TW201630173A - 固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之固體攝像裝置具備半導體層、光電轉換元件、浮動擴散區、複數個閘極、及半導體區域。光電轉換元件設置於半導體層。浮動擴散區設置於半導體層之一表面側之較淺之位置。複數個閘極分別與浮動擴散區相鄰而設，且朝向光電轉換元件往半導體層之深度方向延伸。半導體區域係於閘極之間面向浮動擴散區而設置。

Description

固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法 [相關申請案]
本申請案享有2015年1月23日提出申請之日本專利申請案號2015-011336之優先權之權益，且該日本專利申請案之全部內容引用於本申請案中。
本實施形態一般而言係關於一種固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法。
先前，固體攝像裝置具備：光電轉換元件，其設置於半導體層，將入射光光電轉換成信號電荷；及浮動擴散區，其暫時地保持自光電轉換元件傳輸之信號電荷。
作為該固體攝像裝置，存在具備光電轉換元件及1條溝槽閘極之固體攝像裝置，該光電轉換元件設置於半導體層之較浮動擴散區深之位置，該溝槽閘極與浮動擴散區相鄰而設，且朝向光電轉換元件延伸。
具備1條溝槽閘極之固體攝像裝置藉由對溝槽閘極施加特定之傳輸電壓，而於溝槽閘極之浮動擴散區側之側面形成通道。而且，固體攝像裝置將信號電荷通過通道而自光電轉換元件向浮動擴散區傳輸。然而，該固體攝像裝置之自光電轉換元件向浮動擴散區之信號電荷之 傳輸特性並不充分。
本發明之實施形態提供一種能夠提高自光電轉換元件向浮動擴散區之信號電荷之傳輸特性的固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法。
本實施形態之固體攝像裝置具備半導體層、光電轉換元件、浮動擴散區、複數個閘極、及半導體區域。光電轉換元件設置於上述半導體層。浮動擴散區設置於上述半導體層之一表面側之較淺之位置。複數個閘極分別與上述浮動擴散區相鄰而設，且朝向上述光電轉換元件往上述半導體層之深度方向延伸。半導體區域係於上述閘極之間面向上述浮動擴散區而設置。
1‧‧‧數位相機
3‧‧‧像素單元
3a‧‧‧像素單元
4‧‧‧元件分離區域
5‧‧‧通道區域
8‧‧‧多層配線層
11‧‧‧相機模組
12‧‧‧後段處理部
13‧‧‧攝像光學系統
14‧‧‧固體攝像裝置
15‧‧‧ISP
16‧‧‧記憶部
17‧‧‧顯示部
20‧‧‧影像感測器
21‧‧‧信號處理電路
22‧‧‧周邊電路
23‧‧‧像素陣列
24‧‧‧垂直移位暫存器
25‧‧‧時序控制部
26‧‧‧CDS
27‧‧‧ADC
28‧‧‧線路記憶體
30‧‧‧光電轉換元件
31‧‧‧P型之半導體區域
32‧‧‧N型之半導體區域
33‧‧‧半導體層
34‧‧‧閘極絕緣膜
35‧‧‧閘極絕緣膜
41‧‧‧絕緣構件
42‧‧‧區域
51‧‧‧P型之通道區域
52‧‧‧通道區域
61‧‧‧抗反射膜
62‧‧‧彩色濾光片
63‧‧‧微透鏡
71‧‧‧抗蝕劑膜
72‧‧‧溝槽
73‧‧‧抗蝕劑膜
74‧‧‧溝槽
75‧‧‧溝槽
81‧‧‧層間絕緣膜
82‧‧‧多層配線
100‧‧‧半導體基板
101‧‧‧支持基板
AMP‧‧‧放大電晶體
AMPD‧‧‧放大電晶體之汲極
AMPG‧‧‧放大閘極
AMPS‧‧‧放大電晶體之源極
FD‧‧‧浮動擴散區
RST‧‧‧重設電晶體
RSTD‧‧‧重設電晶體之汲極
RSTG‧‧‧重設閘極
TRG‧‧‧傳輸閘極
TRG1‧‧‧第1溝槽閘極
TRG2‧‧‧第2溝槽閘極
TRG3‧‧‧傳輸閘極
TRG4‧‧‧第1溝槽閘極
TRG5‧‧‧第2溝槽閘極
TRG6‧‧‧傳輸閘極
TRS‧‧‧傳輸電晶體
圖1係表示具備實施形態之固體攝像裝置之數位相機之概略構成的方塊圖。
圖2係表示實施形態之固體攝像裝置之概略構成之方塊圖。
圖3係自與受光面相反之側透視實施形態之像素單元之說明圖。
圖4係表示實施形態之像素單元之剖面及信號電荷之傳輸路徑的說明圖。
圖5係表示實施形態之像素單元之剖面及信號電荷之傳輸路徑的說明圖。
圖6係表示實施形態之像素單元之剖面及信號電荷之傳輸路徑的說明圖。
圖7係表示實施形態之傳輸電晶體之ON/OFF(接通/斷開)狀態下之能量障壁的說明圖。
圖8A~圖11B係表示實施形態之像素單元之製造步驟之剖視說明圖。
