固体摄像装置及其制造方法
【专利摘要】本发明提供一种固体摄像装置，具备：基板(30)、形成在基板(30)上的绝缘体层(31)、形成在绝缘体层(31)上的半导体层(32)、形成在半导体层(32)上的硅层(33)。硅层(33)具有多个像素部，该多个像素部各自具有：光电变换部(34)，其将光变换为信号电荷；和电路，其读出信号电荷。绝缘体层(31)的折射率比半导体层(32)的折射率小。
【专利说明】固体摄像装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种固体摄像装置及其制造方法，特别地涉及一种将包含光电变换部在内的像素部排列为阵列状的MOS图像传感器等的固体摄像装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]近年来，虽然希望将固体摄像装置高画质化以及小型化，但像素尺寸的微小化方面，存在物理上的界限，此外，伴随微小化而产生的灵敏度的下降也是个很大的问题。
[0003]在例如专利文献I以及专利文献2等中提出了解决这些问题的现有现有的固体摄像装置。下面，参照图15以及图16，对现有现有的第I固体摄像装置以及第2固体摄像装置进行说明。
[0004]如图15所示,现有的第I固体摄像装置在SOI (silicon on insulator,绝缘体上硅)基板100形成光电变换部102。具体来讲，SOI基板100具有多个硅层101a、101b，在硅层IOla与IOlb之间形成埋入绝缘膜103。在位于埋入绝缘膜103上的硅层101b，形成光电变换部102。埋入绝缘膜103是反射长波长的光的结构，通过改善光电变换部102中的长波长的光的吸收效率，从而提高灵敏度。由于现有的第I固体摄像装置是提高灵敏度的结构，因此能够将光电变换部102形成得浅，能够抑制与相邻像素的混合色。
[0005]如图16所示，现有的第2固体摄像装置与现有的第I固体摄像装置同样地，在设置了光电变换部201的半导体层200下，形成反射结构202。具体来讲，反射结构202不是单一的绝缘膜，而是氧化硅(Si02)膜以及氮化硅(SiN)膜层叠的结构，提高光电变换部201对于长波长的光的灵敏度。此外，虽然未图示，但在光电变换部201上形成凸透镜以及凹透镜，通过使射入的光相对于半导体层200的表面垂直射入，从而抑制混合色。
[0006]在先技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1:日本特开200654252号公报
[0009]专利文献2:日本特开200471817号公报
[0010]发明要解决的课题
[0011]但是，由于现有的固体摄像装置形成设置了光电变换部的硅层或者半导体层，以使得在反射结构上与该反射结构相接，因此形成的硅层或者半导体层包含许多结晶缺陷，与通常的块体(bulk)基板相比较，结晶品质恶劣。因此，在现有的固体摄像装置中，存在产生因形成光电变换部的硅层或者半导体层不良好的结晶而引起的白斑等问题。
【发明内容】
[0012]本发明鉴于上述的问题，其目的在于得到一种能够防止白斑等的光电变换部的缺陷的高灵敏度的固体摄像装置。
[0013]解决课题的手段
[0014]为了达成上述的目的，本发明使固体摄像装置成为具有在绝缘体层上通过半导体层形成的硅层的结构。
[0015]具体来讲，与本发明有关的固体摄像装置具备:基板；绝缘体层，其形成在基板上；半导体层，其形成在绝缘体层上；和硅层，其形成在半导体层上，硅层具有多个像素部，该多个像素部各自具有:光电变换部，其将光变换为信号电荷；和电路，其读出信号电荷，绝缘体层的折射率比所述半导体层的折射率小。
[0016]通过本发明的固体摄像装置，由于具备:在绝缘体层上形成的半导体层、具有在半导体层上形成的光电变换部的硅层，因此能够减少形成光电变换部的硅层的结晶缺陷。其结果，能够得到防止因硅层的结晶缺陷而引起的白斑等的固体摄像装置。并且，由于绝缘体层的折射率比半导体层的折射率小，能够在绝缘体层与半导体层之间的界面反射入射光，因此能够特别提高长波长的光的灵敏度。
[0017]在与本发明有关的固体摄像装置中，绝缘体层也可以包含:具有杂质的硅氧化膜、硅氮化膜以及金属氧化膜的任意一种。
[0018]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好为绝缘体层包含P型杂质，绝缘体层中的P型杂质的浓度是I X 1010ions/cm2以上。
[0019]这样，由于能够保持半导体层的孔浓度稳定，因此能够增强防止在形成硅层时在硅层产生结晶缺陷等的效果。
[0020]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好为半导体层由具有杂质的硅组成，半导体层中的杂质的浓度是lX1017ions/cm3以上。
[0021]这样，能够增强防止在形成硅层时在硅层产生结晶缺陷等的效果。
[0022]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好为绝缘体层与半导体层之间的界面的局部平坦度，即SFQR为0.1 μ m以下。
