CN115053348A - 固态摄像元件和电子装置 - Google Patents

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伊藤智美
正垣敦
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Abstract

本发明涉及不仅小而且能够抑制在晶体管附近产生强电场的固态摄像元件和电子装置。固态摄像元件包括执行光电转换的光电转换元件；元件隔离，其在包括所述光电转换元件的像素之间从基板的第一主面贯穿至第二主面；以及导体部，其附着在所述元件隔离的第一主面侧。例如，本发明可以应用于固态摄像元件和包括固态摄像元件的电子装置。

Description

固态摄像元件和电子装置
技术领域
本发明涉及固态摄像元件和电子装置。
背景技术
近年来正在使用具有完全贯穿式沟槽隔离(FFTI：Front Full TrenchIsolation)的固态摄像元件。在具有FFTI的固态摄像元件中，像素由绝缘体隔开，因此像素彼此电隔离。因此，例如，各个隔离的像素需要包括用于将半导体基板设置为接地电位的接触电极。为了减小平面图察看时接触电极的表面积，已经提出了其中接触电极由用作有源区域的FFTI的一部分形成的固态摄像元件(例如，专利文献1)。
引用文献列表
专利文献
专利文献1：JP 2016-39315A
发明内容
发明要解决的技术问题
在这种固态摄像元件中，用作晶体管的源极/漏极的杂质区域(其是具有高杂质浓度的区域)和接触电极彼此紧密接触或接近，以便减小传感器的尺寸。因此，在杂质区域和接触电极之间形成了强电场。
本技术是鉴于这种情况而做出的，并且使得能够提供能够在紧凑的同时抑制在晶体管附近出现强电场的固态摄像元件和电子装置。
技术问题的解决方案
根据本技术一个方面的固态摄像元件包括：执行光电转换的光电转换元件；完全贯穿式沟槽隔离，其从基板的第一主面贯穿至第二主面并且形成在包括所述光电转换元件的像素之间；以及导体部，其设置为与所述完全贯穿式沟槽隔离的第一主面侧紧密接触。
根据本技术的一个方面的电子装置包括：固态摄像装置，所述固态摄像装置包括固态摄像元件、光学透镜以及信号处理电路，所述固态摄像元件包括：执行光电转换的光电转换元件；完全贯穿式沟槽隔离，其从基板的第一主面贯穿至第二主面并且形成在包括所述光电转换元件的像素之间；以及导体部，其设置为与所述完全贯穿式沟槽隔离的第一主面侧紧密接触；光学透镜在所述固态摄像装置的图像拍摄面上形成来自被摄体的图像光的图像；信号处理电路对从所述固态摄像装置输出的信号执行信号处理。
根据本技术一个方面的固态摄像元件包括：执行光电转换的光电转换元件；完全贯穿式沟槽隔离，其从基板的第一主面贯穿至第二主面并且形成在包括所述光电转换元件的像素之间；以及导体部，其设置为与所述完全贯穿式沟槽隔离的第一主面侧紧密接触。
根据本技术的一个方面的电子装置包括所述固态摄像元件。
附图说明
图1是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像装置的整体构造的图。
图2是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图3是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的构造例的截面图。
图4是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的制造方法的示例的工艺截面图。
图5是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的制造方法的示例的工艺截面图。
图6是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的制造方法的示例的工艺截面图。
图7是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的另一构造示例的截面图。
图8是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的另一构造示例的截面图。
图9是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的另一构造示例的截面图。
图10是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的另一构造示例的截面图。
图11是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的另一构造示例的截面图。
图12是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的另一构造示例的截面图。
图13是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像元件的另一构造示例的截面图。
图14是示出了根据本公开第二实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图15是示出了根据本公开第二实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图16是示出了根据本公开第二实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图17是示出了根据本公开第三实施方案的固态摄像元件的构造例的截面图。
图18是示出了根据本公开第四实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图19是示出了根据本公开第四实施方案的固态摄像元件的构造例的截面图。
图20是示出了根据本公开第四实施方案的固态摄像元件的构造例的截面图。
图21是示出了根据本公开第五实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图22是示出了根据本公开第五实施方案的固态摄像元件的构造例的截面图。
图23是示出了根据本公开第五实施方案的固态摄像元件的构造例的截面图。
图24是示出了根据本公开第六实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图25是示出了根据本公开第六实施方案的固态摄像元件的布局示例的平面图。
图26是示出了根据本公开第七实施方案的固态摄像元件的构造例的截面图。
图27是示出了根据本公开第七实施方案的固态摄像元件的效果的图。
图28是说明根据本公开第七实施方案的固态摄像元件的制造方法的示例的工艺截面图。
图29是根据本公开第八实施方案的电子装置的示意图。
具体实施方式
下文中，将参照图1至图29说明根据本公开实施方案的光学元件、光学元件阵列、电子装置和光学元件的制造方法的示例。将按以下顺序说明本公开的实施方案。注意，本公开不限于以下示例。此外，本说明书中记载的效果是示例性的而不是限制性的，并且可以提供其他效果。
1.第一实施方案：固态摄像装置
(1.1)固态摄像装置的总体构造
(1.2)固态摄像元件的构造
(1.3)固态摄像元件的制造方法
(1.4)变形例
2.第二实施方案：固态摄像元件
(2.1)固态摄像元件200的第一示例
(2.2)固态摄像元件200的第二示例
(2.3)固态摄像元件200的第三示例
3.第三实施方案：固态摄像元件
(3.1)固态摄像元件的构造
4.第四实施方案：固态摄像元件
(4.1)固态摄像元件的构造
5.第五实施方案：固态摄像元件
(5.1)固态摄像元件的构造
6.第六实施方案：固态摄像元件
(6.1)固态摄像元件的构造
(6.1.1)固态摄像元件600的第一示例
(6.1.2)固态摄像元件600的第二示例
7.第七实施方案：固态摄像装置
(7.1)固态摄像元件的构造
(7.2)固态摄像元件的制造方法
8.第八实施方案：电子装置
1.第一实施方案：固态摄像装置
(1.1)固态摄像装置的总体构造
将说明根据本公开第一实施方案的固态摄像装置1。
图1是示出了根据本公开第一实施方案的固态摄像装置1的整体的示意性构造图。图1所示的固态摄像装置1是背面照射型互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。如图29所示，固态摄像装置1通过光学透镜1002从被摄体获取图像光(入射光1006)，将在图像拍摄面上形成为图像的入射光1006的量转换为信号处理电路1005中以像素为单位的电信号，并且将该电信号作为图像信号(像素信号)输出。如图1所示，根据第一实施方案的固态摄像装置1包括：基板2、像素区域3、垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6、输出电路7、控制电路8。
