CN102082155A - 固体摄像器件、相机、半导体器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种固体摄像器件、相机、半导体器件以及其制造方法，其中所述固体摄像器件包括：半导体基板；至少一个感光部，其位于半导体基板中并具有电荷累积区；以及介电层，其位于半导体基板的与电荷累积区相邻的感应层上方，感应层由介电层感应。根据本发明的实施方式的固体摄像器件以及相机能够避免暗电流以及混色。而且，根据本发明的实施方式的半导体器件及其制造方法能够避免诸如光电转换元件等器件的噪声。

Description

固体摄像器件、相机、半导体器件及其制造方法
相关文件的交叉引用
本申请要求2009年11月30日向日本专利局提交的日本专利申请JP2009-271642的优先权，将其全部内容通过引用并入此处。
技术领域
本发明涉及一种固体摄像器件、相机、半导体器件及其制造方法，且更具体地涉及这样一种固体摄像器件，即其中用于感应预定电荷区的介电层形成于半导体基板的表面上，还涉及相机、半导体器件及其制造方法。
背景技术
随着半导体器件的高集成度，封装密度具有通过进一步减少晶体管和其它半导体器件而增加的趋势。因此，在CMOS传感器(CMOS固体摄像器件)中，为了器件的高集成度，有必要使像素细微化。
然而，根据相关技术的CMOS传感器具有这样的配置，其中感光部接收并检测经由布线层之间的空间而来自形成于布线部中的透镜的光。因此，随着像素因器件的高集成度而细微化，由于诸如布线层的障碍物而遮挡了入射光，因此减少了光接收传感器的开口率，且于是不会使足够的光照射到感光部。因此，会使敏感度降低或使遮挡增加。
通过以光从后表面侧(与布线部相反的相反侧)照射光接收传感器，可实现100％的有效的开口率而不受诸如布线层的障碍物的影响，从而显著地增加敏感度。
为了实现这点，开发了具有使光从后侧(与布线部相反的相反侧)照射光接收传感器的配置的CMOS传感器，其称为背照射型CMOS传感器(例如参见日本未审查专利申请公报2003-31785号)。
然而，在该CMOS传感器中已知的是，光电二极管中的晶体缺陷或形成于硅基板中的感光部与该感光部的上层上的层、即绝缘层之间的界面等级(interface level)会导致暗电流。
如图13A所示，附图中的由符号x表示的界面等级发生于其中形成有光电二极管PD的硅层101与硅层101的上层上的层、即绝缘层102之间的界面中。界面等级是暗电流的起因，于是界面中所产生的电子成为暗电流并流入光电二极管PD。
为了抑制该暗电流，有人提出了所谓的HAD(空穴累积二极管)结构。具体地，如图13B所示，提出了HAD结构，该结构中，通过将p型杂质注入硅层101的表面的附近而形成p+半导体区，且该p+半导体区用作累积正电荷(空穴)的正电荷累积区103。
这样，由于光电二极管PD可与HAD结构中的界面隔开，其中，正电荷累积区103形成于该界面中，因此可抑制由界面等级导致的暗电流。
然而，由于在光电二极管PD上存在作为正电荷累积区的p型杂质层，因此认为p型杂质层可能引起混色的恶化。
即，即使当形成有正电荷累积区(p型杂质区)时，由于光电转换电子传播至相邻的光电二极管PD(参见图14)，光电转换电子会以恒定的概率出现。
发明内容
本发明提供了一种能够抑制暗电流和混色的固体摄像器件以及相机。本发明还提供了一种能够抑制诸如光电转换元件等器件的噪声的半导体器件及其制造方法。
根据本发明的一个实施方式包括固体摄像器件，该固体摄像器件包括：半导体基板；至少一个感光部，其在半导体基板中并具有电荷累积区；介电层，其位于半导体基板的与电荷累积区相邻的感应层上方，其中感应层由介电层感应。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中介电层感应位于半导体基板中的至少一个感光部上方的感应层的部分。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中介电层和感应层具有与感光部相反的导电类型。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最近的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中入射光进入半导体基板的离介电层最远的侧。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最远的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中介电层局部地形成于半导体基板的上层上。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的组的材料。
根据本发明的另一实施方式包括固体摄像器件，其中介电层还用作防反射膜。
根据本发明的另一实施方式包括制造半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：形成位于半导体基板中并具有电荷累积区的至少一个感光部，形成位于半导体基板的后表面中并与电荷累积区相邻的感应层，以及在感应层上方形成介电层。