[0023]这样，通过防止绝缘体层与半导体层之间的界面的漫反射，从而能够防止向相邻像素的混合色，进一步地，通过反射率的提闻，能够提闻灵敏度。
[0024]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好为硅层包含:光射入的摄像区域、遮光使光不射入的光学黑色区域，在摄像区域与光学黑色区域之间，形成贯通硅层、半导体层以及绝缘体层，并露出基板的沟部。
[0025]这样，通过沟部能够防止在绝缘体层与半导体层的界面反射的光射入到光学黑色区域，能够减少成为基准像素的光学黑色区域的信号的噪声(noise)。
[0026]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好在彼此相邻的光电变换部彼此之间，形成贯通硅层、半导体层以及绝缘体层，并露出基板的沟部。
[0027]这样，通过彼此相邻的光电变换部彼此之间的沟部，由于能够防止倾斜射入的光射入到相邻像素，因此能够防止混合色。
[0028]在这种情况下，最好在沟部埋入多晶硅膜，半导体层通过多晶硅膜被被固定在接地电位。
[0029]这样，能够防止噪声电荷漏入光电变换部，得到高品质的图像。
[0030]此外，在这种情况下，最好为基板是η型半导体基板，被固定在电源电位。
[0031]这样，能够将过剩产生的电荷排除到基板侧。
[0032]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好为沟部的宽度从半导体层侧向基板侧变宽。[0033]这样，由于入射光进行反射使得向光电变换部的中心集中，因此能够防止混合色，更加提高灵敏度。
[0034]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好为各像素部中的绝缘体层的厚度各不相同。
[0035]这样，能够考虑在各像素形成的滤色器的特性，并调整为适当的反射特性，能够提高足够的灵敏度和防止混合色。
[0036]在与本发明有关的固体摄像装置中，最好为多个光电变换部包含:第I光电变换部以及与该第I光电变换部相邻的第2光电变换部，还具备在第I光电变换膜以及第2光电变换膜上分别形成的第I滤色器以及第2滤色器，第I滤色器透射波长比第2滤色器长的光，第I光电变换部被形成为伸入到第2光电变换部的下方。
[0037]这样，射入到光电变换部，未被完全吸收的波长长的光，在绝缘体层与半导体层的界面反射，由于能够防止漏入到相邻像素，因此能够防止混合色。
[0038]在这种情况下，最好是第I滤色器透射绿色光，第2滤色器透射蓝色光。
[0039]这样，能够不降低蓝色的像素的灵敏度，防止来自绿色的像素的混合色，并且提高绿色的像素的灵敏度。
[0040]与本发明有关的固体摄像装置的制造方法具备:在基板上形成绝缘体层的工序；在绝缘体层上形成半导体层的工序；在半导体层上形成硅层的工序；和在硅层形成多个光电变换部以及多个电路的工序，其中，该多个光电变换部将光变换为信号电荷，该多个电路读出信号电荷，绝缘体层的折射率比半导体层的折射率小。
[0041]通过与本发明有关的固体摄像装置的制造方法，由于具备在绝缘体层上形成半导体层的工序、在半导体层上形成硅层的工序，因此能够减少形成光电变换部的硅层的结晶缺陷。其结果，能够得到对因硅层的结晶缺陷而引起的白斑等进行防止的固体摄像装置。此夕卜，由于绝缘体层的折射率比半导体层的折射率小，在绝缘体层与半导体层的界面能够反射入射光，因此能够特别提高长波长的光的灵敏度。
[0042]与本发明有关的固体摄像装置的制造方法，最好还具备形成贯通所述硅层、半导体层以及绝缘体层，并露出所述基板的沟部的工序。
[0043]发明效果
[0044]通过与本发明有关的固体摄像装置及其制造方法，能够得到能够防止白斑等的光电变换部的缺陷的高灵敏度的固体摄像装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0045]图1是表示与本发明的第I实施方式有关的固体摄像装置的电路图。
[0046]图2是表示与本发明的第I实施方式有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0047]图3是表示与本发明的第I实施方式的一个变形例有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0048]图4是表示硅层中的深度位置与光强度比的关系的曲线图。
[0049]图5是表示与本发明的第2实施方式有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。[0050]图6是表示与本发明的第3实施方式有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0051]图7是表示与本发明的第3实施方式的第I变形例有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0052]图8是表示与本发明的第3实施方式的第2变形例有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0053]图9是表示与本发明的第3实施方式的第3变形例有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0054]图10是表示与本发明的第4实施方式有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0055]图11 (a)?图11 (C)是按照工序顺序表示与本发明的第I实施方式?第4实施方式有关的固体摄像装置的制造方法的剖面图。
