TWI393249B - 固態攝影裝置及其製造方法 - Google Patents

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Description

固態攝影裝置及其製造方法
本發明是有關於一種固態攝影裝置及其製造方法。
近年來，在向數位靜態相機(digital still camera)或附相機之行動電話的應用方面，小型相機模組(camera module)的市場受到關注。相機模組中所使用的電荷耦合元件(Charge Couple Device，CCD)、互補金氧半導體(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)影像感測器(image sensor)等的攝影元件隨著半導體技術的微細化，其感測器性能亦提高。作為使感測器性能提高的技術之一，已揭示有使感度或光度陰影(shading)提高的背面照射型的攝影元件(例如，參照非專利文獻1)。
於上述背面照射型的攝影元件中，在微透鏡(micro-lens)與受光部之間無光學性障礙物，可實現高感度與較少的光學陰影。又，表面側的配線佈局(layout)的自由度增加，因此，可避免昂貴的微細加工技術。而且，PN接合面積增加，藉此，亦可擴大動態範圍(dynamic range)。
然而，無論背面照射型或表面照射型，有時在攝影元件的受光部中經光電轉換的電子會混入至相鄰接的攝影元件的受光部中，從而產生混色。因此，必須於攝影元件間設置元件分離區域。又，於背面照射型的情形時，尤其為了確實地將光吸收，必須將波長較長的紅色光用的受光部 形成在半導體層深部。一般而言，該元件分離區域是使用高加速離子注入技術，以自半導體層表面到達背面的方式而形成。又，受光部亦同樣地是使用高加速離子注入技術，自半導體層表面側形成於半導體層深部。
然而，在藉由高加速離子注入技術來進行離子注入時，對將要注入的離子賦予的加速能量的上限是取決於離子注入裝置的性能、生產性、光罩製程(mask process)等，離子注入的加速能量的上限受到限制。因此，於半導體層較厚時，有可能無法到達半導體層的背面。又，若將加速能量增大，則有如下的可能性：在半導體層表面上，元件分離區域大幅度地朝橫方向擴展，攝影元件(受光部)的形成區域的面積變小。又，於受光部中，根據所形成的雜質層的深度的不同，該雜質層的濃度有可能產生不均，該濃度的不均有可能對光的光電轉換量造成影響。結果，存在使感測器特性劣化的問題。
又，於形成彩色濾光片(color filter)或透鏡(lens)等時，為了對準正確的位置，必須形成對準標記(alignment mark)。例如於絕緣層上覆矽(Silicon On Insulator，SOI)基板中形成溝槽(trench)，直接將矽氧化膜埋入至該溝槽內，藉此來形成該對準標記。而且，由於以該已被埋入的矽氧化膜與SOI基板的邊界的邊緣部分為界，光的反射率會發生改變，因此使用該邊緣部分為對準標記，但在製造的過程中，該矽氧化膜有可能會受到蝕刻，邊緣部分有可能會損壞，對準的精度有可能會降低。
此外，一般已知的是攝影元件在昏暗時的洩漏電流(leak current)(以下稱為暗電流(dark current))相對於圖像會成為雜訊(noise)，於表面照射型攝影元件的情形時，為了減小該雜訊而使用了吸附(gettering)技術。然而，於背面照射型攝影元件的情形時，在形成的過程中，必須一次性地利用基板除去的步驟來將形成於基板上的吸附部位(gettering site)與基板一併除去，因此，尚無對於將吸附部位除去之後的熱步驟引起的重金屬污染的對策。