像素区域3包括以二维阵列规则地布置在基板2上的多个像素9。像素9包括图3所示的光电转换单元23和多个像素晶体管(未图示)。作为多个像素晶体管，例如，可以采用四种晶体管，即传输晶体管、复位晶体管、选择晶体管和放大晶体管。此外，例如，可以采用除了选择晶体管之外的三种晶体管。
例如，由移位寄存器构成的垂直驱动电路4选择所需的像素驱动配线L1，将用于驱动像素9的脉冲供给至所选择的像素驱动配线L1，并且以行为单位驱动像素9。即，垂直驱动电路4以行为单位在垂直方向上依次地对像素区域3的像素9进行选择扫描，并且将基于根据各个像素9的光电转换单元23接收到的光量而产生的信号电荷的像素信号通过垂直信号线L2供给至列信号处理电路5。
列信号处理电路5例如针对像素9的各列配置，并且对从对应于一行的像素9输出的信号按各像素列执行诸如噪声去除等信号处理。例如，列信号处理电路5执行诸如相关双采样(CDS)和模数(AD)转换等信号处理以去除像素特定的固定图案噪声。
例如，由移位寄存器构成的水平驱动电路6，将水平扫描脉冲依次输出至列信号处理电路5，以依次选择各个列信号处理电路5，并且来自各个列信号处理电路5的已经经过了信号处理的像素信号输出至水平信号线L3。
输出电路7对依次供给的像素信号执行信号处理，并且通过水平信号线L3将来自各个列信号处理电路5的像素信号输出。例如，可以使用的信号处理的示例包括缓冲、黑电平调整、列变化校正、各种类型的数字信号处理等。
控制电路8根据垂直同步信号、水平同步信号和主时钟信号，生成作为垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等的操作的基准的时钟信号或控制信号。此外，控制电路8将生成的时钟信号或控制信号输出至垂直驱动电路4、列信号处理电路5、水平驱动电路6等。
(1.2)固态摄像元件的构造
接下来，将参照图2和图3详细说明图1的固态摄像装置1的结构。图2是示出了固态摄像装置1的像素区域3的固态摄像元件100的布局示例的平面图。图3是固态摄像元件100的像素9在图2所示的A-A'截面处的截面图。包括图2和图3所示的固态摄像元件100的固态摄像装置1是背面照射型CMOS图像传感器(CMOS固态摄像装置)。
固态摄像元件100包括传输晶体管Ttr、复位晶体管Trs、放大晶体管Tam和选择晶体管Tsl。传输晶体管Ttr是从光电转换元件22读出电荷并且将电荷传输至浮动扩散部41的晶体管。
复位晶体管Trs是将浮动扩散部41的电位复位为电源电压的晶体管。放大晶体管Tam是在栅极处获取浮动扩散部41的电位并且通过源极跟随器将该电位输出至垂直信号线(VSL)的晶体管。
选择晶体管Tsl是将待被读取行的放大晶体管Tam与垂直信号线连接，并且将没有被读取的行的放大晶体管Tam与垂直信号线断开的晶体管。
如图2和图3所示，固态摄像元件100具有完全贯穿式沟槽隔离(FFTI)11隔离各自包括对入射光进行光电转换的光电转换元件(光电二极管；PD)22的像素9的结构。
在固态摄像元件100中，光从与第一主面(图3的上表面)相对的第二主面(图3的下表面)侧进入光电转换元件22，第一主面为固态摄像元件100的晶体管形成面。下文中，可以将第一主面称为“顶面”，并且将第二主面称为“底面”。
如图3所示，固态摄像元件100包括基板2、FFTI 11、嵌入导体部12、绝缘部13、阱层21和光电转换元件22。固态摄像元件100还包括栅极绝缘膜31、栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35，以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
栅极电极32是传输晶体管Ttr的栅极电极，栅极电极33是复位晶体管Trs的栅极电极。虽然在图2和图3中未图示，栅极电极34是放大晶体管Tam的栅极电极，并且栅极电极35是选择晶体管Tsl的栅极电极。
图2和图3还示出了与嵌入导体部12电连接的GND接触部50。
在基板2的底面侧，形成有其中滤色器层和晶片透镜(未图示)依次堆叠的集光层。此外，在基板2的晶体管形成侧的面(顶面)上依次堆叠有配线层和逻辑板(未图示)。
(基板)
例如，基板2由硅(Si)形成。在基板2上形成有布置有多个像素9的像素区域3。如图3所示，在像素区域3中，各自包括光电转换元件22的多个像素9形成在基板2上并且以二维矩阵布置。
(完全贯穿式沟槽隔离)
完全贯穿式沟槽隔离(FFTI)11从晶体管形成侧的面(顶面)贯穿至基板2的底面，并且形成为完全隔离各个像素9。在平面图中FFTI 11设置为包围像素9，并且，各像素9通过FFTI 11与相邻像素9电隔离隔开。
FFTI 11具有这样的结构，其中诸如氧化硅膜、氮化硅膜等元件隔离膜嵌入在基板2中形成的沟槽中。此外，FFTI 11可以具有由以下构成的两层结构：形成为覆盖沟槽的内壁的元件隔离膜和诸如硅等嵌入在形成有元件隔离膜的沟槽中的半导体膜。
(嵌入导体部)
嵌入导体部12用作用于GND接触至基板2(高浓度杂质扩散层42)的接触电极。嵌入导体部12可以嵌入在基板2的顶面形成的沟槽中。通过使用导电膜嵌入在基板2的上部设置的整个沟槽来形成嵌入导体部12，嵌入导体部将FFTI 11当作底面。
如上所述，在固态摄像元件100中，各像素9由FFTI 11电隔离。因此，在固态摄像元件100中，隔离的各个像素9需要具有与阱层21接触的电位(基准电位)。在固态摄像元件100中，FFTI 11的晶体管形成面侧的一部分用作嵌入导体部12，嵌入导体部用作有源区域并且用作接触电极。
通过将嵌入导体部12紧靠在FFTI 11上方放置，可以抑制由于形成接触电极引起的在平面图中固态摄像元件100的表面积增加，并且能够使固态摄像元件100的表面积更小。
在本实施方案中，如图2所示，嵌入导体部12设置在像素9之间的所有边界处。GND接触部50设置为在像素9之间的边界处与嵌入导体部12的一部分连接。
在截面图中，(在晶体管形成面侧)嵌入导体部12形成在FFTI 11的上方。嵌入导体部12比绝缘部13形成得深，因此在比绝缘部13深的区域中构造为靠近阱层21。
因此，嵌入导体部12通过欧姆接合电连接至阱层21。如图2和图3所示，嵌入导体部12设置为靠近像素9之间的FFTI 11上方，并且作为在两个相邻像素9之间的GND接触的接触电极被共用。
嵌入导体部12由导电膜形成。硅或掺杂有P型或N型杂质的其他半导体材料或金属可以用作导电膜。多晶硅、非晶硅、外延生长硅等可以用作硅。
(绝缘部)
绝缘部13、嵌入导体部12是在基板2的顶面(晶体管形成侧的面)中设置在嵌入导体部12与高浓度杂质扩散层42之间的绝缘层。通过在嵌入导体部12与高浓度杂质扩散层42之间设置绝缘部13，能够抑制嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42彼此紧密接触以及在嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42之间产生强电场的情况。
绝缘部13由浅沟槽隔离(STI)或绝缘膜形成。对于STI，例如，可以使用任何常用的材料，诸如氧化硅。作为绝缘膜，优选地使用氧化膜，并且特别优选地使用氧化硅膜。绝缘部13例如通过在基板2的顶面(晶体管形成侧的面)上形成的沟槽中嵌入作为绝缘膜的氧化膜而形成。
通过设置这样的绝缘部13，结果，嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42(后述)不彼此紧密接触，并且嵌入导体部12与高浓度杂质扩散层42之间的距离变大。这使得在嵌入导体部12与高浓度杂质扩散层42之间难以产生强电场，并且提高了固态摄像元件100的输出稳定性。
此外，通过设置这样的绝缘部13，嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42在垂直方向(基板2的深度方向)间隔开。因此，在不增加平面图中固态摄像元件100的尺寸的情况下，能够抑制在嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42之间出现强电场，使得能够既减小固态摄像元件100的表面积又提高输出的稳定性。
绝缘部13和嵌入导体部12形成得越深，嵌入导体部12与高浓度杂质扩散层42在垂直方向上的距离变得越大。因此，例如，通过在与固态摄像元件100中流动的电流的大小相对应的深度处形成绝缘部13和嵌入导体部12，可以抑制强电场的出现。
(阱层)