根据本发明的另一实施方式包括制造半导体器件的方法，其中介电层感应位于半导体基板中的至少一个感光部上方的感应层的部分。
根据本发明的另一实施方式包括制造半导体器件的方法，其中介电层和感应层具有与感光部相反的导电类型。
根据本发明的另一实施方式包括制造半导体器件的方法，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最近的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括制造半导体器件的方法，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最远的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括制造半导体器件的方法，其中介电层局部地形成于半导体基板的上层上。
根据本发明的另一实施方式包括制造半导体器件的方法，其中介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的组的材料。
根据本发明的另一实施方式包括相机，该相机包括透镜和位于透镜前的固体摄像器件，该固体摄像器件包括：半导体基板；至少一个感光部，其位于半导体基板中并具有电荷累积区；介电层，其位于半导体基板的与电荷累积区相邻的感应层上方，其中感应层由介电层所感应。
根据本发明的另一实施方式包括相机，该相机具有位于透镜和固体摄像器件之间的快门器件。
根据本发明的另一实施方式包括相机，其中介电层感应位于半导体基板中的至少一个感光部上方的感应层的部分。
根据本发明的另一实施方式包括相机，其中介电层和感应层具有与感光部相反的导电类型。
根据本发明的另一实施方式包括相机，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最近的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括相机，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最远的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括相机，其中入射光进入半导体基板的离介电层最远的侧。
根据本发明的另一实施方式包括相机，其中介电层局部地形成于半导体基板的上层上。
根据本发明的另一实施方式包括相机，其中介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的组的材料。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，该半导体器件包括：半导体基板；位于半导体基板中并具有电荷累积区的至少一个感光部；介电层，其位于半导体基板的与电荷累积区相邻的感应层上方，其中感应层由介电层感应。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中介电层感应位于半导体基板中的至少一个感光部上方的感应层的部分。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中介电层和感应层具有与感光部相反的导电性。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最近的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中电荷累积区的杂质浓度沿半导体基板的离介电层最远的表面较大。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中介电层局部地形成于半导体基板的上层上。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的组的材料。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中入射光进入半导体基板的离介电层最远的侧。
根据本发明的另一实施方式包括半导体器件，其中介电层还用作防反射膜。
根据本发明的实施方式的固体摄像器件以及相机能够避免暗电流以及混色。而且，根据本发明的实施方式的半导体器件及其制造方法能够避免诸如光电转换元件等器件的噪声。
附图说明
将附图并入并构成本说明书的一部分，所述附图图示了本发明的实施方式，并与下面的描述一起用于解释本发明的优点和原理。在附图中：
图1是表示作为根据本发明的实施方式的固体摄像器件的例子的背照射型固体摄像器件的示意图。
图2是表示像素部中的单位像素的电路配置的例子的示意图。
图3是表示作为根据本发明的实施方式的固体摄像器件的例子的背照射型固体摄像器件的示意性截面图。
图4是表示根据相关技术的固体摄像器件的示意性截面图。
图5是表示半导体基板的像素部的主要单元的截面图。
