CN101814516B - 固态成像器件及其制造方法、和成像装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固态成像器件及其制造方法、以及包括该固态成像器件的成像装置。所述固态成像器件包括：从硅层的背面侧接收入射光以对入射光进行光电转换的光电转换部；和朝所述硅层的正面侧输出在所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部，其中在所述硅层的正面侧，在俯视布局上与所述光电转换部重叠的位置处设置有具有内应力的吸杂层。

Description

固态成像器件及其制造方法、和成像装置
技术领域
本发明涉及固态成像器件及其制造方法、以及使用所述固态成像器件的成像装置。
背景技术
作为固态成像器件的一种新型结构，例如JP-A-2003-031785提出了一种所谓的背面照明型图像传感器，该图像传感器从与形成有像素晶体管、外围电路部和配线层的表面相反的表面接收入射光。
该结构消除了因配线层引起的入射光的渐晕现象，从而能改善入射光的量子效率。
另一方面，图像传感器已知具有这样一种结构，即受光部从其形成有配线层的一侧接收入射光。然而，这种图像传感器在可适用的材料上具有局限，因为必须在期望波长范围确保足够的透射率，以便能抑制入射光在受光部的光入射表面上方的损失。
相反，背面照明型图像传感器的结构使得当图像传感器被实际操作时，形成配线区域的层相对于受光部位于背面(后表面)侧。因此，背面照明型图像传感器具有完全消除适用材料方面的局限的优势。
作为用于背面照明型图像传感器的衬底技术，SOI(silicon on insulator，绝缘体上硅)衬底很普及。
SOI衬底的一个具体示例具有以下结构：用作有源层的数μm厚的单晶硅层经由氧化硅层形成在基部衬底上。在形成背面照明型图像传感器时，所述氧化硅层提供在去除基部衬底时的选择性。
然而，已知的是，由于图像传感器是模拟器件，所以其成像特性受到晶体质量、PID、膜厚或线宽的加工尺寸的不均匀性等因素的强烈影响。
这些因素中，要求减小噪音分量的呼声特别强烈。因此，晶片处理步骤期间对金属污染的抑制以及对高质量晶体的确保均是十分重要的要求。
然而，SOI衬底的结构是，有源层由如上所述厚度为数μm的单晶硅层形成。因此，有助于光电转换的无缺陷区即DZ(denuded zone，洁净区)层占据了有源层的大部分，因此没有足够的面积留给吸杂层。
因此，非常难以抑制因金属污染而产生的噪音分量，这可以说是图像传感器的最重要的问题。
下面将描述吸杂技术的具体示例。
通常，吸杂场所形成在与形成有元件的有源层分离的区域，以防止特性恶化。具体说，吸杂场所形成在硅(Si)衬底内部与硅衬底的背面或有源层距离数十μm的位置处。
另一要求是在制造工艺期间热处理时预期发生的扩散现象使污染种子到达吸杂场所并在这里被捕获。
此外，根据使用的方法，必须考虑这样一个现象，即，热处理延伸(再分布)确定吸杂场所的形成的要求(污染种子和晶体缺陷)。
SOI衬底在上述限制下可应用于已知结构的图像传感器。因此，被认为难以应用多种吸杂技术。
如图16所示，吸杂技术通常分为本征吸杂(IG)方法和非本征吸杂(EG)方法。
本征吸杂方法是这样一种方法，其中，在硅(Si)衬底中以过饱和状态(1×1018cm-3)存在的氧只在晶片内部被析出以形成吸杂槽(gettering sink)，例如SiO2析出物、位错或堆垛层错。氧扩散向晶片表面的外侧以形成无缺陷区(DZ层)，并在该无缺陷区中形成元件。
非本征吸杂方法包括利用磷(P)的扩散的磷吸杂方法。该方法将通过使磷(P)杂质扩散至高浓度而形成的失配位错用作吸杂槽。非本征吸杂方法还包括形成异质膜的方法。该方法将与硅(Si)衬底不同的多晶硅或氮化硅(Si3N4)膜的应力诱发应变用作吸杂槽。
非本征吸杂方法还包括利用离子注入或激光照射的方法。该方法将由于离子注入或激光照射产生的损害所形成的裂纹、位错或堆垛层错用作吸杂槽。所谓的碳吸杂就是该方法的一个例子。
非本征吸杂方法还包括盐酸(HCl)吸杂方法。该方法使晶片在含有氯(Cl)的气态氛围中受到热处理，以将重金属变成挥发性金属氯化物，从而从晶片去除挥发性金属氯化物。
磷吸杂方法就以下方面而言存在若干问题：以高精度控制失配位错形成在与有源层分离的区域中的能力，以及热处理期间污染种子的重新分布以便被适当地捕获。然而，在目前，被认为难以将磷吸杂方法应用于对固态成像器件的衬底进行吸杂。
此外，HCl吸杂方法被认为难以应用于对固态成像器件的衬底进行吸杂，因为它的吸杂效果是短暂的。此外，离子注入/激光照射方法也被认为难以应用于对固态成像器件的衬底进行吸杂，因为对该方法存在污染材料重新分布的潜在忧虑。
另一方面，由于碳吸杂方法对金属污染种子呈现出优异的吸杂能力，例如JP-A-2005-294705提出了一种选择性地形成吸杂场所的方法。然而，如图17所示，该方法不能消除由于形成碳(C))吸杂场所后的热处理所引起的碳(C)扩散和重新分布的影响，所以使得难以微型化。
另外，在SOI衬底中，在有源层的硅层与基部衬底之间存在通过热氧化方法形成的氧化硅膜。由于氧化硅膜的存在，当在基部衬底侧形成吸杂场所时，存在这样的局限，即除例如铜等能够在氧化硅膜中扩散的金属元素外的金属污染种子的扩散或捕获(吸除)受到氧化硅膜的抑制。
如上所述，在目前还未建立对使用SOI衬底的固态成像器件(例如背面照明型图像传感器)有效的吸杂技术。
也就是说，现有的吸杂方法还不能有效地用于使用SOI衬底的固态成像器件的硅层。
发明内容
因此，希望提供一种能够将使用例如SOI衬底等硅层的固态成像器件中的硅层的污染金属吸除的技术。
根据本发明的一实施例，提供了一种固态成像器件，其包括：从硅层的背面侧接收入射光以对入射光进行光电转换的光电转换部；和朝所述硅层的正面侧输出在所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部，其中在所述硅层的正面侧，在衬底表面中、在俯视布局上与所述光电转换部重叠的位置处设置有具有内应力的吸杂层。
在所述固态成像器件中，由于具有内应力的吸杂层形成在硅层的与作为光入射侧的背面相反的正面上的与光电转换部重叠的位置处，所以能通过吸杂层的应力向硅层施加应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层中的例如金属杂质。
根据本发明的另一实施例，提供了一种固态成像器件的制造方法(第一制造方法)，其包括以下步骤：在硅层中形成用于接收入射光并对所述入射光进行光电转换的光电转换部、用于输出在所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部、和形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上的外围电路部；以及以下在先的步骤，包括：在所述硅层的正面上形成第一绝缘膜；在所述第一绝缘膜的与形成有所述光电转换部的区域重叠的位置处形成暴露所述硅层的孔径部；在包括所述孔径部的内侧的所述第一绝缘膜上形成具有内应力的吸杂形成层；在所述硅层中形成器件分隔槽，以使所述光电转换部、所述像素晶体管部和所述外围电路部分隔开，然后在所述吸杂层上形成第二绝缘膜以掩埋所述器件分隔槽；去除留在所述吸杂层上的所述第二绝缘膜，从而以留在所述器件分隔槽内部的第二绝缘膜形成器件分隔区；以及进行图案化，以使所述吸杂形成层留在所述孔径部内，从而形成吸杂层。