阱层21是P型(第一导电型的示例)杂质以低浓度扩散的P型区域。阱层21形成在比稍后将述的高浓度杂质扩散层42深的区域中。阱层21在比绝缘部13深的区域中构造为与嵌入导体部12密接接触。阱层21与稍后将述的光电转换元件22形成PN结。
(光电转换元件)
光电转换元件22是将入射光转换为与接收的光量相对应的电荷量并且存储电荷的光电二极管。光电转换元件22接收与滤色器的颜色相对应的光，该光通过为基板底面上的光电转换元件22设置的透镜和滤色器入射。由FFTI 11隔开在各个像素9中设置的光电转换元件22。
光电转换元件22是形成在各个像素9中在由为P型区域的阱层21包围的区域中的区域。光电转换元件22是与阱层21中扩散的杂质不同的N型(第二导电型的示例)杂质以低浓度扩散的N型区域。因此，在光电转换元件22与阱层21之间形成了PN结，并且光电转换元件22因此具有光电转换功能。光电转换元件22用作传输晶体管Ttr的源极区域。
(栅极绝缘膜)
栅极绝缘膜31是形成在光电转换元件22与浮动扩散部41之间以及在浮动扩散部41与高浓度杂质扩散层42之间的绝缘膜。例如，栅极绝缘膜31是氧化硅膜。
(栅极电极)
栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35分别是传输晶体管Ttr、复位晶体管Trs、放大晶体管Tam和选择晶体管Tsl的栅极电极。如图3所示，栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35由诸如多晶硅膜等导电膜形成。特别地，栅极电极32形成在形成为相对于阱层21延伸至光电转换元件22附近的沟槽中。通过将导电膜嵌入在表面上设置有栅极绝缘膜31的沟槽中来形成栅极电极32。
(浮动扩散部)
浮动扩散部41形成在基板2的晶体管形成侧(上侧)的面上，并且是暂时保持由传输晶体管Ttr读出的电荷的区域。浮动扩散部41例如是在基板2的顶面上晶体管形成区域中N型(第二导电型的示例)杂质以高浓度扩散的区域。浮动扩散部41形成在阱层21的包括传输晶体管Ttr的沟道区域与复位晶体管Trs的沟道区域之间的边界的区域中。在驱动传输晶体管Ttr时，浮动扩散部41用作漏极区域，并且在驱动复位晶体管Trs时，浮动扩散部41用作源极区域。
(高浓度杂质扩散层)
高浓度杂质扩散层42形成在基板2的晶体管形成面(顶面)侧，并且例如是N型(第二导电型的示例)的杂质以高浓度扩散的区域。高浓度杂质扩散层42形成为比绝缘部13浅。高浓度杂质扩散层42用作复位晶体管Trs的漏极区域。
如前所述，利用根据第一实施方案的固态摄像元件100，在不增加平面图中固态摄像元件100的尺寸的情况下，能够抑制在嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42之间出现强电场，使得能够既减小固态摄像元件100的表面积又提高输出的稳定性。
(1.3)固态摄像元件的制造方法
将参照图4至图6说明根据第一实施方案的固态摄像元件100的制造方法。图4至图6是示出了固态摄像元件100的制造方法的工艺截面图。图4至图6示出了像素9(单位像素)的工艺截面图。
如图4的A所示，通过在作为基板2的晶体管形成面的第一主面(图3中的顶面)中形成沟槽并且在其中嵌入绝缘材料来形成STI 13A。然后，如图4的B所示，形成从基板2的第一主面贯穿至在基板2的相对侧的第二主面(图3的底面)的沟槽，形成之后，在其中嵌入诸如氧化硅膜、氮化硅膜等元件分离膜11'。此时，形成沟槽以便贯穿STI。
然后，如图4的C所示，去除嵌入在沟槽中的元件分离膜11'的第一主面的部分以形成沟槽。因此，FFTI 11由元件分离膜11'形成。注意，在去除元件分离膜11'的第一主面的部分之前，可以在基板2的第一主面上形成蚀刻阻挡膜。
如图5的A所示，例如，形成诸如掺杂有杂质的多晶硅等半导体膜12'，以覆盖已形成的沟槽和基板2的第一主面。例如，通过化学气相沉积(CVD)等形成膜12'。
如图5的B所示，通过化学机械抛光(CMP)平坦化沉积在基板2的第一主面上的半导体膜12'。因此形成了嵌入导体部12。
如图6的A所示，在由FFTI 11隔开的像素9中形成半导体元件。首先，通过将P型杂质离子注入到基板2中来形成为P型区域的阱层21。此外，通过将N型杂质离子注入到由阱层21包围的区域中来形成为N型区域的光电转换元件22。在阱层21和光电转换元件22之间形成PN结。
接下来，通过对基板2进行热氧化，形成从基板2的顶面延伸至光电转换元件22的顶面附近的沟槽。之后，形成覆盖基板2的顶面和沟槽的表面的栅极绝缘膜31。然后，在设置有栅极绝缘膜31的沟槽中嵌入导电膜，并且在基板2的顶面形成导电膜。
之后，使用光刻技术和蚀刻技术去除导电膜的一部分，因此形成了传输晶体管Ttr的栅极电极32和复位晶体管Trs的栅极电极33。最后，将N型杂质离子注入基板2的顶面的预定区域，然后通过热处理激活离子注入区域。因此形成了浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
如图6的B所示，形成层间绝缘膜以覆盖其上形成有各晶体管的基板2的顶面。此外，形成贯穿层间绝缘膜并且通向嵌入导体部12的接触孔。最后，通过在接触孔中嵌入导电材料来形成GND接触50。在图6的B中，未图示层间绝缘膜，并且仅图示了GND接触50。
(1.4)变形
下文中将参照图7至图13说明作为固态摄像元件100的七个示例的固态摄像元件100A、固态摄像元件100B、固态摄像元件100C、固态摄像元件100D、固态摄像元件100E、固态摄像元件100F和固态摄像元件100G。固态摄像元件100A至固态摄像元件100G与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：传感器分别包括嵌入导体部12A至12I，而不是嵌入导体部12。
注意，固态摄像元件100A至固态摄像元件100G的具有与根据第一实施方案的固态摄像元件100类似功能的部分既没有详细说明，也没有在图7至图13中图示。换言之，将不再详细说明在固态摄像元件100A至固态摄像元件100G的像素9中形成的FFTI 11、绝缘部13、阱层21、光电转换元件22、栅极绝缘膜31和栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
(1.4.1)第一变形
图7是作为固态摄像元件100的变形例的固态摄像元件100A的像素9的截面图。图7是与第一实施方案所述的图3相对应的截面图。
如图7所示，固态摄像元件100A的嵌入导体部12A是形成在具有FFTI 11作为底面的基板2的上部的沟槽的表面上的导电膜。嵌入导体部12A具有与阱层21紧密接触的部分就足够了。换言之，嵌入导体部12A可以具有沟槽的一部分被导电材料嵌入的形状(沟槽未被导电材料完全嵌入)。
如图7所示，嵌入导体部12A是在基板2的上表面形成的沟槽的表面上形成的导电膜，并且在沟槽中，存在被导电膜在侧面和下面包围的空气层。嵌入导体部12A可以具有在沟槽中嵌入纯的多晶硅或氧化膜的构造。
(1.4.2)第二变形
图8是作为固态摄像元件100的变形例的固态摄像元件100B的像素9的截面图。图8是与第一实施方案所述的图3相对应的截面图。
如图8所示，固态摄像元件100B的嵌入导体部12B是形成在具有FFTI 11作为底面的基板2的上部的沟槽的表面上的导电膜。嵌入导体部12B具有与阱层21紧密接触的部分就足够了。换言之，嵌入导体部12B可以具有沟槽的一部分被导电材料嵌入的形状(沟槽未被导电材料完全嵌入)。换言之，嵌入导体部12A和嵌入导体部12B可以具有沟槽未被导电材料完全嵌入的形状。
如图8所示，嵌入导体部12B是在基板2的上表面上形成的沟槽的表面上形成的导电膜，并且在沟槽中，存在被导电膜在侧面和下面包围的空气层。嵌入导体部12B可以具有在沟槽中嵌入纯的多晶硅或氧化膜的构造。
(1.4.3)第三变形
图9和10是作为固态摄像元件100的变形例的固态摄像元件100C的像素9的截面图。图9和图10是与第一实施方案所述的图3相对应的截面图。
如图9和图10所示，固态摄像元件100C的嵌入导体部12C和嵌入导体部12D各自嵌入在具有FFTI 11作为底面的基板2的顶面附近形成的沟槽中。当作为截面图查看时，嵌入导体部12C和嵌入导体部12D分别具有倒锥形形状和锥形形状。这里，作为示例，图9示出了当嵌入导体部12C具有随着嵌入导体部12C从底面向顶面进展而宽度减小的锥形形状时的构造。作为示例，图10示出了当嵌入导体部12D具有随着嵌入导体部12D从顶面向底面进展而宽度减小的锥形形状时的构造。