图6A～图6D是表示根据本发明的实施方式的制造固体摄像器件的方法的示意图。
图7A与图7B是表示根据第一实施方式的固体摄像器件的特性的图。
图8是表示根据本发明的实施方式的半导体器件的例子的示意性截面图。
图9A～图9C是表示制造根据本发明的实施方式的半导体器件的示例性方法的示意图。
图10是表示作为根据本发明的实施方式的摄像装置的例子的相机的示意图。
图11是表示根据第一实施方式的变化例的固体摄像器件的示意图。
图12A与图12B是表示有机光电转换膜和有机滤色器层的平面排列(编码，coding)的示意图。
图13A与图13B是表示暗电流的发生以及解决暗电流的方法的示意图。
图14是表示混色的发生机制的示意图。
图15是表示高光溢出(blooming)机制的示意图。
图16是表示解决高光溢出的方法的示意图。
具体实施方式
尽管此处描述了本发明的各种实施方式，然而本领域的技术人员明显地可以看出，在本发明的范围内可以具有许多实施方式和实施例。因此，本发明除了由所附的权利要求书及其等同物限定外，不受其它限制。
图1是表示作为根据本发明的实施方式的固体摄像器件的例子的背照射型固体摄像器件的示意图。
附图所示的固体摄像器件1包括像素部2以及周边电路部，二者安装于同一半导体基板上。根据第一实施方式，周边电路单元包括垂直选择电路3、采样保持相关双采样电路(S/H CDS电路)4、水平选择电路5、时序发生器(TG)6、AGC电路7、A/D转换电路8以及数字放大器9。
在像素部2中，下述的多个单位像素以矩阵形式布置。地址线等以行为单位布置，而信号线等以列为单位布置。
垂直选择电路3以行为单位依次选择像素，以将每个像素行中的各像素的信号经由垂直信号线而读出到S/H CDS电路4。S/H CDS电路4对从各像素行读出的像素信号进行诸如CDS(相关双采样)的信号处理。
水平选择电路5依次提取保留于S/H CDS电路4中的像素信号，并将所提取的像素信号输出到AGC(自动增益控制)电路7。AGC电路7将从水平选择电路5输入的信号放大到恰当的增益，并将所放大的信号输出到A/D转换电路8。
A/D转换电路8将从AGC电路7输入的模拟信号转换为数字信号，并将已转换的数字信号输出到数字放大器9。数字放大器9恰当地放大从A/D转换电路8输入的数字信号，并将所放大的数字信号输出到焊盘(端子)。
基于从时序发生器6输出的各种时序信号，进行垂直选择电路3、S/HCDS电路4、水平选择电路5、AGC电路7、A/D转换电路8以及数字放大器9的操作。
图2是表示像素部2中的单位像素的电路配置的例子的示意图。
单位像素例如包括作为光电转换元件的光电二极管21。单位像素包括作为用于一个光电二极管21的有源器件的四个晶体管，即包括传输晶体管22、放大晶体管23、寻址晶体管24以及复位晶体管25。
光电二极管21将入射光光电转换为电荷(这里为电子)，所述电荷的量与入射光的光量相对应。传输晶体管22连接于光电二极管21和浮动扩散FD之间。当将驱动信号经由驱动线26传输至传输晶体管的栅极(传输栅极)时，由光电二极管21进行了光电转换的电子被传输到浮动扩散FD。
放大晶体管23的栅极连接于浮动扩散FD。放大晶体管23经由寻址晶体管24连接于垂直信号线27，并包括像素部外部的恒流源I以及源极跟随器。当将寻址信号经由驱动线28传输至寻址晶体管24的栅极并使寻址晶体管24导通时，放大晶体管23放大浮动扩散FD的电势，并将对应于该电势的电压输出到垂直信号线27。从各像素输出的电压经由垂直信号线27而输出到S/H CDS电路4。
复位晶体管25连接于电源Vdd与浮动扩散FD之间。当将复位信号经由驱动线29传输至复位晶体管25的栅极时，浮动扩散FD的电势复位至电源Vdd的电势。
由于传输晶体管22、寻址晶体管24以及复位晶体管25的栅极以行为单位进行连接，因此对应于一行的各像素被同时操作。
图3是表示作为根据本发明的实施方式的固体摄像器件的例子的背照射型固体摄像器件的示意性截面图。
背照射型固体摄像器件从与形成有布线层38的表面(以下称为半导体基板的“前表面”)相反的表面(以下称为半导体基板的“后表面”)接收光。
图3所示的固体摄像器件1主要包括半导体支撑基板31、半导体基板32、氧化铪膜34、钝化膜35、滤色器36以及微透镜37。
半导体基板32由n型硅形成。半导体基板32包括：多个感光部15，其包括单位像素；以及器件形成层39，其设有诸如MOS晶体管的有源器件(未图示)，所述有源器件用于将由感光部进行光电转换的信号电荷转换为电信号。
感光部15对应于图2所示的光电二极管21并且由半导体基板32中的pn结形成。
这里，半导体基板32通过形成硅晶片而形成，所述硅晶片变薄至使光可从后表面入射。
根据固体摄像器件的类型，半导体基板32的厚度大约为2.5μm。使半导体基板32变薄，直到由于下述的氧化铪膜34而进入正电荷存储状态的区域33的厚度变为与下述的n型电荷累积区41相邻的区域的厚度。
当硅晶片的厚度大、即硅晶片未充分地变薄时，在由于氧化铪膜34而进入正电荷存储状态的区域33与n型电荷累积区41之间夹有器件形成层39。