在所述第一制造方法中，暴露硅层的孔径部形成在与形成光电转换部的区域重叠的位置处，并且在所述孔径部中由具有内应力的吸杂形成层形成吸杂层。因此，通过吸杂层的应力向硅层提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层中的例如金属杂质。
根据本发明的再一实施例，提供了一种固态成像器件的制造方法(第二制造方法)，其包括以下步骤：在硅层中形成通过对入射光进行光电转换而获得信号电荷的光电转换部；在所述硅层中形成像素晶体管部和外围电路部，所述像素晶体管部输出在所述光电转换部中生成的信号电荷，所述外围电路部形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上；在所述硅层的正面上形成所述像素晶体管部的晶体管或所述外围电路部的晶体管的门(gate)绝缘膜，然后在与所述门绝缘膜的形成有所述光电转换部的区域重叠的位置处形成暴露所述硅层的孔径部；在包括所述孔径部的内侧的所述门绝缘膜上形成兼作具有内应力的吸杂层的门电极形成膜；以及以所述门电极形成膜形成所述像素晶体管部和所述外围电路部中的至少一个的门电极，并进行图案化以使所述门电极形成膜留在所述孔径部内，从而形成吸杂层。
在所述第二制造方法中，暴露硅层的孔径部形成在与形成光电转换部的区域重叠的位置处，并且在所述孔径部中形成具有内应力的吸杂层。因此，通过吸杂层的应力向硅层提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层中的例如金属杂质。
根据本发明的再一实施例，提供了一种固态成像器件的制造方法(第三制造方法)，其包括以下步骤：在硅层中形成通过对入射光进行光电转换而获得信号电荷的光电转换部；在所述硅层中形成像素晶体管部和外围电路部，所述像素晶体管部输出在所述光电转换部中生成的信号电荷，所述外围电路部形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上；在所述硅层上经由门绝缘膜形成所述像素晶体管部的晶体管和所述外围电路部的晶体管的门电极；以及在所述门电极的横向壁上形成侧壁，其中所述形成侧壁的步骤包括以下步骤：在所述硅层上形成侧壁形成膜以覆盖所述门电极；在与所述门绝缘膜和所述侧壁形成膜的形成有所述光电转换部的区域重叠的位置处形成暴露所述硅层的孔径部；以及在所述硅层的正面的设置于所述孔径部下方的的部分上形成具有内应力的吸杂层。
在所述第三制造方法中，暴露硅层的孔径部形成在与形成光电转换部的区域重叠的位置处，并且在所述孔径部中形成具有内应力的吸杂层。因此，通过吸杂层的应力向硅层提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层中的例如金属杂质。
根据本发明的再一实施例，提供了一种固态成像器件的制造方法(第四制造方法)，其包括以下步骤：在硅层中形成通过对入射光进行光电转换而获得信号电荷的光电转换部；在所述硅层中形成像素晶体管部和外围电路部，所述像素晶体管部输出在所述光电转换部中生成的信号电荷，所述外围电路部形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上；以在所述硅层上经由门绝缘膜形成的门电极形成膜形成所述像素晶体管部的晶体管和所述外围电路部的晶体管的门电极，并在所述门绝缘膜上的重叠于形成有所述光电转换部的区域的位置处形成具有内应力的吸杂层；形成绝缘膜以覆盖所述门电极和所述吸杂层；以及形成电极以穿透所述绝缘膜并连接至所述门电极和所述吸杂层。
在第四制造方法中，具有内应力的吸杂层在门绝缘膜上与形成有光电转换部的区域重叠的位置处由门电极形成膜形成。因此，通过吸杂层的应力向硅层提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层中的例如金属杂质。
根据本发明的再一实施例，提供了一种成像装置，其包括：会聚入射光的聚光光学单元；具有接收通过所述聚光光学单元会聚的光并对所述光进行光电转换的固态成像器件的成像单元；和处理经过光电转换的信号的信号处理部，所述固态成像器件包括：从硅层的背面侧接收入射光以对所述入射光进行光电转换的光电转换部；和朝所述硅层的正面侧输出在所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部，其中在所述硅层的正面侧，在衬底表面中在俯视布局上与所述光电转换部重叠的位置处设置有具有内应力的吸杂层。
在所述成像装置中，用在成像单元中的固态成像器件设置有具有内应力的吸杂层，所述吸杂层形成在所述硅层的与形成有光电转换部的光入射侧相反的正面上。因此，形成有光电转换部的硅层的金属污染在与硅层的光入射侧相反的一侧被吸除，从而从形成有光电转换部的区域中去除作为污染材料的金属。因此，能够抑制由金属污染引起的噪音分量的出现。
在根据本发明的实施例的固态成像器件中，由于吸杂场所形成在形成有光电转换部的硅层中，所以能够在吸杂场所吸除硅层中的金属杂质。因此，能够提供使由杂质引起的噪音的出现能够得到抑制的优势。因此，能够获得高质量的成像图像。
在根据本发明的实施例的固态成像器件的制造方法中，由于吸杂场所形成在形成有光电转换部的硅层中，所以能够将硅层中的金属杂质吸除到吸杂场所中。因此，能够提供使由杂质引起的噪音的出现能够得到抑制的优势。因此，能够获得高质量的成像图像。
在根据本发明的实施例的成像装置中，由于能够在用在成像单元中的固态成像器件中抑制由金属污染引起的噪音的出现，所以固态成像器件能够提供噪音分量少的图像。因此，能够提供获得高质量成像图像的优势。
附图说明
图1是示出根据本发明第一实施例的固态成像器件的示例性构造的示意性截面图。
图2是示出根据本发明第二实施例的固态成像器件的示例性构造的示意性截面图。
图3是示出根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第一示例的制造工艺的截面图。
图4是示出根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第一示例的制造工艺的截面图。
图5是示出根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第二示例的制造工艺的截面图。
图6是示出根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第二示例的制造工艺的截面图。
图7是示出根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第三示例的制造工艺的截面图。
图8是示出根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第三示例的制造工艺的截面图。
图9是示出根据本发明第四实施例的固态成像器件制造方法的示例的制造工艺的截面图。
图10是示出根据本发明第四实施例的固态成像器件制造方法的示例的制造工艺的截面图。
图11是示出根据本发明的实施例的使用SOI衬底的背面照明型固态成像器件的制造方法的示例的制造工艺的截面图。
图12是示出根据本发明的实施例的使用外延生长衬底的背面照明型固态成像器件的制造方法的示例的制造工艺的截面图。
图13是示出根据本发明的实施例的固态成像器件中的光电转换部与吸杂层之间的位置关系的示例的俯视布局图。