圖12A及圖12B係表示實施形態之變化例之像素單元之說明圖。
以下，參照隨附圖式，對實施形態之固體攝像裝置及固體攝像裝置之製造方法詳細地進行說明。再者，本發明並非受該實施形態所限定。
圖1係表示具備實施形態之固體攝像裝置14之數位相機1之概略構成之方塊圖。如圖1所示，數位相機1具備相機模組11及後段處理部12。
相機模組11具備攝像光學系統13及固體攝像裝置14。攝像光學系統13擷取來自被攝體之光，使被攝體像成像。固體攝像裝置14拍攝利用攝像光學系統13而成像之被攝體像，並將藉由拍攝而獲得之圖像信號輸出至後段處理部12。上述相機模組11除應用於數位相機1以外，亦應用於例如帶相機之移動終端等電子機器。
後段處理部12具備ISP(Image Signal Processor，影像信號處理器)15、記憶部16及顯示部17。ISP15對自固體攝像裝置14輸入之圖像信號進行信號處理。該ISP15進行例如雜訊去除處理、缺陷像素修正處理、解析度轉換處理等高畫質化處理。
而且，ISP15將信號處理後之圖像信號輸出至記憶部16、顯示部17及相機模組11內之固體攝像裝置14所具備之下述信號處理電路21(參照圖2)。自ISP15反饋至相機模組11之圖像信號用於固體攝像裝置14之調整或控制。
記憶部16將自ISP15輸入之圖像信號以圖像形式進行記憶。又，記憶部16根據用戶之操作等，將所記憶圖像之圖像信號輸出至顯示部17。顯示部17根據自ISP15或記憶部16輸入之圖像信號而顯示圖像。上述顯示部17例如為液晶顯示器。
其次，參照圖2，對相機模組11所具備之固體攝像裝置14進行說 明。圖2係表示實施形態之固體攝像裝置14之概略構成之方塊圖。如圖2所示，固體攝像裝置14具備影像感測器20及信號處理電路21。
此處，針對影像感測器20係所謂之背面照射型CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金氧半導體)影像感測器之情形進行說明，該背面照射型CMOS影像感測器於對入射光進行光電轉換之光電轉換元件之與入射光所入射之面相反之面側，形成有配線層。再者，本實施形態之影像感測器20並不限定於背面照射型CMOS影像感測器，亦可為正面照射型CMOS影像感測器。
影像感測器20具備構成為類比電路中心之周邊電路22及像素陣列23。又，周邊電路22具備垂直移位暫存器24、時序控制部25、CDS(Correlated Double Sampling，相關雙重取樣部)26、ADC(Analog to Digital Converter，類比/數位轉換部)27、及線路記憶體(line memory)28。
像素陣列23設置於影像感測器20之攝像區域。於上述像素陣列23，沿著水平方向(列方向)及垂直方向(行方向))呈二維陣列狀(矩陣狀)配置有與拍攝圖像之各像素對應之複數個光電轉換元件。
各光電轉換元件例如為利用第1導電型即P型之半導體區域與第2導電型即N型之半導體區域之PN接面所形成之光電二極體，產生並儲存與入射光量相應之信號電荷(例如電子)。
於已向每個光電轉換元件中所設置之傳輸閘極施加特定之電壓之情形時，儲存於光電轉換元件中之信號電荷通過電荷傳輸區域傳輸至浮動擴散區並被保持。
於像素陣列23中，藉由對上述傳輸閘極及傳輸閘極附近之構成進行改良，一面抑制了暗電流流入至浮動擴散區，一面提高了自光電轉換元件向浮動擴散區之信號電荷之傳輸特性。再者，關於傳輸閘極及傳輸閘極附近之構成之詳細情況，參照圖3以後之圖於下文進行敍 述。
時序控制部25與垂直移位暫存器24、CDS26、ADC27、及線路記憶體28連接，進行該等垂直移位暫存器24、CDS26、ADC27及線路記憶體28之動作之時序控制。
垂直移位暫存器24係將選擇信號輸出至像素陣列23之處理部，該選擇信號係用以自呈陣列(矩陣)狀二維排列之複數個光電轉換元件之中，以列為單位依序選擇要讀出信號電荷之光電轉換元件。
像素陣列23將根據自垂直移位暫存器24輸入之選擇信號而以列為單位選擇之各光電轉換元件中所儲存之信號電荷，作為表示各像素之亮度之像素信號自光電轉換元件輸出至CDS26。
CDS26係如下之處理部：利用相關雙重取樣，從自像素陣列23輸入之像素信號中將雜訊去除，並將雜訊去除後之像素信號輸出至ADC27。ADC27係如下之處理部：將自CDS26輸入之類比之像素信號轉換成數位之像素信號，並輸入至線路記憶體28。線路記憶體28係如下之處理部：暫時地保持自ADC27輸入之像素信號，針對像素陣列23中之每列光電轉換元件，逐列地將上述像素信號輸出至信號處理電路21。
