固态成像元件和电子设备的制造方法_4

文档序号:9650714阅读:来源:国知局
30的第二面30B(多层配线40)侧接合,并且半导体基板30可以上下反转。接下来,半导体基板30可以与SOI基板的埋入式氧化膜和支撑基板分隔开以使半导体基板30的第一面30A暴露。上述过程可以通过诸如离子注入和CVD (化学气相沉积)等在通常的CMOS工艺中用到的技术来进行。
[0136]此后,如图11所示,例如,可以通过干法刻蚀从第一面30A侧对半导体基板30进行加工来形成贯穿半导体基板30的环形状或圆形状的分离槽60。
[0137]在形成分离槽60之后,如图12所示,可以在分离槽60的外侧面61和底面63以及半导体基板30的第一面30A上形成绝缘膜80。作为绝缘膜80的材料,可以使用TE0S或者通过ALD方法形成的S1膜、SiN膜或任意其他膜。
[0138]随后,如图13所示,可以通过干法刻蚀或任意其他方法使绝缘膜80凹陷。
[0139]此后,如图14所示,可以在分离槽60中埋入金属材料膜50A。
[0140]在埋入金属材料膜50A之后,如图15所示,可以通过干法刻蚀或CMP (化学机械抛光)使金属材料膜50A凹陷或平坦化以形成贯通电极50。此时,可以通过回蚀减小在分离槽60的入口附近的绝缘膜80的厚度;因此,金属材料膜50A可以优选凹陷至确保绝缘膜80的厚度的深度。这使得可以防止贯通电极50和半导体基板30之间的短路。
[0141]在形成贯通电极50之后,如图16所示,可以去除绝缘膜80。
[0142]在去除绝缘膜80之后,如图17所示,例如,可以在分离槽60的外侧面61、内侧面62和底面63以及半导体基板30的第一面30A上形成具有负的固定电荷的膜24。作为具有负的固定电荷的膜24,可以层叠两种以上的膜。这使得可以进一步增强作为空穴蓄积层的功能。
[0143]在形成具有负的固定电荷的膜24之后,同样如图17所示,可以形成介电层25。在这种场合下,可以适宜地调节介电层25的膜厚度和膜形成条件以在分离槽60中形成间隙70。需要指出的是,可以通过CMP或任意其他方法使介电层25的表面平坦化。
[0144]在形成介电层25和间隙70之后,如图18所示,可以形成层间绝缘膜26和上部触头54,并且上部触头54可以与贯通电极50的上端连接。此后,如图9所示,可以形成下部透明电极21、光电转换膜22、上部透明电极23和保护膜27。最后,可以设置诸如平坦化膜等光学元件和片上透镜(未示出)。如此,完成了图9中所示的固态成像元件10A。
[0145]在固态成像元件10A中,当光经由片上透镜(未示出)射入光电转换元件20中时,光按顺序穿过光电转换元件20以及光电二极管PD1和TO2以在此穿过过程中分别光电转换成绿色、蓝色和红色的光,因此以与第一实施方案类似的方式获得各种颜色的信号。
[0146]由于这里的贯通电极50由金属或导电材料构成,所以可以减小贯通电极50的电阻值,从而进一步提尚特性。
[0147]因此,在本实施方案中,贯通电极50由金属或导电材料构成,这使得可以减小贯通电极50的电阻值,从而进一步增强特性。
[0148](变形例1)
[0149]图19示出了根据变形例1的固态成像元件10B的断面构成。固态成像元件10B可以在介电层25和贯通电极50之间以及在介电层25和半导体基板30之间包括热氧化膜34。例如,热氧化膜34可以但不限于由其中半导体基板30中的硅被热氧化的氧化硅膜、氮氧化硅膜或高介电绝缘膜构成。除此之外,固态成像元件10B可以具有与上述第一实施方案类似的构成、作用和效果。此外,可以采用与第一实施方案类似的方式制造固态成像元件10B,不同之处在于在分离槽60的外侧面61和内侧面62上设置有热氧化膜34。
[0150](第三实施方案)