图14是示出根据本发明的实施例的固态成像器件中的光电转换部与吸杂层之间的位置关系的示例的俯视布局图。
图15是示出根据本发明第五实施例的成像装置的示例性构造的框图。
图16是用于描述吸杂技术的示图。
图17是示出碳的扩散系数与温度之间的关系的图表。
具体实施方式
下面将描述实施本发明的具体模式(以下称为实施例)。
1.第一实施例
固态成像器件的示例性构造
将参考图1的截面图来描述根据本发明第一实施例的固态成像器件的示例性构造。
如图1所示，硅层11中形成有光电转换部12，该光电转换部12对从硅层11的背面侧接收到的入射光进行光电转换以获得信号电荷。在硅层11的正面侧形成有像素晶体管部13，该像素晶体管部13输出光电转换部12生成的信号电荷。此外，在具有光电转换部12和像素晶体管部13的像素部的外围形成有外围电路部14。另外，还形成有器件分隔区15，以将光电转换部12、像素晶体管部13和外围电路部14彼此电隔离开。
硅层11由例如典型的SOI衬底形成。光电转换部12由N型区域12N和形成于N型区域12N上的P+型区域12P构成。
器件分隔区15具有例如STI(shallow trench isolation，浅沟槽隔离)结构。此外，像素部的器件分隔区15由P型扩散层15P和形成于P型扩散层15P上的绝缘膜(例如氧化硅膜)15I形成。绝缘膜15I形成为厚度比形成在外围电路部14中的器件分隔区15的厚度浅。
此外，在硅层11的正面侧，在衬底表面中在俯视布局上与光电转换部12重叠的位置处形成有具有内应力的吸杂层(非本征吸杂层)16。
吸杂层16直接形成在硅层11的正面上。
例如，当绝缘膜31形成在硅层11的正面上时，吸杂层16穿过形成在绝缘膜31中的孔径部32而形成。例如，绝缘膜31由例如像素晶体管部13的门绝缘膜或外围电路部14的门绝缘膜形成。或者，绝缘膜31可由像素晶体管部13的门绝缘膜或外围电路部14的门绝缘膜和在各门电极的横向壁上形成侧壁的绝缘膜形成。或者，绝缘膜31可包括用于其它目的的其它绝缘膜，例如覆盖晶体管等以达保护目的的保护膜。
吸杂层16由例如多晶硅膜或氮化硅膜等形成。在多晶硅膜或氮化硅膜的情况下，膜优选通过减压CVD方法形成。
通过减压CVD方法形成的多晶硅膜在膜厚为例如500nm时具有约为-200MPa的本征应力值。通过减压CVD方法形成的氮化硅膜在膜厚为例如300nm时，具有约为+1GPa的本征应力值。因此，所述多晶硅膜或氮化硅膜将是具有足够拉伸或压缩应力的膜。
此外，吸杂层16可以是通过减压CVD方法形成的非晶硅膜。
此外，吸杂层16可以是金属膜。例如，可使用钨膜或钽膜。这些膜在单晶硅(Si)中的扩散系数比铜、钴、镍等的扩散系数低很多(例如低数位)，并且也比钼、钛、铬、镍、钌等的扩散系数低。因此，可以说几乎没有钨或钽会扩散到单晶硅中。
因此，可将耐热性优异、扩散系数低并且不会引起金属污染忧虑的材料用于吸杂层16。
此外，从向硅层11的正面施加应力的观点来说，吸杂层16优选应具有大的厚度。然而，由于一些潜在问题，例如在硅层11中形成裂纹或吸杂层16的自毁，或者堆垛在吸杂层16上的配线层等的堆垛结构的高度的限制，吸杂层16的厚度优选小于等于上述厚度。也就是说，通过减压CVD方法形成的多晶硅膜形成为小于等于500nm的厚度，而通过减压CVD方法形成的氮化硅膜形成为小于等于300nm的厚度。
像素晶体管部13包括具有传输门TG的传输晶体管TR，所述传输门TG用于从例如光电转换部12读取信号电荷。像素晶体管部13还包括用于放大和输出所读取的信号电荷的像素晶体管阵列，该阵列包括例如复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管。图中，作为代表，只示出了这些晶体管中的一个晶体管(例如放大晶体管Amp)。虽然描述的是像素晶体管部13具有传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管这四个晶体管，但是像素晶体管部13也可只具有三个晶体管。
此外，虽然图中未示出，但是包括复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管的像素晶体管阵列也可设置为由两个光电转换部共享的公用像素晶体管。或者，所述像素晶体管阵列可设置为由四个光电转换部共享的公用像素晶体管。
另一方面，外围电路部14中也形成有晶体管17。虽然图中只示出了一个晶体管作为代表，但是外围电路部14可由使用NMOS晶体管和PMOS晶体管的多个晶体管构成。在例如CMOS图像传感器的情况下，外围电路部14包括对控制信号线进行独立控制的驱动电路、以及例如垂直扫描电路、时序生成电路和水平扫描电路等各种像素控制用电路。
此外，虽然图中未示出，但是在形成有像素晶体管部13和外围电路部14的硅层11的正面侧的一部分上形成有保护膜49，并且在保护膜49上经由层间绝缘膜形成有多个配线层。将层间绝缘膜的位于最上层的正面平整化，并将支承衬底附接至该正面。另一方面，在硅层11的背面侧形成保护膜47，在入射光进入光电转换部12的位置处形成滤色器，并在该滤色器上方形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜。这样，就形成了固态成像器件1。
在固态成像器件1中，由于具有内应力的吸杂层16形成在硅层11的与作为光入射侧的背面相反的正面上，并位于与光电转换部12重叠的位置处，所以能通过吸杂层16的应力向硅层11施加应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层11中的例如金属杂质。
此外，由于吸杂层16是直接形成在硅层11的顶面上的，所以吸杂层16的应力能够直接传递至硅层11。因此，吸杂层16中的应力能够在没有损失的情况下传递至硅层11，从而能向硅层11施加用作吸杂场所的应变。
此外，由于吸杂层16形成在硅层11的与入射光入射的光电转换部12一侧相反的正面上，所以吸杂层16的光学特性不受特别限制。因此，具有遮光性质的金属膜也可被使用。也就是说，由于入射光在吸杂层16中不被吸收，所以能够改善光电转换部12的量子(光电转换)效率。因此，能够改善固态成像器件1的敏感性。
此外，由于吸杂场所的形成是通过吸杂层16的内应力来实现的，所以吸杂场所不必包含用于吸杂的杂质。因此，能够在吸除金属杂质不可缺少的长时间热处理中防止用于吸杂的杂质的重新分布。此外，能够在硅层11的有限区域中形成吸杂场所，从而能在尽可能宽的范围内确保包括光电转换部12的耗尽层区域。因此，通过在广泛的区域内形成光电转换部12，能实现敏感性的提高。此外，还能抑制特性波动。
2.第二实施例
固态成像器件的示例性构造
现在将参考图2的截面图来描述根据本发明第二实施例的固态成像器件的示例性构造。
如图2所示，硅层11中形成有光电转换部12，该光电转换部12对从硅层11的背面侧接收到的入射光进行光电转换以获得信号电荷。在硅层11的正面侧形成有像素晶体管部13，该像素晶体管部13输出光电转换部12生成的信号电荷。此外，在具有光电转换部12和像素晶体管部13的像素部的外围形成有外围电路部14。另外，还形成有器件分隔区15，以将光电转换部12、像素晶体管部13和外围电路部14彼此电隔离开。
硅层11由例如典型的SOI衬底形成。光电转换部12由N型区域12N和形成于N型区域12N上的P+型区域12P构成。
