固态摄像装置及固态摄像装置的制造方法

固态摄像装置及固态摄像装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种固态摄像装置及固态摄像装置的制造方法。固态摄像装置具备半导体层、光电转换元件、浮动扩散区、多个栅极以及半导体区域。光电转换元件设置在半导体层。浮动扩散区设置在半导体层的一表面侧的较浅位置。多个栅极分别与浮动扩散区相邻而设，且朝向光电转换元件往半导体层的深度方向延伸。半导体区域面向浮动扩散区而设置在栅极之间。
【专利说明】固态摄像装置及固态摄像装置的制造方法
[0001][相关申请]
[0002]本申请享有2015年I月23日提出申请的日本专利申请号2015-011336的优先权的利益，且该日本专利申请的全部内容引用在本申请中。
技术领域
[0003]本实施方式一般地涉及一种固态摄像装置及固态摄像装置的制造方法。
【背景技术】
[0004]以往，固态摄像装置具备:光电转换元件，设置在半导体层，将入射光光电转换成信号电荷；以及浮动扩散区，暂时地保持从光电转换元件传输的信号电荷。
[0005]作为所述固态摄像装置，存在具备光电转换元件及一条沟槽栅极的固态摄像装置，所述光电转换元件设置在半导体层的比浮动扩散区深的位置，所述沟槽栅极与浮动扩散区相邻而设，且朝向光电转换元件延伸。
[0006]具备一条沟槽栅极的固态摄像装置通过向沟槽栅极施加指定的传输电压，而在沟槽栅极的浮动扩散区侧的侧面形成通道。而且，固态摄像装置将信号电荷穿过通道而从光电转换元件向浮动扩散区传输。然而，所述固态摄像装置的从光电转换元件向浮动扩散区的信号电荷的传输特性并不充分。

【发明内容】

[0007]本发明的实施方式提供一种能够提高从光电转换元件向浮动扩散区的信号电荷的传输特性的固态摄像装置及固态摄像装置的制造方法。
[0008]本实施方式的固态摄像装置具备半导体层、光电转换元件、浮动扩散区、多个栅极以及半导体区域。光电转换元件设置在所述半导体层。浮动扩散区设置在所述半导体层的一表面侧的较浅位置。多个栅极分别与所述浮动扩散区相邻而设，且朝向所述光电转换元件往所述半导体层的深度方向延伸。半导体区域面向所述浮动扩散区而设置在所述栅极之间。
【附图说明】
[0009]图1是表示具备实施方式的固态摄像装置的数码相机的概略构成的框图。
[0010]图2是表示实施方式的固态摄像装置的概略构成的框图。
[0011]图3是从与受光面相反的一侧透视实施方式的像素单元的说明图。
[0012]图4是表示实施方式的像素单元的截面及信号电荷的传输路径的说明图。
[0013]图5是表示实施方式的像素单元的截面及信号电荷的传输路径的说明图。
[0014]图6是表示实施方式的像素单元的截面及信号电荷的传输路径的说明图。
[0015]图7是表示实施方式的传输晶体管的0N/0FF(接通/断开)状态下的能量障壁的说明图。
[0016]图8六、图88、图8(:、图94、图98、图9(:、图1(^、图1(?、图10(:、图114、图118是表示实施方式的像素单元的制造步骤的剖视说明图。
[0017]图12A及图12B是表示实施方式的变化例的像素单元的说明图。
【具体实施方式】
[0018]以下，参照附图，对实施方式的固态摄像装置及固态摄像装置的制造方法详细地进行说明。另外，本发明并非受该实施方式所限定。
[0019]图1是表示具备实施方式的固态摄像装置14的数码相机I的概略构成的框图。如图1所示，数码相机I具备相机模块11及后段处理部12。
[0020]相机模块11具备摄像光学系统13及固态摄像装置14。摄像光学系统13撷取来自被摄体的光，使被摄体像成像。固态摄像装置14拍摄利用摄像光学系统13而成像的被摄体像，并将通过拍摄而获得之图像信号输出到后段处理部12。所述相机模块11除应用于数码相机I以外，还应用于例如带相机的移动终端等电子设备。
[0021]后段处理部12具备ISP(Image Signal Processor，影像信号处理器)15、存储部16及显示部17<JSP15对从固态摄像装置14输入的图像信号进行信号处理。所述ISP15进行例如去噪处理、缺陷像素修正处理、分辨率转换处理等高画质化处理。
[0022]而且，ISP15将信号处理后的图像信号输出到存储部16、显示部17及相机模块11内的固态摄像装置14所具备的下述信号处理电路21(参照图2)。从ISP15反馈到相机模块11的图像信号用于固态摄像装置14的调整或控制。
