固态成像装置及其制造方法和电子设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及固态成像装置及其制造方法和电子设备，更加特别地，涉及能够适当地产生微小像素信号的固态成像装置及其制造方法和电子设备。
【背景技术】
[0002]图像传感器等半导体装置的制造过程包括将形成有成像元件的半导体基板接合至其它的半导体基板或玻璃基板等的工序。
[0003]—般而言，图像传感器等半导体装置由对入射光进行光电转换的光电二极管(PD)、将光电转换获得的电子传输至ro(浮动扩散)的晶体管(TG)、使累积于PD的电荷复位的晶体管(RST)、将与来自ro的电子相对应的信号电压放大的晶体管(AMP)和将信号电压传输至后续级的晶体管(SEL)等构成。RST、AMP和SEL晶体管也被称为像素晶体管。
[0004]为了抑制微小像素信号中的噪声产生等，期望诸如ro和像素晶体管等元件可以由单晶半导体材料形成。
[0005]这是因为，如果这些元件由多晶半导体材料形成，那么它们具有不均匀的颗粒尺寸和许多的陷阱(trap)，当与微小像素信号相对应的电子通过元件内部时这会引起噪声等。
[0006]此外，RST、AMP和SEL晶体管(被称为像素晶体管)频繁地导通/截止以生成像素信号。因此，像素晶体管需要具有良好的Ι-v特性。如果像素晶体管能够被构造为单晶元件，那么能够获得更好的1-V特性。
[0007]已经提出了:对半导体基板上的FD利用半导体层的层叠技术，设置包含受光面与FD之间的遮光部的图像传感器(例如，参见专利文献1)。
[0008]此外，例如，如果光在图像传感器的ro中被混合，那么在对半导体基板的ro区域进行光电转换时将造成噪声等。因此，期望FD被遮光。
[0009]专利文献1:日本专利申请特开第2010-212668号
[0010]非专利文献1: H.Yamamoto ,H.1shihara , S.Furukawa, J.Appl.Phys., 25 ,667
(1986)0
[0011 ]非专利文献2:T.J.Donahue以及Rief: J.Electrochem.Soc., 133,1961 (1986) 0
[0012]非专利文献3:T.Takagi，Jpn.J.Appl.,64,3516(1988)。
[0013]非专利文献4:Y.Kunii，M.Tabe以及Y.Sakakibara, Jpn.J.Appl.Phys., 26 ,1008
(1987)0
[0014]非专利文献5:L.Csepregi，E.F.Kenedy，T.J.Gallagher，J.W.Mayerand，T.ff.Sigmon,J.Appl.Phys.,49,4234(1977)o
[0015]非专利文献6:H.Ishihara,A.Tamba，H.Yamamoto , Jpn.J.Appl.Phys.,24, 513(1985)。
[0016]非专利文献7:T.Dan，Appl.Phys.Lett.,53,2626(1988)。
[0017]非专利文献8:H.Hirayama，Y.Tatsumi以及N.Aizaki,ΑρρΙ.Phys.Lett.,52,2242(1988)0
[0018]非专利文献9:T.Rung，Y.KennethO以及 R.Reif，Appl.Phys.Lett.,52,1797
(1988)0
[0019]非专利文献10:K.Yoneda, J.Sano,M.Michimoro ,Y.Morimoto ,S.Nakanishi以及
H.0gata,in proc.4th Int.0n SOI technology and device,D.N.Schmidt,Editor,PV90-6,p.421。
[0020]非专利文献ll:TneElectrochemical Society Proceeding Series ,Pennington,NJ(1990)。
[0021 ]非专利文献12:M.Moniwa，K.Kusuwada，E.Murakami，T.Warabisako以及M.Miyao,Appl.Phys.Lett.,52,1788(1988)。