[0056]图12(a)以及图12(b)是按照工序顺序表示与本发明的第I实施方式?第4实施方式有关的固体摄像装置的制造方法的剖面图。
[0057]图13是表示与本发明的第I实施方式?第4实施方式有关的固体摄像装置的制造方法的一个工序的剖面图。
[0058]图14是表示与本发明的第5实施方式有关的固体摄像装置的像素阵列区域的结构的剖面图。
[0059]图15是表示现有的第I固体摄像装置的结构的剖面图。
[0060]图16是表示现有的第2固体摄像装置的结构的剖面图。
[0061]符号说明:
[0062]10固体摄像装置
[0063]11像素部
[0064]12像素阵列区域
[0065]13垂直移位寄存器
[0066]14水平移位寄存器
[0067]15输出电路
[0068]16输出端子
[0069]17光电二极管(光电变换部)
[0070]18浮动扩散部
[0071]19传送晶体管
[0072]20放大晶体管
[0073]21重置晶体管
[0074]22选择晶体管
[0075]23输出信号线
[0076]30半导体基板
[0077]31、31a?31c绝缘体层
[0078]32半导体层
[0079]33 硅层[0080]34光电二极管
[0081]34a (绿色像素的)光电二极管
[0082]34b (蓝色像素的)光电二极管
[0083]35分离部
[0084]36晶体管
[0085]36a扩散区域
[0086]36b STI分离区域
[0087]36c栅极电极
[0088]37绝缘膜
[0089]38多层配线
[0090]40摄像区域
[0091]41光学黑色区域
[0092]42a、42b 沟部
[0093]43a,43c (绿色的)像素
[0094]43b (红色的)像素
[0095]44滤色器
[0096]44a透射绿色光的滤波器
[0097]44b透射蓝色光的滤波器
【具体实施方式】
[0098](第I实施方式)
[0099]参照图1?图4，对与本发明的第I实施方式有关的固体摄像装置进行说明。另夕卜，本发明并不限定于下面的实施方式。此外，在不脱离实现本发明的效果的范围内，能够进行适当变更。进一步地，也能够使各实施方式与其他的实施方式组合。
[0100]如图1所示，与本发明的第I实施方式有关的固体摄像装置10是多个像素部11排列为阵列状的MOS (Metal Oxide Semiconductor,金属氧化半导体)图像传感器(imagesensor)。固体摄像装置10具有:包含排列为阵列状的多个像素部11在内的像素阵列区域
12、垂直移位寄存器(shift register) 13、水平移位寄存器14、输出电路15以及输出端子16。
[0101]像素阵列区域12的多个像素部11分别具有:作为光电变换部的光电二极管(photo-diode) 17、浮动扩散(floating diffusion)部18、传送晶体管19、放大晶体管20、重置晶体管21以及选择晶体管22。通过输出信号线23，将输出电路15和各选择晶体管22分别连接。
[0102]通过对入射光进行光电变换，光电二极管17生成信号电荷。由光电二极管17生成的信号电荷通过传送晶体管19，被传送到浮动扩散部18。被传送到浮动扩散部18的信号电荷，通过放大晶体管20被放大，通过由垂直移位寄存器13控制的选择晶体管22以及输出信号线23，被传递到输出电路15。进一步地，被传递到输出电路15的信号电荷，通过水平移位寄存器14被从输出端子16输出。此外，存储在浮动扩散部18中的剩余电荷，通过漏极区域连接电源线的重置晶体管21，被排出到外部。[0103]另外，既可以按每个像素部11，在各光电二极管17上形成透射绿色光的绿色滤波器、透射红色光的红色滤波器以及透射蓝色光的蓝色滤波器的任意一种，也可以在各滤波器上形成集成微透镜。
[0104]接下来，对固体摄像装置10具备的像素阵列区域12的剖面结构的一个例子进行说明。如图2所示，在半导体基板30上，依次形成绝缘体层31、半导体层32以及硅层33。在娃层33形成多个光电二极管34。光电二极管34是受光部的一个例子,从娃层33的表面(上表面)扩展到背面(下表面)。在多个光电二极管34彼此之间形成分离部35。另外，光电二极管34相当于图1所示的光电二极管17。
[0105]在硅层33中的分离部35的上部，形成将存储在光电二极管34中的电荷读出的晶体管36。另外，晶体管36是图1所示的像素部11具备的晶体管，是例如传送晶体管19、放大晶体管20或者选择晶体管22。作为一个例子，在图2中将传送晶体管19表示为晶体管36。在晶体管36,使用MOS型结构，围绕扩散区域36a形成STI (Shallow Trench Isolation,浅沟道隔离)分离区域36b，在扩散区域36a上通过栅极氧化膜(未图示)，形成栅极电极36c。在栅极电极36c上，形成多层的绝缘膜(硅氧化膜以及硅氮化膜)37，在绝缘膜37形成多层配线38，通过多层配线38控制晶体管36。
