CN102082156B - 固体摄像器件、固体摄像器件制造方法以及电子装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了固体摄像器件、固体摄像器件制造方法以及电子装置。所述固体摄像器件包括：半导体层；绝缘材料，它处于穿透所述半导体层的开口中；以及保护膜，它具有耐蚀刻性，并覆盖着所述绝缘材料的位于所述半导体层内侧的一端部。所述固体摄像器件制造方法包括如下步骤：形成穿透半导体层的开口；用绝缘材料填充所述开口；并且在所述开口的位于所述半导体层内侧的一端部处，形成具有耐蚀刻性的保护膜。根据本发明，能够在不会增加工序数量的前提下获得具有高可靠性的固体摄像器件。另外，能够获得使用该固体摄像器件的电子装置。

Description

固体摄像器件、固体摄像器件制造方法以及电子装置
相关申请的资料
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JP2009-272442的优先权，在此将该日本专利申请的全部内容以引用的方式并入本文。
技术领域
本发明涉及一种固体摄像器件、制造该固体摄像器件的方法以及使用该固体摄像器件的电子装置。
背景技术
固体摄像器件大致可以分为电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD)型固体摄像器件和互补型金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide Semiconductor，CMOS)型固体摄像器件。
在这样的固体摄像器件中，由光电二极管形成的感光部形成于每个像素中，并且在该感光部中，通过光电转换从而由入射至感光部的光产生信号电荷。在CCD型固体摄像器件中，由感光部产生的信号电荷被传输进入到具有CCD结构的电荷传输单元中，并且像素电荷被转换为作为输出信号而被输出的像素信号。另一方面，在CMOS型固体摄像器件中，由感光部产生的信号电荷在每个像素中被放大并且所放大的信号作为像素信号被输出至信号线。
由于形成在基板上的光电二极管与光入射表面之间的距离要被减小以提高会聚效率，因此已经提出了这样一种背面照射型固体摄像器件，其用于使光从基板的与形成有布线层的那一侧相反的背面侧入射。在该背面照射型固体摄像器件中，在形成有光电二极管或像素晶体管的基板的正面侧上形成布线层以后，翻转基板，并在基板的背面侧上形成滤色器层和片上透镜。在该背面照射型固体摄像器件中，由于要将基板翻转并且随后将滤色器层或片上透镜形成于基板的背面侧上，因此在基板的背面侧上形成有当对滤色器层或片上透镜进行定位时所必需的对准掩模。另外，在该背面照射型固体摄像器件中，为了将形成在基板正面侧上的布线层中的电极焊盘形成区域接线至基板的背面侧，从基板背面侧形成了让电极焊盘形成区域露出的开口。为了从基板背面侧连接外部布线，形成了将电极焊盘形成区域暴露出来的开口。
日本专利申请公开公报特开2005-150463号说明了在背面照射型固体摄像器件中形成对准掩模的方法以及形成与电极焊盘连接的焊盘接触部的方法。在日本专利申请公开公报特开2005-150463号中，为了形成对准掩模或为了确保焊盘接触部与基板间的绝缘性，记载了这样一种结构：在该结构中，在基板中形成开口后，埋入例如SiO等绝缘材料以形成绝缘层。
下面将参照图25A至图25C来说明相关技术的背面照射型固体摄像器件的制造工序。图25A至图25C示出了在对准掩模和围绕着电极焊盘部的绝缘层由SiO形成的情况下的背面照射型固体摄像器件的制造工序。
首先，如图25A所示，采用绝缘体上硅(silicon-on-insulator，SOI)基板103(在该SOI基板103中，埋入氧化物膜(BOX层101)和硅层102依次形成在硅基板100上)，在硅层102的像素区域108的预定位置处形成包含有光电二极管PD的像素。随后，在硅层102的表面上形成氧化物膜104之后，在对准掩模形成区域107和电极焊盘形成区域106中形成穿过硅层102到达BOX层101的开口。然后，埋入由SiO形成的绝缘材料以形成绝缘层105。
接着，在氧化物膜104的表面上形成多个布线层109(层间绝缘膜110介于其间)从而形成多层布线层111。
然后，在多层布线层111上形成支撑基板(未图示)，翻转所得到的构件，并磨掉SOI基板103的硅基板110和BOX层101。然后，在形成于电极焊盘形成区域106中的绝缘层105所围绕的区域中形成开口，从而露出电极焊盘112。使用形成于对准掩模形成区域107中的绝缘层105作为对准掩模，在像素区域108的硅层102上形成滤色器层114和片上透镜113。于是，背面照射型固体摄像器件得以完成。
然而，在相关技术的制造方法中，当蚀刻并除去硅基板100和BOX层101时，由SiO制成的对准掩模105a或绝缘层105也会被蚀刻。于是，如图25C所示，对准掩模105a或电极焊盘形成区域的绝缘层105被过度除去至比硅层102的表面更深的位置。由于对准掩模105a被过度蚀刻并除去，因此可见性变劣。在要将对准掩模105a形成得从硅层102的背面侧突出以便提高可见性的情况下，在对准掩模105a中使用与SiO不同的绝缘材料。
对准掩模105a或形成在电极焊盘形成区域106的绝缘层105中的开口具有相对高的纵横比。因此，当使用SiO作为埋入该开口中的材料时，难以填埋该开口。如图26所示，产生了空隙120。
为了解决在对准掩模105a中使用了SiO时所产生的以上问题，可以使用氮化硅SiN作为埋入上述开口中的绝缘材料。在这种情况下，在图25A的工序中，如图27A所示，在形成用于对准掩模的开口之后，把由SiN形成的绝缘材料埋入该开口中。
在该固体摄像器件的制造工序中，在埋入成为对准掩模105a的绝缘材料116的工序之后，例如，进行用于除去在氧化物膜104上的绝缘材料116的工序。例如，如图27B所示，在使用热磷酸除去在氧化物膜104上多余的由SiN形成的绝缘材料116的情况下，应当形成为对准掩模105a或电极焊盘形成区域106的绝缘层105的SiN的上部被蚀刻并除去。于是，在该绝缘层的上部形成了由区域a示出的凹凸不平。
在形成了凹凸不平的情况下，如图28A所示，例如，多晶硅118沉积在被蚀损的绝缘层105上。在这种情况下，多晶硅118与硅层102之间就会发生短路。于是，在电极焊盘形成区域106中，无法确保硅层102和连接于电极焊盘112的接触布线(未图示)间的绝缘。如图28B所示，在随后的工序中将二氧化硅膜117形成于被蚀损的绝缘层105上的情况下，凹凸不平的绝缘层105上的二氧化硅膜117会脱落。在这种情况下，会导致晶片污染或器件污染。
即使在由二氧化硅形成绝缘层105的情况下，当除去多余的二氧化硅时，构成该绝缘层上部的二氧化硅也可能会被除去。即使在这种情况下，图28A或图28B的问题也会发生。
发明内容
本发明提供了一种固体摄像器件，该固体摄像器件具有高可靠性的绝缘层而不会增加用于制造该固体摄像器件的工序数量。另外，本发明提供了一种使用该固体摄像器件的电子装置。
本发明的一个实施例涉及一种固体摄像器件，其包括半导体层、绝缘材料以及保护膜；所述绝缘材料处于穿透所述半导体层的开口中；所述保护膜具有耐蚀刻性，并覆盖着所述绝缘材料的位于所述半导体层内侧的一端部。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，所述半导体层设有像素区域。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，其中所述开口位于所述半导体层的对准区域中，并且所述半导体层设有位于所述对准区域与所述像素区域之间的元件隔离区域。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，其中所述保护膜位于所述半导体层内的凹槽中，所述凹槽在所述开口的所述端部处。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，还包括：在所述元件隔离区域中的杂质扩散层；以及形成于所述扩散层上的绝缘膜。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，还包括：承载于所述半导体层上的多层布线层；在所述半导体层的所述像素区域之外位于所述多层布线层内的电极焊盘；以及穿过所述半导体层和所述多层布线层并使所述电极焊盘露出的电极焊盘开口。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，还包括：在所述像素区域内的所述半导体层中的多个光电二极管。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，还包括：在所述像素区域内的每个所述光电二极管上方的片上透镜。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，还包括：每个所述片上透镜与每个所述光电二极管之间的滤色器。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，还包括由相同的材料制成的所述绝缘材料和所述保护膜。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件中，其中所述绝缘材料含有氮化硅。
