專利名稱：固體攝像器件、相機、半導體器件及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種固體攝像器件、相機、半導體器件及其制造方法，且更具體地涉及 這樣一種固體攝像器件，即其中用于感應預定電荷區(qū)的介電層形成于半導體基板的表面 上，還涉及相機、半導體器件及其制造方法。
背景技術：
隨著半導體器件的高集成度，封裝密度具有通過進一步減少晶體管和其它半導體 器件而增加的趨勢。因此，在CMOS傳感器(CMOS固體攝像器件)中，為了器件的高集成度， 有必要使像素細微化。然而，根據(jù)相關技術的CMOS傳感器具有這樣的配置，其中感光部接收并檢測經(jīng)由 布線層之間的空間而來自形成于布線部中的透鏡的光。因此，隨著像素因器件的高集成度 而細微化，由于諸如布線層的障礙物而遮擋了入射光，因此減少了光接收傳感器的開口率， 且于是不會使足夠的光照射到感光部。因此，會使敏感度降低或使遮擋增加。通過以光從后表面?zhèn)?與布線部相反的相反側)照射光接收傳感器，可實現(xiàn)100% 的有效的開口率而不受諸如布線層的障礙物的影響，從而顯著地增加敏感度。為了實現(xiàn)這點，開發(fā)了具有使光從后側(與布線部相反的相反側)照射光接收傳 感器的配置的CMOS傳感器，其稱為背照射型CMOS傳感器(例如參見日本未審查專利申請 公報 2003-31785 號)。然而，在該CMOS傳感器中已知的是，光電二極管中的晶體缺陷或形成于硅基板中 的感光部與該感光部的上層上的層、即絕緣層之間的界面等級(interface level)會導致 暗電流。如圖13A所示，附圖中的由符號χ表示的界面等級發(fā)生于其中形成有光電二極管 PD的硅層101與硅層101的上層上的層、即絕緣層102之間的界面中。界面等級是暗電流 的起因，于是界面中所產(chǎn)生的電子成為暗電流并流入光電二極管PD。為了抑制該暗電流，有人提出了所謂的HAD(空穴累積二極管)結構。具體地，如 圖13B所示，提出了 HAD結構，該結構中，通過將ρ型雜質注入硅層101的表面的附近而形 成P+半導體區(qū)，且該P+半導體區(qū)用作累積正電荷(空穴)的正電荷累積區(qū)103。這樣，由于光電二極管PD可與HAD結構中的界面隔開，其中，正電荷累積區(qū)103形 成于該界面中，因此可抑制由界面等級導致的暗電流。然而，由于在光電二極管PD上存在作為正電荷累積區(qū)的ρ型雜質層，因此認為P 型雜質層可能引起混色的惡化。S卩，即使當形成有正電荷累積區(qū)(P型雜質區(qū))時，由于光電轉換電子傳播至相鄰的光電二極管PD (參見圖14)，光電轉換電子會以恒定的概率出現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠抑制暗電流和混色的固體攝像器件以及相機。本發(fā)明還提 供了一種能夠抑制諸如光電轉換元件等器件的噪聲的半導體器件及其制造方法。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式包括固體攝像器件，該固體攝像器件包括半導體基 板；至少一個感光部，其在半導體基板中并具有電荷累積區(qū)；介電層，其位于半導體基板的 與電荷累積區(qū)相鄰的感應層上方，其中感應層由介電層感應。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中介電層感應位于半導體基板 中的至少一個感光部上方的感應層的部分。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中介電層和感應層具有與感光 部相反的導電類型。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中電荷累積區(qū)的雜質濃度沿半 導體基板的離介電層最近的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中入射光進入半導體基板的離 介電層最遠的側。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中電荷累積區(qū)的雜質濃度沿半 導體基板的離介電層最遠的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中介電層局部地形成于半導體 基板的上層上。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中介電層包括選自于鉿、鋯、 鋁、鉭、鈦、釔以及鑭系元素的組的材料。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括固體攝像器件，其中介電層還用作防反射膜。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括制造半導體器件的方法，該方法包括以下步驟 形成位于半導體基板中并具有電荷累積區(qū)的至少一個感光部，形成位于半導體基板的后表 面中并與電荷累積區(qū)相鄰的感應層，以及在感應層上方形成介電層。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括制造半導體器件的方法，其中介電層感應位于半 導體基板中的至少一個感光部上方的感應層的部分。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括制造半導體器件的方法，其中介電層和感應層具 有與感光部相反的導電類型。