[0023]存储部16将从ISP15输入的图像信号以图像形式进行存储。而且，存储部16根据用户的操作等，将所存储图像的图像信号输出到显示部17。显示部17根据从ISP15或存储部16输入的图像信号来显示图像。所述显示部17例如为液晶显示器。
[0024]其次，参照图2，对相机模块11所具备的固态摄像装置14进行说明。图2是表示实施方式的固态摄像装置14的概略构成的框图。如图2所示，固态摄像装置14具备影像传感器20及信号处理电路21。
[0025]这里，针对影像传感器20是所谓的背面照射型CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)影像传感器的情况进行说明，所述背面照射型CMOS影像传感器在对入射光进行光电转换的光电转换元件的、与入射光所入射的面相反的面侧，形成有配线层。另外，本实施方式的影像传感器20并不限定于背面照射型CMOS影像传感器，也可为正面照射型CMOS影像传感器。
[0026]影像传感器20具备构成为模拟电路中心的周边电路22及像素阵列23。而且，周边电路22具备垂直移位寄存器24、时序控制部25、CDS(Correlated Double Sampling，相关双取样部)26、ADC(Analog to Digital Converter，模数转换部)27、及行存储器(I inememory)28 ο
[0027]像素阵列23设置在影像传感器20的摄像区域。在所述像素阵列23，沿着水平方向(行方向)及垂直方向(列方向))呈二维阵列状(矩阵状)配置有与拍摄图像的各像素对应的多个光电转换元件。
[0028]各光电转换元件例如为利用第I导电型即P型的半导体区域与第2导电型即N型的半导体区域的PN结所形成的光电二极管，产生并储存与入射光量相应的信号电荷(例如电子)O
[0029]在已向每个光电转换元件中所设置的传输栅极施加指定的电压的情况下，储存在光电转换元件中的信号电荷穿过电荷传输区域传输到浮动扩散区并被保持。
[0030]在像素阵列23中，通过对所述传输栅极及传输栅极附近的构成进行改良，一边抑制了暗电流流入到浮动扩散区，一边提高了从光电转换元件向浮动扩散区的信号电荷的传输特性。另外，关于传输栅极及传输栅极附近的构成的详细情况，参照图3以后的图示在下文进行叙述。
[0031]时序控制部25与垂直移位寄存器24、⑶S26、ADC27及行存储器28连接，进行这些垂直移位寄存器24、⑶S26、ADC27及行存储器28的动作的时序控制。
[0032]垂直移位寄存器24是将选择信号输出到像素阵列23的处理部，所述选择信号是用来从呈阵列(矩阵)状二维排列的多个光电转换元件之中，以行为单位依次选择要读出信号电荷的光电转换元件。
[0033]像素阵列23将根据从垂直移位寄存器24输入的选择信号以行为单位选择的各光电转换元件中所储存的信号电荷，作为表示各像素的亮度的像素信号，从光电转换元件输出到CDS26。
[0034]CDS26是如下处理部:利用相关双取样，从自像素阵列23输入的像素信号中将噪音去除，并将去噪后的像素信号输出到ADC27JDC27是如下处理部:将从CDS26输入的模拟像素信号转换成数字像素信号，并输入到行存储器28。行存储器28是如下处理部:暂时地保持从ADC27输入的像素信号，针对像素阵列23中的每行光电转换元件，逐行地将所述像素信号输出到信号处理电路21。
[0035]信号处理电路21是如下处理部:构成为数字电路中心，对从行存储器28输入的像素信号进行指定的信号处理，并将信号处理后的像素信号作为图像信号输出到后段处理部
12。所述信号处理电路21对像素信号，进行例如透镜阴影修正、瑕疵修正、降噪处理等信号处理。
[0036]如此，在影像传感器20中，配置在像素阵列23的多个光电转换元件将入射光光电转换成与受光量相应的量的信号电荷并加以储存，周边电路22将储存在各光电转换元件中的信号电荷作为像素信号读出，由此进行拍摄。
[0037]其次，参照图3，对实施方式的像素单元的构成进行说明。图3是从与受光面相反的一侧透视实施方式的像素单元3的说明图。另外，在图3中，表示有与拍摄图像的一像素对应的像素单元3。
[0038]另外，在图3中，为明确像素单元3的构成要素的配置，表示出已将下述多层配线层及支撑基板去除的状态。以下，将像素单元的受光面的法线方向设为X方向，且将在与z方向正交的面内相互垂直的两个方向设为X方向及y方向而进行说明。
[0039]如图3所示，像素单元3具备设置在中央的光电转换元件30及包围光电转换元件30的侧面的元件分离区域4。光电转换元件30具备:P型的半导体区域31，为四棱柱状，设置在半导体层的内部，且向-Z方向延伸；以及N型的半导体区域32，俯视时为L字状，且沿着P型的半导体区域31的相邻两个侧面设置。