信號處理電路21係如下之處理部：構成為數位電路中心，對自線路記憶體28輸入之像素信號進行特定之信號處理，並將信號處理後之像素信號作為圖像信號輸出至後段處理部12。上述信號處理電路21對像素信號，進行例如透鏡陰影修正、瑕疵修正、雜訊減少處理等信號處理。
如此，影像感測器20中，配置於像素陣列23之複數個光電轉換元件，將入射光光電轉換成與受光量相應之量之信號電荷並儲存，周邊電路22將儲存於各光電轉換元件中之信號電荷作為像素信號讀出，藉此進行拍攝。
其次，參照圖3，對實施形態之像素單元之構成進行說明。圖3係自與受光面相反之側透視實施形態之像素單元3之說明圖。再者，於圖3中，示出與拍攝圖像之一像素對應之像素單元3。
又，於圖3中，為明確像素單元3之構成要素之配置，示出已將下述多層配線層及支持基板去除之狀態。以下，將像素單元之受光面之法線方向設為x方向，且將於與z方向正交之面內相互垂直之2個方向設為x方向及y方向而進行說明。
如圖3所示，像素單元3具備設置於中央之光電轉換元件30及包圍光電轉換元件30之側面之元件分離區域4。光電轉換元件30具備：P型之半導體區域31，其為四角柱狀，設置於半導體層之內部，且向-z方向延伸；及N型之半導體區域32，其於俯視時為L字狀，且沿著P型之半導體區域31之相鄰2個側面設置。
該光電轉換元件30係利用P型之半導體區域31與N型之半導體區域32之PN接面所形成之光電二極體者，且產生與入射光量相應之信號電荷(例如電子)，並將上述信號電荷儲存於N型之半導體區域32。因此，以下，將N型之半導體區域32記載為電荷儲存區域32。
又，像素單元3具備浮動擴散區FD、傳輸電晶體TRS、重設電晶體RST、及放大電晶體AMP。浮動擴散區FD為摻雜有N型雜質之區域，係設置於半導體層之一表面側之較淺之位置。例如，浮動擴散區FD設置於半導體層之較電荷儲存區域32淺之位置，亦即較電荷儲存區域32於z軸上靠+側之位置。
又，像素單元3於半導體層之與浮動擴散區FD同等之深度位置，具備重設電晶體RST之汲極RSTD、放大電晶體AMP之源極AMPS、及放大電晶體AMP之汲極AMPD。
重設電晶體RST之汲極RSTD、放大電晶體AMP之源極AMPS、及放大電晶體AMP之汲極AMPD均為摻雜有N型雜質之區域。
傳輸電晶體TRS具備傳輸閘極TRG，於已向傳輸閘極TRG施加特定電壓之情形時，自電荷儲存區域32向浮動擴散區FD傳輸信號電荷。
放大電晶體AMP具備與浮動擴散區FD連接之放大閘極AMPG，藉由使與浮動擴散區FD之電位相應之像素信號於源極AMPS及汲極AMPD間流通而將信號電荷放大。該像素信號向CDS26(參照圖2)輸出。
重設電晶體RST具備重設閘極RSTG，於已向重設閘極RSTG施加特定電壓之情形時，自浮動擴散區FD向汲極RSTD傳輸信號電荷，將浮動擴散區FD之電位重設。
此處，實施形態之傳輸閘極TRG具備分別與浮動擴散區FD相鄰而設之2個閘極，其中一個閘極呈圓柱狀，且朝向電荷儲存區域32往半導體層之深度方向延伸(以下，記載為「第1溝槽閘極TRG1」)，另外一個閘極同樣呈圓柱狀，且朝向電荷儲存區域32往半導體層之深度方向延伸(以下，記載為「第2溝槽閘極TRG2」)。
而且，像素單元3於第1溝槽閘極TRG1與第2溝槽閘極TRG2之間，具備面向浮動擴散區FD之P型之通道區域5。P型之通道區域5係摻雜有P型雜質之半導體區域。於向第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2施加特定電壓之情形時，P型之通道區域5形成將成為信號電荷之通路之通道。
如此，像素單元3於供形成傳輸電晶體TRS之通道之區域，具備導電型與浮動擴散區FD相反之P型之通道區域5。藉此，像素單元3能夠抑制於傳輸電晶體TRS附近與入射光無關地產生之電荷成為暗電流並流入至浮動擴散區FD。
而且，像素單元3具備自兩側夾著P型之通道區域5之第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2。藉此，像素單元3藉由向第1溝槽閘極 TRG1及第2溝槽閘極TRG2施加特定電壓，能夠使傳輸電晶體TRS之通道之能量障壁降低至足以傳輸信號電荷，因此，根據像素單元3，例如與僅於P型之通道區域5之單側存在溝槽閘極之其他像素單元相比，能夠提高信號電荷之傳輸特性。
