CN102456698B - 固态成像装置、固态成像装置的制造方法及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种固态成像装置、固态成像装置的制造方法及电子设备。该固态成像装置包括：基板；光电二极管区域，形成在该基板内，并且利用从该基板的后表面侧入射的光的光电转换而产生信号电荷；布线层，形成在该基板的与光入射表面相对侧的前表面侧上；阻光布线，形成在该布线层内，并且形成在覆盖该光电二极管区域的至少一部分的区域中；以及连接部分，从该阻光布线提供预定电压到该光电二极管区域。

Description

固态成像装置、固态成像装置的制造方法及电子设备

技术领域

本发明涉及后侧照明式固态成像装置，另外涉及该固态成像装置的制造方法以及采用该固态成像装置的电子设备。

背景技术

过去，作为数字相机或摄像机中采用的固态成像装置，已知有CCD式固态成像装置和CMOS式固态成像装置。在这些固态成像装置中，多个像素形成为二维矩阵形式，为每个像素形成接收部分，并且在该接收部分中根据接收的光量产生信号电荷。然后，通过转移和放大该接收部分中产生的信号电荷而获得图像信号。

另外，近年来提出了后侧照明式固态成像装置，其中光从基板上形成布线层的一侧的相反侧照射(在下面的描述中称为日本未审查专利申请公开No.2005-268476)。在后侧照明式固态成像装置中，因为布线层和电路元件等构造在光照射侧上，所以能够提高基板上形成的接收部分的开口比，并且因为照射光照射在接收部分上而没有被布线层等反射，所以能够实现灵敏度的改善。

然而，在后侧照明式固态成像装置中，从基板的后表面侧入射的光透射通过基板并且到达基板的前表面侧上的布线层，而透射的光被布线层漫反射并且照射在相邻的像素上，因此存在发生颜色混合的问题。从而，在后侧照明式固态成像装置中，必须防止由透射通过基板的透射光所引起的颜色混合。

另外，在固态成像装置中，为了抑制半导体基板与绝缘膜的边界处产生的暗电流，存在一种典型方法，其中在n型半导体基板的前表面上，即半导体基板与绝缘膜的边界处，采用离子注入形成高浓度p型半导体区域。然而，采用离子注入形成很浅且集中的p型半导体区域存在限制。结果，当p型半导体区域中的杂质浓度进一步提高以抑制暗电流时，此时p型半导体区域形成很厚，并且构成光电二极管的n型半导体区域减少，因此存在饱和电荷量Qs减少的问题。

在后侧照明式固态成像装置中，为了使抑制暗电流的p型半导体区域形成为更浅，日本未审查专利申请公开No.2005-268476中提出了一种构造，其中采用控制栅极来控制基板的光入射表面的相反侧上边界的电势。

然而，在日本未审查专利申请公开No.2005-268476的构造中，因为控制栅极由多晶硅形成并且透射光，所以不能实现如上所述的透射光的阻挡，并且不能解决颜色混合的问题。

发明内容

需要提出一种后侧照明式固态成像装置，其抑制基板的光入射表面的相反侧的边界上产生的暗电流，并且能够抑制由于透射通过基板的光引起的颜色混合，并且需要提出该固态成像装置的制造方法。此外，需要提出采用固态成像装置的电子设备。

根据本发明实施例的固态成像装置提供有基板、形成在该基板上的光电二极管区域、布线层、阻光布线和连接部分。

光电二极管区域形成在基板中，并且利用基板的后表面侧入射的光的光电转换而产生信号电荷。布线层形成在基板的光入射表面相反侧的前表面侧上。阻光布线形成在布线层中，并且形成在覆盖光电二极管区域的至少一部分的区域中。连接部分从阻光布线提供预定的电压到光电二极管区域。

在根据本发明实施例的固态成像装置中，在后侧照明式固态成像装置中，因为基板的前表面侧上形成的阻光布线阻挡光电二极管区域的至少一部分中的光，所以在布线层中防止透射通过基板的光的漫反射。另外，经由连接部分从阻光布线提供预定电压到基板的光电二极管区域。由此，控制了光电二极管区域的电势，并且能够实现暗电流的抑制和透射效率的改善。

根据本发明另一个实施例的固态成像装置的制造方法包括如下步骤。首先，在基板上，形成光电二极管区域和元件分隔区域，光电二极管区域利用从基板的后表面侧入射的光的光电转换而产生信号电荷，元件分隔区域将相邻的光电二极管区域电性分离。接下来，绝缘膜形成在基板的光入射表面相反侧的前表面上。接下来，构成布线层的层间绝缘膜形成在绝缘膜上。接下来，没有穿透绝缘膜的连接孔形成在该基板上形成的光电二极管区域上的层间绝缘膜中，并且连接部分由填充在连接孔中的导电材料形成。接下来，构成布线层的布线形成在层间绝缘膜上，并且形成连接到连接部分且覆盖光电二极管区域的至少一部分的阻光布线。

在根据另一个实施例的固态成像装置的制造方法中，在后侧照明式固态成像装置中，在形成基板的前表面侧上形成的布线层时，形成覆盖基板上形成的光电二极管区域的至少一部分的阻光布线。由此，阻光布线在形成布线层的布线的同时形成。另外，因为在基板的光电二极管区域上连接基板和阻光布线的连接部分经由绝缘层连接，所以能够在从阻光布线提供预定电压的情况下控制光电二极管区域的电势。

根据本发明再一个实施例的电子设备提供有光学透镜、以光学透镜聚焦的光照射的固态成像装置以及处理从固态成像装置输出的输出信号的信号处理电路。固态成像装置提供有基板、基板上形成的光电二极管区域、布线层、阻光布线和连接部分。光电二极管形成在基板中，并且利用基板的后表面侧入射的光的光电转换而产生信号电荷。布线层形成在基板的与光入射表面相反侧的前表面侧上。阻光布线形成在布线层中，并且形成在覆盖光电二极管区域的至少一部分的区域中。连接部分从阻光布线提供预定电压到光电二极管区域。