[0040]所述光电转换元件30是利用P型的半导体区域31与N型的半导体区域32的PN结所形成的光电二极管，产生与入射光量相应的信号电荷(例如电子)，并将所述信号电荷储存在N型的半导体区域32。因此，以下，将N型的半导体区域32记作电荷储存区域32。
[0041]而且，像素单元3具备浮动扩散区H)、传输晶体管TRS、重置晶体管RST及放大晶体管AMP。浮动扩散区ro是掺杂有N型杂质的区域，设置在半导体层的一表面侧的较浅位置。例如，浮动扩散区FD设置在半导体层的比电荷储存区域32浅的位置，也就是，比电荷储存区域32在z轴上更靠+侧的位置。
[0042]而且，像素单元3在半导体层的与浮动扩散区H)同等的深度位置，具备重置晶体管RST的漏极RSTD、放大晶体管AMP的源极AMPS及放大晶体管AMP的漏极AMPD。
[0043]重置晶体管RST的漏极RSTD、放大晶体管AMP的源极AMPS及放大晶体管AMP的漏极AMro均为掺杂有N型杂质的区域。
[0044]传输晶体管TRS具备传输栅极TRG，在已向传输栅极TRG施加指定电压的情况下，从电荷储存区域32向浮动扩散区FD传输信号电荷。
[0045]放大晶体管AMP具备与浮动扩散区FD连接的放大栅极AMPG，通过使与浮动扩散区FD的电位相应的像素信号在源极AMPS及漏极AMH)间流通而将信号电荷放大。该像素信号向CDS26(参照图2)输出。
[0046]重置晶体管RST具备重置栅极RSTG，在已向重置栅极RSTG施加指定电压的情况下，从浮动扩散区FD向漏极RSTD传输信号电荷，将浮动扩散区FD的电位重置。
[0047]这里，实施方式的传输栅极TRG具备分别与浮动扩散区FD相邻而设的两个栅极，其中一个呈圆柱状，且朝向电荷储存区域32往半导体层的深度方向延伸(以下，记作“第I沟槽栅极TRG1”)，另外一个同样呈圆柱状，且朝向电荷储存区域32往半导体层的深度方向延伸(以下，记作“第2沟槽栅极TRG2” )。
[0048]而且，像素单元3在第I沟槽栅极TRGl与第2沟槽栅极TRG2之间，具备面向浮动扩散区FD的P型的通道区域型的通道区域5是掺杂有P型杂质的半导体区域。在向第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2施加指定电压的情况下，P型的通道区域5形成将成为信号电荷的通路的通道。
[0049]如此，像素单元3在供形成传输晶体管TRS的通道的区域，具备导电型与浮动扩散区FD相反的P型的通道区域5。由此，像素单元3能够抑制在传输晶体管TR_近与入射光无关地产生的电荷成为暗电流并流入到浮动扩散区FD。
[0050]而且，像素单元3具备从两侧夹着P型的通道区域5的第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2。由此，像素单元3通过向第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2施加指定电压，能够使传输晶体管TRS的通道的能量障壁降低到足以传输信号电荷。因此，根据像素单元3，例如与只在P型的通道区域5的单侧存在沟槽栅极的其他像素单元相比，能够提高信号电荷的传输特性。
[0051]其次，参照图4?图6，对照实施方式的像素单元3的截面构造，对传输晶体管TRS的信号电荷的传输路径进行说明。图4?图6是表示实施方式的像素单元3的截面及信号电荷的传输路径的说明图。在图4?图6中，对于像素单元3的构成要素中与图3中所示的构成要素相同的构成要素，标注与图3中所示的符号相同的符号。
[0052]另外，在图4中，表示出沿着图3中的A-A’线剖开的像素单元3的截面，在图5中，表示出沿着图3中的B-B’线剖开的像素单元3的截面，在图6中，表示出沿着图3中的C-C’线剖开的像素单元3的截面。而且，图5及图6中所示的粗线箭头表示信号电荷的流动。
[0053]如图4所示，像素单元3在侧面被元件分离区域4包围的P型或N型的半导体层33的内部具备光电转换元件30，在半导体层33的背面侧具备抗反射膜61、彩色滤光片62及微透镜63。
[0054]元件分离区域4为DTI(Deep Trench Isolat1n，深沟槽隔离区)，具备:绝缘部件41，埋入到从半导体层33的表面向半导体层33的深度方向形成的沟槽中；以及区域42，掺杂有P型杂质，且设置在绝缘部件41的侧面及底面。