其次，參照圖4~圖6，對照實施形態之像素單元3之剖面構造，對傳輸電晶體TRS之信號電荷之傳輸路徑進行說明。圖4~圖6係表示實施形態之像素單元3之剖面及信號電荷之傳輸路徑之說明圖。於圖4~圖6中，對於像素單元3之構成要素中與圖3中所示之構成要素相同之構成要素，標註與圖3中所示之符號相同之符號。
再者，於圖4中，示出沿著圖3中之A-A，線剖開之像素單元3之剖面，於圖5中，示出沿著圖3中之B-B，線剖開之像素單元3之剖面，於圖6中，示出沿著圖3中之C-C'線剖開之像素單元3之剖面。又，圖5及圖6中所示之粗線箭頭表示信號電荷之流動。
如圖4所示，像素單元3於側面被元件分離區域4包圍之P型或N型之半導體層33之內部具備光電轉換元件30，於半導體層33之背面側具備抗反射膜61、彩色濾光片62及微透鏡63。
元件分離區域4為DTI(Deep Trench Isolation，深溝槽隔離區)，且具備：絕緣構件41，其埋入至自半導體層33之表面向半導體層33之深度方向形成之溝槽；及區域42，其摻雜有P型雜質，且設置於絕緣構件41之側面及底面。
又，如圖4所示，光電轉換元件30具備向半導體層33之深度方向延伸的相鄰之P型之半導體區域31及N型之電荷儲存區域32。藉此，光電轉換元件30能夠不使受光面之面積增大，而於半導體層33之深度方向上爭取PN接面面積，藉此提高受光感度。
進而，光電轉換元件30藉由使電荷儲存區域32向半導體層33之深度方向延伸，能夠不使受光面積增大，而使電荷儲存區域32之飽和 電子數增大。該光電轉換元件30將自半導體層33之背面側入射之光光電轉換成信號電荷，並將上述信號電荷儲存於電荷儲存區域32。
浮動擴散區FD設置於半導體層33之較光電轉換元件30淺之位置。放大閘極AMPG隔著閘極絕緣膜34設置於半導體層33之表面。
又，如圖5所示，放大電晶體AMP之源極AMPS設置於半導體層33之較光電轉換元件30淺之位置。再者，放大電晶體AMP之汲極AMPD(參照圖3)亦與源極AMPS同樣地，設置於半導體層33之較光電轉換元件30淺之位置。
傳輸閘極TRG係所謂之雙溝槽構造，即具備自半導體層33之表面到達至光電轉換元件30之電荷儲存區域32之上表面的第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2。P型之通道區域5設置於第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2之間。
又，本實施形態中，於製造步驟中，於第2溝槽閘極TRG2之與面向第1溝槽閘極TRG1之側之側面為相反側之側面，亦形成摻雜有P型雜質之P型之通道區域51。亦即，於隔著第2溝槽閘極TRG2而與P型之通道區域5對向之位置，亦與第2溝槽閘極TRG2接觸地形成P型之通道區域51。
再者，P型之通道區域5亦可為如下構成：包含由第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2所夾之區域，且包圍傳輸閘極TRG之埋入至半導體層33中之部位整體。
換言之，傳輸閘極TRG亦可為如下構成：於設置於半導體層33之表層之P型之通道區域之內部，埋入有第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2。
又，如圖6所示，重設電晶體RST之汲極RSTD設置於半導體層33之與浮動擴散區FD同等之深度位置。重設閘極RSTG隔著閘極絕緣膜35設置於半導體層33之表面。而且，如該圖所示，P型之通道區域5設 置於側面與浮動擴散區FD接觸之位置。
如此，像素單元3於N型之浮動擴散區FD與電荷儲存區域32之間，具備相反導電型之P型之通道區域5。藉此，於未對傳輸閘極TRG施加電壓之情形時，亦即於傳輸電晶體TRS為OFF(斷開)之情形時，像素單元3能夠抑制與入射光無關地產生之電荷成為暗電流並流入至浮動擴散區FD。
又，於自電荷儲存區域32向浮動擴散區FD傳輸信號電荷之情形時，像素單元3向傳輸閘極TRG施加特定之電壓，於P型之通道區域5形成通道，使傳輸電晶體TRS為ON(接通)。
藉此，如圖5中之粗線箭頭所示，信號電荷被自電荷儲存區域32提取至P型之通道區域5，並如圖6中之粗線箭頭所示，向浮動擴散區FD傳輸。
此時，P型之通道區域5係藉由第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2而自兩側被施加電壓，因此與自單側施加電壓之情形相比，能量障壁之高度更大幅地降低。藉此，例如與僅於P型之通道區域5之單側存在溝槽閘極之其他像素單元相比，像素單元3能夠提高信號電荷之傳輸特性。