本发明的又一个实施例涉及一种固体摄像器件制造方法，其包括如下步骤：形成穿透半导体层的开口；用绝缘材料填充所述开口；并且在所述开口的位于所述半导体层内侧的一端部处，形成具有耐蚀刻性的保护膜。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，其中所述半导体层设有像素区域。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，其中所述开口形成在所述半导体层的对准区域中，并且所述半导体层设有位于所述对准区域与所述像素区域之间的元件隔离区域。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，还包括如下步骤：在形成所述保护膜的步骤之前在所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽处于所述开口的位于所述半导体层内侧的所述端部处。该方法中，形成所述保护膜的步骤包括：在所述凹槽中形成绝缘膜。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，还包括如下步骤：在所述元件隔离区域内形成杂质扩散层；并且在所述扩散层上形成绝缘膜。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，还包括如下步骤：在所述半导体层上形成多层布线层；在所述半导体层的所述像素区域之外在所述多层布线层中形成电极焊盘；并且在所述半导体层中形成使所述电极焊盘露出的电极焊盘开口。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，还包括如下步骤：在所述像素区域内的所述半导体层中形成多个光电二极管。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，还包括如下步骤：在所述像素区域内的每个所述光电二极管上方形成片上透镜。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，还包括如下步骤：在每个所述片上透镜与每个所述光电二极管之间形成滤色器。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，其中所述绝缘材料和所述保护膜由相同的材料制成。
在依据本实施例的另一个实施例的固体摄像器件制造方法中，其中在所述绝缘材料上形成所述保护膜以使所述绝缘材料在蚀刻后保持原样。
本发明的再一个实施例涉及一种电子装置，其包括光学镜头和半导体器件。该半导体器件设置于所述光学镜头的前面，并且包括：(1)半导体层；(2)绝缘材料，它处于穿透所述半导体层的开口中；以及(3)保护膜，它具有耐蚀刻性，并覆盖着所述绝缘材料的位于所述半导体层内侧的一端部。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，其中所述半导体层设有像素区域。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，其中所述开口位于所述半导体层的对准区域中，并且所述半导体层设有位于所述对准区域与所述像素区域之间的元件隔离区域。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，其中所述保护膜位于所述半导体层内的凹槽中，所述凹槽处于所述绝缘材料的位于所述半导体层内侧的所述端部处。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，还包括：在所述元件隔离区域中的杂质扩散层；以及在所述扩散层上的绝缘膜。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，还包括：在所述半导体层上的多层布线层；在所述半导体层的所述像素区域之外位于所述多层布线层内的电极焊盘；以及穿过所述半导体层和所述多层布线层并使所述电极焊盘露出的电极焊盘开口。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，还包括：所述像素区域内的所述半导体层中的多个光电二极管。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，还包括：所述像素区域内的每个所述光电二极管上方的片上透镜。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，还包括：每个所述片上透镜与每个所述光电二极管之间的滤色器。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，其中所述绝缘材料和所述保护膜由相同的材料制成。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，其中所述绝缘材料含有氮化硅。
在依据本发明的另一个实施例的电子装置中，还包括：位于所述光学镜头与所述固体摄像器件之间的快门装置。
根据本发明的实施例，能够在不会增加工序数量的前提下获得具有高可靠性的固体摄像器件。另外，能够获得使用该固体摄像器件的电子装置。
附图说明
并入在本申请文本中并构成本申请文本的一部分的附图图示了本发明的实施方式，并且与说明书一起用于说明本发明的本发明的优点及原理。附图中：
图1是示出了本发明的固体摄像器件的结构的示意图；
图2是示出了本发明的固体摄像器件的示意性截面图；
图3A至图3C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图4D至图4F是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图5G至图5I是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图6A至图6C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图7D至图7E是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图8是示出了本发明固体摄像器件的电极焊盘形成区域的示意性截面图；
图9A至图9C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图10A至图10C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图11D至图11E是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图12是示出了本发明固体摄像器件的电极焊盘形成区域的示意性截面图；
图13A至图13C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图14D至图14F是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图15G至图15I是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图16J至图16K是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图17A至图17C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图18D至图18E是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图19是示出了本发明固体摄像器件的电极焊盘形成区域的示意性截面图；