[0055]而且，如图4所示，光电转换元件30具备向半导体层33的深度方向延伸的、相邻的P型的半导体区域31及N型的电荷储存区域32。由此，光电转换元件30能够不使受光面的面积增大，而通过在半导体层33的深度方向上争取PN结面积，以此来提高受光灵敏度。
[0056]进而，光电转换元件30通过使电荷储存区域32向半导体层33的深度方向延伸，能够不使受光面积增大，而使电荷储存区域32的饱和电子数增大。所述光电转换元件30将从半导体层33的背面侧入射的光光电转换成信号电荷，并将所述信号电荷储存在电荷储存区域32。
[0057]浮动扩散区H)设置在半导体层33的比光电转换元件30浅的位置。放大栅极AMPG隔着栅极绝缘膜34设置在半导体层33的表面。
[0058]而且，如图5所示，放大晶体管AMP的源极AMPS设置在半导体层33的比光电转换元件30浅的位置。另外，放大晶体管AMP的漏极AMPD(参照图3)也与源极AMPS同样地，设置在半导体层33的比光电转换元件30浅的位置。
[0059]传输栅极TRG是所谓的双沟槽构造，也就是，具备从半导体层33的表面一直到达光电转换元件30的电荷储存区域32的上表面的第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2 J型的通道区域5设置在第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2之间。
[0060]而且，本实施方式中，在制造步骤中，在第2沟槽栅极TRG2的、与面向第I沟槽栅极TRGl—侧的侧面为相反侧的侧面，也形成掺杂有P型杂质的P型的通道区域51。也就是说，在隔着第2沟槽栅极TRG2而与P型的通道区域5对向的位置，也与第2沟槽栅极TRG2接触地形成P型的通道区域51。
[0061]另外，P型的通道区域5也可为如下构成:包含由第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2夹着的区域，且包围传输栅极TRG的埋入到半导体层33中的部位整体。
[0062]换句话说，传输栅极TRG也可为如下构成:在设置于半导体层33的表层的P型的通道区域的内部，埋入有第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2。
[0063]而且，如图6所示，重置晶体管RST的漏极RSTD设置在半导体层33的与浮动扩散区FD同等的深度位置。重置栅极RSTG隔着栅极绝缘膜35设置在半导体层33的表面。而且，如该图所示，P型的通道区域5设置在侧面与浮动扩散区FD接触的位置。
[0064]如此，像素单元3在N型的浮动扩散区H)与电荷储存区域32之间，具备相反导电型的P型的通道区域5。由此，在未向传输栅极TRG施加电压的情况下，也就是，在传输晶体管TRS为OFF(断开)的情况下，像素单元3能够抑制与入射光无关地产生的电荷成为暗电流并流入到浮动扩散区FD。
[0065]而且，在从电荷储存区域32向浮动扩散区H)传输信号电荷的情况下，像素单元3向传输栅极TRG施加指定的电压，在P型的通道区域5形成通道，使传输晶体管TRS为ON(接通)。
[0066]由此，如图5中的粗线箭头所示，信号电荷被从电荷储存区域32提取到P型的通道区域5，并如图6中的粗线箭头所示，向浮动扩散区FD传输。
[0067]这时，P型的通道区域5是通过第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2而从两侧被施加电压，因此与从单侧施加电压的情况相比，能量障壁的高度更加大幅地降低。由此，例如与只在P型的通道区域5的单侧存在沟槽栅极的其他像素单元相比，像素单元3能够提高信号电荷的传输特性。
[0068]而且，如图5所示，像素单元3在第2沟槽栅极TRG2的与设置有P型的通道区域5—侧为相反侧的侧面，也具备掺杂有P型杂质的P型的通道区域51。因此，像素单元3通过向传输栅极TRG施加电荷，能够在P型的通道区域51也形成通道。
[0069]由此，像素单元3穿过形成在P型的通道区域5、51这两处的通道，从电荷储存区域32向浮动扩散区FD传输信号电荷，由此能够进一步提高信号电荷的传输特性。
[0070]其次，参照图7，对实施方式的传输晶体管TRS的能量障壁进行说明。图7是表示实施方式的传输晶体管TRS的0N/0FF状态下的能量障壁的说明图。
[0071]如图7所示，在传输晶体管TRS为未向传输栅极TRG施加电压的OFF状态的情况下，如该图中的两点链线所示，P型的通道区域5的能量障壁最高。由此，信号电荷被储存在电荷储存区域32。