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括制造半導體器件的方法，其中電荷累積區(qū)的雜質 濃度沿半導體基板的離介電層最近的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括制造半導體器件的方法，其中電荷累積區(qū)的雜質 濃度沿半導體基板的離介電層最遠的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括制造半導體器件的方法，其中介電層局部地形成 于半導體基板的上層上。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括制造半導體器件的方法，其中介電層包括選自于 鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、釔以及鑭系元素的組的材料。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，該相機包括透鏡和位于透鏡前的固體攝像器件，該固體攝像器件包括半導體基板；至少一個感光部，其位于半導體基板中并具有電 荷累積區(qū)；介電層，其位于半導體基板的與電荷累積區(qū)相鄰的感應層上方，其中感應層由介 電層所感應。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，該相機具有位于透鏡和固體攝像器件之間 的快門器件。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，其中介電層感應位于半導體基板中的至少 一個感光部上方的感應層的部分。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，其中介電層和感應層具有與感光部相反的 導電類型。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，其中電荷累積區(qū)的雜質濃度沿半導體基板 的離介電層最近的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，其中電荷累積區(qū)的雜質濃度沿半導體基板 的離介電層最遠的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，其中入射光進入半導體基板的離介電層最 遠的側。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，其中介電層局部地形成于半導體基板的上層上。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括相機，其中介電層包括選自于鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、 釔以及鑭系元素的組的材料。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，該半導體器件包括半導體基板； 位于半導體基板中并具有電荷累積區(qū)的至少一個感光部；介電層，其位于半導體基板的與 電荷累積區(qū)相鄰的感應層上方，其中感應層由介電層感應。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中介電層感應位于半導體基板中 的至少一個感光部上方的感應層的部分。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中介電層和感應層具有與感光部 相反的導電性。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中電荷累積區(qū)的雜質濃度沿半導 體基板的離介電層最近的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中電荷累積區(qū)的雜質濃度沿半導 體基板的離介電層最遠的表面較大。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中介電層局部地形成于半導體基 板的上層上。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中介電層包括選自于鉿、鋯、鋁、 鉭、鈦、釔以及鑭系元素的組的材料。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中入射光進入半導體基板的離介 電層最遠的側。根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式包括半導體器件，其中介電層還用作防反射膜。根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件以及相機能夠避免暗電流以及混色。而 且，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體器件及其制造方法能夠避免諸如光電轉換元件等器件的噪聲。
將附圖并入并構成本說明書的一部分，所述附示了本發(fā)明的實施方式，并與 下面的描述一起用于解釋本發(fā)明的優(yōu)點和原理。在附圖中圖1是表示作為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件的例子的背照射型固體 攝像器件的示意圖。圖2是表示像素部中的單位像素的電路配置的例子的示意圖。圖3是表示作為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件的例子的背照射型固體 攝像器件的示意性截面圖。圖4是表示根據(jù)相關技術的固體攝像器件的示意性截面圖。圖5是表示半導體基板的像素部的主要單元的截面圖。圖6A 圖6D是表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的制造固體攝像器件的方法的示意 圖。