图20A至图20C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图21A至图21C是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图22D至图22E是示出了本发明的固体摄像器件制造方法的图；
图23是示出了本发明固体摄像器件的电极焊盘形成区域的示意性截面图；
图24是示出了本发明的电子装置的结构的示意图；
图25A至图25C是示出了相关技术的固体摄像器件制造方法的图；
图26是相关技术的固体摄像器件制造方法中由SiO形成绝缘膜的情况的示意图；
图27A和图27B是相关技术的固体摄像器件制造方法中由SiN形成绝缘膜的情况的示意图；以及
图28A和图28B是示出了在通过相关技术的固体摄像器件制造方法形成的绝缘膜中产生的问题的示意图。
具体实施方式
虽然文中说明了本发明的多种实施例，但对本领域技术人员来说，在本发明的范围内可能有更多的实施例和实现方式是显而易见的。因此，除了所附的权利要求及其等同物的教导之外，本发明不受限制。
首先，将参照图1和图2对本发明实施例的CMOS型固体摄像器件1进行说明。本发明的下列第一至第四实施例的固体摄像器件共同采用了图1和图2的结构。在本实施例中，将对作为该固体摄像器件的背面照射型CMOS型固体摄像器件进行说明。
图1是示出了本发明实施例的CMOS型固体摄像器件1的整体结构的示意图。
本实施例的固体摄像器件1包括像素区域3、垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7和控制电路8等。在像素区域3中，在由硅形成的基板11上布置有多个像素。
每个像素2包括由光电二极管和多个像素晶体管形成的感光部，并且多个像素2以二维阵列的方式规则地布置于基板11上。构成像素2的所述多个像素晶体管可以包括例如传输晶体管、复位晶体管、选择晶体管、放大晶体管这四个像素晶体管，或者可以包括除了选择晶体管之外的三个晶体管。
像素区域3由以二维阵列的方式规则地布置的多个像素2构成。像素区域3包括：有效像素区域，其用于实际上接收光、放大由光电转换产生的信号电荷、并且将信号读出至列信号处理电路5；以及黑基准像素区域(未图示)，其用于输出作为黑电平基准的光学黑(optical black)。该黑基准像素区域通常形成在有效像素区域的周边上。
控制电路8产生时钟信号或控制信号等以作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟的操作基准。由控制单元8产生的时钟信号或控制信号等被输入至垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6等。
垂直驱动电路4由移位寄存器构成，从而在垂直方向以行为单位依次选择和扫描像素区域3中的像素2。每个像素2的光电二极管将像素信号通过垂直信号线提供给列信号处理电路5，该像素信号基于根据光接收量而产生的信号电荷。
列信号处理电路5与每一列像素2对应设置着，以便根据来自黑基准像素区域(虽未图示，但其形成于有效像素区域周围)的信号对每个像素列中从与一行对应的像素2输出的信号进行例如噪声消除、信号放大等信号处理。水平选择开关(未图示)设置在列信号处理电路5的输出级与水平信号线10之间。
水平驱动电路6由移位寄存器构成，并依次输出水平扫描脉冲以依次选择每个列信号处理电路5，从而将来自每个列信号处理单元5的像素信号输出给水平信号线10。
输出电路7对经由水平信号线10依次从每个列信号处理电路5提供的信号进行信号处理并输出经过处理的信号。
图2是示出了本实施例的固体摄像器件的主要部分的示意性截面图。如图2所示，本实施例的固体摄像器件1在像素区域3的周边区域中包括对准掩模27和电极焊盘形成区域34，该对准掩模27用于在制造时进行定位，该电极焊盘形成区域34中形成有用于与外部布线连接的电极焊盘25。
背面照射型固体摄像器件1包括：其内形成有作为光电转换元件的各光电二极管PD的半导体层20、形成在半导体层20正面侧上的多层布线层21、以及形成在半导体层20背面侧上的滤色器层32和片上透镜33。另外，在多层布线层21的与其面向着半导体层20的那个表面相反的表面上形成有支撑基板22。
在半导体层20的像素区域3中，形成有用于构成各个像素的多个光电二极管PD，并且，虽未图示，但用于驱动像素2的像素晶体管靠近每个像素而形成。
多层布线层21是通过把由铝或铜形成的其间具有层间绝缘膜24的多个布线层(图2中为两层)进行层叠而构成的，并且多条布线23或一条布线23与像素晶体管通过接触部(未图示)进行电连接。在周边区域中，电极焊盘25通过由铝形成的布线23的一部分构成。
每个滤色器层32在半导体层20的作为光照射侧的背面侧上形成于与每个像素对应的区域中，并且由包括红色(R)颜料、绿色(G)颜料和蓝色(B)颜料的有机材料形成。每个片上透镜33由有机材料形成于与每个像素对应的每个滤色器层32上。在每个片上透镜33中，入射光被会聚从而有效地入射至构成与该片上透镜对应的像素2的光电二极管PD。
对准掩模27形成在半导体层20的周边区域(下文中称为对准掩模形成区域35)中，并由通过在穿透半导体层20的开口中埋入绝缘材料而形成的绝缘层29构成。作为对准掩模27的绝缘层29在半导体层20的正面侧上被保护膜30覆盖着。对准掩模27被用来对半导体层20背面侧上的滤色器层32或片上透镜33进行定位。
在形成于半导体层20的周边区域内的电极焊盘形成区域34中，有开口26形成在半导体层20及层间绝缘膜24中，使得形成于布线23的一部分中的电极焊盘25面向着半导体层20的背面侧。围绕着该开口26在半导体层20侧形成有绝缘层28，并且绝缘层28在半导体层20的正面侧上被保护膜31覆盖着。
也就是说，在本实施例的固体摄像器件1中，作为对准掩模27的绝缘层29和以围绕着电极焊盘形成区域34中的开口26的方式形成的绝缘层28在半导体层20的正面侧上分别被保护膜30和31同样地覆盖着。
在下面的各实施例中，将对背面照射型固体摄像器件1的绝缘层28和29以及覆盖着绝缘层28和29的保护膜30和31进行详细说明。
下面参照图3A至图9C来说明本发明第一实施例的固体摄像器件制造方法。图3A至图5I的制造工序是用于形成对准掩模27的工序，并且将会与用于在像素区域3中形成元件隔离部的工序以及用于在周边电路区域中形成元件隔离部的工序并行地予以说明。在本实施例中，作为像素区域3的元件隔离部，设置了这样的元件隔离部(下文中称为为了隔离而设计的扩展光电二极管区域(Expanding photodiode area Designed forIsolation；EDI))，其包括：形成于半导体层中的杂质扩散层；以及以预定厚度形成在该半导体层上的绝缘膜(氧化物膜)。作为周边电路区域的元件隔离部，设置了这样的元件隔离部(下文中称为浅沟槽隔离(ShallowTrench Isolation；STI))：该元件隔离部中，在形成于半导体层中的凹槽内形成有绝缘膜。在下面的描述中，将其内形成有STI的区域称为STI形成区域36，并将其内形成有EDI的区域描述为EDI形成区域37。
如图3A所示，准备SOI基板40，在该SOI基板40中，在由硅制成的基板39上依次形成埋入氧化物膜(下文中称为BOX层38)和由硅形成的半导体层20。然后，在半导体层20上依次形成二氧化硅膜43和光致抗蚀剂膜44。如图3A所示，在对准掩模形成区域35中的光致抗蚀剂膜44中形成开口。
接着，如图3B所示，使用光致抗蚀剂膜44作为掩模来蚀刻二氧化硅膜43，以形成使半导体层20露出的开口。使用其内形成有该开口的二氧化硅膜43作为用于蚀刻半导体层20的硬掩模。
接着，如图3C所示，使用由二氧化硅膜43形成的硬掩模来蚀刻半导体层20以在对准掩模形成区域35中形成开口45。在此时，二氧化硅膜43也被减薄了。开口45形成得穿透半导体层20。例如，开口45形成得具有70nm宽度和3μm深度。