根据本发明的实施例，在后侧照明式固态成像装置中，能够防止由于透射通过基板的光引起的颜色混合，并且能够实现抑制暗电流。另外，通过采用固态成像装置，能够获得可改善图像质量的电子设备。

附图说明

图1是示出根据本发明第一实施例的固态成像装置全部的外形构造图；

图2是在根据本发明第一实施例的固态成像装置中像素单元的等效电路示例；

图3是根据本发明第一实施例的固态成像装置的像素单元的主要部分的平面构造图；

图4是沿着图3的IV-IV线剖取的截面构造图；

图5A和5B是示出根据本发明第一实施例的固态成像装置的制造方法的(第一)制造工艺图；

图6A和6B是示出根据本发明第一实施例的固态成像装置的制造方法的(第二)制造工艺图；

图7A和7B是示出根据本发明第一实施例的固态成像装置的制造方法的(第三)制造工艺图；

图8A和8B是示出根据本发明第一实施例的固态成像装置的制造方法的(第四)制造工艺图；

图9是示出根据本发明第一实施例的固态成像装置的制造方法的(第五)制造工艺图；

图10A是示出根据本发明第二实施例的固态成像装置的像素单元中的主要部分的平面构造图；

图10B是沿着图10A中的XB-XB线剖取的外形截面构造图；

图11A是根据本发明第三实施例的固态成像装置的像素单元中的主要部分的平面构造图；

图11B是沿着图10A中的XIB-XIB线剖取的外形截面构造图；

图12是根据本发明第四实施例的固态成像装置的总体构造图；

图13是根据本发明第四实施例的固态成像装置的像素单元中主要部分的截面构造图；以及

图14是根据本发明第五实施例的电子设备的外形截面构造图。

具体实施方式

下面，将参考图1至图14描述根据本发明实施例的固态成像装置和电子设备的示例。本发明的实施例将以下面的顺序描述。这里，本发明不限于下面的示例。

1.第一实施例：CMOS式后侧照明固态成像装置的示例

1-1总体构造

1-2主要部分的构造

1-3制造方法

2.第二实施例：CMOS式后侧照明固态成像装置的示例

3.第三实施例：CMOS式后侧照明固态成像装置的示例

4.第四实施例：CCD式后侧照明固态成像装置的示例

4-1总体构造

4-2主要部分的构造

5.第五实施例：电子设备

<1.第一实施例：CMOS式后侧照明固态成像装置的示例>

将描述根据本发明第一实施例的固态成像装置。本实施例采了CMOS式后侧照明固态成像装置作为示例。

[1-1总体构造]

首先，在主要部分的描述之前，将描述本实施例的固态成像装置的总体构造。图1是示出根据本实施例的固态成像装置总体的外形构造图。

固态成像装置1构造为提供有由硅形成的基板11、由多个像素2形成的成像区域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，如图1所示。

像素2由接收部分构成，而接收部分由一个光电二极管和多个MOS晶体管形成，该光电二极管根据接收的光量产生信号电荷，该多个MOS晶体管读取且转移信号电荷，并且多个像素2以二维阵列形式的规则方式排列在基板11上。

成像区域3由像素2构成，而像素2为多个且以二维阵列形式的规则方式排列。于是，成像区域3由有效像素区域和黑色标准像素区域构成，有效像素区域实际接收光且能够累积利用光电转换产生的信号电荷，而黑色标准像素区域形成在有效像素区域的附近且用于输出作为黑色电平标准的光学黑体(optical black)。

控制电路8基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟产生时钟信号和控制信号等，其为垂直驱动电路4、列信号处理电路5和水平驱动电路6操作的基准。然后，控制电路8产生的时钟信号和控制信号等被输入到垂直驱动电路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例如由移位寄存器构成，并且在垂直方向上按顺序选择且扫描单元行上成像区域3中的每个像素2。然后，将图像信号经由垂直信号线9供应到列信号处理电路5，其中该图像信号基于每个像素2的光电转换元件中产生的信号电荷。

例如，为像素2的每一行设置列信号处理电路5，并且利用来自黑色标准像素区域(其形成在有效像素区域的附近，但没有示出)的信号为像素的每一行执行信号处理，例如从像素2的一行输出的信号的噪声去除或信号放大。在列信号处理电路5的输出阶段上，在列信号处理电路5和水平信号线10之间提供水平选择开关(未示出)。

水平驱动电路6例如由移位寄存器构成，并且选择每一个列信号处理电路5，以便利用水平扫描脉冲的连续输出，并且将来自每一个列信号处理电路5的图像信号输出到水平信号线10。

关于经由水平信号线10从每一个列信号处理电路5按顺序提供的图像信号，输出电路7执行信号处理且输出。

接下来，将描述本实施例的每个像素的电路构造。图2是根据本实施例的固态成像装置的像素单元中等效电路的示例。

根据本实施例的固态成像装置中的像素单元2具有作为光电转换元件的光电二极管PD和四个晶体管，即转移晶体管Tr1、复位晶体管Tr2、放大晶体管Tr3和选择晶体管Tr4。像素晶体管Tr1-Tr4在本实施例中由n沟道MOS晶体管构造。

转移晶体管Tr1的源极连接到光电二极管PD的阴极侧，并且转移晶体管Tr1的漏极连接到浮置扩散区域FD。另外，在转移晶体管Tr1的源极和漏极之间的栅极电极12中，连接提供转移脉冲φTRG的转移布线。信号电荷(该实施例中的电子)由光电二极管PD光电转换且累积在光电二极管PD中，通过施加转移脉冲φTRG到转移晶体管Tr1的栅极电极12而将信号电荷转移到浮置扩散区域FD。

复位晶体管Tr2的漏极连接到电源电压VDD，并且复位晶体管Tr2的源极连接到浮置扩散区域FD。另外，在复位晶体管Tr2的源极和漏极之间的栅极电极13中，连接提供复位脉冲φRST的复位布线。在信号电荷从光电二极管PD转移到浮置扩散区域FD之前，将复位脉冲φRST施加到复位晶体管Tr2的栅极电极13。由此，利用电源电压VDD将浮置扩散区域FD的电势复位到VDD电位。