又，如圖5所示，像素單元3於第2溝槽閘極TRG2之與設置有P型之通道區域5之側為相反側之側面，亦具備摻雜有P型雜質之P型之通道區域51。因此，像素單元3藉由向傳輸閘極TRG施加電荷，能夠於P型之通道區域51亦形成通道。
藉此，像素單元3通過形成於P型之通道區域5、51該兩處之通道，自電荷儲存區域32向浮動擴散區FD傳輸信號電荷，藉此能夠進一步提高信號電荷之傳輸特性。
其次，參照圖7，對實施形態之傳輸電晶體TRS之能量障壁進行說明。圖7係表示實施形態之傳輸電晶體TRS之ON/OFF狀態下之能量 障壁之說明圖。
如圖7所示，於傳輸電晶體TRS為未對傳輸閘極TRG施加電壓之OFF狀態之情形時，如該圖中之二點鏈線所示，P型之通道區域5之能量障壁最高。藉此，信號電荷被儲存於電荷儲存區域32。
此處，例如於溝槽閘極為1條之情形時，若對溝槽閘極施加電壓(使單溝槽為ON)，則如該圖中之單點鏈線所示，無法使P型之通道區域5之能量障壁充分地降低。於該情形時，存在信號電荷未被傳輸而殘留於電荷儲存區域32之情形。而且，殘留於電荷儲存區域32之信號電荷成為於拍攝圖像上產生殘像之原因。
與此相對地，實施形態之傳輸電晶體TRS向第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2施加電壓(使雙溝槽為ON)，因此如該圖中之實線所示，能夠充分地降低P型之通道區域5之能量障壁。因此，像素單元3能夠藉由防止於電荷儲存區域32產生信號電荷之殘留，而防止於拍攝圖像上產生殘像。
其次，參照圖8A~圖11B，對實施形態之像素單元3之製造方法進行說明。圖8A~圖11B係表示實施形態之像素單元3之製造步驟之剖視說明圖。再者，此處，對於像素單元3之圖5所示部分之製造步驟詳細地進行說明，對於圖4及圖6所示部分簡單地進行說明。
於製造像素單元3之情形時，首先，如圖8A所示，例如，於矽晶圓等半導體基板100上，使P型或N型之矽層磊晶生長，藉此形成半導體層33。
繼而，對半導體層33離子注入例如硼等P型雜質，進而，對半導體層33離子注入例如磷等N型雜質。其後，藉由進行退火處理，使半導體層33內部之N型之電荷儲存區域32、與P型之半導體區域31(參照圖4)活化，而形成光電轉換元件30。
繼而，對半導體層33之一表面側之較淺之位置、例如較光電轉 換元件30淺之位置，離子注入磷等N型雜質，並進行退火處理，藉此形成放大電晶體AMP之源極AMPS。
此時，同樣地，於放大電晶體AMP之汲極AMPD、重設電晶體RST之汲極RSTD、及浮動擴散區FD之形成位置，亦離子注入例如磷等N型雜質，並進行退火處理。
藉此，與放大電晶體AMP之源極AMPS同時地，形成放大電晶體AMP之汲極AMPD、重設電晶體RST之汲極RSTD、及浮動擴散區FD(參照圖3)。
繼而，如圖8B所示，於半導體層33之表面形成抗蝕劑膜71，並對抗蝕劑膜71進行圖案化，藉此使半導體層33中之元件分離區域4(參照圖3)之形成位置之表面露出。
其後，將抗蝕劑膜71作為遮罩使用，進行例如RIE(Reactive Ion Etching，反應性離子蝕刻)，藉此如圖8C所示，形成自半導體層33之正面側向背面側延伸的用於DTI之溝槽72。
繼而，朝向溝槽72之內周面，自傾斜方向離子注入例如硼等P型雜質。此時，一面改變離子之照射方向，一面分成複數次進行離子注入。藉此，能夠對溝槽72之整個內周面，進行硼之離子注入。
其後，藉由進行退火處理，如圖9A所示，於溝槽72之內側面及底面形成摻雜有P型雜質之區域42。繼而，如圖9B所示，於將抗蝕劑膜71剝離之後，利用例如CVD(Chemical Vapor Deposition，化學氣相沈積法)，埋入氧化矽等絕緣構件41，藉此形成元件分離區域4。
其後，如圖9C所示，於半導體層33之表面形成抗蝕劑膜73。然後，藉由將抗蝕劑膜73圖案化，而使半導體層33之第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2(參照圖3)之形成位置之表面露出。此時，以使露出部分之半導體層33之表面成為大致圓形狀之方式，將抗蝕劑膜73圖案化。
其後，將抗蝕劑膜73作為遮罩使用，進行例如RIE。藉此，如圖10A所示，形成自半導體層33之表面側向光電轉換元件30側延伸之用於第1溝槽閘極TRG1之溝槽74及用於第2溝槽閘極TRG2之溝槽75。
繼而，自斜向朝向由2條溝槽74、75所夾之區域，一面改變離子之照射方向，一面分成複數次離子注入例如硼等P型雜質。此時，對於2條溝槽74、75中之不與元件分離區域4接觸之溝槽75，對與由2條溝槽74、75所夾之區域為相反側之側面亦離子注入硼。