接着，如图4D所示，将由氮化硅(SiN)形成的绝缘层46形成得埋入开口45中，且该绝缘层46形成在半导体层20的整个表面上。因此，在对准掩模形成区域35中，在开口45中形成了绝缘层29，因而形成了对准掩模27。
虽然本实施例中的工序是在二氧化硅膜43和绝缘层46形成于半导体膜20上的状态下进入下一工序，但某时可能会除去半导体层20上的绝缘层46和二氧化硅膜43。在这种情况下，在除去了绝缘层46和二氧化硅膜43的半导体层20上形成新的二氧化硅膜和由SiN形成的绝缘层，并且工序进入下一工序。
接着，如图4E所示，在形成于半导体层20上的绝缘层46上形成光致抗蚀剂膜47，在该光致抗蚀剂膜47中，在对准掩模形成区域35、STI形成区域36和EDI形成区域37的期望位置处形成有多个开口48。使用光致抗蚀剂膜47作为掩模来蚀刻并除去半导体层20上的绝缘层46和二氧化硅膜43。在这种情况下，光致抗蚀剂膜47的在对准掩模形成区域35中的开口48包含了其内形成有绝缘层29的区域，并且该开口48是这样形成的：比其内形成有绝缘层29的区域宽的区域成为该开口。因此，露出绝缘层29的上部区域。
接着，除去在之前工序中使用的光致抗蚀剂膜47，如图4F所示，形成新的光致抗蚀剂膜49。在光致抗蚀剂膜49中，在对准掩模形成区域35和STI形成区域36中形成开口，而在EDI形成区域37中未形成开口。也就是说，在EDI形成区域37中，在绝缘层46的整个表面上(也包括在已露出的半导体层20上)形成光致抗蚀剂膜49。随后，使用光致抗蚀剂膜49作为掩模以及使用绝缘层46作为硬掩模来蚀刻并除去半导体层20至预定深度，从而形成凹槽50a和50b。在STI形成区域36中的凹槽50b成为用于构成STI的沟槽部。在对准掩模形成区域35中的凹槽50a是在后续工序中要在其上形成保护膜30的凹槽。在对准掩模形成区域35中，蚀刻并除去包围着绝缘层29的半导体层20至与STI形成区域36的凹槽50b相同的深度(例如大约300nm的深度)，并且绝缘层29也会被蚀刻并除去。然而，由于蚀刻率的差别，在半导体层20底部的上侧处该绝缘层29被保持住。也就是说，绝缘层29未被蚀刻至半导体层20的下侧。
在形成凹槽50a和50b以后，向EDI形成区域37的半导体层20的表面中离子注入所需的杂质，从而形成用于构成EDI的杂质扩散层56。
接着，除去在绝缘层46上形成的光致抗蚀剂膜49，并且如图5G所示，在包括半导体层20内的凹槽50a和50b的绝缘层46上形成由SiO形成的绝缘膜51。因此，在对准掩模形成区域35中，由绝缘层29形成的对准掩模27的上部被绝缘膜51覆盖着。在STI形成区域36中，绝缘膜51形成于作为沟槽部的凹槽50b中。在EDI形成区域37中，绝缘膜51形成在其内形成有杂质扩散层56的半导体20上。
接着，如图5H所示，使用例如化学机械研磨(Chemical MechanicalPolishing；CMP)法，除去由SiO形成的绝缘膜51直到露出半导体层20上的由SiN形成的绝缘层46为止。也就是说，在研磨绝缘膜51的工序中，由SiN形成的绝缘层46用作终止层。
随后，如图5I所示，使用热磷酸除去已露出的绝缘层46。因此，在对准掩模形成区域35中，作为对准掩模27的绝缘层29的上部被由绝缘膜51形成的保护膜30覆盖着。在STI形成区域36中形成了作为元件隔离部的STI 52，并在EDI形成区域37中形成了作为元件隔离部的EDI 53。所形成的保护膜30的厚度或构成EDI 53的绝缘膜51的厚度跟形成在二氧化硅膜43上的绝缘层46的厚度一致。为了使保护膜30的厚度或EDI53的绝缘膜51的厚度保持在大约100nm，形成于二氧化硅膜43上的绝缘层46的厚度优选为大约100nm。
在本实施例的固体摄像器件中，与构成STI 52的凹槽50b同时形成的凹槽50a形成于包括作为对准掩模27的绝缘层29的上部的半导体层20中，并且保护膜30是在当形成用于构成STI 52的绝缘膜51时的同一工序中形成。通过用保护膜30覆盖绝缘层29，能够防止用于构成对准掩模27的绝缘层29在蚀刻并除去由SiN构成的绝缘层46的过程中被不需要地蚀刻。
作为比较例，下面将参照图6A至图6C和图7D至图7E，对使用相关技术的方法通过由SiN形成的绝缘层29来形成对准掩模68的情况进行说明。即使在比较例中，也会对用于在对准掩模形成区域35中形成对准掩模68的工序、用于在STI形成区域36中形成STI的工序以及用于在EDI形成区域37中形成EDI的工序进行并行地说明。在图6A至图6C和图7D至图7E中，与图3A至图5I中的那些部分对应的各部分由相同的附图标记表示，并略去对它们的描述。
图6A是与本实施例的图4D的下一步工序对应的图，并且图6A之前的工序与图3A至图3C和图4D的工序相同，略去对它们的描述。
如图6A所示，在形成绝缘层46以后，在形成在半导体层20上的绝缘层46上形成光致抗蚀剂膜54，在该光致抗蚀剂膜54中，在STI形成区域36和EDI形成区域37的期望位置处形成有开口55。也就是说，在对准掩模形成区域35中未形成开口。使用光致抗蚀剂膜54作为掩模来蚀刻并除去半导体层20上的绝缘层46和二氧化硅膜43。
接着，除去在之前工序中所使用的光致抗蚀剂膜54，并且如图6B所示，形成新的光致抗蚀剂膜57。在光致抗蚀剂膜57中，在STI形成区域36中形成有开口而在对准掩模形成区域35和EDI形成区域37中未形成开口。也就是说，在绝缘层46的整个表面上(也包括在对准掩模形成区域35上和在EDI形成区域37中的已露出的半导体层20上)形成光致抗蚀剂膜57。随后，使用光致抗蚀剂膜57作为掩模并使用绝缘层46作为硬掩模，来蚀刻并除去半导体层20至所需深度从而形成凹槽58。凹槽58成为用于构成STI形成区域36中的STI的沟槽部。
在形成凹槽58以后，向EDI形成区域37的半导体层20的表面中离子注入所需的杂质，从而形成用于构成EDI的杂质扩散层56。
接着，除去形成在绝缘层46上的光致抗蚀剂膜57，并且如图6C所示，在绝缘层46上(也包括在半导体层20中的凹槽58上)形成由SiO形成的绝缘膜59。
接着如图7D所示，使用例如CMP法除去由SiO形成的绝缘膜59直到露出半导体层20上的由SiN形成的绝缘层46为止。
接着，如图7E所示，使用热磷酸除去绝缘层46。因此，在STI形成区域36中，绝缘膜59被埋入至凹槽58中从而形成作为元件隔离部的STI 52。在EDI形成区域37中，绝缘膜59形成于其内形成有杂质扩散层56的半导体层20上，从而形成作为元件隔离部的EDI 53。
然而，在这样的比较例中，当除去由SiN形成的绝缘层46时，用于构成对准掩模68的绝缘层29会在对准掩模形成区域35中露出。因此，当除去半导体层20上的绝缘层46时，用于构成对准掩模68的绝缘层29的上部(由图7E中的区域Z示出)同时被蚀刻。因此，产生了图28A和图28B所说明的问题。
在本实施例的固体摄像器件中，如上所述，通过使用保护膜30覆盖着作为对准掩模27的绝缘层29，可以防止用于构成对准掩模的27的绝缘层29被不需要地除去。因此，可以防止图28A和图28B所示的问题的发生。
在本实施例的固体摄像器件中，由于能够在制造STI 52的工序中同时形成保护膜30，因此不会增加工序的数量。
虽然在图3A至图5I的描述中所说明的是形成对准掩模27的方法，但也可以通过与形成对准掩模27的方法相同的方法在电极焊盘形成区域34中的半导体层20的期望位置处形成绝缘层28。
图8是示出了本实施例中与对准掩模形成区域35类似地在电极焊盘形成区域34的半导体层20中形成的绝缘层28的图。在电极焊盘形成区域34中，使用与图3A至图5I的形成对准掩模27的方法相同的方法，与围绕着形成于多层布线层21中的电极焊盘25的区域对应地在半导体层20中形成绝缘层28。电极焊盘形成区域34中的绝缘层28围绕着在后续工序中形成的开口26的周边，该开口26使得电极焊盘25面向半导体层20的背面侧。即使在电极焊盘形成区域34中，也使用与在对准掩模27上形成保护膜30的方法相同的方法在绝缘层28上形成保护膜31。
图9A至图9C示出了在本实施例的固体摄像器件制造方法中，在半导体层20中形成了光电二极管PD、像素晶体管(未图示)以及绝缘层28和29之后的制造工序。
如图9A所示，除了形成对准掩模27或电极焊盘形成区域34中的绝缘层28之外，形成光电二极管PD，在半导体层20的表面上形成像素晶体管(未图示)，然后在半导体层20上形成多层布线层21。多层布线层21是通过交替形成层间绝缘膜24和所需布线23而予以形成的。在电极焊盘形成区域34中，由布线23的一部分形成电极焊盘25。
