CN107104118B - 固体摄像器件以及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及固体摄像器件以及电子设备。其中，固体摄像器件包括：半导体基板，其包括接收入射光的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；光电二极管区，其形成在所述半导体基板中，所述光电二极管区包括：第一n型半导体区，第一p型半导体区，第二n型半导体区，第二p型半导体区；以及栅极，其在所述半导体基板中从所述第二表面沿深度方向延伸，其中，所述第一n型半导体区、所述第一p型半导体区、所述第二n型半导体区和所述第二p型半导体区从所述半导体基板的第二表面侧按此顺序在所述深度方向上设置。

Description

固体摄像器件以及电子设备
本申请是申请日为2012年7月5日、发明名称为“固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法以及电子设备”的申请号为201210232192.X的专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本申请包含与2011年8月11日向日本专利局提交的日本专利申请JP2011-176057以及2011年7月12日向日本专利局提交的日本专利申请JP2011-153914中公开的相关主题并要求其优先权，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、固体摄像器件的制造方法以及一种采用该固体摄像器件的电子设备。
背景技术
在具有光电转换区的固体摄像器件中，存在一种配置为沿半导体基板的深度方向布置有多个光电转换区的固体摄像器件。在这种固体摄像器件中，形成有与在半导体基板的较深位置处设置的光电转换区接近的沟槽，并且在该沟槽内隔着栅极绝缘膜布置有读出栅极。
在如此配置的固体摄像器件中，在半导体基板内部，在沿着从布置有光电转换区的较深位置至浮动扩散部之间的栅极绝缘膜的位置处形成有沟道。通过对嵌入所述沟槽内的读出栅极施加电压，将光电转换区中累积的信号电荷经由该沟道而读出给浮动扩散部(参照日本未审查专利申请2009-295937号公报)。
而且，公开了一种将半导体基板区用作低浓度的n型杂质区的配置，在该半导体基板区中，在半导体基板的较深位置处布置的具有n型杂质区的光电转换区和由n型杂质区构成的浮动扩散部之间形成有沟道。根据这种配置，通过调整n型杂质浓度，使光电转换区完全耗尽，从而可传输全部信号电荷(参照日本未审查专利申请2010-114322号公报)。
而且，就背面照射型固体摄像器件而言，一直要求增加饱和电荷量以及高灵敏度。
作为一种用于增加饱和电荷量的配置，已提出了一种在基板内沿深度方向形成有多个光电二极管的固体摄像器件(参照日本未审查专利申请2010-114274号公报)。根据这种配置，通过沿深度方向层叠三个光电二极管(PD1、PD2和PD3)以增加饱和电荷量，所述光电二极管由n型半导体区与n型半导体区上的p型半导体区之间的PN结形成。此外，将从基板的表面沿深度方向嵌入的垂直型栅极设置为传输晶体管(Tr)。使用这种垂直型Tr以将电荷从形成于基板的较深位置处的光电二极管PD传输给浮动扩散部(FD)。
而且，已提出了一种具有实现高灵敏度的配置的固体摄像器件，其中，在光入射侧(基板背面)设有第二光电二极管PD2并且在光入射侧的相反面(基板正面)上设有第一光电二极管PD1(参照日本未审查专利申请2010-192483号公报)。
在这种固体摄像器件中，通过在半导体基板的表面中注入离子以形成第一光电二极管PD1和浮动扩散部(FD)等。而且，在半导体基板上形成栅极、布线层等后，将半导体基板反转，并且研磨半导体基板的背面。
接下来，从半导体基板的背面侧注入离子，通过诸如激光退火处理等例如1000℃的热处理以进行杂质的活化，从而形成第二光电二极管PD2等。
然而，在如上所述地配置的固体摄像器件中，虽然可读出布置于半导体基板内的相对浅的位置处的光电转换区中的全部信号电荷，但难以读出位于深部的光电转换区中的信号电荷。这是因为，在读出栅极导通的情况下，在构成光电转换区的n型杂质区中的与栅极绝缘膜接近的部分中形成有电势比沟道部的电势深的区域，并且信号电荷残留在该深区中。这种信号电荷的残留成为该固体摄像器件所摄取的图像发生残像的原因。而且，在固体摄像器件中，还要求增加饱和电荷量。
发明内容
因此，根据本发明，期望提供一种其中无论半导体基板的位置深度如何而均可读出光电转换区的全部信号电荷的固体摄像器件，从而实现图像特性的提高。而且，根据本发明，期望提供一种可实现饱和电荷量的增加的固体摄像器件。而且，根据本发明，期望提供这种固体摄像器件的制造方法以及包含这种固体摄像器件的电子设备。
本发明的固体摄像器件包括：读出栅极，其隔着栅极绝缘膜嵌入在半导体基板中所形成的沟槽内；和光电转换区，其设置于半导体基板内部。而且，浮动扩散部在与光电转换区保持间隔的同时而设置于半导体基板的表面层上。具体来说，电势调整区设置为与光电转换区和栅极绝缘膜邻接。该电势调整区与半导体基板和光电转换区为同一导电型，并且还是比半导体基板和光电转换区的所述导电型的浓度低的杂质区。
对于如此配置固体摄像器件，相比于未设有电势调整区的配置，沿着栅极绝缘膜的沟道形成区中的电势级差下降。而且，例如，在光电转换区、半导体基板中的沿着栅极绝缘膜的区域以及电势调整区全部为n型的情况下，半导体基板的电势比电势调整区浅。因此，在通过对读出栅极施加电压而将光电转换区中累积的信号电荷(电子)读出给电势调整区的情况下，将信号电荷(电子)无阻碍地读出给半导体基板的沿着栅极绝缘膜的沟道形成区。
而且，本发明还提供了这种固体摄像器件的制造方法，并且进行以下过程。首先，在半导体基板中导入杂质。于是，在半导体基板内部形成光电转换区。而且，与之相伴地，与光电转换区邻接地形成电势调整区，该电势调整区与半导体基板和光电转换区为同一导电型，并且该导电型的浓度也比半导体基板和光电转换区低。接下来，在半导体基板中形成与电势调整区邻接的沟槽。随后，在沟槽内隔着栅极绝缘膜形成读出栅极。而且，通过在半导体基板的表面层中导入杂质，形成与读出栅极接近的浮动扩散部。
而且，本发明的固体摄像器件包括：第一光电二极管，其包括形成于半导体基板的第一主面侧的第一个第一导电型半导体区以及与第一个第一导电型半导体区相邻地形成于半导体基板内部的第一个第二导电型半导体区；以及第二光电二极管，其包括形成于半导体基板的第二主面侧的第二个第一导电型半导体区以及与第二个第一导电型半导体区相邻地形成于半导体基板内部的第二个第二导电型半导体区；并且还包括栅极，其形成于半导体基板的第一主面侧。在上述配置中，第二个第一导电型半导体区和第二个第二导电型半导体区之间的连接面的杂质浓度等于或大于第二个第二导电型半导体区的与第二个第一导电型半导体区相反侧的层的连接面的杂质浓度。
或者，在以上配置中，在半导体基板内将第一个第二导电型半导体区和第二个第二导电型半导体区连接。而且，第二个第一导电型半导体区和第二个第二导电型半导体区之间的连接面的杂质浓度等于或小于第一个第二导电型半导体区和第二个第二导电型半导体区之间的连接面的杂质浓度。
而且，本发明的电子设备包括：上述固体摄像器件；光学系统，其配置为将入射光导入固体摄像器件的摄像单元中；以及信号处理电路，其配置为处理固体摄像器件的输出信号。
本发明的固体摄像器件的制造方法包括：从半导体基板的第一主面侧注入第二导电型杂质以在第一主面侧的半导体基板内部形成第一个第二导电型半导体区；从半导体基板的第一主面侧注入第一导电型杂质以在半导体基板的第一主面的表面上形成第一个第一导电型半导体区；在半导体基板的第一主面上形成栅极；从半导体基板的第二主面侧注入第二导电型杂质以在第二主面侧的半导体基板内部形成第二个第二导电型半导体区，该第二个第二导电型半导体区的第二主面的表面侧的杂质浓度等于或大于半导体基板的深部侧的杂质浓度；并且从半导体基板的第二主面侧注入第一导电型杂质以在半导体基板的第二主面的表面上形成第二个第一导电型半导体区。
根据上述固体摄像器件以及通过上述制造方法制造的固体摄像器件，在半导体基板的第二主面侧，由杂质浓度高的第一导电型半导体区和第二导电型半导体区形成光电二极管。因此，在第二主面侧形成有PN结容量大的光电二极管。因此，可增加固体摄像器件的饱和信号量。
而且，本发明还提供了包含这种固体摄像器件的电子设备。
根据本发明，由电势调整区调整沟道形成区的电势级差，从而可将光电转换区的信号电荷无阻碍地读出给半导体基板的沟道形成区。因此，在将光电转换区设置于半导体基板的较深位置处的固体摄像器件中，可读出光电转换区的全部信号电荷，从而可通过防止发生残像以实现图像特性的提高。
而且，根据本发明，可提供能增加饱和电荷量的固体摄像器件。
附图说明
图1A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图1B为固体摄像器件的光电二极管的沿深度方向的电势分布图；
图2A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图2B为固体摄像器件的光电二极管的沿深度方向的电势分布图；
图3A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图3B为固体摄像器件的光电二极管的沿深度方向的电势分布图；
图4为表示第一实施方式的固体摄像器件的配置的平面图；
图5A为表示第一实施方式的固体摄像器件的配置的横截面图，且图5B为第一实施方式的固体摄像器件的光电二极管的沿深度方向的电势分布图；
图6A～图6D为第一实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图7E～图7H为第一实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图8I～图8K为第一实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图9L～图9N为第一实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图10O～图10Q为第一实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图11R～图11T为第一实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图12A为表示第一实施方式的固体摄像器件的配置的横截面图，且图12B为图12A所示的固体摄像器件的Y-Y'横截面的电势分布图；
图13为图11T所示的固体摄像器件的Y-Y'横截面的电势分布图；
图14A为表示第一实施方式的固体摄像器件的变型例的配置的横截面图，且图14B为第一实施方式的固体摄像器件的变型例的光电二极管的沿深度方向的电势分布图；
图15A为表示第一实施方式的固体摄像器件的变型例的配置的横截面图，且图15B为第一实施方式的固体摄像器件的变型例的光电二极管的沿深度方向的电势分布图；
图16为表示第二实施方式的固体摄像器件的配置的横截面图；
图17A为第二实施方式的固体摄像器件的累积电荷时的电势分布图，且图17B为第二实施方式的固体摄像器件的传输电荷时的电势分布图；
图18A～图18C为第二实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图19D～图19F为第二实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图20G～图20I为第二实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图21J～图21L为第二实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图22M～图22O为第二实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图23为表示第三实施方式的固体摄像器件的配置的横截面图；
图24A～图24C为第三实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图25D～图25F为第三实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图26G～图26I为第三实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图27J～图27L为第三实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图28M～图28O为第三实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图29P～图29R为第三实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图30S～图30U为第三实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图31为表示第四实施方式的固体摄像器件的配置的横截面图；
图32A～图32C为第四实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图33D～图33F为第四实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图34G～图34I为第四实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图35J～图35L为第四实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图36M～图36O为第四实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图37P～图37R为第四实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图38S～图38U为第四实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图39为表示第五实施方式的固体摄像器件的配置的横截面图；
图40A～图40C为第五实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图41D～图41F为第五实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图42G～图42I为第五实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图43J～图43L为第五实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图44M～图44O为第五实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图45P～图45R为第五实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图46S和图46T为第五实施方式的固体摄像器件的制造步骤图；
图47A和图47B为表示第六实施方式的固体摄像器件的配置的平面图和横截面图；
图48A和图48B为说明第六实施方式的固体摄像器件的驱动的图；
图49A～图49C为表示第六实施方式的固体摄像器件的制造过程的横截面步骤图(部分1)；
图50A～图50C为表示第六实施方式的固体摄像器件的制造过程的横截面步骤图(部分2)；
图51为表示用作第六实施方式的比较例的固体摄像器件的配置的横截面图；
图52A和图52B为说明用作第六实施方式的比较例的固体摄像器件的驱动的图；
图53A和图53B为表示第七实施方式的固体摄像器件的配置的平面图和横截面图；
图54A和图54B为说明第七实施方式的固体摄像器件的驱动的图；
图55A～图55C为表示第七实施方式的固体摄像器件的制造过程的横截面步骤图(部分1)；
图56A和图56B为表示第七实施方式的固体摄像器件的制造过程的横截面步骤图(部分2)；
图57为表示用作第七实施方式的比较例的固体摄像器件的配置的横截面图；
图58A和图58B为说明用作第七实施方式的比较例的固体摄像器件的驱动的图；
图59A～图59C为表示一个实施方式的变型例的横截面图；并且
图60为固体摄像器件所适用的电子设备的示意性配置图。
具体实施方式
虽然以下说明本发明的最优选的实施例，但本发明不限于以下例子。
注意，以下列顺序进行说明：
1.固体摄像器件概要
2.固体摄像器件的第一实施方式
3.第一实施方式的固体摄像器件的制造方法
4.固体摄像器件的第二实施方式
5.第二实施方式的固体摄像器件的制造方法
6.固体摄像器件的第三实施方式
7.第三实施方式的固体摄像器件的制造方法
8.固体摄像器件的第四实施方式
9.第四实施方式的固体摄像器件的制造方法
10.固体摄像器件的第五实施方式
11.第五实施方式的固体摄像器件的制造方法
12.第六实施方式(设有电势调整区的固体摄像器件的例子)
13.第七实施方式(设有与电势调整区重叠的钉扎区的固体摄像器件的例子)
14.变型例
15.电子设备的实施方式
注意，对于各实施方式和变型例，以相同的附图标记表示共同的部件，并且省略了重复说明。
1.固体摄像器件概要
首先，说明固体摄像器件的概要。
