固态摄像器件、固态摄像器件的制造方法以及电子装置的制造方法
【专利说明】固态摄像器件、固态摄像器件的制造方法以及电子装置
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请包含于2013年5月16日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2013-104000的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
[0003]本发明涉及包括例如在半导体基板中的光电二极管的固态摄像器件，还涉及所述固态摄像器件的制造方法以及含有所述固态摄像器件的电子装置。
【背景技术】
[0004]诸如COMS(互补金属氧化物半导体)图像传感器等的固态摄像器件是由类似于CMOS集成电路的工艺制造的。这种固态摄像器件包括其中二维地排列有多个像素的像素阵列部。另外，通过在采用上述工艺的同时使用小型化技术，这种固态摄像器件能够容易地形成对于每个像素具有放大功能的有源结构。另外，这种固态摄像器件的优点在于:包括诸如用于驱动像素阵列部的驱动电路以及用于对来自每个像素的输出信号进行处理的信号处理电路等电路的周边电路部集成在与形成有像素的芯片(基板)相同的芯片(基板)上。因此，CMOS图像传感器已经获得了越来越多的关注，并且已经对CMOS图像传感器进行了许多研究和开发。
[0005]近年来，针对这种CMOS图像传感器，已经提出了一种固态摄像器件，其中，在一个像素中，三个光电二极管沿垂直方向层叠设置，这三个光电二极管用于分别对具有R、G和B各自波长的光进行光电转换(例如，专利文献I)。另外，已经提出了其中两个光电二极管在一个像素中层叠设置的结构(例如，专利文献2)。在这些固态摄像器件中，多个光电二极管层叠设置在半导体基板中，并因此，例如，使用所谓的垂直晶体管从部分光电二极管中读取信号电荷。此外，已经提出了这样的技术:其中，光电二极管靠近垂直晶体管(在垂直晶体管的侧面侧)层叠设置并且从垂直晶体管的侧面进行电荷传输以在垂直晶体管的底部形成所谓的溢流路径(例如，专利文献3)。
[0006][引用列表]
[0007][专利文献]
[0008]专利文献1:JP2009-295937A
[0009]专利文献2:JP2010_114273A
[0010]专利文献3:JP2012-199489A
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]如上所述的那些在固态摄像器件中使用的垂直晶体管具有这样的栅极电极:所述栅极电极的一部分可能嵌入于例如半导体基板中。期望抑制在这种垂直晶体管的栅极电极与光电二极管之间的传输的缺陷，并且提高良品率。
[0013]期望提供能够抑制垂直晶体管中的传输缺陷并且提高良品率的固态摄像器件、制造固态摄像器件的方法以及电子装置。
[0014]技术方案
[0015]根据本发明的说明性实施方式的固态摄像器件包括:半导体基板；光电二极管，其形成在所述半导体基板中；晶体管，其具有部分或全部嵌入所述半导体基板中的栅极电极，所述晶体管被构造成经由所述栅极电极从所述光电二极管读取信号电荷；以及电荷传输层，其设置在所述栅极电极与所述光电二极管之间。
[0016]根据本发明的说明性实施方式的固态摄像器件的制造方法包括:形成具有栅极电极的晶体管，所述栅极电极的部分或全部嵌入半导体基板中，所述半导体基板含有光电二极管，所述晶体管被构造成经由所述栅极电极从所述光电二极管读取信号电荷；并且在所述栅极电极与所述光电二极管之间形成电荷传输层。
[0017]根据本发明的说明性实施方式的电子装置包括固态摄像器件，该固态摄像器件包括:半导体基板；光电二极管，其形成在所述半导体基板中；晶体管，其具有部分或全部嵌入所述半导体基板中的栅极电极，所述晶体管被构造成经由所述栅极电极从所述光电二极管读取信号电荷；以及电荷传输层，其设置在所述栅极电极与所述光电二极管之间。
[0018]本发明的上述实施方式的固态摄像器件和电子装置均包括形成在半导体基板中的光电二极管以及晶体管，所述晶体管被构造成经由部分或全部嵌入所述半导体基板中的栅极电极从所述光电二极管读取信号电荷。在所述光电二极管与所述栅极电极之间包括有电荷传输层，这抑制了由所述栅极电极的底面在深度方向上的位置差异而造成的信号电荷的传输的缺陷。
[0019]在根据本发明的上述实施方式的固态摄像器件的制造方法中，在半导体基板中形成光电二极管，然后，形成被构造成经由部分或全部嵌入所述半导体基板中的栅极电极从所述光电二极管读取信号电荷的晶体管。在所述栅极电极与所述光电二极管之间形成电荷传输层，这抑制了由所述栅极电极的底面在深度方向上的位置差异而造成的信号电荷的传输的缺陷。
[0020]有益效果
[0021]根据本发明的上述实施方式的固态摄像器件和电子装置，包括:形成于半导体基板中的光电二极管，以及被构造成经由部分或全部嵌入所述半导体基板中的栅极电极从所述光电二极管读取信号电荷的晶体管。通过包含有位于所述光电二极管与所述栅极电极之间的电荷传输层，抑制了由所述栅极电极的底面在深度方向上的位置差异而造成的信号电荷的传输的缺陷。因此，能够抑制由垂直晶体管进行的传输的缺陷，并且提高良品率。