器件分隔区15具有例如STI(浅沟槽隔离)结构。此外，像素部的器件分隔区15由P型扩散层15P和形成于P型扩散层15P上的绝缘膜(例如氧化硅膜)15I形成。绝缘膜15I形成为厚度比形成在外围电路部14中的器件分隔区15的厚度浅。
此外，在硅层11的正面侧，在衬底表面中在俯视布局上与光电转换部12重叠的位置处，经由门绝缘膜21形成有具有内应力的吸杂层(非本征吸杂层)16。
门绝缘膜21由与像素晶体管部13的晶体管的门绝缘膜或外围电路部14的晶体管的门绝缘膜位于同一层的门绝缘膜形成。
因此，吸杂层16由与例如像素晶体管部13的晶体管(例如放大晶体管Amp)的门电极54或外围电路部14的晶体管17的门电极19位于同一层的多晶硅膜形成。在多晶硅膜的情况下，膜优选通过减压CVD方法形成。
通过减压CVD方法形成的多晶硅膜在膜厚为例如500nm时，具有约为-200MPa的本征应力值。
此外，吸杂层16可以是通过减压CVD方法形成的非晶硅膜。
此外，吸杂层16可以是金属膜。例如，当外围电路部14的门电极19由例如钨膜或钽膜等金属膜形成时，则该金属膜用于吸杂层16。这些膜在单晶硅(Si)中的扩散系数比铜、钴、镍等的扩散系数低很多(例如低数位)，并且也比钼、钛、铬、镍、钌等的扩散系数低。因此，可以说几乎没有钨或钽会扩散到单晶硅中。
因此，可将耐热性优异、扩散系数低并且不会引起金属污染忧虑的任意导电性材料用于吸杂层16。
此外，从向硅层11的正面施加应力的观点来说，吸杂层16优选应具有大的厚度。然而，当吸杂层16形成为与门电极形成于同一层时，吸杂层16的厚度可与门电极的相同。
吸杂层16连接至例如用于施加负电压的电极18。此外，传输门TG、门电极54和19等也连接至电极72、73和74。
像素晶体管部13包括具有传输门TG的传输晶体管TR，所述传输门TG用于从例如光电转换部12读取信号电荷。像素晶体管部13还包括用于放大和输出所读取的信号电荷的像素晶体管阵列，该阵列包括例如复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管。图中，作为代表，只示出了这些晶体管中的一个晶体管(例如放大晶体管Amp)。虽然描述的是像素晶体管部13具有传输晶体管、复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管这四个晶体管，但是像素晶体管部13也可只具有三个晶体管。
此外，虽然图中未示出，但是包括复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管的像素晶体管阵列也可设置为由两个光电转换部共享的公用像素晶体管。或者，所述像素晶体管阵列可设置为由四个光电转换部共享的公用像素晶体管。
另一方面，外围电路部14中也形成有晶体管17。虽然图中只示出了一个晶体管作为代表，但是外围电路部14可由使用NMOS晶体管和PMOS晶体管的多个晶体管构成。在例如CMOS图像传感器的情况下，外围电路部14包括对控制信号线进行独立控制的驱动电路、以及例如垂直扫描电路、时序生成电路和水平扫描电路等各种像素控制用电路。
此外，虽然图中未示出，但是在形成有像素晶体管部13和外围电路部14的硅层11的正面侧的一部分上形成有保护膜49，并且在保护膜49上经由层间绝缘膜形成有多个配线层。电极18形成在层间绝缘膜的底层50中。将层间绝缘膜的最上层正面平整化，并将支承衬底附接至该正面。另外，在硅层11的背面侧形成保护膜47，在入射光进入光电转换部12的位置处形成滤色器，并在该滤色器上方形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜。这样，就形成了固态成像器件2。
在固态成像器件2中，由于具有内应力的吸杂层16形成在硅层11的与作为光入射侧的背面相反的正面上，并位于与光电转换部12重叠的位置处，所以能通过吸杂层16的应力向硅层11施加应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层11中的例如金属杂质。
此外，吸杂层16连接至用施加负电压的电极18。当负电位通过电极18施加到吸杂层16时，空穴(hole)可在硅层11的邻近吸杂层16的部分发生电蓄积，由此形成空穴蓄积层。所形成的空穴蓄积层防止光电转换部11中出现白点并防止生成暗电流。向吸杂层16施加1.1～1.2V左右的电压就已足够。
此外，由于吸杂层16形成在硅层11的与入射光入射的光电转换部12一侧相反的正面上，所以吸杂层16的光学特性不受特别限制。因此，具有遮光性质的金属膜也可被使用。
此外，由于吸杂场所的形成是通过吸杂层16的内应力来实现的，所以吸杂场所不必包含用于吸杂的杂质。因此，能够在吸除金属杂质不可缺少的长时间热处理中防止用于吸杂的杂质的重新分布。
3.第三实施例
固态成像器件制造方法的第一示例
下面将参考图3和4的截面图来描述根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第一示例。
根据固态成像器件制造方法的第一示例(第一制造方法)，在由硅衬底形成的硅层中形成：接收入射光以对入射光进行光电转换的光电转换部；和输出所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部。同时，在硅层中，在具有光电转换部和像素晶体管部的像素部的外围处形成外围电路部。
在形成光电转换部、像素晶体管部和外围电路部前，如图3中(1)所示，在由硅衬底形成的硅层11的正面上形成第一绝缘膜41。第一绝缘膜41由例如氧化硅膜形成，并且是用于例如离子注入的缓冲层。或者，第一绝缘膜41是形成器件分隔区时所使用的牺牲层。
然后，在第一绝缘膜41的与形成有光电转换部的区域重叠的位置处形成使硅层11暴露的孔径部42。
然后，在包括孔径部42的内侧的第一绝缘膜41上形成具有内应力的吸杂形成层43。例如，第一绝缘膜41由氧化硅膜通过使用例如TEOS作为原料气体的等离子CVD方法形成。此外，吸杂形成层43由氮化硅膜通过减压CVD方法形成。例如，通过减压CVD方法形成的氮化硅膜在膜厚为例如300nm时，具有约为+1GPa的本征应力值。
然后，如图3中(2)所示，通过一般抗蚀剂涂覆技术和光刻技术(lithography technique)在吸杂形成层43上形成形成器件分隔槽时所使用的抗蚀剂掩模PR。
然后，将抗蚀剂掩模PR作为蚀刻掩模，在硅层11中形成器件分隔槽44，以使光电转换部、像素晶体管部和外围电路部彼此分隔开。然后，去除抗蚀剂掩模PR。图中示出了恰好在去除抗蚀剂掩模PR之前的状态。
然后，如图3中(3)所示，在使器件分隔槽44的内壁氧化后，在吸杂形成层43上形成第二绝缘膜45，以掩埋器件分隔槽44。
接下来，去除留在吸杂形成层43上的第二绝缘膜45，从而以残留在器件分隔槽44内的第二绝缘膜45形成器件分隔区15。
此外，通过使用一般抗蚀剂掩模(未示出)的蚀刻处理来进行图案化(patterning)，以使吸杂形成层43留在孔径部42内，从而形成吸杂层(非本征吸杂层)16。
然后，如图4所示，在硅层11中形成光电转换部12。光电转换部12的形成步骤可在吸杂层16的形成步骤前进行。例如，光电转换部12可在于第一绝缘膜41形成前或后形成孔径部42之前形成。此外，在硅层11中形成像素晶体管部13的传输门TG、复位晶体管(未示出)、放大晶体管Amp和选择晶体管(未示出)、以及外围电路部14的晶体管17等。