其後，藉由進行退火處理，如圖10B所示，於呈大致圓柱狀之2條溝槽74、75之間，形成P型之通道區域5。此時，於不與元件分離區域4接觸之溝槽75的與和P型之通道區域5接觸之側為相反側之側面，亦形成摻雜有P型雜質之P型之通道區域51。
其後，將抗蝕劑膜73剝離之後，於半導體層33之表面，利用例如CVD，積層多晶矽等導電性構件，並將不必要部分之導電性構件去除。藉此，如圖10C所示，形成具備第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2之傳輸閘極TRG。與此同時，形成重設閘極RSTG及放大閘極AMPG(參照圖3)。
繼而，如圖11A所示，於半導體層33之表面形成多層配線層8，並將例如矽晶圓等支持基板101貼合於多層配線層8之表面。多層配線層8係藉由重複一系列步驟而形成，該一系列步驟係例如於半導體層33之表面形成氧化矽等層間絕緣膜81，於層間絕緣膜81將配線用之溝槽圖案化，並於溝槽內埋入銅等金屬，從而形成多層配線82。
其後，於支持有支持基板101之狀態下，自背面側對半導體基板100進行研削及研磨，藉此使半導體層33之背面露出。然後，如圖11B所示，於露出之半導體層33之背面，利用例如氮化矽形成抗反射膜61之後，於抗反射膜61之背面，依序形成彩色濾光片62及微透鏡63，藉此完成像素單元3。
如上所述，實施形態之固體攝像裝置具備半導體層、設置於半導體層之光電轉換元件、及設置於半導體層之一表面側之較淺之位置之浮動擴散區。而且，固體攝像裝置於浮動擴散區之旁邊，具備自半導體層之表面朝向光電轉換元件往半導體層之深度方向延伸之複數個溝槽閘極，且於溝槽閘極間，具備導電型與浮動擴散區相反之半導體區域。
該固體攝像裝置中，於未對溝槽閘極施加電壓之情形時，設置於溝槽閘極間之半導體區域之導電型與浮動擴散區相反，因此成為欲向浮動擴散區流入之暗電流之障壁。
因此，根據實施形態之固體攝像裝置，於未對溝槽閘極施加電壓之情形時，能夠抑制與入射光無關地產生之電荷流入至浮動擴散區。
又，固體攝像裝置中，藉由對複數個溝槽閘極施加電壓，能夠自兩側對溝槽閘極間之半導體區域施加電壓。因此，固體攝像裝置藉由使溝槽閘極間之半導體區域之能量障壁降低至足以自光電轉換元件向浮動擴散區傳輸信號電荷，能夠提高信號電荷之傳輸特性。
又，設置於實施形態之溝槽閘極間之半導體區域與浮動擴散區接觸。因此，根據固體攝像裝置，藉由對溝槽閘極施加電壓，能夠將通道形成至極其靠近浮動擴散區之位置，從而能夠進一步提高信號電荷之傳輸特性。
又，實施形態之溝槽閘極均為大致圓柱狀。因此，製作溝槽閘極之情形時所使用之遮罩例如可使用在半導體層之溝槽閘極之形成位置圖案化有單純之大致圓形狀之孔而成之抗蝕劑膜，無需對抗蝕劑膜施以複雜之圖案化。
再者，上述實施形態中，對第1溝槽閘極TRG1及第2溝槽閘極TRG2為大致圓柱狀之情形進行了說明，但第1溝槽閘極TRG1及第2溝 槽閘極TRG2之形狀並不限定於此。
以下，參照圖12A及圖12B，對實施形態之變化例進行說明。圖12A及圖12B係表示實施形態之變化例之像素單元之說明圖。於圖12A中，選擇性地示出變化例1之像素單元之傳輸閘極TRG3附近部分。又，於圖12B中，示出變化例2之像素單元3a。
再者，變化例1之像素單元係除第1溝槽閘極TRG4、第2溝槽閘極TRG5、及摻雜有P型雜質之P型之通道區域52之形狀與圖3所示之傳輸閘極TRG不同之點以外，其他與圖3所示之像素單元3相同之構成。
如圖12A所示，變化例1之像素單元之傳輸閘極TRG3具備與浮動擴散區FD相鄰而設之板狀之第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5。
又，變化例1之像素單元於第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5之間，具備面向浮動擴散區FD之P型之通道區域52。
第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5均自半導體層33之表面向浮動擴散區FD延伸，且主面彼此對向。再者，此處所謂之主面係指第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5之側面中面積最大之側面。此處，第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5之側面中面向P型之通道區域52之面係主面。