在半导体层20的正面侧上形成多层布线层21以后，将支撑基板22粘附于多层布线层21上，并如图9B所示将整个构件翻转。随后，除去半导体层20的背面侧上的基板39和BOX层38直到露出半导体层20为止。
然后，如图9C所示，在电极焊盘形成区域34中的由绝缘层28所围绕的区域中形成开口26，从而露出形成于多层布线层21中的电极焊盘25。通过使用对准掩模27进行定位，在半导体层20的背面上形成所需的滤色器层32和片上透镜33。
于是，本实施例的固体摄像器件得以完成。
在本实施例的固体摄像器件中，作为对准掩模27的绝缘层29或形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28在制造过程中不会被蚀刻和除去。因此，提高了产量。在电极焊盘形成区域34中，即使当在开口26中形成与电极焊盘25连接的焊线等时，也可以保持该焊线或半导体层20的绝缘。
作为对准掩模27的绝缘层29或形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28以高纵横比形成在穿透半导体层20的开口中。即使在这种情况下，通过使用具有良好埋入性的氮化硅作为绝缘层28和29，就可以防止空隙的产生。
通过使用氮化硅来形成绝缘层28和29，能够防止当翻转上述构件并且除去用于构成SOI基板40的基板39和由埋入氧化物膜形成的BOX层38时绝缘层28和29被过度除去。因此，能够将绝缘层28和29形成得从半导体层20的背面侧突出以提高对准掩模27的可见性。
在上述的制造方法中，描述了这样的例子：该例子中，对准掩模27的保护膜30和形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28的保护膜31是与用作周边电路区域中的元件隔离部的STI 52在同一工序中形成的。作为可替代的方案，对准掩模27(绝缘层29)的保护膜30和形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28的保护膜31可以与用作像素区域中的元件隔离部的EDI 53在同一工序中形成。下面将对与EDI 53同时地形成对准掩模和绝缘层的例子进行说明。
下面参照图10A至图12对本发明第二实施例的固体摄像器件制造方法进行说明。图10A至图12的制造工序是类似于第一实施例的用于形成对准掩模27的工序，并且将会与用于在像素区域中形成元件隔离部(EDI)的工序和用于在周边电路区域中形成元件隔离部(STI)的工序并行地予以说明。在图10A至图12中，与图3A至图5I及图8中的那些部分对应的部分由相同的附图标记表示，并略去对它们的描述。
图10A是与第一实施例的图4E相对应的图。从之前直至图10A的工序与图3A至图4E的工序相同，并略去了对它们的描述。
如图10A所示，利用光致抗蚀剂膜47来蚀刻在对准掩模形成区域35、STI形成区域36和EDI形成区域37的期望位置处的绝缘层46及二氧化硅膜43，并且随后除去光致抗蚀剂膜47。
接着，如图10B所示，形成新的光致抗蚀剂膜49。在光致抗蚀剂膜49中，在STI形成区域36形成有开口，而在对准掩模形成区域35和EDI形成区域37未形成开口。也就是说，在对准掩模形成区域35和EDI形成区域37中，在绝缘层46的整个表面上(也包括在已露出的半导体层20上)形成了光致抗蚀剂膜49。随后，使用光致抗蚀剂膜49作为掩模以及使用绝缘层46作为硬掩模，蚀刻并除去半导体层20至预定深度从而在STI形成区域36中形成凹槽50b。
在形成凹槽50b以后，向EDI形成区域37的半导体层20的表面中离子注入所需的杂质，从而形成用于构成EDI的杂质扩散层56。
接着，除去在绝缘层46上形成的光致抗蚀剂膜49，并且如图10C所示，在绝缘层46的整个表面上(也包括在凹槽50b上)形成由SiO形成的绝缘膜51。因此，在对准掩模形成区域35中，由绝缘层29形成的对准掩模27的上部被绝缘膜51覆盖着。在STI形成区域36中，绝缘膜51形成于作为沟槽部的凹槽50b中。在EDI形成区域37中，绝缘膜51形成于其内形成有杂质扩散层56的半导体20上。
接着如图11D所示，使用例如CMP法除去由二氧化硅形成的绝缘膜51直到露出半导体层20上的由SiN形成的绝缘层46为止。
随后，如图11E所示，使用热磷酸来蚀刻并除去已露出的绝缘层46。因此，在对准掩模形成区域35中，作为对准掩模27的绝缘层29的上部被由绝缘膜51形成的保护膜30覆盖着。在STI形成区域36中形成了作为元件隔离部的STI 52，并在EDI形成区域37中形成了作为元件隔离部的EDI 53。
在本实施例的固体摄像器件中，在对准掩模形成区域35中，作为对准掩模27的绝缘层29的上部被由绝缘膜51形成的保护膜30覆盖着，而该绝缘膜51与用于构成EDI 53的绝缘膜51是在同一工序中形成的。因此，在蚀刻并除去由SiN构成的绝缘层46的工序中，能够防止用于构成对准掩模27的绝缘层29被不需要地蚀刻。
虽然在图10A至图11E的描述中所说明的是用于形成对准掩模27的方法，但即使在本实施例中，可以通过与形成对准掩模27的方法相同的方法来形成电极焊盘形成区域34中的围绕开口26的绝缘层28。
图12是示出了与对准掩模形成区域35类似地在电极焊盘形成区域34的期望区域中形成的绝缘层28的图。在电极焊盘形成区域34中，与图10A至图11E中的形成对准掩模27的工序类似，与围绕着形成于多层布线层21中的电极焊盘25的区域对应地在半导体层20中形成绝缘层28。电极焊盘形成区域34中的绝缘层28围绕着在后续工序中形成的开口26的周边，该开口26使得电极焊盘25面向半导体层20的背面侧。即使在电极焊盘形成区域34中，也可以使用与在对准掩模27上形成保护膜30时的方法类似的方法在绝缘层28上形成保护膜31。
以与图9A至图9C相同的工序来完成本实施例的固体摄像器件。这些工序与第一实施例中的那些工序相同，并略去对它们的描述。
本实施例能够获得与第一实施例相同的效果。在本实施例中，在作为对准掩模27的绝缘层29上和在形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28上分别形成的保护膜30和31能够与用于构成EDI 53的绝缘膜51同时形成。因此，能够在不会增加制造工序的数量的前提下形成保护膜30和31。
虽然在第一和第二实施例中说明了其中由氮化硅形成作为对准掩模27的绝缘层29或电极焊盘形成区域34中的绝缘层28的例子，但本发明不限于此。下面，将对其中作为对准掩模27的绝缘层29和电极焊盘形成区域34中的绝缘层28的配置与第一和第二实施例中的配置不同的例子进行说明。
下面参照图13A至图20C对本发明第三实施例的固体摄像器件制造方法进行说明。图13A至图15I的制造工序是用于形成对准掩模27的工序，并且与第一实施例类似地将会与用于在像素区域中形成元件隔离部(EDI)的工序和用于在周边电路区域中形成元件隔离部(STI)的工序并行地予以说明。在图13A至图20C中，与图3A至图9C中的那些部分对应的各部分由相同的附图标记表示，并略去对它们的描述。
如图13A所示，准备SOI基板40，在该SOI基板40中，埋入氧化物膜(下文中称为BOX层38)和由硅形成的半导体层20依次形成在由硅制成的基板39上。然后，在半导体层20上依次形成二氧化硅膜43和光致抗蚀剂膜44。如图13A所示，在对准掩模形成区域35中的光致抗蚀剂膜44中形成开口。
接着，如图13B所示，使用光致抗蚀剂膜44作为掩模来蚀刻二氧化硅膜43，从而形成用于使半导体层20露出的开口。使用其内形成有该开口的二氧化硅膜43作为用于蚀刻半导体层20的硬掩模。
接着，如图13C所示，使用由二氧化硅膜43形成的硬掩模来蚀刻半导体层20，从而形成对准掩模形成区域35中的开口45。开口45被形成得穿透半导体层20。在此时，二氧化硅膜43也被减薄了。
接着，如图14D所示，在开口45的侧壁和底部上以及在半导体层20的整个表面上形成由氮化硅SiN形成的第一埋入膜60。在图14D中，在之前的工序中形成的氮化硅膜42和在图14D中形成的第一埋入膜60作为相同层而被描述。随后，将由多晶硅形成的第二埋入膜69形成得埋入至在其侧壁和底部上形成有第一埋入膜60的开口45中，并且第二埋入膜69形成在形成于半导体层20上的第一埋入膜60的整个表面上。