放大晶体管Tr3的漏极连接到电源电压VDD，并且放大晶体管Tr3的源极连接到选择晶体管Tr4的漏极。然后，在放大晶体管Tr3的源极和漏极之间的栅极电极14中，连接浮置扩散区域FD。放大晶体管Tr3由将电源电压VDD设定为负荷的源极跟随器电路构成，并且根据浮置扩散区域FD的电势上的变化而输出图像信号。

选择晶体管Tr4的漏极连接到放大晶体管Tr3的源极，并且选择晶体管Tr4的漏极连接到垂直信号线。另外，在选择晶体管Tr4的源极和漏极之间的栅极电极15中，连接提供选择脉冲φSEL的选择布线。通过将选择脉冲φSEL提供到每一个像素的栅极电极15，将放大晶体管Tr3放大的图像信号输出到垂直信号线9。

在如上构造的固态成像装置1中，利用转移晶体管Tr1，通过提供到栅极电极12的转移脉冲φTRG而将累积在光电二极管PD中的信号电荷读出到浮置扩散区域FD。浮置扩散区域FD的电势因信号电荷的读出而变化，并且电势上的变化被转移到栅极电极14。然后，提供到栅极电极14的电势由放大晶体管Tr3放大，并且利用选择晶体管Tr4将其作为图像信号选择性输出至垂直信号线9。另外，通过提供到栅极电极13的复位脉冲φRST，利用复位晶体管Tr2将读出到浮置扩散区域FD的信号电荷复位，以与电源电压VDD附近的电势为相同的电势。

然后，输出到垂直信号线9的图像信号经由列信号处理电路5、水平信号线10和输出电路7输出，如图1所示。

图2中的示例是采用四个像素晶体管的示例，但是可为采用不包括选择晶体管Tr4的三个晶体管的构造。另外，图2中的示例是在每个像素中采用四个像素晶体管的示例，但是可为在多个像素之间共享像素晶体管的示例。

[1-2主要部分的构造]

基于上述的总体构造，将描述本实施例的固态成像装置的主要部分的构造。图3是本实施例的像素单元中主要部分的平面构造图，而图4是沿着图3的IV-IV线剖取的外形截面构造图。另外，在下面的描述中，形成光电二极管的区域描述为″光电二极管区域PD″，而形成浮置扩散的区域描述为″浮置扩散区域FD″。

本实施例的固态成像装置构造为具有光电二极管区域PD、基板11以及布线层17，其中基板11上形成读出光电二极管区域PD产生的信号电荷的转移晶体管Tr1，而布线层17形成在基板11的前表面侧上，如图4所示。另外，阻光布线28和连接部分30提供在布线层17中。

基板11是由硅形成的第一导电类型(本实施例中的n型)半导体基板构成，并且在前表面侧上形成p型阱区，在p型阱区中采用离子注入形成第二导电类型(本实施例中的p型)杂质。各个像素2形成在p型阱区中。

光电二极管区域PD由暗电流抑制区域21和电荷累积区域22构成，暗电流抑制区域21由形成在基板11的前表面侧的高浓度p型杂质区域形成，电荷累积区域22由形成在暗电流抑制区域21的下部的n型杂质区域形成。在光电二极管区域PD中，光电二极管主要由暗电流抑制区域21和形成为与暗电流抑制区域21接触的电荷累积区域22之间的pn结构成。在光电二极管区域PD中，根据入射的光量产生且累积信号电荷。另外，通过以作为暗电流抑制区域21的主要载流子的正空穴锁定(pinning)电子而抑制暗电流，其中电子是在基板11的边界表面上产生暗电流的源。另外，在围绕光电二极管区域PD的区域中形成元件分隔区域23，在元件分隔区域23中采用离子注入形成p型杂质，并且由于元件分隔区域23，像素2之间的光电二极管区域PD被电性隔离。

转移晶体管Tr1由作为电荷读出区域的浮置扩散区域FD和作为电荷读出电极的栅极电极12构成。浮置扩散区域FD由高浓度的n型杂质区域形成，其形成在基板11的前表面侧上，并且形成在相邻于光电二极管区域PD的区域中。

栅极电极12经由栅极绝缘膜19形成在基板11于光电二极管区域PD和浮置扩散区域FD之间的前表面上，并且例如由多晶硅构成。另外，由第一绝缘层27a和第二绝缘层27b形成的侧壁27形成在栅极电极12的侧部。

这里，构成光电二极管区域PD的暗电流抑制区域21不形成在侧壁27的正下方，而电荷累积区域22形成为延伸直至侧壁27正下方的区域。结果，因为侧壁27正下方的基板11的前表面是电荷累积区域22，所以能够实现转移效率的改善，而在将转移电压施加到栅极电极12的情况下不会阻碍电荷转移到由p型杂质区域形成的暗电流抑制区域21。

另外，如上所述，为每个像素形成复位晶体管、放大晶体管和选择晶体管等之外的晶体管，但是在图3和4的示意图中将其省略。

布线层17形成在基板11的前表面侧并且构造为具有布线M1、M2和M3，布线M1、M2和M3经由层间绝缘膜18层叠成多层(本实施例中的三层)。布线M1、M2和M3的每一个都由金属材料构成，例如铜或铝。另外，阻光布线28由作为底层的布线M1构成，即最靠近基板11一侧上的布线M1。

为每个像素2形成阻光布线28，并且阻光布线28形成在覆盖每个像素2的整个光电二极管区域PD的区域中，并且阻光布线28的一部分形成为延伸至转移晶体管Tr1的栅极电极12的上部。阻光布线28由具有阻光特性的金属材料构成，并且在本实施例中，由与作为布线层17中第一层的布线M1相同的金属材料形成。然后，阻光布线28经由层间绝缘膜18中形成的接触部分29电连接到转移晶体管Tr1的栅极电极12，并且连接到相同的层间绝缘膜18中形成的连接部分30。

