CN103688360A - 固态成像装置、其制造方法以及电子信息设备 - Google Patents

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Abstract

固态成像装置100a包括：光电变换元件PD1和PD2，其形成在半导体衬底100内；以及转移晶体管Tt1和Tt2，其形成在半导体衬底100的第一主表面上，用于转移由光电变换元件PD1和PD2生成的信号电荷。转移晶体管中的每一个的栅极电极107被配置成，配置在电荷累积区102的第一主表面侧的表面上，所述电荷累积区102配置光电变换元件中的每一个。栅极电极107被配置有多晶硅栅极层107a和由用于覆盖多晶硅栅极层107a的表面的由高熔点金属硅化物层107b构成的反射膜。结果，针对固态成像装置实现灵敏度的改善。

Description

固态成像装置、其制造方法以及电子信息设备
技术领域
本发明涉及一种固态成像装置和该固态成像装置的制造方法以及电子信息设备。更特别地，本发明涉及：固态成像装置以及该固态成像装置的制造方法，该固态成像装置用于由半导体衬底内的光电变换元件对已经从该半导体衬底的一个表面进入的来自对象的入射光进行光电变换并且在该半导体衬底的另一表面侧将由该光电变换获得的信号电荷变换成电信号以捕获图像；以及装配有此类固态成像装置的电子信息设备。
背景技术
近年来，其中入射光进入衬底的背表面侧的固态成像装置的开发已经进步为高度灵敏的固态成像装置。这样的类型的固态成像装置包括在硅衬底的前表面侧形成的电路元件、配线层等，并且被配置成允许光进入硅衬底的背表面侧以捕获图像。
例如，专利文献1公开了此类常规固态成像装置（CMOS图像传感器）。
图13是用于描述在专利文献1中公开的固态成像装置的图。
在此固态成像装置1中，在半导体衬底11中形成有用于将像素分离的像素分离区12。硅衬底例如被用于半导体衬底11。例如用p型阱区形成像素分离区12。在被像素分离区12划分的区域中形成有光电变换部21。在光电变换部21的光通过其进入的一侧（图中的光电变换部21的下部侧）形成有空穴累积层22。例如用p+区形成空穴累积层22。此外，在光电变换部21的与光通过其进入的一侧相反的一侧（图中的光电变换部21的上侧）形成有空穴累积层23，并且在其下的层中形成有n型阱区（n型电荷累积区）24。例如用p+区形成空穴累积层23。此外，在光电变换部21的上方形成有栅极电极（例如，转移栅极）32，其中栅极绝缘膜31被插入于其间。此外，在半导体衬底11中的栅极电极32的一端和侧上形成有n+区25。
在栅极电极32上连接有接触部41，并且在像素分离区12上连接有接触部42。此外，在光电变换部21的上方形成有反射层43，其中栅极绝缘膜31被插入于其间，其中，反射层43由类似于接触部41或42的接触部组成。此外，还形成有与信号电路部（未示出）的其它晶体管（例如，栅极电极、源极和漏极区等）相连的另一接触部。在栅极绝缘膜31和栅极电极32上形成有绝缘膜81，并且通过例如在形成于绝缘膜81中的孔91、92、93等中嵌入电导体而形成各个接触部。
反射层43需要是将已经通过光电变换部21透射的光向后朝着光电变换部21反射的层。例如，反射层43由至少将在长波长度区域中的光（诸如近红外线和红外线）向后朝着光电变换部21反射的物质组成。反射层43还可以是不仅反射如上所述的在长波长度区域中的光，而且反射具有比长波长度区域的波长更短的波长的光（诸如可见光、近紫外线和紫外线）的层。具有此类特性的材料的示例是钨层。
此外，形成了第一导线51至53，其与接触部41或42或反射层43相连。
第二导线61至63与第一导线51至53相连，其中通孔54至56被插入于其间。类似地，第三导线71至73与第二导线61至63相连，其中通孔64至66被插入于其间。
此外，以覆盖上述配线层的这样的方式形成有包括绝缘膜81的绝缘膜80。根据配线的形成用多个绝缘膜层形成绝缘膜80。此外，虽然未示出，但是在半导体衬底11的与光通过其进入的一侧相反的一侧形成有由一组晶体管（诸如选择晶体管、重置晶体管和放大晶体管）以及配线层（诸如第一导线51至53、通孔54至56、第二导线61至63、通孔64至66以及第三导线71至73）组成的信号电路部。
引用列表
专利文献
【PTL 1】
日本专利No. 4525671。
发明内容
技术问题
在如上所述的专利文献1中所公开的固态成像装置1中，在与光通过其进入的半导体衬底11的一个表面相反的另一表面的上方提供有转移栅极电极32和反射层43，使得其防止已经进入所述表面之一的光通过半导体衬底11被透射并逸出到半导体衬底11的另一表面上的配线层区域，并且能够高效地对入射光进行光电变换，由此改善固态成像装置1的灵敏度。
然而，在常规技术的情况下，在转移栅极电极32与反射层43之间存在间隙，其允许光通过该间隙逸出，并且其是降低固态成像装置的效率的原因。
本发明意图解决上述常规问题。本发明的目的是提供：一种固态成像装置，其能够通过用在半导体衬底的表面之一的上方形成的反射膜来高效地反射已经通过半导体衬底的与在其内形成有光电变换元件的表面之一相反的另一表面进入的光而实现改善的灵敏度；用于制造该固态成像装置的方法；以及电子信息设备。
问题的解决方案
根据本发明的固态成像装置包括被形成在第一导电性类型半导体衬底中的用于对入射光进行光电变换来生成信号电荷的光电变换元件，其中，由光电变换元件生成的信号电荷被变换成图像信号，通过信号处理，其被输出，该固态成像装置还包括转移晶体管，其被形成在半导体衬底的第一主表面上，用于将由光电变换元件生成的信号电荷转移到光电变换元件的外部，其中，该转移晶体管包括栅极电极，其以如下这样的方式被定位：从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域，并且被配置在这些区域上，以及其中，构成转移晶体管的栅极电极的至少一个层的至少一部分由反射膜构成，或者在转移晶体管的栅极电极上的区域的至少一部分中形成有反射膜，由此实现上述目的。
优选地，在根据本发明的固态成像装置中，光电变换元件包括：第二导电性类型光电变换区，其用于对从与第一主表面相反的一侧的半导体衬底的第二主表面获取的入射光进行光电变换；以及第二导电性类型电荷累积区，其用于在第一主表面侧累积通过第二导电性类型光电变换区中的光电变换而生成的信号电荷，以及，转移晶体管的栅极电极被形成为配置在第二导电性类型电荷累积区的第一主表面侧的表面上。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，该固态成像装置还包括：第二导电性类型信号电荷累积部，其用于累积从光电变换元件转移的信号电荷；以及第一导电性类型电荷转移区，其用于将该信号电荷从第二导电性类型电荷累积区转移到第二导电性类型信号电荷累积部，其中，第二导电性类型电荷累积区与第二导电性类型信号电荷累积部被相互远离地配置，其中第一导电性类型电荷转移区被插入于其间。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，第二导电性类型电荷累积区与第二导电性类型信号电荷累积部之间的空间等于或大于基本上不引起短沟道效应的最小距离，并且等于或小于由固态成像装置中的像素的集成度可允许的最大距离。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，第二导电性类型电荷累积区与第二导电性类型信号电荷累积部之间的空间在0.2 μm至1.0 μm的范围内。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，该固态成像装置还包括：第一导电性类型阱区，其被形成在第一导电性类型半导体衬底内；以及第一导电性类型前表面半导体区，其以被配置在第二导电性类型电荷累积区上的这样的方式形成在第二导电性类型电荷累积区的第一主表面侧，以及，第一导电性类型前表面半导体区具有超过第一导电性类型电荷转移区的杂质浓度并且等于或小于第一导电性类型阱区的杂质浓度的杂质浓度。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，第一导电性类型阱区被形成为包围第二导电性类型电荷累积区、第一导电性类型电荷转移区和第二导电性类型信号电荷累积部。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，转移晶体管的栅极电极被形成为配置在第一主表面上的被第一导电性类型阱区占用的区域上。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，转移晶体管的栅极电极具有多层结构，其包括多晶硅层和在该多晶硅层的表面上作为反射膜而被形成的高熔点金属硅化物层。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，构成转移晶体管的栅极电极的高熔点金属硅化物层的高熔点金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，转移晶体管的栅极电极具有多层结构，其包括多晶硅层和在该多晶硅层的表面上作为反射膜而被形成的金属层。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，构成转移晶体管的栅极电极的金属层的金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，转移晶体管的栅极电极具有多层结构，其包括多晶硅层、形成在该多晶硅层的表面上的高熔点金属硅化物层、以及形成在该高熔点金属硅化物层的表面上的金属层，该高熔点金属硅化物层和金属层被形成为反射膜。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，构成转移晶体管的栅极电极的高熔点金属硅化物层的高熔点金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍，以及，构成转移晶体管的栅极电极的金属层的金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍。
