器的構成要素施加的熱負荷。這樣，根據本實施方式，可抑制熱所導致的布線/絕緣膜的劣化及雜質(或摻雜)的意外擴散(散亂)那樣的、熱引起的圖像傳感器所含的元件的劣化。
[0211]此外，在電晶體形成區域內，電晶體的信道區域內的金屬雜質在形成於源電極/漏電極區域內的捕獲層65內被捕獲。其結果，可形成信道區域內的金屬雜質減少，且特性提聞的電晶體。
[0212]另外，除了使用設置於浮置擴散區形成區域內的半導體層的捕獲之外，也可並用BMD及PBS等公知的捕獲技術。
[0213]如上所述，根據第一實施方式的固體拍攝裝置及其製造方法，可提供能提高畫質的圖像傳感器。
[0214](2)變形例
[0215]參照圖10至圖13來說明實施方式的固體拍攝裝置的變形例。
[0216]此外，在本變形例中，根據需要來說明與第一實施方式中描述的構成實質相同的構成。另外，在圖10至圖13中，也與上述實施方式同樣，層間絕緣膜和濾色器的圖示簡化或省略。
[0217]例I
[0218]使用圖10來說明實施方式的圖像傳感器的製造方法的變形例。
[0219]圖10是用於說明實施方式的圖像傳感器的製造方法的變形例的剖面工序圖。
[0220]在使用圖5至圖9來說明的實施方式的圖像傳感器的製造方法中，在形成作為捕獲層的半導體層61、65的工序中，在矽層(包含P、Ge或C中至少一種的Si層)的堆積時，通過封入Si的形成氣體和包含P與Ge的氣體，而形成不添加雜質的捕獲層61、65。
[0221]但是，捕獲層61、65內的雜質也可通過離子注入而添加到堆積於半導體基板150上的捕獲層61、65內。
[0222]如圖10所示，非摻雜的Si層(或SiGe層)61Z在浮置擴散區形成區域及電晶體形成區域內通過例如選擇式外延生長而形成於半導體基板150上。
[0223]抗蝕劑膜塗敷於半導體基板150上。通過平板印刷和RIE來在抗蝕劑膜內形成開口部，並形成掩膜層209，以使Si層61Z露出。
[0224]在掩膜層209形成於半導體基板150上的狀態下，實行離子注入。通過離子注入，而在非摻雜的Si層61Z內添加P、Ge及C中的至少一種。這樣，形成含有捕獲部的捕獲層61Z。
[0225]而且，在除去掩膜層209後，如圖8所示，實行捕獲，半導體基板150內的金屬雜質在捕獲層61Z內被捕獲。
[0226]然後，依此實行使用圖9、圖2及圖5說明的製造工序，並形成本實施方式的圖像傳感器。
[0227]例2
[0228]使用圖11來說明實施方式的圖像傳感器的製造方法的變形例。
[0229]圖11是用於說明實施方式的圖像傳感器的製造方法的變形例的剖面工序圖。
[0230]如圖11所示，捕獲層可在捕獲後從半導體基板150上除去。
[0231]在除去捕獲層的情況下，與浮置擴散區6連接的接觸插銷CPx與作為浮置擴散區6的擴散層60直接接觸。
[0232]在通過蝕刻除去捕獲層的情況下，半導體基板150的表面有時會過蝕刻。該情況下，半導體基板150的表面側的作為浮置擴散區的擴散層60的面相對於半導體基板150的表面側的光電二極體I的摻雜半導體層10及表面屏蔽層18的面向半導體基板150的背面側後退。
[0233]此外，例如，擴散層60內的金屬雜質區域可與捕獲層一同被除去。
[0234]在除去捕獲層的情況下，例如，以與圖10實質相同的方法，有選擇地使捕獲層露出的掩膜層在捕獲後形成於半導體基板150上。
[0235]根據形成於半導體基板150上的掩膜層，而將捕獲層通過蝕刻(例如，RIE)有選擇地除去。
[0236]這樣，形成具有圖11所示結構的本實施方式的圖像傳感器。
[0237]如圖11所示的例子那樣，捕獲層(及金屬雜質區域)在捕獲處理後被完全出去，從而可防止捕獲層內的金屬雜質在半導體基板150內擴散。
[0238]例3
[0239]使用圖12及圖13來說明實施方式的圖像傳感器的製造方法的變形例。
[0240]圖12是用於說明實施方式的圖像傳感器的製造方法的變形例的剖面圖。
[0241]如圖12所不,娃化物層67可設置於捕獲層61上。
[0242]捕獲層61上的矽化物層67通過在捕獲層61施行矽化物處理來形成。例如，也存在捕獲層61是含有P、Ge或B的層的情況,娃化物層67含有娃兀素及與娃兀素形成娃化物的金屬元素(例如，鎳或鈷)以及捕獲層61內的雜質的情況。[0243]例如，在電晶體2、3的柵電極20、30上，設有矽化物層27、37。
[0244]使用圖3來說明在捕獲層61上形成矽化物層67的工序。圖13是用於說明實施方式的圖像傳感器的製造方法的變形例的剖面工序圖。
[0245]例如，對於捕獲層的矽化物處理與像素陣列內及對於周圍電路區域內的電晶體的柵電極和源電極/漏電極擴散層的矽化物處理同時實行。
[0246]在半導體基板150上，在堆積絕緣層201後，覆蓋形成矽化物層的區域的絕緣層通過平板印刷及RIE來有選擇地除去。使電晶體2、3的柵電極20、30及源電極/漏電極區域露出。另一方面，光電二極體I的摻雜半導體層10的上表面由絕緣層201覆蓋。此時，將覆蓋捕獲層61、65的絕緣層201除去，捕獲層61、65露出。