图1A和图1B表示上述日本未审查专利申请2010-114274号公报中公开的固体摄像器件的配置。图1A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图1B为图1A所示的固体摄像器件的光电二极管(PD)的沿深度方向的电势分布图。
图1A所示的固体摄像器件10在半导体基板11内的不同深度处包括三层光电二极管(PD)14。
固体摄像器件10包括：第一光电二极管(PD1)，其在半导体基板11的较深位置处形成有介于第一导电型(p型)半导体区12A和第二导电型(n型)半导体区13之间的连接面；第三光电二极管(PD3)，其在半导体基板11的表面上形成有介于杂质浓度高于其它区域的第一导电型(p+型)半导体区12C和第二导电型(n型)半导体区13之间的连接面；以及第二光电二极管(PD2)，其在第一光电二极管(PD1)和第三光电二极管(PD3)之间的中间层上形成有介于第一导电型(p型)半导体区12B和第二导电型(n型)半导体区13之间的连接面。
而且，固体摄像器件10包括垂直型晶体管(Tr)，该垂直型晶体管(Tr)读出PD14的电荷。垂直型Tr包括隔着栅极绝缘膜17形成的读出栅极16、用于传输信号电荷的传输沟道19以及用于累积所传输的信号电荷的浮动扩散部(FD)18。
读出栅极16由平面栅极16A和垂直型栅极16B构成，平面栅极16A形成于半导体基板11上，垂直型栅极16B在平面栅极16A下方从半导体基板11的表面沿深度方向以柱状形成。
FD18由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区构成。FD18在半导体基板11的表面上形成于隔着读出栅极16而面对PD14的位置处。
而且，溢出通道由n型半导体区13构成，n型半导体区13沿着垂直型栅极16B从半导体基板11的表面至内部而形成。即，第二导电型半导体区13与第一导电型半导体区12A～第一导电型半导体区12C相邻的部分构成PD1～PD3。第二导电型半导体区13的由从半导体基板11的表面至内部沿着垂直型栅极16B所形成的部分构成溢出通道。
传输沟道19由低浓度的第二导电型(n-型)半导体区构成，并且形成于与第一导电型半导体区12C相邻的平面栅极16A的正下方。传输沟道19形成为与FD18以及构成溢出通道的n型半导体区13相邻。
接下来，如图1B所示，说明关于形成于半导体基板11的表面上的PD3以及形成于半导体基板11的较深位置处的PD2的电势分布。图1B所示的电势分布图表示构成PD14的第二导电型半导体区13和第一导电型半导体区12A、12B的电势。
通过从半导体基板11的表面侧进行离子注入以形成上述图1所示的固体摄像器件10的PD14和FD18。因此，如图1B所示，在半导体基板11的较深位置处形成光电二极管的情况下，必须通过以高能量进行离子注入以制造第一导电型半导体区和第二导电型半导体区之间的PN结。因此，第一导电型半导体区和第二导电型半导体区各自的杂质扩散至宽的范围，并且杂质分布变得缓和。因此，降低了PN结周围的杂质浓度。因此，在半导体基板11的较深位置处形成的PD1的每单位面积的容量小，且可累积的饱和信号量小。
因此，通过采用图1A和图1B所示的固体摄像器件10的配置，即使当沿半导体基板11的深度方向增加光电二极管本身时，基板深部的光电二极管的饱和信号量仍然小，因此，饱和信号量的增加效率差，且未在饱和电荷量的增加中获得大的优势。
接下来，图2A和图2B表示上述日本未审查专利申请2010-192483号公报中公开的固体摄像器件的配置。图2A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图2B为图2A所示的固体摄像器件的光电二极管(PD)的X-X'横截面中的沿深度方向的电势分布图。
对于图2A所示的固体摄像器件20，在半导体基板21的光入射面的相反面(基板正面)侧形成有第一光电二极管(PD1)，并且在光入射面(基板背面)侧形成有第二光电二极管(PD2)。在PD1和PD2之间设有作为像素隔离区的第一导电型(p型)半导体区25和第一导电型(p-型)半导体区31。
而且，在半导体基板21的入射面(基板背面)上安装有诸如滤色器、微透镜等光学部件。在基板正面侧形成有布线层、用于读出经光电转换而累积的信号电荷的MOS晶体管等。
PD1包括：电荷累积区，其由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区22构成；光电转换区，其由第二导电型(n型)半导体区23构成；以及具有高浓度以抑制暗电流的发生的第一导电型(p+型)半导体区27。而且，PD2包括由第二导电型(n-型)半导体区24构成的光电转换区以及高浓度的第一导电型(p+型)半导体区26。
根据上述配置，如图2B所示，对于PD1和PD2，形成有直至深区的充分的电势区。
从背面侧的PD2的第二导电型半导体区24至正面侧的PD1的第二导电型半导体区22形成缓坡。背面侧的PD2必须将电荷传输给形成于半导体基板21的正面侧的传输Tr，因此，PD2的电势必须低于正面侧的PD1。
接下来，说明图2A所示的固体摄像器件的PD1和PD2的形成方法。
首先，通过采用通常的处理流程对半导体基板21的表面侧进行离子注入，以形成PD1、构成垂直型Tr的杂质扩散区以及用作像素隔离区的p型半导体区25。而且，在半导体基板21上形成绝缘层和导电层，并且形成栅极和布线等。
接下来，使半导体基板21的布线层侧接合于支撑基板，并利用CMP(化学机械研磨)或蚀刻法将半导体基板21打薄至约1～1.5μm厚。接着，从半导体基板21的背面侧进行用于形成用作像素隔离区的p-型半导体区31的离子注入以及用于形成PD2的离子注入。在离子注入后，在背面侧进行激光退火处理以活化所形成的杂质区，并且形成PD2。
如上所述，对于图2A所示的固体摄像器件，通过从半导体基板21的正面侧进行离子注入以形成PD1。接着，通过从半导体基板21的背面进行离子注入以形成PD2。
通过从半导体基板21的正面侧和背面侧两个方向进行离子注入，抑制了杂质在半导体基板21的深部扩散至宽的范围，并且光接收区可沿半导体基板21的深度方向延伸。因此，可提高饱和电荷量的增加率。而且，可以相对低的能量形成背面侧的PD2。
然而，对于上述图2A和图2B所示的固体摄像器件20，必须利用半导体基板21的电势梯度以使电荷移动至半导体基板21的正面侧。因此，背面侧的PD2的杂质浓度与正面侧的PD1的杂质浓度不同，或者没有比正面侧的PD1的杂质浓度浓。从而，无法期望饱和信号量的增加。
对于具有上述图2A和图2B所示的配置的固体摄像器件20，在图3A和图3B中图示了这样的配置，即，将背面侧的PD2的杂质浓度设定为等于或大于正面侧的PD1的杂质浓度。图3A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图3B为图3A所示的固体摄像器件的光电二极管(PD)的X-X'横截面的沿深度方向的电势分布图。
对于图3A所示的固体摄像器件30，在半导体基板21的光入射面的相反面(基板正面)侧形成有第一光电二极管(PD1)，并且在光入射面(基板背面)侧形成有第二光电二极管(PD2)。注意，其它配置与上述图2A所示的固体摄像器件20相同。
PD1包括：电荷累积区，其由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区32构成；光电转换区，其由第二导电型(n型)半导体区33构成；以及具有高浓度以抑制暗电流的发生的第一导电型(p+型)半导体区37。而且，PD2包括：光电转换区，其由浓度等于或大于PD1的第二导电型(n+型)半导体区34构成；以及高浓度的第一导电型(p+型)半导体区36。
根据上述配置，如图3B中的电势分布所示，对于PD1和PD2，形成有直至深区的充分的电势区。而且，在将PD2的杂质浓度设定为等于或大于PD1的情况下，将PD2的电势升高至与PD1相同。
当PD2的电势升高时，通过从半导体基板的正面侧进行离子注入所形成的第二导电型半导体区33的浓度低，因此，在PD2和PD1之间形成势垒。即，对于具有图3A所示的配置的固体摄像器件，在背面侧的光电二极管(PD2)处生成的电荷不被传输给表面上的FD。而且，在半导体基板的比第二导电型半导体区32更深的部分中形成有第二导电型半导体区33，从而，相比于第二导电型半导体区32，杂质更易于扩散，并且难以形成高浓度。
因此，当将背面侧的PD2的杂质浓度设定为等于或大于正面侧的PD1的杂质浓度时，在传输路径的中部生成势垒，从而不能从PD2至FD进行电荷传输。因此，对于图3A所示的固体摄像器件30，未增加饱和信号量。
如上所述，从电荷传输的观点看，根据相关技术的固体摄像器件的配置，必须将其中形成有传输Tr的正面侧的PD的杂质浓度设定为较高，并且必须将在背面侧(光入射面侧)形成的PD的杂质浓度设定为低于正面侧的杂质浓度。根据这种配置，正面侧的PD的杂质浓度可设定为较高，因此，在第一导电型半导体区和第二导电型半导体区之间获得了陡峭的PN结，并且可增大PN结容量。然而，背面侧的PD的第一导电型半导体区和第二导电型半导体区之间未获得陡峭的结，因此，未增大PN结容量。2.固体摄像器件的第一实施方式
[固体摄像器件的配置例：示意性配置图]
下面，说明本实施方式的固体摄像器件的具体实施方式。
图4表示作为固体摄像器件的例子的MOS(金属氧化物半导体)型固体摄像器件的示意性配置图。
图4所示的固体摄像器件40由半导体基板以及外围电路部构成，例如，在硅基板上以二维的形式规则地排列有像素42的像素部(所谓的摄像区)43，像素42包含用作多个光电转换单元的光电二极管。像素42包括光电二极管以及多个像素晶体管(所谓的MOS晶体管)。
多个像素晶体管例如可由传输晶体管、复位晶体管和放大晶体管这三个晶体管构成。此外，所述多个像素晶体管还可通过添加选择晶体管而由四个晶体管构成。
外围电路部由垂直驱动电路44、列信号处理电路45、水平驱动电路46、输出电路47、控制电路48等构成。
控制电路48基于垂直同步信号、水平同步信号和主时钟而生成时钟信号或控制信号，所述时钟信号或控制信号用作垂直驱动电路44、列信号处理电路45、水平驱动电路46等的工作基准。控制电路48将这些信号输入给垂直驱动电路44、列信号处理电路45、水平驱动电路46等。
垂直驱动电路44例如由移位寄存器构成。垂直驱动电路44以行为单位沿垂直方向依次选择性地扫描像素部43的各像素42，并且将像素信号经由垂直信号线49而提供给列信号处理电路45，所述像素信号以根据各像素42的光电转换元件处的光接收量而生成的信号电荷为基础。
例如，为每列像素42排列有列信号处理电路45，并且使用来自每个像素列的黑基准像素(形成于有效像素区周围)的信号对从四行像素42中输出的信号进行诸如噪声消除等信号处理。即，列信号处理电路45进行诸如用于消除像素42所固有的固定模式噪声的CDS(相关双采样)、信号放大等信号处理。对列信号处理电路45的输出级设有水平选择开关(未图示)以连接于水平信号线41。
水平驱动电路46例如由移位寄存器构成，水平驱动电路46通过依次输出水平扫描脉冲而依次选择各个列信号处理电路45，并且将来自各个列信号处理电路45的像素信号输出给水平信号线41。
输出电路47对从各个列信号处理电路45经由水平信号线41而依次供给的信号进行信号处理，并输出所述信号。
用于驱动各像素的驱动电路由上述外围电路44～外围电路48和设置于像素部43的像素电路构成。注意，外围电路44～外围电路48可设置于层叠于像素部43上的位置处。
在将上述固体摄像器件40应用于背面照射型固体摄像器件的情况下，在光入射面(所谓的光接收面)侧的背面上未形成有布线层，而在与光接收面的相反侧的正面侧形成有布线层。
[固体摄像器件的配置例：像素部]
接下来，图5A和图5B表示构成第一实施方式的固体摄像器件的一个像素的主要部分。图5A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图5B为表示图5A所示的固体摄像器件的光电二极管(PD)的X-X'横截面的沿深度方向的电势分布图。
对于图5A所示的固体摄像器件50，在半导体基板51的光入射面的相反面(基板正面)51A侧的表面上形成有第一光电二极管(PD1)。在半导体基板51的光入射面(基板背面)51B侧的表面上形成有第二光电二极管(PD2)。
而且，在半导体基板51的基板正面51A上设有由绝缘层和布线构成的布线层52。在半导体基板51的基板背面51B上隔着绝缘层64安装有未图示的诸如光电转换膜、滤色器、微透镜等光学部件。
PD1从基板正面51A侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区54、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区55以及第二导电型(n型)半导体区56。
PD2从基板背面51B侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区59、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区58以及第二导电型(n型)半导体区57。
在半导体基板51的中央处将PD1的n型半导体区56与PD2的n型半导体区57连接，并且PD1和PD2一体形成。
p+型半导体区54和p+型半导体区59为用于抑制在PD1或PD2处发生暗电流的杂质区。n+型半导体区55和n+型半导体区58为电荷累积区，并且n型半导体区56和n型半导体区57为光电转换区。
对于固体摄像器件50，PD2的由n+型半导体区58和n型半导体区57构成的第二导电型半导体区配置为具有以下所述的杂质浓度。
PD2的第二导电型半导体区在与p+型半导体区59相邻的面的杂质浓度等于或大于与p+型半导体区59的相反侧的层相邻的面的杂质浓度。此处，对于图5A所示的固体摄像器件的配置，p+型半导体区59的相反侧的层为n型半导体区56。
即，比较p+型半导体区59与n+型半导体区58之间的接合面处的杂质浓度以及n型半导体区57与PD1的n型半导体区56之间的接合面处的杂质浓度。此时，p+型半导体区59与n+型半导体区58之间的接合面处的杂质浓度等于或大于n型半导体区57与PD1的n型半导体区56之间的接合面处的杂质浓度。以此方式，调整了PD2的第二导电型半导体区(n+型半导体区58和n型半导体区57)的杂质浓度。
而且，对于PD1，以与上述PD2同样的方式调整PD1的第一导电型半导体区(n+型半导体区55和n型半导体区56)的杂质浓度。即，调整PD1的杂质浓度以使得n+型半导体区55与p+型半导体区54相邻的面的杂质浓度等于或大于n型半导体区56与n型半导体区57相邻的面的杂质浓度。
而且，图5A所示的固体摄像器件50包括垂直型晶体管(Tr)，该垂直型晶体管(Tr)用于读出PD1和PD2的电荷。垂直型Tr包括隔着绝缘膜63形成的传输栅极53和用于累积所传输的信号电荷的浮动扩散部(FD)60。
传输栅极53由平面栅极53A和垂直型栅极53B构成，平面栅极53A形成于半导体基板51上，垂直型栅极53B在平面栅极53A下方从半导体基板51的表面沿深度方向以柱状形成。
FD60由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区构成，并且在半导体基板51的表面上形成于隔着传输栅极53而面对PD1和PD2的位置处。
而且，第一像素隔离部61和第二像素隔离部62由第一导电型(p型)半导体区形成，以用作对各单位像素进行分区的像素隔离区。第一像素隔离部61和第二像素隔离部62在各相邻像素之间形成。第一像素隔离部61形成于半导体基板51的正面51A侧，且第二像素隔离部62形成于半导体基板51的背面51B侧。在半导体基板51的中央处将第一像素隔离部61与第二像素隔离部62连接并一体化。而且，在第一像素隔离部61内形成有FD60。
接下来，说明关于具有上述配置的固体摄像器件的PD1和PD2的X-X'横截面的沿深度方向的电势分布。如图5B所示，对于PD1和PD2，形成有直至深区的充分的电势区。
而且，对于固体摄像器件50，PD2的杂质浓度形成为与PD1的杂质浓度类似。因此，PD2的n+型半导体区58的电势形成为与PD1的n+型半导体区55的电势处于同等水平。
而且，在PD2中，n+型半导体区58的电势高，并且所述电势从n+型半导体区58至n型半导体区57侧和缓地下降。这样，根据上述PD2的杂质浓度以形成电势分布。即，在半导体基板51的背面51B侧的p+型半导体区59与n+型半导体区58之间的连接面的杂质浓度等于或大于PD1与PD2之间的连接面的杂质浓度。因此，n+型半导体区58在p+型半导体区59侧的电势变高。
对于上述固体摄像器件50的配置，当读出时对传输栅极53施加正电压，从而使传输栅极53正下方的电势(电压)发生变化。在PD1和PD2中累积的信号电荷穿过传输栅极53的垂直型栅极53B周围的区域并传输给FD60。
此时，背面侧的PD2的杂质浓度高，且即使对于其中未实施相关技术中的依据电势梯度的电荷传输的配置，在PD2的n+型半导体区58和n型半导体区57中累积的电荷仍通过垂直型Tr而传输给FD60。
这样，根据固体摄像器件50的配置，可读出与PD1的杂质浓度相同的PD2中的电荷。因此，可提高形成于背面51B上的PD2的杂质浓度，因此，在p+型半导体区59与n+型半导体区58之间获得了陡峭的PN结。可增大PD2的PN结容量，并且可增加固体摄像器件50的饱和信号量。
3.第一实施方式的固体摄像器件的制造方法
下面，说明第一实施方式的固体摄像器件的制造方法的例子。注意，以下对制造方法的说明中，与上述图5A和图5B所示的第一实施方式的固体摄像器件50的配置相同的配置由相同的附图标记来表示，并且省略了对所述配置的详述。而且，省略了关于半导体基板、布线层、其它各种类型的晶体管以及形成于固体摄像器件上的各种元件的制造方法的说明。可通过相关技术的方法制造上述部件。