更优选地，在根据本发明的固态成像装置中，转移晶体管的栅极电极具有由高熔点金属层构成的单层结构。
一种根据本发明的用于制造固态成像装置的方法包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，其中，形成转移晶体管的步骤包括：在第一主表面上沉积转移晶体管的栅极电极的构成材料的步骤；以及通过选择性地蚀刻所沉积的栅极电极的构成材料来形成栅极电极，使得该栅极电极从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤，以及其中，形成栅极电极的步骤包括将反射膜形成为构成栅极电极的至少一个层的至少一部分的步骤，或者用于制造固态成像装置的方法包括在转移晶体管的栅极电极上的区域的至少一部分中形成反射膜的步骤，由此实现上述目的。
一种根据本发明的用于制造固态成像装置的方法包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，其中，形成转移晶体管的步骤包括：在第一主表面上沉积转移晶体管的栅极电极的构成材料的步骤；通过选择性地蚀刻所沉积的栅极电极的构成材料来形成栅极电极，使得该栅极电极通过第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤；以及通过使用转移晶体管的栅极电极作为掩模来执行离子注入而形成第二导电性类型信号电荷累积部的步骤，由此实现上述目的。
一种根据本发明的用于制造固态成像装置的方法包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，其中，形成光电变换元件的步骤包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成第二导电性类型电荷累积区的步骤；以及在第二导电性类型电荷累积区中在第一主表面侧形成第一导电性类型前表面半导体区，从而覆盖第二导电性类型电荷累积区的步骤，以及其中，第二导电性类型电荷累积区和第一导电性类型半导体衬底是通过使用同一离子注入掩模进行的杂质注入而形成的，由此实现上述目的。
一种根据本发明的用于制造固态成像装置的方法包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，其中，形成转移晶体管的步骤包括：在第一主表面上沉积多晶硅层的步骤；通过选择性地蚀刻所沉积的多晶硅层来形成多晶硅栅极层，使得该多晶硅栅极层从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤；以及在多晶硅栅极层的表面上形成高熔点金属硅化物层的步骤，由此实现上述目的。
一种根据本发明的用于制造固态成像装置的方法包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，其中，形成转移晶体管的步骤包括：在第一主表面上沉积多晶硅层的步骤；通过选择性地蚀刻所沉积的多晶硅层来形成多晶硅栅极层，使得该多晶硅栅极层从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤；以及在多晶硅栅极层的表面上形成金属层的步骤，由此实现上述目的。
一种根据本发明的用于制造固态成像装置的方法包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，其中，形成转移晶体管的步骤包括：在第一主表面上依次沉积多晶硅层、高熔点金属硅化物层和金属层的步骤；以及通过选择性地蚀刻所沉积的多晶硅层、高熔点金属硅化物层和金属层而形成具有包括多晶硅层、高熔点金属硅化物层和金属层的多层结构的栅极电极，使得该栅极电极通过第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤，由此实现上述目的。
一种根据本发明的用于制造固态成像装置的方法包括：在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，其中，形成转移晶体管的步骤包括：在第一主表面上形成高熔点金属层的步骤；以及通过选择性地蚀刻所形成的高熔点金属层而形成由高熔点金属层构成的栅极电极，使得该栅极电极从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤，由此实现上述目的。
根据本发明的电子信息设备包括根据本发明的固态成像装置。
接着，将描述根据本发明的固态成像装置的功能。
在本发明中，转移晶体管的栅极电极被形成为使得该栅极电极从半导体衬底中的第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域，并且被配置在这些区域上，以及构成转移晶体管的栅极电极的至少一个层的至少一部分由反射膜构成，或者可替换地，在转移晶体管的栅极电极上的区域的至少一部分中形成有反射膜。因此，已经通过与半导体衬底的第一主表面相反的半导体衬底的第二主表面进入并且已经通过半导体衬底被透射的光被此转移栅极电极的反射膜反射并返回到半导体衬底中。这防止了光在半导体衬底的第一主表面上的被转移晶体管占用的区域与第一主表面上的被光电变换元件占用的区域之间逸出，并且这允许入射光的高效使用。
此外，在本发明中，转移晶体管的栅极电极被形成为配置在光电变换元件的第二导电性类型电荷累积区的第一主表面上。因此，光电变换元件的第二导电性类型电荷累积区将不会接收到由于来自形成转移晶体管的栅极电极的过程的等离子蚀刻而引起的任何损害，并且能够抑制由于晶体缺陷而引起的噪声电荷的生成。结果，能够在形成于第二导电性类型电荷累积区的前表面区中的第一导电性类型半导体区中减小杂质浓度，并且能够在邻近于此第二导电性类型电荷累积区的第一导电性类型电荷转移区中将杂质浓度抑制得很低。结果，此第一导电性类型电荷转移区中的电位电平的变化量能够更大，由此增加转移电荷的效率。
此外，由于除信号电荷累积部之外的半导体衬底内的所有杂质区是在转移晶体管的栅极电极的形成之前形成的，所以除信号电荷累积部之外的半导体衬底内的杂质区是在其中杂质区尚未在转移栅极电极形成时被等离子体蚀刻损坏的状态下形成的。这将使得能够保证良好的结晶度，并消除使特性劣化的原因，诸如漏电流。
发明的有利效果
根据如上所述的本发明，能够获得一种固态成像装置，其能够通过用形成在半导体衬底的表面之一的上方的反射膜来高效地反射已经通过与半导体衬底的表面之一（在其内形成有光电变换元件）相反的半导体衬底的另一表面进入的光来实现改善的灵敏度；用于制造该固态成像装置的方法；以及装配有该固态成像装置的电子信息设备。
附图说明
【图1】
图1是用于描述根据本申请的实施例1的固态成像装置的图，其中，图1（a）示意性地图示出固态成像装置的总体配置，并且图1（b）图示出固态成像装置中的构成像素的电路。
【图2】
图2是用于描述根据本发明的实施例1的固态成像装置的平面图，其中，图2（a）图示出杂质注入区相对于元件分离区的配置，并且其中，图2（b）图示出接触部和转移晶体管的栅极电极相对于元件分离区的配置。
【图3】
图3是用于描述根据本发明的实施例1的固态成像装置的图，其图示出沿着图2（b）中的线A-A’的截面图。
【图4】
图4是图示出根据本发明的实施例1的固态成像装置的操作的图，其中，图4（a）图示出从半导体衬底的光通过其进入的表面通过光电变换元件至信号电荷累积部的路径中的电荷累积时段期间的电位分布，并且其中，图4（b）图示出此路径中的电荷累积时段的电位分布。
【图5】
图5是用于描述根据本发明的实施例1的用于制造固态成像装置的方法的图，其中，图5（a）至5（e）均图示出用于描述形成光电变换元件的步骤和形成构成转移栅极电极的多晶硅层的步骤的截面图。
【图6】
图6是用于描述根据本发明的实施例1的用于制造固态成像装置的方法的图，其中，图6（a）至6（e）均图示出用于描述形成构成转移栅极电极的反射膜的步骤的截面图。
【图7】