连接部分30形成在基板11上形成的光电二极管区域PD和阻光布线28之间的层间绝缘膜18中，并且形成为连接到基板11上形成的绝缘膜26。连接部分30形成在这样的位置上，其覆盖作为基板11上形成的光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界区域的光电二极管区域PD侧的一部分区域。在本实施例中，如图3所示，光电二极管区域PD基本上形成为矩形形状，连接部分30形成在光电二极管区域PD的三个拐角内，不包括形成转移晶体管Tr1的位置。由于连接部分30，将预定的电压从阻光布线28施加到光电二极管区域PD，并且由此，控制光电二极管区域PD的前表面侧的电势。此时，因为连接部分30经由基板11上的绝缘膜26连接，所以光电二极管区域PD和连接部分30没有电性连接。

于是，因为连接部分30和转移晶体管Tr1的栅极电极12二者连接到阻光布线28，所以经由连接部分30提供给光电二极管区域PD的电压和经由接触部分29提供给栅极电极12的电压是同步的。

在图4中，尽管图中省略，但是彩色滤光层和芯片上透镜以与典型后侧照明式固态成像装置相同的方式形成在基板11的后表面侧上。于是，在本实施例的固态成像装置1中，具有光L从基板11的后表面侧入射的构造。

[1-3制造方法]

接下来，将描述本实施例的固态成像装置1的制造方法。图5A至图9是示出本实施例的固态成像装置1的制造方法的工艺图。

首先，如图5A所示，通过依次层叠由n型半导体层形成的基板11、氧化硅膜20和由n型半导体层形成的基板25而制备SOI基板32。然后，P阱区24形成在基板11的前表面侧的上层内，例如，通过离子注入硼作为p型杂质材料，并且在1000℃下退火。

接下来，例如，在P阱区24中执行作为n型杂质材料的磷的离子注入，其浓度高于基板11的n型杂质的浓度。由此，形成n型杂质区域，它是构成光电二极管区域PD的电荷累积区域22。此外，例如通过离子注入硼，在相邻的光电二极管区域PD之间形成作为元件分隔区域23的p型杂质区域。元件分隔区域23中的杂质浓度设定为，当基板电势施加给基板11时，其电势与P阱区24的电势基本上相同。然后，电荷累积区域22和元件分隔区域23通过1000℃的退火工艺而形成。

其后，在形成例如由氧化硅在基板11的前表面上形成的栅极绝缘膜19之后，采用CVD(化学气相沉积)法沉积多晶硅材料层。其后，在浮置扩散的图案化中，转移晶体管Tr1的栅极电极12形成在光电二极管区域PD和浮置扩散区域FD之间的区域中。此时，除了栅极电极12的下部之外，在基板11上暴露的栅极绝缘膜19被去除。

接下来，如图5B所示，侧壁27形成在栅极电极12的侧部上。侧壁27例如通过沉积LP-TEOS膜、沉积LP-SiN膜和采用CF4气体执行干蚀刻而形成，LP-TEOS膜作为第一绝缘层27a，是厚度为10nm至100nm的第一层，LP-SiN膜作为第二绝缘层27b的第二层，其厚度为10nm至100nm。在形成侧壁27之后，以侧壁27为掩模，通过离子注入作为n型杂质的磷、离子注入作为p型杂质的硼和1000℃的退火，在转移晶体管Tr1的侧面形成浮置扩散区域FD和暗电流抑制区域21，其中离子注入磷到电荷累积区域22的经由栅极电极的相反侧，而以高于p型阱区24的浓度离子注入硼到电荷累积区域22的前侧表面上。

接下来，如图6A所示，由硅化物阻挡膜形成的绝缘膜26形成在基板11的前表面包括栅极电极12的整个表面上。由硅化物阻挡膜形成的绝缘膜26例如通过沉积厚度为10nm至30nm的LP-TEOS膜和厚度为10nm至30的LP-SiN膜形成。尽管图6A中未示出，但是，在晶体管区域的附近，通过采用CF4气体的干蚀刻去除硅化物阻挡膜并且进行例如Co溅射和退火而形成Co硅化物膜。在本实施例中，采用上面描述的硅化物阻挡膜沉积绝缘膜26，但是可形成硅化物阻挡膜之外的绝缘膜。另外，侧壁27在较早阶段上形成的一部分保留在基板11上，并且它可用作绝缘膜。

接下来，如图6B所示，例如，NSG膜沉积在绝缘膜26上，作为层间绝缘膜18的第一层，其厚度为400nm至700nm。其后，采用CMP(化学机械抛光)，将层间绝缘膜18的前表面光滑化，并且在浮置扩散区域FD上以及转移晶体管Tr1的栅极电极12的上部上在层间绝缘膜18中形成接触孔29a和31a作为接触部分29和31。接触孔29a和31a在与晶体管区域附近形成的接触孔同时形成，并且采用光刻或蚀刻形成。这里，浮置扩散区域FD的上部中形成的接触部分31与基板11上形成的浮置扩散区域FD或者布线层17任何一个的布线电接触。另外，转移晶体管Tr1的栅极电极12上部中形成的接触部分29与栅极电极12和布线层17任何一个的布线电接触。结果，以穿透作为绝缘膜26的硅化物阻挡膜的蚀刻条件，形成接触孔29a和31a。

接下来，如图7A所示，在光电二极管区域PD侧的一个区域中再一次采用光刻形成用于连接部分30的连接孔30a，该区域是光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界区域。在光电二极管区域PD和元件分隔区域23之间的边界区域中形成的连接部分30的目标是控制在光电二极管区域PD和元件分隔区域23之间的边界区域中基板11的前表面的电势。结果，以没有穿透作为绝缘膜26的硅化物阻挡膜的蚀刻条件，形成接触孔30a。蚀刻条件的示例是以下方法，其中在硅化物阻挡膜的上层上形成的LP-SiN膜的蚀刻之后，执行LP-TEOS膜的蚀刻，同时控制时间。此外，在LP-SiN膜的蚀刻工艺中检测端点之后通过控制过蚀刻量而不穿透绝缘膜26，这样可以实现孔的形成。

接下来，如图7B所示，将作为填充材料的钨填充在图6B和7A的工艺中形成的接触孔29a和31a以及连接孔30a中，并且采用CMP方法将其平滑化。由此，形成接触部分29和31以及连接部分30。