首先，如图6A所示，制备半导体基板51。例如采用Si基板以作为半导体基板51。在半导体基板51的正面51A和背面51B上形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层63和绝缘层64。
接下来，如图6B所示，在半导体基板51的正面51A上形成抗蚀剂层71。利用光刻技术使抗蚀剂层71形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层71的开口部将第一导电型(p型)杂质离子注入到半导体基板51中。根据这种离子注入，在半导体基板51的正面51A侧形成第一像素隔离部61。第一像素隔离部61形成的深度约为最终形成固体摄像器件50时的半导体基板51的厚度的一半。
接下来，如图6C所示，在半导体基板51的正面51A上形成抗蚀剂层72。利用光刻技术使抗蚀剂层72形成图形，即，在固体摄像器件的传输栅极53的垂直型栅极53B的形成位置处形成开口。
接下来，如图6D所示，利用各向异性蚀刻技术，从抗蚀剂层72的开口部对半导体基板51和绝缘层63进行蚀刻。在半导体基板51上形成沟槽73。而且，如图7E所示，在沟槽73内露出的半导体基板51上形成由热氧化膜等构成的绝缘层63。
接下来，在除去抗蚀剂层72后，如图7F所示，在半导体基板51上形成由多晶硅等制成的栅极材料层74。对于该栅极材料层74，在将其嵌入并形成半导体基板51的沟槽73后，利用CMP法等使其表面平坦化。
接下来，如图7G所示，在栅极材料层74上形成抗蚀剂层75。利用光刻技术使抗蚀剂层75形成为图形，以使得该图形保留在固体摄像器件的栅极53所形成的位置、具体地保留在平面栅极53A的形成区域上。
接下来，如图7H所示，以抗蚀剂层75作为掩模，对栅极材料层74进行蚀刻。于是，形成栅极53。对于栅极53，形成于半导体基板51的沟槽73内的部分用作垂直型栅极53B，并且形成于半导体基板51的表面上的部分用作平面栅极53A。
接下来，如图8I所示，在半导体基板51上形成抗蚀剂层76。利用光刻技术使抗蚀剂层76形成图形，即，在固体摄像器件的PD1的形成位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层76的开口部将第二导电型(n型)杂质离子注入到半导体基板51的较深位置中。进行离子注入，直到深度为最终形成固体摄像器件50时的半导体基板51的厚度的一半为止。根据这种步骤，在半导体基板51的深部中形成用于构成PD1的第二导电型(n型)半导体区56。
接下来，如图8J所示，从抗蚀剂层76的开口部将第二导电型(n型)杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区56上的浅区中。根据这种离子注入，形成高浓度的第二导电型(n+型)半导体区55。
接下来，如图8K所示，从抗蚀剂层76的开口部离子注入第一导电型(p型)杂质。根据这种离子注入，在半导体基板51的表面上形成高浓度的第一导电型(p+型)半导体区54。
根据上述步骤，形成PD1，在PD1中，从半导体基板51的正面51A侧层叠有p+型半导体区54、n+型半导体区55以及n型半导体区56。
接下来，如图9L所示，在半导体基板51的正面51A上形成抗蚀剂层77。利用光刻技术使抗蚀剂层77形成图形，即，在形成固体摄像器件的FD的位置处、具体地在隔着栅极53而面对PD1的位置处的第一像素隔离区61内部形成开口。
接下来，从抗蚀剂层77的开口部将第二导电型(n型)杂质离子注入到半导体基板51中。根据这种离子注入，在半导体基板51的正面51A侧的第一像素隔离部61内形成FD60。
接下来，如图9M所示，在半导体基板51的正面51A上形成布线层52。通过层叠层间绝缘层和导电层以形成布线层52。而且，通过贯穿层间绝缘层以形成与固体摄像器件的栅极和PD连接的导电层。
接下来，如图9N所示，将支撑基板84连接于布线层52上，并且将半导体基板51反转。接下来，如图10O所示，利用CMP等除去半导体基板51的背面51B侧。通过除去半导体基板51的背面51B侧，以预定厚度形成半导体基板51。
注意，在除去半导体基板51的背面51B侧时，同时除去绝缘层64。因此，在以预定厚度形成半导体基板51后，在半导体基板51的背面51B上再形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层64。
接下来，如图10P所示，在半导体基板51的背面51B上形成抗蚀剂层78。利用光刻技术使抗蚀剂层78形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层78的开口部将第一导电型(p型)杂质离子注入到半导体基板51的背面51B侧。根据这种离子注入，在半导体基板51的背面51B侧形成第二像素隔离部62。第二像素隔离部62从第二像素隔离部62开始与已形成的第一像素隔离部61接触的深度直至背面51B形成。
根据这种步骤，从半导体基板51的正面51A至背面51B形成由第一像素隔离部61和第二像素隔离部62构成的像素隔离区。
接下来，如图10Q所示，在半导体基板51的背面51B上形成抗蚀剂层79。利用光刻技术使抗蚀剂层79形成图形，即，在固体摄像器件的PD2的形成位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层79的开口部将第二导电型(n型)杂质离子注入到半导体基板51的较深位置中。进行离子注入，直到深度约为最终形成固体摄像器件50时的半导体基板51的厚度的一半为止。接下来，通过将杂质扩散至与已形成的PD1的n型半导体区56连接的位置，在与n型半导体区56连接的位置处形成用于构成PD2的第二导电型(n型)半导体区57。
接下来，如图11R所示，从抗蚀剂层79的开口部将第二导电型(n型)杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区57上的浅区中。根据这种离子注入，形成高浓度的第二导电型(n+型)半导体区58。
接下来，如图11S所示，从抗蚀剂层79的开口部离子注入第一导电型(p型)杂质。根据这种离子注入，在半导体基板51的背面51B上形成高浓度的第一导电型(p+型)半导体区59。
根据上述步骤，形成了具有如下配置的PD2，其中，从半导体基板51的背面51B侧层叠有p+型半导体区59、n+型半导体区58以及n型半导体区57。
接下来，如图11T所示，对其中形成有PD1和PD2等的半导体基板51从背面51B侧根据激光退火处理等以进行热处理。例如，通过1000℃的热处理对半导体基板51内形成的杂质进行活化。
根据上述步骤，可制造本实施方式的固体摄像器件。
通过上述的本实施方式的固体摄像器件的制造方法，通过从半导体基板51的正面51A侧进行离子注入以形成PD1。接下来，通过从半导体基板51的背面51B侧进行离子注入以形成PD2。
这样，通过从正面51A侧进行离子注入，形成将在半导体基板51的正面51A侧形成的PD1，从而可在不降低杂质浓度的情况下，在半导体基板51的正面51A侧形成高浓度的杂质区。
而且，通过从背面51B侧进行离子注入以形成将在半导体基板51的背面51B侧形成的PD2，从而可在不降低杂质浓度的情况下，在半导体基板51的背面51B侧形成高浓度的杂质区。
因此，在p+型半导体区54、59和n+型半导体区55、58之间形成陡峭的PN结。因此，可增大PD1和PD2之间的PN结容量，并且可增加固体摄像器件50的饱和信号量。
而且，对于半导体基板51的中央部的PD1和PD2之间的接合部，通过离子注入至半导体基板51的一半左右的深度以形成n型半导体区56、57。因此，可在半导体基板51的中央部不进行比正面侧和背面侧高浓度的离子注入的情况下，确保PD1、PD2的深度。因此，可增加信号电荷的累积量。
而且，根据本实施方式的上述制造方法，对于注入p型杂质以形成像素隔离区的步骤，进行从半导体基板51的正面51A侧的离子注入以及从背面51B的离子注入。根据每种离子注入，使第一像素隔离部61和第二像素隔离部62形成至一半左右的深度，从而可抑制在进行离子注入时产生的杂质扩散至基板的深区。
例如，图12A和图12B表示在通过进行离子注入直至与半导体基板的厚度同样的深度这样一种步骤而形成像素隔离区的情况下的固体摄像器件的示意性配置。图12A为固体摄像器件的横截面图。图12B为图12A所示的固体摄像器件的Y-Y'横截面的电势分布图。
对于由p型杂质区构成的像素隔离部61A，随着像素隔离部61A从半导体基板的表面变深，通过杂质的扩散使离子注入的横截面扩展。扩散后的像素隔离区的杂质浓度低，因此，如图12B所示，电势梯度减小。于是，使半导体基板的光入射面侧的电势分布区变平坦。因此，在像素隔离区生成的电荷(电子e-)易于移动至相邻像素。这成为增加固体摄像器件的混色的原因。
另一方面，通过本实施方式的固体摄像器件的制造方法，通过从半导体基板的两面进行离子注入直至半导体基板的厚度的一半左右的深度，从而抑制了在半导体基板的深部的杂质的扩散。因此，相比于上述图12A所示的情况，可使像素隔离区变窄。图13表示图11T所示的固体摄像器件的Y-Y'横截面处的电势分布图。
如图13所示，可使像素隔离区变窄，因此，在不降低杂质浓度的情况下，增大了半导体基板的光入射面侧的电势梯度。具体来说，电势分布为使斜坡面向光电二极管侧的形状。因此，在像素隔离区生成的电荷(电子)可移动至光电二极管侧，并且可抑制向相邻像素的移动。因此，可抑制固体摄像器件的混色。
[变型例1]
接下来，图14A和图14B表示第一实施方式的变型例1的固体摄像器件的配置。图14A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图14B为在图14A所示的固体摄像器件的光电二极管(PD)的X-X'横截面处的沿深度方向的电势分布图。
在图14A所示的固体摄像器件80中，在形成于半导体基板51的背面51B侧的PD2上，形成比第一实施方式的固体摄像器件的浓度高的第二导电型(n++型)半导体区81。注意，除了该n++型半导体区81以外的配置与上述第一实施方式的配置相同，因此，省略了重复说明。
图14A所示的固体摄像器件80的PD1从基板正面51A侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区54、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区55以及第二导电型(n型)半导体区56。
PD2从基板背面51B侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区59、高浓度的第二导电型(n++型)半导体区81以及第二导电型(n型)半导体区57。
在半导体基板51的中央处将PD1的n型半导体区56和PD2的n型半导体区57连接，并且将PD1和PD2一体形成。
对于如此配置的固体摄像器件80，PD2的光电转换区由高浓度的n++型半导体区81形成。因此，作为图14B所示的电势分布，PD2的n++型半导体区81的电势形成为高于PD1的n+型半导体区55的电势。
因此，在背面51B的p+型半导体区59和n++型半导体区81之间获得了陡峭的PN结。n++型半导体区81的杂质浓度大，因此，该PN结容量也大于图5A和图5B所示的第一实施方式的固体摄像器件50的PN结容量。因此，可增大PD2的PN结容量，并且可增加固体摄像器件80的饱和信号量。
而且，即使在背面51B侧形成高电势区时，与第一实施方式同样地，形成了垂直型晶体管，因此，可易于进行背面51B侧的PD2的信号电荷的传输。
[变型例2]
接下来，图15A和图15B表示第一实施方式的变型例2的固体摄像器件的配置。图15A为表示固体摄像器件的配置的横截面图，且图15B为在图15A所示的固体摄像器件的光电二极管(PD)的X-X'横截面处的沿深度方向的电势分布图。
对于图15A所示的固体摄像器件82，在形成于半导体基板51的正面51A侧的PD1上，形成比第一实施方式的固体摄像器件的浓度高的第二导电型(n++型)半导体区83。注意，除了该n++型半导体区83以外的配置与上述第一实施方式的配置相同，因此，省略了重复说明。
图15A所示的固体摄像器件82的PD1从基板正面51A侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区54、高浓度的第二导电型(n++型)半导体区83以及第二导电型(n型)半导体区56。
PD2从基板背面51B侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区59、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区58以及第二导电型(n型)半导体区57。
在半导体基板51的中央处将PD1的n型半导体区56和PD2的n型半导体区57连接，并且将PD1和PD2一体形成。
对于如此配置的固体摄像器件82，PD1的光电转换区由高浓度的n++型半导体区83形成。因此，作为图15B所示的电势分布，PD1的n++型半导体区83的电势形成为高于PD2的n+型半导体区58的电势。
因此，在正面51A的p+型半导体区54和n++型半导体区83之间获得了陡峭的PN结。n++型半导体区83的杂质浓度大，因此，该PN结容量也大于图5A和图5B所示的第一实施方式的固体摄像器件50的PN结容量。因此，可增大PD1的PN结电容，并且可增加固体摄像器件82的饱和信号量。
注意，通过上述第一实施方式的固体摄像器件的制造方法，通过调整图8J或图11R所示的第二导电型杂质的离子注入步骤中的注入量，可制造变型例1和变型例2的固体摄像器件。
4.固体摄像器件的第二实施方式
下面，说明第二实施方式的固体摄像器件的配置。
图16表示构成第二实施方式的固体摄像器件的一个像素的主要部分。图16为表示固体摄像器件的配置的横截面图。
对于图16所示的固体摄像器件90，在半导体基板91的与光入射面相反的面(基板正面)91A侧的表面上形成有第一光电二极管(PD1)。在半导体基板91的光入射面(基板背面)91B侧的表面上形成有第二光电二极管(PD2)。
而且，在半导体基板91的基板正面91A上设有由绝缘层和布线构成的布线层92。在半导体基板91的基板背面91B上隔着绝缘层102安装有未图示的诸如光电转换膜、滤色器、微透镜等光学部件。
PD1从基板正面91A侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区94和高浓度的第二导电型(n+型)半导体区95。
PD2从基板背面91B侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区97和高浓度的第二导电型(n+型)半导体区96。
在半导体基板91的中央处将PD1的n+型半导体区95和PD2的n+型半导体区96连接，并且将PD1和PD2一体形成。
p+型半导体区94和p+型半导体区97为用于抑制在PD1或PD2处发生暗电流的杂质区。n+型半导体区95和n+型半导体区96为电荷累积区。
而且，在半导体基板91内将PD1的n+型半导体区95和PD2的n+型半导体区96连接。将固体摄像器件90的杂质浓度调整为使得n+型半导体区95与n+型半导体区96之间的连接面处的杂质浓度变得等于或大于PD2的n+型半导体区96与p+型半导体区97的连接面的杂质浓度。类似地，将杂质浓度调整为使得n+型半导体区95与n+型半导体区96之间的连接面的杂质浓度变得等于或大于PD1的n+型半导体区95与p+型半导体区94的连接面的杂质浓度。
这样，将位于中央侧的杂质浓度被调整的n+型半导体区95和n+型半导体区96连接，使得n+型半导体区95和n+型半导体区96的浓度等于或大于半导体基板91的正面91A和背面91B的浓度，从而可实现不形成势垒的配置。
而且，图16所示的固体摄像器件90包括传输晶体管(Tr)，该传输晶体管(Tr)用于读出PD1和PD2的电荷。传输Tr包括隔着绝缘膜101形成的传输栅极93以及用于累积所传输的信号电荷的浮动扩散部(FD)98。
FD98由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区构成，且FD60在半导体基板91的表面上形成于隔着传输栅极93而面对PD1和PD2的位置处。
而且，用于对各单位像素分区的第一像素隔离部99和第二像素隔离部100由第一导电型(p型)半导体区形成。在各相邻像素之间形成有第一像素隔离部99和第二像素隔离部100。第一像素隔离部99形成于半导体基板91的正面91A侧，且第二像素隔离部100形成于半导体基板91的背面91B侧。在半导体基板91的中央处将第一像素隔离部99和第二像素隔离部100连接并一体化。而且，在第一像素隔离部99内形成有FD98。
相比于上述第一实施方式的固体摄像器件，第二实施方式的固体摄像器件90的配置不包括用作光电转换区的n型半导体区。而且，传输栅极93由形成于半导体基板91上的平面栅极单独构成，并且不包括从半导体基板91的表面沿深度方向以柱状形成的垂直型栅极。
图17A表示在图16所示的固体摄像器件90的光电二极管(PD)的X-X'横截面处的累积电荷时的沿深度方向的电势分布图。而且，图17B表示在图16所示的固体摄像器件90的光电二极管(PD)的X-X'横截面处的传输电荷时的沿深度方向的电势分布图。
如图17A所示，固体摄像器件90在半导体基板91的中央的PD1和PD2之间的接合部的电势分布最高。