图7是用于描述根据本发明的实施例2的固态成像装置的图，其中，其图示出对应于沿着图2（b）中的线A-A’的截面图的部分。
【图8】
图8是用于描述根据本发明的实施例3的固态成像装置的图，其中，其图示出对应于沿着图2（b）中的线A-A’的截面图的部分。
【图9】
图9是用于描述根据本发明的实施例4的固态成像装置的图，其图示出对应于沿着图2（b）中的线A-A’的截面图的部分。
【图10】
图10是用于描述根据本发明的实施例5的固态成像装置的平面图，其中，图10（a）图示出杂质注入区相对于元件分离区的配置，并且其中，图10（b）图示出转移栅极电极和接触部相对于元件分离区的配置。
【图11】
图11是用于描述根据本发明的实施例5的固态成像装置的图，其图示出沿着图10（b）中的线A-A’的截面图。
【图12】
图12是示意性地图示出作为本发明的实施例6的电子信息设备的示例性配置的框图，在成像部中使用根据实施例1至5中的任一项的固态成像装置。
【图13】
图13是用于描述在专利文献1中公开的固态成像装置的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图来描述本发明的实施例。
（实施例1）
图1是用于描述根据本申请的实施例1的固态成像装置的图，其中，图1（a）示意性地图示出固态成像装置的总体配置，并且图1（b）图示出固态成像装置中的构成像素的电路。
根据实施例1的固态成像装置100a包括：像素部151，其包括被布置成行和列的多个像素；垂直扫描电路153，其用于选择像素行，该像素行是该像素部151中的在水平方向上的像素布置；以及信号处理电路154，其包括用于通过信号处理将来自所选像素行中的像素中的每一个的模拟像素信号变换成数字像素信号并保持该数字像素信号的AD变换部。固态成像装置100a包括：水平扫描电路152，其用于向信号处理电路154输出扫描信号，使得信号处理电路154将依次向水平信号线155输出每个像素的数字像素信号；以及输出部157，其用于向固态成像装置100a的外部输出被输出到水平信号线155的数字像素信号。固态成像装置100a还包括：定时生成部156，其用于向垂直扫描电路153、水平扫描电路152和信号处理电路154供应定时信号；以及电压生成电路158，其用于生成负电压。
在这里，在第一导电性类型半导体衬底（在下文中被简单地称为半导体衬底）上配置有像素部151。垂直扫描电路153、水平扫描电路152、信号处理电路154、定时生成部156和电压生成电路158被配置在半导体衬底的像素部151的外围区域中。这些电路和部构成用于将模拟像素信号变换成数字像素信号并将数字像素信号作为图像信号输出的外围电路部，其中，模拟像素信号是通过构成像素部的每个像素的光电变换元件处的入射光的光电变换生成的信号电荷。请注意，电压生成电路158在这里生成负电压。然而，由电压生成电路158生成的电压不限于负电压。
虽然在图1中所图示的固态成像装置100a的总体配置类似于典型CMOS固态成像装置的配置，但是根据实施例1的固态成像装置100a与图13中所图示的常规固态成像装置1不同在于，转移栅极电极32的平面形状被改变，并且用由具有比转移栅极电极32更高的光反射率的材料组成的膜覆盖转移栅极电极32的前表面。
虽然根据本发明的实施例1的固态成像装置100a中的像素具有三晶体管配置，该三晶体管配置包括转移晶体管、重置晶体管和放大晶体管，但不用说的是代替三晶体管配置，固态成像装置100a的像素可以具有除所述晶体管之外、还包括用于选择像素行的选择晶体管的四晶体管配置。
此外，如图1（a）中所图示的那样，虽然多个像素Px在像素部151中被布置成行和列，但为了本文中的说明的方便起见，从图的左侧起第四列中和从图的顶部起第三和第四行中的像素部151中的像素将特别地被称为像素Px1和Px2，并且在下文中将描述特定像素配置。
首先，将描述图1（b）中所图示的像素的电路配置。
像素Px1包括：光电变换元件PD1，其用于通过对入射光的光电变换来生成信号电荷；转移晶体管Tt1，其用于基于转移信号Tx1来将光电变换元件PD1所生成的信号电荷转移至在光电变换元件外部的信号电荷累积部FD；重置晶体管Rt，其用于基于重置信号Rs来将信号电荷累积部FD中的信号电荷重置；以及放大晶体管At，其用于将根据累积在信号电荷累积部FD中的信号电荷生成的信号电压放大，并向读出信号线Lr输出信号电压。
像素Px2包括：光电变换元件PD2，其用于通过对入射光的光电变换来生成信号电荷；转移晶体管Tt2，其用于基于转移信号Tx2来将光电变换元件PD2所生成的信号电荷转移至在光电变换元件外部的信号电荷累积部FD；重置晶体管Rt，其用于基于重置信号Rs来将信号电荷累积部FD中的信号电荷重置；以及放大晶体管At，其用于将根据累积在信号电荷累积部FD中的信号电荷生成的信号电压放大，并向读出信号线Lr输出信号电压。
具体地，在像素部151中，用于配置像素Px的电路具有两个像素共享配置，其中，相互邻近地位于顶部和底部的两个像素（例如，图1（a）和1（b）中所图示的像素Px1和像素Px2）共享重置晶体管Rt和放大晶体管At。
在这里，重置晶体管Rt被连接在漏极信号线Rd与信号电荷累积部FD之间，并且信号电荷累积部FD与放大晶体管At的栅极电极相连。此外，转移晶体管Tt1和光电变换元件PD1被串联连接在信号电荷累积部FD与接地节点之间。类似地，转移晶体管Tt2和光电变换元件PD2被串联连接在信号电荷累积部FD与接地节点之间。光电变换元件PD1和PD2均用光电二极管来配置。
接着，将参考图2和3来描述根据实施例1的固态成像装置中的像素部的详细结构。
图2是用于描述根据本发明的实施例1的固态成像装置的平面图，其中，图2（a）图示出杂质注入区相对于元件分离区的配置，并且其中，图2（b）图示出接触部和转移晶体管的栅极电极相对于元件分离区的配置。
此外，图3是沿着图2（b）中的线A-A’的截面图。图2（b）的平面图图示出出现在半导体衬底上的各种杂质注入区相对于图1（a）中所图示的像素部151的被交替长和短虚线包围的部分X的配置。
在根据本发明的实施例1的固态成像装置100a中，配置形成在第一导电性类型半导体衬底100（诸如p型硅衬底）上的像素部151的各个像素Px（诸如像素Px1和Px2）包括形成在半导体衬底100内的用于通过对入射光的光电变换来生成信号电荷的光电变换元件（即，光电二极管）PD1和PD2、以及形成在半导体衬底100的第一主表面上的用于转移由光电变换元件PD1和PD2生成的信号电荷的转移晶体管Tt1和Tt2。上述第一主表面是图3中的半导体衬底100的上表面（在下文中，也被称为前衬底表面），并且图3图示出像素Px1的转移晶体管Tt1以及位于转移晶体管Tt1的两侧的光电变换元件PD1和信号电荷累积部108（图1（b）中的FD）的结构。请注意，虽然图3图示出像素Px1的截面结构，但其它像素Px与此像素Px1相同。
在这里，像素Px1的光电变换元件PD1包括：第二导电性类型光电变换区（n－型半导体区）101，其用于对已经通过与第一主表面相反的半导体衬底的第二主表面进入的入射光进行光电变换；以及第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）102，其用于在半导体衬底100的第一主表面侧累积通过光电变换区101处的光电变换生成的信号电荷。转移晶体管的栅极电极107（在下文中，也被称为转移栅极电极）被形成为配置于电荷累积区102的第一主表面侧的表面上。在这里，第二主表面是图3中的半导体衬底100的下表面，其在下文中也被称为背部衬底表面。
转移栅极电极107由以下各项构成：多晶硅层107a，其被形成在半导体衬底100的上方，其中栅极绝缘膜113a被插入于其间；以及高熔点金属硅化物层107b，其被形成为覆盖多晶硅层107a的表面。在这里，作为高熔点金属硅化物层107b的构成材料的高熔点金属是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍，其为具有比多晶硅更高的光反射率的材料。此外，高熔点金属硅化物层107b具有以下功能：向后朝着衬底的内部反射光，该光已经进入背部衬底表面，已经通过构成光电变换元件的半导体区被透射，并且还已经通过多晶硅层107a被透射。
此外，在固态成像装置100a中，光电变换元件PD1包括形成在第二导电性类型电荷累积区102的前衬底侧以便被配置在电荷累积区102上的第一导电性类型前表面半导体区（前表面p区）103。此外，像素Px1包括：第二导电性类型信号电荷累积部（电荷累积n+区）108，其远离第二导电性类型电荷累积区102地形成，在其之间具有0.2 μm至1.0 μm的空间，用于累积由光电变换元件PD1生成的信号电荷；以及第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）109，其被配置在光电变换元件外部的信号电荷累积部108与光电变换元件的电荷累积区102之间，用于将来自光电变换元件PD1的电荷累积区102的信号电荷转移至光电变换元件外部的信号电荷累积部108。第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）109包括转移晶体管Tt1的沟道区。前表面p区103具有超过第一导电性类型电荷转移区109的杂质浓度的杂质浓度。