在该配置中，可能出现高光溢出恶化(参见图15)的问题。
因此，为了避免高光溢出恶化，有必要使硅晶片变薄，直到由于氧化铪膜34而进入正电荷存储状态的区域33与n型电荷累积区41变得彼此邻近。
或者，如图16所示，为了避免高光溢出恶化，可考虑仅在感光部15之间的缝隙中形成深的像素隔离区42。然而，为了形成深的像素隔离区42，需要将离子注入到深的区域中。因此，考虑到纵横比，需要增加像素隔离区42的宽度以对深的区域进行离子注入处理。在此情况下，感光部的区域会变小。
根据本发明的实施方式，为了避免高光溢出恶化并确保感光部的区域，使由于氧化铪膜34而进入正电荷存储状态的区域33与n型电荷累积区41彼此邻近。
半导体基板32的前表面上形成有用于电连接几个层中的诸如MOS晶体管的有源器件的布线层38。布线层38隔着二氧化硅层10与半导体支撑基板31结合。
半导体支撑基板31用于增强半导体基板32的强度。半导体支撑基板31例如由硅基板形成。
氧化铪膜34形成于半导体基板32的后表面上。氧化铪膜34是介电膜的例子，并使半导体基板32的前表面的附近(附图中以附图标记33表示的区)进入正电荷存储状态。
这里，在根据相关技术的固体摄像器件中，如图4所示，在半导体基板32中的感光部15上形成有p型杂质区30。然而，根据第一实施方式的固体摄像器件没有p型杂质区。
然而，即使在未形成p型杂质区30的情况中，当由氧化铪膜34感应的区域33的厚度增加时，如同在形成有p型杂质区30的情况中那样可能发生混色。因此，由氧化铪膜34感应的区域33的厚度必须在100nm以下。
在对应于感光部的区域，在氧化铪膜34的上层上形成有设有可见光引入开口部的遮光膜13。在遮光膜13的上层上形成有钝化膜35。
在对应于可见光引入开口部的区域处形成有滤色器36和微透镜37。
滤色器36例如使用红(R)、绿(G)、蓝(B)三种颜色的滤色器(RGB Bayer排列)进行空间颜色分离。
通过任意地调节滤色器的分光镜特性，可实现令人满意的颜色再现。
氧化铪膜34还可用作防反射膜。因此，通过形成氧化铪膜34，不必设有单独的防反射膜。
图5是表示半导体基板32的像素部的主要单元的截面图。
在感光部15的区域中，在半导体基板32中形成有n型电荷累积区41。
为了使累积信号电荷的区域靠近半导体基板32的前表面，期望使电荷累积区41形成为使杂质浓度沿半导体基板32的前表面增加。
为了有效地接收入射光，电荷累积区41可形成为使得电荷累积区41的面积沿半导体基板32的后表面增加。
在半导体基板32中，在电荷累积区41的周边形成像素隔离区42。在半导体基板32的前表面，在感光部15的区域中形成浅的p型空穴累积区44。
在半导体基板32的前表面中形成有n型浮动扩散(FD)45。在浮动扩散45与电荷累积区41之间形成有p型区46。因此，浮动扩散45与电荷累积区41彼此电隔离。
在第一实施方式中，描述了在半导体基板32的整个表面上形成有氧化铪膜34的情况。
然而，氧化铪膜34可使半导体基板32的前表面的附近进入正电荷存储状态。因此，氧化铪膜34不必形成于半导体基板32的整个表面上，而是可局部地形成于半导体基板32的上层上。
在第一实施方式中，描述了形成有氧化铪膜34的情况。然而，半导体基板32的前表面的附近可进入正电荷存储状态。因此，可以不必形成氧化铪膜34。
作为具有负固定电荷的膜，不仅可以使用氧化铪膜，还可以使用选自于锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的元素的氧化物绝缘膜。
在第一实施方式中，由于感光部15(电荷累积区41)为n型区，半导体基板32的前表面的附近进入正电荷存储状态并且在半导体基板32的上层上形成有氧化铪膜34。
相反，当感光部15为p型区时，半导体基板32的前表面的附近不得不进入负电荷存储状态。因此，在半导体基板32的上层上形成有介电膜以使半导体基板32的前表面的附近进入负电荷存储状态。
以下，描述具有上述配置的固体摄像器件的运行。
首先，在电荷累积时段期间，从半导体基板32的后表面入射的光由感光部15进行光电转换，并且于是产生对应于入射光的光量的信号电荷。在电荷累积区41中漂移的由光电转换产生的信号电荷存在于电荷累积区41中，并在空穴累积区44附近累积。
在电荷累积时段期间，对传输晶体管22的栅极施加负电压。因此，传输晶体管22截止。
随后，在读取时，对传输晶体管22的栅极施加正电压。因此，传输晶体管22导通。因此，使在感光部15中累积的信号电荷传输到浮动扩散45。
这里，浮动扩散45的电势根据传输至浮动扩散45的信号电荷的量而变化。随后，由放大晶体管23放大浮动扩散45的电势，并将对应于该电势的电压输出到垂直信号线27。
在复位时，对复位晶体管25的栅极施加正电压，且于是将浮动扩散45复位到电源Vdd的电压。此时，当对传输晶体管22的栅极施加负电压时，传输晶体管22截止。
在上述电荷累积时段期间重复读取操作和复位操作。
以下，描述制造具有上述配置的固体摄像器件的方法。即，描述根据本发明的实施方式的制造固体摄像器件的方法的示例。