[非專利文獻1]背面照射型CMOS影像感測器(ITE Technical Report Vol.30,No.25,PP.25~28 IST 2006-14,CE2006-43(Mar.2006))
本發明的目的在於提供一種固態攝影裝置及其製造方法，可防止由元件分離區域引起的感測器特性的劣化，進而可使彩色濾光片或透鏡對準正確的位置，而且可減少由暗電流引起的雜訊。
為了達成上述目的，本發明的一形態的固態攝影裝置的特徵在於包括：第1導電型的半導體層，具有第1主面及與該上述第1主面相對向的第2主面，且具有攝影元件區域與周邊區域；受光部，形成於上述攝影元件區域中的上述半導體層的上述第1主面，藉由光電轉換來儲存電荷；元件分離區域用的第2導電型的第1雜質層，包圍上述受光部，且自上述半導體層的上述第1主面延伸至上述半導體層的中途為止；以及元件分離用的第2導電型的第 2雜質層，自上述半導體層的上述第2主面到達上述第1雜質層的底部。
又，本發明的另一形態的固態攝影裝置的製造方法的特徵在於包括如下的步驟：形成自第1導電型的半導體層的第1主面注入離子，且藉由光電轉換來儲存電荷的受光部，上述第1導電型的半導體層包括第1主面及與上述第1主面相對向的第2主面，且包括攝影元件區域與周邊區域；形成元件分離區域用的第2導電型的第1雜質層，該第1雜質層包圍上述受光部，且自上述半導體層的上述第1主面延伸至上述半導體層的中途為止；以及形成元件分離用的第2導電型的第2雜質層，該第2雜質層自上述半導體層的上述第2種面到達上述第1雜質層的底部。
又，本發明的又一形態的固態攝影裝置的製造方法的特徵在於包括如下的步驟：於包括攝影元件區域與周邊區域的第1支持基板上形成BOX層，於上述BOX層上形成第1導電型的SOI層；於上述SOI層上形成第1導電型的磊晶(epitaxial)層；自上述攝影元件區域的上述磊晶層的主面中、與上述SOI層所接觸的第2主面相對向的第1主面側，以底面位於上述磊晶層的膜厚的大致一半的位置的方式，選擇性地形成第2導電型的第1擴散層；於上述第1主面上，經由閘極(gate)絕緣膜而選擇性地形成閘極電極；於上述攝影元件區域的上述磊晶層的上述第1主面側，選擇性地形成源極(source)、汲極(drain)、第2導電型的第1屏蔽層及第1導電型的受光部；於上述第1導 電型的磊晶層的第1主面上，形成包含配線及層間絕緣膜的配線層；於上述配線層上形成第2支持基板；將上述第1支持基板與上述BOX層除去，使上述SOI層露出；自上述SOI層的露出面側，以與上述第1擴散層的上述底面連接的方式，形成第2導電型的第2擴散層；於至少上述攝影元件區域的上述磊晶層的上述第2主面上，以遮蔽著與上述受光部相對應的區域的周邊部的方式而形成遮光膜；以及於上述磊晶層的上述第2主面上的與上述受光部相對應的區域中形成微透鏡。
根據本發明，可提供一種固態攝影裝置及其製造方法，可防止由元件分離區域引起的感測器特性的劣化，進而可使彩色濾光片或透鏡對準正確的位置，而且可減少由暗電量引起的雜訊。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
以下，參照圖式來對本發明的實施形態進行說明。
(第1實施形態)
圖1是本發明的第1實施形態的背面照射型構造的CMOS型固態攝影裝置的剖面圖。
如圖1所示，固態攝影裝置300具有N型磊晶層(半導體層)4，該N型磊晶層4包括第1主面(表面)4a及與該第1主面4a相對向的第2主面(背面)4b。又，該N 型磊晶層4包括元件區域100與周邊區域200。
元件區域100包括攝影元件區域100a與周邊電路區域100b，於攝影元件區域100a的N型磊晶層4的第1主面4a上形成著光二極體(photodiode)，該光二極體包含：用以接收可視光，進行光電轉換並儲存信號電荷的N型的受光部10；以及下述的用以防止暗電流的第1P型屏蔽層14。