在这里，第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）102和第二导电性类型信号电荷累积部（电荷累积n+区）108被相互远离地配置，其中第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）109被插入于其间。电荷累积区102与信号电荷累积部108之间的空间的下限可以等于或大于基本上不引起短沟道效应的最小距离。此外，电荷累积区102与信号电荷累积部108之间的空间的上限可以等于或小于由固态成像装置中的像素的集成度确定的可允许的最大距离。具体地，只要电荷累积区102与信号电荷累积部108之间的空间等于或大于基本上不引起短沟道效应的最小距离并等于或小于由固态成像装置中的像素的集成度确定的可允许的最大距离，其就在本发明的范围内。电荷累积区102与信号电荷累积部108之间的空间在例如0.2 μm至1.0 μm的范围内。这是因为在现有情况下不引起短沟道效应的最小距离是0.2 μm且由固态成像装置中的像素的集成度确定的可允许的最大距离是1.0 μm。然而，由于细微处理技术的发展，上述空间的下限具有小于当前下限的趋势。因此，在将来，上述空间的下限可以小于当前值，0.2 μm（例如，0.1 μm）。总之，只要电荷累积区102与信号电荷累积部108之间的空间等于或大于基本上不引起短沟道效应的最小距离并等于或小于由固态成像装置中的像素的集成度确定的可允许的最大距离，其就在本发明的范围内，如上所述。
此外，第二导电性类型电荷累积区102、第一导电性类型电荷转移区109和第二导电性类型信号电荷累积部108被形成于半导体衬底100中的第一导电性类型阱区（p阱区）104包围。对于共享同一第二导电性类型信号电荷累积部108的每两个像素而言，第二导电性类型电荷累积区102、第二导电性类型电荷转移区109和第二导电性类型信号电荷累积部108被第一导电性类型阱区104相互电分离。
此外，前表面p区103具有等于或小于第一导电性类型阱区104的杂质浓度的杂质浓度。通过将第一导电性类型阱区104的杂质浓度设置成1×1018 cm-3或更小，能够减小对阱区104的离子注入损坏，并且因此能够抑制噪声电荷的生成。
此外，用在厚度方面为0.1 μm至0.3 μm的p型半导体层配置第一导电性类型前表面半导体区103，并且构成光电变换元件的第一导电性类型电荷累积区102被形成为使得其杂质浓度的峰值位置处于在深度方面距离半导体衬底的第一主表面0.15 μm至0.40 μm的位置处。
此外，元件分离区105位于在顶部和底部相互邻近的光电变换元件PD1和PD2之间，并且元件分离区105还位于以与光电变换元件的布置间距相同的间距布置在水平方向上的第二导电性类型信号电荷累积部108之间。此外，通过元件分离区105，其中布置有光电变换元件的用于光电变换元件的两行顶部和底部布置区也与用于重置晶体管Rt和放大晶体管At的带状扩散区131和141电分离。
元件分离区105是通过用绝缘构件（诸如氧化硅）填充到形成于半导体衬底100中的沟槽中而形成的这样的区域。此外，背表面p+区110形成在半导体衬底100的背表面侧。
将参考图2和3来描述构成像素的电路中的晶体管的连接。
为了避免复杂，图2（a）和图2（b）图示出位于图中的光电变换元件PD1和PD2的左侧的光电变换元件中的晶体管之间的连接，而光电变换元件PD1和PD2中的晶体管之间的连接与位于图中的光电变换元件PD1和PD2的左侧的光电变换元件中的晶体管之间的连接相同。
两个重置晶体管Rt1和Rt2形成于带状扩散区131上，并且被施加重置信号Rs的两个重置栅极电极132被以与带状扩散区131交叉的这样的方式配置，其中栅极绝缘膜（未示出）被插入于其间。通过接触部134向带状扩散区131中的两个重置栅极电极132之间的共漏极区施加用于行选择的漏极信号Rd。具体地，当漏极信号Rd处于高电平时，选择像素行；并且当漏极信号Rd处于低电平时，不选择像素行。此外，重置晶体管之一（即，重置晶体管Rt1）的源极区与配线112b相连，所述配线112b与信号电荷累积部（FD部）108相连，其中接触部133被插入于其间。另一重置晶体管（即，重置晶体管Rt2）的源极区与为图1中所图示的像素部151中的第一行中的像素和第二行中的像素所共用的信号电荷累积部（FD部）相连。
两个放大晶体管At1和At2形成于带状扩散区141上，并且放大栅极电极142被以与带状扩散区141交叉的这样的方式配置，其中栅极绝缘膜（未示出）被插入于其间。通过接触部144向带状扩散区141中的两个放大栅极电极142之间的共漏极区施加电源电压Vdd（例如，2.5V）。此外，放大晶体管之一（即，放大晶体管At1）的源极区与读出信号线Lr相连，其中接触部143被插入于其间。另一放大晶体管（即，放大晶体管At2）的源极区也与对应于同一像素列的读出信号线Lr相连，其中接触部143被插入于其间。此外，放大晶体管之一（即，放大晶体管At1）的栅极电极142与配线112b相连，所述配线112b与信号电荷累积部（FD部）108相连。另一放大晶体管（即，放大晶体管At2）的栅极电极142与为图1中所图示的像素部151中的第五行中的像素和第六行中的像素所共用的信号电荷累积部（FD部）相连。
此外，转移栅极电极107与配线层112a相连，其中接触部111a被插入于其间。此外，信号电荷累积部（FD部）108与配线层112b相连，其中接触部111b被插入于其间。在这里，配线层112a和112b是通过对形成于转移栅极电极107上方的配线材料进行构图而形成的，其中层间绝缘膜（未示出）被插入于其间。
在下文中，将描述构成根据本发明的固态成像装置的半导体衬底和各个半导体区的杂质浓度。
构成光电变换元件的第二导电性类型光电变换区（n－型半导体区）101的杂质浓度是约1×1015 cm-3至约5×1016 cm-3。构成光电变换元件的第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）102的杂质浓度是约1×1016 cm-3至约1×1017 cm-3。此外，形成于n型半导体区102的前表面上的第一导电性类型前表面半导体区（前表面p区）103的杂质浓度是约1×1016 cm-3至约5×1017 cm-3，并且第一导电性类型阱区（p阱区）104的杂质浓度是约5×1016 cm-3至约1×1018 cm-3。此外，第二导电性类型信号电荷累积部（电荷累积n+区）、即FD（浮置扩散）部108的杂质浓度是约1×1017 cm-3至约1×1020 cm-3，并且第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）109的杂质浓度是约5×1015 cm-3至约1×1017 cm-3，并且背表面p+区110的杂质浓度是约1×1018 cm-3至约1×1019 cm-3。
上述光电变换元件具体地是嵌入式光电二极管。在此类嵌入式光电二极管中，第一导电性类型前表面半导体区（前表面p区）103形成在第二导电性类型电荷累积区（n型电荷累积区）102的前表面中，以增加与由于累积信号电荷（电子）的第二导电性类型电荷累积区102的表面上的晶体缺陷等而热生成的噪声电荷（电子）耦合的空穴的浓度，使得通过缩短噪声电荷的寿命来抑制由于除信号电荷之外的噪声电荷引起的噪声。
接着，在下文中将描述根据本发明的实施例1的固态成像装置的操作。
在具有如上所述的配置的根据本发明的实施例1的此类固态成像装置100中，以与常规固态成像装置类似的方式来执行读出操作。
在下文中，将参考图1（a）和1（b）来简要地描述根据实施例1的固态成像装置中的读出操作。
垂直扫描电路153通过来自定时生成部156的定时信号来选择像素部中的像素行，并且所选像素行的像素信号被输出到信号处理电路154。在信号处理电路154中，执行用于去除固定噪声图案的过程。此外，随着水平扫描电路152通过来自定时生成部156的定时信号向信号处理电路154输出扫描信号，使得信号处理电路154将成功地向水平信号线155输出每个像素的数字像素信号，被输出到水平信号线155的数字信号被从输出部157输出到固态成像装置100a的外部。
此外，在根据实施例1的固态成像装置100中，在电荷累积时段期间（在此期间通过在光电变换元件处对入射光的光电变换来生成并累积信号电荷），在转移栅极电极107与第一导电性类型前表面半导体区103之间施加0.1 V至1.0 V的电位，使得转移栅极电极107的电位将小于第一导电性类型前表面半导体区103的电位。
图4是图示出此类固态成像装置的操作的图。