为了形成嵌入导体部12C或嵌入导体部12D，首先，形成用于形成FFTI 11和嵌入导体部12C或嵌入导体部12D的沟槽，以贯穿形成在基板2的顶面上的STI。然后，在各沟槽中嵌入绝缘膜以形成FFTI 11。然后通过在沟槽内使用导电膜嵌入FFTI 11的上部来形成嵌入导体部12C或嵌入导体部12D。根据形成嵌入导体部12C和嵌入导体部12D时的诸如蚀刻等工艺，沟槽的形状可以是锥形形状，并且嵌入导体部12C和嵌入导体部12D的断面形状也可以是锥形形状。
(1.4.4)第四变形
图11是作为固态摄像元件100的变形例的固态摄像元件100D的像素9的截面图。图11是与第一实施方案所述的图3相对应的截面图。
如图11所示，在截面图中，固态摄像元件100D的嵌入导体部12E和绝缘部13E各自具有宽度随着从底面向顶面进展而减小的锥形形状。
为了形成嵌入导体部12E，首先，例如，在基板2的顶面上形成沟槽，并且形成作为绝缘部13的STI。接下来，形成用于形成FFTI 11和嵌入导体部12E的沟槽以贯穿STI，并且通过在沟槽内嵌入绝缘膜来形成FFTI 11。
最后，通过在沟槽内使用导电膜嵌入FFTI 11的上部来形成嵌入导体部12E。根据形成嵌入导体部12E时的诸如蚀刻等工艺，形成绝缘部13时形成的沟槽的形状和形成嵌入导体部12E时形成的沟槽的形状都可以是锥形形状。在这种情况下，绝缘部13和嵌入导体部12E的断面形状类似地是锥形形状。
(1.4.5)第五变形
图12是作为固态摄像元件100的变形例的固态摄像元件100E的像素9的截面图。图12是与第一实施方案所述的图3相对应的截面图。
如图12所示，固态摄像元件100E的嵌入导体部12F嵌入在FFTI 11作为底面的基板2的顶面附近形成的沟槽中。嵌入导体部12F具有在截面图中随着朝向基板2的顶面进展而直径越来越大的多个圆柱体堆叠的形状。
为了形成嵌入导体部12F，首先，形成用于形成FFTI 11和嵌入导体部12F的沟槽，以贯穿形成在基板2的顶面上的STI。然后，在沟槽中嵌入绝缘膜以形成FFTI 11。然后通过在沟槽内使用导电膜嵌入FFTI 11的上部来形成嵌入导体部12F。这时，作为对用于形成FFTI 11和嵌入导体部12F的沟槽执行了几次蚀刻的结果，沟槽的形状可以呈现堆叠的多个圆柱体的形状。在这种情况下，嵌入导体部12F的断面形状也将呈现堆叠的多个圆柱体的形状。
(1.4.6)第六变形
图13是作为固态摄像元件100的变形例的固态摄像元件100F的像素9的截面图。图13是与第一实施方案所述的图3相对应的截面图。
如图13所示，固态摄像元件100F的嵌入导体部12G嵌入在FFTI 11作为底面的基板2的顶面附近形成的沟槽中。在截面图中，嵌入导体部12G具有比FFTI 11宽的宽度。根据形成嵌入导体部12G时的诸如蚀刻等工艺，沟槽的形成嵌入导体部12G的部分的宽度可以比沟槽的形成FFTI 11的部分的宽度宽。在这种情况下，在截面图中嵌入导体部12G将具有比FFTI 11宽的宽度。
<第一实施方案的效果>
根据本实施方案的固态摄像装置1、固态摄像元件100和固态摄像元件100A至固态摄像元件100G提供以下效果。
(1)在固态摄像元件100中，用作接触电极的嵌入导体部12设置为与隔离像素9的完全贯穿式沟槽隔离(FFTI)11的上方紧密接触。因此，无需在固态摄像元件100的像素9内设置接触电极，并且能够抑制平面图中各个像素9的表面积的增加，这使得能够减小固态摄像元件100的表面积。
(2)在固态摄像元件100中，在平面图中，绝缘部13设置在嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42之间。因此，在固态摄像元件100中，嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42彼此不紧密接触，并且嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42之间的距离更大。这使得在嵌入导体部12与高浓度杂质扩散层42之间难以产生强电场，并且提高了固态摄像元件100的输出稳定性。
(3)在固态摄像元件100中，在截面图中，绝缘部13设置在比绝缘部13形成得更深的嵌入导体部12和在基板2的晶体管形成面的表面附近比绝缘部13形成得更浅的高浓度杂质扩散层42之间。因此，嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42在垂直方向(基板2的深度方向)上被隔开。因此，在平面图中不增加固态摄像元件100的尺寸的情况下，能够抑制嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42之间的强电场的出现，使得能够既减小固态摄像元件100的表面积又提高输出稳定性。
2.第二实施方案：固态摄像元件
将说明根据本公开第二实施方案的固态摄像元件200。固态摄像元件200是可以用于代替第一实施方案所述的固态摄像装置1的固态摄像元件100的固态摄像元件。
第二实施方案将参照图14至图6说明固态摄像元件200的三个示例，即固态摄像元件200A、固态摄像元件200B和固态摄像元件200C。
注意，固态摄像元件200的具有与根据第一实施方案的固态摄像元件100类似功能的部分既没有详细说明，也没有在图14至图16中图示。换言之，将不再详细说明在固态摄像元件200A的像素9中形成的阱层21、光电转换元件22、栅极绝缘膜31和栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
(2.1)固态摄像元件200的第一示例
图14是示出了作为固态摄像元件200的示例的固态摄像元件200A的布局示例的平面图。如图14所示，固态摄像元件200A与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：嵌入导体部12设置为与在像素9之间的边界处设置的FFTI 11的表面的一部分紧密接触。下文中，将说明FFTI 11和嵌入导体部12的布置以及GND接触部50的连接。
如图14所示，固态摄像元件200A的FFTI 11设置在像素9之间的所有边界处。同时，固态摄像元件200A的嵌入导体部12仅设置在像素9之间的边界的一部分处，并且具体地，在以2×2排列布置的四个像素9中分离相邻像素9的四个FFTI 11相交的部分(四个像素9的中心部分)处。换言之，在单个像素9的四个角中的各者处设置固态摄像元件200A的嵌入导体部12。
在四个FFTI 11相交的部分，嵌入导体部12设置为与FFTI 11的上部(图14的正面)相邻。嵌入导体部12比绝缘部13形成得更深，从而配置为靠近阱层21。另一方面，在四个FFTI 11相交以外的区域中，在FFTI 11上方(图14的正面)不设置嵌入导体部12，并且FFTI11从基板2的晶体管形成侧的面(图14的正面)贯穿至底面(图14的背面)。
例如，当嵌入导体部12设置在FFTI 11的一部分上方(在一个像素9的四个角中的各处)时，嵌入导体部12可以通过嵌入半导体材料、去除嵌入的半导体材料的上部、然后用诸如氧化硅等绝缘体覆盖上部来密封。
嵌入导体部12作为用于GND接触的接触电极在四个相邻像素9之间共用。这样，像素9具有四个接触电极，各角处一个接触电极。因此，在固态摄像元件200A中，即使一个嵌入导体部12不再用作接触电极，另一个嵌入导体部12也可以用作接触电极。因此能够提高包括固态摄像元件200A的固态摄像装置1的质量。
(2.2)固态摄像元件200的第二示例
图15是示出了作为固态摄像元件200B的示例的固态摄像元件200B的布局示例的平面图。
如图15所示，固态摄像元件200B与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：嵌入导体部12设置为与在像素9之间的边界处设置的FFTI 11的表面的一部分紧密接触。固态摄像元件200B与固态摄像元件200A的不同之处在于：GND接触部50连接至形成的嵌入导体部12的一部分，并且仅一部分的嵌入导体部12用作接触电极。下文中将说明FFTI 11和嵌入导体部12的布置以及GND接触部50的连接。
如图15所示，固态摄像元件200B的FFTI 11设置在像素9之间的所有边界处。同时，固态摄像元件200B的嵌入导体部12仅设置在像素9之间的边界的一部分处，并且具体地，在以2×2排列布置的四个像素9中分离相邻像素9的四个FFTI 11相交的部分(四个像素9的中心部分)处。换言之，在单个像素9的四个角中的各者处设置固态摄像元件200B的嵌入导体部12。
比绝缘部13形成地更深并且形成为与阱层21接触的嵌入导体部12设置在四个FFTI 11相交的部分，在FFTI 11上方(图15的正面)。GND接触部50与设置在4个FFTI 11相交的部分的嵌入导体部12的一部分连接。GND接触部50能够电连接至相邻像素9就足够了。因此，例如，如图15所示，在一个像素9中，GND接触部50连接至设置在对角处的一对嵌入导体部12就足够了。