接下来，如图8A所示，例如，由铜形成的布线形成为作为第一层的布线M1。此时，作为第一层的布线M1的一部分形成为阻光布线28。阻光布线28形成为覆盖整个光电二极管区域PD，并且其一部分形成为延伸到转移晶体管Tr1的栅极电极12侧。然后，阻光布线28形成为电连接到转移晶体管Tr1的栅极电极12上的接触部分29和连接部分30。另外，除了作为第一层的布线M1外，不连接到阻光布线28的布线M1形成为连接到浮置扩散FD上部中的接触部分31。

其后，通过交替重复层间绝缘膜18以及布线M2和M3的形成，布线层17由如图8B所示的布线M1、M2和M3的多层(本实施例中的三层)形成。此时，接触部分连接在预定布线之间。

在形成布线层17之后，在布线层17上粘合例如由硅基板形成的接合基板(未示出)，并且如图9所示，将SOI基板32翻转，采用物理抛光去除不形成像素2的基板25和氧化硅膜20。另外，抛光基板11的后表面侧，形成如图4所示的具有预定厚度的固态成像装置1。

其后，通过在基板11的后表面侧上形成彩色滤光层和芯片上透镜(未示出)，完成本实施例的后侧照明式固态成像装置1。

在本实施例的固态成像装置1中，通过光电二极管区域PD光电转换从基板11的后表面侧入射的光L，并且根据光量的信号电荷产生且累积在电荷累积区域22中。于是，在累积电荷时，将负(或接地)电势从阻光布线28提供到转移晶体管Tr1的栅极电极12和光电二极管区域PD。这样，转移晶体管Tr1以与驱动典型固态成像装置相同的方式处于截止状态。另一方面，通过采用连接部分提供负(或接地)电势到光电二极管区域PD中与元件分隔区域23的边界区域，在基板11的前表面侧激发正空穴。由此，加强了基板11的前表面侧上的空穴锁定效果，并且在连接到连接部分30的光电二极管区域PD中能够实现暗电流的抑制。

在形成转移晶体管Tr1的栅极电极12后，在元件分隔区域23侧经由抗蚀剂采用离子注入形成暗电流抑制区域21，但是在抗蚀剂的边缘部分上离子注入是困难的。结果，暗电流抑制区域21难于形成在光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边缘部分中，即边界上，并且存在这个部分上排斥空穴锁定的倾向。在本实施例中，因为将连接部分30提供在光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界中，在该边界中容易排斥锁定和产生暗电流，所以能够从光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界抑制暗电流。

另外，在累积电荷后，将正电压从阻光布线28提供到转移晶体管Tr1的栅极电极12和光电二极管区域PD。这样，转移晶体管Tr1以与典型固态成像装置的驱动相同的方式处于导通状态，并且将累积在电荷累积区域22中的电荷信号读出到浮置扩散区域FD。另一方面，通过采用连接部分30将正电压提供到光电二极管区域PD中与元件分隔区域23的边界区域，在基板11的前表面侧激发电子。由此，改善了读出效率，并且能够实现抑制残留图像的效果。

另外，在本实施例的固态成像装置1中，基板11的前表面侧的光电二极管区域PD由阻光布线28覆盖。由此，因为通过阻光布线28，其采用作为底层的布线M1形成，阻挡从基板11的后侧表面入射且透射通过基板11的透射光，所以能够防止透射光在布线之间的漫反射，而没有透射光到达作为上层的布线M3。由此，可实现颜色混合的改善。特别是，对于具有长波长且倾向于透射通过基板11的红光，可实现颜色混合的改善。

本实施例的固态成像装置1是这样的示例，其中连接部分30形成在作为光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界区域的光电二极管区域PD侧。然而，本实施例的固态成像装置1不限于此，并且如果连接部分30至少形成在光电二极管区域PD的边缘处且形成为略微突向元件分隔区域23侧就足够。在连接部分30形成为突向元件分隔区域23侧的情况下，因为在累积电荷时负电压也能够提供到元件分隔区域23，所以可实现分隔性能的改善，并且可实现抑制图像浮散(blooming)。

另外，本实施例的固态成像装置1是这样的示例，其中控制光电二极管区域PD的电势的电压与施加给转移晶体管Tr1的栅极电极12的电压同步，但是上述电压可被独立地驱动而不同步。此外，在本实施例中，连接部分30形成在光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界区域中，但是，除此之外，连接部分30可提供在光电二极管区域PD的中心部分内。

这里，本实施例是这样的示例，其中采用离子注入p型杂质形成的元件分隔区域23用作分开相邻像素2的光电二极管区域PD的层，但是元件分隔区域23的构造不限于此。例如，本发明可应用在将STI(浅沟槽隔离)用于分开光电二极管区域PD的情况。另外，本发明也可应用于像素晶体管由多个像素2共享的构造。

<2.第二实施例：CMOS式后侧照明固态成像装置的示例>

接下来，将描述根据本发明第二实施例的固态成像装置。本实施例的固态成像装置的总体构造以及每个像素的电路构造与第一实施例的相同，因此省略其重复的描述。

图10A是本实施例的像素单元中主要部分的平面构造图，而图10B是沿着图10A中的XB-XB线剖取的外形截面构造图。在图10A和10B中，与图3和4对应的部分具有相同的参考标号，并且省略其重复的描述。本实施例的固态成像装置是连接部分的构造与第一实施例部分不同的示例。

在本实施例的固态成像装置中，如图10A所示，连接部分33形成在光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界区域中的光电二极管区域PD侧，并且形成为围绕光电二极管区域PD。

本实施例的连接部分33也可通过与第一实施例相同的工艺形成。在此情况下，在图7A的工艺中，在要形成连接部分的区域中，采用蚀刻形成连续围绕光电二极管区域PD的连接孔，并且在图7B的工艺中，能够通过填充连接孔而形成连接部分。