例如，在固态成像装置100a中，通过配置于半导体衬底100的第一主表面侧从而位于像素部的外围中的外围电路部（即，垂直扫描电路153、水平扫描部152、信号处理电路154、定时生成部156等）之一，在电荷累积时段期间，生成0.1V至1.0V的负电压并将其施加于转移栅极电极107，并且向FD部108施加1V至5V的正电压。此外，在电荷累积时段期间，像素部中的第一导电性类型前表面半导体区103的电位通过第一导电性类型阱区104、第一导电性类型背表面半导体区110等被固定于除像素部151之外的外围电路部的接地电位。
图4（a）图示出在其期间执行光电变换并累积信号电荷的时段的电位分布。
向信号电荷累积部108（FD部）施加1 V至5 V的电压并由接地电位向转移栅极电极107提供在0.1 V与1.0 V之间的范围内的负电位，使得电荷累积区102的电位将以这样的方式被固定，即空穴浓度将在其前表面上被稳定化，并且将抑制噪声电荷的生成。此外，累积在电荷累积区中的过量电荷通过在图4（a）中被图示为B-B’-B’’的路径中的电位梯度被排出至第二导电性类型信号电荷累积部（浮置扩散部）108。
此外，在电荷转移时段期间（在此期间，在电荷累积时段期间累积在光电变换元件中的信号电荷被转移至第二导电性类型信号电荷累积部（FD部）108），在转移栅极电极107与第一导电性类型前表面半导体区103之间提供正电位差，使得转移栅极电极107的电位将大于第一导电性类型前表面半导体区103的电位。
图4（b）图示出在其期间转移信号电荷的时段的电位分布。
向转移栅极电极107和信号电荷累积部108施加在2 V与5 V之间的范围内的电源电压，使得第一导电性类型前表面半导体区（前表面p区）103和第二导电性类型电荷累积区102的电位将被调制，并且聚集在第二导电性类型电荷累积区102中的信号电荷将被读出到FD部108，遵循在图4（b）中被图示为C-C’-C’’的路径中的电位梯度。
照这样，通过在电荷累积时段期间在转移栅极电极107与第一导电性类型前表面半导体区103之间施加电位，使得转移栅极电极107的电位相对于第一导电性类型前表面半导体区103的电位将更小，能够在第一导电性类型前表面半导体区103中保证稳定的空穴浓度，由此缩短热生成载流子（电子）的寿命并减少噪声电荷。
接着，在下文中将参考图5和6来描述根据本发明的实施例1的用于制造固态成像装置的方法。
图5和6均是用于描述根据本发明的实施例1的用于制造固态成像装置的方法的图。图5（a）至5（e）图示出用于描述形成光电变换元件的步骤和形成构成转移栅极电极的多晶硅层的步骤的截面图。图6（a）至6（e）图示出用于描述形成构成转移栅极电极的反射膜的步骤的截面图。
首先，在第一导电性类型半导体衬底（例如，p型硅衬底）100上形成元件分离区105。通过在p型硅衬底100的前表面中形成沟槽并用绝缘材料（诸如氧化物）来填充沟槽而形成元件分离区105。在图2（a）中，粗实线指示元件分离区的边界。
然后，在第一导电性类型半导体衬底100中形成p阱区104，并且在p阱区104中形成n－型半导体区101作为光电变换元件的第二导电性类型光电变换区。此外，在n－型半导体区101的前表面区中形成电荷转移部p－区109。
接着，形成离子注入保护膜113b，并且然后使用如图5（a）中所图示的具有开口120a的抗蚀剂掩模120来选择性地注入n型杂质，诸如磷（p+）或砷（As+）。结果，第二导电性类型电荷累积区102被形成为从而构成起光电变换元件作用的光电二极管（图5（b））。
随后，如图5（b）中所图示的那样，使用同一抗蚀剂掩模120来选择性地注入p型杂质，诸如硼（B+）或BF2+，以形成前表面p区103作为第一导电性类型前表面半导体区。
接着，如图5（c）中所图示的那样，在去除抗蚀剂掩模120之后，在半导体衬底内形成构成外围电路部中的半导体元件的半导体区。然后，去除离子注入保护膜113b并在前表面上形成栅极绝缘膜（栅极氧化膜）113a。此外，用汽相生长法来沉积电极材料，诸如多晶硅，并且用干法蚀刻（诸如等离子体蚀刻）的技术来各向异性地蚀刻此电极材料，以形成多晶硅栅极层107a（图5（d））。
在此阶段处，如图5（d）中所图示的那样，多晶硅栅极层107a被完全配置于前表面p区103、电荷转移部p－区109以及包围这些区域的p阱区104的在半导体衬底的前表面侧的表面上。
随后，使用具有开口121a的抗蚀剂掩模121将n型杂质（诸如磷（p+）或砷（As+））注入到多晶硅栅极层107a的开口中，以形成第二导电性类型信号电荷累积部（FD部）108，其将是电荷读出区（图5（e））。
随后，在整个表面上形成绝缘膜（例如，氧化硅膜）131，并且然后在绝缘膜上执行回蚀刻（etchback），使得多晶硅栅极层107a的表面将被暴露（图6（a））。
然后，通过沉积高熔点金属材料（诸如钨）来形成高熔点金属层107c（图6（b）），并且通过热处理来使高熔点金属层107c成硅化物，以形成高熔点金属硅化物层107b（图6（c））。
然后，选择性地去除高熔点金属层107c及其下的氧化硅膜131以形成转移栅极电极107（图6（d））。
接着，在形成层间绝缘膜（未示出）之后，形成接触部111a和111b，并且还形成配线层112a和112b。然后，通过在支承衬底上层压p型硅衬底100的支承衬底层压步骤以及通过对p型硅衬底100的背表面侧进行研磨以使p型硅衬底100薄化的硅衬底薄化步骤，当n－型半导体区101的背表面侧被暴露时，通过将杂质注入到n－型半导体区101的背表面中并对其执行热处理的杂质注入和热处理步骤来形成背表面p+区110（图6（e））。
请注意，还可以通过形成多晶硅层且还形成金属硅化物层并且然后通过干法蚀刻处理（诸如等离子体蚀刻）对两个层进行构图来形成具有上述两层结构的转移栅极。
接着，在下文中将描述根据本发明的固态成像装置的工作效果。
首先，在根据本发明的实施例1的固态成像装置100a与常规固态成像装置1之间，转移栅极电极的配置是不同的，如根据图2、3和10之间的比较能够看到的那样。
具体地，在常规固态成像装置1中，转移栅极电极32仅形成在n型电荷累积区24与信号电荷累积部（电荷n+区）25之间的区域（即，用于转移栅极32的沟道区）中（参见图13），并且转移栅极电极32并未配置在构成光电变换元件（即，光电二极管）的n型电荷累积区24上。此外，在常规固态成像装置1中，转移栅极电极32具有多晶硅膜的单层结构。
另一方面，在根据本发明的实施例1的固态成像装置100a中，转移栅极电极107是以如下这样的方式形成的：不仅被完全配置在每个像素的第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）109的衬底的前表面侧的表面上，而且被完全配置在第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）102的衬底的前表面侧的表面上（图3）。此外，在根据本发明的实施例1的固态成像装置100a中，转移栅极电极107具有多晶硅层107a和被形成为反射膜以覆盖多晶硅层107a的表面的高熔点金属硅化物层107b的双层结构。
此外，在形成于第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）102的前表面侧的第一导电性类型前表面半导体区（前表面p区）103的杂质浓度方面，根据本发明的固态成像装置100a与比较常规的固态成像装置1不同，如根据图3和图10之间的比较看到的那样。具体地，在根据本发明的实施例1的固态成像装置100a中，形成于第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）102上的第一导电性类型前表面半导体区（前表面p区）103的杂质浓度小于常规固态成像装置1中的前表面半导体区（前表面p+区）23的杂质浓度。
在根据实施例1的固态成像装置100a中，转移栅极电极107被配置于第二导电性类型电荷累积区102的第一主表面侧的表面上，使得光电变换元件的第二导电性类型电荷累积区102将不会接收到来自形成转移栅极电极的过程中的等离子体蚀刻的任何损坏，因此抑制由于晶体缺陷而引起的噪声电荷的生成。
因此，即使在减小形成于第二导电性类型电荷累积区102的前表面区上的第一导电性类型前表面半导体区103的杂质浓度时，也能够抑制诸如白斑之类的缺陷。这还将允许将邻近于第二导电性类型电荷累积区102的第一导电性类型电荷转移区109的杂质浓度抑制得很低。结果，能够增加此第一导电性类型电荷转移区109中的电位电平的变化量，由此增强转移电荷的效率。
此外，由于转移栅极电极107被完全配置于光电变换元件的第二导电性类型电荷累积区102、第一导电性类型电荷转移区109以及包围第二导电性类型信号电荷累积部108的p阱区104的在半导体衬底的前表面侧的表面上，所以这些区域将不会接收到由于形成转移栅极电极的过程中的等离子体蚀刻而引起的任何损坏，并且结果，这些半导体区的结晶度能够是良好的。
此外，由于转移栅极电极107由多晶硅栅极层107a和被形成为覆盖多晶硅栅极层107a的表面的高熔点金属硅化物层107b构成，所以从半导体衬底100的背表面侧进入并通过半导体衬底100和转移栅极电极107的多晶硅层107a透射的光将被转移栅极电极107的高熔点金属硅化物层107b反射并将再次返回半导体衬底的内部。此反射将使得入射光的高效使用成为可能。此外，由于转移栅极电极107被配置于电荷转移部p－区109和前表面p区103的在半导体衬底的前衬底表面侧的表面上，所以变得能够避免如在参考图13来描述的常规固态成像装置中那样通过转移栅极电极32与反射层43之间的间隙逸出的来自衬底的背表面侧的入射光的问题。