[0072]这里，例如在沟槽栅极为一条的情况下，如果向沟槽栅极施加电压(使单沟槽为0N)，那么如该图中的单点链线所示，无法使P型的通道区域5的能量障壁充分地降低。在该情况下，存在信号电荷未被传输而残留在电荷储存区域32的情况。而且，残留在电荷储存区域32的信号电荷成为在拍摄图像上产生残像的原因。
[0073]与此相对地，实施方式的传输晶体管TRS向第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2施加电压(使双沟槽为0N)，因此如该图中的实线所示，能够充分地降低P型的通道区域5的能量障壁。因此，像素单元3能够通过防止在电荷储存区域32发生信号电荷的残留，以此来防止在拍摄图像上产生残像。
[0074]其次，参照图8A?图11B，对实施方式的像素单元3的制造方法进行说明。图8A?图1lB是表示实施方式的像素单元3的制造步骤的剖视说明图。另外，这里，对于像素单元3的图5所示部分的制造步骤详细地进行说明，对于图4及图6所示部分简单地进行说明。
[0075]在制造像素单兀3时，首先，如图8A所不，例如，在娃晶片等半导体基板100上，使P型或N型的硅层外延生长，由此形成半导体层33。
[0076]继而，向半导体层33，离子注入例如硼等P型杂质，进而，向半导体层33，离子注入例如磷等N型杂质。然后，通过进行退火处理，使半导体层33内部的N型的电荷储存区域32、P型的半导体区域31(参照图4)活化，而形成光电转换元件30。
[0077]继而，向半导体层33的一表面侧的较浅位置、例如比光电转换元件30浅的位置，离子注入磷等N型杂质，并进行退火处理，由此形成放大晶体管AMP的源极AMPS。
[0078]这时，同样地，在放大晶体管AMP的漏极AMPD、重置晶体管RST的漏极RSTD及浮动扩散区FD的形成位置，也离子注入例如磷等N型杂质，并进行退火处理。
[0079 ]由此，与放大晶体管AMP的源极AMPS同时地，形成放大晶体管AMP的漏极AMPD、重置晶体管RST的漏极RSTD及浮动扩散区FD(参照图3)。
[0080]继而，如图SB所示，在半导体层33的表面形成抗蚀剂膜71，并对抗蚀剂膜71进行图案化，由此使半导体层33中的元件分离区域4(参照图3)的形成位置的表面露出。[0081 ]然后，将抗蚀剂膜71作为掩模使用，进行例如RIE(ReactiVe 1n Etching，反应性离子蚀刻)，由此如图SC所示，形成从半导体层33的正面侧向背面侧延伸的用于DTI的沟槽72。
[0082]继而，朝向沟槽72的内周面，从倾斜方向离子注入例如硼等P型杂质。这时，一边改变离子的照射方向，一边分成多次进行离子注入。由此，能够向沟槽72的整个内周面，进行硼的离子注入。
[0083]然后，通过进行退火处理，如图9A所示，在沟槽72的内侧面及底面形成掺杂有P型杂质的区域42。继而，如图9B所示，在将抗蚀剂膜71剥离之后，利用例如CVD(ChemicalVapor Depos it 1n，化学气相沉积法)，埋入氧化娃等绝缘部件41，由此形成元件分离区域4。
[0084]然后，如图9C所示，在半导体层33的表面形成抗蚀剂膜73。然后，通过将抗蚀剂膜73图案化，使半导体层33的第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2(参照图3)的形成位置的表面露出。这时，以使露出部分的半导体层33的表面成为大致圆形状的方式，将抗蚀剂膜73
图案化。
[0085]然后，将抗蚀剂膜73作为掩模使用，进行例如RIE。由此，如图1OA所示，形成从半导体层33的表面侧向光电转换元件30侧延伸的用于第I沟槽栅极TRGl的沟槽74及用于第2沟槽栅极TRG2的沟槽75。
[0086]继而，朝向由两条沟槽74、75夹着的区域，从倾斜方向，一边改变离子的照射方向，一边分成多次离子注入例如硼等P型杂质。这时，对于两条沟槽74、75中不与元件分离区域4接触的沟槽75，向与由两条沟槽74、75夹着的区域为相反侧的侧面也离子注入硼。
[0087]然后，通过进行退火处理，如图1OB所示，在呈大致圆柱状的两条沟槽74、75之间，形成P型的通道区域5。这时，在不与元件分离区域4接触的沟槽75的、与和P型的通道区域5接触一侧为相反侧的侧面，也形成掺杂有P型杂质的P型的通道区域51。