在PD1中，p+型半导体区94与n+型半导体区95之间的连接面的电势低。随着n+型半导体区95从p+型半导体区94接近半导体基板91的中央部，n+型半导体区95的电势变高。而且，在PD2中，p+型半导体区97与n+型半导体区96之间的连接面的电势低。随着n+型半导体区96从p+型半导体区97接近半导体基板91的中央部，n+型半导体区96的电势变高。
这样，将在中央侧注入了高浓度杂质而并非在半导体基板91的正面91A和背面91B侧注入了高浓度杂质的PD1的n+型半导体区95和PD2的n+型半导体区96连接，从而可实现不形成势垒的配置。
而且，对于上述传输晶体管，当读出各PD中累积的电荷时，对传输栅极93施加正电压以改变传输栅极93正下方的电势。使PD1和PD2中累积的信号电荷穿过传输栅极93下方的沟道区而传输给FD98。
此时，根据对传输栅极93施加的电压，如图17B所示，升高了PD1的更接近传输栅极93的p+型半导体区94的电势。因此，从PD2至PD1侧形成电势梯度。因此，对于固体摄像器件90，即使在不包括垂直型栅极的情况下，仍可将在半导体基板91的背面91B侧的PD2中累积的电荷传输给FD98。
而且，为进行上述电荷传输，必须将PD1的n+型半导体区95以及PD2的n+型半导体区96以合适的方式连接。当n+型半导体区95与n+型半导体区96之间连接差且存在低浓度区时，在PD1和PD2之间形成势垒，这会妨碍电荷传输。
因此，如上所述，期望控制PD1的n+型半导体区95和PD2的n+型半导体区96之间的杂质分布，从而在PD1与PD2之间的连接面处获得最高杂质浓度。
为了将必须以合适方式连接的PD1的n+型半导体区95和PD2的n+型半导体区96连接，必须将半导体基板91的厚度打薄。例如，半导体基板91的厚度设定为约1.0μm～3μm，从而可实现本实施方式的固体摄像器件的适当配置。
注意，对于如此配置的固体摄像器件90，虽然实现了这样的配置，其中，将半导体基板91的中央部作为PD1与PD2的连接面并将这种连接部的电势变为最高，但是例如，PD1与PD2之间的连接面可以不是半导体基板91的中央部。而且，电势变为最高的位置也可以不是半导体基板91的中央部。只要设有这样的配置，即其中，对传输栅极93施加正电压并且可读出PD2中累积的电荷，则电势变为最高的位置可从半导体基板91的中央移位至正面91A侧或背面91B侧。而且，通过改变n+型半导体区96和n+型半导体区95之间的杂质浓度，电势变为最高的位置可从PD1与PD2之间的连接面移位至n+型半导体区96或n+型半导体区95侧。
5.第二实施方式的固体摄像器件的制造方法
接下来，说明第二实施方式的固体摄像器件的制造方法的例子。注意，以下对制造方法的说明中，与上述图16所示的第二实施方式的固体摄像器件90的配置相同的配置由相同的附图标记来表示，并且省略了对所述配置的详述。而且，省略了关于半导体基板、布线层、其它各种类型的晶体管以及形成于固体摄像器件上的各种元件的制造方法的说明。可通过相关技术的方法制造上述部件。
首先，如图18A所示，制备半导体基板91。例如，采用Si基板以作为半导体基板91。在半导体基板91的正面91A和背面91B上形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层101和绝缘层102。
接下来，如图18B所示，在半导体基板91的正面91A上形成抗蚀剂层104。利用光刻技术使抗蚀剂层104形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层104的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板91中。根据这种离子注入，在半导体基板91的正面91A侧形成第一像素隔离部99。第一像素隔离部99的形成深度为最终形成固体摄像器件90时的半导体基板91的厚度的一半左右。
接下来，如图18C所示，在半导体基板91上形成由多晶硅等制成的栅极材料层105。接下来，如图19D所示，在栅极材料层105上形成抗蚀剂层106。在抗蚀剂层106中，利用光刻技术，在固体摄像器件的栅极93所形成的位置处形成剩余图形。
接下来，如图19E所示，以抗蚀剂层106作为掩模对栅极材料层105进行蚀刻。于是，形成栅极93。
接下来，如图19F所示，在半导体基板91上形成抗蚀剂层107。利用光刻技术使抗蚀剂层107形成图形，即，在固体摄像器件的PD1所形成的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层107的开口部将n型杂质高浓度地离子注入到半导体基板91的较深位置中。进行离子注入，直到深度为最终形成固体摄像器件90时的半导体基板91的厚度的一半左右为止。根据这种步骤，在半导体基板91的深部中形成用于构成PD1的n+型半导体区95。
接下来，如图20G所示，从抗蚀剂层107的开口部将p型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n+型半导体区95上的浅区中。根据这种离子注入，在半导体基板91的表面上形成p+型半导体区94。
根据上述步骤，形成PD1，在PD1中，从半导体基板91的正面91A侧层叠有p+型半导体区94和n+型半导体区95。
接下来，如图20H所示，在半导体基板91的正面91A上形成抗蚀剂层108。利用光刻技术使抗蚀剂层108形成图形，即，在固体摄像器件的FD98所形成的位置处、具体地在隔着栅极93而面对PD1的位置处的第一像素隔离部99内部形成开口。
接下来，从抗蚀剂层108的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板91中。根据这种离子注入，在半导体基板91的正面91A侧的第一像素隔离部99内形成FD98。
接下来，如图20I所示，在半导体基板91的正面91A上形成布线层92。通过层叠层间绝缘层和导电层以形成布线层92。而且，通过贯穿层间绝缘层以形成待与固体摄像器件90的栅极93连接的导电层。
接下来，如图21J所示，在布线层92上连接支撑基板109，并且将半导体基板91反转。接下来，如图21K所示，利用CMP等除去半导体基板91的背面91B侧。通过除去半导体基板91的背面91B侧，以例如约1μm～3μm的预定厚度形成半导体基板91。在半导体基板91的背面91B上再形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层102。
接下来，如图21L所示，在半导体基板91的背面91B上形成抗蚀剂层110。利用光刻技术使抗蚀剂层110形成图形，即，在形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层110的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板91的背面91B侧中。根据这种离子注入，在半导体基板91的背面91B侧形成第二像素隔离部100。从第二像素隔离部100开始与已形成的第一像素隔离部99接触的深度至背面91B形成第二像素隔离部100。
根据这种步骤，从半导体基板91的正面91A至背面91B形成由第一像素隔离部99和第二像素隔离部100构成的像素隔离区。
接下来，如图22M所示，在半导体基板91的背面91B上形成抗蚀剂层111。利用光刻技术使抗蚀剂层111形成图形，即，在固体摄像器件的PD2所形成的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层111的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板91的较深位置中。进行离子注入，直到深度为最终形成固体摄像器件90时的半导体基板91的厚度的一半左右为止。接下来，通过将杂质扩散至与已形成的PD1的n+型半导体区95连接的位置处，在与n+型半导体区95连接的位置处形成用于构成PD2的n+型半导体区96。
接下来，如图22N所示，从抗蚀剂层111的开口部将p型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n+型半导体区96上的浅区中。根据这种离子注入，在半导体基板91的背面91B上形成p+型半导体区97。
根据上述步骤，形成PD2，在PD2中，从半导体基板91的背面91B侧层叠有p+型半导体区97和n+型半导体区96。
接下来，如图22O所示，从背面91B侧对其中形成有PD1和PD2等的半导体基板91根据激光退火处理等以进行热处理。例如，通过1000℃的热处理对半导体基板91内形成的杂质进行活化。
根据上述步骤，可制造第二实施方式的固体摄像器件。
通过上述的本实施方式的固体摄像器件的制造方法，通过从半导体基板91的正面91A侧进行离子注入以形成PD1。接下来，通过从半导体基板91的背面91B侧进行离子注入以形成PD2。于是，可防止在将离子封入半导体基板91的深部中时由于杂质的扩散所引起的浓度下降。因此，可在p+型半导体区94、97和n+型半导体区95、96之间形成陡峭的PN结，并且可增加固体摄像器件90的PD的饱和信号量。
而且，半导体基板91的厚度设定为1～3μm，从而可防止由于杂质的扩散所引起的浓度下降而导致在半导体基板91的中央处出现低浓度的杂质区。因此，可实现这样的配置，其中，将PD1的高浓度的n+型半导体区95和PD2的高浓度的n+型半导体区96直接连接。
这样，将高浓度的n+型半导体区95和n+型半导体区96连接，从而可实现在PD1和PD2之间不产生势垒的分布。根据这种配置，可易于通过传输栅极93以读出PD2的累积电荷，因此，不必须形成沿半导体基板91的深度方向嵌入的栅极。因此，可削减并简化固体摄像器件的制造步骤的步骤数。
6.固体摄像器件的第三实施方式
接下来，说明第三实施方式的固体摄像器件的配置。
图23表示构成第三实施方式的固体摄像器件的一个像素的主要部分。图23为表示固体摄像器件的配置的横截面图。
对于图23所示的固体摄像器件120，在半导体基板121的与光入射面相反的面(基板正面)121A侧的表面上设有第一光电二极管(PD1)。在半导体基板121的光入射面(基板背面)121B侧的表面上设有第二光电二极管(PD2)。而且，在PD1和PD2之间设有第一导电型(p型)半导体区127。
而且，对于固体摄像器件120，在半导体基板121的基板正面121A上设有由绝缘层和布线构成的布线层122。在半导体基板121的基板背面121B上隔着绝缘层135安装有未图示的诸如光电转换膜、滤色器、微透镜等光学部件。
PD1从基板正面121A依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区124、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区125以及第二导电型(n型)半导体区126。
PD2从基板背面121B依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区130、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区129以及第二导电型(n型)半导体区128。
PD1的n型半导体区126和PD2的n型半导体区128连接于PD1和PD2之间设有的第一导电型(p型)半导体区127，并且PD1和PD2一体形成。
p+型半导体区124和p+型半导体区130为用于抑制在PD1或PD2处发生暗电流的杂质区。n+型半导体区125和n+型半导体区129为电荷累积区，并且n型半导体区126和n型半导体区128为光电转换区。
而且，图23所示的固体摄像器件120包括垂直型晶体管(Tr)，该垂直型晶体管(Tr)用于读出PD1和PD2的电荷。垂直型Tr包括隔着绝缘膜134形成的传输栅极123以及用于累积所传输的信号电荷的浮动扩散部(FD)131。
传输栅极123由平面栅极123A和垂直型栅极123B构成，平面栅极123A形成于半导体基板121上，垂直型栅极123B在平面栅极123A下方从半导体基板121的表面沿深度方向以柱状形成。
FD131由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区构成，且FD131在半导体基板121的表面上形成于隔着传输栅极123而面对PD1和PD2的位置处。
而且，用于对各单位像素进行分区的第一像素隔离部132和第二像素隔离部133由第一导电型(p型)半导体区形成。在各相邻像素之间形成有第一像素隔离部132和第二像素隔离部133。第一像素隔离部132形成于半导体基板121的正面121A侧，且第二像素隔离部133形成于半导体基板121的背面121B侧。在半导体基板121的中央处将第一像素隔离部132和第二像素隔离部133连接并一体化。而且，在第一像素隔离部132内形成有FD131。
相比于上述的第一实施方式的固体摄像器件，第三实施方式的固体摄像器件120具有这样的配置，其中，在PD1和PD2之间包括p型半导体区127。因此，对于PD1，在n型半导体区126和p型半导体区127之间形成有PN结。而且，对于PD2，在n型半导体区128和p型半导体区127之间形成有PN结。
与上述第一实施方式的固体摄像器件同样地，根据其中形成于背面121B上的PD2的杂质浓度上升的配置，在p+型半导体区130和n+型半导体区129之间获得了陡峭的PN结。可增大PD2的PN结容量，并且可增加固体摄像器件120的饱和信号量。
而且，在p型半导体区127和n型半导体区126、p型半导体区127和n型半导体区128之间形成有PN结。因此，对于PD1和PD2，相比于第一实施方式可增大PN结容量。
因此，可增加固体摄像器件120的饱和信号量。
7.第三实施方式的固体摄像器件的制造方法
接下来，说明第三实施方式的固体摄像器件的制造方法的例子。注意，以下对制造方法的说明中，与上述图23所示的第三实施方式的固体摄像器件120的配置相同的配置由相同的附图标记来表示，并且省略了对所述配置的详述。而且，省略了关于半导体基板、布线层、其它各种类型的晶体管以及形成于固体摄像器件上的各种元件的制造方法的说明。可通过相关技术的方法制造上述部件。
首先，如图24A所示，制备半导体基板121。例如，采用Si基板以作为半导体基板121。在半导体基板121的正面121A和背面121B上形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层134和绝缘层135。
接下来，如图24B所示，在半导体基板121的正面121A上形成抗蚀剂层136。利用光刻技术使抗蚀剂层136形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层136的开口部将第一导电型(p型)杂质离子注入到半导体基板121中。根据这种离子注入，在半导体基板121的正面121A侧形成第一像素隔离部132。第一像素隔离部132的形成深度为最终形成固体摄像器件120时的半导体基板121的厚度的一半左右。
接下来，如图24C所示，在半导体基板121的正面121A上形成抗蚀剂层137。利用光刻技术使抗蚀剂层137形成图形，即，在固体摄像器件的传输栅极123的垂直型栅极123B的形成位置处形成开口。
接下来，如图25D所示，利用各向异性蚀刻技术，从抗蚀剂层137的开口部对半导体基板121和绝缘层134进行蚀刻。在半导体基板121上形成沟槽138。而且，如图25E所示，在沟槽138内露出的半导体基板121上形成由热氧化膜等构成的绝缘层134。
接下来，在除去抗蚀剂层137后，如图25F所示，在半导体基板121上形成由多晶硅等制成的栅极材料层139。对于该栅极材料层139，在嵌入并形成半导体基板121的沟槽138后，利用CMP法等使表面平坦化。
接下来，如图26G所示，在栅极材料层139上形成抗蚀剂层140。利用光刻技术使抗蚀剂层140形成图形，以使得该图形保留在固体摄像器件的栅极123所形成的位置、具体地保留在平面栅极123A的形成区域上。
接下来，如图26H所示，以抗蚀剂层140作为掩模对栅极材料层139进行蚀刻。于是，形成栅极123。在栅极123中，形成于半导体基板121的沟槽138内的部分变为垂直型栅极123B，并且形成于半导体基板121的表面上的部分变为平面栅极123A。
接下来，如图26I所示，在半导体基板121上形成抗蚀剂层141。利用光刻技术使抗蚀剂层141形成图形，即，在固体摄像器件的PD1所形成的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层141的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板121的较深位置中。在其中将最终形成固体摄像器件120时的半导体基板121的厚度的一半作为中央的位置处进行离子注入。根据这种步骤，在半导体基板121的深部中形成p型半导体区127。
接下来，如图27J所示，从抗蚀剂层141的开口部将n型杂质离子注入到在先前步骤中形成的p型半导体区127上。根据这种步骤，在半导体基板121的深部中形成用于构成PD1的n型半导体区126。
接下来，如图27K所示，从抗蚀剂层141的开口部将n型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区126上的浅区中。根据这种离子注入，形成n+型半导体区125。
接下来，如图27L所示，从抗蚀剂层141的开口部离子注入p型杂质。根据这种离子注入，在半导体基板121的表面上形成p+型半导体区124。
根据上述步骤，形成PD1和p型半导体区127，PD1具有这样的配置，其中，从半导体基板121的正面121A侧层叠有p+型半导体区124、n+型半导体区125和n型半导体区126。