此外，用形成于多晶硅栅极层107a的表面上的高熔点金属硅化物层107b来减小转移栅极电极107的电阻，由此减小固态成像装置的其功率消耗。
此外，由于除FD部（电荷累积n+区）108之外的半导体衬底内的所有杂质区是在转移栅极电极的形成之前形成的，所以除FD部108之外的半导体衬底内的杂质区是在其中杂质区尚未在转移栅极电极形成时被等离子体蚀刻损坏的状态下形成的。这将使得能够保证良好的结晶度，并消除使特性劣化的原因，诸如漏电流。
照这样，能够防止由于栅极电极的蚀刻而引起的此类等离子体损坏影响光电变换元件的表面，并且因此将没必要在光电变换元件的表面上形成p+区。
结果，变得能够消除与此类p+区的形成相关联的注入损坏，并且变得能够消除在半导体衬底100的前表面侧的光电变换元件的表面p+区以及从前p+区到电变换转移部p－区的过渡区。具体地，从前p+区到光电变换元件的电变换转移部p－区的此类过渡区的消除促进了转移特性的保证。此外，将转移栅极电极配置于光电变换元件的表面上允许电荷累积期间的空穴浓度的增加。更具体地，在电荷累积期间向转移栅极电极施加负偏压允许光电变换元件的前表面p区中的空穴浓度的增加。
结果，不仅在光电变换元件的表面上抑制了噪声电荷的生成，而且能够缩短所生成的噪声电荷的寿命。由于噪声电荷而引起的噪声的抑制能够与光电变换元件中的饱和电荷量的保证一致。
（实施例2）
图7是用于描述根据本发明的实施例2的固态成像装置的图，其中，其图示出对应于沿着图2（b）中的线A-A’的截面图的部分。
根据实施例2的固态成像装置100b包括转移栅极电极117，而不是根据上述实施例1的固态成像装置100a中的转移栅极电极107，其中，转移栅极电极117具有与转移栅极电极107不同的截面结构。该结构的其余部分与根据实施例1的固态成像装置100a相同。
具体地，在根据实施例2的固态成像装置100b中，转移栅极电极117具有多层结构，其包括：形成在栅极绝缘膜102上的多晶硅栅极层117a；高熔点金属硅化物层117b；以及形成在高熔点金属硅化物层117b的表面上的金属层117c。在这里，钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍被用于构成高熔点金属硅化物层的高熔点金属材料。钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍还被用于构成转移栅极电极的金属层的金属材料。
请注意，同样在实施例2中，在与实施例1中的方法类似地形成多晶硅层和高熔点金属硅化物层之后，可以通过在此高熔点金属上选择性地形成金属层而形成转移栅极电极117。可替换地，可以用其中在形成多晶硅层之后还依次形成金属硅化物层和金属层且然后通过干法蚀刻来对这三个层进行构图的方法，形成具有三层结构的转移栅极电极117。
在具有此类配置的固态成像装置100b中，转移栅极电极117具有三层结构，其具有多晶硅栅极层117a、其上的高熔点金属硅化物层117b以及其上的金属层117c。因此，能够进一步减小转移栅极电极117的电阻，并且来自半导体衬底100内部的朝向外部的光能够以高反射率被反射回去并返回到半导体衬底100中。
（实施例3）
图8是用于描述根据本发明的实施例3的固态成像装置的图，其中，其图示出沿着图2（b）中的线A-A’的截面图。
根据实施例3的固态成像装置100c包括转移栅极电极217，而不是根据上述实施例1的固态成像装置100a中的转移栅极电极107，其中，转移栅极电极217具有与转移栅极电极107不同的截面结构。该结构的其余部分与根据实施例1的固态成像装置100a相同。
具体地，在根据实施例3的固态成像装置100c中，转移栅极电极217具有多层结构，其包括：形成在栅极绝缘膜102上的多晶硅栅极层217a；以及形成在其表面上的金属层217b。在这里，钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍被用于构成转移栅极电极217的金属层217b的金属材料。
请注意，同样在实施例3中，在与实施例1中的方法类似地对多晶硅栅极层进行构图之后，可以通过在此多晶硅栅极层上选择性地形成金属层而形成转移栅极电极217。可替换地，可以用其中在形成多晶硅栅极层之后还依次形成金属层且然后通过干法蚀刻对这两个层进行构图的方法，形成具有实施例3中的两层结构的转移栅极电极。
在具有此类配置的固态成像装置100c中，转移栅极电极217具有两层结构，其具有多晶硅栅极层217a和在其上的金属层117c。因此，还能够用此类相对简单的结构来减小转移栅极电极217的电阻，并且来自半导体衬底100内部的朝向外部的光能够被以高反射率被反射回去并返回到半导体衬底中。
（实施例4）
图9是用于描述根据本发明的实施例4的固态成像装置的图，其中，其图示出对应于沿着图2（b）中的线A-A’的截面图的部分。
根据实施例4的固态成像装置100d包括转移栅极电极317，而不是根据上述实施例1的固态成像装置100a中的转移栅极电极107，其中，转移栅极电极317具有与转移栅极电极107不同的截面结构。该结构的其余部分与根据实施例1的固态成像装置100a相同。
具体地，在根据实施例4的固态成像装置100d中，转移栅极电极317具有单层结构，其具有金属层。在这里，钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍被用于构成转移栅极电极317的金属材料。
请注意，同样在实施例4中，可以通过用干法蚀刻对所形成的金属层进行构图来形成转移栅极电极317。
在具有此类配置的固态成像装置100d中，转移栅极电极317具有单层结构，其具有金属层。因此，能够用此类相对简单的结构来进一步减小转移栅极电极317的电阻，并且来自半导体衬底100内部的朝向外部的光能够以高反射率被反射回去并返回到半导体衬底中。
请注意，金属层317可以是由上述金属材料制成的多层结构。此外，在这种情况下，能够实现电阻的减小，并且从半导体衬底的背表面进入的光能够在半导体衬底的前表面侧以高反射率被反射回去并返回到半导体衬底中。
（实施例5）
图10是用于描述根据本发明的实施例5的固态成像装置的平面图，其中，图10（a）图示出杂质注入区相对于元件分离区的配置，并且，图10（b）图示出接触部和转移栅极电极相对于元件分离区的配置。
图11图示出沿着图10（b）中的线A-A’的截面图。
根据实施例5的固态成像装置100e是通过相对于根据实施例1的固态成像装置100a中的第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）109和第二导电性类型信号电荷累积部（电荷n+区）108改变配置而获得的。
具体地，在根据实施例5的固态成像装置100e中，第二导电性类型信号电荷累积部（电荷n+区）108a被配置在布置于行方向上的邻近第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）102之间，并且第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）109a被配置在此第二导电性类型信号电荷累积部108a与相应的第二导电性类型电荷累积区102之间。此外，第一导电性类型电荷转移区109a是以包围第二导电性类型信号电荷累积部108a的这样的方式配置的。
该配置的其余部分与根据实施例1的固态成像装置的配置相同。
请注意，同样在根据实施例5的固态成像装置100e中，在带状扩散区131的上方形成有两个重置晶体管Rt1和Rt2，并且以与带状扩散区131交叉的这样的方式配置被施加重置信号Rs的两个重置栅极电极132，其中栅极绝缘膜（未示出）被插入于其间。通过接触部134向带状扩散区131中的两个重置栅极电极132之间的共漏极区施加漏极信号Rd。此外，重置晶体管之一（即，重置晶体管Rt1）的源极区与配线112b相连，所述配线112b与信号电荷累积部（FD部）108相连，其中接触部133被插入于其间。另一重置晶体管（即，重置晶体管Rt2）的源极区与为图1中所图示的像素部151中的第一行中的像素和第二行中的像素所共用的第二导电性类型信号电荷累积部（FD部）相连。
两个放大晶体管At1和At2被形成在带状扩散区141上，并且以与带状扩散区141交叉的这样的方式配置有放大栅极电极142，其中栅极绝缘膜（未示出）被插入于其间。通过接触部144向带状扩散区141中的两个放大栅极电极142之间的共漏极区施加电源电压Vdd（例如，2.5V）。此外，放大晶体管之一（即，放大晶体管At1）的源极区与读出信号线Lr相连，其中接触部143被插入于其间。另一放大晶体管（即，放大晶体管At2）的源极区也与对应于同一像素列的读出信号线Lr相连，其中接触部143被插入于其间。此外，放大晶体管之一（即，放大晶体管At1）的栅极电极142与配线112b相连，所述配线112b与信号电荷累积部（FD部）108相连。另一放大晶体管（即，放大晶体管At2）的栅极电极142与为图1中所图示的像素部151的第五行中的像素和第六行中的像素所共用的信号电荷累积部（FD部）相连。