圖7A與圖7B是表示根據(jù)第一實施方式的固體攝像器件的特性的圖。圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體器件的例子的示意性截面圖。圖9A 圖9C是表示制造根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體器件的示例性方法的示 意圖。圖10是表示作為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的攝像裝置的例子的相機的示意圖。圖11是表示根據(jù)第一實施方式的變化例的固體攝像器件的示意圖。圖12A與圖12B是表示有機光電轉換膜和有機濾色器層的平面排列(編碼， coding)的示意圖。圖13A與圖13B是表示暗電流的發(fā)生以及解決暗電流的方法的示意圖。圖14是表示混色的發(fā)生機制的示意圖。圖15是表示高光溢出(blooming)機制的示意圖。圖16是表示解決高光溢出的方法的示意圖。
具體實施例方式盡管此處描述了本發(fā)明的各種實施方式，然而本領域的技術人員明顯地可以看 出，在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以具有許多實施方式和實施例。因此，本發(fā)明除了由所附的權利要 求書及其等同物限定外，不受其它限制。圖1是表示作為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件的例子的背照射型固體 攝像器件的示意圖。附圖所示的固體攝像器件1包括像素部2以及周邊電路部，二者安裝于同一半導 體基板上。根據(jù)第一實施方式，周邊電路單元包括垂直選擇電路3、采樣保持相關雙采樣電 路(S/H CDS電路)4、水平選擇電路5、時序發(fā)生器(TG)6、AGC電路7、A/D轉換電路8以及 數(shù)字放大器9。在像素部2中，下述的多個單位像素以矩陣形式布置。地址線等以行為單位布置， 而信號線等以列為單位布置。
垂直選擇電路3以行為單位依次選擇像素，以將每個像素行中的各像素的信號經(jīng) 由垂直信號線而讀出到S/H⑶S電路4。S/H⑶S電路4對從各像素行讀出的像素信號進 行諸如CDS (相關雙采樣)的信號處理。水平選擇電路5依次提取保留于S/H⑶S電路4中的像素信號，并將所提取的像 素信號輸出到AGC(自動增益控制)電路7。AGC電路7將從水平選擇電路5輸入的信號放 大到恰當?shù)脑鲆?，并將所放大的信號輸出到A/D轉換電路8。A/D轉換電路8將從AGC電路7輸入的模擬信號轉換為數(shù)字信號，并將已轉換的 數(shù)字信號輸出到數(shù)字放大器9。數(shù)字放大器9恰當?shù)胤糯髲腁/D轉換電路8輸入的數(shù)字信 號，并將所放大的數(shù)字信號輸出到焊盤(端子)?；趶臅r序發(fā)生器6輸出的各種時序信號，進行垂直選擇電路3、S/HCDS電路4、 水平選擇電路5、AGC電路7、A/D轉換電路8以及數(shù)字放大器9的操作。圖2是表示像素部2中的單位像素的電路配置的例子的示意圖。單位像素例如包括作為光電轉換元件的光電二極管21。單位像素包括作為用于一 個光電二極管21的有源器件的四個晶體管，即包括傳輸晶體管22、放大晶體管23、尋址晶 體管M以及復位晶體管25。光電二極管21將入射光光電轉換為電荷(這里為電子)，所述電荷的量與入射光 的光量相對應。傳輸晶體管22連接于光電二極管21和浮動擴散FD之間。當將驅動信號 經(jīng)由驅動線沈傳輸至傳輸晶體管的柵極(傳輸柵極)時，由光電二極管21進行了光電轉 換的電子被傳輸?shù)礁訑U散FD。放大晶體管23的柵極連接于浮動擴散FD。放大晶體管23經(jīng)由尋址晶體管M連 接于垂直信號線27，并包括像素部外部的恒流源I以及源極跟隨器。當將尋址信號經(jīng)由驅 動線觀傳輸至尋址晶體管M的柵極并使尋址晶體管M導通時，放大晶體管23放大浮動 擴散FD的電勢，并將對應于該電勢的電壓輸出到垂直信號線27。從各像素輸出的電壓經(jīng)由 垂直信號線27而輸出到S/H⑶S電路4。復位晶體管25連接于電源Vdd與浮動擴散FD之間。當將復位信號經(jīng)由驅動線四 傳輸至復位晶體管25的柵極時，浮動擴散FD的電勢復位至電源Vdd的電勢。由于傳輸晶體管22、尋址晶體管M以及復位晶體管25的柵極以行為單位進行連 接，因此對應于一行的各像素被同時操作。圖3是表示作為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件的例子的背照射型固體 攝像器件的示意性截面圖。背照射型固體攝像器件從與形成有布線層38的表面(以下稱為半導體基板的“前 表面”)相反的表面(以下稱為半導體基板的“后表面”)接收光。圖3所示的固體攝像器件1主要包括半導體支撐基板31、半導體基板32、氧化鉿 膜；34、鈍化膜35、濾色器36以及微透鏡37。半導體基板32由η型硅形成。半導體基板32包括多個感光部15，其包括單位 像素；以及器件形成層39，其設有諸如MOS晶體管的有源器件(未圖示)，所述有源器件用 于將由感光部進行光電轉換的信號電荷轉換為電信號。感光部15對應于圖2所示的光電二極管21并且由半導體基板32中的ρη結形成。這里，半導體基板32通過形成硅晶片而形成，所述硅晶片變薄至使光可從后表面入射。根據(jù)固體攝像器件的類型，半導體基板32的厚度大約為2. 5 μ m。使半導體基板 32變薄，直到由于下述的氧化鉿膜34而進入正電荷存儲狀態(tài)的區(qū)域33的厚度變?yōu)榕c下述 的η型電荷累積區(qū)41相鄰的區(qū)域的厚度。當硅晶片的厚度大、即硅晶片未充分地變薄時，在由于氧化鉿膜34而進入正電荷 存儲狀態(tài)的區(qū)域33與η型電荷累積區(qū)41之間夾有器件形成層39。