如上所述布置的嵌入导体部12作为用于GND接触的接触电极在四个相邻像素9之间共用。这样，像素9具有两个接触电极，每两个角处一个接触电极。因此，在固态摄像元件200B中，即使一个嵌入导体部12不再用作接触电极，另一个嵌入导体部12也可以用作接触电极。因此能够提高包括固态摄像元件200B的固态摄像装置1的质量。
(2.3)固态摄像元件200的第三示例
图16是示出了作为固态摄像元件200的示例的固态摄像元件200C的布局示例的平面图。
如图16所示，固态摄像元件200C与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：嵌入导体部12设置为与设置在像素9之间的边界处的FFTI 11的表面的一部分紧密接触。固态摄像元件200C与固态摄像元件200A的不同还在于：嵌入导体部12仅设置在单个像素9的对角的位置(两个角)处。下文中将说明FFTI 11和嵌入导体部12的布置以及GND接触部50的连接。
如图16所示，固态摄像元件200C的FFTI 11设置在像素9之间的所有边界处。此外，固态摄像元件200C的嵌入导体部12设置在像素9之间的边界的一部分处。嵌入导体部12设置在单个像素9的一对对角的各位置处。
比绝缘部13形成地更深并且形成为与阱层21接触的嵌入导体部12设置在像素9的对角的各位置处，在FFTI 11上方(图16的正面)。GND接触部50与设置在像素9的对角处的各嵌入导体部12连接。
如上所述布置的嵌入导体部12作为用于GND接触的接触电极在四个相邻像素9之间共用。这样，像素9具有两个接触电极，每两个角处一个接触电极。因此，在固态摄像元件200C中，即使一个嵌入导体部12不再用作接触电极，另一个嵌入导体部12也可以用作接触电极。因此能够提高包括固态摄像元件200C的固态摄像装置1的质量。
此外，如在固态摄像元件200C，在没有构造GND接触部50的部分不设置嵌入导体部12，提高了固态摄像元件200C的特性、制造固态摄像元件200C时的产量等。
注意，可以使用第一实施方案的变形中的任何嵌入导体部12A至嵌入导体部12G来代替固态摄像元件200中的嵌入导体部12。
<第二实施方案的效果>
除了第一实施方案所述的效果之外，根据本实施方案的固态摄像元件200还提供以下效果。
(4)在固态摄像元件200中，用作接触电极的嵌入导体部12设置在各像素9的角部。因此，嵌入导体部12作为用于GND接触的接触电极在四个相邻像素9之间共用，并且即使任何一个嵌入导体部12不再用作接触电极，另一个嵌入导体部12也用作接触电极。因此能够提高包括固态摄像元件200A的固态摄像装置1的质量。
(5)在固态摄像元件200中，嵌入导体部12仅设置在各像素9的各对角(两个角)处。因此，与在各像素9的四个角处设置嵌入导体部12的情况相比，能够提高固态摄像元件200C的特性、制造固态摄像元件200C时的产量等。
3.第三实施方案：固态摄像元件
将说明根据本公开第三实施方案的固态摄像元件300。固态摄像元件300是可以用于代替第一实施方案所述的固态摄像装置1的固态摄像元件100的固态摄像元件。
(3.1)固态摄像元件的构造
在第三实施方案中，将参照图17说明固态摄像元件300。注意，固态摄像元件300中与根据第一实施方案的固态摄像元件100具有相似功能的部分既没有详细说明，也没有在图17中图示。换言之，将不再详细描述也不说明在固态摄像元件300的像素9中形成的阱层21、光电转换元件22、栅极绝缘膜31和栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
图17是固态摄像元件300的像素9的截面图。图17是对应于第一实施方案所述的图3的截面图。
固态摄像元件300与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：设置绝缘部313而不是绝缘部13。如图17所示，绝缘部313具有由以下构成的两层结构：覆盖设置在嵌入导体部12和高浓度杂质扩散层42之间的沟槽表面的绝缘膜和嵌入在沟槽中的纯的多晶硅或氧化物。绝缘部313可以设置有空气层(气隙)来代替纯的多晶硅或氧化物。换言之，绝缘部313至少在表面上由绝缘材料形成就足够了。通过设置这样的绝缘部313，与绝缘部13相比，能够减小绝缘部313的宽度，这在减小像素尺寸方面很有用。
注意，可以使用第一实施方案的变形中的任何嵌入导体部12A至嵌入导体部12G来代替固态摄像元件300中的嵌入导体部12。
<第三实施方案的效果>
除了第一实施方案所述的效果之外，根据本实施方案的固态摄像元件300还提供以下效果。
(6)在固态摄像元件300中，绝缘部313具有由以下构成的两层结构：形成在沟槽表面上的绝缘膜和嵌入在其上形成有绝缘膜的沟槽中的纯多晶硅或氧化膜，或空气层。这使得能够以更窄的宽度形成绝缘部313，这在减小固态摄像元件300的表面积方面更加有效。
4.第四实施方案：固态摄像元件
将说明根据本公开第四实施方案的固态摄像元件400。固态摄像元件400是可以用于代替第一实施方案所述的固态摄像装置1的固态摄像元件100的固态摄像元件。
(4.1)固态摄像元件的构造
在第四实施方案中，将参照图18至图20说明固态摄像元件400。
固态摄像元件400与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：代替嵌入导体部12，传感器包括用于互连像素9的嵌入导体部412。固态摄像元件400与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同还在于：设置了绝缘部414。此外，固态摄像元件400与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处还在于：设置了接触电极460和嵌入导体部470。
注意，固态摄像元件400的具有与根据第一实施方案的固态摄像元件100类似功能的部分既没有详细说明，也没有在图18至图20中图示。换言之，将不再详细说明在固态摄像元件400的像素9中形成的FFTI 11、绝缘部13、阱层21、光电转换元件22、栅极绝缘膜31和栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
图18是示出了固态摄像元件400的布局示例的平面图。图19是固态摄像元件400的像素9在图18所示的B-B'断面处的截面图。图19是包括传输晶体管Ttr和复位晶体管Trs的部分的截面图。图20是固态摄像元件400的像素9在图18所示的C-C'截面处的截面图。图20是包括放大晶体管Tam和选择晶体管Tsl的部分的截面图。
如图18所示，固态图像元件400包括像素9内的接触电极460。此外，如图19和图20所示，固态摄像元件400包括设置在FFTI 11上部的嵌入导体部412和设置在嵌入导体部412上部的绝缘部414。
嵌入导体部412设置在FFTI 11和绝缘部414之间。嵌入导体部412形成在基板2中比绝缘部13更深的位置处，并且构造为与两个相邻像素9的阱层21紧密接触。换言之，嵌入导体部412具有将像素9彼此电连接的功能。
另一方面，与第一实施方案的嵌入导体部12不同，本实施方案的嵌入导体部412不用作接触电极。嵌入导体部412由与嵌入导体部12类似的材料形成。通过在FFTI 11的上部嵌入导电膜然后去除嵌入导体的上部来形成嵌入导体部412。
绝缘部414设置在嵌入导体部412的上部，并且用作绝缘部414的盖层。绝缘部414例如由氧化硅或氮化硅或其他绝缘构件形成。通过在沟槽内的嵌入导体部412的上部嵌入绝缘构件来形成绝缘部414。
如图18所示，接触电极460是连接至GND接触部50以进行接触的区域。如图20所示，接触电极460连接至阱层21，并且将阱层21固定在从GND接触部50输入的电位。接触电极460形成在像素9的区域内。接触电极460可以设置在像素9的区域内以及像素9的区域之外(图1所示的像素区域3之外)。
如果接触电极460形成在像素9的区域内，则为数个像素9中的一者提供接触电极460。在这种情况下，设置有接触电极460的像素9可以作为设置有蓝色(B)滤色器的像素9。这是因为在具有短波长的蓝色光入射的像素9中，可以抑制由蓝光的光学特性引起的作为与光入射面相对的面(图19的顶面)的晶体管形成面的图案差异的影响。因此，当为具有蓝色(B)滤色器的像素9设置接触电极460时，能够抑制像素9之间的输出变化并且能够提高来自各像素9的输出的均匀性。
像素9通过嵌入导体部412电连接。因此，一个接触电极460用作隔离的各个像素9的阱层21的电位(基准电位)接触件。接触电极460是设置用于与GND接触部50接触的区域，其中杂质以高浓度扩散。