以包圍該受光部10的方式而形成著元件分離區域11。該元件分離區域11是以自N型磊晶層4的第1主面4a到達第2主面4b的方式而形成。又，該元件分離區域11是由第1P型擴散層(第1雜質層)12及與該第1P型擴散層連接的第2P型擴散層(第2雜質層)13所形成。第1P型擴散層12自N型磊晶層4的第1主面4a延伸至N型磊晶層4的中間部為止。又，第2P型擴散層13自N型磊晶層4的第2主面起延伸，到達第1P型擴散層12的底部(N型磊晶層4的中間部)。
而且，第1P型屏蔽層14形成於受光部10的表面、以及位於該受光部10的一側(元件分離區域11側)的第1P型擴散層12的表面。
又，在位於受光部10的另一側(傳輸閘極電極17a側)的第1P型擴散層12的表面上，相互隔開地形成著N型金屬氧化物半導體場效電晶體(N-Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，NMOSFET)的N型的源極/汲極15a、15b。於該源極/汲 極15a與受光部10之間的N型磊晶層4的第1主面4a上，經由閘極絕緣膜16而形成著傳輸閘極電極17a。而且，利用受光部10、源極/汲極15a以及傳輸閘極電極17a來構成用以將儲存於受光部10的電荷讀出的讀出用金屬氧化物半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。
此外，於源極/汲極15a與源極/汲極15b之間的N型磊晶層4的第1主面4a上，經由閘極絕緣膜16而形成著重置(reset)閘極電極17b，利用源極/汲極15a、15b、以及重置閘極電極17b來構成用以將受光部10的電荷重置的重置用MOSFET。
另一方面，於周邊電路區域100b的N型磊晶層4的第1主面4a上，形成著P型半導體井(well)20與N型半導體井21。於該P型半導體井20與N型半導體井21的邊界部，形成著用於元件分離的元件分離絕緣膜22。於P型半導體井20及N型半導體井21、與N型磊晶層4的第2主面4b之間形成著第2P型擴散層13。
又，於P型半導體井20的主面上，形成著由NMOSFET的N型的源極/汲極23c、閘極絕緣膜16及閘極電極27c所構成的周邊電路用NMOSFET。於N型半導體井21的主面上，形成著由PMOSFET的P型的源極/汲極24d、閘極絕緣膜16及閘極電極27d所構成的周邊電路用PMOSFET。該P型或N型MOSFET例如是用於類比(analog)電路或邏輯(logic)電路等。
於周邊區域200中形成著對準標記30。該對準標記30是由自磊晶層4的第1主面4a到達第2主面4b的溝槽31、以覆蓋該溝槽31的內面及N型磊晶層4的第2主面4b側的開口端的方式而形成的具有耐HF性的耐蝕刻膜32、矽氧化膜等的埋入層33而構成。該埋入層33埋入至由耐蝕刻膜32所覆蓋的溝槽31內。
又，於N型磊晶層4的第1主面4a上形成著配線層40。該配線層40例如是由第1至第3配線40a、40b、40c與層間絕緣膜41所構成。又，於該配線層40的與N型磊晶層4相反側的表面上形成著支持基板45。該支持基板45是用以對固態攝影裝置300進行支持的基板。
另一方面，於N型磊晶層4的第2主面4b上形成著第2P型屏蔽層50，使得信號電荷不會逃逸。於該第2P型屏蔽層50上的整個表面形成著作為重金屬污染的吸附部位而起作用的非晶矽(amorphous silicon)層51。此外，於該非晶矽層51上的整個表面形成著第1絕緣膜52。