[0106]半导体基板30由例如硅组成，如果能确保能够运送的强度，则也可以使用玻璃基板或者由其他的半导体材料组成的基板。
[0107]半导体层32由例如硅组成，其厚度为IOOnm~500nm左右。在绝缘体层31上形成的半导体层32具有许多结晶缺陷，由于结晶缺陷被封锁在半导体层32内，因此在半导体层32上形成的硅层33能够具有良好的结晶性。
[0108]硅层33的厚度为Ιμm~5μm左右。在形成于硅层33的光电二极管34，进行接合以使得例如第I导电型(η型)的区域被第2导电型(P型)的区域夹持。具体来讲，从硅层33的表面侧，依次形成第2导电型(P型)区域、第I导电型(η型)区域以及第2导电型(P型)区域。光电二极管34的第I导电型(η型)区域的杂质浓度为I X IO15~lX1018ions/cm3左右，第2导电型(p型)区域的杂质浓度为I X IO15~I X 102Clions/cm3左右。此外，在多个光电二极管34彼此之间形成的分离部35，为第2导电型(P型)，其杂质浓度为 I X IO17 ~I X 102Clions/cm3 左右。
[0109]包围第I导电型(η型)区域的第2导电型(P型)区域，通过形成在半导体基板30的表面侧的配线，与接地电位(GND)电连接。半导体层32是第2导电型(ρ型)，杂质浓度为I X 1017ions/cm3以上,最好是由杂质浓度为I X 1017ions/cm3~I X 102°ions/cm3左右的硅组成的层。因此，构成为在形成硅层33时，因被封锁在半导体层32中的结晶缺陷而引起的噪声电荷，对输出的信号电荷不做出贡献。
[0110]绝缘体层31是例如硅氧化膜、硅氮化膜或者金属氧化膜等。此外，通过将例如硼等作为P型杂质进行离子注入，从而对绝缘体层31进行改质，该P型杂质浓度是lX1010ions/cm2以上，最好是I X 10lclions/cm2左右。绝缘体层31的孔扩散到绝缘体层31上的半导体层32，能够去除因被封锁的结晶缺陷引起的噪声电荷。
[0111]在本实施方式中，在半导体基板30上，形成单层的绝缘体层31，但也可以如图3所示，作为第I实施方式的一个变形例，形成例如7层的绝缘体层31，只要形成至少I层以上的绝缘体层就可以。在由层叠膜构成绝缘体层31的情况下，可以使例如硅氧化膜、硅氮化膜以及金属氧化膜等不同的膜组合。
[0112]由例如硅组成的半导体层32的折射率，在可见光的波长区域为3.8?5.6左右。此外，绝缘体层31的折射率，在由例如硅氧化膜组成的情况下，在可见光的波长区域为
1.4?1.5左右，在由硅氮化膜组成的情况下，在可见光的波长区域为1.9?2.1左右，在由作为金属氧化膜的氧化钛组成的情况下，在可见光的波长区域为2.7?3.3左右，比由硅组成的半导体层32的折射率小。这里，除上述材料以外，也可以使用使绝缘体层31的折射率小于半导体层32的折射率的材料的组合。
[0113]接下来，关于各波长的光，对硅层33的深度与该深度位置的光强度比之间的关系进行说明。这里，光强度比是通过(硅层33的各深度位置的光强度1)/(硅层33的上表面的光强度Itl)而求出的值。如图4所示，波长短的光在硅层33的浅区域，光强度比接近于O。这是因为，硅层33对波长短的光的吸收系数较高，在硅层33的浅区域，波长短的光几乎全被吸收。另一方面，娃层33对波长长的光的吸收系数较低,波长长的光未被吸收便到达娃层33的深区域。例如，若硅层33的厚度为2.4 μ m，则波长为约450nm的蓝色光的99.8%被硅层33吸收，波长为约550nm的绿色光约78.9%被硅层33吸收，波长为约650nm的红色光的47.9%被娃层33吸收。未被吸收的光作为信号输出(灵敏度)不做出贡献。
[0114]在本实施方式的固体摄像装置中，到达绝缘体层31的光，在绝缘体层31与半导体层32之间的界面，基于其折射率的差而被反射，由于被反射的光被光电二极管34吸收，因此灵敏度提高。例如，在图2所示的绝缘体层31为单层的结构中，绝缘体层31为硅氧化膜，在其厚度是300nm的情况下，关于绝缘体层31与半导体层32之间的界面的反射率，绿色光为58.7%，红色光为49.7 %。通过该反射，虽然基于硅层33的厚度以及其他结构也会有影响，但绿色光的灵敏度提高5%?10%，红色光的灵敏度提高10%?15%。此外，在绝缘体层31使用硅氧化膜以及金属氧化膜等而成为层叠构成的情况下，也同样地能够提高灵敏度。例如，绝缘体层31是氧化钛膜(A)、硅氧化膜(B)、氧化钛膜(C)、硅氧化膜(D)、氧化钛膜(E)、硅氧化膜(F)以及氧化钛膜(G)依次堆积的7层结构，在(A)、(C)、(E)以及(G)的氧化钛膜的厚度是45nm?55nm左右，(B)以及(F)的硅氧化膜的厚度是85nm?95nm左右，(D)的硅氧化膜的厚度是130nm?140nm左右的情况下，红色光的反射率变为85%?95%，能够更加提高灵敏度。