在該配置中，可能出現(xiàn)高光溢出惡化(參見圖15)的問題。因此，為了避免高光溢出惡化，有必要使硅晶片變薄，直到由于氧化鉿膜34而進 入正電荷存儲狀態(tài)的區(qū)域33與η型電荷累積區(qū)41變得彼此鄰近?；蛘?，如圖16所示，為了避免高光溢出惡化，可考慮僅在感光部15之間的縫隙中 形成深的像素隔離區(qū)42。然而，為了形成深的像素隔離區(qū)42，需要將離子注入到深的區(qū)域 中。因此，考慮到縱橫比，需要增加像素隔離區(qū)42的寬度以對深的區(qū)域進行離子注入處理。 在此情況下，感光部的區(qū)域會變小。根據(jù)本發(fā)明的實施方式，為了避免高光溢出惡化并確保感光部的區(qū)域，使由于氧 化鉿膜34而進入正電荷存儲狀態(tài)的區(qū)域33與η型電荷累積區(qū)41彼此鄰近。半導體基板32的前表面上形成有用于電連接幾個層中的諸如MOS晶體管的有源 器件的布線層38。布線層38隔著二氧化硅層10與半導體支撐基板31結合。半導體支撐基板31用于增強半導體基板32的強度。半導體支撐基板31例如由 硅基板形成。氧化鉿膜34形成于半導體基板32的后表面上。氧化鉿膜34是介電膜的例子，并 使半導體基板32的前表面的附近(附圖中以附圖標記33表示的區(qū))進入正電荷存儲狀態(tài)。這里，在根據(jù)相關技術的固體攝像器件中，如圖4所示，在半導體基板32中的感光 部15上形成有ρ型雜質區(qū)30。然而，根據(jù)第一實施方式的固體攝像器件沒有ρ型雜質區(qū)。然而，即使在未形成ρ型雜質區(qū)30的情況中，當由氧化鉿膜34感應的區(qū)域33的 厚度增加時，如同在形成有P型雜質區(qū)30的情況中那樣可能發(fā)生混色。因此，由氧化鉿膜 34感應的區(qū)域33的厚度必須在IOOnm以下。在對應于感光部的區(qū)域，在氧化鉿膜34的上層上形成有設有可見光引入開口部 的遮光膜13。在遮光膜13的上層上形成有鈍化膜35。在對應于可見光引入開口部的區(qū)域處形成有濾色器36和微透鏡37。濾色器36例如使用紅(R)、綠(G)、藍(B)三種顏色的濾色器(RGB Bayer排列) 進行空間顏色分離。通過任意地調(diào)節(jié)濾色器的分光鏡特性，可實現(xiàn)令人滿意的顏色再現(xiàn)。氧化鉿膜34還可用作防反射膜。因此，通過形成氧化鉿膜34，不必設有單獨的防 反射膜。圖5是表示半導體基板32的像素部的主要單元的截面圖。在感光部15的區(qū)域中，在半導體基板32中形成有η型電荷累積區(qū)41。為了使累積信號電荷的區(qū)域靠近半導體基板32的前表面，期望使電荷累積區(qū)41 形成為使雜質濃度沿半導體基板32的前表面增加。為了有效地接收入射光，電荷累積區(qū)41可形成為使得電荷累積區(qū)41的面積沿半導體基板32的后表面增加。在半導體基板32中，在電荷累積區(qū)41的周邊形成像素隔離區(qū)42。在半導體基板 32的前表面，在感光部15的區(qū)域中形成淺的ρ型空穴累積區(qū)44。在半導體基板32的前表面中形成有η型浮動擴散(FD)45。在浮動擴散45與電荷 累積區(qū)41之間形成有ρ型區(qū)46。因此，浮動擴散45與電荷累積區(qū)41彼此電隔離。在第一實施方式中，描述了在半導體基板32的整個表面上形成有氧化鉿膜34的 情況。然而，氧化鉿膜34可使半導體基板32的前表面的附近進入正電荷存儲狀態(tài)。因 此，氧化鉿膜34不必形成于半導體基板32的整個表面上，而是可局部地形成于半導體基板 32的上層上。在第一實施方式中，描述了形成有氧化鉿膜34的情況。然而，半導體基板32的前 表面的附近可進入正電荷存儲狀態(tài)。因此，可以不必形成氧化鉿膜34。作為具有負固定電荷的膜，不僅可以使用氧化鉿膜，還可以使用選自于鋯、鋁、鉭、 鈦、釔以及鑭系元素的元素的氧化物絕緣膜。在第一實施方式中，由于感光部15(電荷累積區(qū)41)為η型區(qū)，半導體基板32的 前表面的附近進入正電荷存儲狀態(tài)并且在半導體基板32的上層上形成有氧化鉿膜34。相反，當感光部15為ρ型區(qū)時，半導體基板32的前表面的附近不得不進入負電荷 存儲狀態(tài)。因此，在半導體基板32的上層上形成有介電膜以使半導體基板32的前表面的 附近進入負電荷存儲狀態(tài)。以下，描述具有上述配置的固體攝像器件的運行。首先，在電荷累積時段期間，從半導體基板32的后表面入射的光由感光部15進行 光電轉換，并且于是產(chǎn)生對應于入射光的光量的信號電荷。在電荷累積區(qū)41中漂移的由光 電轉換產(chǎn)生的信號電荷存在于電荷累積區(qū)41中，并在空穴累積區(qū)44附近累積。在電荷累積時段期間，對傳輸晶體管22的柵極施加負電壓。因此，傳輸晶體管22 截止。隨后，在讀取時，對傳輸晶體管22的柵極施加正電壓。因此，傳輸晶體管22導通。 因此，使在感光部15中累積的信號電荷傳輸?shù)礁訑U散45。這里，浮動擴散45的電勢根據(jù)傳輸至浮動擴散45的信號電荷的量而變化。隨后， 由放大晶體管23放大浮動擴散45的電勢，并將對應于該電勢的電壓輸出到垂直信號線27。在復位時，對復位晶體管25的柵極施加正電壓，且于是將浮動擴散45復位到電源 Vdd的電壓。此時，當對傳輸晶體管22的柵極施加負電壓時，傳輸晶體管22截止。在上述電荷累積時段期間重復讀取操作和復位操作。以下，描述制造具有上述配置的固體攝像器件的方法。即，描述根據(jù)本發(fā)明的實施 方式的制造固體攝像器件的方法的示例。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的制造固體器件的方法中，如圖6Α所示，首先，將用于 形成電阻器51的像素隔離區(qū)應用于包括器件形成層39和薄膜去除層50的半導體基板(例 如η型硅基板)32。隨后，通過普通光刻技術或蝕刻技術形成電阻器開口區(qū)。隨后，通過離子注入方法 形成像素隔離區(qū)42。