此外，虽然图中未示出，但是在形成有像素晶体管部13和外围电路部14的硅层11的正面侧的一部分上形成保护膜49，并且在保护膜49上经由层间绝缘膜形成多层配线层。将层间绝缘膜的位于最上层的正面平整化，并将支承衬底附接至该正面。另外，在硅层11的背面侧形成保护膜47，在入射光进入光电转换部12的位置处形成滤色器，并在该滤色器上方形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜。这样，就形成了固态成像器件1。
在所述第一制造方法中，暴露硅层11的孔径部42形成在与形成光电转换部12的区域重叠的位置处，并且在所述孔径部42中由具有内应力的吸杂形成层43形成吸杂层16。因此，通过吸杂层16的应力向硅层11提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层11中的例如金属杂质。
此外，在去除形成器件分隔区15的第二绝缘膜45时，吸杂层16用作阻挡部。也就是说，吸杂层16也可用作形成器件分隔区15时所用的阻挡层。
此外，由于在形成吸杂层16后还使用炉子进行了杂质引入步骤或退火步骤，所以有望通过金属杂质向硅层11中的扩散而增强吸杂效果。
固态成像器件制造方法的第二示例
下面将参考图5和6的截面图来描述根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第二示例。
根据固态成像器件制造方法的第二示例(第二制造方法)，如图5中(1)所示，在由硅衬底形成的硅层11中形成器件分隔区15，以使形成在光电转换部、像素晶体管部和外围电路部中的各元件彼此电隔离。
然后，在硅层11中形成接收入射光以对入射光进行光电转换的光电转换部12。
另外，第二制造方法还包括在硅层11中形成输出光电转换部12所生成的信号电荷的像素晶体管部，以及在具有光电转换部12和像素晶体管部的像素部的外围处形成外围电路部的步骤。
在形成光电转换部12后，在硅层11的正面上形成像素晶体管部的晶体管或者外围电路部的晶体管的门绝缘膜51。当形成要求门绝缘膜比门绝缘膜51厚的像素晶体管部或外围电路部的晶体管的门绝缘膜时，可在独立步骤中形成门绝缘膜。此外，当门绝缘膜51由氧化硅膜形成时，门绝缘膜可形成为厚的。下面将描述该形成方法的示例。在该情况下，在硅层11的需要薄门绝缘膜的部分上形成门绝缘膜51，并在掩蔽需要薄门绝缘膜的部分的状态下，进一步使硅层11的需要厚门绝缘膜的部分上的门绝缘膜51氧化，从而使这些部分上的门绝缘膜51厚化。
然后，如图5中(2)所示，在与门绝缘膜51的形成有光电转换部12的区域重叠的位置处，形成暴露硅层11的孔径部52。例如，可在由抗蚀剂形成的蚀刻掩模形成在门绝缘膜51上后通过蚀刻在门绝缘膜51中形成孔径部52的方式来进行孔径部52的形成步骤。由于孔径部52不需要像MOS晶体管的门电极所必需的那种高精度对齐，所以能够使用例如不会损害下方层的各向同性蚀刻工艺。
然后，在包括孔径部52的内侧的门绝缘膜51上形成兼作具有内应力的吸杂层的门电极形成膜53。例如，门电极形成膜53由多晶硅膜通过减压CVD方法形成。例如，当多晶硅膜由这种多晶硅膜形成时，多晶硅膜具有例如约为-200MPa的应力值。
然后，如图5中(3)所示，由门电极形成膜53形成像素晶体管部和外围电路部的门电极。例如，形成像素晶体管部的传输门TG、复位晶体管的门电极(未示出)和放大晶体管的门电极(未示出)，同时形成外围电路部的晶体管的门电极19。同时，进行图案化，以使门电极形成膜53留在孔径部52内，从而形成吸杂层(非本征吸杂层)16。
然后，如图6(4)所示，通过常规制造工艺形成各晶体管的源/漏区，并在硅层11中形成像素晶体管部13的传输门TG、复位晶体管(未示出)、放大晶体管Amp和选择晶体管(未示出)、以及外围电路部14的晶体管17等。
此外，虽然图中未示出，但是在形成有像素晶体管部13和外围电路部14的硅层11的正面侧的一部分上形成保护膜49，并且在保护膜49上经由层间绝缘膜形成多个配线层。将层间绝缘膜的位于最上层的正面平整化，并将支承衬底附接至该正面。另外，在硅层11的背面侧形成保护膜47，在入射光进入光电转换部12的位置处形成滤色器，并在该滤色器上方形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜。这样，就形成了固态成像器件1。
在所述第二制造方法中，暴露硅层11的孔径部52形成在与形成光电转换部12的区域重叠的位置处，并且在孔径部52中由兼作具有内应力的吸杂层的门电极形成膜53形成吸杂层16。因此，通过吸杂层16的应力向硅层11提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层11中的例如金属杂质。
此外，由于像素晶体管部和外围电路部的门电极形成膜53与吸杂层16由同一膜形成，所以不必额外形成用于吸杂层16的膜，工步数量不增多。
固态成像器件制造方法的第三示例
下面将参考图7和8的截面图来描述根据本发明第三实施例的固态成像器件制造方法的第三示例。
根据固态成像器件制造方法的第三示例(第三制造方法)，如图7中(1)所示，在由硅衬底形成的硅层11中形成器件分隔区15，以使形成在光电转换部12、像素晶体管部和外围电路部中的各元件彼此电隔离。
然后，在硅层11中形成接收入射光以对入射光进行光电转换的光电转换部12。
另外，第三制造方法还包括在硅层11中形成输出光电转换部12所生成的信号电荷的像素晶体管部，以及在具有光电转换部12和像素晶体管部的像素部的外围处形成外围电路部的步骤。
在形成光电转换部12后，在硅层11的正面上形成像素晶体管部的晶体管或者外围电路部的晶体管的门绝缘膜51。当形成要求门绝缘膜比门绝缘膜51厚的像素晶体管部或外围电路部的晶体管的门绝缘膜时，可在独立步骤中形成门绝缘膜。此外，当门绝缘膜51由氧化硅膜形成时，门绝缘膜可形成为厚的。下面将描述该形成方法的示例。在该情况下，在硅层11的需要薄门绝缘膜的部分上形成门绝缘膜51，并在掩蔽需要薄门绝缘膜的部分的状态下，进一步使硅层11的需要厚门绝缘膜的部分上的门绝缘膜51氧化，从而使这些部分上的门绝缘膜51厚化。
然后，如图7中(2)所示，在门绝缘膜51上形成门电极形成膜53。门电极形成膜53可由例如多晶硅膜通过减压CVD方法形成。此外，如有必要，将N型杂质和P型杂质中的一者或者两者引入多晶硅膜的必要位置。
然后，如图7中(3)所示，通过一般光刻技术和蚀刻技术由门电极形成膜53形成像素晶体管部和外围电路部的门电极。例如，形成像素晶体管部的传输门TG、复位晶体管的门电极(未示出)和放大晶体管的门电极(未示出)，同时形成外围电路部的晶体管的门电极19。
然后，如图7中(4)所示，形成侧壁形成膜61以覆盖传输门TG、门电极19等。在形成侧壁形成膜61前，可在门电极19的横向壁上形成偏移间隔部(offset spacer，未示出)，从而在外围电路部的晶体管中形成所谓的延伸区(extension region)。此外，可形成口袋扩散层(pocket diffusion layer)。所述延伸区形成为浓度比后面形成的源/漏区低而传导性与源/漏区相同的扩散层。
然后，如图7中(5)所示，在与侧壁形成膜61和门绝缘膜51的形成有光电转换部12的区域重叠的位置处形成暴露硅层11的孔径部62。孔径部62通过常规光刻技术和延伸技术(extension technique)形成。