[0115]作为一个例子，示出了作为7层层叠结构的绝缘体层31，但通过改变绝缘体层31的膜结构和厚度，能够对各波长的光形成所希望的反射结构。因此，能够不仅提高灵敏度，还能够防止由于反射的光在透镜面进行再反射而产生的光斑(重影)。
[0116]绝缘体层31与半导体层32之间的界面的SFQR(Site Front least sqares Range,地段前最小平方的范围)最好是0.Ιμπι以下。SFQR是通过取得多个规定尺寸的矩形形状的样本，在各样本中，根据最小二乗法求出的距基准面的最大位移量的绝对值的和计算得出的，是表示晶片的平坦度的一般性指标。若绝缘体层31与半导体层32之间的界面的SFQR在0.1 μ m以下，则由于能够防止反射部的漫反射，因此能够防止因在相邻的像素中泄露光而引起的混合色，并且能够提高灵敏度。
[0117]通过与本发明的第I实施方式有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。
[0118](第2实施方式)[0119]参照图5，对与本发明的第2实施方式有关的固体摄像装置进行说明。在本实施方式中，对于与第I实施方式相同的结构，简化或省略其说明，只对与第I实施方式不同的结构进行详细说明。
[0120]如图5所示，在像素阵列区域12中，设置光射入的摄像区域40、和遮光使光不射入的光学黑色(optical black)区域41。此外，在摄像区域40与光学黑色区域41之间，形成贯通硅层33、半导体层32以及绝缘体层31，并露出半导体基板30的表面的沟部42a。沟部42a是中空结构，或者被埋入硅氧化膜以及多晶硅膜等。
[0121]在光射入的摄像区域40，若在绝缘体层31与半导体层32的界面反射的光漏入光学黑色区域41，则基准信号发生变化，作为噪声导致画质劣化。在形成沟部42a的情况下，在绝缘体层31与半导体层32之间的界面被反射的斜光，基于硅层33与沟部42a之间的折射率的差而被反射，能够防止漏入光学黑色区域41。此外，在绝缘体层31与半导体基板30的界面反射的光在绝缘体层31内扩散，也能够防止漏入光学黑色区域41。
[0122]通过与本发明的第2实施方式有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。进一步地，能够防止因基准信号的变化而引起的噪声的产生。
[0123](第3实施方式)
[0124]接下来，参照图6，对与本发明的第3实施方式有关的固体摄像装置进行说明。在本实施方式中，对于与第I实施方式相同的结构，简化或省略其说明，只对与第I实施方式不同的结构进行详细说明。
[0125]如图6所示，在像素阵列区域12，形成多个光电二极管34，在相邻的光电二极管34之间，形成贯通硅层33、半导体层32以及绝缘体层31，且露出半导体基板30的表面的沟部42b。沟部42b是中空结构，或者被埋入硅氧化膜以及多晶硅膜等。另外，如图6所示，沟部42b最好形成在不影响传送晶体管等的特性的位置。
[0126]在本实施方式中，由于在相邻的光电二极管34之间形成沟部42b，因此在绝缘体层31与半导体层32之间的界面被反射的斜光，基于硅层33与沟部42b之间的折射率的差而被反射，能够防止漏入到光射入的像素的光电二极管34以外的相邻像素。
[0127]通过与本发明的第3实施方式有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。
[0128](第3实施方式的第I变形例)
[0129]参照图7，对与本发明的第3实施方式的第I变形例有关的固体摄像装置进行说明。在本变形例中，对于与第I实施方式以及第3实施方式相同的结构，简化或省略其说明，只对与第I实施方式以及第3实施方式不同的结构进行详细说明。
[0130]如图7所示，在像素阵列区域12，形成多个光电二极管34，在相邻的光电二极管34彼此之间，形成贯通硅层33、半导体层32以及绝缘体层31、且露出半导体基板30的表面的沟部42b。沟部42b被埋入多晶硅膜。半导体层32以及分离部35，通过被埋入沟部42b的多晶娃膜、和形成在各像素内的讲接触(well contact)而固定在GND。另外,虽然半导体层32以及分离部35通过形成在像素内的阱接触而固定在GND，但也可以通过形成在像素阵列区域外侧的区域的阱接触或者从半导体基板30的背面固定在6ND。
[0131]在半导体层32以及分离部35产生的成为噪声的电荷，在固定于GND的各区域消失，能够防止漏入光电二极管34。
[0132]通过与本发明的第3实施方式的第I变形例有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部中的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。进一步地，能够使在半导体层等产生的噪声电荷消失。
[0133](第3实施方式的第2变形例)
[0134]参照图8，对与本发明的第3实施方式的第2变形例有关的固体摄像装置进行说明。在本变形例中，对于与第I实施方式以及第3实施方式相同的结构，简化或省略其说明，只对与第I实施方式以及第3实施方式不同的结构进行详细说明。