又，於攝影元件區域100a的第1絕緣膜51上的一部分形成著遮光膜53。為了防止來自其他攝影元件區域(或透鏡外)的光的入射，該遮光膜53以包圍下述微透鏡56的周圍的方式而形成。此外，於第1絕緣膜52及遮光膜53上，以覆蓋該第1絕緣膜52及遮光膜53的方式而形成著第2絕緣膜54。而且，於遮光膜53內的第2絕緣膜54上形成著彩色濾光片55，於彩色濾光片55上形成著微透鏡56。彩色濾光片55及微透鏡56配置於與N型的受光部 10正對的位置。
在上述固態攝影裝置300中，自微透鏡56側入射的光被微透鏡56會聚之後，通過彩色濾光片55、第2絕緣膜54及第1絕緣膜52等，藉此成為所期望的波長的光，並作為信號電荷而儲存在受光部10中。接著，儲存於該受光部10中的信號電荷藉由傳輸閘極電極17a而被傳輸至讀出用MOSFET的源極/汲極15a，藉由放大電晶體(未圖示)來將該讀出用MOSFET的源極/汲極15a的電壓放大，並作為像素信號而輸出至周邊電路。
圖1的固態攝影裝置300如圖2(a)、圖2(b)的平面圖所示，元件區域100分別形成於晶圓(wafer)400的多個晶片(chip)401中。而且，周邊區域200內的對準標記30配置於各晶片401間，例如，配置在元件區域100間的切割線(dicing line)上的規定的位置。
其次，參照圖3(a)~圖3(c)至圖9，對上述固態攝影裝置300的製造方法進行說明。圖3(a)~圖3(c)至圖9是用以說明上述固態攝影裝置的製造方法的圖。
首先，如圖3(a)所示，在半導體基板1上準備包含埋置式氧化(Burried Oxide，BOX)層2、SOI(Silicon On Insulator)層3的SOI基板5。此處，SOI層3是膜厚為50~100 nm、濃度為10E15 ~10E17 cm-3 的N型結晶矽。
其次，如圖3(b)所示，於SOI層3上的整個表面形成膜厚為3~10 μm、濃度為10E15 ~10E17 cm-3 的N型磊晶層4，如圖3(c)所示，進而在該N型磊晶層4上依序 積層地形成矽氧化膜7及矽氮化膜8。
其次，如圖4(a)所示，使用眾所周知的微影(lithography)技術及反應式離子蝕刻(Reactive Ion Etching，RIE)技術來形成溝槽31，該溝槽31將周邊區域200的矽氮化膜8、矽氧化膜7、磊晶層4及SOI層3貫通，並到達BOX層2。接著，如圖4(b)所示，以覆蓋溝槽31的至少第2主面側的開口端部(底部)的方式而形成耐蝕刻膜32，然後將矽氧化膜等的埋入層33埋入至溝槽31內。
此處，藉由溝槽31、耐蝕刻膜32及埋入層33，在進行下述的微影步驟時形成對準標記30。具體而言，該對準標記30利用了光的反射率在耐蝕刻膜32的內側、與埋入層33的邊界處會發生改變這一事實，使用該對準標記30來檢測出對準信號，進行正確的微影步驟。耐蝕刻膜32是使用具有耐HF性，且光的反射率與埋入層33不同的例如矽氮化膜等。埋入層33較佳為矽氧化膜，但並不限定於此，可為在微影步驟時能夠識別為對準標記的材料，即，可為具有與耐蝕刻膜32的光的反射率不同的反射率的材料。此外，埋入層33亦可不設置於整個溝槽31內。亦即，可在至少溝槽31的底部附近設置埋入層33，除了溝槽31的底部附近以外的內部亦可為空洞。
其次，使用化學機械研磨(Chemical Mechanical Polish，CMP)技術等來將形成於矽氮化膜8上的耐蝕刻膜32及埋入層33平坦化地除去之後，如圖4(c)所示， 利用濕式蝕刻(wet etching)，例如利用磷酸H3 PO4 來將矽氮化膜8剝離。
其次，使用眾所周知的CMOS影像感測器製程，於N型磊晶層4上形成攝影元件及周邊電路元件。以下，參照圖5(a)~圖5(c)至圖9來對CMOS影像感測器製程進行說明。