然后，在硅层11的正面的设置在孔径部62下方的部分上形成具有内应力的吸杂层(非本征吸杂层)16。吸杂层16通过例如形成在包括孔径部62的内侧的侧壁形成膜61上的具有内应力的吸杂形成层43形成。吸杂形成层43由减压CVD方法形成的多晶硅膜、减压CVD方法形成的氮化硅膜、或金属膜形成。
举例来说，通过减压CVD方法形成的多晶硅膜在膜厚为例如500nm时，具有约为-200MPa的本征应力值。此外，通过减压CVD方法形成的氮化硅膜在膜厚为例如300nm时，具有约为+1GPa的本征应力值。
因此，所述多晶硅膜或氮化硅膜将是具有足够拉伸或压缩应力的膜。
此外，吸杂层16可以是通过减压CVD方法形成的非晶硅膜。
此外，吸杂层16可以是金属膜。例如，可使用钨膜或钽膜。这些膜在单晶硅(Si)中的扩散系数比铜、钴、镍等的扩散系数低很多(例如低数位)，并且也比钼、钛、铬、镍、钌等的扩散系数低。因此，可以说几乎没有钨或钽会扩散到单晶硅中。
因此，可将耐热性优异、扩散系数低并且不会引起金属污染忧虑的材料用于吸杂层16。
然后，如图8中(6)所示，形成源/漏区等的扩散层，并形成像素晶体管部13的传输门TG、复位晶体管(未示出)、放大晶体管Amp和选择晶体管(未示出)、以及外围电路部14的晶体管17。
此外，虽然图中未示出，但是在形成有像素晶体管部13和外围电路部14的硅层11的正面侧的一部分上形成保护膜49，并且在保护膜49上经由层间绝缘膜形成多个配线层。将层间绝缘膜的位于最上层的正面平整化，并将支承衬底附接至该正面。另外，在硅层11的背面侧形成保护膜47，在入射光进入光电转换部12的位置处形成滤色器，并在该滤色器上方形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜。这样，就形成了固态成像器件1。
在所述第三制造方法中，暴露硅层11的孔径部62形成在与形成光电转换部12的区域重叠的位置处，并且在所述孔径部62中由具有内应力的吸杂形成层43形成吸杂层16。因此，通过吸杂层16的应力向硅层11提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层11中的例如金属杂质。
此外，由于吸杂层16是在硅层11被侧壁形成膜61覆盖的状态下形成于暴露硅层11的正面的孔径部62中，所以可将具有大内应力的金属膜用于吸杂层16。此外，即使在将金属用于吸杂层16时，由于硅层11的整个表面被侧壁形成膜61覆盖，所以硅层11不会被金属污染。此外，由于是将在硅层11中扩散系数极低的钨膜或钽膜用作金属膜，所以硅层11不会被金属膜污染。
4.第四实施例
固态成像器件制造方法的示例
下面将参考图9和10的截面图来描述根据本发明第四实施例的固态成像器件制造方法的示例。
根据固态成像器件制造方法的该示例(第四制造方法)，如图9中(1)所示，在由硅衬底形成的硅层11中形成器件分隔区15，以使形成在光电转换部、像素晶体管部和外围电路部中的各元件彼此电隔离。
然后，在硅层11中形成接收入射光以对入射光进行光电转换的光电转换部12。
另外，第四制造方法还包括在硅层11中形成输出光电转换部12所生成的信号电荷的像素晶体管部，以及在具有光电转换部12和像素晶体管部的像素部的外围处形成外围电路部的步骤。
在形成光电转换部12后，在硅层11的正面上形成像素晶体管部的晶体管或者外围电路部的晶体管的门绝缘膜51。当形成要求门绝缘膜比门绝缘膜51厚的像素晶体管部或外围电路部的晶体管的门绝缘膜时，可在独立步骤中形成门绝缘膜。此外，当门绝缘膜51由氧化硅膜形成时，门绝缘膜可形成为厚的。下面将描述该形成方法的示例。在该情况下，在硅层11的需要薄门绝缘膜的部分上形成门绝缘膜51，并在掩蔽需要薄门绝缘膜的部分的状态下，进一步使硅层11的需要厚门绝缘膜的部分上的门绝缘膜51氧化，从而使这些部分上的门绝缘膜51厚化。
然后，如图9中(2)所示，在门绝缘膜51上形成门电极形成膜53。门电极形成膜53可由例如多晶硅膜通过减压CVD方法形成。例如，当多晶硅膜由这种多晶硅膜形成时，多晶硅膜具有例如约为-200MPa的应力值。此外，如有必要，将N型杂质和P型杂质中的一者或者两者引入多晶硅膜的必要位置。
然后，通过一般光刻技术和蚀刻技术，由门电极形成膜53形成像素晶体管部和外围电路部的门电极。例如，形成像素晶体管部的传输门TG、复位晶体管的门电极(未示出)、放大晶体管的门电极(未示出)和选择晶体管的门电极，同时形成外围电路部的晶体管的门电极19。同时，在与门电极形成膜53的形成有光电转换部12的区域重叠的位置处形成具有内应力的吸杂层(非本征吸杂层)16。
然后，如图9中(3)和图10所示，形成侧壁绝缘膜、源/漏区等。此外，形成像素晶体管部13的传输门TG、复位晶体管(未示出)、放大晶体管Amp和选择晶体管(未示出)、以及外围电路部14的晶体管17等。图9中(3)示出其示意性构造，而图10示出其详细构造。
然后，形成绝缘膜71以覆盖传输门TG、门电极19、吸杂层16等。绝缘膜71以与常规层间绝缘膜相同的方式形成，并由例如氧化硅膜形成。
然后，如图9中(4)和图10所示，形成电极18以穿透绝缘膜71并连接至吸杂层16，并形成电极72、73和74以连接至传输门TG、门电极19和19等。电极18、72、73和74是在适当位置通过一般的光刻技术和蚀刻技术形成连接孔后通过一般的电极形成技术形成的。可在形成配线的同时形成电极18、72、73和74。图9中(4)示出其示意性构造，而图10示出其详细构造。另外，图10示出了图9中(3)和(4)所示的处理步骤。
此外，虽然图中未示出，但是在形成有像素晶体管部13和外围电路部14的硅层11的正面侧的一部分上经由层间绝缘膜形成多个配线层。将层间绝缘膜的位于最上层的正面平整化，并将支承衬底附接至该正面。另外，在硅层11的背面侧形成保护膜，在入射光进入光电转换部12的位置处形成滤色器，并在该滤色器上方形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜。这样，就形成了固态成像器件2。
在第四制造方法中，具有内应力的吸杂层16在与形成有光电转换部12的区域重叠的位置处由门电极形成膜53形成。因此，通过吸杂层16的应力向硅层11提供应变。因应变而形成的应变层用作吸杂场所，因此有效地吸除硅层11中的例如金属杂质。
此外，由于吸杂层16经由门绝缘膜51形成在硅层11上，并且电极18连接至吸杂层16，所以能通过电极18向吸杂层16施加负电位。以这种方式，当负电位通过电极18施加到吸杂层16时，空穴可在硅层11的邻近吸杂层16的部分发生电蓄积，由此形成空穴蓄积层(未示出)。所形成的空穴蓄积层防止光电转换部12中出现白点并防止生成暗电流。向吸杂层16施加1.1～1.2V左右的电压就已足够。
在上述各制造方法中，可基于实施吸杂的步骤来选择吸杂效果。
具体说，本发明各实施例的吸杂效果是取决于热扩散现象的一种现象。因此，当吸杂层16在包括高温或长时间热处理工艺的步骤前形成时，能够期待特别高的吸杂效果。在上述任一种制造方法中，由于吸杂层16是在通常于形成晶体管时进行的离子注入后且在热处理工艺前形成的，所以能够获得足够的吸杂效果。
此外，在通过离子注入实现的光电转换部12的形成步骤或通过离子注入实现的像素分隔步骤时，形成通过减压CVD方法形成的氮化硅膜或多晶硅膜。通过在膜上进行离子注入，能够实现防止因连锁效应引起的污染种子掺入的附带优势。