在此情況下，離子注入能量根據(jù)像素隔離區(qū)42的深度而不同。此外，形成電阻器 51的像素隔離區(qū)的厚度根據(jù)離子注入能量而不同。即，形成電阻器51的像素隔離區(qū)的厚度 根據(jù)像素隔離區(qū)42的深度而不同。通常，根據(jù)電阻器的厚度而設置電阻器開口的寬度的極限值。因此，為了通過使像素隔離區(qū)42的寬度變窄而擴展感光部15，期望根據(jù)離子注入 能量而設置電阻器的最佳厚度以及電阻器開口的最佳寬度。通過離子注入方法形成η型電荷累積區(qū)41、ρ型空穴累積區(qū)44、浮動擴散45以及 P型區(qū)46。在圖6Α 圖6D中，未圖示η型電荷累積區(qū)41、ρ型空穴累積區(qū)44、浮動擴散45以 及P型區(qū)46。不具體地限制這些區(qū)域的形成順序。隨后，通過重復地形成絕緣膜和布線而在半導體基板32的前表面上形成布線層 38。此后，由硅形成的半導體支撐基板31隔著二氧化硅層10而與布線層38結合(參見圖 6Β)。隨后，如圖6C所示，通過CMP方法、干刻法或濕刻法而去除薄膜去除層50，以使半 導體基板32變薄。具體地，例如，使半導體基板32變薄，從而使其厚度為1 μ m 20 μ m，且具體地厚 度為1 μ m 5 μ m，例如大約為2. 5 μ m，從而在下述的處理中使由于氧化鉿膜34而進入正 電荷累積狀態(tài)的區(qū)域33具有與電荷累積區(qū)41相鄰的區(qū)域的厚度。這里，通過在η型基板上通過外延生長形成η型Si層而形成的半導體基板、通過 在P型基板上通過外延生長形成η型Si層而形成的半導體基板、通過在η型基板上通過外 延生長形成P型Si層而形成的半導體基板以及通過在ρ型基板上通過外延生長形成ρ型 Si層而形成的半導體基板中的任何一個均可用作半導體基板32。然而，當將由第一導電類型的Si形成的薄膜去除層50用作CMP阻擋層或濕刻阻 擋層，以根據(jù)CMP方法、干刻法或濕刻法進行去除處理時，更期望在第一導電類型的Si基板 50上通過外延生長而形成不同于第一導電類型的第二導電類型的Si層39。這是因為當通 過從發(fā)光側進行研磨而對半導體基板32進行背研磨，并隨后根據(jù)CMP方法或濕刻去除第一 導電類型的Si基板50時，第一導電類型的Si基板50本身用作薄膜去除層50，且于是變?yōu)?CMP阻擋層或濕刻阻擋層。因此，使CMP或蝕刻的速度降低，且于是可容易地控制CMP時間 或蝕刻時間。具體地，當將由ρ型Si形成的薄膜去除層50用作CMP阻擋層或濕刻阻擋層，以根 據(jù)CMP方法、干刻法或濕刻法進行去除處理時，更期望在ρ型基板50上通過外延生長而形 成η型Si層39。這是因為在通過從發(fā)光側進行研磨而對半導體基板32進行背研磨之后，ρ 型Si基板50本身被用作薄膜去除層50，且于是變?yōu)楦鶕?jù)CMP方法、干刻法或濕刻法的CMP 阻擋層或濕刻阻擋層。在從發(fā)光側進行研磨而對半導體基板32進行背研磨，并通過CMP方法、干刻法或 濕刻法細微地調(diào)節(jié)Si層39的厚度之后，使用硝酸或硝酸的復合液體去除由ρ型Si形成的 薄膜去除層50，或可保留部分薄膜去除層50。隨后，在半導體基板32的后表面上形成氧化鉿膜34，且具有IOOnm以下的厚度的 區(qū)域33在半導體基板32的前表面附近進入正電荷累積狀態(tài)(參見圖6D)。
氧化鉿膜34例如根據(jù)原子層沉積方法而形成。當形成了氧化鉿膜34時，在半導體基板32的后表面上形成很薄的氧化硅膜(未 圖示)。隨后，在氧化鉿膜34上形成遮光膜13，并對圖案進行處理以在對應于感光部的區(qū) 域中形成可見光引入開口部。隨后，根據(jù)CVD方法，在遮光膜13上形成鈍化膜35，并形成濾 色器36和微透鏡37。這樣，可制造圖3所示的固體攝像器件。關于形成于晶片級的半導體基板32中的固體攝像器件，該晶片可通過切割而分 成各個芯片。隨后，可通過安裝、結合以及封裝單個芯片而獲得一個固體攝像器件。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件的例子中，由于沒有形成ρ型雜質區(qū)， 因此可改善混色。而且，由于電荷累積區(qū)41與由氧化鉿膜34感應的區(qū)域33相鄰，因此高 光溢出特性的惡化得以改善。在圖7A中，圖示了通過將綠(GRN)色的峰值輸出歸一化為100而獲得的紅(RED) 色、綠(GRN)色、藍(BLU)色的相對敏感度。在該圖中，a表示根據(jù)相關技術的形成有ρ型雜質區(qū)30的固體攝像器件的相對敏 感度。具體地，圖示了當P型雜質區(qū)30的厚度為500nm時的相對敏感度。在該圖中，b表 示根據(jù)第一實施方式的固體攝像器件的相對敏感度。具體地，由氧化鉿膜34感應的區(qū)域的 厚度為IOOnm以下。從圖7A可以明顯看出，在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件的例子中，改善 了混色并且也改善了藍(BLU)色的相對敏感度。在圖7B中，圖示了當強光入射時，離被光照射的像素(由附圖中的“0”表示)的 距離與漏光的輸出值之間的關系。在該圖中，a表示形成有ρ型雜質區(qū)30的固體攝像器件(根據(jù)相關技術的固體攝 像器件)，且b、c和d表示未形成有ρ型雜質區(qū)30的固體攝像器件。具體地，在該圖中，a表示半導體基板32的厚度為3 μ m且在電荷累積區(qū)41附近 形成有厚度為500nm的ρ型雜質區(qū)30的情況。在附圖中，b表示半導體基板32的厚度為3 μ m，在電荷累積區(qū)41附近形成有作為 厚度為500nm的N層的器件形成層39，且在器件形成層39附近形成有進入正電荷累積狀 態(tài)的區(qū)域33的情況。