[0151]图20示出了根据本公开第三实施方案的固态成像元件10C的断面构成。固态成像元件10C被构造成通过用具有绝缘性能的介电层25填充分离槽60来减小贯通电极50和半导体基板30之间产生的电容,从而进一步提高诸如转换效率等特性。除此之外,固态成像元件10C可以具有与上述第一实施方案类似的构成、作用和效果。
[0152]例如,固态成像元件10C可以按如下方法制造。
[0153]图21?22按照步骤顺序示出了固态成像元件10C的制造方法。需要指出的是,参照图3?6说明与上述第一实施方案相同的过程。
[0154]首先,与第一实施方案一样,通过图3所示的过程,例如,在半导体基板30内p-阱31可以形成为第一导电型的阱,并且在p-阱31内可以形成第二导电型(例如,N-型)的光电二极管PD1和TO2。可以在半导体基板30的第一面30A附近形成P+区域。
[0155]此外,与第一实施方案一样,同样通过图3所示的过程,可以在将要形成贯通电极50和分离槽60的区域中以从半导体基板30的第一面30A贯穿第二面30B的方式形成杂质区域(P+区域)。此外,可以在将要形成贯通电极50的上端和下端的区域中形成高浓度杂质区域(P++区域)。
[0156]与第一实施方案一样,同样通过图3所示的过程,可以沿着半导体基板30的第二面30B形成将要充当浮动扩散部FD1?FD3的N+区域,并且此后,可以在半导体基板30的第二面30B上形成栅极绝缘膜32和包括垂直晶体管Trl、传输晶体管Tr2、放大晶体管AMP以及复位晶体管RST的栅极的栅极配线33。因此,可以形成垂直晶体管Trl、传输晶体管Tr2、放大晶体管AMP和复位晶体管RST。此外,可以在半导体基板30的第二面30B上形成下部第一到第三触头51?53和包括包含连接部41A的配线层41?43以及绝缘膜44的多层配线40。
[0157]与第一实施方案一样,用作半导体基板30的基体的例子可以是SOI基板。离子注入后可以进行退火处理。
[0158]随后,与第一实施方案一样,通过图4所示的过程,支撑基板(未示出)或任意其他半导体基体可以与半导体基板30的第二面30B (多层配线40)侧接合,并且半导体基板30可以上下反转。接下来,半导体基板30可以与SOI基板的埋入式氧化膜和支撑基板分隔开以使半导体基板30的第一面30A暴露。上述过程可以通过诸如离子注入和CVD(化学气相沉积)等在通常的CMOS工艺中所使用的技术来进行。
[0159]此后,与第一实施方案一样,通过图5所示的过程,例如,可以通过干法刻蚀从第一面30A侧对半导体基板30进行加工来形成环形状或圆形状分离槽60。
[0160]在形成分离槽60之后,与第一实施方案一样,通过图6所示的过程,例如,可以在分离槽60的外侧面61、内侧面62和底面63以及半导体基板30的第一面30A上形成具有负的固定电荷的膜24。作为具有负的固定电荷的膜24,可以层叠两种以上的膜。这使得可以进一步增强作为空穴蓄积层的功能。
[0161]在形成具有负的固定电荷的膜24之后,如图21所示,可以用介电层25填充分离槽60。
[0162]在形成介电层25之后,如图22所示,可以形成层间绝缘膜26和上部触头54,并且上部触头54可以与贯通电极50的上端连接。此后,如图20所示,可以形成下部透明电极
21、光电转换膜22、上部透明电极23和保护膜27。最后,可以设置诸如平坦化膜等光学元件和片上透镜(未示出)。因此,完成了图20中所示的固态成像元件10C。
[0163](第四实施方案)
[0164]图23示出了根据本公开第四实施方案的固态成像元件10D的断面构成。固态成像元件10D被构造成通过用具有绝缘性能的介电层25填充分离槽60来减小贯通电极50和半导体基板30之间产生的电容,从而进一步提高诸如转换效率等特性。除此之外,固态成像元件10D可以具有与上述第一实施方案类似的构成、作用和效果。
[0165]如图24所示,可以采用与第二实施方案类似的方式制造固态成像元件10D,不同之处在于用介电层25填充分离槽60。