接下来，如图28M所示，在半导体基板121的正面121A上形成抗蚀剂层145。利用光刻技术使抗蚀剂层145形成图形，即，在FD131的形成位置处、具体地在隔着栅极123而面对固体摄像器件的PD1的位置处的第一像素隔离部132内部形成开口。
接下来，从抗蚀剂层145的开口部将第二导电型(n型)杂质离子注入到半导体基板121中。根据这种离子注入，在半导体基板121的正面121A侧的第一像素隔离部132内形成FD131。
接下来，如图28N所示，在半导体基板121的正面121A上形成布线层122。通过层叠层间绝缘层和导电层以形成布线层122。而且，通过贯穿层间绝缘层以形成有待与固体摄像器件的栅极或PD等连接的导电层。
接下来，如图28O所示，在布线层122上连接支撑基板142，并且将半导体基板121反转。接下来，如图29P所示，利用CMP等以除去半导体基板121的背面121B侧。通过除去半导体基板121的背面121B侧，以预定厚度形成半导体基板121。在半导体基板121的背面121B上再形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层135。
接下来，如图29Q所示，在半导体基板121的背面121B上形成抗蚀剂层143。利用光刻技术使抗蚀剂层143形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层143的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板121的背面121B侧。根据这种离子注入，在半导体基板121的背面121B侧形成第二像素隔离部133。从第二像素隔离部133开始与已形成的第一像素隔离部132接触的深度至背面15B形成第二像素隔离部133。
根据这种步骤，从半导体基板121的正面121A至背面121B形成由第一像素隔离部132和第二像素隔离部133构成的像素隔离区。
接下来，如图29R所示，在半导体基板121的背面121B上形成抗蚀剂层144。利用光刻技术使抗蚀剂层144形成图形，即在固体摄像器件的PD2的形成位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层144的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板121的较深位置中。进行离子注入，直到深度为最终形成固体摄像器件120时的半导体基板121的厚度的一半左右为止。接下来，通过将杂质扩散至与已形成的p型半导体区127连接的位置处，在与p型半导体区127连接的位置处形成用于构成PD2的n型半导体区128。
接下来，如图30S所示，从抗蚀剂层144的开口部将n型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区128上的浅区中。根据这种离子注入，形成n+型半导体区129。
接下来，如图30T所示，从抗蚀剂层144的开口部离子注入p型杂质。根据这种离子注入，在半导体基板121的背面121B上形成高浓度的p+型半导体区130。
根据上述步骤，形成PD2，在PD2中，从半导体基板121的背面121B侧依次层叠有p+型半导体区130、n+型半导体区129和n型半导体区128。
接下来，如图30U所示，对其中形成有PD1和PD2等的半导体基板121从背面121B侧根据激光退火处理等以进行热处理。例如，通过1000℃的热处理对半导体基板121内形成的杂质进行活化。
根据上述步骤，可制造第三实施方式的固体摄像器件。
通过上述的本实施方式的固体摄像器件的制造方法，从半导体基板121的正面121A侧和背面121B侧通过离子注入以形成PD1和PD2。而且，在PD1和PD2之间通过离子注入以形成p型半导体区127，从而将n型半导体区126和n型半导体区128连接。
在PD1和PD2之间的深度足以形成p型半导体区127的情况下，可控制离子注入的扩散。因此，由杂质的扩散引起的p型半导体区127的浓度的下降也不是问题。因此，对于与PD1和PD2连接的部分，使得p型半导体区127和n型半导体区126、128之间的PN结的容量增大。因此，可制造与第一实施方式的固体摄像器件相比而增加了饱和信号量的固体摄像器件50。
8.固体摄像器件的第四实施方式
接下来，说明第四实施方式的固体摄像器件的配置。
图31表示构成第四实施方式的固体摄像器件的一个像素的主要部分。图31为表示固体摄像器件的配置的横截面图。
对于图31所示的固体摄像器件150，在半导体基板151的与光入射面相反的面(基板正面)151A侧的表面上设有第一光电二极管(PD1)。在半导体基板151的光入射面(基板背面)151B侧的表面上设有第二光电二极管(PD2)。
而且，在半导体基板151的基板正面151A上设有由绝缘层和布线构成的布线层152。在半导体基板151的基板背面151B上隔着绝缘层165安装有未图示的诸如光电转换膜、滤色器、微透镜等光学部件。
PD1从基板正面151A侧依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区154、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区155以及第二导电型(n型)半导体区156。
PD2从基板背面151B依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区159、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区158以及第二导电型(n型)半导体区157。
在半导体基板151的中央处将PD1的n型半导体区156和PD2的n型半导体区157连接，并且PD1和PD2一体形成。
p+型半导体区154和p+型半导体区159为用于抑制在PD1或PD2处发生暗电流的杂质区。n+型半导体区155和n+型半导体区158为电荷累积区，并且n型半导体区156和n型半导体区157为光电转换区。
而且，图31所示的固体摄像器件150包括垂直型晶体管(Tr)，该垂直型晶体管(Tr)用于读出PD1和PD2的电荷。垂直型Tr包括隔着绝缘层164形成的传输栅极153以及用于累积所传输的信号电荷的浮动扩散部(FD)161。
传输栅极153由平面栅极153A和垂直型栅极153B构成，平面栅极153A形成于半导体基板121上，垂直型栅极153B在平面栅极153A下方从半导体基板121的表面沿深度方向以柱状形成。
FD161由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区构成，且FD161在半导体基板151的表面上形成于隔着传输栅极153而面对PD1和PD2的位置处。
而且，用于对各单位像素进行分区的第一像素隔离部162和第二像素隔离部163由第一导电型(p型)半导体区形成。在各相邻像素之间形成有第一像素隔离部162和第二像素隔离部163。第一像素隔离部162形成于半导体基板151的正面151A侧，且第二像素隔离部163形成于半导体基板151的背面151B侧。在半导体基板151的中央处将第一像素隔离部162和第二像素隔离部163连接并一体化。而且，在第一像素隔离部162内形成有FD161。
在平面栅极153A下方的垂直型栅极153B周围设有第二导电型(n型)半导体区160。n型半导体区160围绕垂直型栅极153B，并且n型半导体区160形成为从半导体基板151的表面至接近于PD2的n+型半导体区158的深度。n型半导体区160为这样的区域，该区域用作从PD1、PD2至FD161的过剩电荷的溢出通道，或者用作电荷传输时的沟道。
通过上述固体摄像器件150的配置，当读出时对传输栅极153施加正电压，从而改变平面栅极153A下方和垂直型栅极153B周围的电势(电压)。对电势发生变化的区域设有n型半导体区160，从而使PD1和PD2中累积的信号电荷穿过n型半导体区160以传输给FD161。
对于固体摄像器件150的配置，形成n型半导体区156和n型半导体区157以使电势梯度平滑。于是，在PD2中累积的电荷可易于传输给FD。而且，固体摄像器件150包括n型半导体区160，因此，n型半导体区160与PD2的n+型半导体区158接近，从而可易于进行从PD1、PD2至FD161的电荷传输。因此，例如，即使不包括n型半导体区156和n型半导体区157时，或者即使n型半导体区156和n型半导体区157的杂质浓度低时，仍使PD2中累积的电荷穿过n型半导体区160以传输给FD161，因此，可读出PD2中累积的电荷。
而且，与上述第三实施方式同样地，可实现其中在PD1和PD2之间形成有p型半导体区的配置。例如，在n型半导体区156和n型半导体区157之间设有p型半导体区的配置的情况下，可增加饱和信号量。而且，在垂直型栅极153B周围设有n型半导体区160，因此，当读出时对传输栅极153施加电压时，n型半导体区160的电势发生变化。根据这种n型半导体区160的电势的变化，可易于进行从PD2至FD161的电荷传输。
9.第四实施方式的固体摄像器件的制造方法
接下来，说明第四实施方式的固体摄像器件的制造方法的例子。注意，以下对制造方法的说明中，与图31所示的第四实施方式的固体摄像器件150的配置相同的配置由相同的附图标记来表示，并且省略了对所述配置的详述。而且，省略了关于半导体基板、布线层、其它各种类型的晶体管以及形成于固体摄像器件上的各种元件的制造方法的说明。可通过相关技术的方法制造上述部件。
首先，如图32A所示，制备半导体基板151。例如，采用Si基板以用作半导体基板151。在半导体基板151的正面151A和背面151B上形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层164和绝缘层165。
接下来，如图32B所示，在半导体基板151的正面151A上形成抗蚀剂层166。利用光刻技术使抗蚀剂层166形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层166的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板151中。根据这种离子注入，在半导体基板151的正面151A侧形成第一像素隔离部162。第一像素隔离部162的形成深度为最终形成固体摄像器件150时的半导体基板151的厚度的一半左右。
接下来，如图32C所示，在半导体基板151的正面151A上形成抗蚀剂层167。利用光刻技术使抗蚀剂层167形成图形，即，在固体摄像器件的传输栅极153的垂直型栅极153B的形成位置处形成开口。
接下来，如图33D所示，利用各向异性蚀刻技术，从抗蚀剂层167的开口部对半导体基板151和绝缘层164进行蚀刻。在半导体基板151上形成沟槽168。而且，如图33E所示，在沟槽168内露出的半导体基板151上形成由热氧化膜等构成的绝缘层164。
接下来，如图33F所示，如图中箭头所示地从斜向将n型杂质离子注入到沟槽168的侧壁中。根据这种离子注入，在沟槽168的侧壁的半导体基板151上形成n型半导体区160。在沟槽168与待形成的PD1之间以及沟槽168与第一像素隔离部162之间的区域中形成n型半导体区160。
接下来，在除去抗蚀剂层167后，如图34G所示，在半导体基板151上形成由多晶硅等制成的栅极材料层169。对于该栅极材料层169，在嵌入并形成半导体基板151的沟槽168后，利用CMP法等使表面平坦化。
接下来，如图34H所示，在栅极材料层169上形成抗蚀剂层170。利用光刻技术使抗蚀剂层170形成图形，该图形保留在固体摄像器件的栅极153的形成位置、具体地保留在平面栅极153A的形成区域上。
接下来，如图34I所示，以抗蚀剂层170作为掩模对栅极材料层169进行蚀刻。于是，形成栅极153。在栅极153中，形成于半导体基板151的沟槽168内的部分用作垂直型栅极153B，并且形成于半导体基板151的表面上的部分用作平面栅极153A。
接下来，如图35J所示，在半导体基板151上形成抗蚀剂层171。利用光刻技术使抗蚀剂层171形成图形，即，在固体摄像器件的PD1的形成位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层171的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板151的较深位置中。在将最终形成固体摄像器件150时的半导体基板151的厚度的一半作为中央的位置处进行离子注入。根据这种步骤，在半导体基板151的深部中形成n型半导体区156。
接下来，如图35K所示，从抗蚀剂层171的开口部将n型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区156上的浅区中。根据这种离子注入，形成n+型半导体区155。
接下来，如图35L所示，从抗蚀剂层171的开口部以离子注入p型杂质。根据这种离子注入，在半导体基板151的表面上形成p+型半导体区154。
根据上述步骤，形成PD1，在PD1中，从半导体基板151的正面151A侧层叠有p+型半导体区154、n+型半导体区155和n型半导体区156。
接下来，如图36M所示，在半导体基板151的正面151A上形成抗蚀剂层172。利用光刻技术使抗蚀剂层172形成图形，即，在固体摄像器件的FD161的形成位置处、具体地在隔着栅极153而面对PD1的位置处的第一像素隔离部162内部形成开口。
接下来，从抗蚀剂层172的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板151中。根据这种离子注入，在半导体基板151的正面151A侧的第一像素隔离部162内形成FD161。
接下来，如图36N所示，在半导体基板151的正面151A上形成布线层152。通过层叠层间绝缘层和导电层以形成布线层152。而且，通过贯穿层间绝缘层以形成有待与固体摄像器件的栅极或PD等连接的导电层。
接下来，如图36O所示，在布线层152上连接支撑基板173，并且将半导体基板151反转。接下来，如图37P所示，利用CMP等除去半导体基板151的背面151B侧。通过除去半导体基板151的背面151B侧，以预定厚度形成半导体基板151。在半导体基板151的背面151B上再形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层165。
接下来，如图37Q所示，在半导体基板151的背面151B上形成抗蚀剂层174。利用光刻技术使抗蚀剂层174形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层174的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板151的背面151B侧中。根据这种离子注入，在半导体基板151的背面151B侧形成第二像素隔离部163。从其中第二像素隔离部162开始与已形成的第一像素隔离部162接触的深度至背面151B形成第二像素隔离部163。
根据这种步骤，从半导体基板151的正面151A至背面151B形成由第一像素隔离部162和第二像素隔离部163构成的像素隔离区。
接下来，如图37R所示，在半导体基板151的背面151B上形成抗蚀剂层175。利用光刻技术使抗蚀剂层175形成图形，即，在固体摄像器件的PD2的形成位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层175的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板151的较深位置中。进行离子注入，直到深度为最终形成固体摄像器件150时的半导体基板151的厚度的一半左右为止。接下来，通过将杂质扩散至与已形成的n型半导体区156连接的位置，在与n型半导体区156连接的位置处形成用于构成PD2的n型半导体区157。
接下来，如图38S所示，从抗蚀剂层175的开口部将n型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区157上的浅区中。根据这种离子注入，形成n+型半导体区158。
接下来，如图38T所示，从抗蚀剂层175的开口部离子注入p型杂质。根据这种离子注入，在半导体基板151的背面151B上形成p+型半导体区159。
根据上述步骤，形成PD2，在PD2中，从半导体基板151的背面151B侧层叠有p+型半导体区159、n+型半导体区158和n型半导体区157。
接下来，如图38U所示，对其中形成有PD1和PD2等的半导体基板151从背面151B侧根据激光退火处理等进行热处理。例如，通过1000℃的热处理对半导体基板151内形成的杂质进行活化。
根据上述步骤，可制造第四实施方式的固体摄像器件。
通过上述的本实施方式的固体摄像器件的制造方法，从半导体基板151的正面151A侧和背面151B侧通过离子注入以形成PD1和PD2。而且，在垂直型栅极153B周围通过离子注入以形成连接PD1和PD2的n型半导体区160。根据这种固体摄像器件的制造方法，相比于第一实施方式的固体摄像器件，可将固体摄像器件150制造为易于将PD2中累积的电荷传输给FD161。
10.固体摄像器件的第五实施方式
接下来，图39表示构成第五实施方式的固体摄像器件的一个像素的主要部分。
对于图39所示的固体摄像器件180，在半导体基板181的基板正面181A上设有由绝缘层和布线构成的布线层182。在半导体基板181的基板背面181B上隔着绝缘层196安装有未图示的诸如光电转换膜、滤色器、微透镜等光学部件。