接着，在下文中将描述根据实施例5的固态成像装置的工作效果。
在具有如上所述的此类配置的固态成像装置100e中，第二导电性类型信号电荷累积部（电荷n+区）108a被配置在具有多晶硅层147a和被形成为覆盖多晶硅层147a的表面的高熔点金属硅化物层147b的两层结构的转移栅极电极147的开口147c内，类似于实施例1，并且第二导电性类型信号电荷累积部（电荷n+区）108a不与元件分离区105进行接触。因此，能够将并行地配置的转移栅极电极147（在图10（b）中相互邻近地配置在顶部和底部的转移栅极电极）相互甚至更接近地配置，这使得能够减小像素面积。
在图10（a）中所图示的像素部的配置中，变得能够将第二导电性类型信号电荷累积部（FD部）108a远离伴随元件分离区105的p阱区104地配置。这将促进减小电荷转移部p－区109a中的杂质浓度。
具体地，由于在根据实施例1的固态成像装置100a中p阱区104被配置在第二导电性类型信号电荷累积部108的左侧和右侧两者，所以第一导电性类型电荷转移区109的宽度被第二导电性类型信号电荷累积部108的宽度限制。另一方面，由于在根据实施例5的固态成像装置100e中第二导电性类型信号电荷累积部108a被远离p阱区104地配置，所以能够以包围第二导电性类型信号电荷累积部108a的这样的方式来配置电荷转移部p－区109a，包括从光电变换元件的第二导电性类型电荷累积区102到第二导电性类型信号电荷累积部108a的转移路径。
因此，能够增加电荷转移部p－区109a的面积，并且抑制电荷转移部p－区109a的杂质浓度的增加，其是由于来自位于电荷转移部p－区109a的外围中的p阱区104的杂质扩散而引起的。因此，变得能够使得对转移特性的进一步改善能被实现。
此外，由于转移栅极电极147由多晶硅栅极层147a和被形成为覆盖多晶硅栅极层147a的表面的高熔点金属硅化物层147b构成，所以从半导体衬底100的背表面侧进入并通过半导体衬底100和多晶硅层147a被透射的光将被转移栅极电极147的高熔点金属硅化物层147b反射并将再次返回半导体衬底的内部。此反射将使得入射光的高效使用成为可能。此外，由于转移栅极电极147被完全配置在电荷转移部p－区109a和前表面p区103的在半导体衬底的前表面侧的表面上，所以变得能够防止如在参考图13所描述的常规固态成像装置中那样来自衬底的背表面侧的入射光通过转移栅极电极32与反射层43之间的间隙逸出的问题。
此外，用形成在多晶硅栅极层147a的表面上的高熔点金属硅化物层147b来减小转移栅极电极147的电阻，使得能够减小固态成像装置的其功率消耗。
此外，能够将并行地配置的转移栅极电极147配置成相互甚至更接近，使得能够减小用于像素的面积。
根据上述实施例1至5，转移晶体管被指示为此类晶体管，其中反射膜形成至少一个层，所述至少一个层构成栅极电极，所述栅极电极以如下这样的方式被定位：从半导体衬底的第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸至第一主表面上的被光电变换元件占用的区域，并且被配置在该区域上。然而，本发明不限于这些实施例，并且反射膜可以形成构成转移晶体管的栅极电极的至少一个层的至少一部分。可以使用任何公开已知的方法（例如，用于沉积构成反射膜的材料并选择性地蚀刻所沉积的层的方法）作为如上所述用于在特定层中“部分地”形成反射膜的方法。
另外，还可以在转移晶体管的栅极电极上形成反射膜。在这种情况下，形成在转移晶体管的栅极电极上的反射膜是与转移晶体管的栅极电极不同的反射膜，并且该反射膜不一定起转移晶体管的栅极电极的作用。例如，形成在转移晶体管的栅极电极上的反射膜可以是不具有导电性的绝缘反射膜。可替换地，虽然在转移晶体管的栅极电极上形成的反射膜可以是具有导电性的反射膜（例如，高熔点硅化物层或金属层），但在这种情况下对于导电反射膜而言有必要使其与栅极电极绝缘。此外，能够使用用于形成栅极电极并然后在该栅极电极上形成绝缘反射膜的方法或者用于形成栅极电极并然后用配置在该栅极电极上的绝缘膜形成导电反射膜的方法作为用于在转移栅极的此类栅极电极上形成反射膜的方法。
此外，形成在转移晶体管的栅极电极上的反射膜不限于形成在栅极电极的整个表面上的那些反射膜。该反射膜可以是形成在栅极电极的至少一部分上的那些反射膜。能够使用任何公开已知的方法（例如，用于沉积构成反射膜的材料并选择性地蚀刻所沉积的层的方法）作为如上所述用于在栅极电极上“部分地”形成反射膜的方法。
此外，虽然在上述实施例1至5中未具体地描述，但在下文中将描述电子信息设备。具有图像输入设备的电子信息设备（诸如数字摄影机（例如，数字视频摄影机或数字静止摄影机）、图像输入照相机、扫描仪、传真机和装配有照相机的蜂窝电话设备）包括使用根据上述实施例1至5的固态成像装置100a至100e中的至少一个作为图像输入设备的成像部。
（实施例6）
图12是示意性地图示出作为本发明的实施例6的电子信息设备的示例性配置的框图，在成像部中使用根据实施例1至5中的任一项的固态成像装置。
如图12中所图示的根据本发明的实施例6的电子信息设备190包括根据本发明的实施例1至5的固态成像装置100a、100b、100c、100d和100e中的至少一个作为用于捕获对象的成像部191。电子信息设备190还包括以下各项中的至少任何一个：存储器部192（例如，记录介质），其用于在对图像数据执行预定信号处理以便记录之后，对通过使用成像部进行的图像捕获获得的高质量图像数据进行数据记录；显示器部193（例如，液晶显示器设备），其用于在执行预定信号处理以便显示之后在显示屏（例如，液晶显示屏）上显示此图像数据；通信部194（例如，发射和接收设备），其用于在对图像数据执行预定信号处理以便通信之后传送此图像数据；以及图像输出部195，其用于打印（打出）并输出（打印出）此图像数据。
如上所述，通过使用本发明的优选实施例来举例说明本发明。然而，不应仅仅基于上述这些实施例来解释本发明。要理解的是，应仅仅基于权利要求来解释本发明的范围。还要理解的是，本领域技术人员根据本发明的详细优选实施例的描述，基于本发明的描述和一般知识，能够实现等效的技术范围。此外，要理解的是，应以与本说明书中具体描述的内容相同的方式在本说明书中通过引用而结合在本说明书中引用的任何专利、任何专利申请和任何参考文献。
工业适用性
在固态成像装置、固态成像装置的制造方法以及电子信息设备的领域中，本发明能够实现：固态成像装置，其能够通过用形成在半导体衬底的表面之一的上方的反射膜来高效地反射已经通过与在其内形成有光电变换元件的表面之一相反的半导体衬底的另一表面进入的光而实现改善的灵敏度；用于制造该固态成像装置的方法；以及电子信息设备。
附图标记的列表
100 第一导电性类型半导体衬底
100a至100e 固态成像装置
101 第二导电性类型光电变换区（n－型半导体区）
102 第二导电性类型电荷累积区（n型半导体区）
103 第一导电性类型前表面半导体区（前表面p区）
104 第一导电性类型阱区（p阱区）
105 元件分离区
107、117、217、317 转移栅极电极
108、108a 第二导电性类型信号电荷累积部（电荷累积n+区）
109、109a 第一导电性类型电荷转移区（电荷转移部p－区）
110 背表面p+区
111a、111b 接触部
112a、112b 配线层
113a 栅极绝缘膜（栅极氧化膜）
113b 离子注入保护膜
120、121 抗蚀剂
120a、121a 抗蚀剂开口
190 电子信息设备
191 成像部
192 存储器部
193 显示器部
194 通信部
195 图像输出部。

Claims (23)

1.一种固态成像装置，其包括被形成在第一导电性类型半导体衬底中的用于对入射光进行光电变换来生成信号电荷的光电变换元件，其中，由光电变换元件生成的信号电荷被变换成图像信号，通过信号处理，其被输出，
该固态成像装置还包括转移晶体管，其被形成在半导体衬底的第一主表面上，用于将由光电变换元件生成的信号电荷转移到光电变换元件的外部，
其中，该转移晶体管包括栅极电极，其以如下这样的方式被定位：从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域，并且被配置在这些区域上，以及
其中，构成转移晶体管的栅极电极的至少一个层的至少一部分由反射膜构成，或者在转移晶体管的栅极电极上的区域的至少一部分中形成有反射膜。
2.根据权利要求1所述的固态成像装置，
其中，光电变换元件包括：
第二导电性类型光电变换区，其用于对从与第一主表面相反的一侧的半导体衬底的第二主表面获取的入射光进行光电变换；以及
第二导电性类型电荷累积区，其用于在第一主表面侧累积通过第二导电性类型光电变换区中的光电变换而生成的信号电荷，以及
其中，转移晶体管的栅极电极被形成为配置在第二导电性类型电荷累积区的第一主表面侧的表面上。