[0088]然后，在将抗蚀剂膜73剥离之后，在半导体层33的表面，利用例如CVD，积层多晶硅等导电性部件，并将不必要部分的导电性部件去除。由此，如图1OC所示，形成具备第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2的传输栅极TRG。与此同时，形成重置栅极RSTG及放大栅极AMPG(参照图3)。
[0089]继而，如图1lA所示，在半导体层33的表面形成多层配线层8，并将例如硅晶片等支撑基板101贴合在多层配线层8的表面。多层配线层8是通过重复一系列步骤而形成，所述步骤例如为，在半导体层33的表面形成氧化硅等层间绝缘膜81，在层间绝缘膜81上将配线用沟槽图案化，并在沟槽内埋入铜等金属，从而形成多层配线82。
[0090]然后，在支撑着支撑基板101的状态下，从背面侧对半导体基板100进行研削及研磨，由此使半导体层33的背面露出。然后，如图1lB所示，在露出的半导体层33的背面，利用例如氮化硅形成抗反射膜61之后，在抗反射膜61的背面，依次形成彩色滤光片62及微透镜63，由此完成像素单元3。
[0091]如上所述，实施方式的固态摄像装置具备半导体层、设置在半导体层的光电转换元件以及设置在半导体层的一表面侧的较浅位置的浮动扩散区。而且，固态摄像装置在浮动扩散区的旁边，具备从半导体层的表面朝向光电转换元件往半导体层的深度方向延伸的多个沟槽栅极，且在沟槽栅极间，具备导电型与浮动扩散区相反的半导体区域。
[0092]在所述固态摄像装置中，在未向沟槽栅极施加电压的情况下，设置在沟槽栅极间的半导体区域的导电型与浮动扩散区相反，因此成为试图向浮动扩散区流入的暗电流的障壁。
[0093]因此，根据实施方式的固态摄像装置，在未向沟槽栅极施加电压的情况下，能够抑制与入射光无关地产生的电荷流入到浮动扩散区。
[0094]而且，在固态摄像装置中，通过向多个沟槽栅极施加电压，能够从两侧向沟槽栅极间的半导体区域施加电压。因此，固态摄像装置通过使沟槽栅极间的半导体区域的能量障壁降低到足以从光电转换元件向浮动扩散区传输信号电荷，能够提高信号电荷的传输特性。
[0095]而且，设置在实施方式的沟槽栅极间的半导体区域与浮动扩散区接触。由此，根据固态摄像装置，通过向沟槽栅极施加电压，能够将通道形成至极其靠近浮动扩散区的位置，从而能够进一步提高信号电荷的传输特性。
[0096]而且，实施方式的沟槽栅极均为大致圆柱状。因此，制作沟槽栅极时所使用的掩模例如可使用在半导体层的沟槽栅极的形成位置图案化有单纯的大致圆形状的孔而成的抗蚀剂膜，无需对抗蚀剂膜施以复杂的图案化。
[0097]另外，在所述实施方式中，对第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2为大致圆柱状的情况进行了说明，但第I沟槽栅极TRGl及第2沟槽栅极TRG2的形状并不限定于此。
[0098]以下，参照图12A及图12B，对实施方式的变化例进行说明。图12A及图12B是表示实施方式的变化例的像素单元的说明图。在图12A中，选择性地表示出变化例I的像素单元的传输栅极TRG3附近部分。而且，在图12B中，表示出变化例2的像素单元3a。
[0099]另外，变化例I的像素单元是除第I沟槽栅极TRG4、第2沟槽栅极TRG5及掺杂有P型杂质的P型的通道区域52的形状与图3所示传输栅极TRG不同的点以外，其他与图3所示的像素单元3相同的构成。
[0100]如图12A所示，变化例I的像素单元的传输栅极TRG3具备与浮动扩散区FD相邻而设的板状的第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5。
[0101]而且，变化例I的像素单元在第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5之间，具备面向浮动扩散区FD的P型的通道区域52。
[0102]第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5均从半导体层33的表面向浮动扩散区H)延伸，且主面彼此对向。另外，这里所谓的主面是指第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5的侧面中面积最大的侧面。这里，第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5的侧面中面向P型的通道区域52的面是主面。
[0103]根据变化例I的像素单元，能够扩大P型的通道区域52，因此在传输晶体管为OFF的情况下，能够进一步抑制暗电流流入到浮动扩散区FD。