根據變化例1之像素單元，能夠擴大P型之通道區域52，因此於傳輸電晶體為OFF之情形時，能夠進一步抑制暗電流流入至浮動擴散區FD。
而且，根據變化例1之像素單元，於已對第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5施加電壓之情形時，已擴大之P型之通道區域52成為通道，因此能夠進一步提高信號電荷之傳輸特性。
再者，雖在此之前係列舉相對於1個光電轉換元件30設置1個浮動擴散區FD之情形為例，但實施形態之像素單元亦可為複數個光電轉換元件30共有1個浮動擴散區FD之構成。
例如，亦可如圖12B所示之變化例2之像素單元3a般，為4個光電轉換元件30共有1個浮動擴散區FD之構成。再者，圖12B所示之各光電轉換元件30係與圖3所示之光電轉換元件30相同之構成。
於設定為上述構成之情形時，例如，如圖12B所示，於像素單元3a內呈2列2行設置4個光電轉換元件30。各光電轉換元件30係使俯視時為L字狀之電荷儲存區域32之L字之角部朝向像素單元3a之中央配置。各光電轉換元件30之間係利用元件分離區域4而電性地進行元件分離。
而且，於像素單元3a之中央且半導體層之一表面側之較淺之位置、例如較光電轉換元件30淺之位置，設置浮動擴散區FD。進而，設置傳輸閘極TRG6，該傳輸閘極TRG6具備自半導體層之表面朝向各電荷儲存區域32之L字之角部延伸之第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5。
而且，於各第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5之間，設置P型之通道區域52。第1溝槽閘極TRG4、第2溝槽閘極TRG5、P型之通道區域52為與圖12A所示者相同之形狀。
藉此，於所謂之4像素1單元之像素單元3a中，亦能夠一面抑制暗電流流入至浮動擴散區FD，一面提高自4個各光電轉換元件30向浮動擴散區FD之信號電荷之傳輸特性。
再者，圖12B所示之像素單元3a中，對第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5為板狀之情形進行了說明，但第1溝槽閘極TRG4及第2溝槽閘極TRG5亦可為大致圓柱狀(參照圖3)。
再者，上述實施形態及變化例中，列舉傳輸閘極具備2條溝槽閘極之情形為例進行了說明，但實施形態之傳輸閘極亦可為具備3條以上之溝槽閘極之構成。
於該情形時，於3條以上之溝槽閘極之各者之間，設置摻雜有P 型雜質之P型之半導體區域，於溝槽間之P型之半導體區域全部面向浮動擴散區或與其接觸之位置，配置俯視時呈一行之溝槽閘極。
又，於上述實施形態中，對像素單元於複數條溝槽閘極之間具備導電型與浮動擴散區相反之P型之通道區域之情形進行了說明，但通道區域之導電型亦可與浮動擴散區相同。
例如，存在溝槽閘極及半導體層間之界面狀態良好，於界面基本無結晶缺陷之情形、或根據對溝槽閘極施加之電壓之設計而無需考慮暗電流之情形。於該情形時，像素單元亦可為於複數條溝槽閘極之間具備N型之半導體區域作為通道區域之構成。再者，於半導體層之導電型為N型之情形時，通道區域之N型之雜質濃度較半導體層之N型之雜質濃度高。
藉此，像素單元使自光電轉換元件向浮動擴散區之信號電荷之傳輸特性(傳輸之容易性)提高。而且，像素單元中，於使傳輸電晶體為ON之情形時，利用2條溝槽閘極，自兩側對通道區域施加電壓，因此傳輸電晶體之信號電荷之傳輸能力增大。
亦即，實施形態之固體攝像裝置即便通道區域5、51、52成為N型，亦能產生已參照圖7所說明之由double gate(雙閘極)化帶來之potential swing(電位擺動)之能力改善效果。
因此，根據上述像素單元，於使傳輸電晶體為ON之情形時，能夠抑制信號電荷殘留於光電轉換元件，因此能夠抑制於拍攝圖像產生殘像。
已對本發明之若干實施形態進行了說明，但該等實施形態係作為例而提出，並非意欲限定發明之範圍。該等新穎之實施形態能夠以其他各種形態實施，且能夠於不脫離發明主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更。該等實施形態及其變化包含於發明之範圍或主旨中，並且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等之範圍內。
3‧‧‧像素單元
4‧‧‧元件分離區域
5‧‧‧通道區域
30‧‧‧光電轉換元件