在附圖中，c表示半導體基板32的厚度為2. 75 μ m，在電荷累積區(qū)41 的附近形成有作為厚度為250nm的N層的器件形成層39，且在器件形成層39的附近形成有 進入正電荷累積狀態(tài)的區(qū)域33的情況。在附圖中，d表示半導體基板32的厚度為2.5μπι 且在電荷累積區(qū)41附近形成有進入正電荷累積狀態(tài)的區(qū)域33的情況。從圖7Β可以明顯看出，隨著作為N層的器件形成層39的厚度變薄，高光溢出特性 接近根據(jù)相關技術的形成有P型雜質區(qū)30的固體攝像器件的高光溢出特性。在根據(jù)本發(fā) 明的實施方式的未形成N層的固體攝像器件的例子中，可實現(xiàn)與根據(jù)相關技術的形成有ρ 型雜質區(qū)30的固體攝像器件相同的高光溢出特性。圖8是表示根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體器件的例子的示意性截面圖。這里， 半導體器件60的例子包括RAM、R0M以及LSI。半導體器件60主要包括半導體支撐基板61、 半導體基板62以及氧化鉿膜63。半導體基板62由η型硅形成。半導體基板62包括器件形成層65，其中形成有諸如邏輯器件、有源器件以及感光器件等η型器件64。器件64具有η型電荷累積區(qū)(未圖示)。這里，使半導體基板62的厚度變薄，直到由于氧化鉿膜63而進入正電荷累積狀態(tài) 的區(qū)域66的厚度變成與器件64的電荷累積區(qū)相鄰的區(qū)域的厚度。在半導體基板62的一個表面(圖8中的下表面)上形成有使幾個層中的器件電 連接的布線層67。布線層67隔著二氧化硅層68與半導體支撐基板61結合。半導體支撐基板61用于增強半導體基板62的強度。在半導體基板62另一表面(圖8中的上表面)上形成有氧化鉿膜63。氧化鉿膜 63是介電膜的例子，并使半導體基板62的前表面的附近(即由附圖中的附圖標記66表示 的區(qū)域)進入正電荷存儲狀態(tài)。然而，類似于使ρ型雜質區(qū)形成為與器件64的電荷累積區(qū)相鄰的情況，當由氧化 鉿膜63感應的區(qū)域66的厚度增加時，可產(chǎn)生噪聲。因此，由氧化鉿膜63所感應的區(qū)域66 的厚度為IOOnm以下。在第二實施方式中，將描述在半導體基板62的整個表面上形成有氧化鉿膜63的 情況。然而，氧化鉿膜63可使得半導體基板62的前表面的附近進入正電荷累積狀態(tài)。因 此，氧化鉿層可以不形成于半導體基板62的整個表面上?；蛘?，如在第一實施方式中，氧化 鉿層可局部地形成于半導體基板62的上層上。當半導體基板62的前表面的附近可進入正電荷累積狀態(tài)時，不必如第一實施方 式那樣形成氧化鉿膜63。在第二實施方式中，當器件64的電荷累積區(qū)為η型區(qū)時，形成有氧化鉿膜63，從而 半導體基板62的前表面的附近進入正電荷存儲狀態(tài)。相反，當器件的電荷累積區(qū)為ρ型區(qū) 時，半導體基板62的前表面的附近不得不進入負電荷存儲狀態(tài)。因此，在半導體基板62的 上層上形成有介電膜，以使半導體基板62的前表面的附近進入負電荷存儲狀態(tài)。以下，描述制造具有上述配置的半導體器件的方法。即，描述根據(jù)本發(fā)明的實施方 式的制造半導體器件的示例性方法。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的制造半導體器件的示例性方法中，如圖9Α所示，在包 括器件形成層65以及薄膜去除層70的半導體基板62中形成包括η型電荷累積區(qū)的器件 64。隨后，通過重復地形成絕緣膜和布線而在半導體基板62的一個表面上形成布線 層67。此后，由硅形成的半導體支撐基板61隔著二氧化硅層68與布線層67結合(參見圖 9Β)。隨后，如圖9C所示，通過CMP方法或濕刻法去除薄膜去除層，以使半導體基板62 變薄。具體地，例如使半導體基板62變薄，從而使其厚度為1 μ m 20 μ m，且具體地厚度 為1 μ m 5 μ m，以使得紅外光在感光部中進行光電轉換，例如大約為2. 5 μ m，從而在下述 的處理中使由于氧化鉿膜63而進入正電荷累積狀態(tài)的區(qū)域66形成為具有與器件64的電 荷累積區(qū)相鄰的區(qū)域的厚度。這里，通過在η型基板上通過外延生長形成η型Si層而形成的半導體基板、通過 在P型基板上通過外延生長形成η型Si層而形成的半導體基板、通過在η型基板上通過外 延生長形成P型Si層而形成的半導體基板以及通過在ρ型基板上通過外延生長形成ρ型Si層而形成的半導體基板中的任何一個均可用作半導體基板62。然而，當由第一導電類型的Si形成的薄膜去除層70用作CMP阻擋層或濕刻阻擋 層，以根據(jù)CMP方法、干刻法或濕刻法進行去除處理時，更期望在第一導電類型的Si基板50 上通過外延生長而形成不同于第一導電類型的第二導電類型的Si層65。這是因為當通過 從發(fā)光側進行研磨而對半導體基板62進行背研磨，且隨后當根據(jù)CMP方法或濕刻進行去除 第一導電類型的Si基板50時，第一導電類型的Si基板50本身被用作薄膜去除層70，且于 是變?yōu)镃MP阻擋層或濕刻阻擋層。具體地，當由ρ型Si形成的薄膜去除層70用作CMP阻擋層或濕刻阻擋層，以根據(jù) CMP方法、干刻法或濕刻法進行去除處理時，更期望在ρ型基板50上通過外延生長形成η型 Si層65。這是因為在通過從發(fā)光側進行研磨而對半導體基板62進行背研磨之后，ρ型Si 基板50本身被用作薄膜去除層70，且于是變?yōu)楦鶕?jù)CMP方法、干刻法或濕刻法的CMP阻擋 層或濕刻阻擋層。在通過從發(fā)光側進行研磨而對半導體基板62進行背研磨，并通過CMP方法、干刻 法或濕刻法細微地調(diào)節(jié)Si層65的厚度之后，使用硝酸或氫氟酸與硝酸的混合液體去除由 P型Si形成的薄膜去除層70，或可保留部分薄膜去除層70。