如图20所示，在底面与阱层21电接触的深度处形成接触电极460。通过在设置在基板2的沟槽中嵌入导电膜来形成接触电极460。例如，将硅或掺杂有P型杂质的其他半导体材料或金属用于导电膜。例如，将多晶硅、非晶硅、外延生长硅等用作硅。
<第四实施方案的效果>
根据本实施方案的固态摄像元件400提供以下效果。
(7)在固态摄像元件400中，像素9通过嵌入导体部412彼此电连接，并且接触电极460设置在数个像素9中的一个像素9中。由此，与为每个像素9设置接触电极460的情况相比，能够减少接触电极460的数量，这能够减少固态摄像元件300的表面积。
(8)在固态摄像元件400中，接触电极460可以设置在其中设置有蓝色(B)滤色器并且具有短波长的蓝色光入射的像素9中。在这种情况下，能够抑制因有无接触电极460而引起的像素9间的输出的变化，并且能够提高各像素9的输出的均匀性。
5.第五实施方案：固态摄像元件
将说明根据本公开第五实施方案的固态摄像元件500。固态摄像元件500是可以用于代替第一实施方案所述的固态摄像装置1的固态摄像元件100的固态摄像元件。
(5.1)固态摄像元件的构造
将参照图21至图23说明根据第五实施方案的固态摄像元件500。如图21所示，固态摄像元件500与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：嵌入导体部512设置为与在像素9之间的边界处设置的FFTI 11的表面的一部分紧密接触。
当在平面图中观察时，固态摄像元件500在包括单个像素9的四个角的各个区域处包括嵌入导体部512。固态摄像元件500与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同还在于：在两个像素9之间的各边界处设置嵌入导体部515。
注意，固态摄像元件500的具有与根据第一实施方案的固态摄像元件100类似功能的部分既没有详细说明，也没有在图21至图23中图示。换言之，将不再详细说明在固态摄像元件500的像素9中形成的FFTI 11、绝缘部13、阱层21、光电转换元件22、栅极绝缘膜31以及栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
图21是示出了固态摄像元件500的布局示例的平面图。图22是固态摄像元件500的像素9在图21所示的D-D'断面处的截面图。图22也是包括具有电子俘获功能的嵌入导体部515的区域的截面图。图23是固态摄像元件500的像素9在图2所示的E-E'截面处的截面图。图23也是包括用作接触电极的嵌入导体部512的区域的截面图。
与第一实施方案中的嵌入导体部12类似，设置在像素9的四个角的各者处的嵌入导体部512用作固定阱层21的电位的接触电极。如图21所示，固态摄像元件500的FFTI 11设置在像素9之间的所有边界处。
固态摄像元件500的嵌入导体部512设置在包括像素9之间的边界的区域中，并且具体地，在以2×2排列布置的四个像素9中分离相邻像素9的四个FFTI 11相交的部分(四个像素9的中心部分)处。换言之，在单个像素9的四个角中的各者处设置固态摄像元件500的嵌入导体部512。
如图22所示，嵌入导体部512设置在包括像素9的四个角的区域中的FFTI 11的上方(图22中的上面)，比绝缘部13更深并且与阱接21接触。在图21中，嵌入导体部512被图示为在平面图中具有十字形状。嵌入导体部512可以由与第一实施方案的嵌入导体部12类似的材料和类似的工艺形成。
设置在像素9之间的边界上的嵌入导体部515具有电子俘获功能，用于在高光强度期间抑制电荷通过嵌入导体部512或嵌入导体部515溢出到相邻像素9。嵌入导体部515设置在位于像素9之间的边界处的FFTI11的一部分的上方(图22的上面)，比绝缘部13更深并且与阱层21接触。例如，将硅或掺杂有N型杂质的其他半导体材料或金属用于嵌入导体部515。例如，将多晶硅、非晶硅、外延生长硅等用作硅。
嵌入导体部512电连接至GND接触部50。因此，嵌入导体部512用作接触电极。嵌入导体部512作为用于GND接触的接触电极在四个相邻像素9之间共用。这样，像素9具有四个接触电极，各角处一个接触电极。因此，在固态摄像元件500中，即使一个嵌入导体部512不再用作接触电极，另一个嵌入导体部512也可以用作接触电极。因此能够提高包括固态摄像元件500的固态摄像装置1的质量。
另一方面，嵌入导体部515电连接至向嵌入导体部515施加正电压的VDD接触部570。嵌入导体部515例如由N型半导体材料形成，并且当施加正电压时，俘获累积在光电转换元件22中的电子。
即使当存储在光电转换元件22中的电子由于高光强度引起而即将溢出到相邻像素时，这也防止了电子流到相邻像素9。由此，固态摄像元件500能够抑制构造有不同颜色的滤色器的相邻像素9之间的颜色混合。在固态摄像元件500中，优选地在从光电转换元件22到嵌入导体部515的屏障强度与从光电转换元件22到诸如传输晶体管Ttr等各晶体管的屏障强度之间设置差异。这防止在高光强度期间从光电转换元件22溢出的电子影响各晶体管。
注意，可以使用第一实施方案变形中的任何嵌入导体部12A至嵌入导体部12G来代替固态摄像元件500中的嵌入导体部512。在固态摄像元件500中，嵌入导体部515可以具有与第一实施方案变形中的嵌入导体部12A至嵌入导体部12G类似的构造。此外，固态摄像元件500可以具有第三实施方案的绝缘部313来代替绝缘部13。
<第五实施方案的效果>
除了第一实施方案所述的效果之外，根据本实施方案的固态摄像元件500还提供以下效果。
(9)固态摄像元件500包括嵌入导体部515，该嵌入导体部电连接至VDD接触部并且当从VDD接触部施加正电压时俘获从光电转换元件22溢出的电子。因此，抑制了在高光强度期间电子从光电转换元件22溢出并且流向相邻像素9的情况，这抑制了与相邻像素9的颜色混合。
6.第六实施方案：固态摄像元件
将说明根据本公开第六实施方案的固态摄像元件600。固态摄像元件600是可以用于代替第一实施方案所述的固态摄像装置1的固态摄像元件100的固态摄像元件。
(6.1)固态摄像元件的构造
第六实施方案将参照图24和图25说明固态摄像元件600的两个示例，即固态摄像元件600A和固态摄像元件600B。
注意，固态摄像元件600的具有与根据第一实施方案的固态摄像元件100类似功能的部分既没有详细说明，也没有在图24和图25中图示。换言之，将不再详细说明在固态摄像元件600A和固态摄像元件600B的各者的像素9中形成的FFTI 11、绝缘部13、阱层21、光电转换元件22、栅极绝缘膜31和栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
(6.1.1)固态摄像元件600的第一示例
图24是示出了作为固态摄像元件600的示例的固态摄像元件600A的布局示例的平面图。
如图24所示，固态摄像元件600A与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：代替嵌入导体部12，在两个像素9之间的边界上的区域的一部分中设置嵌入导体部612A。固态摄像元件600A与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处还在于：在包围各像素的FFTI 11上除了形成嵌入导体部612A的区域以外的区域设置有嵌入导体部615A。下文中将说明FFTI 11、嵌入导体部612A和嵌入导体部615A的布置以及GND接触部50的连接。
固态摄像元件600A是将相邻的两个像素9作为共用像素的单元的固态摄像元件。为每两个相邻的像素9设置一个嵌入导体部612A。嵌入导体部612A设置在相邻的两个像素9之间的边界处的FFTI 11(未图示)的上部(图24的正面)。
嵌入导体部612A设置在平面图中两个像素9之间的FFTI 11的中心附近。嵌入导体部612A的顶面从稍后将述的嵌入导体部615A露出，并且GND接触部50与之连接。嵌入导体部612A用作接触电极，类似于第一实施方案所述的嵌入导体部12。除了嵌入导体部612A被设置于在相邻的两个像素9之间的边界处设置的FFTI 11上的一部分之外，嵌入导体部612A以与嵌入导体部12类似的方式形成。
嵌入导体部615A设置于在相邻的两个像素9之间的边界处设置的FFTI 11的上部(未示出)处。嵌入导体部615A形成在FFTI 11上除了形成嵌入导体部612A的区域之外的区域中。类似于第五实施方案所述的嵌入导体部515，嵌入导体部615A具有电子俘获功能，用于在高光强度期间抑制电荷通过嵌入导体部612A或嵌入导体部615A溢出到相邻像素9。除了嵌入导体部615A被设置在包围各个像素9的大部分区域中，嵌入导体部615A以与嵌入导体部515类似的方式形成。