在本实施例的固态成像装置中，因为连接部分33形成为围绕光电二极管区域PD，所以连接部分33自身用作阻光壁，以防止透射通过基板11的光入射在相邻像素上。另外，在本实施例的固态成像装置中，光电二极管区域PD和元件分隔区域23的边界区域完全被连接部分33围绕，并且将预定电压提供到边界区域。结果，在从阻光布线28提供正电压且转移信号电荷的情况下，能够进一步改善转移效率。于是，在本实施例中，能够获得与第一实施例相同的效果。

<3.第三实施例：CMOS式后侧照明固态成像装置的示例>

接下来，将描述根据本发明第三实施例的固态成像装置。本实施例的固态成像装置的总体构造以及每个像素的电路构造与第一实施例的相同，因此省略其重复描述。

图11A是本实施例的像素单元中主要部分的平面构造图，而图11B是沿着图11A中的XIB-XIB线剖取的外形截面构造图。在图11A和11B中，与图3和4对应的部分具有相同的参考标号，并且省略其重复的描述。本实施例的固态成像装置是连接部分和阻光布线的构造与第一实施例部分不同的示例。

在本实施例的固态成像装置中，如图11A所示，连接部分34形成在不与转移晶体管Tr1接触的范围内由整个光电二极管区域PD覆盖的区域中。

本实施例的连接部分34也可通过与第一实施例相同的工艺形成。在此情况下，在图7A的工艺中，在要形成连接部分的区域中采用蚀刻，将具有预定尺寸的连接孔形成在光电二极管区域PD的上部上的区域中，并且在图7B的工艺中，能够通过填充连接孔而形成连接部分。

在本实施例中，能够在整个光电二极管区域PD上从连接部分34提供预定电势。由此，在累积电荷时，在整个光电二极管区域PD上加强了空穴锁定，另外，能够实现转移时转移效率的改善。

另外，在本实施例中，因为连接部分34自身被整个光电二极管区域PD覆盖，所以连接部分34用作光阻挡。在此情况下，如果采用作为底层的布线M1形成的阻光布线35，能够阻挡光到达光电二极管区域PD，而其不能被连接部分34阻挡，并且阻光布线35形成为与转移晶体管Tr1的栅极电极12上的接触部分29接触，这样就足够。结果，因为能够以更小的面积形成阻光布线35，所以提高了布线布置的自由度。另外，能够获得与第一实施例相同的效果。

<4.第四实施例：CCD式后侧照明固态成像装置的示例>

接下来，将描述根据本发明第四实施例的固态成像装置。本实施例是CCD式后侧照明固态成像装置的示例。

[4-1总体构造]

首先，在描述主要部分的构造前，将描述本实施例的固态成像装置的总体构造。图12是根据本实施例的固态成像装置40的总体构造图。如图12所示，本实施例的固态成像装置40构造为具有由基板48上的光电二极管形成的多个接收部分42、垂直转移寄存器43、水平转移寄存器44和输出电路45。然后，像素单元47由接收部分42之一和相邻于该接收部分42的垂直转移寄存器43构成。另外，形成多个像素47的区域是像素部分46。

接收部分42由光电二极管构造，并且多个接收部分42以矩阵形式形成在基板48的水平方向和垂直方向上。在接收部分42中，采用光电转换根据入射光产生且累积信号电荷。

垂直转移寄存器43具有CCD构造，并且对于垂直方向上排列的每个接收部分42，多个垂直转移寄存器43形成在垂直方向上。垂直转移寄存器43读出接收部分42中累积的信号电荷，并且在垂直方向上转移信号电荷。形成本实施例的垂直转移寄存器43的转移阶段构造为由转移脉冲驱动为例如四个状态，该转移脉冲是从转移驱动脉冲电路(未示出)施加的。另外，在垂直转移寄存器43的最后阶段上，具有这样的构造，其中由施加的转移脉冲在最后阶段上保持的信号电荷转移到水平转移寄存器44。

水平转移寄存器44具有CCD构造，并且形成在垂直转移寄存器43的最后阶段的一端。在形成水平转移寄存器44的转移阶段上，对于每个信号水平线，在水平方向上转移采用垂直转移寄存器43已经垂直转移的电荷信号。

输出电路45形成在水平转移寄存器44的最后阶段上。在输出电路45中，采用水平转移寄存器44已经水平转移的电荷信号采用电荷-电压转换而输出为视频信号。

采用具有上述构造的固态成像装置40，采用接收部分42产生且累积的信号电荷采用垂直转移寄存器43在垂直方向上转移，并且在水平转移寄存器44中转移。然后，水平转移寄存器44中转移的信号电荷在水平方向上转移，并且经由输出电路45输出为视频信号。

[4-2主要部分的构造]

接下来，将描述本实施例的固态成像装置40的主要部分的构造。图13是本实施例的像素单元47中主要部分的截面构造图。

本实施例的固态成像装置40提供有基板48，其中光电二极管区域PD构成接收部分，而垂直转移寄存器43读出且转移光电二极管区域PD中产生信号电荷，并且布线层52形成在基板48的前表面侧。另外，阻光布线54和连接部分51提供在布线层52中。

基板48由硅形成的第一导电类型(本实施例中的n型)半导体基板构成，并且p型阱区58形成在前表面侧，在P型阱区58中采用离子注入形成第二导电类型(本实施例中的p型)杂质。各像素47形成在p型阱区58中。

光电二极管区域PD由暗电流抑制区域49和电荷累积区域41构成，暗电流抑制区域49形成在基板48的前表面侧，而电荷累积区域41形成在暗电流抑制区域49的下部。暗电流抑制区域49由p型杂质区域构成，其浓度高于p型阱区58的浓度。另外，电荷累积区域41由n型杂质区域构成，其浓度高于基板48的杂质浓度。在光电二极管区域PD中，光电二极管主要由暗电流抑制区域49和形成为与暗电流抑制区域49接触的电荷累积区域41之间的pn结构成。在光电二极管区域PD中，信号电荷根据入射的光量产生，并且累积在电荷累积区域41中。另外，通过以作为暗电流抑制区域49的主要载流子的正空穴锁定电子而抑制暗电流，其中电子是在基板48的边界表面上产生暗电流的源。