32‧‧‧N型之半導體區域
33‧‧‧半導體層
41‧‧‧絕緣構件
42‧‧‧區域
51‧‧‧P型之通道區域
61‧‧‧抗反射膜
62‧‧‧彩色濾光片
63‧‧‧微透鏡
AMPS‧‧‧源極
TRG‧‧‧傳輸閘極
TRG1‧‧‧第1溝槽閘極
TRG2‧‧‧第2溝槽閘極

Claims (20)

  1. 一種固體攝像裝置，其包含：半導體層；光電轉換元件，其設置於上述半導體層；浮動擴散區，其設置於上述半導體層之一表面側之較淺之位置；複數個閘極，其等分別與上述浮動擴散區相鄰而設，且朝向上述光電轉換元件往上述半導體層之深度方向延伸；及半導體區域，其係於上述閘極之間面向上述浮動擴散區而設置。
  2. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述半導體區域係導電型與上述浮動擴散區相反。
  3. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述半導體區域係導電型與上述浮動擴散區相同。
  4. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述複數個閘極為大致圓柱狀。
  5. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述複數個閘極為板狀，且主面彼此對向。
  6. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述光電轉換元件包含：導電型為P型之區域，其為四角柱狀，且設置於上述半導體層 之內部；及導電型為N型之區域，其於俯視時為L字狀，且沿著上述導電型為P型之區域之相鄰2個側面設置。
  7. 如請求項6之固體攝像裝置，其中上述浮動擴散區係設置於上述導電型為N型之區域上。
  8. 如請求項6之固體攝像裝置，其中上述閘極係自上述半導體層之表面到達至上述導電型為N型之區域之上表面。
  9. 如請求項1之固體攝像裝置，其進而包含半導體區域，該半導體區域設置於隔著上述閘極與上述半導體區域對向之位置。
  10. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述閘極係埋入至設置於上述半導體層之表層之上述半導體區域之內部。
  11. 如請求項1之固體攝像裝置，其中上述半導體區域設置於側面與上述浮動擴散區接觸之位置。
  12. 如請求項6之固體攝像裝置，其中上述光電轉換元件係於像素單元內呈2列2行設置有4個，且分別配置成使上述俯視時為L字狀且導電型為N型之區域之L字之角部朝向上述像素單元之中央；上述浮動擴散區係設置於上述像素單元之中央且上述半導體層之較上述光電轉 換元件淺之位置；且上述閘極係自上述半導體層之表面朝向各上述導電型為N型之區域之L字之角部延伸。
  13. 一種固體攝像裝置之製造方法，其包括如下步驟：於半導體層形成光電轉換元件；於上述半導體層之一表面側之較淺之位置形成浮動擴散區；於上述浮動擴散區之旁邊，形成朝向上述光電轉換元件往上述半導體層之深度方向延伸之複數個溝槽；於上述複數個溝槽之間形成半導體區域；及向上述溝槽中埋入導電性構件而形成閘極。
  14. 如請求項13之固體攝像裝置之製造方法，其中形成上述半導體區域，包括形成導電型與上述浮動擴散區相反之上述半導體區域。
  15. 如請求項13之固體攝像裝置之製造方法，其中形成上述溝槽，包括形成圓筒形之上述溝槽。
  16. 如請求項13之固體攝像裝置之製造方法，其中形成上述半導體區域包括：自斜向朝向由上述複數個溝槽所夾之區域，一面改變雜質之照射方向，一面進行雜質之注入。
  17. 如請求項16之固體攝像裝置之製造方法，其中形成上述半導體區域，包括向上述溝槽之兩側面注入上述雜質。
  18. 如請求項13之固體攝像裝置之製造方法，其中形成上述光電轉換元件包括： 於上述半導體層之內部形成四角柱狀之導電型為P型之區域；及沿著上述導電型為P型之區域之相鄰2個側面，形成俯視時為L字狀且導電型為N型之區域。
  19. 如請求項18之固體攝像裝置之製造方法，其中形成上述浮動擴散區，包括於上述導電型為N型之區域上，形成上述浮動擴散區。
  20. 如請求項18之固體攝像裝置之製造方法，其中形成上述溝槽，包括形成自上述半導體層之表面，到達上述導電型為N型之區域之上表面的上述溝槽。
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