[0247]用於形成矽化物層的金屬膜202形成於柵電極20、30上，源電極/漏電極擴散層上及捕獲層61、65上以及絕緣層201、29上。
[0248]在堆積金屬膜202後，對半導體基板150實施加熱處理。柵電極20、30、源電極/漏電極擴散層35及捕獲層61、65所含的娃與形成金屬膜202的兀素反應(以下稱為娃化物反應)。
[0249]這樣，如圖12所示，在柵電極20、30和金屬膜202的接觸部、源電極/漏電極擴散層35和金屬膜202的接觸部以及捕獲層61、65和金屬膜202的接觸部中，自我整合地形成矽化物層27、37、67。由絕緣層201、29覆蓋的矽層不與金屬膜202直接接觸，因此沒有矽化物化。
[0250]在形成矽化物層27、37、67後，有選擇地除去沒有與矽反應的金屬膜。
[0251]而且，如上所述，依次形成層間絕緣膜、接觸插銷及布線，形成本實施方式的圖像傳感器。接觸插銷CPx、CPz與捕獲層61、65上的矽化物層67連接。
[0252]此外，如果在捕獲後形成矽化物層，則也可將捕獲層61、65整體矽化物化。
[0253]通過矽化物層67設置於捕獲層61上，而可減小接觸插銷CPx、CPz與作為浮置擴散區發揮功能的層61之間的接觸阻力。
[0254]另外，形成捕獲層61上的矽化物層67 (或由矽化物層構成的捕獲層)的工序和在電晶體的柵電極及源電極/漏電極擴散層上形成矽化物層的工序實質上通過相同工序來實行。因此，通過在捕獲層61、65上形成矽化物層67的工序，而不會使圖像傳感器的製造工序增加。
[0255]這是因為，根據圖13所示的例子的圖像傳感器，可不增加圖像傳感器的製造工序地提高圖像傳感器的電學特性。
[0256]如上所述，即使在圖10至圖13所示的變形例中，也可得到與第一實施方式實質相同的效果。
[0257](3)適用例
[0258]參照圖14來說明各實施方式的固體拍攝裝置的適用例。
[0259]實施方式的固體拍攝裝置(圖像傳感器)模塊化，並適用於數位照相機或帶照相機行動電話。
[0260]圖14是表示本實施方式的圖像傳感器的適用例的方框圖。
[0261]包含本實施方式的圖像傳感器100的照相機(或帶照相機行動電話)900除了圖像傳感器100之外還包括例如光學透鏡部(透鏡單元)101、信號處理部(例如，DSP:數位訊號處理器)102、儲存部(存儲器)103、顯示部(顯示器)104以及控制部(控制器)105。
[0262]如上所述，圖像傳感器100將來自被拍攝體的光轉換為電信號。
[0263]透鏡單元101將來自被拍攝體的光在圖像傳感器100會聚，使與來自被拍攝體的光對應的像在圖像傳感器100上成像。透鏡單元101包括多個透鏡，提高各透鏡的組合而能以機械或電學方式控制透鏡單元101的光學特性(例如，焦距)。
[0264]DSP102處理從圖像傳感器100輸出的信號。DSP102根據來自圖像傳感器100的信號而形成與被拍攝體對應的圖像(圖像數據)。
[0265]存儲器103儲存來自DSP102的圖像數據。存儲器103也可儲存從外部施加的信號及數據和/或從圖像傳感器100直接供給的信號及數據。存儲器103可以是在照相機900內搭載的DRAM和/或快閃記憶體等存儲器晶片，也可以是可從照相機900主體裝拆的存儲卡和/或USB存儲器。
[0266]顯示器104顯示來自DSP102或存儲器103的圖像數據。來自DSP102或存儲器103的數據是靜止圖像數據或動畫數據，且在顯示器104上靜止圖像或動畫。
[0267]控制器105控制照相機900內的各構成100?104的工作。
[0268]如上所述，本實施方式的圖像傳感器100可適用於照相機900。
[0269]包含本實施方式的圖像傳感器100的照相機900可改善形成的圖像的畫質。
[0270]雖然說明了本發明的幾個實施方式，但是，這些實施方式僅作為例子而公開，並不意在限定本發明的範圍。這些實施方式能以其他各種形式來實施，在不脫離發明範圍的情況下，可進行各種省略、替換、改變。這些實施方式及其他變形皆包含於本發明的範圍和主旨中，同樣地，也包含於與請求保護的範圍記載的發明等同的範圍中。
【權利要求】
1.一種固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於，包括: 在半導體基板的光電轉換元件形成區域、浮置擴散區形成區域以及所述光電轉換元件形成區域和所述浮置擴散區形成區域之間的讀取電晶體形成區域內，分別形成光電轉換元件、包含於浮置擴散區內的擴散層以及讀取電晶體； 在所述半導體基板的第一面側，在所述擴散層上形成含有第一雜質的半導體層。
2.根據權利要求1所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括:在形成所述半導體層後，進行加熱處理。