[0135]如图8所示，在像素阵列区域12，形成多个光电二极管34，在相邻的光电二极管34彼此之间，形成贯通硅层33、半导体层32以及绝缘体层31、且露出半导体基板30的表面的沟部42b。沟部42b被埋入多晶硅膜。半导体基板30是η型半导体基板，其电位被固定在电源电位(Vdd)。虽然在本变形例中，半导体基板30的电位从半导体基板30的背面被固定在Vdd，但也可以从在像素阵列区域12的外侧的区域的半导体基板30的表面侧形成的阱接触，固定在Vdd。
[0136]这样，各光电二极管34能够具有将所产生的过剩电荷通过多晶硅膜排出到半导体基板30侧的溢漏(overflow drain)效果。
[0137]通过与本发明的第3实施方式的第2变形例有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。进一步地，能够向外部排出光电二极管中的过剩电荷。
[0138](第3实施方式的第3变形例)
[0139]参照图9，对与本发明的第3实施方式的第3变形例有关的固体摄像装置进行说明。在本变形例中，对于与第I实施方式以及第3实施方式相同的结构，简化或省略其说明，只对与第I实施方式以及第3实施方式不同的结构进行详细说明。
[0140]如图9所示，在像素阵列区域12，形成多个光电二极管34，在相邻的光电二极管34之间，形成贯通硅层33、半导体层32以及绝缘体层31、露出半导体基板30的表面的沟部42b。沟部42b的宽度从半导体层32侧向半导体基板30侧变宽。
[0141]这样，由于射入到各光电二极管34的光，不向相邻的光电二极管方向反射，而反射为在光射入的光电二极管34中集中，因此能够防止混合色，提高灵敏度。
[0142]通过与本发明的第3实施方式的第3变形例有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。
[0143](第4实施方式)
[0144]参照图10，对与本发明的第4实施方式有关的固体摄像装置进行说明。在本实施方式中，对于与第I实施方式相同的结构，简化或省略其说明，只对与第I实施方式不同的结构进行详细说明。
[0145]如图10所示，在像素阵列区域12，形成多个光电二极管34。由在各个像素形成的滤色器的特性，决定射入到各个光电二极管34的光。在本实施方式中，使用例如拜耳(Bayer)排列的滤色器，在特定的行上，在绿色光射入的像素43a的相邻像素43b，射入红色光，在其相邻的像素43c，射入绿色光。通过形成对于射入到各个像素的光具有适当的反射特性的绝缘体层31，能够更加提高对于各波长的光的灵敏度。[0146]在红色光射入的像素43b，形成氧化钛膜(A) /硅氧化膜(B) /氧化钛膜(C) /硅氧化膜(D)/氧化钛膜(E)/硅氧化膜(F)/氧化钛膜(G)的7层结构的绝缘体层31b。(A)、(C)、(E)以及(G)的氧化钛膜的厚度是45nm?55nm，⑶以及(F)的硅氧化膜的厚度是85nm?95nm, (D)的娃氧化膜的厚度是130nm?140nm。在这种情况下,在绝缘体层31b与半导体层32之间的界面，波长为630nm?660nm的红色光的反射率为85%?95%。此外，在绿色光的像素43a、43c，也形成氧化钛膜(A)/硅氧化膜(B)/氧化钛膜(C)/硅氧化膜(D)/氧化钛膜(E)/硅氧化膜(F)/氧化钛膜(G)的7层结构的绝缘体层31a、31c。(A)、(C)、(E)以及(G)的氧化钛的厚度是45nm?55nm,⑶以及(F)的娃氧化膜的厚度是85nm?95nm,(D)的硅氧化膜的厚度是40nm?50nm。在这种情况下，在绝缘体层31a、31c与半导体层之间的界面，波长是530nm?550nm的绿色光的反射率为80%?95%。
[0147]通过与本发明的第4实施方式有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。
[0148]接下来，参照图11?图13，对与本发明的第I实施方式?第4实施方式有关的固体摄像装置的制造方法进行说明。
[0149]首先，如图11 (a)所示，通过例如热氧化法、化学气相沉积(Chemical VaporDeposition:CVD)法以及喷镀法等,在半导体基板30上形成由娃氧化膜、娃氮化膜以及金属氧化膜的任意一种组成的绝缘体层31。虽然在图11(a)表示单层的绝缘体层31，但也可以形成具有层叠结构的绝缘体层。此外，通过在绝缘体层31将例如硼等作为ρ型杂质而进行离子注入，从而改善绝缘体层31，该ρ型杂质的浓度是IX KTions/cm2左右。
[0150]接下来，如图11(b)所示，在绝缘体层31上形成半导体层32。这里，可以通过外延(epitaxial)法或者CVD法，在绝缘体层31上形成半导体层32，也可以使其他的半导体基板贴合在绝缘体层31上，然后，通过削薄其他的半导体基板，从而形成半导体层32。另外，在形成半导体层32前,最好通过化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing:CMP)法，研磨绝缘体层31的形成半导体层32的面，以使得绝缘体层31与半导体层32之间的界面的SFQR为0.1 μ m以下。此外，也可以通过高温退火(anneal)处理，对绝缘体层31进行回流(reflow)。此外，在使用其他的半导体基板形成半导体层32的情况下，最好通过CMP法，研磨该半导体基板的与绝缘体层31相接的面。在像与第4实施方式有关的固体摄像装置那样，绝缘体层31的厚度按每个像素不同的情况下，在半导体基板30形成对准标记(alignment mark),通过平版印刷(lithography)法,只对厚度控制所需要的像素部进行图案形成(patterning)。然后，通过使用湿蚀刻(wet etching)法以及干蚀刻(dry etching)法，能够分别形成所希望的厚度的绝缘体层31。此外，通过在半导体层32注入作为杂质的离子，将半导体层32设为第2导电型(ρ型)。半导体层32中的杂质浓度为lX1017ions/cm3 ?I X 102Clions/cm3 左右。