隨后，在半導體基板62的另一表面上形成氧化鉿膜63，且具有IOOnm以下的厚度 的區(qū)域66在半導體基板62的前表面的附近進入正電荷累積狀態(tài)。這樣，可制造圖8所示 的半導體器件。這里，氧化鉿膜63例如根據(jù)原子層沉積方法形成。關于形成于晶片級的半導體基板62中的半導體器件，該晶片可通過切割而分成 各個芯片。隨后，可通過安裝、結合以及封裝單個芯片而獲得一個半導體器件。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體器件的例子中，由于沒有形成ρ型雜質區(qū)，可 避免由于存在P型雜質區(qū)而引起的器件的噪聲。而且，由于由氧化鉿膜63感應的區(qū)域66 的厚度為IOOnm以下。因此，即使當區(qū)域66被感應而處于正電荷累積狀態(tài)時，仍難以產(chǎn)生 噪聲。圖10是表示作為根據(jù)本發(fā)明的實施方式的攝像裝置的例子的相機77的示意圖。 在該圖所示的相機77中，根據(jù)上述第一實施方式的固體攝像器件用作攝像器件。在根據(jù)本發(fā)明的實施方式的相機77中，來自物體(未圖示)的光經(jīng)由諸如透鏡71 以及機械快門72的光學系統(tǒng)而入射到固體攝像器件73的圖像形成區(qū)。機械快門72阻擋 固體攝像器件73的圖像形成區(qū)中的光，以決定曝光時間。這里，將根據(jù)上述第一實施方式的固體攝像器件1用作固體攝像器件73。固體攝 像器件73由包括時序發(fā)生電路或驅動系統(tǒng)的驅動電路74驅動。由下一級中的信號處理電路75對從固體攝像器件73輸出的信號進行各種信號處 理，所述信號作為輸出到外部的成像信號而得到，并隨后將得到的成像信號存儲于諸如存 儲器的存儲介質中或輸出至監(jiān)視器。由系統(tǒng)控制器76進行對機械快門72的開關控制、驅動電路74的控制、信號處理 電路75的控制等。根據(jù)本發(fā)明的上述實施方式的固體攝像器件1可用于根據(jù)本發(fā)明的實施方式的 相機。因此，由于可改善混色和高光溢出特性，因此可獲得高質量的攝像。在上述第一實施方式中，描述了使用以RGB Bayer形式排列的濾色器36的情況。然而，可將有機光電轉換膜用于改善顏色再生并實現(xiàn)具有高精度的固體攝像器件1。圖11是表示根據(jù)第一實施方式的變化例的固體攝像器件的示意圖。在該圖所示 的固體攝像器件1中，在鈍化膜35的上層上進一步形成有有機光電轉換膜82，且隔著分離 層83形成有有機濾色器層84。有機濾色器84形成為與感光部15對應，并例如提取藍(B)光和紅(R)光。因此， 通過以方格圖案布置青光有機濾色器層84C和黃光有機濾色器層84Y而形成有機濾色器 84。在有機濾色器層84上，分別形成微透鏡37，以使入射到各感光部15上的光聚集。有機光電轉換膜82的綠(G)基顏料的例子包括羅丹明基顏料、酞菁衍生物、喹吖 啶酮、曙紅Y以及部花青(melacyanine)基顏料。根據(jù)變化例的固體攝像器件1從綠(G)光有機光電轉換膜82提取信號，并從青光 有機濾色器層和黃光有機濾色器層84的組合提取藍(B)光和紅(R)光。以下，參照圖12A和圖12B描述有機光電轉換膜82以及有機濾色器層84的平面 排列(編碼)的例子。如圖12A所示，在所有像素中排列有綠(G)光有機光電轉換膜82。如圖12B所示， 以所謂的方格圖案排列青和黃。通過以下原理實現(xiàn)藍(B)光和紅(R)光的色散。S卩，通過青光有機濾色器層84C的吸收而去除紅(R)光成分，通過綠光有機光電轉 換膜82的吸收而去除綠(G)光成分，且于是可從剩余的藍(B)光成分提取藍(B)光。另一方面，通過黃光有機濾色器層84Y的吸收而去除藍(B)光成分，通過綠(G)光 有機光電轉換膜82的吸收而去除綠(G)光成分，且于是可從紅(R)光成分提取紅(R)光。通過所述排列，可輸出綠(G)、藍⑶和紅(R)的分離顏色信號。由于青光有機濾色器層84C和黃光有機濾色器層84Y以所謂的方格圖案排列，稍 微降低了空間亮度或彩色清晰度。然而，可顯著地改善顏色再現(xiàn)。在上述第一實施方式中，描述了使用整個η型硅基板的情況。然而，可以不使用整 個η型硅基板。作為替代，可使用具有在半導體基板中隔行設有氧化物膜的配置的SOI基 板。半導體基板可具有η型半導體基板以外的類型。作為替代，固體攝像器件可通過 使用P型半導體基板并將η型雜質注入對應于感光部15的區(qū)域而制造。本領域的技術人員應當明白，在不脫離所附權利要求及其等同物的范圍內(nèi)，取決 于設計需要和其它因素可出現(xiàn)各種變化、組合、子組合和替代。
權利要求
1.一種固體攝像器件，其包括半導體基板；至少一個感光部，其位于所述半導體基板中并具有電荷累積區(qū)；以及介電層，其位于所述半導體基板的與所述電荷累積區(qū)相鄰的感應層上方，其中，所述感應層由所述介電層感應。
2.如權利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述介電層感應位于所述半導體基板中 的所述至少一個感光部上方的所述感應層的部分。
3.如權利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述介電層和所述感應層具有與所述感 光部相反的導電類型。
4.如權利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度沿所述半導 體基板的離所述介電層最近的表面較大。
5.如權利要求4所述的固體攝像器件，其中，入射光進入離所述介電層最遠的所述半 導體基板一側。
6.如權利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度沿所述半導 體基板的離所述介電層最遠的表面較大。