垂直转移寄存器43具有CCD构造，并且形成在相邻于光电二极管区域PD的区域中。垂直转移寄存器43由n型杂质区域形成的转移沟道部分59构成，并且转移沟道部分59和接收部分42之间的区域设定为读出沟道部分60。产生且累积在光电二极管区域PD中的信号电荷由转移沟道部分59经由读出沟道部分60读出，并且在转移沟道部分59中在垂直方向上转移。于是，在光电二极管区域PD的读出沟道部分60的相对侧上，形成由p型杂质采用离子注入形成的元件分隔区域57。相邻像素47由元件分隔区域57电性隔离。

布线层52构造为包括转移电极56和层间绝缘膜53，转移电极56经由栅极绝缘膜50形成在转移沟道部分59和基板48的读出沟道部分60的上部，层间绝缘膜53覆盖转移电极56。多个转移电极56实际上形成为沿着转移沟道部分59，并且在图13中所示的转移电极56也用作读出电极，其在电荷信号从光电二极管区域PD读出到转移沟道部分59时使用。于是，阻光布线54形成在布线层52中，阻光布线54将驱动脉冲提供到转移电极56并且覆盖光电二极管区域PD。

为每个像素47形成阻光布线54，并且阻光布线54形成在覆盖各像素47的全部光电二极管区域PD的区域中。另外，阻光布线54的一部分形成为延伸至转移电极56的上部。阻光布线54由具有阻光特性的金属材料构成，并且在本实施例中，由与布线层52中作为第一层的布线相同的金属材料形成，并且例如由铜或铝等构成。于是，阻光布线54经由层间绝缘膜53中形成的接触部分55电连接到转移电极56，并且连接到相同的层间绝缘膜53中形成的连接部分51。

连接部分51形成在基板48上形成的光电二极管区域PD和阻光布线54之间的层间绝缘膜53中，并且形成为连接到基板48上形成的绝缘膜(在此情况下的栅极绝缘膜50)。连接部分51形成在作为基板48上形成的光电二极管区域PD和元件分隔区域57的边界区域的光电二极管区域PD侧的一部分上。由于连接部分51，将预定电压从阻光布线54提供到光电二极管区域PD，并且由此，控制光电二极管区域PD的前表面侧的电势。此时，因为在基板48上连接部分51经由栅极绝缘膜50连接，所以光电二极管区域PD和连接部分51没有电连接。

于是，因为连接部分51和转移电极56二者都连接到阻光布线54，所以经由连接部分51提供到光电二极管区域PD的电压和经由接触部分55提供到转移电极56的电压是同步的。

在图13中，尽管省略了图示，但是彩色滤光层和芯片上透镜以与典型后侧照明式固态成像装置相同的方式形成在基板48的后表面侧上。于是，在本实施例的固态成像装置中，具有这样的构造，其中光L从基板48的后表面侧入射，该后表面侧为形成布线层52侧的相反侧。

甚至在本实施例的固态成像装置40中，通过光电二极管区域PD光电转换从基板48的后表面侧入射的光L，并且根据光量的信号电荷产生且累积在电荷累积区域41中。于是，在累积电荷时，将负电压从阻光布线54提供到转移电极56和光电二极管区域PD。由此，累积在电荷累积区域41中的信号电荷不转移到转移沟道部分59侧。另一方面，通过采用连接部分51提供负电压到光电二极管区域PD中与元件分隔区域57的边界区域，在基板48的前表面侧激发正空穴。由此，加强了基板48的前表面侧的空穴锁定效果，并且在连接到连接部分51的光电二极管区域PD中可实现暗电流的抑制。

在形成转移电极56后，采用离子注入经由抗蚀剂形成暗电流抑制区域49，但是离子注入在抗蚀剂的边缘部分上很困难。结果，暗电流抑制区域49难于形成在光电二极管区域PD和元件分隔区域57的边缘上的部分中，也就是边界上，并且存在从这个部分排斥空穴锁定的倾向。在本实施例中，因为连接部分51提供在光电二极管区域PD和元件分隔区域57的边界中，在该边界中容易排斥锁定和产生暗电流，所以能够抑制来自光电二极管区域PD和元件分隔区域57的边界的暗电流。

另外，在累积电荷后，正电压从阻光布线54被提供到转移电极56和光电二极管区域PD。由此，在转移沟道部分59中经由读出沟道部分60读出电荷累积区域41中累积的信号电荷。另一方面，通过采用连接部分51提供正电压到光电二极管区域PD中与元件分隔区域57的边界区域，在基板48的前表面侧中激发电子。由此，改善了读出效率，并且能够实现抑制残留图像的效果。另外，可实现与第一实施例相同的效果。

这里，上面的第一至第四实施例的构造可结合使用，并且适当的修改是可能的。

本发明不限于应用于检测入射可见光量的分布且将其成像为图像的固态成像装置，而是也可应用于将红外线、X射线或粒子等的入射量分布成像为图像的固态成像装置。另外，作为广泛的意义，本发明可应用于所有类型的固态成像装置(物理量分布检测装置)，例如指纹检测传感器等，其中检测诸如压力或电容的其它物理量且将其成像为图像。

另外，本发明不限于这样的固态成像装置，其通过在行单元中依次扫描像素部分的每个像素单元从每个像素单元读出图像信号。本发明也可应用于关于X-Y地址类型的固态成像装置，其中在像素单元中选择任意像素，并且从像素单元中的所选择像素读出信号。

这里，固态成像装置可形成为一个芯片或者可形成具有成像功能的模块，其中集合且封装像素部分、信号处理部分和光学系统。

另外，本发明的实施例不限于第一至第四实施例，而各种修改是可能的。另外，上述示例是主要采用n沟道MOS晶体管构造的情况，但是能够采用p沟道MOS晶体管构造。在具有p沟道MOS晶体管的情况下，具有每个视图中的导电类型颠倒的构造。

另外，本发明不限于应用于固态成像装置，而可应用于成像装置。这里，成像装置是指具有相机系统的电子设备，例如数字静态相机或摄像机等，或者具有成像功能的电子设备，例如移动电话装置。这里，具有安装在电子设备中的模块形式，即相机模块为成像装置的情况。