[0151]接下来，如图11(c)所示，通过例如外延层法，在半导体层32上形成硅层33。
[0152]接下来，如图12(a)所示，通过公知的方法，在硅层33形成光电二极管34、分离部35以及晶体管36。然后，若在硅层33上形成多层的绝缘膜，在多层的绝缘膜形成多层配线，则能够制造与第I实施方式以及第4实施方式有关的固体摄像装置。
[0153]在制造与第2实施方式、第3实施方式及其各变形例有关的固体摄像装置的情况下，如图12(b)所示，在各个所希望的位置形成贯通硅层33、半导体层32以及绝缘体层31、露出半导体基板30的表面的沟部42b。但是,沟部42b最好形成在不影响晶体管36的特性的位置。在图12(b)中，虽然像与第3实施方式及其各变形例有关的固体摄像装置那样，沟部42b形成在光电二极管34之间，但不限定于此。在制造第2实施方式的固体摄像装置的情况下，在摄像区域与光学黑色区域之间形成沟部。沟部42b通过例如平板印刷法，形成仅将光电二极管34之间开口的图案，通过采用干蚀刻法能够除去硅层33、半导体层32以及绝缘体层31而获得。硅层33以及半导体层32的除去，可以使用通过例如六氟化硫(SF6)气体的蚀刻法。此外，绝缘体层31的除去可以通过例如四氟化碳(CF4)气体进行蚀刻。第3实施方式的第3变形例所示的结构，能够通过使用绝缘体层31的各层的蚀刻率(etchingrate)的差而形成。例如，在绝缘体层31为2层结构，半导体基板30侧的绝缘体层31是热硅氧化膜，半导体层32侧为硅氮化膜的情况下，能够使用稀氟酸。关于稀氟酸(水:氟酸=100: I)的蚀刻率，由于相比于硅氮化膜而言，热硅氧化膜的蚀刻率约为5倍之大，因此在使用稀氟酸，对其进行湿蚀刻的情况下，沟部42b的底部宽度变大。另外，沟部42b也可以直接就是空洞，也可以埋入硅氧化膜或者多晶硅膜等。此外，在制造与第3实施方式的第I变形例有关的固体摄像装置的情况下，沟部42b埋入多晶硅膜，使用公知的方法，通过所述多晶硅膜和形成在各像素内的阱接触，将半导体层32以及分离部35固定在GND。在制造与第3实施方式的第2变形例有关的固体摄像装置的情况下，沟部42b埋入多晶硅膜，半导体基板30使用η型半导体基板，将其电位固定在Vdd。
[0154]接下来，如图13所示，通过例如CVD法等，在硅层33上形成多层的绝缘膜37，在多层的绝缘膜37形成多层配线38。
[0155]通过与本发明的与第I实施方式?第4实施方式有关的固体摄像装置的制造方法，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。
[0156](第5实施方式)
[0157]参照图14，对与本发明的第5实施方式有关的固体摄像装置进行说明。在本实施方式中，对于与第I实施方式相同的结构，简化或省略其说明，只对与第I实施方式不同的结构进行详细说明。
[0158]如图14所示，在像素阵列区域12，在硅层33上形成滤色器44。通过滤色器44射入的光被在各像素形成的光电二极管34吸收。在本实施方式中，使用例如拜耳排列的滤色器44，交互形成透射绿色光的滤波器44a和透射蓝色光的滤波器44b。此外，绿色光射入的像素的光电二极管34a被形成为伸入蓝色光射入的像素的光电二极管34b的下方。如前所述，若例如硅层33的厚度为2.4μπι，则波长450nm的蓝色光的99.8%被硅层33吸收。因此，即使在蓝色光射入的像素的光电二极管34b下，形成相邻的绿色光射入的像素的光电二极管34a，也不会使灵敏度下降。此外，即使在射入到绿色的像素的光在绝缘体层31与半导体层32之间的界面反射，并漏入相邻的蓝色的像素的区域的情况下，由于形成绿色的像素的光电二极管34a，因此也能够防止混合色。在本实施方式中，例如蓝色的像素的光电二极管34b形成在从硅层的表面起1.3 μ m的深度。在蓝色的像素的光电二极管34b下，从硅层33的表面起1.8 μ m的深度到3 μ m的深度，形成绿色的像素的光电二极管34a。这样，与蓝色的像素的光电二极管34b形成在从硅层33的表面起3 μ m的深度的情况相比较，蓝色的像素的灵敏度下降约2%，但从绿色的像素到蓝色的像素的混合色下降约40%，并且绿色的像素的灵敏度提高约2%。在本实施方式中，滤色器44为拜耳排列，形成透射绿色光的滤波器44a和透射蓝色光的滤波器44b，但即使形成透射红色光的滤波器和透射绿色光的滤波器，也会产生同样的效果。进一步地，在使用不同的滤波器的情况下，若波长长的光射入的像素的光电二极管形成在波长短的光射入的光电二极管之下，也会产生同样的效果。