[0022]非专利文献13:Ueno，K.Suzuki ,K.1emura,KKawai ,T.MOrisawa,以及1.0hdomari ,in Proceeding of the Forth Internat1nal Symposiumon Si 1iconon InsulatorTechnology and Devices，PV90_6,427(1990)。
[0023]非专利文献14:Y.Morimoto，S.Nakanishi，N.0da，T.Yami，H.Matuda，H.0gata以及K.Yoneda,J.Electrochem.Soc.,141,188(1994)。
[0024]非专利文献15:M.Miyao,M.Moniwa,K.kusukawa以及W.Sike , J.Appl.Phys.,64,3018(1988)。
【发明内容】
[0025 ]本发明要解决的技术问题
[0026 ]然而，使用专利文献1的技术，难以使Π)被完全遮光。
[0027]因此，如果发出强的入射光，那么光到达ro且造成噪声等。因此，不适合全局快门结构。
[0028]在含有位于像素与像素晶体管之间的遮光膜的图像传感器中，期望所有像素、半导体元件(例如像素晶体管等)和ro具有均匀的性质。因此，例如，期望其间设置有遮光膜的像素和半导体元件(例如像素晶体管等)等都由单晶半导体材料制成。然而，在常规技术中，难以由半导体单晶制造其中夹有遮光膜的图像传感器。
[0029]例如，专利文献1已经提出了这样的技术:其中，设置表面半导体层与导电层之间的界面、沟道区域与ro之间的界面和沟道层与介电层之间的界面，以此使其中夹有遮光膜的图像传感器尽可能地接近于半导体单晶(例如，参见专利文献1的图9)。
[0030]然而，例如，如果使用常规技术制造含有几十万像素的图像传感器，那么表面半导体层与导电层之间的接合界面被形成于这几十万像素中的大量的传输晶体管。关于接合界面的方向，接合界面被形成为平行于传输晶体管的栅极或被形成在传输晶体管的两端部。
[0031]例如，如果接合界面被形成为平行于流经传输晶体管的栅极和源极-漏极的沟道电流的方向，那么与ro并联连接的电阻作为等效电路中的寄生电阻而存在(例如，参见专利文献1的图9)。
[0032]在这种情况下，PD内时常产生泄漏电流且大的噪声被混合于从PD传输来的信号中。尤其是在与图像中的较暗的区域相对应的像素中，噪声明显。
[0033]在常规技术中，由于由图像传感器中的几十万像素中的位于表面半导体层与导电层之间的许多接合位置导致的寄生电阻而产生了泄漏电流。因此，难以制造具有均匀性质的图像传感器。
[0034]此外，例如，如果使用常规技术制造含有几十万像素的图像传感器，那么在几十万像素之中的许多像素晶体管和ro附近，晶体缺陷和接合界面形成于沟道区域与ro之间的界面或这些界面附近。
[0035]如果晶体缺陷或接合界面形成于ro中或ro附近，那么在等效电路中，从FD分支连接的电阻作为寄生电阻而存在。
[0036]在这种情况下，ro内时常产生泄漏电流。此外，特别在与图像的暗区域相对应的像素中，噪声明显。
[0037]此外，在常规技术中，产生了由于由图像传感器的几十万像素中的位于许多沟道区域与FD之间的界面的或在这些界面附近的晶体缺陷或接合界面引起的寄生电阻而导致的泄漏电流。因此，难以制造具有均匀性质的图像传感器。
[0038]此外，如上所述，在常规技术中，在图像传感器的几十万像素之中的位于沟道层与介电层之间的许多界面中，产生了由于界面引起的寄生电阻而导致的泄漏电流(例如，参见专利文献1的图13、16和17)。
[0039]例如，以专利文献1的技术，已经制造出这样的装置:其中，在传输晶体管的沟道中不存在晶体界面，TFT位于像素晶体管的沟道中且存在多晶硅晶体界面。
[0040]如果晶体界面位于像素晶体管(例如AMP等)中，那么AMP用作源极跟随器，且因此即使AMP仅被短时间使用，晶体管的性质也变化很大。因此，图像传感器性质的偏差变大。
