的凹部形成之前形成电荷传输层的固态摄像器件的示例)
[0062]4、固态摄像器件的一般构造示例
[0063]5、应用示例I至4(电子装置的示例)
[0064]1、第一实施方式
[0065]构造
[0066]图1示意性地示出了本发明的第一实施方式的固态摄像器件的横截面构造。图1示出了与下面将进行说明的像素部(图14示出的像素部Ia)中的一个像素相对应的区域。在该固态摄像器件中，一个或多个光电二极管(在本示例中，两个光电二极管IlA(roi)和11B(PD2))层叠设置在可以由诸如η型硅(Si)等材料制成的半导体基板21中。半导体基板21的一个面用作电路形成面SI。未示出的多层配线层形成在电路形成面SI上。在本实施方式中，半导体基板21的与电路形成面SI相对的面用作光接收面S2，并且本实施方式具有所谓的背面照明型的器件结构。诸如未示出的片上透镜等部件设置在光接收面S2上。
[0067]例如，光电二极管IIA和IlB可以在形成于η型半导体基板21中的P型半导体区域中形成。例如，光电二极管IlA和IlB可以包括对具有彼此不同的波长的光进行光电转换的光电转换层。例如，光电二极管IlA可以包括选择性地吸收红色(R)光的光电转换层，并且光电二极管IlB可以包括选择性地吸收蓝色(B)光的光电转换层。这些光电二极管IlA和IlB分别可以包括例如η型或P型半导体层作为用于累积信号电荷的光电转换层。在本不例中，作为不例，光电二极管IlA和IlB分别包括累积电子作为信号电荷的η型半导体层。然而，光电二极管IlA和IlB分别可以包括P型半导体层，并且例如可以具有层叠设置P型和η型半导体层以形成ρ-η结、ρ-η-ρ结等结构。本发明中的“第一导电类型”和“第二导电类型”可以指例如P型和η型的组合或η型和P型的组合。但是，在本实施方式中，将参考其中“第一导电类型”为“η型”且“第二导电类型”为“ρ型”的示例进行说明。
[0068]光电二极管IlA和IlB分别连接至用于传输信号电荷的晶体管。在光电二极管IlA和IlB之中，例如，形成在半导体基板21中较深位置处(在远离半导体基板21的电路形成面SI的位置处)的光电二极管(在本示例中，光电二极管11B)连接至垂直晶体管10。
[0069]垂直晶体管10为电荷传输晶体管，并且包括栅极电极14，其中栅极电极14的至少一部分或全部嵌入于半导体基板21中。具体地，半导体基板21包括凹部H，并且栅极电极14以嵌入方式形成在在该凹部H中并且在栅极电极14与凹部H之间设置有栅极绝缘膜34。未示出的其它像素晶体管(诸如放大晶体管、复位晶体管以及选择晶体管)形成在电路形成面SI上。例如，在垂直晶体管10中，光电二极管IlB可以用作源极，FD 12例如可以用作漏极，并且在栅极绝缘膜34下方的区域中可以形成有未示出的通道(有源层)。
[0070]例如，栅极电极14可以由诸如掺杂有高浓度的η型或ρ型杂质的多晶硅等导电材料构成。栅极电极14连接至形成在电路形成面SI上的配线层(未示出)。例如，栅极绝缘膜34可以由诸如硅氧化物膜等绝缘膜材料构成。
[0071]凹部H是通过在半导体基板21的深度方向(垂直方向、厚度方向)上在半导体基板21的一部分进行挖掘而形成的。凹部H构成了具有诸如菱柱形状或圆柱形状等形状的凹槽。例如，凹部H被设置为使得凹部H的底面Sb面对着光电二极管IlB的一部分。凹部H的底面Sb可以与光电二极管IlB接触，或可以位于光电二极管IlB中。可替代地，凹部H的底面Sb可以远离光电二极管IIB。在本示例中，作为示例示出了凹部H的底面Sb与光电二极管IlB相距预定距离的情况。在凹部H的底面Sb处，栅极电极14经由电荷传输层13连接至光电二极管11Β。
[0072]电荷传输层13形成在栅极电极14和光电二极管IlB之间，并且构成信号电荷从光电二极管IlB到栅极电极14和FD 12的传输路径的一部分。电荷传输层13可以是杂质扩散层，该杂质扩散层例如可以具有与半导体基板21中的例如光电二极管IlB中的光电转换层相同的导电性。换言之，电荷传输层13可以是η型杂质扩散层。因此，电荷传输层13用作信号电荷的传输路径，并且也用作光电转换层。例如，电荷传输层13可以具有大约50nm至2000nm的厚度t。电荷传输层13的部分或全部连接至光电二极管IlB中的光电转换层(η型半导体层)。
[0073]在本说明性实施方式中，电荷传输层13与凹部H的底面Sb相邻。通过在形成凹部H之后利用自对准相对于底面Sb进行离子植入来形成电荷传输层13，下面将进行详细说明。
[0074]制造方法
[0075]例如，可以如下地制造图1示出的固态摄像器件的器件结构。具体地，如图2Α所示，例如，在形成有光电二极管IlA和IlB等的半导体基板21上通过注入CVD法等方法可以形成由诸如氮化硅(SiN)等材料制成的掩模120。通过利用掩模120的干法蚀刻或湿法蚀刻，在半导体基板21中形成凹部H。此时，不特别限制凹部H的底面Sb的位置d0 (参考位置，将作为设计中心的位置)。位置d0可以设定成与光电二极管IlB的表面的位置一致或者偏离于光电二极管IlB的表面的位置。这样设定的一个原因是:如下文将说明的那样，电荷传输层13提高了凹部H的底面Sb的在深度方向上的位置的自由度。例如，考虑到凹部H被形成得较深的情况(稍后将进行说明)，与在本说明性实施方式中一样，位置d0可以设定在与光电二极管IlB的表面Fl相比较浅的区域中(在更靠近电路形成面SI的区域中)。在形成凹部H之前，例如，半导体基板21中的凹部形成区域可以利用抗蚀剂掩模而掺杂有P型杂质，并由此提前形成P型区域(未示出)。因此，垂直晶体管10具有如下构造:其中，凹部H的侧面(栅极电极14的侧面)覆盖有ρ型区域。