下面将描述固态成像器件1和2以及第一到第四制造方法中的硅层11。可将在基部衬底上经由氧化硅层形成单晶硅层的结构用作硅层11。也就是说，可使用SOI衬底。
使用SOI衬底的固态成像器件的制造方法的示例
下面将参考图11的截面图来描述使用SOI衬底的根据本发明的实施例的背面照明型固态成像器件的制造方法的示例。
SOI衬底的形成
如图11中(1)所示，考虑到在可见光波长范围的光电转换效率，SOI衬底80具有经由氧化硅层82(BOX层)形成在基部衬底81上的数μm厚的单晶硅层83。
例如，要在单晶硅层83中形成光电转换部，则至少需要3μm的厚度。
具体说，对长波长光具有敏感性的光电转换部需要厚度约为6μm的硅层。因此，通过将单晶硅层83形成为约6～8μm厚，能够形成对长波长光具有敏感性的光电转换部。
光电转换部等的形成
然后，如图11中(2)所示，在单晶硅层83(对应于硅层11)中形成光电转换部12、传输门TG和外围电路部(未示出)。可将根据本发明的实施例的制造方法应用于该步骤。
然后，在单晶硅层83上形成配线层131。配线层131由例如配线132和覆盖配线132的层间绝缘膜133形成。
然后，使层间绝缘膜133的表面平整化。通过CMP(化学机械抛光)来进行平整化。这样，就获得了适于将层间绝缘膜133的表面附接至支承衬底的表面状态。
可在层间绝缘膜133上形成以上述方式平整化的保护膜(未示出)。
支承衬底的附接
然后，如图11中(3)所示，将支承衬底114附接到配线层131上。支承衬底114使用的是硅衬底。或者，也可使用玻璃衬底或树脂衬底。
这时可用的附接方法包括通过耐热树脂的粘附或通过等离子处理的粘附。
基部衬底的去除
然后，如图11中(4)所示，通过机械抛光方法使作为SOI衬底80的基部构件的基部衬底81(双点划线所示)变薄。
然后，通过化学处理(例如蚀刻)去除机械抛光后留下的基部衬底81，并通过化学处理去除构成SOI衬底80的氧化硅层82(双点划线所示)。
结果，暴露出用作光电转换区域的单晶硅层83(有源层)的表面，从而获得背面照明型结构。
滤色器和聚光透镜的形成
然后，如图11中(5)所示，形成孔径部116，使得能朝配线层131从单晶硅层83侧穿过孔径部116取出电极。
在单晶硅层83的布置于向光电转换部12入射的光的光路上的部分上形成滤色器141。
此外，在滤色器141上形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜151。
这样，就形成了作为堆垛型全孔径CMOS传感器的固态成像器件1和2。
上述固态成像器件1和2以及第一到第四制造方法中的硅层11可由在单晶硅衬底上外延生长的单晶硅层形成。也就是说，可使用外延生长衬底。
使用外延生长衬底的固态成像器件的制造方法的示例
下面将参考图12中(1)～(7)的截面图来描述使用外延生长衬底的背面照明型固态成像器件的制造方法的示例。
硅外延生长层的形成
如12(1)所示，准备好硅衬底111。
然后，在硅衬底111上形成硅外延生长层112(对应于硅层11)。
外延生长涉及将衬底温度加热至例如1100℃，并形成厚度约为例如8μm的硅外延生长层。硅外延生长层112的厚度应适当选择。
例如，要在硅外延生长层112中形成光电转换部，则至少需要3μm的厚度。具体说，对长波长光具有敏感性的光电转换部需要厚度约为6μm的硅层。因此，通过将硅外延生长层112形成为约6～8μm厚，能形成对长波长光具有敏感性的光电转换部。
作为在硅外延生长中所使用的硅的原料气体，可使用用于一般半导体工艺的材料，例如四氯化硅(SiCl4)、三氯甲硅烷(SiHCl3)、二氯甲硅烷(SiH2Cl2)和甲硅烷(SiH4)等。例如，使用三氯甲硅烷(SiHCl3)和二氯甲硅烷(SiH2Cl2)。
外延生长的条件可以是大气压力CVD方法或减压CVD方法，并且生长温度设定为满足结晶性和生产力的范围。
光电转换部等的形成
然后，如图12中(2)所示，在硅外延生长层112中形成光电转换部12、传输门TG和外围电路部(未示出)。可将根据本发明的实施例的制造方法应用于该步骤。
然后，在硅外延生长层112上形成配线层131。配线层131由例如配线132和覆盖配线132的层间绝缘膜133形成。
然后，使层间绝缘膜133的表面平整化。通过CMP(化学机械抛光)来进行平整化。
这样，就获得了适于将层间绝缘膜133的表面附接至支承衬底的表面状态。可在层间绝缘膜133上形成以上述方式平整化的保护膜(未示出)。
分割层的形成
然后，如图12中(3)所示，通过离子注入在硅衬底111中形成分割层113。例如，分割层113形成为使得能够在后续步骤从硅衬底111侧在例如0.1～1μm的深度范围内获得对硅衬底111的剥离。
在所述离子注入中，通过注入氢离子来形成用作分割面的薄弱的分割层13。
例如，离子注入条件设定为使得在数百keV注入能量时氢的投射范围(Rp)小于1μm。
在所述离子注入中，可使用除氢外的杂质。例如，可使用例如氦(He)等不活泼(inactive)原子。
作为离子注入条件的一个例子，剂量设定为5×1016/cm2～1×1017/cm2，注入能量设定为等于或小于300keV(对应于于投射范围Rp＝3μm的强度)。该条件只是一个示例，其可根据分割层113的形成深度来适当设定。
在本发明的实施例中，考虑到在长波长范围特别是可见光波长范围的光电转换效率，注入能量优选在等于或小于1MeV的范围内。这时，有必要考虑由硅衬底111被剥离后留在支承衬底侧的硅衬底111形成的硅层的正面的待抛光的厚度范围。
支承衬底的附接
然后，如图12中(4)所示，将支承衬底114附接到配线层131上。
支承衬底114使用的是硅衬底。或者，也可使用玻璃衬底或树脂衬底。
这时可用的附接方法包括通过耐热树脂的粘附或通过等离子处理的粘附。
硅衬底的剥离
然后，如图12中(5)所示，将靠近硅衬底111(见图12中的(3))的分割层113(见图12中的(3))的一侧剥离。
结果，在硅外延生长层112的靠近支承衬底114的一侧形成由硅衬底111形成的硅膜115。
对硅衬底111的剥离是通过例如在低于400℃的温度利用热处理的热冲击来进行的。或者，可通过施加使用吹氮(N2)或纯水喷射流的物理冲击来进行剥离。
以这种方式，能够实现在低于等于400℃的温度进行处理。
由于通过离子注入期间注入的离子的体积扩张所形成的分割层113是薄弱层，所以能在分割层113轻松地剥离硅衬底111。
平整化处理
然后，如图12中(6)所示，对硅膜115(见图12中(5))的正面(分割面)进行平整化处理。通过例如氢退火和抛光进行平整化处理。所述抛光使用的是例如CMP(化学机械抛光)。
这时，如图所示，硅膜115被去除而暴露出硅外延生长层112的表面。
这样，进行处理以改善将用作受光面的硅外延生长层112(硅层11)的表面的粗糙度。
滤色器和聚光透镜的形成
然后，如图12中(7)所示，形成孔径部116，使得能朝配线层131从硅外延生长层112侧穿过孔径部116取出电极。在硅外延生长层112的布置于向光电转换部12入射的光的光路上的部分上形成滤色器层141。
此外，在滤色器141上形成将入射光引导向光电转换部12的微透镜151。
这样，就形成了作为堆垛型全孔径CMOS传感器的固态成像器件1和2。
下面将参考图13和14的俯视布局图来描述根据本发明的实施例的固态成像器件1和2的光电转换部12与吸杂层16之间的位置关系的示例。