[0041]因此，像素晶体管变成多晶的。因此，难以获得也适合于微小像素信号的良好的1-V特性。此外，多晶像素晶体管很有可能在每个像素的性能方面发生偏差，且例如，在例如图像的颜色再现方面，图像质量劣化。
[0042]此外，如果例如使用专利文献1的半导体层的层叠技术制造含有像素与像素晶体管之间的遮光膜的图像传感器，那么在所有像素、半导体元件(例如像素晶体管等)和ro等中不形成有接合界面。因此，难以由半导体单晶制造所述图像传感器。
[0043]半导体层直接层叠在导电层上且在水平方向上半导体层层叠在介电层上。因此，技术上难以形成这样的大面积半导体层:该层在水平方向是宽大的且均一地形成晶体等(例如，参见专利文献1的图7、13和16)。
[0044]此外，根据非专利文献1至14，为了实施专利文献1的技术，例如，也能够举出下面的问题。
[0045]S卩，在介电层与单晶半导体层之间的界面中，晶体中发生层叠缺陷。此外，晶体缺陷发生于单晶材料在水平方向上彼此接触的位置。此外，层叠的半导体层的膜厚度变得不平均。此外，水平方向层叠的半导体层的表面是非均匀的。此外，许多晶体缺陷发生于介电层与单晶半导体层之间的界面。此外，由于介电层的表面缺陷，在半导体层中很有可能发生位错环或层叠缺陷。此外，在水平方向上的半导体层的厚度很有可能不平均。此外，为了制造晶体管，当水平方向层叠的半导体层经受热氧化时，在热氧化膜中很有可能产生晶体缺陷。此外，为了在水平方向上尽可能宽地形成大面积的半导体层，需要长时间在低温下形成膜。
[0046]因此，已经难以通过根据常规技术的制造方法由半导体单晶制造所有ro和像素晶体管。
[0047]此外，例如，如果使用专利文献1所述的半导体层的层叠技术制造含有几十万像素的图像传感器，那么在许多传输晶体管中，在沟道层的栅极下方的非期望位置(不是设计者预期的位置)处形成了非专利文献1至14报告的晶体界面和接合界面。
[0048]如果晶体界面和接合界面形成于传输晶体管的内部，那么在等效电路中从沟道分支连接的电阻作为寄生电阻而存在。形成晶体界面和接合界面的位置是非期望的位置(不是设计者预期的位置)，且晶体界面和接合界面中的结晶性不均匀。因此，流经此处的沟道电流是不均匀的。于是，传输晶体管的性质差异很大，且因此图像传感器性质的差异变大。
[0049]此外，在专利文献1中，通过在表面半导体层内形成光阻挡层，制造出了晶体管。在这种情况下，接合界面形成于表面半导体层与导电层之间的界面或导电层与半导体层之间的界面(参见专利文献1的图16)。
[0050]如果生成了由于由接合位置引起的寄生电阻而导致的泄漏电流，那么图像传感器难以具有均匀的性质。
[0051]鉴于上述情况，公开了本发明，本发明能够适当地产生微小像素信号。
[0052]技术问题的解决方案
[0053]本发明的第一方面是固态成像装置，其包括:电荷累积部，所述电荷累积部形成于第一半导体基板且累积光电转换的电荷；电荷保持部，所述电荷保持部形成于第二半导体基板且保持累积在所述电荷累积部中的电荷;和传输晶体管，所述传输晶体管形成于所述第一半导体基板和所述第二半导体基板且将累积在所述电荷累积部中的电荷传输至所述电荷保持部，其中，所述第一半导体基板与所述第二半导体基板之间的接合界面形成于所述传输晶体管的沟道内。
[0054]所述传输晶体管可以形成为使得栅极端子贯通所述第一半导体基板且到达所述第二半导体基板。
[0055]所述接合界面可以被形成在所述传输晶体管的栅极端子的如下位置处:对于源极端子和漏极端子，所述位置更接近于所述漏极端子。
[0056]在所述固态成像装置中，在所述第二半导体基板中，可以形成有像素晶体管，所述像素晶体管包括:放大晶体管，所述放大晶体管对与至少由所述电荷保持部保持的电荷相对应的信号电压进行放大;复位晶体管，所述复位晶体管使由所述电荷保持部保持的电荷复位;和选择晶体管，所述选择晶体管选择将被输出至信号线的信号，所述信号与从所述电荷保持部读出的电荷相对应。
[0057]所述放大晶体管的栅极端子与所述电荷保持部可以通过硅连接。
[0058]可以形成有P型半导体区域作为将所述放大晶体管、所述复位晶体管和所述选择晶体管连接的体接触。
[005