首先，如圖5(a)所示，將光阻(resist)60塗佈於矽氧化膜7上，使用眾所周知的微影技術來在光阻60中形成開口部60a。該開口部60a是與將要形成用於元件分離的第1P型擴散層12的區域相對應而設置。接著，以該光阻60作為光罩而將矽氧化膜7蝕刻除去，使N型磊晶層4的第1主面4a露出。
其次，如圖5(b)所示，於該N型磊晶層4露出的區域中，藉由高加速離子注入來形成第1P型擴散層12。例如，以100 kev至3 Mev左右的加速能量，依序將10E11 ~10E13 cm-2 左右的P型的硼(boron)不斷地注入，藉此來形成上述第1P型擴散層12。此時，對將要注入的離子賦予的加速能量的上限是取決於離子注入裝置的性能、生產性、以及光罩製程等，該上限較佳為小於等於3 Mev。
該第1P型擴散層12的深度是由N型磊晶層4的膜厚、與將要注入的離子的加速能量的組合來決定。於本實施形態的情形時，將第1P型擴散層12的膜厚設定為N型磊晶層4的膜厚的一半，或者設定為到達稍微比N型磊晶層4的膜厚的一半更深的位置為止。
其次，如圖5(c)所示，依序將光阻60及矽氧化膜7除去。然後，如圖6(a)所示，於N型磊晶層4的第1主面4a的整個表面上再次塗佈光阻，使用眾所周知的微影技術，於周邊電路區域100b中的形成著NMOSFET的區域設置開口部，將硼自該開口部離子注入至磊晶層4的第1主面4a，形成P型半導體井20。接著，除去多餘的光阻之後，再次塗佈光阻，於形成著PMOSFET的區域設置開口部，將磷自該開口部離子注入至磊晶層4的第1主面4a，依序形成N型半導體井21。
然後，如圖6(b)所示，於攝影元件區域100a及周邊電路區域100b上形成閘極絕緣膜16。其次，於周邊電路區域100b的P型半導體井20與N型半導體井21的邊界部上形成元件分離絕緣膜22。於P型半導體井20與N型半導體井21的邊界部上形成溝槽，將矽氧化膜等的絕緣膜埋入至該溝槽內，藉此來形成上述元件分離絕緣膜22。
其次，形成元件分離絕緣膜22之後，於攝影元件區域100a的N型磊晶層4的第1主面4a上，經由閘極絕緣膜16而分別形成NMOSFET的傳輸閘極電極17a或重置閘極電極17b。又，於周邊電路區域100b的P型半導體井20及N型半導體井21上，經由閘極絕緣膜16而分別形成周邊電路的PMOSFET的閘極電極27c及NMOSFET的閘極電極27d。使用眾所周知的微影技術與乾式蝕刻技術來對多結晶矽實施圖案化，形成上述各閘極電極17a、17b、27c、27d。
其次，如圖6(c)所示，於攝影元件區域100a中依序形成N型的受光部10、用以防止暗電流的第1P型屏蔽層14、以及NMOSFET的N型的源極/汲極15a、15b等。N型的受光部10是以傳輸閘極電極17a作為光罩而形成於由元件分離區域11包圍的N型磊晶層4的第1主面4a。第1P型屏蔽層1包含受光部10中的傳輸閘極電極17a側的表面部以外的表面部及第1P型擴散層12表面，且形成於N型磊晶層4的第1主面4a的部分。NMOSFET的N型的源極/汲極15a、15b是以傳輸閘極電極17a及重置閘極電極17b作為光罩而形成於元件分離區域12的表面部分。
又，依序於周邊電路區域100b的P型半導體井20的表面部分形成NMOSFET的N型的源極/汲極23c，於N型半導體井21的表面部分形成PMOSFET的P型的源極/汲極24d。NMOSFET的N型的源極/汲極23c是以閘極電極27c作為光罩而形成，PMOSFET的P型的源極/汲極24d是以閘極電極27d作為光罩而形成。
其次，如圖7(a)所示，於N型磊晶層4的第1主面4a上，利用眾所周知的多層配線製程來形成配線層40,該配線層40包括第1配線40a、第2配線40b及第3配線40c、或由矽氧化膜或矽氮化膜等形成的層間絕緣膜41等。又，這些配線40a至40c適當地與光二極體或各MOSFET等形成電性連接。