在根据本发明的实施方式的制造固体器件的方法中，如图6A所示，首先，将用于形成电阻器51的像素隔离区应用于包括器件形成层39和薄膜去除层50的半导体基板(例如n型硅基板)32。
随后，通过普通光刻技术或蚀刻技术形成电阻器开口区。随后，通过离子注入方法形成像素隔离区42。
在此情况下，离子注入能量根据像素隔离区42的深度而不同。此外，形成电阻器51的像素隔离区的厚度根据离子注入能量而不同。即，形成电阻器51的像素隔离区的厚度根据像素隔离区42的深度而不同。
通常，根据电阻器的厚度而设置电阻器开口的宽度的极限值。
因此，为了通过使像素隔离区42的宽度变窄而扩展感光部15，期望根据离子注入能量而设置电阻器的最佳厚度以及电阻器开口的最佳宽度。
通过离子注入方法形成n型电荷累积区41、p型空穴累积区44、浮动扩散45以及p型区46。
在图6A～图6D中，未图示n型电荷累积区41、p型空穴累积区44、浮动扩散45以及p型区46。不具体地限制这些区域的形成顺序。
随后，通过重复地形成绝缘膜和布线而在半导体基板32的前表面上形成布线层38。此后，由硅形成的半导体支撑基板31隔着二氧化硅层10而与布线层38结合(参见图6B)。
随后，如图6C所示，通过CMP方法、干刻法或湿刻法而去除薄膜去除层50，以使半导体基板32变薄。
具体地，例如，使半导体基板32变薄，从而使其厚度为1μm～20μm，且具体地厚度为1μm～5μm，例如大约为2.5μm，从而在下述的处理中使由于氧化铪膜34而进入正电荷累积状态的区域33具有与电荷累积区41相邻的区域的厚度。
这里，通过在n型基板上通过外延生长形成n型Si层而形成的半导体基板、通过在p型基板上通过外延生长形成n型Si层而形成的半导体基板、通过在n型基板上通过外延生长形成p型Si层而形成的半导体基板以及通过在p型基板上通过外延生长形成p型Si层而形成的半导体基板中的任何一个均可用作半导体基板32。
然而，当将由第一导电类型的Si形成的薄膜去除层50用作CMP阻挡层或湿刻阻挡层，以根据CMP方法、干刻法或湿刻法进行去除处理时，更期望在第一导电类型的Si基板50上通过外延生长而形成不同于第一导电类型的第二导电类型的Si层39。这是因为当通过从发光侧进行研磨而对半导体基板32进行背研磨，并随后根据CMP方法或湿刻去除第一导电类型的Si基板50时，第一导电类型的Si基板50本身用作薄膜去除层50，且于是变为CMP阻挡层或湿刻阻挡层。因此，使CMP或蚀刻的速度降低，且于是可容易地控制CMP时间或蚀刻时间。
具体地，当将由p型Si形成的薄膜去除层50用作CMP阻挡层或湿刻阻挡层，以根据CMP方法、干刻法或湿刻法进行去除处理时，更期望在p型基板50上通过外延生长而形成n型Si层39。这是因为在通过从发光侧进行研磨而对半导体基板32进行背研磨之后，p型Si基板50本身被用作薄膜去除层50，且于是变为根据CMP方法、干刻法或湿刻法的CMP阻挡层或湿刻阻挡层。
在从发光侧进行研磨而对半导体基板32进行背研磨，并通过CMP方法、干刻法或湿刻法细微地调节Si层39的厚度之后，使用硝酸或硝酸的复合液体去除由p型Si形成的薄膜去除层50，或可保留部分薄膜去除层50。
随后，在半导体基板32的后表面上形成氧化铪膜34，且具有100nm以下的厚度的区域33在半导体基板32的前表面附近进入正电荷累积状态(参见图6D)。
氧化铪膜34例如根据原子层沉积方法而形成。
当形成了氧化铪膜34时，在半导体基板32的后表面上形成很薄的氧化硅膜(未图示)。
随后，在氧化铪膜34上形成遮光膜13，并对图案进行处理以在对应于感光部的区域中形成可见光引入开口部。随后，根据CVD方法，在遮光膜13上形成钝化膜35，并形成滤色器36和微透镜37。这样，可制造图3所示的固体摄像器件。
关于形成于晶片级的半导体基板32中的固体摄像器件，该晶片可通过切割而分成各个芯片。随后，可通过安装、结合以及封装单个芯片而获得一个固体摄像器件。
在根据本发明的实施方式的固体摄像器件的例子中，由于没有形成p型杂质区，因此可改善混色。而且，由于电荷累积区41与由氧化铪膜34感应的区域33相邻，因此高光溢出特性的恶化得以改善。
在图7A中，图示了通过将绿(GRN)色的峰值输出归一化为100而获得的红(RED)色、绿(GRN)色、蓝(BLU)色的相对敏感度。
在该图中，a表示根据相关技术的形成有p型杂质区30的固体摄像器件的相对敏感度。具体地，图示了当p型杂质区30的厚度为500nm时的相对敏感度。在该图中，b表示根据第一实施方式的固体摄像器件的相对敏感度。具体地，由氧化铪膜34感应的区域的厚度为100nm以下。
从图7A可以明显看出，在根据本发明的实施方式的固体摄像器件的例子中，改善了混色并且也改善了蓝(BLU)色的相对敏感度。
在图7B中，图示了当强光入射时，离被光照射的像素(由附图中的“O”表示)的距离与漏光的输出值之间的关系。
在该图中，a表示形成有p型杂质区30的固体摄像器件(根据相关技术的固体摄像器件)，且b、c和d表示未形成有p型杂质区30的固体摄像器件。