图13所示示例是所谓的四像素共享结构，其中一个吸杂层16被形成并提供给四个光电转换部12(12A、12B、12C和12D)。
图14所示示例是所谓的两像素共享结构，其中一个吸杂层16被形成并提供给两个光电转换部12(12A和12B)中的每一个。
在任一情况下，吸杂层16均形成在其衬底表面中在俯视布局上与光电转换部12重叠的位置处。与上述示例相似，吸杂层16可设置在与光电转换部12完全重叠的位置。
5.第五实施例
成像装置的示例性构造
下面将参考图15的框图来描述根据本发明第五实施例的成像装置的示例性构造。
如图15所示，成像装置200在成像单元201中设置有固态成像器件(未示出)。在成像单元201的聚光侧设置有会聚图像的聚光光学单元202。此外，成像单元201连接至信号处理部203，信号处理部203包括用于驱动成像单元201的驱动电路、用于对在固态成像器件中受到光电转换的信号进行处理以获得图像信号的信号处理电路、以及其它电路。此外，经信号处理部203处理过的图像信号保存在图像存储单元(未示出)中。在这种成像装置200中，固态成像器件可以是由上述制造方法形成的固态成像器件。
由于成像装置200使用通过根据本发明的实施例的制造方法所形成的固态成像器件，所以能够调节固态成像器件的频谱平衡。因此，能够在将图像调节至近自然色时确保图像组合余裕，从而能够轻松实现色彩校正。因此，能够提供可获得具有优异色彩再现性的图像的优势。
成像装置200可以是形成为单片构造的形式，也可以是其中将成像单元和信号处理部或光学单元封装的、具有成像功能的模块形式。此外，根据本发明的实施例的固态成像器件可应用于这种成像装置。这里，成像装置是指例如相机或具有成像功能的便携式设备。此外，“成像”意在不仅包括在一般相机拍摄时对图像的捕捉，而且在广义上还包括指纹检测等。
本申请包含2009年2月20日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-037556所公开的主题，其全部内容通过引用并入本文。
本领域的技术人员应该了解的是，在权利要求或其等同方案的范围内，可根据设计要求和其它因素做出各种修改、组合、子组合和变更。

Claims (9)

1.一种固态成像器件，包括：
从硅层的背面侧接收入射光以对所述入射光进行光电转换的光电转换部；和
朝所述硅层的正面侧输出在所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部，其中
在所述硅层的正面侧、在其衬底表面中在俯视布局上与所述光电转换部重叠的位置处设置有具有内应力的吸杂层。
2.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，所述吸杂层直接形成在所述硅层的正面上。
3.如权利要求1所述的固态成像器件，其中，
所述吸杂层经由门绝缘膜形成在所述硅层上；并且
负电位被施加于所述吸杂层。
4.如权利要求3所述的固态成像器件，其中，所述门绝缘膜由与所述像素晶体管部的晶体管的门绝缘膜或外围电路部的晶体管的门绝缘膜位于同一层的门绝缘膜形成，所述外围电路部形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上。
5.一种固态成像器件的制造方法，包括以下步骤：
在硅层中形成用于接收入射光并对所述入射光进行光电转换的光电转换部、用于输出在所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部、和形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上的外围电路部；以及
以下在先的步骤，包括：
在所述硅层的正面上形成第一绝缘膜；
在所述第一绝缘膜的与形成有所述光电转换部的区域重叠的位置处形成暴露所述硅层的孔径部；
在包括所述孔径部的内侧的所述第一绝缘膜上形成具有内应力的吸杂形成层；
在所述硅层中形成器件分隔槽，以使所述光电转换部、所述像素晶体管部和所述外围电路部分隔开，然后在所述吸杂形成层上形成第二绝缘膜以掩埋所述器件分隔槽；
去除留在所述吸杂形成层上的所述第二绝缘膜，从而以留在所述器件分隔槽内部的第二绝缘膜形成器件分隔区；以及
进行图案化，以使所述吸杂形成层留在所述孔径部内，从而形成吸杂层。
6.一种固态成像器件的制造方法，包括以下步骤：
在硅层中形成通过对入射光进行光电转换而获得信号电荷的光电转换部；
在所述硅层中形成像素晶体管部和外围电路部，所述像素晶体管部输出在所述光电转换部中生成的信号电荷，所述外围电路部形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上；
在所述硅层的正面上形成所述像素晶体管部的晶体管或所述外围电路部的晶体管的门绝缘膜，然后在与所述门绝缘膜的形成有所述光电转换部的区域重叠的位置处形成暴露所述硅层的孔径部；
在包括所述孔径部的内侧的所述门绝缘膜上形成兼作具有内应力的吸杂层的门电极形成膜；以及
以所述门电极形成膜形成所述像素晶体管部和所述外围电路部中的至少一个的门电极，并进行图案化以使所述门电极形成膜留在所述孔径部内，从而形成吸杂层。
7.一种固态成像器件的制造方法，包括以下步骤：
在硅层中形成通过对入射光进行光电转换而获得信号电荷的光电转换部；
在所述硅层中形成像素晶体管部和外围电路部，所述像素晶体管部输出在所述光电转换部中生成的信号电荷，所述外围电路部形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上；
在所述硅层上经由门绝缘膜形成所述像素晶体管部的晶体管和所述外围电路部的晶体管的门电极；以及
在所述门电极的横向壁上形成侧壁，其中
所述形成侧壁的步骤包括以下步骤：
在所述硅层上形成侧壁形成膜以覆盖所述门电极；
在与所述门绝缘膜和所述侧壁形成膜的形成有所述光电转换部的区域重叠的位置处形成暴露所述硅层的孔径部；以及
在所述硅层的正面的位于所述孔径部下方的的部分上形成具有内应力的吸杂层。
8.一种固态成像器件的制造方法，包括以下步骤：
在硅层中形成通过对入射光进行光电转换而获得信号电荷的光电转换部；
在所述硅层中形成像素晶体管部和外围电路部，所述像素晶体管部输出在所述光电转换部中生成的信号电荷，所述外围电路部形成在具有所述光电转换部和所述像素晶体管部的像素部的外围上；
以在所述硅层上经由门绝缘膜形成的门电极形成膜形成所述像素晶体管部的晶体管和所述外围电路部的晶体管的门电极，并在所述门绝缘膜上的重叠于形成有所述光电转换部的区域的位置处形成具有内应力的吸杂层；
形成绝缘膜以覆盖所述门电极和所述吸杂层；以及
形成电极以穿透所述绝缘膜并连接至所述门电极和所述吸杂层。
9.一种成像装置，包括：
会聚入射光的聚光光学单元；
具有接收通过所述聚光光学单元会聚的光并对所述光进行光电转换的固态成像器件的成像单元；和
处理经过光电转换的信号的信号处理部，所述固态成像器件包括：
从硅层的背面侧接收入射光以对所述入射光进行光电转换的光电转换部；和
朝所述硅层的正面侧输出在所述光电转换部中生成的信号电荷的像素晶体管部，其中
在所述硅层的正面侧，在衬底表面中在俯视布局上与所述光电转换部重叠的位置处设置有具有内应力的吸杂层。
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