其次，如圖7(b)所示，於處於N型磊晶層4的相 反側的配線層40的表面上形成矽氧化膜即黏著層(未圖示)，對該黏著層的表面進行平坦化研磨，並且準備在表面上形成著矽氧化膜即黏著層(未圖示)的支持基板45，以使各個黏著層彼此相對向的方式將配線層40與支持基板45貼合。
其次，如圖7(c)所示，使SOI基板5與支持基板45上下反轉，將SOI基板5作為上側，藉由CMP法或利用了HF溶液的濕式蝕刻法等來將作為背面材料的半導體基板1與BOX層2除去，使SOI層3露出。再者，此時，位於SOI層3的表面的溝槽31的底部被具有耐HF性的耐蝕刻膜32覆蓋，因此，即便於使用著利用HF溶液的濕式蝕刻法時，上述溝槽31的底部亦會露出於SOI層3的表面而不會被蝕刻。
其次，如圖8(a)所示，將光阻61塗佈於SOI層3上，使用眾所周知的微影技術來於光阻61中形成開口部61b。該開口部61b是與將要形成第2P型擴散層13的區域相對應而設置。接著，以該光阻61作為光罩，藉由高加速離子注入來形成第2P型擴散層13。例如，以第2P型擴散層13與第1P型擴散層12的底面連接的方式來選擇加速能量，並將硼注入，藉此來進行上述高加速離子注入。又，於周邊電路區域100b中，以第2P型擴散區域13分別與P型半導體井20及N型半導體井21的底面連接的方式來進行上述高加速離子注入。
如此，於周邊電路區域100b中，以分別與P型半導 體井20及N型半導體井21連接的方式來形成第2P型擴散區域13，藉此，可使周邊電路區域100b的耐雜訊性提高。
其次，如圖8(b)所示，將光阻61除去之後，於磊晶層4的整個第2主面4b上形成用以防止暗電流的第2P型屏蔽層50。其次，如圖8(c)所示，於第2P型屏蔽層50上的整個面上，以低溫來形成高濃度地摻雜著硼的非晶矽層51。接著，於該非晶矽層51上的整個面上形成第1絕緣膜52。
再者，第2P型屏蔽層50及非晶矽層51可形成於至少攝影元件區域100a上的整個面。而且，如圖9所示，於第1絕緣膜52上的規定的位置形成遮光膜53之後，於遮光膜53及第1絕緣膜52上形成第2絕緣膜54。遮光膜53是以使與N型的受光部10相對應的區域露出，將該區域的周邊部遮蔽的方式而形成。再者，該遮光膜53可沿著攝影元件區域100a的邊緣而同樣地形成，亦可以分別包圍各攝影元件的周圍的方式而形成。
藉此，於攝影元件區域100a中，可藉由適當地選擇第1絕緣膜52及第2絕緣膜53的膜厚與折射率來提高攝影元件的感度。
此外，以包圍各攝影元件的周圍的方式而形成遮光膜53，藉此，可防止由自相鄰的攝影元件洩漏的電荷引起的混色，從而可顯示更鮮明的圖像。
然後，將彩色濾光片55配置於第2絕緣膜30的規定 的位置，將微透鏡56配置於彩色濾光片53上。經由上述步驟而獲得如圖1所示的固態攝影裝置。
根據本實施形態，N型的受光部10的構造如下：該N型的受光部10藉由離子注入而形成於N型磊晶層4的第1主面4a，將微透鏡56配置於N型磊晶層4的第2主面4b側，藉此在外觀上，該N型的受光部10形成於N型磊晶層4的深部。又，自N型磊晶層4的第1主面4a注入離子而形成第1P型擴散層12，自第2主面4b注入離子而形成到達第1P型擴散層13的底部的第2P型擴散層13，藉此來構成元件分離區域11。
因此，離子注入的加速能量的上限不會受到限制，該上限是由離子注入裝置的性能、生產性、及光罩製程等來決定，且在應用高加速離子注入技術時成為問題。藉此，例如，能夠以均勻的濃度來形成N型的受光部10，且可將該N型的受光部10形成於與微透鏡相距更遠的位置(自配置著透鏡的一側即第2主面側觀察，形成於深部)，可更可靠地吸收紅色的波長的光。又，可以自N型磊晶層4的第1主面到達第2主面的方式而形成元件分離區域11。又，構成元件分離區域的第1及第2P型擴散層12、13，均可形成於N型磊晶層4的中間位置的深度，向N型磊晶層4的主面中的橫向的擴散變小，不會減小受光部10的形成區域。其結果為固態攝影裝置的感測器特性提高。