<5.第五实施例：电子设备>

接下来，将描述根据本发明第五实施例的电子设备。图14是根据本发明第五实施例的电子设备200的外形构造图。

本实施例的电子设备200示出了这样情况的实施例，其中上述的根据本发明第一实施例的固态成像装置1应用于电子设备(相机)中。

本实施例的电子设备200具有固态成像装置1、光学透镜210、快门装置211、驱动电路212和信号处理电路213。

光学透镜210将来自物体的图像光(入射光)成像在固态成像装置1的成像表面上。由此，信号电荷以不变的时间周期累积在固态成像装置1中。

快门装置211控制固态成像装置1中的光照射的周期和光阻挡的周期。

驱动电路212提供控制固态成像装置1的转移操作和快门装置211的快门操作的驱动信号。采用从驱动电路212提供的控制信号(定时信号)执行固态成像装置1中的信号转移。信号处理电路213执行各种类型的信号处理。已经执行信号处理的视频信号被存储在诸如存储器的存储介质中，或者输出到监视器。

本实施例的电子设备200中可实现图像质量上的改进，这是因为可实现抑制暗电流，并且在固态成像装置1中减少颜色混合。

能够采用固态成像装置1的电子设备200不限于相机，并且能够采用数字静态相机或诸如相机模块的成像装置，用于诸如移动电话装置的移动装置。

本实施例是固态成像装置1用于电子设备的构造，但是可采用上述第二至第四实施例制造的固态成像装置。

本发明包含2010年10月27日提交日本专利局的日本优先权专利申请JP 2010-241490中公开的相关主题事项，其全部内容通过引用结合于此。

本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。

Claims (8)

1.一种固态成像装置，包括：

基板；

光电二极管区域，形成在该基板中，并且利用从该基板的后表面侧入射的光的光电转换而产生信号电荷；

布线层，形成在该基板的光入射表面相反侧的前表面侧上；

阻光布线，形成在该布线层中并且形成在覆盖该光电二极管区域的至少一部分的区域中；以及

连接部分，形成在该基板上的该光电二极管区域与元件分隔区域的边界区域的光电二极管区域侧的部分上，其中所述连接部分和所述光电二极管区域不是电连接的，并且通过所述连接部分将预定电压从所述阻光布线提供到所述光电二极管区域。

2.根据权利要求1所述的固态成像装置，

其中该连接部分经由该基板的前表面上形成的绝缘膜连接该阻光布线和该基板。

3.根据权利要求1所述的固态成像装置，

其中该连接部分形成在该光电二极管区域和元件分隔区域的边界区域中该光电二极管区域侧的至少一部分中，该元件分隔区域形成在该光电二极管区域的周围。

4.根据权利要求1所述的固态成像装置，还包括：

电荷读出区域，形成在该基板上相邻于该光电二极管区域的区域中，并且读出该光电二极管区域产生的信号电荷；以及

电荷读出电极，提供在该基板的前表面侧，以将该光电二极管区域产生的该信号电荷读出到该电荷读出区域，

其中在该电荷读出电极上，通过连接该阻光布线而被提供与提供到该光电二极管区域的电压同步的电压。

5.一种固态成像装置的制造方法，包括：

在基板上形成光电二极管区域和元件分隔区域，该光电二极管区域利用从该基板的后表面侧入射的光的光电转换而产生信号电荷，该元件分隔区域将相邻的光电二极管区域电性分隔；

在该基板的光入射表面相反侧的前表面上形成绝缘膜；

在该绝缘膜上形成构成布线层的层间绝缘膜；

形成连接孔，该连接孔没有穿透该绝缘膜而形成在该基板上形成的该光电二极管区域的该层间绝缘膜中，并且通过在该连接孔中填充导电材料而形成连接部分；以及

在该层间绝缘膜上形成构成布线层的布线，并且形成连接到该连接部分且覆盖该光电二极管区域的至少一部分的阻光布线；

其中，该连接部分形成在该基板上的该光电二极管区域与该元件分隔区域的边界区域的光电二极管区域侧的部分上，并且所述连接部分和所述光电二极管区域不是电连接的，并且通过所述连接部分将预定电压从所述阻光布线提供到所述光电二极管区域。

6.根据权利要求5所述的固态成像装置的制造方法，

其中该连接孔形成在该光电二极管区域和元件分隔区域的边界区域中该光电二极管区域侧的至少一部分中，该元件分隔区域形成在该光电二极管区域的周围。

7.根据权利要求5所述的固态成像装置的制造方法，还包括：

在形成该层间绝缘膜之前，在该基板上相邻于该光电二极管区域的区域中形成电荷读出区域，该电荷读出区域用于读出该光电二极管区域产生的信号电荷；

在该基板的前表面侧上形成电荷读出电极，该电荷读出电极用于将该光电二极管区域产生的该信号电荷读出到该电荷读出区域；

在形成该连接孔之前或之后，在该电荷读出电极的上部的该层间绝缘膜中形成暴露该电荷读出电极的接触孔；以及

在以导电材料填充该连接孔的同时，通过以该导电材料填充该接触孔来形成接触部分；

其中该阻光布线形成为与该连接部分连接并且与该接触部分连接。

8.一种电子设备，包括：

光学透镜；

固态成像装置，该固态成像装置提供有基板、形成在该基板内且利用从该基板的后表面侧入射的光的光电转换而产生信号电荷的光电二极管区域、在该基板的光入射表面相反侧的前表面侧上形成的布线层、形成在该布线层内且形成在覆盖该光电二极管区域的至少一部分的区域中的阻光布线以及从该阻光布线提供预定电压到该光电二极管区域的连接部分，该连接部分形成在该基板上的该光电二极管区域与元件分隔区域的边界区域的光电二极管区域侧的部分上，所述连接部分和所述光电二极管区域不是电连接的，并且该固态成像装置被照射该光学透镜聚焦的光；以及

信号处理电路，处理从该固态成像装置输出的输出信号。