而且，对于固体摄像器件180，在半导体基板181的与光入射面相反的面(基板正面)181A侧的表面上设有第一光电二极管(PD1)。在半导体基板181的光入射面(基板背面)181B侧的表面上设有第二光电二极管(PD2)。
PD1从基板正面181A依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区185、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区186以及第二导电型(n型)半导体区187。
PD2从基板背面181B依次包括高浓度的第一导电型(p+型)半导体区190、高浓度的第二导电型(n+型)半导体区189以及第二导电型(n型)半导体区188。
在半导体基板181的中央处将PD1的n型半导体区187和PD2的n型半导体区188连接。因此，PD1和PD2一体形成。
p+型半导体区185和p+型半导体区190为用于抑制在PD1或PD2处发生暗电流的杂质区。n+型半导体区186和n+型半导体区189为电荷累积区，并且n型半导体区187和n型半导体区188为光电转换区。
而且，图39所示的固体摄像器件180包括用于读出PD1的电荷的第一传输晶体管(Tr)以及用于读出PD2的电荷的第二传输晶体管(Tr)。
第一传输Tr为平面Tr，该平面Tr包括隔着绝缘层195形成的第一传输栅极183以及用于累积所传输的信号电荷的第一浮动扩散部(FD)191。
第一FD191由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区构成，并且在半导体基板181的表面上形成于隔着第一传输栅极183而面对PD1的位置处。
第二传输Tr为垂直型Tr，该垂直型Tr包括隔着绝缘层195形成的第二传输栅极184以及用于累积所传输的信号电荷的第二浮动扩散部(FD)192。
第二传输栅极184由平面栅极184A和垂直型栅极184B构成，平面栅极184A形成于半导体基板181上，垂直型栅极184B在平面栅极184A下方从半导体基板181的表面沿深度方向以柱状形成。
第二FD192由高浓度的第二导电型(n+型)半导体区构成，并且在半导体基板181的表面上形成于隔着第二传输栅极184而面对PD1的位置处。
而且，第一FD191和第二FD192分别形成于隔着PD1和PD2而彼此面对的位置处。
PD2通常形成于第二像素隔离部194和垂直型栅极184B之间的整个表面上。
PD1在PD2的中央处形成于第一传输栅极183和第二传输栅极184的平面栅极184A之间的区域中。
而且，对于n+型半导体区186和n型半导体区187，其第一传输栅极183侧沿着p+型半导体区185的边缘部形成。而且，其第二传输栅极184侧以充分的间隔形成，所述间隔在对第二传输栅极184施加读出电压时可防止电荷从PD1传输给PD2。
而且，用于对各单位像素进行分区的第一像素隔离部193和第二像素隔离部194由第一导电型(p型)半导体区形成。在各相邻像素之间形成有第一像素隔离部193和第二像素隔离部194。在半导体基板181的正面181A侧形成有第一像素隔离部193，并且在半导体基板181的背面181B侧形成有第二像素隔离部194。在半导体基板181的中央处将第一像素隔离部193和第二像素隔离部194连接并一体化。而且，第一FD191形成为接近于第一传输栅极183侧的第一像素隔离部193。第二FD192形成为接近于第二传输栅极184侧的第一像素隔离部193。
对于如此配置的固体摄像器件180，通过对第一传输栅极183施加电压，将PD1中累积的信号电荷传输给第一FD191。而且，通过对第二传输栅极184施加电压，将PD2中累积的信号电荷传输给第二FD192。
这样，固体摄像器件180配置为通过各自的晶体管分别读出PD1和PD2。
对于固体摄像器件180，与PD1的杂质浓度同等程度地形成PD2的杂质浓度。因此，PD2的n+型半导体区189的电势形成为与PD1的n+型半导体区186的电势同样高。因此，对于PD1和PD2，形成有直至深区的充分的电势区。
通过固体摄像器件180的上述配置，通过在读出时对第一传输栅极183施加正电压，使传输栅极183正下方的电势(电压)发生变化。PD1中累积的信号电荷穿过第一传输栅极183下方并传输给第一FD191。
类似地，通过对第二传输栅极184施加正电压，传输栅极184下方的电势(电压)发生变化。PD2中累积的信号电荷穿过第二传输栅极184的垂直型栅极184B的周围区域并传输给第二FD192。
即使采用其中背面侧的PD2的杂质浓度高的配置且未进行相关技术中的根据电势梯度的电荷传输，则根据垂直型Tr，PD2的n+型半导体区189和n型半导体区188中累积的电荷仍传输给第二FD192。这样，根据固体摄像器件180的配置，可读出与PD1的杂质浓度相同的PD2的电荷。
而且，为读出PD1的电荷，在半导体基板181上形成有平面Tr，且为读出PD2的电荷，在半导体基板181中形成有垂直型Tr。因此，可分别读出PD1和PD2。
例如，可实现这样的配置，其中，在PD1处检测出长波长侧的光并在PD2处检测出短波长侧的光。而且，在半导体基板181的背面181B上设有光电转换膜，从而还可检测出PD1和PD2的中间波长的光。
因此，可从固体摄像器件的配置中省略滤色器，于是，可提高光利用率。
11.第五实施方式的固体摄像器件的制造方法
接下来，说明第五实施方式的固体摄像器件的制造方法的例子。注意，以下对制造方法的说明中，与上述图39所示的第五实施方式的固体摄像器件180的配置相同的配置由相同的附图标记来表示，并且省略了对所述配置的详述。而且，省略了关于半导体基板、布线层、其它各种类型的晶体管以及形成于固体摄像器件上的各种元件的制造方法的说明。可通过相关技术的方法制造上述部件。
首先，如图40A所示，制备半导体基板181。例如，采用Si基板以用作半导体基板181。在半导体基板181的正面181A和背面181B上形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层195和绝缘层196。
接下来，如图40B所示，在半导体基板181的正面181A上形成抗蚀剂层197。利用光刻技术使抗蚀剂层197形成图形，即，在形成有用于在固体摄像器件的各像素之间分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层197的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板181中。根据这种离子注入，半导体基板181的正面181A侧形成第一像素隔离部193。第一像素隔离部193的形成深度为最终形成固体摄像器件180时的半导体基板181的厚度的一半左右。
接下来，如图40C所示，在半导体基板181的表面181A上形成抗蚀剂层198。利用光刻技术使抗蚀剂层198形成图形，即，在固体摄像器件的第二传输栅极184的垂直型栅极184B的形成位置处形成开口。
接下来，如图41D所示，利用各向异性蚀刻技术，从抗蚀剂层198的开口部对半导体基板181和绝缘层195进行蚀刻。在半导体基板181上形成沟槽199。而且，如图41E所示，在沟槽199内露出的半导体基板181上形成由热氧化膜等构成的绝缘层195。
接下来，在除去抗蚀剂层195后，如图41F所示，在半导体基板181上形成由多晶硅等制成的栅极材料层200。对于该栅极材料层200，在嵌入并形成半导体基板181的沟槽199后，利用CMP法等使表面平坦化。
接下来，如图42G所示，在栅极材料层200上形成抗蚀剂层201。利用光刻技术使抗蚀剂层201形成图形，该图形保留在第一传输栅极183和第二传输栅极184的形成位置上。
接下来，如图42H所示，以抗蚀剂层201作为掩模对栅极材料层200进行蚀刻。于是，形成第一传输栅极183和第二传输栅极184。对于第二传输栅极184，形成于半导体基板181的沟槽199内的部分用作垂直型栅极184B，并且形成于半导体基板181的表面上的部分用作平面栅极184A。
接下来，如图42I所示，在半导体基板181上形成抗蚀剂层202。利用光刻技术使抗蚀剂层202形成图形，即，在固体摄像器件的PD1的n+型半导体区186和n型半导体区187的形成位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层202的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板181的较深位置中。进行离子注入，直到深度为最终形成固体摄像器件180时的半导体基板181的厚度的一半左右为止。根据这种步骤，在半导体基板181的深部中形成用于构成PD1的n型半导体区187。
接下来，如图43J所示，从抗蚀剂层202的开口部将n型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区187上的浅区中。根据这种离子注入，形成n+型半导体区186。
接下来，如图43K所示，在半导体基板181上形成抗蚀剂层207。利用光刻技术使抗蚀剂层207形成图形，即，在固体摄像器件的PD1的p+型半导体区185的形成位置处形成开口。从抗蚀剂层207的开口部离子注入p型杂质。根据这种离子注入，在半导体基板181的表面上形成第一导电型(P+型)半导体区185。
根据上述步骤，形成PD1，在PD1中，从半导体基板181的正面181A侧层叠有p+型半导体区185、n+型半导体区186和n型半导体区187。
而且，通过上述的PD1的形成步骤，对于n型杂质的离子注入，不仅使抗蚀剂层202形成图形，还利用第一传输栅极183以进行自对准。而且，对于p型杂质的离子注入，利用第一传输栅极183和第二传输栅极184进行自对准。
接下来，如图43L所示，在半导体基板181的正面181A上形成抗蚀剂层203。在固体摄像器件的第一FD191和第二FD192的形成位置处利用光刻技术以形成抗蚀剂层203。具体来说，使抗蚀剂层203形成图形，即，在隔着第一传输栅极183和第二传输栅极184而面对PD1的各位置处、在第一像素隔离部193的外侧形成开口。
接下来，从抗蚀剂层203的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板181中。根据这种离子注入，在半导体基板181的正面181A侧形成第一FD191和第二FD192。
接下来，如图44M所示，在半导体基板181的正面181A上形成布线层182。通过层叠层间绝缘层和导电层以形成布线层182。而且，通过贯穿层间绝缘层以形成有待与固体摄像器件的栅极或PD等连接的导电层。
接下来，如图44N所示，在布线层182上连接支撑基板204，并且将半导体基板181反转。接下来，如图44O所示，利用CMP等除去半导体基板181的背面181B侧。通过除去半导体基板181的背面181B侧，以预定厚度形成半导体基板181。在半导体基板181的背面181B上再形成由热氧化膜等构成的用于表面保护的绝缘层196。
接下来，如图45P所示，在半导体基板181的背面181B上形成抗蚀剂层205。利用光刻技术使抗蚀剂层205形成图形，即，在其中形成有用于在固体摄像器件的各像素之间进行分区的像素隔离区的位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层205的开口部将p型杂质离子注入到半导体基板181的背面181B侧中。根据这种离子注入，在半导体基板181的背面181B侧形成第二像素隔离部194。从其中第二像素隔离部194开始与已形成的第一像素隔离部193接触的深度至背面181B形成第二像素隔离部194。
根据这种步骤，从半导体基板181的正面181A至背面181B形成由第一像素隔离部193和第二像素隔离部194构成的像素隔离区。
接下来，如图45Q所示，在半导体基板181的背面181B上形成抗蚀剂层206。利用光刻技术使抗蚀剂层206形成图形，即，在固体摄像器件的PD2的形成位置处形成开口。
接下来，从抗蚀剂层206的开口部将n型杂质离子注入到半导体基板181的较深位置中。进行离子注入，直到深度为最终形成固体摄像器件180时的半导体基板181的厚度的一半左右为止。接下来，通过将杂质扩散至与已形成的PD1的n型半导体区187连接的位置处，在与n型半导体区187连接的位置处形成用于构成PD2的n型半导体区188。
接下来，如图45R所示，从抗蚀剂层206的开口部将n型杂质离子注入到在先前步骤中形成的n型半导体区188上的浅区中。根据这种离子注入，形成高浓度的n+型半导体区189。
接下来，如图46S所示，从抗蚀剂层206的开口部以离子注入p型杂质。根据这种离子注入，在半导体基板181的背面181B上形成高浓度的p+型半导体区190。
根据上述步骤，形成了具有如下配置的PD2，其中，从半导体基板181的背面181B侧层叠有p+型半导体区190、n+型半导体区189和n型半导体区188。
接下来，如图46T所示，对其中形成有PD1和PD2等的半导体基板181从背面181B侧根据激光退火处理等以进行热处理。例如，通过1000℃的热处理，对在半导体基板181内形成的杂质进行活化。
根据上述步骤，可制造本实施方式的固体摄像器件。
通过上述的本实施方式的固体摄像器件的制造方法，与第一实施方式同样地，利用离子注入以从半导体基板181的正面181A侧和背面181B侧分别形成PD1和PD2。因此，可防止由于对半导体基板的深部进行离子注入所引起的杂质的扩散，并且可增加饱和信号量。
而且，根据上述的本实施方式的制造方法，通过采用注入p型杂质以实现像素隔离的步骤，从半导体基板181的正面181A侧和背面181B侧进行离子注入以形成第一像素隔离部193和第二像素隔离部194。于是，可抑制在对基板的深区进行离子注入时产生的杂质的扩散，因此，可制造难以发生混色的固体摄像器件。
12.第六实施方式
固体摄像器件的配置
设有电势调整区的例子
图47A和图47B为表示第六实施方式的固体摄像器件41-1的配置的图，图47A为固体摄像装置的一个像素的示意性平面图，且图47B为对应于图47A的XLVIIB-XLVIIB横截面的示意性横截面图。下面，参照这些附图，说明第六实施方式的固体摄像器件41-1的配置。
在上述固体摄像装置的各像素中布置有图47A和图47B所示的第六实施方式的固体摄像器件42-1。在支撑基板402上部隔着绝缘膜411布置有半导体基板413，且在该半导体基板413内设有多个光电转换区415r、415g、415b。而且，在该半导体基板413内部，在光电转换区415r、光电转换区415g和光电转换区415b旁边设有沟槽417r和沟槽417g。在这些沟槽417r和沟槽417g内隔着栅极绝缘膜419设有嵌入型读出栅极421r和嵌入型读出栅极421g。而且，在半导体基板413的上部中隔着栅极绝缘膜419设有读出栅极421b(参照平面图)。
而且，在半导体基板413的表面层上，与读出栅极421r、读出栅极421g和读出栅极421b接近地布置有三个浮动扩散部423。具体来说，在本第六实施方式中，在光电转换区415r与栅极绝缘膜419之间设有电势调整区425r、在光电转换区415g与栅极绝缘膜419之间设有电势调整区425g。
接下来，说明关于在半导体基板413及其内部和上部布置的各部件的详细配置。
半导体基板413
半导体基板413为例如由单晶硅制成的半导体薄膜。这里，半导体基板413具体地由n型单晶硅制成，因此，整个半导体基板413用作n型阱。这种半导体基板413中的N型浓度为略微稀薄的“n-”。而且，需要说明的是，此处所述的N型浓度不是含有n型杂质的浓度本身，而是实质上的N型浓度。因此，即使对于n型杂质的含有浓度高的区域，在该区域中的p型杂质的含有浓度高的情况下，实质上的N型浓度变低。这一点在以下同样适用。
而且，在本第六实施方式中，将半导体基板413处的与支撑基板402相反侧的表面作为针对光电转换区415r、415g、415b的光接收面A。
光电转换区415r、光电转换区415g和光电转换区415b
光电转换区415r、415g、415b为在半导体基板413内沿半导体基板413的深度方向层叠且布置的杂质区，并且半导体基板413的平面形状从光接收面A侧看进去例如为方形。在这些光电转换区415r、415g、415b中，对红光区的光进行转换的光电转换区415r布置于半导体基板413的最深位置、即最接近支撑基板42的位置处。而且，对绿光区的光进行转换的光电转换区415g布置于半导体基板413的上部中。对蓝光区的光进行转换的光电转换区415b布置为接近半导体基板413的表面。用于红光的光电转换区415r、用于绿光的光电转换区415g和用于蓝光的光电转换区415b以对应的波长的顺序从支撑基板42侧依次布置。
而且，布置于最深部中的光电转换区415r可延伸至后述的沟槽417g下方。
如此布置的光电转换区415r、415g、415b为与半导体基板413同样的n型杂质区，并且光电转换区415r、415g、415b的N型浓度(n+)比半导体基板413浓。这些光电转换区415r、415g、415b在无电场影响的范围内比半导体基板413的电势更深。
而且，在光电转换区415r、光电转换区415g、光电转换区415b之间以及作为顶层的光电转换区415b上方，以与这些光电转换区相邻的状态布置有p型区416。于是，构成了这样的光电二极管，该光电二极管在n型光电转换区415r、415g、415b和与这些光电转换区相邻的任何p型区416之间具有PN结。在n型光电转换区415r、415g、415b与p型区416之间的PN结部布置于与从光接收面A入射的光的光吸收系数的波长相关性对应的深度处。然而，顶层的p型区416可设置为用于抑制界面态的层。