[0159]通过与本发明的第5实施方式有关的固体摄像装置，能够减少白斑等的光电变换部的缺陷，得到高灵敏度且低混合色的固体摄像装置。
[0160]以上，基于各实施方式，对与本发明有关的固体摄像装置及其制造方法进行了说明，但本发明并不限定于这些实施方式。只要不脱离本发明的主旨，将本领域的技术人员能够想到的各种变形实施于上述的实施方式中的结构，以及使各个不同的实施方式中的结构要素组合而成的结构也包含在本发明的范围内。
[0161]产业上的可利用性
[0162]本发明的固体摄像装置及其制造方法能够防止白斑等的光电变换部的缺陷，特别地，对将包含光电变换部在内的像素部排列为阵列状的MOS图像传感器等的固体摄像装置及其制造方法等是有用的。
【权利要求】
1.一种固体摄像装置，具备: 基板； 绝缘体层，其形成在所述基板上； 半导体层，其形成在所述绝缘体层上；和 硅层，其形成在所述半导体层上， 所述硅层具有多个像素部，该多个像素部各自具有: 光电变换部，其将光变换为信号电荷；和 电路，其读出所述信号电荷， 所述绝缘体层的折射率比所述半导体层的折射率小。
2.根据权利要求1所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述绝缘体层包含:具有杂质的硅氧化膜、硅氮化膜以及金属氧化膜的任意一种。
3. 根据权利要求1或者2所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述绝缘体层包含P型杂质， 所述绝缘体层中的P型杂质的浓度是IX 10lclions/cm2以上。
4.根据权利要求1~3的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述半导体层由具有杂质的硅组成， 所述半导体层中的杂质的浓度是lX1017ionS/cm3以上。
5.根据权利要求1~4的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述绝缘体层与所述半导体层之间的界面的局部平坦度即SFQR为0.1 μ m以下。
6.根据权利要求1~5的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述硅层包含:光射入的摄像区域、遮光使光不射入的光学黑色区域， 在所述摄像区域与所述光学黑色区域之间，形成贯通所述硅层、半导体层以及绝缘体层，并露出所述基板的沟部。
7.根据权利要求1~6的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 在彼此相邻的所述光电变换部彼此之间，形成贯通所述硅层、半导体层以及绝缘体层，并露出所述基板的沟部。
8.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于， 在所述沟部埋入多晶硅膜， 所述半导体层通过所述多晶硅膜被固定在接地电位。
9.根据权利要求7所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述基板为η型半导体基板，被固定在电源电位。
10.根据权利要求7~9的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述沟部的宽度从所述半导体层侧向所述基板侧变宽。
11.根据权利要求1~10的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述各像素部中的所述绝缘体层的厚度各不相同。
12.根据权利要求1~5的任意一项所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述多个光电变换部包含:第I光电变换部以及与该第I光电变换部相邻的第2光电变换部， 还具备:在所述第I光电变换膜以及第2光电变换膜上分别形成的第I滤色器以及第2滤色器， 所述第I滤色器透射波长比所述第2滤色器长的光， 所述第I光电变换部被形成为伸入到所述第2光电变换部的下方。
13.根据权利要求12所述的固体摄像装置，其特征在于， 所述第I滤色器透射绿色光， 所述第2滤色器透射蓝色光。
14.一种固体摄像装置的制造方法，具备: 在基板上形成绝缘体层的工序； 在所述绝缘体层上形成半导体层的工序； 在所述半导体层上形成硅层的工序；和 在所述硅层形成多个光电变换部以及多个电路的工序，其中，该多个光电变换部将光变换为信号电荷，该多个电路读出所述信号电荷， 所述绝缘体层的折射率比所述半导体层的折射率小。
15.根据权利要求14所述的固体摄像装置的制造方法，其特征在于， 还具备形成贯通所述硅层、`半导体层以及绝缘体层，并且露出所述基板的沟部的工序。
【文档编号】H01L27/146GK103493202SQ201280019936
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年4月12日 优先权日:2011年5月31日
【发明者】冲野彻, 森三佳, 广濑裕, 加藤刚久, 田中毅 申请人:松下电器产业株式会社