3.根据权利要求2所述的固态成像装置，其中，该固态成像装置还包括：
第二导电性类型信号电荷累积部，其用于累积从光电变换元件转移的信号电荷；以及
第一导电性类型电荷转移区，其用于将该信号电荷从第二导电性类型电荷累积区转移到第二导电性类型信号电荷累积部，
其中，第二导电性类型电荷累积区与第二导电性类型信号电荷累积部被相互远离地配置，其中第一导电性类型电荷转移区被插入于其间。
4.根据权利要求3所述的固态成像装置，其中，第二导电性类型电荷累积区与第二导电性类型信号电荷累积部之间的空间等于或大于基本上不引起短沟道效应的最小距离，并且等于或小于由固态成像装置中的像素的集成度可允许的最大距离。
5.根据权利要求3所述的固态成像装置，其中，第二导电性类型电荷累积区与第二导电性类型信号电荷累积部之间的空间在0.2 μm至1.0 μm的范围内。
6.根据权利要求3所述的固态成像装置，其中，该固态成像装置还包括：
第一导电性类型阱区，其被形成在第一导电性类型半导体衬底内；以及
第一导电性类型前表面半导体区，其以被配置在第二导电性类型电荷累积区上的这样的方式形成在第二导电性类型电荷累积区的第一主表面侧，以及
其中，第一导电性类型前表面半导体区具有超过第一导电性类型电荷转移区的杂质浓度并且等于或小于第一导电性类型阱区的杂质浓度的杂质浓度。
7.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中，第一导电性类型阱区被形成为包围第二导电性类型电荷累积区、第一导电性类型电荷转移区和第二导电性类型信号电荷累积部。
8.根据权利要求6所述的固态成像装置，其中，转移晶体管的栅极电极被形成为配置在第一主表面上的被第一导电性类型阱区占用的区域上。
9.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，转移晶体管的栅极电极具有多层结构，其包括多晶硅层和在该多晶硅层的表面上作为反射膜而被形成的高熔点金属硅化物层。
10.根据权利要求9所述的固态成像装置，其中，构成转移晶体管的栅极电极的高熔点金属硅化物层的高熔点金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍。
11.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，转移晶体管的栅极电极具有多层结构，其包括多晶硅层和在该多晶硅层的表面上作为反射膜而被形成的金属层。
12.根据权利要求11所述的固态成像装置，其中，构成转移晶体管的栅极电极的金属层的金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍。
13.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，转移晶体管的栅极电极具有多层结构，其包括多晶硅层、形成在该多晶硅层的表面上的高熔点金属硅化物层、以及形成在该高熔点金属硅化物层的表面上的金属层，该高熔点金属硅化物层和金属层被形成为反射膜。
14.根据权利要求13所述的固态成像装置，其中，构成转移晶体管的栅极电极的高熔点金属硅化物层的高熔点金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍，以及
其中，构成转移晶体管的栅极电极的金属层的金属材料是钨、钴、钛、钼、铪、铂或镍。
15.根据权利要求1所述的固态成像装置，其中，转移晶体管的栅极电极具有由高熔点金属层构成的单层结构。
16.一种用于制造根据权利要求1至15中的任一项所述的固态成像装置的方法，该方法包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及
在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，
其中，形成转移晶体管的步骤包括：
在第一主表面上沉积转移晶体管的栅极电极的构成材料的步骤；以及
通过选择性地蚀刻所沉积的栅极电极的构成材料来形成栅极电极，使得该栅极电极从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤，以及
其中，形成栅极电极的步骤包括将反射膜形成为构成栅极电极的至少一个层的至少一部分的步骤，或者用于制造固态成像装置的方法包括在转移晶体管的栅极电极上的区域的至少一部分中形成反射膜的步骤。
17.一种用于制造根据权利要求3至8中的任一项所述的固态成像装置的方法，该方法包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及
在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，
其中，形成转移晶体管的步骤包括：
在第一主表面上沉积转移晶体管的栅极电极的构成材料的步骤；
通过选择性地蚀刻所沉积的栅极电极的构成材料来形成栅极电极，使得该栅极电极通过第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤；以及
通过使用转移晶体管的栅极电极作为掩模来执行离子注入而形成第二导电性类型信号电荷累积部的步骤。
18.一种用于制造根据权利要求6至8中的任一项所述的固态成像装置的方法，该方法包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及
在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，
其中，形成光电变换元件的步骤包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成第二导电性类型电荷累积区的步骤；以及
在第二导电性类型电荷累积区中在第一主表面侧形成第一导电性类型前表面半导体区，从而覆盖第二导电性类型电荷累积区的步骤，以及
其中，第二导电性类型电荷累积区和第一导电性类型半导体衬底是通过使用同一离子注入掩模进行的杂质注入而形成的。
19.一种用于制造根据权利要求9所述的固态成像装置的方法，该方法包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及
在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，
其中，形成转移晶体管的步骤包括：
在第一主表面上沉积多晶硅层的步骤；
通过选择性地蚀刻所沉积的多晶硅层来形成多晶硅栅极层，使得该多晶硅栅极层从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤；以及
在多晶硅栅极层的表面上形成高熔点金属硅化物层的步骤。
20.一种用于制造根据权利要求11所述的固态成像装置的方法，该方法包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及
在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，
其中，形成转移晶体管的步骤包括：
在第一主表面上沉积多晶硅层的步骤；
通过选择性地蚀刻所沉积的多晶硅层来形成多晶硅栅极层，使得该多晶硅栅极层从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤；以及
在多晶硅栅极层的表面上形成金属层的步骤。
21.一种用于制造根据权利要求13所述的固态成像装置的方法，该方法包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及
在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，
其中，形成转移晶体管的步骤包括：
在第一主表面上依次沉积多晶硅层、高熔点金属硅化物层和金属层的步骤；以及
通过选择性地蚀刻所沉积的多晶硅层、高熔点金属硅化物层和金属层而形成具有包括多晶硅层、高熔点金属硅化物层和金属层的多层结构的栅极电极，使得该栅极电极通过第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤。
22.一种用于制造根据权利要求15所述的固态成像装置的方法，该方法包括：
在第一导电性类型半导体衬底内形成光电变换元件的步骤；以及
在第一导电性类型半导体衬底中在第一主表面侧形成转移晶体管的步骤，
其中，形成转移晶体管的步骤包括：
在第一主表面上形成高熔点金属层的步骤；以及
通过选择性地蚀刻所形成的高熔点金属层而形成由高熔点金属层构成的栅极电极，使得该栅极电极从第一主表面上的被转移晶体管占用的区域延伸到第一主表面上的被光电变换元件占用的区域并且被配置在这些区域上的步骤。
23.一种电子信息设备，其包括根据权利要求1至15中的任一项所述的固态成像装置。
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