这些p型区416中的P型浓度比较浓[p+]。注意，此处所述的P型浓度不是含有p型杂质的浓度本身，而是实质上的P型浓度，该P型浓度与N型浓度类似。
沟槽417r和沟槽417g
在光电转换区415r、415g、415b旁边隔开单独地设有沟槽417r和沟槽417g。例如，这些沟槽417r和沟槽417g设置在从对角线方向上夹着平面形状为方形的光电转换区415r、415g、415b的位置处。
在这些沟槽417r和沟槽417g中，一个沟槽417r设置为贯穿半导体基板413，而另一沟槽417g未贯穿半导体基板413而以有底的凹部状形成。凹部状的沟槽417g的深度至少比绿光用光电转换区415g深且比红光用光电转换区415r浅。于是，设置于半导体基板413的最深部的红光用光电转换区415r可延伸至沟槽417g下方，并且可增加光电转换区415r中待累积的信号电荷量。
栅极绝缘膜419
栅极绝缘膜419设置为覆盖沟槽417r和沟槽417g的内壁和半导体基板413的光接收面A上方。该栅极绝缘膜419例如包括对硅进行热氧化所获得的氧化硅膜、氮氧化硅膜或高介电绝缘膜。高介电绝缘膜包括氧化铪、硅酸铪、添加氮的铝酸铪、氧化钽、二氧化钛、氧化锆、氧化镨、氧化钇等。将所述的每种材料膜以单层或叠层的状态适当地用作栅极绝缘膜419。
读出栅极421r和读出栅极421g
读出栅极421r和读出栅极421g作为隔着栅极绝缘膜419嵌入沟槽417r和沟槽417g内部的嵌入电极而设置，并且在半导体基板413的光接收面A的上方对读出栅极421r和读出栅极421g进行图形化。这些读出栅极421r、421g由含有诸如磷(P)等杂质的多晶硅(掺磷非晶硅，Phosphorus Doped Amorphous Silicon，PDAS)或者诸如铝、钨、钛、钴、铪、钽等金属材料制成。
读出栅极421b
在半导体基板413的光接收面A上方隔着栅极绝缘膜419设有读出栅极421b。该读出栅极421b相对于用作嵌入电极的读出栅极421r、421g以间隔布置，并且相对于顶层的蓝光用光电转换区415b以预定间隔对读出栅极421b进行图形化。这种读出栅极421b可由与读出栅极421r、421g同样的材料层制成。
浮动扩散部423
浮动扩散部423为设置于半导体基板413的光接收面A侧的表面层的杂质区，且浮动扩散部423设置于相对于光电转换区415r、415g、415b而夹着读出栅极421r、421g、421b的位置处。如此布置的浮动扩散部423为与半导体基板413以及光电转换区415r、415g、415b同样的n型杂质区，并且浮动扩散部423的N型浓度(n+)比半导体基板413浓。
电势调整区425r和电势调整区425g
在半导体基板413的较深位置处布置的光电转换区415r、光电转换区415g与覆盖沟槽417r和沟槽417g的侧壁的栅极绝缘膜419之间设有电势调整区425r和电势调整区425g。其中，一个电势调整区425r与红光用光电转换区415r和沟槽417r邻接地布置于红光用光电转换区415r和沟槽417r之间，并且设置于与光电转换区415r同样深度的区域中。该电势调整区425r布置为与其它光电转换区415g、415b和浮动扩散部423之间具有间隔。而且，另一电势调整区425g与绿光用光电转换区415g和沟槽417g邻接地布置于绿光用光电转换区415g和沟槽417g之间，并且设置于与光电转换区415g同样深度的区域中。该电势调整区425g布置为与其它光电转换区415r、415b和浮动扩散部423之间具有间隔。
如此布置的电势调整区425r、425g为与半导体基板413和光电转换区415r、415g、415b同样的n型杂质区，并且电势调整区425r、425g的N型浓度(n--)比半导体基板413更稀薄。这些电势调整区425r、425g在无电场影响的范围内比半导体基板413和光电转换区415r、415g、415b的电势浅。固体摄像器件的驱动
图48A和图48B为表示具有上述配置的固体摄像器件42-1的驱动的图，并且作为示例以表示红光用光电转换区415r处的光接收时段和读出时段的电势。图48A(1)和图48A(2)为光电转换区415r的较深位置处的电势。另一方面，图48B(1)和图48B(2)为沿着栅极绝缘膜419的沟道形成区的电势。而且，图48A(1)和图48B(1)对应于光接收时段(切断栅极电压)，并且图48A(2)和图48B(2)对应于读出时段(接通栅极电压)。以下，根据这些图，参照先前的图47A和图47B以说明第六实施方式的固体摄像器件42-1的驱动。
首先，对于光接收时段，切断对读出栅极421r施加的栅极电压。因此，如图48A(1)所示，N型浓度较浓(n+)的光电转换区415r的电势保持为比浓度为(n--)的电势调整区425r的电势深。于是，通过光电转换生成的信号电荷e累积于光电转换区415r中。
另一方面，如图48B(1)所示，在沿着栅极绝缘膜419的沟道形成区中，N型浓度非常稀薄(n--)的电势调整区425r的电势保持为比N型浓度稍微稀薄(n-)的半导体基板413的电势浅。
接下来，对于读出时段，接通对读出栅极421r施加的正的栅极电压。此时，相比于光电转换区415r，与栅极绝缘膜419邻接地布置的电势调整区425r受到由栅极电压产生的电场的强烈影响。
因此，如图48A(2)所示，将栅极电压设定为使得电势调整区425r的电势比光电转换区415r的电势深。于是，将光电转换区415r的信号电荷e读出给电势调整区425r。
另一方面，如图48B(2)所示，沿着栅极绝缘膜419布置的电势调整区425r和半导体基板413受到施加给读出栅极421r的栅极电压的同样强度的影响。因此，电势调整区425r和半导体基板413之间的电势深度关系在维持与光接收时段同样的状态下整体上变深。因此，读出给电势调整区425r的信号电荷e被电势更深的半导体基板413读出。此时，对与读出栅极421r接近地布置的浮动扩散部423施加漏极电压，以便获得比半导体基板413更深的电势。于是，将光电转换区415r的信号电荷e读出给浮动扩散部423。
上述的驱动同样适用于绿光用光电转换区415g的驱动。而且，可与通常的表面沟道型读出栅极所采用的驱动同样地实现蓝光用光电转换区415b的驱动。
固体摄像器件的制造方法
图49A～50C为说明具有上述配置的固体摄像器件42-1的制造过程的横截面步骤图。下面，参照这些图，说明第六实施方式的固体摄像器件42-1的制造过程。
图49A
首先，如图49A所示，制备在支撑基板402的上部隔着绝缘膜411设置的薄膜状半导体基板413。应当说明，该半导体基板413由n型单晶硅制成，并且半导体基板413的N型浓度略微稀薄(n-)。
图49B
接下来，如图49B所示，将各导电型的杂质导入半导体基板413中，从而在N型浓度略微稀薄(n-)的半导体基板413内形成光电转换区415r、415g、415b和p型区416以及电势调整区425r、425g。
此时，关于光电转换区415r、415g、415b的形成，将n型杂质进一步导入半导体基板413的深区中。于是，形成N型浓度较浓(n+)的光电转换区415r、415g、415b。
而且，关于电势调整区425r、425g的形成，将p型杂质导入半导体基板413的深区中。于是，在与光电转换区415r、415g邻接的状态下形成N型浓度实质上稀薄(n--)的电势调整区425r、425g。
而且，关于p型区416的形成，将导电型被反转且变浓[p+]的p型杂质导入半导体基板413的深区中。于是，形成p型区416。
关于如上所述的将杂质导入半导体基板413中，在通过掩模限制的区域中，还通过注入能量以调整深度的各杂质的离子注入以进行导入，并随后进行活化热处理。注意，可以预定的顺序进行离子注入，且可在所有离子注入完成后进行活化热处理。
图49C
随后，如图49C所示，在半导体基板413中形成沟槽417r、417g。此时，根据将图中省略的抗蚀剂图形用作掩模的蚀刻，在贯穿半导体基板413的状态下形成与电势调整区425r邻接的沟槽417r。而且，根据将另一抗蚀剂图形用作掩模的蚀刻，在半导体基板413中形成与电势调整区425g邻接且深度还未到达光电转换区415r的沟槽417g。
图50A
接下来，如图50A所示，在覆盖沟槽417r和沟槽417g的内壁和半导体基板413上方的状态下形成栅极绝缘膜419。以构成栅极绝缘膜419的材料通过适当选择的方法进行栅极绝缘膜419的成膜。例如，通过对半导体基板413进行热氧化或热氮化，形成氧化硅膜或氮氧化硅膜，并且通过原子层气相沉积法形成氧化铪膜等。
随后，在嵌入沟槽417r和沟槽417g的状态下，在栅极绝缘膜419上形成导电材料膜421。以构成导电材料膜421的材料通过适当选择的方法以进行导电材料膜421的成膜。例如，在多晶硅膜包含诸如磷(P)等杂质的情况下，通过化学气相沉积法进行成膜，并且在诸如铝、钨、钛、钴、铪、钽等金属材料膜的情况下，通过溅射法进行成膜。
图50B
接下来，如图50B所示，对导电材料膜421进行图形蚀刻。于是，形成嵌入沟槽417r中的读出栅极421r、嵌入沟槽417g中的读出栅极421g以及此处图中省略的半导体基板413的光接收面A上的读出栅极(421b)。此时，期望以图中省略的抗蚀剂图形作为掩模而对导电材料膜421进行蚀刻。随后，为适当地终止栅极绝缘膜419和半导体基板413之间的界面态，在氯气氛下对栅极绝缘膜419和半导体基板413进行退火处理。
图50C
随后，如图50C所示，在读出栅极421r、读出栅极421g(以及读出栅极421b)的侧壁上形成绝缘侧壁422。通过诸如氧化硅膜、氮化硅膜等绝缘膜的成膜以及随后的绝缘膜的回蚀，从而形成该侧壁422。随后，在半导体基板413的光接收面A侧的表面层中，在相对于光电转换区415r、415g、415b而夹有读出栅极421r、读出栅极421g(以及读出栅极421b)的位置处形成浮动扩散部423。此时，以图中省略的抗蚀剂图形和侧壁422作为掩模，将杂质导入半导体基板413的表面层中，从而在侧壁422旁边通过自对准以形成N型浓度较浓(n+)的浮动扩散部423。
这样，获得了先前参照图47A和图47B所述的固体摄像器件42-1。
第六实施方式的优点
上述第六实施方式的固体摄像器件42-1具有这样的配置，其中，在光电转换区415r、415g与栅极绝缘膜419之间设有电势调整区425r、425g，电势调整区425r、425g的N型浓度(n--)比光电转换区415r、415g和半导体基板413稀薄。于是，沿着栅极绝缘膜419的沟道形成区的电势可设定为在半导体基板413处比电势调整区425r、425g深，从而可将电势调整区425r、425g的信号电荷(电子)无阻碍地读出给半导体基板413。因此，对于其中在半导体基板413的较深位置处设有光电转换区415r、415g的固体摄像器件41-1，可读出光电转换区415r、415g的全部信号电荷，因此，可通过防止残像以实现图像特性的提高。
这里，作为比较例，图51图示了不包含电势调整区的配置的固体摄像器件的横截面图。而且，图52A和图52B表示用于说明图51所示的固体摄像器件的驱动的图。在未设有电势调整区的固体摄像器件中，对于光接收时段，如图52A(1)和图52B(1)所示，N型浓度较浓(n+)的光电转换区415r的电势保持为比浓度为(n-)的半导体基板413的电势深。于是，将通过光电转换生成的信号电荷e累积于光电转换区415r中。
而且，对于读出时段，接通对读出栅极421r施加的栅极电压，因此，如图52A(2)所示，光电转换区415r中的栅极绝缘膜419侧的电势变深。于是，将光电转换区415r的信号电荷e读出给栅极绝缘膜419侧。然而，如图52B(2)所示，对于沿着栅极绝缘膜419的沟道形成区，光电转换区415r和半导体基板413之间的电势深度关系在维持与光接收时段同样的状态下整体上变深。因此，光电转换区415r的电势比半导体基板413更深，并且在光电转换区415r中残留信号电荷e。
13.第七实施方式
固体摄像器件的配置
设有与电势调整区重叠的钉扎区的例子
图53A和图53B为表示第七实施方式的固体摄像器件42-2的配置的图。图53A为固体摄像装置的一个像素的示意性平面图，且图53B为对应于图53A中的LIIIB-LIIIB横截面的示意性横截面图。这些图中所示的第七实施方式的固体摄像器件42-2与第六实施方式的不同之处在于，在沟槽417r和沟槽417g的内壁层设有钉扎区431，其它配置与第六实施方式相同。
具体来说，钉扎区431为在半导体基板413内沿沟槽417r和沟槽417g的内壁设有的杂质区，并且被设置为抑制界面态的层。这些钉扎区431配置为作为与半导体基板413具有相反导电型的p型杂质区。钉扎区431中的P型浓度较浓[p+]。
上述钉扎区431在与电势调整区425r、425g的同一高度处用作与电势调整区425r、425g部分重叠的重叠区431'。这些重叠区431'包含构成N型浓度为(n--)的电势调整区425r、425g的杂质以及构成P型浓度为[p+]的钉扎区431的杂质。因此，重叠区431'中的P型浓度[p-]略微稀薄，并且比钉扎区431中的P型浓度稀薄。
这里，如图所示，电势调整区425r、425g的仅栅极绝缘膜419侧的部分可与钉扎区431重叠，或者整个电势调整区425r、425g可布置为与钉扎区431重叠。
固体摄像器件的驱动
图54A和图54B为说明具有上述配置的固体摄像器件42-2的驱动的图，并且作为示例表示在红光用光电转换区415r处的光接收时段和读出时段的电势。图54A(1)和图54A(2)为光电转换区415r的较深位置处的电势。另一方面，图54B(1)和图54B(2)为沿着栅极绝缘膜419的沟道形成区的电势。而且，图54A(1)和图54B(1)对应于光接收时段(切断栅极电压)，且图54A(2)和54B(2)对应于读出时段(接通栅极电压)。下面，根据这些图，参照先前的图53A和图53B以说明第七实施方式的固体摄像器件42-2的驱动。
首先，对于光接收时段，切断对读出栅极421r施加的栅极电压。因此，如图54A(1)所示，光电转换区415r的较深位置处的电势以其中N型浓度较浓(n+)的光电转换区415r、N型浓度为(n--)的电势调整区425r和P型浓度略微稀薄[p-]的重叠区431'的顺序变浅。于是，将通过光电转换生成的信号电荷e累积于光电转换区415r中。
另一方面，如图54B(1)所示，沿着栅极绝缘膜419的沟道形成区的电势以其中P型浓度略微稀薄[p-]的重叠区431'和P型浓度较浓[p+]的钉扎区431的顺序变浅。这种级差跟随P型浓度差。这里，重叠区431'为P型浓度较浓[p+]的钉扎区431和N型浓度非常稀薄(n--)的电势调整区425r重叠的区域。因此，重叠区431'的P型浓度与钉扎区431的P型浓度的差小，于是P型浓度的级差不那么大。
接下来，对于读出时段，接通对读出栅极421r施加的正的栅极电压。此时，相比于光电转换区415r，在读出栅极421r侧布置的电势调整区425r和重叠区431'受到由栅极电压产生的电场的强烈影响。
因此，如图54A(2)所示，将栅极电压设定为使得电势调整区425r和重叠区431'的电势变得比光电转换区415r深。于是，将光电转换区415r的信号电荷e读出给电势调整区425r和重叠区431'。
另一方面，如图54B(2)所示，沿着栅极绝缘膜419布置的重叠区431'以及钉扎区431受到施加给读出栅极421r的栅极电压的同样强度的影响。因此，重叠区431'和钉扎区431之间的电势深度关系在维持与光接收时段同样的状态下整体上变深。因此，读出至重叠区431'的信号电荷e通过克服P型浓度较浓[p+]的钉扎区431与P型浓度略微稀薄[p-]的重叠区431'的小的级差而被读出给钉扎区431。此时，对与读出栅极421r接近地布置的浮动扩散部423施加漏极电压，使得电势比半导体基板13深。于是，将光电转换区415r的信号电荷e读出给浮动扩散部423。
上述驱动同样适用于绿光用光电转换区415g的驱动。而且，可与通常的表面沟道型读出栅极所采用的驱动同样地实现蓝光用光电转换区415b的驱动。
固体摄像器件的制造方法
图55A～图56B为说明具有上述配置的固体摄像器件42-2的制造过程的横截面步骤图。下面，基于这些图以说明第七实施方式的固体摄像器件42-2的制造过程。
图55A
首先，如图55A所示，与第六实施方式同样地进行如下的过程，其中，在半导体基板413中形成光电转换区415r、415g、415b和p型区416以及电势调整区425r、425g，并且还形成沟槽417r和沟槽417g。
图55B
接下来，如图55B所示，将p型杂质从沟槽417r和沟槽417g的内壁导入N型浓度略微稀薄(n-)的半导体基板413中，从而在沟槽417r和沟槽417g的内壁上形成P型浓度略浓[p+]的钉扎区431。于是，还在沟槽417r和沟槽417g的内壁中露出的电势调整区425r、425g中导入p型杂质，并且在这部分中形成P型浓度略微稀薄[p-]的重叠区431'。
在通过掩模限制的区域中，通过进行通过注入能量以调整深度的各杂质的斜向离子注入以及随后的活化热处理，从而进行如上所述的p型杂质的导入。此时，根据所调整的离子注入能量，调整了钉扎区431相对于电势调整区425r、425g的重叠，使得钉扎区431与电势调整区425r、425g的一部分或全部重叠。将离子注入能量调整为使得在超出电势调整区425r、425g的范围内不形成钉扎区431。随后，进行与第六实施方式中参照图50A～图50C所述的过程同样的过程。
图55C
具体来说，首先，如图55C所示，在覆盖沟槽417r和沟槽417g的内壁以及半导体基板413上方的状态下形成栅极绝缘膜419。接下来，在栅极绝缘膜419上形成导电材料膜421以处于嵌入沟槽417r和沟槽417g的状态。
图56A