具体地，在该图中，a表示半导体基板32的厚度为3μm且在电荷累积区41附近形成有厚度为500nm的p型杂质区30的情况。
在附图中，b表示半导体基板32的厚度为3μm，在电荷累积区41附近形成有作为厚度为500nm的N层的器件形成层39，且在器件形成层39附近形成有进入正电荷累积状态的区域33的情况。在附图中，c表示半导体基板32的厚度为2.75μm，在电荷累积区41的附近形成有作为厚度为250nm的N层的器件形成层39，且在器件形成层39的附近形成有进入正电荷累积状态的区域33的情况。在附图中，d表示半导体基板32的厚度为2.5μm且在电荷累积区41附近形成有进入正电荷累积状态的区域33的情况。
从图7B可以明显看出，随着作为N层的器件形成层39的厚度变薄，高光溢出特性接近根据相关技术的形成有p型杂质区30的固体摄像器件的高光溢出特性。在根据本发明的实施方式的未形成N层的固体摄像器件的例子中，可实现与根据相关技术的形成有p型杂质区30的固体摄像器件相同的高光溢出特性。
图8是表示根据本发明的实施方式的半导体器件的例子的示意性截面图。这里，半导体器件60的例子包括RAM、ROM以及LSI。半导体器件60主要包括半导体支撑基板61、半导体基板62以及氧化铪膜63。
半导体基板62由n型硅形成。半导体基板62包括器件形成层65，其中形成有诸如逻辑器件、有源器件以及感光器件等n型器件64。
器件64具有n型电荷累积区(未图示)。
这里，使半导体基板62的厚度变薄，直到由于氧化铪膜63而进入正电荷累积状态的区域66的厚度变成与器件64的电荷累积区相邻的区域的厚度。
在半导体基板62的一个表面(图8中的下表面)上形成有使几个层中的器件电连接的布线层67。布线层67隔着二氧化硅层68与半导体支撑基板61结合。
半导体支撑基板61用于增强半导体基板62的强度。
在半导体基板62另一表面(图8中的上表面)上形成有氧化铪膜63。氧化铪膜63是介电膜的例子，并使半导体基板62的前表面的附近(即由附图中的附图标记66表示的区域)进入正电荷存储状态。
然而，类似于使p型杂质区形成为与器件64的电荷累积区相邻的情况，当由氧化铪膜63感应的区域66的厚度增加时，可产生噪声。因此，由氧化铪膜63所感应的区域66的厚度为100nm以下。
在第二实施方式中，将描述在半导体基板62的整个表面上形成有氧化铪膜63的情况。然而，氧化铪膜63可使得半导体基板62的前表面的附近进入正电荷累积状态。因此，氧化铪层可以不形成于半导体基板62的整个表面上。或者，如在第一实施方式中，氧化铪层可局部地形成于半导体基板62的上层上。
当半导体基板62的前表面的附近可进入正电荷累积状态时，不必如第一实施方式那样形成氧化铪膜63。
在第二实施方式中，当器件64的电荷累积区为n型区时，形成有氧化铪膜63，从而半导体基板62的前表面的附近进入正电荷存储状态。相反，当器件的电荷累积区为p型区时，半导体基板62的前表面的附近不得不进入负电荷存储状态。因此，在半导体基板62的上层上形成有介电膜，以使半导体基板62的前表面的附近进入负电荷存储状态。
以下，描述制造具有上述配置的半导体器件的方法。即，描述根据本发明的实施方式的制造半导体器件的示例性方法。
在根据本发明的实施方式的制造半导体器件的示例性方法中，如图9A所示，在包括器件形成层65以及薄膜去除层70的半导体基板62中形成包括n型电荷累积区的器件64。
随后，通过重复地形成绝缘膜和布线而在半导体基板62的一个表面上形成布线层67。此后，由硅形成的半导体支撑基板61隔着二氧化硅层68与布线层67结合(参见图9B)。
随后，如图9C所示，通过CMP方法或湿刻法去除薄膜去除层，以使半导体基板62变薄。具体地，例如使半导体基板62变薄，从而使其厚度为1μm～20μm，且具体地厚度为1μm～5μm，以使得红外光在感光部中进行光电转换，例如大约为2.5μm，从而在下述的处理中使由于氧化铪膜63而进入正电荷累积状态的区域66形成为具有与器件64的电荷累积区相邻的区域的厚度。
这里，通过在n型基板上通过外延生长形成n型Si层而形成的半导体基板、通过在p型基板上通过外延生长形成n型Si层而形成的半导体基板、通过在n型基板上通过外延生长形成p型Si层而形成的半导体基板以及通过在p型基板上通过外延生长形成p型Si层而形成的半导体基板中的任何一个均可用作半导体基板62。
然而，当由第一导电类型的Si形成的薄膜去除层70用作CMP阻挡层或湿刻阻挡层，以根据CMP方法、干刻法或湿刻法进行去除处理时，更期望在第一导电类型的Si基板50上通过外延生长而形成不同于第一导电类型的第二导电类型的Si层65。这是因为当通过从发光侧进行研磨而对半导体基板62进行背研磨，且随后当根据CMP方法或湿刻进行去除第一导电类型的Si基板50时，第一导电类型的Si基板50本身被用作薄膜去除层70，且于是变为CMP阻挡层或湿刻阻挡层。
具体地，当由p型Si形成的薄膜去除层70用作CMP阻挡层或湿刻阻挡层，以根据CMP方法、干刻法或湿刻法进行去除处理时，更期望在p型基板50上通过外延生长形成n型Si层65。这是因为在通过从发光侧进行研磨而对半导体基板62进行背研磨之后，p型Si基板50本身被用作薄膜去除层70，且于是变为根据CMP方法、干刻法或湿刻法的CMP阻挡层或湿刻阻挡层。