接着，如图14E所示，蚀刻并除去在半导体层20上的第一埋入膜60上形成的第二埋入膜69直到第一埋入层60露出为止。
在对准掩模形成区域35中，由于在开口45的侧壁和底部上形成有由绝缘材料氮化硅形成的第一埋入膜60，因此保持了与半导体层20的绝缘。也就是说，形成于开口45上的第一埋入膜60和第二埋入膜69起到了绝缘层29的作用。
因此，包括由绝缘材料氮化硅形成的第一埋入膜60和由多晶硅形成的第二埋入膜69的绝缘层29形成于对准掩模形成区域35中的开口上，并且因此绝缘层29成为对准掩模27。
接着，如图14F所示，把由SiN形成的终止膜61形成在包括形成于半导体层20上的第一埋入膜60和对准掩模27的整个表面上。当通过在后续工序中使用的CMP来进行研磨时，终止膜61被用作终止层。
接着，如图15G所示，在形成于半导体层20上的终止膜61上形成光致抗蚀剂膜62，在该光致抗蚀剂膜62中，在对准掩模形成区域35、STI形成区域36和EDI形成区域37的期望位置处形成有开口63。然后，使用光致抗蚀剂膜62作为掩模来蚀刻并除去半导体层20上的终止膜61、第一埋入膜60和二氧化硅膜43。在本例中，对准掩模形成区域35中的光致抗蚀剂膜62的开口63包含了其内形成有成为对准掩模27的绝缘层29的区域，并且该开口63是这样形成的：比其内形成有绝缘层29的区域宽的区域形成为该开口。因此，使绝缘层29的上部区域露出。
接着，除去在之前工序中使用的光致抗蚀剂膜62，并且如图15H所示，形成新的光致抗蚀剂膜64。在光致抗蚀剂膜64中，在对准掩模形成区域35和STI形成区域36中形成有开口，而在EDI形成区域37未形成开口。也就是说，在EDI形成区域37中，在终止膜61的整个表面上(也包括在已露出的半导体层20上)形成了光致抗蚀剂膜64。随后，使用光致抗蚀剂膜64作为掩模以及使用第一埋入膜60和终止膜61作为硬掩模，蚀刻并除去半导体层20至预定深度从而形成凹槽65和66。在STI形成区域36中的凹槽66成为用于构成STI的沟槽部。在对准掩模形成区域35中的凹槽65是后续工序中要在其上形成保护膜30的凹槽。在对准掩模形成区域35中，蚀刻并除去包围着绝缘层29的半导体层20至与STI形成区域36的凹槽66相同的深度，并且绝缘层29也会被蚀刻并除去。然而，由于蚀刻率的差别，在半导体层20底部的上侧处该绝缘层29被保持住。也就是说，绝缘层29未被蚀刻至半导体层20的下侧。
在形成凹槽65和66以后，向EDI形成区域37的半导体层20的表面中离子注入所需的杂质，从而形成用于构成EDI的杂质扩散层56。
接着，除去在终止膜61上形成的光致抗蚀剂膜64，并且如图15I所示，在终止膜61上(也包括在半导体层20的凹槽65和66上)形成由SiO形成的绝缘膜67。因此，在对准掩模形成区域35中，由绝缘层29形成的对准掩模27的上部被绝缘膜67覆盖着。在STI形成区域36中，绝缘膜67形成于作为沟槽部的凹槽66中。在EDI形成区域37中，绝缘膜67形成在其内形成有杂质扩散层56的半导体20上。
接着，如图16J所示，使用例如CMP法除去由SiO形成的绝缘膜67直到半导体层20上的由SiN形成的终止膜61露出为止。
随后，如图16K所示，使用热磷酸除去终止膜61和第一埋入膜60。因此，在对准掩模形成区域35中，作为对准掩模27的绝缘层29的上部被由绝缘膜67形成的保护膜30覆盖着。在STI形成区域36中形成了作为元件隔离部的STI 52，并且在EDI形成区域37中形成了作为元件隔离部的EDI 53。所形成的保护膜30的厚度或用于构成EDI 53的绝缘膜67的厚度跟形成在二氧化硅膜43上的第一埋入膜60及终止膜61的厚度一致。为了使保护膜30的厚度或EDI 53的绝缘膜67的厚度保持在大约100nm，形成于二氧化硅膜43上的第一埋入膜60及终止膜61的厚度优选为大约100nm。
在本实施例的固体摄像器件中，在对准掩模形成区域35中形成了位于绝缘层29上的与用于构成STI 52的凹槽66同时形成的凹槽65，并且在凹槽65中形成了与用于构成STI 52的绝缘膜67同时形成的保护膜30。在蚀刻并除去由SiN构成的终止膜61以及第一埋入膜60的过程中，就能够防止用于构成对准掩模27的绝缘层29的第一埋入膜60被不需要地蚀刻。
作为比较例，下面将参照图17A至图18D对使用相关技术的方法通过由第一埋入膜60和第二埋入膜69形成的绝缘层29来形成对准掩模27的情况进行说明。即使在该比较例中，也将会对用于在对准掩模形成区域35中形成对准掩模27的工序、用于在STI形成区域36中形成STI 52的工序以及用于在EDI形成区域37中形成EDI 53的工序进行并行地说明。在图17A至图18D中，与图13A至图16K中的那些部分对应的各部分由相同的附图标记表示，并略去对它们的描述。
在该比较例中，如图17A所示，在形成终止膜61以后，在终止膜61上形成光致抗蚀剂膜70，在该光致抗蚀剂膜70中，在STI形成区域36和EDI形成区域37的期望位置处形成有开口71。也就是说，在对准掩模形成区域35中未形成开口。使用光致抗蚀剂膜70作为掩模来蚀刻并除去半导体层20上的第一埋入膜60、终止膜61和二氧化硅膜43。
接着，除去在之前工序中使用的光致抗蚀剂膜70，并且如图17B所示，形成新的光致抗蚀剂膜73。在光致抗蚀剂膜73中，在STI形成区域36中形成有开口，而在对准掩模形成区域35和EDI形成区域37中未形成开口。也就是说，在终止膜61的整个表面上(也包括在对准掩模形成区域35上和在EDI形成区域37中的已露出的半导体层20上)形成光致抗蚀剂膜73。随后，使用光致抗蚀剂膜73作为掩模以及使用第一埋入膜60和终止膜61作为硬掩模，蚀刻并除去半导体层20至所需深度从而在STI形成区域36中形成凹槽66。凹槽66成为用于构成STI的沟槽部。随后，在EDI形成区域37的半导体层20的正面侧上形成用于构成EDI的杂质扩散层56。
接着，除去形成在终止膜61上的光致抗蚀剂膜73，并且如图17C所示，在终止膜61上(也包括在形成于半导体层20中的凹槽66上)形成由SiO形成的绝缘膜67。
接着如图18D所示，使用例如CMP法除去由SiO形成的绝缘膜67直到半导体层20上的由SiN形成的终止膜61露出为止。
接着，如图18E所示，使用热磷酸除去由氮化硅形成的终止膜61以及除去第一埋入膜60。因此，在STI形成区域36中，绝缘膜67被埋入至凹槽66中从而形成作为元件隔离部的STI 52。在EDI形成区域37中，绝缘膜67形成在其内形成有杂质扩散层56的半导体层20上从而形成作为元件隔离部的EDI 53。
然而，在这样的比较例中，当使用热磷酸除去终止膜61和第一埋入膜60时，构成对准掩模27的第一埋入膜60在对准掩模形成区域35中露出。因此，当除去半导体层20上的终止膜61和第一埋入膜60时，用于构成对准掩模27的第一埋入膜60的上部(由区域Z示出)同时也被蚀刻。因此，产生了用图28A和图28B说明的问题。
在本实施例的固体摄像器件中，如上所述，通过使用保护膜30覆盖着作为对准掩模27的绝缘层29，可以防止用于构成对准掩模27的绝缘层29被不需要地除去。因此，就可以防止图28A和图28B所示的问题的发生。
在本实施例的固体摄像器件中，由于能够在用于制造STI 52的工序中同时形成保护膜30，因此没有增加工序的数量。
虽然在图13A至图16K的描述中说明的是用于形成对准掩模27的方法，但也可以通过与用于形成对准掩模27的方法相同的方法来形成电极焊盘形成区域34中的围绕开口26的绝缘层28。
图19是示出了本实施例中与形成于对准掩模形成区域35中的绝缘层29类似的在电极焊盘形成区域34的期望区域中形成的绝缘层28的图。在电极焊盘形成区域34中，使用与图13A至图16K中用于形成对准掩模27的方法相同的方法，与围绕着形成于多层布线层21中的电极焊盘25的区域对应地在半导体层20中形成绝缘层28。电极焊盘形成区域34中的绝缘层28围绕着在后续工序中形成的开口26的周边，该开口26使得电极焊盘25面向半导体层20的背面侧。即使在电极焊盘形成区域34中，也可以使用与在对准掩模27上形成保护膜30的方法相同的方法在绝缘层28上形成保护膜31。
图20A至图20C示出了在本实施例的固体摄像器件制造方法中，在半导体层20中形成光电二极管PD、像素晶体管(未图示)以及绝缘层28和29之后的制造工序。