又，先前，利用埋入層與N型磊晶層的邊界來檢測對準信號，但當將BOX層3除去時，埋入至溝槽31的矽氧 化膜亦會被蝕刻。因此，矽氧化膜與N型磊晶層的邊界混亂，對準標記的功能有可能變得不充分。相對於此，於本實施形態的情形時，利用具有耐HF性的耐蝕刻膜32來覆蓋對準標記30的溝槽31的內壁中的至少底部，藉此，當利用HF溶液來將BOX層3除去時，溝槽31的底部不會被蝕刻，耐蝕刻膜32的內側與埋入層33的邊界不會混亂，可更正確地進行位置對準。
又，非晶矽層51是作為由熱步驟等引起的重金屬污染的吸附部位而起作用，尤其，該非晶矽層51配置於配置著微透鏡56的背面側，因此，無須將已形成的吸附部位除去，對於由熱步驟等引起的重金屬污染的吸附效果提高，可減少由暗電流引起的雜訊。
(第2實施形態)
圖10是本發明的第2實施形態的固態攝影裝置的剖面圖。圖11(a)~圖11(c)是用以說明本發明的第2實施形態的固態攝影裝置的製造方法的圖。
本實施形態與第1實施形態的不同點在於：第1實施形態是背面照射型的固態攝影裝置，而本實施形態是表面照射型的固態攝影裝置。
具體而言，首先，如圖11(a)所示，直至形成第2P型屏蔽層50為止的製造方法是與第1實施形態中的直至圖8(b)為止的製造方法相同。然而，亦可不形成第1實施形態中所形成的對準標記30。
其次，如圖11(b)所示，於第2P型屏蔽層50的表 面上形成矽氧化膜即黏著層(未圖示)，對該黏著層的表面進行平坦化研磨，並且準備在表面上形成著矽氧化膜即黏著層(未圖示)的第2支持基板46，以使各個黏著層彼此相對向的方式將第2P型屏蔽層50與第2支持基板46貼合。
其次，如圖11(c)所示，使第2支持基板46與第1支持基板45上下反轉。亦即，使第1支持基板45處於上側，使第2支持基板46處於下側。其次，利用CMP法或濕式蝕刻法等來將該第1支持基板45除去，使配線層40露出。
其次，於配線層40上，與第1實施形態相同地依序形成非晶矽層51、第1絕緣膜52、遮光膜53、第2絕緣膜54、彩色濾光片55及微透鏡56，以獲得圖10所示的固態攝影裝置。
根據本實施形態，自N型磊晶層4的第1主面4a注入離子而形成第1P型擴散層12，自第2主面4b注入離子而形成到達第1P型擴散層13的底部的第2P型擴散層13，藉此來構成元件分離區域11。
因此，離子注入的加速能量的上限不會受到限制，該上限是由離子注入裝置的性能、生產性、及光罩製程等來決定，且此前在應用高加速離子注入技術時成為問題。藉此，能夠以自N型磊晶層4的第1主面到達第2主面的方式而形成元件分離區域11。又，構成元件分離區域11的第1及第2P型擴散層12、13均可形成於N型磊晶層4的 中間位置的深度，該第1及第2P型擴散層12、13在N型磊晶層4的主面上朝橫方向擴展的程度較小，無須擔心受光部10的形成區域會變小。結果，固態攝影裝置的感測器特性提高。
(第3實施形態)
圖12(a)、圖12(b)是用以說明本發明的第3實施形態的固態攝影裝置的製造方法的圖。
本實施形態與第1實施形態的不同點在於：在第1實施形態中，SOI基板5具有於半導體基板1上經由BOX層2而形成著SOI層3的構造，但在本實施形態中，SOI基板6具有於半導體基板1上經由第2非晶矽層63而形成著BOX層2，且於該BOX層上形成著SOI層3的構造。
如圖12(a)所示，首先，於半導體基板1上形成第2非晶矽層63，該第2非晶矽層63作為吸附部位而起作用且高濃度地摻雜著硼。其次，如圖12(b)所示，於第2非晶矽63上形成BOX層2，於BOX層2上形成SOI層3。