在通过从发光侧进行研磨而对半导体基板62进行背研磨，并通过CMP方法、干刻法或湿刻法细微地调节Si层65的厚度之后，使用硝酸或氢氟酸与硝酸的混合液体去除由p型Si形成的薄膜去除层70，或可保留部分薄膜去除层70。
随后，在半导体基板62的另一表面上形成氧化铪膜63，且具有100nm以下的厚度的区域66在半导体基板62的前表面的附近进入正电荷累积状态。这样，可制造图8所示的半导体器件。这里，氧化铪膜63例如根据原子层沉积方法形成。
关于形成于晶片级的半导体基板62中的半导体器件，该晶片可通过切割而分成各个芯片。随后，可通过安装、结合以及封装单个芯片而获得一个半导体器件。
在根据本发明的实施方式的半导体器件的例子中，由于没有形成p型杂质区，可避免由于存在p型杂质区而引起的器件的噪声。而且，由于由氧化铪膜63感应的区域66的厚度为100nm以下。因此，即使当区域66被感应而处于正电荷累积状态时，仍难以产生噪声。
图10是表示作为根据本发明的实施方式的摄像装置的例子的相机77的示意图。在该图所示的相机77中，根据上述第一实施方式的固体摄像器件用作摄像器件。
在根据本发明的实施方式的相机77中，来自物体(未图示)的光经由诸如透镜71以及机械快门72的光学系统而入射到固体摄像器件73的图像形成区。机械快门72阻挡固体摄像器件73的图像形成区中的光，以决定曝光时间。
这里，将根据上述第一实施方式的固体摄像器件1用作固体摄像器件73。固体摄像器件73由包括时序发生电路或驱动系统的驱动电路74驱动。
由下一级中的信号处理电路75对从固体摄像器件73输出的信号进行各种信号处理，所述信号作为输出到外部的成像信号而得到，并随后将得到的成像信号存储于诸如存储器的存储介质中或输出至监视器。
由系统控制器76进行对机械快门72的开关控制、驱动电路74的控制、信号处理电路75的控制等。
根据本发明的上述实施方式的固体摄像器件1可用于根据本发明的实施方式的相机。因此，由于可改善混色和高光溢出特性，因此可获得高质量的摄像。
在上述第一实施方式中，描述了使用以RGB Bayer形式排列的滤色器36的情况。然而，可将有机光电转换膜用于改善颜色再生并实现具有高精度的固体摄像器件1。
图11是表示根据第一实施方式的变化例的固体摄像器件的示意图。在该图所示的固体摄像器件1中，在钝化膜35的上层上进一步形成有有机光电转换膜82，且隔着分离层83形成有有机滤色器层84。
有机滤色器84形成为与感光部15对应，并例如提取蓝(B)光和红(R)光。因此，通过以方格图案布置青光有机滤色器层84C和黄光有机滤色器层84Y而形成有机滤色器84。在有机滤色器层84上，分别形成微透镜37，以使入射到各感光部15上的光聚集。
有机光电转换膜82的绿(G)基颜料的例子包括罗丹明基颜料、酞菁衍生物、喹吖啶酮、曙红Y以及部花青(melacyanine)基颜料。
根据变化例的固体摄像器件1从绿(G)光有机光电转换膜82提取信号，并从青光有机滤色器层和黄光有机滤色器层84的组合提取蓝(B)光和红(R)光。
以下，参照图12A和图12B描述有机光电转换膜82以及有机滤色器层84的平面排列(编码)的例子。
如图12A所示，在所有像素中排列有绿(G)光有机光电转换膜82。如图12B所示，以所谓的方格图案排列青和黄。通过以下原理实现蓝(B)光和红(R)光的色散。
即，通过青光有机滤色器层84C的吸收而去除红(R)光成分，通过绿光有机光电转换膜82的吸收而去除绿(G)光成分，且于是可从剩余的蓝(B)光成分提取蓝(B)光。
另一方面，通过黄光有机滤色器层84Y的吸收而去除蓝(B)光成分，通过绿(G)光有机光电转换膜82的吸收而去除绿(G)光成分，且于是可从红(R)光成分提取红(R)光。
通过所述排列，可输出绿(G)、蓝(B)和红(R)的分离颜色信号。
由于青光有机滤色器层84C和黄光有机滤色器层84Y以所谓的方格图案排列，稍微降低了空间亮度或彩色清晰度。然而，可显著地改善颜色再现。
在上述第一实施方式中，描述了使用整个n型硅基板的情况。然而，可以不使用整个n型硅基板。作为替代，可使用具有在半导体基板中隔行设有氧化物膜的配置的SOI基板。
半导体基板可具有n型半导体基板以外的类型。作为替代，固体摄像器件可通过使用p型半导体基板并将n型杂质注入对应于感光部15的区域而制造。
本领域的技术人员应当明白，在不脱离所附权利要求及其等同物的范围内，取决于设计需要和其它因素可出现各种变化、组合、子组合和替代。

Claims (34)

1.一种固体摄像器件，其包括：
半导体基板；
至少一个感光部，其位于所述半导体基板中并具有电荷累积区；以及
介电层，其位于所述半导体基板的与所述电荷累积区相邻的感应层上方，
其中，所述感应层由所述介电层感应。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述介电层感应位于所述半导体基板中的所述至少一个感光部上方的所述感应层的部分。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述介电层和所述感应层具有与所述感光部相反的导电类型。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最近的表面较大。