7.如權利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述介電層局部地形成于所述半導體基 板的上層上。
8.如權利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述介電層包括選自于鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、 釔以及鑭系元素的材料。
9.如權利要求1所述的固體攝像器件，其中，所述介電層還用作防反射膜。
10.一種制造半導體器件的方法，該方法包括以下步驟形成位于半導體基板中并具有電荷累積區(qū)的至少一個感光部；形成位于所述半導體基板的后表面中并與所述電荷累積區(qū)相鄰的感應層；以及在所述感應層上方形成介電層。
11.如權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，所述介電層感應位于所述半 導體基板中的所述至少一個感光部上方的所述感應層的部分。
12.如權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，所述介電層和所述感應層具 有與所述感光部相反的導電類型。
13.如權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度 沿所述半導體基板的離所述介電層最近的表面較大。
14.如權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度 沿所述半導體基板的離所述介電層最遠的表面較大。
15.如權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，所述介電層局部地形成于所 述半導體基板的上層上。
16.如權利要求10所述的制造半導體器件的方法，其中，所述介電層包括選自于鉿、 鋯、鋁、鉭、鈦、釔以及鑭系元素的材料。
17.一種相機，其包括透鏡；以及位于所述透鏡前的固體攝像器件，該固體攝像器件包括半導體基板、位于所述半導體基板中并具有電荷累積區(qū)的至少一個感光部、以及位于所述半導體基板的與所述電荷累積 區(qū)相鄰的感應層上方的介電層，其中，所述感應層由所述介電層感應。
18.如權利要求17所述的相機，包括位于所述透鏡與所述固體攝像器件之間的快門器件。
19.如權利要求17所述的相機，其中，所述介電層感應位于所述半導體基板中的所述 至少一個感光部上方的所述感應層的部分。
20.如權利要求17所述的相機，其中，所述介電層和所述感應層具有與所述感光部相 反的導電類型。
21.如權利要求17所述的相機，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度沿所述半導體基板 的離所述介電層最近的表面較大。
22.如權利要求17所述的相機，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度沿所述半導體基板 的離所述介電層最遠的表面較大。
23.如權利要求17所述的相機，其中，入射光進入所述半導體基板的離所述介電層最 遠的側。
24.如權利要求17所述的相機，其中，所述介電層局部地形成于所述半導體基板的上層上。
25.如權利要求17所述的相機，其中，所述介電層包括選自于鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、釔以及 鑭系元素的材料。
26.一種半導體器件，其包括 半導體基板；至少一個感光部，其位于所述半導體基板中并具有電荷累積區(qū)；以及 介電層，其位于所述半導體基板的與所述電荷累積區(qū)相鄰的感應層上方， 其中，所述感應層由所述介電層感應。
27.如權利要求26所述的半導體器件，其中，所述介電層感應位于所述半導體基板中 的所述至少一個感光部上方的所述感應層的部分。
28.如權利要求26所述的半導體器件，其中，所述介電層和所述感應層具有與所述感 光部相反的導電性。
29.如權利要求26所述的半導體器件，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度沿所述半導 體基板的離所述介電層最近的表面較大。
30.如權利要求26所述的半導體器件，其中，所述電荷累積區(qū)的雜質濃度沿所述半導 體基板的離所述介電層最遠的表面較大。
31.如權利要求26所述的半導體器件，其中，所述介電層局部地形成于所述半導體基 板的上層上。
32.如權利要求26所述的半導體器件，其中，所述介電層包括選自于鉿、鋯、鋁、鉭、鈦、 釔以及鑭系元素的材料。
33.如權利要求26所述的半導體器件，其中，入射光進入所述半導體基板的離所述介 電層最遠的一側。
34.如權利要求26所述的半導體器件，其中，所述介電層還用作防反射膜。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種固體攝像器件、相機、半導體器件以及其制造方法，其中所述固體攝像器件包括半導體基板；至少一個感光部，其位于半導體基板中并具有電荷累積區(qū)；以及介電層，其位于半導體基板的與電荷累積區(qū)相鄰的感應層上方，感應層由介電層感應。根據(jù)本發(fā)明的實施方式的固體攝像器件以及相機能夠避免暗電流以及混色。而且，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的半導體器件及其制造方法能夠避免諸如光電轉換元件等器件的噪聲。
文檔編號H01L27/146GK102082155SQ20101055320
公開日2011年6月1日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權日2009年11月30日
發(fā)明者遠藤表徳, 阿部高志 申請人:索尼公司