如图20A所示，除了形成对准掩模27或电极焊盘形成区域34中的绝缘层28之外，形成光电二极管PD，在半导体层20的表面上形成像素晶体管(未图示)，然后在半导体层20上形成多层布线层21。多层布线层21是通过交替形成层间绝缘膜24和所需布线23而予以形成的。在电极焊盘形成区域34中，由布线23的一部分形成电极焊盘25。
在半导体层20的正面侧上形成多层布线层21以后，将支撑基板22粘附于多层布线层21上，并如图20B所示将整个构件翻转。随后，除去半导体层20的背面侧上的基板39和BOX层38直到露出半导体层20为止。
然后，如图20C所示，在电极焊盘形成区域34中的由绝缘层28所围绕的区域中形成开口26，从而使形成于多层布线层21中的电极焊盘25露出。通过使用对准掩模27进行定位，在半导体层20的背面上形成所需的滤色器层32和片上透镜33。
于是，本实施例的固体摄像器件得以完成。
在本实施例的固体摄像器件中，由于形成了保护膜30和31，因此作为对准掩模27的绝缘层29或者形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28在制造过程中不会被蚀刻和除去。因此，保持了绝缘层28和29与半导体层20之间的绝缘。因此，在电极焊盘形成区域34中，即使当在开口26中形成作为外部布线的焊线等时，也不会发生该外部布线或半导体层20的短路。
在本实施例中，由于使用了具有良好埋入性的氮化硅作为埋入至开口26中的第一埋入膜60，因此能够防止空隙的产生。另外，由于作为第二埋入膜69而被使用的多晶硅的膜形成速度快于SiN的膜形成速度，因此提高了产量。由于第一埋入膜60是由氮化硅形成的，因此当翻转上述构件并除去构成SOI基板40的基板39和BOX层38时，能够防止绝缘层28和29被过度除去。
在上述的制造方法中，描述了其中对准掩模27的保护膜30和形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28的保护膜31与用作周边电路区域的元件隔离部的STI 52是在同一工序中形成的例子。可替代的方案是，对准掩模27(绝缘层29)的保护膜30和形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28的保护膜31可以与用作像素区域的元件隔离部的EDI在同一工序中形成。下面将对与EDI同时地形成对准掩模的保护膜和绝缘层的保护膜的例子进行说明。
下面参照图21A至图23对本发明第四实施例的固体摄像器件制造方法进行说明。图21A至图23的制造工序是与第一至第三实施例类似的用于形成对准掩模27的工序，并且将会与用于在像素区域中形成元件隔离部(EDI)的工序和用于在周边电路区域中形成元件隔离部(STI)的工序并行地予以说明。在图21A至图23中，与图13A至图16K中的那些部分对应的各部分由相同的附图标记表示，并略去对它们的描述。
从之前直到图21A的工序与第三实施例中图13A至图15G的工序类似，并略去对它们的描述。
如图21A所示，利用光致抗蚀剂膜62除去期望位置处的二氧化硅膜43、第一埋入膜60和终止膜61，并且随后除去光致抗蚀剂膜62。
接着，如图21B所示，形成新的光致抗蚀剂膜77。在光致抗蚀剂膜77中，在STI形成区域36形成有开口，而在对准掩模形成区域35和EDI形成区域37未形成开口。也就是说，在对准掩模形成区域35和EDI形成区域37中，在终止膜61的整个表面上(也包括在已露出的半导体层20上)形成光致抗蚀剂膜77。随后，使用光致抗蚀剂膜77作为掩模以及使用第一埋入膜60和终止膜61作为硬掩模，蚀刻并除去半导体层20至预定深度从而在STI形成区域36中形成凹槽66。
在形成凹槽66以后，向EDI形成区域37的半导体层的表面中离子注入所需的杂质，从而形成用于构成EDI的杂质扩散层56。
接着，除去在终止膜61上形成的光致抗蚀剂膜77，并且如图21C所示，在半导体层20的凹槽66上或说在终止膜61上(也包括在半导体层20上)形成由SiO形成的绝缘膜67。因此，在对准掩模形成区域35中，由绝缘层29形成的对准掩模27的上部被由绝缘膜67形成的保护膜30覆盖着。在STI形成区域36中，绝缘膜67形成于作为沟槽部的凹槽66中。在EDI形成区域37中，绝缘膜67形成于在其内形成有杂质扩散层56的半导体20上。
接着如图22D所示，使用例如CMP法除去由SiO形成的绝缘膜67直到使半导体层20上的由SiN形成的终止膜61露出为止。
随后，如图22E所示，使用热磷酸除去由氮化硅形成的终止膜61以及除去第一埋入膜60。因此，在对准掩模27形成区域中，作为对准掩模27的绝缘层29的上部被保护膜30覆盖着。在STI形成区域36中形成了作为元件隔离部的STI 52，并在EDI形成区域37中形成了作为元件隔离部的EDI 53。
在本实施例的固体摄像器件中，在对准掩模形成区域35中，作为对准掩模27的绝缘层29的上部被由绝缘膜67形成的保护膜30覆盖着，而该绝缘膜67是与用于构成EDI 53的绝缘膜67在同一工序中形成的。因此，在蚀刻并除去由SiN构成的绝缘层46以及第一埋入膜60的过程中，能够防止用于构成对准掩模27的绝缘层29被不需要地蚀刻。
虽然在图21A至图22E的描述中说明的是用于形成对准掩模27的方法，但即使在本实施例中，也可以通过与用于形成对准掩模27的方法相同的方法在电极焊盘形成区域34中形成绝缘层28。
图23是示出了与形成于对准掩模形成区域35中的绝缘层29类似的在电极焊盘形成区域34的期望区域中形成的绝缘层28的图。在电极焊盘形成区域34中，与图21A至图22E中用于形成对准掩模27的工序同时地，与围绕着形成于多层布线层21中的电极焊盘25的区域对应地在半导体层20中形成绝缘层28。电极焊盘形成区域34中的绝缘层28围绕着在后续工序中形成的开口26的周边，该开口26使得电极焊盘25面向半导体层20的背面侧。
即使在电极焊盘形成区域34中，也可以使用与用于在对准掩模27上形成保护膜30的方法相同的方法在绝缘层28上形成保护膜31。
以与图20A至图20C相同的工序完成了本实施例的固体摄像器件。这些工序与第三实施例中的那些工序相同，并略去对它们的描述。
本实施例能够获得与第一至第三实施例相同的效果。在本实施例中，在作为对准掩模27的绝缘层29上形成的保护膜30和在形成于电极焊盘形成区域34中的绝缘层28上形成的保护膜31能够与用于构成EDI 53的绝缘膜67同时形成。因此，能够在不会增加制造工序的数量的前提下形成保护膜30和31。
在第一和第二实施例中，由SiN形成的绝缘层被由SiO形成的保护膜覆盖着；在第三和第四实施例中，由多晶硅和SiN形成的绝缘层被由SiO形成的保护膜覆盖着。本发明不限于这些材料而是可以使用各种材料。也就是说，可以使用如下的任何一种配置：只要该配置中，形成于半导体层中的绝缘层被保护膜覆盖着从而使得在后续工序中不会被蚀刻和除去。虽然在第一至第四实施例中说明了在STI或EDI的形成过程中同时形成保护膜的例子，但是本发明不限于此。例如，保护膜可以在以Si作为几个纳米的沟槽部的元件隔离部的形成过程中同时形成。
如果作为对准掩模的绝缘层或形成于电极焊盘形成区域中的绝缘膜是由SiO形成，则可以使用多晶硅作为保护膜。多晶硅可以与形成于半导体层上的栅极电极(由SiO形成的栅极氧化物膜介于该半导体层与该栅极电极之间)同时形成。因此，例如，即使当在半导体层(其内形成有由SiO制成的绝缘层)的上部的附近进行用于除去栅极氧化物膜的工序时，该绝缘层也被由多晶硅形成的保护膜覆盖着，该绝缘层不会被不需要地除去。
作为保护膜，可以使用在半导体层的绝缘层的形成工序之后形成于该半导体层正面侧上的膜。例如，可以有SiON、SiC、SiOC、TiN、金属硅化物(silicide)、硅化钴、硅化钛、硅化镍或钨等多种选择。作为绝缘层，可以使用SiO、SiN或SiON等。
虽然在第一至第四实施例中对使用了SOI基板的固体摄像器件制造方法进行了说明，但本发明不限于此，也可以适用于其中使用了块体基板(bulk substrate)等的结构。
虽然在第一至第四实施例中将背面照射型CMOS型固体摄像器件作为例子进行了说明，但本发明不限于背面照射型CMOS型固体摄像器件，也可以适用于正面照射型固体摄像器件。