[0104]而且，根据变化例I的像素单元，在已向第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5施加电压的情况下，已扩大的P型的通道区域52成为通道，因此能够进一步提高信号电荷的传输特性。
[0105]另外，虽然在此之前是举出相对于一个光电转换元件30设置一个浮动扩散区FD的情况为例，但实施方式的像素单元也可为多个光电转换元件30共有一个浮动扩散区FD的构成。
[0106]例如，也可像图12B所示的变化例2的像素单元3a那样，为四个光电转换元件30共有一个浮动扩散区ro的构成。另外，图12B所示的各光电转换元件30是与图3所示的光电转换元件30相同的构成。
[0107]在设定为所述构成的情况下，例如，如图12B所示，在像素单元3a内呈二行二列设置四个光电转换元件30。各光电转换元件30是使俯视时为L字状的电荷储存区域32的L字的角部朝向像素单元3a的中央配置。各光电转换元件30之间是利用元件分离区域4而在电学上进行元件分离。
[0108]而且，在像素单元3a的中央且半导体层的一表面侧的较浅位置、例如比光电转换元件30浅的位置，设置浮动扩散区H)。进而，设置传输栅极TRG6，所述传输栅极TRG6具备从半导体层的表面朝向各电荷储存区域32的L字的角部延伸的第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5。
[0109]而且，在各第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5之间，设置P型的通道区域52。第I沟槽栅极TRG4、第2沟槽栅极TRG5、P型的通道区域52为与图12A所示部件相同的形状。
[0110]由此，在所谓的四像素一单元的像素单元3a中，也能够一边抑制暗电流流入到浮动扩散区FD，一边提高从四个各光电转换元件30向浮动扩散区FD的信号电荷的传输特性。
[0111]另外，在图12B所示的像素单元3a中，对第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5为板状的情况进行了说明，但第I沟槽栅极TRG4及第2沟槽栅极TRG5也可为大致圆柱状(参照图3)0
[0112]另外，在所述实施方式及变化例中，举出传输栅极具备两条沟槽栅极的情况为例进行了说明，但实施方式的传输栅极也可为具备三条以上沟槽栅极的构成。
[0113]在该情况下，在三条以上沟槽栅极的各自之间，设置掺杂有P型杂质的P型的半导体区域，在沟槽间的P型的半导体区域全部面向浮动扩散区或与其接触的位置，配置俯视时呈一列的沟槽栅极。
[0114]而且，在所述实施方式中，对像素单元在多条沟槽栅极之间具备导电型与浮动扩散区相反的P型的通道区域的情况进行了说明，但通道区域的导电型也可与浮动扩散区相同。
[0115]例如，存在沟槽栅极及半导体层间的界面状态良好，在界面上几乎没有结晶缺陷的情况、或根据向沟槽栅极施加的电压的设计而无需考虑暗电流的情况。在该情况下，像素单元也可为在多条沟槽栅极之间具备N型的半导体区域作为通道区域的构成。另外，在半导体层的导电型为N型的情况下，通道区域的N型的杂质浓度比半导体层的N型的杂质浓度高。
[0116]由此，像素单元使从光电转换元件向浮动扩散区的信号电荷的传输特性(传输的容易性)提高。而且，在像素单元中，在使传输晶体管为ON的情况下，利用两条沟槽栅极，从两侧向通道区域施加电压，因此传输晶体管的信号电荷的传输能力增大。
[0117]也就是说，实施方式的固态摄像装置即便通道区域5、51、52成为N型，也能产生已参照图7所说明的由double gate(双栅极)化带来的potential swing(电位摆动)的能力改善效果。
[0118]因此，根据所述像素单元，在使传输晶体管为ON的情况下，能够抑制信号电荷残留在光电转换元件中，因此能够抑制在拍摄图像上产生残像。
[0119]已对本发明的若干实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子提出，并非意图限定发明的范围。这些新颖的实施方式能够通过其他各种方式来实施，且能够在不脱离发明主旨的范围内进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变化包含在发明的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及其均等的范围内。
【主权项】