向嵌入导体部615A施加正电压的VDD接触部670连接至嵌入导体部615A。当通过VDD接触部670施加正电压时，嵌入导体部615A俘获从光电转换元件22溢出的电子。由与第五实施方案的VDD接触部570类似的材料和类似的工艺形成VDD接触部670。
在这样的固态摄像元件600A中，构成共用像素的单元的两个像素共用作为GND接触电极的嵌入导体部612A。当高强度光源入射在固态摄像元件600A上并且电子通过嵌入导体部612A从像素9溢出时，尽管电子通过嵌入导体部612A流入共用像素单元内的其他像素9，但是可以抑制电子流入共用的像素单元之外的其他像素9。因此，可以通过与像素校正等效的处理来抑制由于共用的像素单元的缺陷引起的图像质量下降。
(6.1.2)固态摄像元件600的第二示例
图25是示出了作为固态摄像元件600的示例的固态摄像元件600B的布局示例的平面图。
如图25所示，固态摄像元件600B与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：代替嵌入导体部12，在由四个像素9包围的边界的区域中设置嵌入导体部612B。固态摄像元件600B与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同还在于：在包围各像素的FFTI 11上除了形成嵌入导体部612B的区域之外的区域设置有嵌入导体部615B。下文中将说明FFTI 11、嵌入导体部612B和嵌入导体部615B的布置以及GND接触部50的连接。
固态摄像元件600B是将以2×2矩阵布置的四个像素9作为共用像素的单位的固态摄像元件。为以矩阵布置的四个像素9设置一个嵌入导体部612B。嵌入导体部612B设置在FFTI 11(未图示)的上部(图25的正面)，在四个像素9的中心处。嵌入导体部612B的顶面从稍后将述的嵌入导体部615B露出并且GND接触部50与之连接。
嵌入导体部615B设置于在相邻像素9之间的边界处设置的FFTI 11(未图示)的上部处。嵌入导体部615B形成在FFTI 11上除了形成嵌入导体部612B的区域之外的区域中。类似于嵌入导体部615A，嵌入导体部615B具有电子俘获功能，用于在高光强度期间抑制电子通过嵌入导体部612B或嵌入导体部615B溢出到相邻像素9。除了嵌入导体部615B被设置在包围各像素9的大部分区域中，嵌入导体部615B以与嵌入导体部515类似的方式形成。
在这样的固态摄像元件600B中，构成共用像素的单元的两个像素9共用作为GND接触电极的嵌入导体部612B。当高强度光源入射在固态摄像元件600B上并且电子通过嵌入导体部612B从像素9溢出时，尽管电子通过嵌入导体部612B流入共用的像素单元内的其他像素9，但是可以抑制电子流入共用的像素单元之外的其他像素9。因此，可以通过与像素校正等效的处理来抑制由于共用的像素单元的缺陷引起的图像质量下降。
<第六实施方案的效果>
除了在第一实施方案所述的效果之外，根据本实施方案的固态摄像元件600还提供以下效果。
(10)固态摄像元件600包括嵌入导体部615A和嵌入导体部615B，它们电连接至VDD接触部并且当从VDD接触部施加正电压时俘获从光电转换元件22溢出的电子。因此，固态摄像元件600能够抑制在高光强度期间电子从光电转换元件22溢出并且流向相邻像素9的情况，这抑制了与相邻像素9的颜色混合。
(11)即使当电子从像素9溢出时，固态摄像元件600也能够抑制电子流入共用的像素单元之外的其他像素9。因此，固态摄像元件600能够通过与像素校正等效的处理来抑制由于共用的像素单元的缺陷引起的图像质量下降。
7.第七实施方案：固态摄像装置
将说明根据本公开第七实施方案的固态摄像元件700。固态摄像元件700是可以用于代替第一实施方案所述的固态摄像装置1的固态摄像元件100的固态摄像元件。
(7.1)固态摄像元件的构造
在第七实施方案中，将参照图26说明固态摄像元件700。如图26所示，固态摄像元件700与根据第一实施方案的固态摄像元件100的不同之处在于：GND接触部750被设置至嵌入导体部712的内部。
注意，固态摄像元件700的具有与根据第一实施方案的固态摄像元件100类似功能的部分既没有详细说明，也没有在图26中图示。换言之，将不再详细说明在固态摄像元件500的像素9中形成的FFTI 11、绝缘部13、阱层21、光电转换元件22、栅极绝缘膜31和栅极电极32、栅极电极33、栅极电极34和栅极电极35以及浮动扩散部41和高浓度杂质扩散层42。
GND接触部750被设置至其贯穿嵌入导体部712并且与FFTI 11接触的位置。GND接触部750的末端可以形成为到达FFTI 11的内部。
<第七实施方案的效果>
除了第一实施方案所述的效果之外，根据本实施方案的固态摄像元件700还提供以下效果。
(12)图27是根据第一实施方案的固态摄像元件100(图3)的GND接触部50附近的放大图。嵌入导体部12通过欧姆接合电连接到阱层21。如果嵌入导体部12由例如为具有接近光电转换元件22的硅的折射率的材料的多晶硅制成，则来自相邻像素的光可以透过硅部分(嵌入导体部12)。
如图27的箭头所示，光在嵌入导体部12和阱层21彼此接触的部分处会泄漏到相邻像素，这会导致颜色混合。
在根据图26所示的第七实施方案的固态摄像元件700中，GND接触部750被设置至嵌入导体部12的内侧。因此，即使发生光在嵌入导体部12和阱层2彼此接触的部分处泄漏到相邻像素的情况，光被GND接触部750反射，不会泄漏到相邻像素侧。因此，防止了颜色混合。
第七实施方案可以与第一实施方案至第六实施方案中的任何一者结合应用。
(7.2)固态摄像元件的制造方法
将参照图28说明根据第七实施方案的固态摄像元件700的制造方法。与根据第一实施方案的固态摄像元件100相比，固态摄像元件700的不同之处在于：GND接触部750形成至其贯穿嵌入导体部712并且与FFTI 11(FFTI 11内部)接触的位置，并且其他相同。因此，将额外地说明与GND接触部750的形成有关的工艺。
现在按照图4至图6的A的步骤，在由FFTI 11隔开的像素9中形成光电转换元件22，并且形成传输晶体管Ttr的栅极电极32和复位晶体管Trs的栅极电极33。
如图28的A所示，形成层间绝缘膜781以覆盖其上形成晶体管的基板2的顶面。
如图28的B所示，形成贯穿层间绝缘膜781并且贯穿各嵌入导体部12的接触孔。可以通过蚀刻至诸如填充FFTI 11的氧化硅膜或氮化硅膜等FFTI 11的一部分来形成接触孔。
如图28的C所示，通过在接触孔中嵌入导电材料来形成GND接触部750。
以这种方式，穿过嵌入导体部712形成GND接触部750，并且因此制造了具有这种GND接触部750的固态摄像元件700。
8.第八实施方案：电子装置
接下来，将说明根据本公开的第八实施方案的电子装置。图29是根据本公开第八实施方案的电子装置1000的示意性构造图。
根据第八实施方案的电子装置1000包括：固态摄像装置1、光学透镜1002、快门装置1003、驱动电路1004和信号处理电路1005。在根据第八实施方案的电子装置1000中，示出了将根据本公开第一实施方案的固态摄像装置1作为固态摄像装置1用于电子装置(例如，照相机)的实施方案。
光学透镜1002在固态摄像装置1的图像拍摄面上形成来自被摄体的图像光(入射光106)的图像。因此，信号电荷在设定的周期内累积在固态摄像装置1中。快门装置1003控制固态摄像装置1的光照射周期和遮光周期。驱动电路1004供给用于控制固态摄像装置1的传输操作和快门装置1003的快门操作的驱动信号。通过从驱动电路1004供给的驱动信号(时序信号)执行向固态摄像装置1传输信号的操作。信号处理电路1005对从固态摄像装置1输出的信号(像素信号)执行各种信号处理。经过信号处理后的图像信号被存储在诸如存储器等存储介质中或者被输出至监视器。
注意，可以应用固态摄像装置1的电子装置1000不限于相机，并且也可以将固态摄像装置1应用于其他电子装置。例如，固态摄像装置1可以应用于诸如相机模块(用于诸如移动电话或平板终端等移动设备)等摄像装置。此外，在第七实施方案中，已经将根据第一实施方案的固态摄像装置1用于电子装置中的构造采用为固态摄像装置1，但是也可以采用其他构造。例如，根据第二实施方案的固态摄像装置1、根据变形例的固态摄像装置1等可以用于电子装置。
在本公开的固态摄像元件中，FFTI、设置在其附近的高浓度杂质区域、嵌入导体和绝缘部的布置具有上述构造就足够了，并且其他部分的构造不受限制。换言之，像素内的半导体元件可以具有除了上述构造之外的任何所期望的构造。此外，根据本公开的固态摄像元件的杂质扩散区的导电类型仅为示例，并且可以以相反的方式形成P型区域和N型区域。