5.如权利要求4所述的固体摄像器件，其中，入射光进入离所述介电层最远的所述半导体基板一侧。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最远的表面较大。
7.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述介电层局部地形成于所述半导体基板的上层上。
8.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的材料。
9.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述介电层还用作防反射膜。
10.一种制造半导体器件的方法，该方法包括以下步骤：
形成位于半导体基板中并具有电荷累积区的至少一个感光部；
形成位于所述半导体基板的后表面中并与所述电荷累积区相邻的感应层；以及
在所述感应层上方形成介电层。
11.如权利要求10所述的制造半导体器件的方法，其中，所述介电层感应位于所述半导体基板中的所述至少一个感光部上方的所述感应层的部分。
12.如权利要求10所述的制造半导体器件的方法，其中，所述介电层和所述感应层具有与所述感光部相反的导电类型。
13.如权利要求10所述的制造半导体器件的方法，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最近的表面较大。
14.如权利要求10所述的制造半导体器件的方法，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最远的表面较大。
15.如权利要求10所述的制造半导体器件的方法，其中，所述介电层局部地形成于所述半导体基板的上层上。
16.如权利要求10所述的制造半导体器件的方法，其中，所述介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的材料。
17.一种相机，其包括：
透镜；以及
位于所述透镜前的固体摄像器件，该固体摄像器件包括半导体基板、位于所述半导体基板中并具有电荷累积区的至少一个感光部、以及位于所述半导体基板的与所述电荷累积区相邻的感应层上方的介电层，
其中，所述感应层由所述介电层感应。
18.如权利要求17所述的相机，包括位于所述透镜与所述固体摄像器件之间的快门器件。
19.如权利要求17所述的相机，其中，所述介电层感应位于所述半导体基板中的所述至少一个感光部上方的所述感应层的部分。
20.如权利要求17所述的相机，其中，所述介电层和所述感应层具有与所述感光部相反的导电类型。
21.如权利要求17所述的相机，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最近的表面较大。
22.如权利要求17所述的相机，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最远的表面较大。
23.如权利要求17所述的相机，其中，入射光进入所述半导体基板的离所述介电层最远的侧。
24.如权利要求17所述的相机，其中，所述介电层局部地形成于所述半导体基板的上层上。
25.如权利要求17所述的相机，其中，所述介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的材料。
26.一种半导体器件，其包括：
半导体基板；
至少一个感光部，其位于所述半导体基板中并具有电荷累积区；以及
介电层，其位于所述半导体基板的与所述电荷累积区相邻的感应层上方，
其中，所述感应层由所述介电层感应。
27.如权利要求26所述的半导体器件，其中，所述介电层感应位于所述半导体基板中的所述至少一个感光部上方的所述感应层的部分。
28.如权利要求26所述的半导体器件，其中，所述介电层和所述感应层具有与所述感光部相反的导电性。
29.如权利要求26所述的半导体器件，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最近的表面较大。
30.如权利要求26所述的半导体器件，其中，所述电荷累积区的杂质浓度沿所述半导体基板的离所述介电层最远的表面较大。
31.如权利要求26所述的半导体器件，其中，所述介电层局部地形成于所述半导体基板的上层上。
32.如权利要求26所述的半导体器件，其中，所述介电层包括选自于铪、锆、铝、钽、钛、钇以及镧系元素的材料。
33.如权利要求26所述的半导体器件，其中，入射光进入所述半导体基板的离所述介电层最远的一侧。
34.如权利要求26所述的半导体器件，其中，所述介电层还用作防反射膜。
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