3.根據權利要求2所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 通過所述加熱處理，所述半導體基板內的金屬雜質在所述第一半導體層內移動。
4.根據權利要求2所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 在所述加熱處理後，所述浮置擴散區形成區域內的金屬雜質的濃度比所述光電轉換元件形成區域內的金屬雜質的濃度高。
5.根據權利要求4所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 所述第一半導體層內的金屬雜質的濃度比所述擴散層內的金屬雜質的濃度高。
6.根據權利要求2所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括:在所述加熱處理後，除去所述第一半導體層。
7.根據權利要求6所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括:在所述第一半導體層的除去時，將所述擴散層和所述第一半導體層的邊界的含有金屬雜質的摻雜區域除去，使所述擴散層的上表面後退到所述半導體基板的與第一面相對的第二面側。
8.根據權利要求1所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括: 在所述讀取電晶體的柵電極及所述第一半導體層上，形成矽化物層， 隔著所述矽化物層，分別形成與包含所述第一半導體層及所述擴散層的所述浮置擴散區連接的接觸部。
9.根據權利要求1所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括: 在與所述浮置擴散區形成區域相鄰的第一區域內，與所述讀取電晶體的形成同時地形成第一電晶體， 在所述第一電晶體的源電極/漏電極擴散層上，與所述第一半導體層同時形成含有與所述第一半導體層相同材料的第二半導體層。
10.根據權利要求1所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 還包括:在形成所述第一半導體層後，在所述半導體基板的所述第一面上，形成層間絕緣膜。
11.根據權利要求1所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 所述第一半導體層包括由所述第一雜質生成的捕獲部。
12.根據權利要求1所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於， 所述第一半導體層由含有磷、鍺及碳中至少一種來作為所述第一雜質的矽層形成。
13.根據權利要求1所述的固體拍攝裝置的製造方法，其特徵在於，所述第一半導體層通過外延生長而形成，作為捕獲部的結晶缺陷形成於所述第一半導體層內。
14.一種固體拍攝裝置，其特徵在於， 包括: 光電轉換元件，其設置於半導體基板內，且將入射的光轉換為電荷； 浮置擴散區，其設置於所述半導體基板內，且傳輸所述電荷；和讀取電晶體，其在所述半導體基板內設置於所述浮置擴散區和所述光電轉換元件之間，且控制所述電荷的傳輸， 其中，所述浮置擴散區包括設置於所述半導體基板內的擴散層和設置於所述擴散層上且含有第一雜質的第一半導體層。
15.根據權利要求14所述的固體拍攝裝置，其特徵在於， 所述浮置擴散區含有金屬雜質， 所述浮置擴散區內的金屬雜質的濃度比所述光電轉換元件內的金屬雜質的濃度高。
16.根據權利要 求15所述的固體拍攝裝置，其特徵在於， 所述第一半導體層內的金屬雜質的濃度比所述擴散層內的金屬雜質的濃度高。
17.根據權利要求14所述的固體拍攝裝置，其特徵在於， 所述浮置擴散區包括設置於所述擴散層內且含有金屬雜質的雜質區域， 所述雜質區域與所述第一半導體層的底部接觸， 所述雜質區域內的金屬雜質的濃度為所述第一半導體層內的金屬雜質的濃度以下且所述擴散層內的金屬雜質的濃度以上。
18.根據權利要求14所述的固體拍攝裝置，其特徵在於， 所述浮置擴散區包括設於所述第一半導體層上的矽化物層，接觸部與所述矽化物層連接。
19.根據權利要求14所述的固體拍攝裝置，其特徵在於， 還包括電晶體，該電晶體設置於所述半導體基板內的第一半導體區域，且包括柵電極、源電極/漏電極擴散層和源電極/漏電極擴散層上的第二半導體層， 其中，所述第二半導體層含有與所述第一半導體層相同的材料， 所述第二半導體層內的金屬雜質的濃度比所述光電轉換元件內的金屬雜質的濃度高。
20.根據權利要求14所述的固體拍攝裝置，其特徵在於， 所述第一半導體層包括含有磷、鍺及碳中至少一種來作為所述第一雜質的矽層， 所述第一半導體層包括所述第一雜質所形成的捕獲部。
【文檔編號】H01L27/146GK103681705SQ201310070311
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年3月6日 優先權日:2012年9月14日
【發明者】藤井修 申請人:株式會社 東芝