本发明的范围不限于附图所示和上述的示例性实施方案，并且包括具有本发明的目的并且提供等效效果的所有实施方案。此外，本发明的范围不限于由权利要求限定的本发明的特征的组合，并且可以由公开的所有特征中的特定特征的所有期望的组合来定义。
注意，本技术还可以采用以下构造。
(1)
一种固态摄像元件，包括：
执行光电转换的光电转换元件；
完全贯穿式沟槽隔离，其从基板的第一主面贯穿至第二主面并且形成在包括所述光电转换元件的像素之间；以及
第一导体部，其设置为与所述完全贯穿式沟槽隔离的第一主面侧紧密接触。
(2)
根据(1)所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部嵌入在所述基板的所述第一主面中形成的沟槽中，并且
所述固态摄像元件还包括：
高浓度杂质扩散层，其形成在所述基板的所述第一主面上；和
绝缘部，其设置在所述第一导体部和所述高浓度杂质扩散层之间。
(3)
根据(2)所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部比所述绝缘部形成得深，并且
所述高浓度杂质扩散层比所述绝缘部形成得浅。
(4)
根据(2)所述的固态摄像元件，包括：
阱层，其形成在比所述高浓度杂质扩散层深的区域中，其中，
所述第一导体部构造为在比所述绝缘部深的区域中与所述阱层紧密接触。
(5)
根据(4)所述的固态摄像元件，包括：
盖层，其设置为与所述第一导体部的第一主面侧紧密接触，其中，
所述第一导体部构造为与多个相邻的像素的所述阱层紧密接触。
(6)
根据(5)所述的固态摄像元件，包括：
接触电极，其电连接至所述阱层并且形成在所述像素中，其中，
所述接触电极通过所述第一导体部将所述多个相邻的像素的所述阱层固定在输入电位。
(7)
根据(1)至(6)中任一项所述的固态摄像元件，其中，
在平面图中，所述完全贯穿式沟槽隔离设置为包围所述像素，并且
所述第一导体部构造为与所述完全贯穿式沟槽隔离的上表面的全部或一部分紧密接触。
(8)
根据(7)所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部设置在夹在两个相邻的像素之间的所述完全贯穿式沟槽隔离上方和位于以2×2矩阵布置的四个像素的中心处的所述完全贯穿式沟槽隔离上方中的至少一者中。
(9)
根据(1)至(8)中任一项所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部具有沟槽的一部分或全部嵌入导电材料的形状，所述沟槽将所述完全贯穿式沟槽隔离作为底面。
(10)
根据(2)所述的固态摄像元件，其中，
所述绝缘部形成为至少在所述绝缘部的表面上具有绝缘材料。
(11)
根据(10)所述的固态摄像元件，其中，
所述绝缘部具有通过以下构成的两层结构：覆盖设置在所述第一导体部与所述高浓度杂质扩散层之间的沟槽的表面的绝缘膜以及空气层或者嵌入在所述沟槽中的纯的多晶硅或氧化物。
(12)
根据(1)至(11)中任一项所述的固态摄像元件，其中，
所述第一个导体部是在相邻像素之间共用的接触电极。
(13)
根据(4)所述的固态摄像元件，包括：
第二导体部，其构造为与所述完全贯穿式沟槽隔离的上表面的全部或一部分紧密接触且比所述绝缘部设置得深并且与所述阱层接触，当向所述第二导体部施加正电压时，所述第二导体部吸引并俘获累积在所述光电转换元件中的电子。
(14)
根据(1)至(13)中任一项所述的固态摄像元件，还包括：
接触电极，其设置为贯穿所述第一导体部。
(15)
一种电子装置，包括：
固态摄像装置，其包括固态摄像元件，所述固态摄像元件包括：
执行光电转换的光电转换元件；
完全贯穿式沟槽隔离，其从基板的第一主面贯穿至第二主面并且形成在包括所述光电转换元件的像素之间；以及
第一导体部，其设置为与所述完全贯穿式沟槽隔离的第一主面侧紧密接触；
光学透镜，其在所述固态摄像装置的摄像面上形成来自被摄体的图像光；以及
信号处理电路，其对从所述固态摄像装置输出的信号执行信号处理。
附图标记列表
1 固态摄像装置
2 基板
3 像素区域
4 垂直驱动电路
5 列信号处理电路
6 水平驱动电路
7 输出电路
8 控制电路
9 像素
11 完全贯穿式沟槽隔离
12 嵌入导体部
13 绝缘部
21 阱层
22 光电转换元件
23 光电转换单元
31 栅极绝缘膜
32 栅极电极
33 栅极电极
34 栅极电极
35 栅极电极
41 浮动扩散部
42 高浓度杂质扩散层
50 GND接触部
100 固态摄像元件
106 入射光
200 固态摄像元件
300 固态摄像元件
313 绝缘部
400 固态摄像元件
412 嵌入导体部
414 绝缘部
460 接触电极
470 嵌入导体部
500 固态摄像元件
512 嵌入导体部
515 嵌入导体部
570 VDD接触部
600 固态摄像元件
612 嵌入导体部
615 嵌入导体部
670 VDD接触部
700 固态摄像元件
712 嵌入导体部
750 GND接触
781 层间绝缘膜。

Claims (15)

1.一种固态摄像元件，包括：
执行光电转换的光电转换元件；
完全贯穿式沟槽隔离，其从基板的第一主面贯穿至第二主面并且形成在包括所述光电转换元件的像素之间；以及
第一导体部，其设置为与所述完全贯穿式沟槽隔离的第一主面侧紧密接触。
2.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部嵌入在所述基板的所述第一主面中形成的沟槽中，并且
所述固态摄像元件还包括：
高浓度杂质扩散层，其形成在所述基板的所述第一主面上；和
绝缘部，其设置在所述第一导体部和所述高浓度杂质扩散层之间。
3.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部比所述绝缘部形成得深，并且
所述高浓度杂质扩散层比所述绝缘部形成得浅。
4.根据权利要求2所述的固态摄像元件，包括：
阱层，其形成在比所述高浓度杂质扩散层深的区域中，其中，
所述第一导体部构造为在比所述绝缘部深的区域中与所述阱层紧密接触。
5.根据权利要求4所述的固态摄像元件，包括：
盖层，其设置为与所述第一导体部的第一主面侧紧密接触，其中，
所述第一导体部构造为与相邻的多个像素的所述阱层紧密接触。
6.根据权利要求5所述的固态摄像元件，包括：
接触电极，其电连接至所述阱层并且形成在所述像素中，其中，
所述接触电极通过所述第一导体部将相邻的所述多个像素的所述阱层固定在输入电位。
7.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
在平面图中，所述完全贯穿式沟槽隔离设置为包围所述像素，并且
所述第一导体部构造为与所述完全贯穿式沟槽隔离的上表面的全部或一部分紧密接触。
8.根据权利要求7所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部设置在夹在相邻的两个像素之间的所述完全贯穿式沟槽隔离上方和位于以2×2矩阵布置的四个像素的中心处的所述完全贯穿式沟槽隔离上方中的至少一者中。
9.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
所述第一导体部具有沟槽的一部分或全部嵌入导电材料的形状，所述沟槽将所述完全贯穿式沟槽隔离作为底面。
10.根据权利要求2所述的固态摄像元件，其中，
所述绝缘部形成为至少在所述绝缘部的表面上具有绝缘材料。
11.根据权利要求10所述的固态摄像元件，其中，
所述绝缘部具有以下的两层结构：覆盖设置在所述第一导体部与所述高浓度杂质扩散层之间的沟槽的表面的绝缘膜以及空气层或者嵌入在所述沟槽中的纯的多晶硅或氧化物。
12.根据权利要求1所述的固态摄像元件，其中，
所述第一个导体部是在相邻像素之间共用的接触电极。
13.根据权利要求4所述的固态摄像元件，包括：
第二导体部，其构造为与所述完全贯穿式沟槽隔离的上表面的全部或一部分紧密接触且比所述绝缘部设置得深并且与所述阱层接触，通过向所述第二导体部施加正电压，所述第二导体部吸引并俘获累积在所述光电转换元件中的电子。
14.根据权利要求1所述的固态摄像元件，还包括：
接触电极，其设置为贯穿所述第一导体部。
15.一种电子装置，包括：
固态摄像装置，其包括固态摄像元件，所述固态摄像元件包括：
执行光电转换的光电转换元件；
完全贯穿式沟槽隔离，其从基板的第一主面贯穿至第二主面并且形成在包括所述光电转换元件的像素之间；以及
第一导体部，其设置为与所述完全贯穿式沟槽隔离的第一主面侧紧密接触；
光学透镜，其在所述固态摄像装置的摄像面上形成来自被摄体的图像光；以及
信号处理电路，其对从所述固态摄像装置输出的信号执行信号处理。
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