[0166](变形例2)
[0167]图25示出了根据变形例2的固态成像元件10E的断面构成。固态成像元件10E可以在介电层25和贯通电极50之间以及在介电层25和半导体基板30之间包括与变形例1中类似的热氧化膜34。与变形例1 一样,例如,热氧化膜34可以但不限于由其中半导体基板30中的硅被热氧化的氧化硅膜、氮氧化硅膜或高介电绝缘膜构成。除此之外,固态成像元件10E可以具有与上述第三实施方案类似的构成、作用和效果。此外,可以采用与第三实施方案类似的方式制造固态成像元件10E,不同之处在于在分离槽60的外侧面61和内侧面62上设置有热氧化膜34。
[0168](固态成像单元的整体构成)
[0169]图26示出了包括作为像素部110的上述实施方案中所述的固态成像元件10和10A?10E中之一的固态成像单元的整体构成。例如,固态成像单元1可以是CMOS图像传感器,并且例如可以包括作为成像像素区域的像素部110以及电路部130。例如,电路部130可以包括行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和系统控制部132。电路部130可以设置在像素部110周围的外围区域中。可选择地,电路部130可以层叠在像素部110的上方或下方(即,在面向像素部110的区域中)。
[0170]例如,像素部110可以包括以二维阵列配置的多个像素PXL。像素PXL可以与各像素行的像素驱动线Lread(具体地,行选择线和复位控制线)进行配线连接,并且可以与各像素列的垂直信号线Lsig进行配线连接。像素驱动线Lread适于传递驱动信号以从像素中读取信号。像素驱动线Lread的一端可以与对应于行扫描部131的各行的输出端子连接。
[0171]例如,行扫描部131可以包括移位寄存器和地址解码器,并且例如可以充当按行单位驱动像素部110的像素PXL的像素驱动部。可以从由行扫描部131选择和扫描的像素行的像素PXL输出信号;并且如此输出的信号可以通过各自的垂直信号线Lsig供给到水平选择部133。例如,水平选择部133可以包括针对每一条垂直信号线Lsig设置的放大器和水平选择开关。
[0172]例如,列扫描部134可以包括移位寄存器和地址解码器,并且适于扫描和顺序驱动水平选择部133的水平选择开关。由列扫描134进行的这种选择性的扫描允许通过各自的垂直信号线Lsig从像素PXL传递的信号顺序地传递到水平信号线135并通过水平信号线135输出。
[0173]例如,系统控制部132适于接收从外部提供的时钟、关于操作模式的指令的数据并适于输出诸如固态成像单元1的内部信息等数据。此外,系统控制部132可以包括产生各种定时信号的定时发生器,并且适于基于由定时发生器产生的各种定时信号进行行扫描部131、水平选择部133、列扫描部134和其他部分的驱动控制。
[0174](应用例)
[0175]根据包括上述示例性实施方案的上述说明的固态成像单元可以应用于具有成像功能的各种电子设备。一些例子可以包括诸如数码相机和摄像机等相机系统以及具有成像功能的移动电话。作为例子,图27示出了电子设备2(例如,相机)的整体构成。电子设备2可以是构造成捕捉静止图像和运动图像的摄像机,并且可以包括固态成像单元1、光学系统(成像透镜)310、快门装置311、驱动部313 (包括上述电路部130)、信号处理部312、用户界面314和监视器315。驱动部313适于驱动固态成像单元1和快门装置311。
[0176]光学系统310适于将来自被写体的图像光(入射光)朝向固态成像单元1的像素部110引导。光学系统310可以包括多个光学透镜。快门装置311适于控制固态成像单元1的光照射期间和遮光期
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