1.一种固态摄像装置，其特征在于具备: 半导体层； 光电转换元件，设置在所述半导体层； 浮动扩散区；设置在所述半导体层的一表面侧的较浅位置； 多个栅极，分别与所述浮动扩散区相邻而设，且朝向所述光电转换元件往所述半导体层的深度方向延伸；以及 半导体区域，面向所述浮动扩散区而设置在所述栅极之间。2.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于 所述半导体区域是: 导电型与所述浮动扩散区相反。3.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于 所述半导体区域是: 导电型与所述浮动扩散区相同。4.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于 所述多个栅极为 大致圆柱状。5.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于 所述多个栅极为板状，且 主面彼此对向。6.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于 所述光电转换元件具备: 导电型为P型的区域，为四棱柱状，且设置在所述半导体层的内部；以及 导电型为N型的区域，俯视时为L字状，且沿着所述导电型为P型的区域的相邻两个侧面设置。7.根据权利要求6所述的固态摄像装置，其特征在于 所述浮动扩散区是: 设置在所述导电型为N型的区域上。8.根据权利要求6所述的固态摄像装置，其特征在于 所述栅极是: 从所述半导体层的表面一直到达所述导电型为N型的区域的上表面。9.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于还具备半导体区域， 该半导体区域设置在隔着所述栅极与所述半导体区域对向的位置。10.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于 所述栅极是: 埋入到设置于所述半导体层的表层的所述半导体区域的内部。11.根据权利要求1所述的固态摄像装置，其特征在于 所述半导体区域设置在侧面与所述浮动扩散区接触的位置。12.根据权利要求6所述的固态摄像装置，其特征在于 所述光电转换元件是: 在像素单元内呈二行二列设置有四个，且分别是使所述俯视时为L字状且导电型为N型的区域的L字的角部朝向所述像素单元的中央配置； 所述浮动扩散区是: 设置在所述像素单元的中央且所述半导体层的比所述光电转换元件浅的位置;且 所述栅极是: 从所述半导体层的表面朝向各所述导电型为N型的区域的L字的角部延伸。13.—种固态摄像装置的制造方法，其特征在于包括如下步骤: 在半导体层形成光电转换元件； 在所述半导体层的一表面侧的较浅位置形成浮动扩散区； 在所述浮动扩散区的旁边，形成朝向所述光电转换元件往所述半导体层的深度方向延伸的多个沟槽； 在所述多个沟槽之间形成半导体区域；以及 向所述沟槽中埋入导电性部件而形成栅极。14.根据权利要求13所述的固态摄像装置的制造方法，其特征在于 形成所述半导体区域包括: 形成导电型与所述浮动扩散区相反的所述半导体区域。15.根据权利要求13所述的固态摄像装置的制造方法，其特征在于 形成所述沟槽包括: 形成圆筒形的所述沟槽。16.根据权利要求13所述的固态摄像装置的制造方法，其特征在于 形成所述半导体区域包括: 朝向由所述多个沟槽夹着的区域，从倾斜方向，一边改变杂质的照射方向，一边进行杂质的注入。17.根据权利要求16所述的固态摄像装置的制造方法，其特征在于 形成所述半导体区域包括: 向所述沟槽的两侧面注入所述杂质。18.根据权利要求13所述的固态摄像装置的制造方法，其特征在于 形成所述光电转换元件包括: 在所述半导体层的内部形成四棱柱状的导电型为P型的区域；以及沿着所述导电型为P型的区域的相邻两个侧面，形成俯视时为L字状且导电型为N型的区域。19.根据权利要求18所述的固态摄像装置的制造方法，其特征在于 形成所述浮动扩散区包括: 在所述导电型为N型的区域上形成所述浮动扩散区。20.根据权利要求18所述的固态摄像装置的制造方法，其特征在于 形成所述沟槽包括: 形成从所述半导体层的表面一直到达所述导电型为N型的区域的上表面的所述沟槽。
【文档编号】H01L27/146GK105826336SQ201610028492
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年1月15日
【发明人】大石周
【申请人】株式会社东芝