接下来，如图56A所示，对导电材料膜421进行图形蚀刻，从而在沟槽417r内形成读出栅极421r、在沟槽417g内形成读出栅极421g并且还在光接收面A上形成此处省略其图示的读出栅极(421b)。
图56B
随后，如图56B所示，在读出栅极421r、读出栅极421g(以及读出栅极421b)的侧壁上形成绝缘侧壁422，接下来，在半导体基板413的光接收面A侧的表面层上形成N型浓度较浓(n+)的浮动扩散部423。
于是，获得了具有先前参照图53A和图53B所述的配置的固体摄像器件42-2。
第七实施方式的优点
相比于第六实施方式的配置，上述第七实施方式的固体摄像器件42-2具有这样的配置，其中，对内部设有读出栅极421r、421g的沟槽417r和沟槽417g的内壁还设有p型钉扎区431。于是，如后所述，相比于未设有比光电转换区415r、415g的N型浓度显著稀薄(n--)的电势调整区425r、425g的情况，可使沿着栅极绝缘膜419的沟道形成区的电势级差下降。
因此，还从光电转换区415r、415g经由电势调整区425r、425g而读出给重叠区431'的信号电荷(电子)可易于从重叠区431'进一步读出给钉扎区431。因此，对于在半导体基板413的较深位置处设有光电转换区415r、415g的固体摄像器件42-2，可读出光电转换区415r、415g的全部信号电荷，因此，可实现摄像特性的提高。
这里，作为比较例，图57图示了具有不包含电势调整区的配置的固体摄像器件的横截面图。而且，图58A和图58B表示用于说明图57所示的固体摄像器件的驱动的图。对于未设有电势调整区的固体摄像器件，设有P型浓度非常稀薄[p--]的重叠区431"，其中，将N型浓度较浓(n+)的光电转换区415r、415g和P型浓度较浓[p+]的钉扎区431重叠。
对于这种固体摄像器件的光接收时段，如图58A(1)所示，N型浓度较浓(n+)的光电转换区415r的电势保持为比P型浓度非常稀薄[p--]的重叠区431"的电势深。于是，将通过光电转换生成的信号电荷e累积于光电转换区415r中。
另一方面，如图58B(1)所示，P型浓度较浓[p+]的钉扎区431的电势比P型浓度非常稀薄[p--]的重叠区431"的电势浅。这里，重叠区431"为这样的区域，其中，将P型浓度较浓[p+]的钉扎区431和N型浓度较浓(n+)的光电转换区415r重叠。因此，重叠区431"的P型浓度与钉扎区431的P型浓度的差大，并且它们的电势级差大于参照图53A和图54B所述的第七实施方式的固体摄像器件的电势级差。
接下来，对于读出时段，接通对读出栅极421r施加的栅极电压，因此，如图58A(2)所示，[p--]的重叠区431"的电势设定为比(n+)的光电转换区415r的电势深。于是，将光电转换区415r的信号电荷e读出给栅极绝缘膜419侧。然而，如图58B(2)所示，对于与栅极绝缘膜419邻接的部分，重叠区431"和钉扎区431之间的电势深度关系在维持与光接收时段同样的状态下整体上变深。因此，[p+]的钉扎区431的电势比[p--]的重叠区431"的电势浅，并且保持大的级差。因此，信号电荷e残留在重叠区431"中。
14.变型例
图59A～图59C表示本发明的固体摄像器件的变型例1～变型例3的横截面图。下面，基于这些图，说明固体摄像器件的变型例。注意，虽然图59A～图59C图示了其中各变型例适用于第一实施方式的固体摄像器件41-1的配置，但所述变型例同样可适用于第七实施方式的固体摄像器件42-2。
变型例1
作为固体摄像器件的变型例1，图59A表示固体摄像器件1a的配置，其中，在贯穿的沟槽417g'内部还设有用于从绿光用光电转换区415g中读出信号电荷的读出栅极421g'。在半导体基板413中，在夹着光电转换区415r、415g、415b的位置处设有贯穿形状的沟槽417r和沟槽417g'。根据这种配置，贯穿形状的沟槽417r和沟槽417g'相对于光电转换区415r、415g、415b的深度稳定，因此，可获得无偏差的摄像特性。
变型例2
作为固体摄像器件的变型例2，图59B表示固体摄像器件1b的配置，其中，用于从红光用光电转换区415r中读出信号电荷的读出栅极421r还用作未贯穿半导体基板413的沟槽417r'。在此情况下，期望形成比红光用光电转换区415r深的沟槽417r'。
变型例3
作为固体摄像器件的变型例3，图59C表示固体摄像器件1c的配置，其中，仅在半导体基板413的距浮动扩散部423最远的最深位置处布置的红光用光电转换区415r设有电势调整区425r。在此情况下，需要说明的是，绿光用光电转换区415g’设置为与覆盖沟槽417g的内壁的栅极绝缘膜419接近。即使对于这种配置，仍然在半导体基板413的距浮动扩散部423最远的最深位置处布置有红光用光电转换区415r，因此，可从最难以从中读出信号电荷的红光用光电转换区415r中读出全部信号电荷。注意，在采用这种配置的情况下，通过调整对读出栅极421g施加的栅极电压，可从绿光用光电转换区415g’中读出所有信号。
注意，本变型例3可与变型例1或变型例2组合。
在上述各实施方式和变型例中，说明了这样的配置，其中，本发明适用于其中在半导体基板413的光接收面A侧设有读出栅极421r、421g、421b和浮动扩散部423的固体摄像器件。然而，本发明同样可适用于所谓的背面照射型固体摄像器件，其中，在半导体基板413的与光接收面A相反的表面侧设有读出栅极421r、421g、421b和浮动扩散部423。在此情况下，期望设置电势调整区以便与在与浮动扩散部423隔离的较深位置处布置的光电转换区接触。
而且，在上述各实施方式和变型例中，说明了这样的配置，其中，本发明适用于半导体基板413和光电转换区415r、415g、415b以及浮动扩散部423的导电型为n型的固体摄像器件。然而，本发明同样可适用于具有相反导电型的固体摄像器件。在此情况下，期望将各实施方式和变型例中所述的“n型”读作“p型”，将“p型”读作“n型”，而且，将关于电势深度的“浅”读作“深”，并将“深”读作“浅”。
15.电子设备的实施方式
下面，说明具有上述固体摄像器件的电子设备的实施方式。上述固体摄像器件可适用于电子设备，例如，诸如数码相机及摄像机等相机系统、具备摄像功能的便携电话、具备摄像功能的其它设备等。作为电子设备的例子，图60表示使固体摄像器件适用于能摄取静止图像和动态图像的相机的情况的示意性配置。
本例的相机300包括：固体摄像器件301；光学系统302，其将入射光导入固体摄像器件301的光接收传感器部；快门装置303，其设置于固体摄像器件301和光学系统302之间；以及驱动电路304，其驱动固体摄像器件301。而且，相机300包括信号处理电路305，信号处理电路305处理来自固体摄像器件301的输出信号。
上述各实施方式的固体摄像器件适用于固体摄像器件301。光学系统(光学透镜)302在固体摄像器件301的摄像面(未图示)上将来自对象的光(入射光)成像。于是，在固体摄像器件301内，在特定时段内累计信号电荷。注意，光学系统302可由包含多个光学透镜的光学透镜组构成。而且，快门装置303控制对固体摄像器件301的入射光的光照射时段和遮光时段。
驱动电路304将驱动信号提供给固体摄像器件301和快门装置303。驱动电路304使用供给的驱动信号以控制对固体摄像器件301的信号处理电路305的信号输出操作和快门装置303的快门操作。即，在本例中，使用从驱动电路304提供的驱动信号(时序信号)以进行从固体摄像器件301至信号处理电路305的信号传输操作。
信号处理电路305对从固体摄像器件301传输的信号进行各种信号处理。在诸如存储器等存储介质(未图示)中存储待进行各种信号处理的信号(视频信号)，或者将所述信号输出给监视器(未图示)。
注意，对于上述固体摄像器件，虽然将第一导电型描述为p型，并将第二导电型描述为n型，但在本发明中，n型导电型和p型导电型可以反转。在此情况下，在驱动方法中，将对各种传输晶体管施加的电压从正电压置换为负电压。
注意，本发明还可采用以下配置。
(1)一种固体摄像器件，其包括：
第一光电二极管，其包括形成于半导体基板的第一主面侧的第一个第一导电型半导体区以及与所述第一个第一导电型半导体区相邻地形成于所述半导体基板内部的第一个第二导电型半导体区；
第二光电二极管，其包括形成于所述半导体基板的第二主面侧的第二个第一导电型半导体区以及与所述第二个第一导电型半导体区相邻地形成于所述半导体基板内部的第二个第二导电型半导体区；以及
栅极，其形成于所述半导体基板的第一主面侧，
其中，所述第二个第一导电型半导体区和所述第二个第二导电型半导体区之间的连接面的杂质浓度等于或大于所述第二个第二导电型半导体区的与所述第二个第一导电型半导体区相反侧的层的连接面的杂质浓度。
(2)根据(1)所述的固体摄像器件，还包括：
第三个第一导电型半导体区，其介于所述第一个第二导电型半导体区和所述第二个第二导电型半导体区之间。
(3)根据(1)或(2)所述的固体摄像器件，还包括：
介于所述第一个第二导电型半导体区和所述第二个第二导电型半导体区之间的第二导电型半导体区，该第二导电型半导体区的杂质浓度低于所述第一个第二导电型半导体区和所述第二个第二导电型半导体区的杂质浓度。
(4)根据(1)～(3)之任一项所述的固体摄像器件，还包括：
平面型传输晶体管，其配置为读出形成于所述半导体基板的第一主面上的所述第一光电二极管的电荷；和
垂直型传输晶体管，其配置为读出形成于所述半导体基板的第二主面上的所述第二光电二极管的电荷。
(5)一种固体摄像器件，其包括：
第一光电二极管，其包括形成于半导体基板的第一主面侧的第一个第一导电型半导体区以及与所述第一个第一导电型半导体区相邻地形成于所述半导体基板内部的第一个第二导电型半导体区；
第二光电二极管，其包括形成于所述半导体基板的第二主面侧的第二个第一导电型半导体区以及与所述第二个第一导电型半导体区相邻地形成于所述半导体基板内部的第二个第二导电型半导体区；以及
栅极，其形成于所述半导体基板的第一主面侧，
其中，在所述半导体基板内将所述第一个第二导电型半导体区和所述第二个第二导电型半导体区连接，并且所述第二个第一导电型半导体区和所述第二个第二导电型半导体区之间的连接面的杂质浓度等于或小于所述第一个第二导电型半导体区和所述第二个第二导电型半导体区之间的连接面的杂质浓度。
(6)一种固体摄像器件的制造方法，该方法包括：
从半导体基板的第一主面侧注入第二导电型杂质以在所述第一主面侧的所述半导体基板内部形成第一个第二导电型半导体区；
从所述半导体基板的第一主面侧注入第一导电型杂质以在所述半导体基板的第一主面的表面上形成第一个第一导电型半导体区；
在所述半导体基板的第一主面上形成栅极；
从所述半导体基板的第二主面侧注入第二导电型杂质以在第二主面侧的所述半导体基板内部形成第二个第二导电型半导体区，该第二个第二导电型半导体区的第二主面的表面侧的杂质浓度等于或大于所述半导体基板的深部侧的杂质浓度；并且
从所述半导体基板的第二主面侧注入第一导电型杂质以在所述半导体基板的第二主面的表面上形成第二个第一导电型半导体区。
(7)根据(6)所述的固体摄像器件的制造方法，还包括：
从所述第一主面侧注入第一导电型杂质以形成从所述第一主面侧的表面至所述半导体基板的内部的第一像素隔离部；并且
从所述第二主面侧注入第一导电型杂质以形成从所述第二主面侧的表面至所述第一像素隔离部的形成位置的第二像素隔离部。
(8)一种电子设备，其包括：
根据(1)～(5)之任一项所述的固体摄像器件；
光学系统，其配置为将入射光导入所述固体摄像器件的摄像单元中；以及
信号处理电路，其配置为处理所述固体摄像器件的输出信号。
(9)一种固体摄像器件，其包括：
读出栅极，其隔着栅极绝缘膜嵌入在半导体基板中所形成的沟槽内；
光电转换区，其设置于所述半导体基板内部；
浮动扩散部，其在与所述光电转换区保持间隔的同时而设置于所述半导体基板的表面层上；以及
电势调整区，其布置为与所述光电转换区和所述栅极绝缘膜邻接，所述电势调整区与所述半导体基板和所述光电转换区为同一导电型，并且还是比该半导体基板和该光电转换区的该导电型的浓度低的杂质区。
(10)根据(9)所述的固体摄像器件，其中，所述电势调整区设置于与所述光电转换区同样深的位置处。
(11)根据(9)或(10)所述的固体摄像器件，其中，在所述半导体基板内部，沿深度方向层叠地布置有多个所述光电转换区，
并且其中，所述电势调整区设置为在多个所述光电转换区中与距离所述浮动扩散部最远的光电转换区相邻接。
(12)根据(11)所述的固体摄像器件，其中，在多个所述光电转换区中，与所述电势调整区邻接设置的光电转换区为红光用光电转换区。
(13)根据(9)～(12)之任一项所述的固体摄像器件，其中，所述读出栅极布置在贯穿所述半导体基板而设置的沟槽内。
(14)根据(9)～(13)之任一项所述的固体摄像器件，其中，在所述半导体基板中，所述浮动扩散部布置在针对所述光电转换区的光接收面侧。
(15)根据(9)～(14)之任一项所述的固体摄像器件，其中，所述半导体基板配置为与所述光电转换区和所述浮动扩散部为同一导电型。
(16)根据(9)～(15)所述的固体摄像器件，其中，在所述半导体基板内部，沿着所述沟槽的侧壁设有与所述光电转换区的导电型相反的钉扎区，
并且其中，所述电势调整区和所述钉扎区重叠的重叠区包括构成该电势调整区的杂质以及构成该钉扎区的杂质。
(17)根据(16)所述的固体摄像器件，其中，所述电势调整区的部分布置为与所述钉扎区重叠。
(18)一种固体摄像器件的制造方法，该方法包括：
在半导体基板中导入杂质，从而在该半导体基板内部形成光电转换区，并且还形成与该半导体基板和该光电转换区为同一导电型的与该光电转换区邻接的电势调整区，并且所述导电型的浓度低于该半导体基板和该光电转换区的导电型的浓度；在所述半导体基板中形成与所述电势调整区邻接的沟槽；在所述沟槽内隔着栅极绝缘膜形成读出栅极；并且在所述半导体基板的表面层中导入杂质，从而在所述半导体基板的表面层上形成与所述读出栅极接近的浮动扩散部。
(19)根据(18)所述的固体摄像器件的制造方法，其中，
通过贯穿所述半导体基板以形成所述沟槽。
(20)根据(18)或(19)所述的固体摄像器件的制造方法，还包括：
在形成所述沟槽后，在形成所述栅极绝缘膜和所述读出栅极前，在所述半导体基板中从所述沟槽的内壁导入杂质，从而沿着该沟槽的内壁形成与所述光电转换区的导电型相反的钉扎区。
(21)根据(20)所述的固体摄像器件的制造方法，其中，
在所述钉扎区的形成中，该钉扎区与所述电势调整区的部分重叠。
(22)一种电子设备，其包括：
根据(9)～(17)之任一项所述的固体摄像器件；以及
光学系统，其配置为将入射光导入所述光电转换区中。
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 (8)

1.一种固体摄像器件，其包括：
半导体基板，其包括接收入射光的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
光电二极管区，其形成在所述半导体基板中，所述光电二极管区包括：
第一n型半导体区，
第一p型半导体区，
第二n型半导体区，
第二p型半导体区；
第三p型半导体区；以及
栅极，其在所述半导体基板中从所述第二表面沿深度方向延伸，
其中，在从所述半导体基板的第二表面侧开始的所述深度方向上，所述第三p型半导体区、所述第一n型半导体区、所述第一p型半导体区、所述第二n型半导体区和所述第二p型半导体区按此顺序设置，
其中，所述第二n型半导体区和所述第二p型半导体区之间的连接面的杂质浓度等于或大于所述第二n型半导体区和所述第一p型半导体区之间的连接面的杂质浓度。
2.一种固体摄像器件，其包括：
半导体基板，其包括接收入射光的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；
光电二极管区，其形成在所述半导体基板中，所述光电二极管区包括：
第一n型半导体区，
第一p型半导体区，
第二n型半导体区，
第二p型半导体区；
第三p型半导体区；以及
栅极，其在所述半导体基板中从所述第二表面沿深度方向延伸，
其中，在从所述半导体基板的第二表面侧开始的所述深度方向上，所述第三p型半导体区、所述第一n型半导体区、所述第一p型半导体区、所述第二n型半导体区和所述第二p型半导体区按此顺序设置，
其中，所述光电二极管区还包括：
介于所述第一n型半导体区和所述第一p型半导体区之间的n型半导体区，该n型半导体区的杂质浓度低于所述第一n型半导体区和所述第二n型半导体区的杂质浓度。
3.如权利要求1或2所述的固体摄像器件，其中，所述栅极包括：
平面栅极，所述平面栅极形成在所述半导体基板的所述第二表面侧；和
垂直栅极，所述垂直栅极从所述半导体基板的所述第二表面侧沿所述深度方向形成在所述平面栅极下方。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中在所述第一n型半导体区和所述第一p型半导体区之间形成第一PN结，在所述第一p型半导体区和所述第二n型半导体区之间形成第二PN结，并且在所述第二n型半导体区和所述第二p型半导体区之间形成第三PN结。
5.如权利要求1或2所述的固体摄像器件，其中，在所述第三p型半导体区和所述第一n型半导体区之间形成PN结。
6.如权利要求1或2所述的固体摄像器件，还包括：
布线层，其形成在所述半导体基板的所述第二表面侧。
7.如权利要求1或2所述的固体摄像器件，还包括：
浮动扩散部，其在所述半导体基板的所述第二表面侧上形成于隔着所述栅极而面对所述光电二极管区的位置处。
8.一种电子设备，其包括：
如权利要求1～7之一所述的固体摄像器件；
光学系统，其配置为将所述入射光导入所述固体摄像器件的摄像单元中；以及
信号处理电路，其配置为处理所述固体摄像器件的输出信号。
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