[0076]随后，如图2B所示，例如通过针对凹部H的底面Sb的离子植入，可以注入具有与光电二极管IlB的导电性相同的导电性(在本示例中，η型)的杂质D。此后，如图2C所示，将掩模120从半导体基板21去除。因此，利用自对准形成了与半导体基板21中的凹部H的底面Sb相邻的例如η-型半导体区域的电荷传输层13。电荷传输层13的厚度t可以通过适当地设定诸如离子植入的剂量或注入能量等各种条件来进行调节。
[0077]随后，如图2D所示，可以例如通过热氧化硅氧化物膜将由上述材料制成的栅极绝缘膜34形成为覆盖凹部H的底面Sb和侧面。然而，这不是限制性的，并且可以使用诸如CVD法和溅射法等其它方法。
[0078]随后，如图2E所示，形成由上述材料等制成的栅极电极14。具体地，可以通过诸如LP-CVD(低压化学气相沉积)法等方法在半导体基板21上形成多晶硅膜以使所述多晶硅膜填充凹部H。在所述多晶硅膜的形成期间，所述多晶硅膜可以例如掺杂有高浓度的ρ型或η型杂质。此后，例如通过使用光刻法进行蚀刻，可以以预定的形状对掺杂有杂质的多晶硅膜进行图案化，并且由此形成栅极电极14。以此方式，形成了垂直晶体管10。
[0079]在将配线层形成在半导体基板21的电路形成面SI上之后，半导体基板21被研磨至具有有利的和/或改良的厚度，并且由此形成了光接收面S2。诸如片上透镜等部件可以按照需要形成在光接收面S2上。因此，完成了图1所示的固态摄像器件。
[0080]功能和效果
[0081]在本实施方式的固态摄像器件中，当光L进入光接收面S2时，光L中具有选择的波长的光(例如，蓝色光)被光电二极管IlB吸收，并且经受光电转换。穿过光电二极管IlB的光中的具有选择的波长的光(例如，红色光)被光电二极管IlA吸收，并且经受光电转换。由光电转换产生的信号电荷(例如，电子)在预定时刻被传输至例如光电二极管IlA和IlB中各者的FD(浮动扩散部)。被传输的信号电荷被读出至下文将进行说明的信号线(垂直信号线Lsig)。在这些信号电荷之中，在光电二极管IlB中产生的信号电荷经由垂直晶体管10的栅极电极14被传输至FD 12。
[0082]以这样的示例性方式，在多个光电二极管IlA和IlB层叠设置在半导体基板21中的器件结构中，使用垂直晶体管10从布置在较深位置处(在远离电路形成面S2的位置处)的光电二极管IlB中读取信号电荷。例如，如图3Α所示，通过在垂直晶体管10的底部(凹部H的底面Sb)将栅极电极14连接至光电二极管11Β，信号电荷从光电二极管IlB经由栅极电极14向FD 12传输。
[0083]然而，在这种垂直晶体管10中，栅极电极14的底面位置在深度方向上存在差异(凹部H的底面的位置的差异)，并且这些差异容易导致传输缺陷。具体地，如图3Α所示，在制造过程中，即使在将凹部H的底面Sb的位置d.(参考位置、设计中心的位置)被设定成恰好与光电二极管IlB接触时，在一些情况下，凹部H可能被形成在更浅的位置处(图3B)或更深的位置处(图3C)。如图3B所示，当凹部H被形成在比位置d1Q。浅的位置处时(当底面Sb在位置dm处时)，光电二极管IlB距离垂直晶体管10更远。因此，在传输路径中造成了所谓的势皇，并且导致了传输电荷中的缺陷。另一方面，如图3C所示，当凹部H被形在比位置Cl1。。深的位置处时(当底面Sb在位置d 1(]2处时)，光电二极管IlB和垂直晶体管10的接触部过大。因此，造成所谓的电势骤降(potential dip)，并且导致传输缺陷。
[0084]在本说明性实施方式中，在这种垂直晶体管10 (栅极电极14)与光电二极管IlB之间设置有电荷传输层13。并且在各种实施方式中，电荷传输层13可以设置成与这种垂直晶体管10 (栅极电极14)和光电二极管IlB接触。因此，如本文所述，能够抑制由栅极电极14的底面在深度方向上的位置的差异而造成的传输缺陷。具体地，如图4A所示，即使当凹部H形成在比位置d0浅的位置处时(当底面Sb在位置dl处时)，光电二极管IlB经由电荷传输层13连接至垂直晶体管10。因此，抑制了在传输信号电荷过程中的缺陷。另一方面，如图4B所示，即使当凹部H形成在比位置d0深的位置处时(当底面Sb在位置d2处时)，也抑制了因上述电势骤降造成的在传输信号电荷过程中的缺陷。例如，当凹部H形成在较深位置处时，例如通过提前把将要作为凹部H的底面Sb的参照的位置d0设定在较浅的位置处，能够抑制传输的缺陷。
[0085]如上所述，本说明性实施方式包括垂直晶体管10以及形成在半导体基板21中的光电二极管IlA和11B，垂直晶体管10具有部分或全部嵌入于半导体基板21