在第一至第四实施例中对应用于如下CMOS型固体摄像器件的情况进行了说明：在该CMOS型固体摄像器件中，用于把响应于入射光量的信号电荷作为物理量进行检测的单元像素以矩阵的方式布置着。然而，本发明不限于被应用于该CMOS型固体摄像器件。本发明不限于列型固体摄像器件(在该列型固体摄像器件中，在像素单元的每个像素列中布置有列电路，所述像素单元中有多个像素在整体上以二维矩阵的方式布置着)。
本发明不限于用于检测和摄取可见光的入射光量的分布以作为图像的固体摄像器件，也可以适用于用来摄取红外线或X射线或粒子的入射量的分布以作为图像的固体摄像器件。另外，本发明可以在广义上适用于用来检测和摄取诸如压力或静电容量等其他物理量的分布的例如指纹检测传感器等所有固体图像器件。
另外，本发明不限于用于以行为单位依次扫描像素单元中的每个单元像素并从每个单元像素读取像素信号的固体摄像器件。本发明可以适用于用来选择像素单元中的任意像素并从像素单元中所选出的像素读出信号的X-Y地址型固体摄像器件。另外，本发明固体摄像器件可以形成为一个芯片或形成为通过将像素单元、信号处理单元或光学系统封装起来而获得的具有摄像功能的模块。
本发明不限于固体摄像器件，也可以适用于摄像装置。摄像装置是指：例如数码相机或摄像机等相机系统；或例如手机等具有摄像功能的电子装置。装配于电子装置中的模块(即，相机模块)可以是摄像装置。
下面，将对本发明第五实施例的电子装置进行说明。图24是示出了本发明第五实施例的电子装置200的结构的示意图。
本实施例的电子装置200相当于这样的实施例：该实施例中，将本发明第一实施例的固体摄像器件1用于该电子装置(照相机)中。
本实施例的电子装置200包括固体摄像器件1、光学镜头210、快门装置211、驱动电路212以及信号处理电路213。
光学镜头210在固体摄像器件1的摄像面上形成来自于物体的图像光束(入射光)。因此，信号电荷以预定时间周期积累于固体摄像器件1中。
快门装置211控制固体摄像器件1的光照周期和遮光周期。
驱动电路212提供用于控制固体摄像器件1的传输操作以及快门装置211的快门操作的驱动信号。固体摄像器件1的信号传输是利用从驱动电路212提供的驱动信号(时序信号)来进行的。信号处理电路213执行各种信号处理程序。处理过的视频信号被储存于例如存储器等储存介质中或被输出至监视器。
在本实施例的电子装置200中，由于在固体摄像器件1中提高了形成于半导体层20中的绝缘层28和29的可靠性，因此能够获得可靠性得以改善的电子装置200。
可应用固体摄像器件1的电子装置200不限于照相机，也可以适用于例如数码照相机或用在诸如手机等移动装置中的相机模块等摄像装置。
虽然在本实施例的电子装置中是使用了固体摄像器件1，但也可以使用在第二至第四实施例中制造出来的固体摄像器件。
本领域的技术人员应当理解，依据设计要求和其他因素，可以在本发明所附的权利要求或其等同物的范围内进行各种修改、组合、次组合及改变。

Claims (34)

1.一种固体摄像器件，其包括：
半导体层；
绝缘材料，它处于穿透所述半导体层的开口中；以及
保护膜，它具有耐蚀刻性，并覆盖着所述绝缘材料的位于所述半导体层的形成有多层布线层的一侧的一端部。
2.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中所述半导体层设有像素区域。
3.根据权利要求2所述的固体摄像器件，其中：
所述开口位于所述半导体层的对准区域中，并且
所述半导体层设有位于所述对准区域与所述像素区域之间的元件隔离区域。
4.根据权利要求3所述的固体摄像器件，其中所述保护膜位于所述半导体层内的在所述开口的所述端部处的凹槽中。
5.根据权利要求3所述的固体摄像器件，还包括：
在所述元件隔离区域中的杂质扩散层；以及
形成于所述扩散层上的绝缘膜。
6.根据权利要求2所述的固体摄像器件，还包括：
承载于所述半导体层上的所述多层布线层；
在所述半导体层的所述像素区域之外位于所述多层布线层内的电极焊盘；以及
穿过所述半导体层和所述多层布线层并使所述电极焊盘露出的电极焊盘开口。
7.根据权利要求3所述的固体摄像器件，还包括：在所述像素区域内的所述半导体层中的多个光电二极管。
8.根据权利要求7所述的固体摄像器件，还包括位于所述像素区域内的每个所述光电二极管上方的片上透镜。
9.根据权利要求8所述的固体摄像器件，还包括：每个所述片上透镜与每个所述光电二极管之间的滤色器。
10.根据权利要求4所述的固体摄像器件，其中所述绝缘材料和所述保护膜由相同的材料制成。
11.根据权利要求1所述的固体摄像器件，其中所述绝缘材料含有氮化硅。
12.一种固体摄像器件制造方法，其包括如下步骤：
形成穿透半导体层的开口；
用绝缘材料填充所述开口；并且
在所述开口的位于所述半导体层的形成有多层布线层的一侧的一端部处，形成具有耐蚀刻性的保护膜。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述半导体层设有像素区域。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述开口形成在所述半导体层的对准区域中，并且
所述半导体层设有位于所述对准区域与所述像素区域之间的元件隔离区域。
15.根据权利要求14所述的方法，还包括如下步骤：
在形成所述保护膜的步骤之前，在所述半导体层中形成凹槽，所述凹槽处于所述开口的位于所述半导体层内侧的所述端部处，
其中，形成所述保护膜的步骤包括：在所述凹槽中形成绝缘膜。
16.根据权利要求14所述的方法，还包括如下步骤：
在所述元件隔离区域内形成杂质扩散层；并且
在所述扩散层上形成绝缘膜。
17.根据权利要求13所述的方法，还包括如下步骤：
在所述半导体层上形成所述多层布线层；
在所述半导体层的所述像素区域之外在所述多层布线层中形成电极焊盘；并且
在所述半导体层中形成使所述电极焊盘露出的电极焊盘开口。
18.根据权利要求14所述的方法，还包括如下步骤：在所述像素区域内的所述半导体层中形成多个光电二极管。
19.根据权利要求18所述的方法，还包括如下步骤：在所述像素区域内的每个所述光电二极管上方形成片上透镜。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括如下步骤：在每个所述片上透镜与每个所述光电二极管之间形成滤色器。
21.根据权利要求15所述的方法，其中所述绝缘材料和所述保护膜由相同的材料制成。
22.根据权利要求15所述的方法，其中在所述绝缘材料上形成所述保护膜，以使所述绝缘材料在蚀刻后保持原样。
23.一种电子装置，其包括光学镜头和半导体器件，
所述半导体器件设置于所述光学镜头的前面，并且所述半导体器件包括：
1)半导体层；
2)绝缘材料，它处于穿透所述半导体层的开口中；以及
3)保护膜，它具有耐蚀刻性，并覆盖着所述绝缘材料的位于所述半导体层的形成有多层布线层的一侧的一端部。
24.根据权利要求23所述的电子装置，其中所述半导体层设有像素区域。
25.根据权利要求24所述的电子装置，其中：
所述开口位于所述半导体层的对准区域中，并且
所述半导体层设有位于所述对准区域与所述像素区域之间的元件隔离区域。
26.根据权利要求25所述的电子装置，其中所述保护膜位于所述半导体层内的凹槽中，所述凹槽处于所述绝缘材料的位于所述半导体层内侧的所述端部处。
27.根据权利要求25所述的电子装置，还包括：
在所述元件隔离区域中的杂质扩散层；以及
在所述扩散层上的绝缘膜。
28.根据权利要求25所述的电子装置，还包括：
在所述半导体层上的所述多层布线层；
在所述半导体层的所述像素区域之外位于所述多层布线层内的电极焊盘；以及
穿过所述半导体层和所述多层布线层并使所述电极焊盘露出的电极焊盘开口。
29.根据权利要求25所述的电子装置，还包括：在所述像素区域内的所述半导体层中的多个光电二极管。
30.根据权利要求29所述的电子装置，还包括：在所述像素区域内的每个所述光电二极管上方的片上透镜。
31.根据权利要求30所述的电子装置，还包括：每个所述片上透镜与每个所述光电二极管之间的滤色器。
32.根据权利要求26所述的电子装置，其中所述绝缘材料和所述保护膜由相同的材料制成。
33.根据权利要求23所述的电子装置，其中所述绝缘材料含有氮化硅。
34.根据权利要求23所述的电子装置，还包括：位于所述光学镜头与所述半导体器件之间的快门装置。
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