[0022]根据本发明的上述实施方式的制造固态摄像器件的方法，在半导体基板中形成光电二极管，并且随后形成被构造成经由部分或全部嵌入所述半导体基板中的栅极电极从所述光电二极管读取信号电荷的晶体管。通过在所述栅极电极与所述光电二极管之间形成电荷传输层，抑制了由所述栅极电极的底面在深度方向上的位置差异而造成的信号电荷的传输的缺陷。因此，能够抑制由垂直晶体管进彳丁的传输的缺陷，并且提尚良品率。
[0023]应当理解，前述一般性说明和下面的详细说明均是示例性的，并且旨在提供所请求保护的技术的进一步解释。
【附图说明】
[0024]图1为示出了根据本发明的说明性第一实施方式的固态摄像器件的概要构造的横截面示意图。
[0025]图2A为用于解释图1示出的固态摄像器件的说明性制造方法的横截面示意图。
[0026]图2B为不出了图2A不出的说明性工序之后的工序的横截面不意图。
[0027]图2C为不出了图2B不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0028]图2D为不出了图2C不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0029]图2E为不出了图2D不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0030]图3A为示出了在未形成电荷传输层的情况下栅极电极与光电二极管的说明性连接构造的横截面示意图。
[0031]图3B为用于解释由栅极电极的底面位置在深度方向上的差异而造成的连接中的说明性缺陷的横截面示意图(在栅极电极的位置浅的情况下)。
[0032]图3C为用于解释由栅极电极的底面位置在深度方向上的差异而造成的连接中的说明性缺陷的横截面示意图(在栅极电极的位置深的情况下)。
[0033]图4A为示出了在图1示出的固态摄像器件中的栅极电极的说明性连接构造的横截面示意图(在栅极电极的位置浅的情况下)。
[0034]图4B为示出了在图1示出的固态摄像器件中的栅极电极的说明性连接构造的横截面示意图(在栅极电极的位置深的情况下)。
[0035]图5为示出了垂直晶体管的说明性示例的横截面示意图。
[0036]图6为示出了垂直晶体管的说明性示例的横截面示意图。
[0037]图7为示出了根据本发明的说明性第二实施方式的固态摄像器件的概要构造的横截面示意图。
[0038]图8A为用于解释图7示出的固态摄像器件的说明性制造方法的横截面示意图。
[0039]图8B为不出了图8A不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0040]图8C为不出了图8B不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0041 ] 图9A为不出了图8C不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0042]图9B为不出了图9A不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0043]图1OA为示出了图7中示出的固态摄像器件中的栅极电极的说明性连接构造的横截面示意图(在栅极电极的位置浅的情况下)。
[0044]图1OB为示出了图7中示出的固态摄像器件中的栅极电极的说明性连接构造的横截面示意图(在栅极电极的位置深的情况下)。
[0045]图11出了根据本发明的说明性第三实施方式的固态摄像器件的概要构造的横截面示意图。
[0046]图12A为用于解释图11示出的固态摄像器件的说明性制造方法的横截面示意图。
[0047]图12B为不出了图12A不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0048]图12C为不出了图12B不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0049]图12D为不出了图12C不出的工序之后的说明性工序的横截面不意图。
[0050]图12E为示出了图12D示出的工序之后的说明性方法的横截面示意图。
[0051]图13为示出了图11中示出的固态摄像器件中的栅极电极的说明性连接构造的横截面示意图(在栅极电极的位置浅的情况下)。
[0052]图14为示出了图1示出的固态摄像器件的说明性一般构造的功能框图。
[0053]图15为示出了根据应用示例I的摄像设备的说明性构造的功能框图。
[0054]图16为示出了根据应用示例2-1的胶囊型内窥摄像机的说明性构造的功能框图。
[0055]图17为示出了根据应用示例2-2的插入型内窥摄像机的说明性构造的功能框图。
[0056]图18为示出了根据应用示例3的视觉芯片的说明性构造的功能框图。
[0057]图19为示出了根据应用示例4的生物传感器的说明性构造的功能框图。
【具体实施方式】
[0058]下面将参照附图对本发明的一些说明性实施方式进行详细说明。应当注意，将按照以下顺序进行说明。
[0059]1、第一实施方式(包含与半导体基板中的凹部的底面相邻的电荷传输层的固态摄像器件的示例)
[0060]2、第二实施方式(包含半导体基板中的凹部的底面与电荷传输层之间的暗电流抑制层的固态摄像器件的示例)
[0061]3、第三实施方式(在半导体基板中