其後的製造方法與第1實施形態的製造方法相同。再者，利用CMP法或濕式蝕刻法等將半導體基板1及BOX層2自N型磊晶層4的主面除去，同時將上述第2非晶矽層63除去。
根據本實施形態，除了第1實施形態的效果以外，由於在本固態攝影裝置300的製造步驟的初始階段形成第2非晶矽層63，因此，可防止由有可能在直至該第2非晶矽層63被除去為止的期間的熱步驟等中產生的重金屬引起 的污染，從而可進一步提高防止重金屬污染的效果。因此，與第1實施形態相比較，可減少由暗電流引起的雜訊。
(第4實施形態)
圖13(a)是用以說明本發明的第4實施形態的固態攝影裝置的製造方法的圖。圖13(b)是本發明的第4實施形態的固態攝影裝置的剖面圖。
本實施形態與第1實施形態的不同點在於：在第1實施形態中，於形成第2P型擴散層13之後形成第2P型屏蔽層50，但在本實施形態中，於形成SOI基板5時，先在半導體基板1上形成BOX層2，然後在BOX層2上形成第2P型屏蔽層50來代替SOI層3。經過上述步驟，獲得如圖13(b)所示的固態攝影裝置。
根據本實施形態，除了第1實施形態的效果以外，由於預先將第2P型屏蔽層50形成在BOX層2上，因此，如圖8(b)所示，無需將SOI層3除去的步驟，從而可縮短製造步驟。
本發明並不限定於上述第1至第4的實施形態，於不脫離本發明的主旨的範圍內亦可實施各種變更。
例如，第1實施形態中，於半導體基板1上形成BOX層2，於BOX層2上形成SOI層3，藉此來形成SOI基板5，但亦可藉由將其他半導體基板貼合於BOX層2來形成SOI基板5。
又，對準標記30並不限定於圖2(b)的配置，亦可為其他配置。
又，非晶矽層51、第1絕緣膜52、第2絕緣膜54必須形成於至少攝影元件區域100a中，但亦可適當地形成於周邊電路區域100b及周邊區域200中。
又，配線層40的配線並不限於3層。例如，可為2層，亦可大於等於5層。
又，並不限於互補型MOSFET，亦可單獨地由PMOSFET構成，或單獨地由NMOSFET構成。
又，亦可不使用黏著層而是利用壓力來進行黏著，以將配線層40與支持基板45貼合。又，支持基板45並非必須為半導體基板，只要是玻璃基板等可進行支持的基板均可。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧半導體基板
2‧‧‧BOX層
3‧‧‧SOI層
4‧‧‧N型磊晶層
4a‧‧‧第1主面(表面)
4b‧‧‧第2主面(背面)
5、6‧‧‧SOI基板
7‧‧‧矽氧化膜
8‧‧‧矽氮化膜
10‧‧‧受光部
11‧‧‧元件分離區域
12‧‧‧第1P型擴散層(第1雜質層)
13‧‧‧第2P型擴散層(第2雜質層)
14‧‧‧第1P型屏蔽層
15a、15b、23c、24d‧‧‧源極/汲極
16‧‧‧閘極絕緣膜
17a‧‧‧傳輸閘極電極
17b‧‧‧重置閘極電極
20‧‧‧P型半導體井
21‧‧‧N型半導體井
22‧‧‧元件分離絕緣膜
27c、27d‧‧‧閘極電極
30‧‧‧對準標記
31‧‧‧溝槽
32‧‧‧耐蝕刻膜
33‧‧‧埋入層
40‧‧‧配線層
40a‧‧‧第1配線
40b‧‧‧第2配線
40c‧‧‧第3配線
41‧‧‧層間絕緣膜
45、46‧‧‧支持基板
50‧‧‧第2P型屏蔽層
51、63‧‧‧非晶矽層(吸附部位)
52‧‧‧第1絕緣膜
53‧‧‧遮光膜
54‧‧‧第2絕緣膜
55‧‧‧彩色濾光片
56‧‧‧微透鏡
60、61‧‧‧光阻
60a、61a‧‧‧開口部
100‧‧‧元件區域
100a‧‧‧攝影元件區域
100b‧‧‧周邊電路區域
200‧‧‧周邊區域
300‧‧‧固態攝影裝置
400‧‧‧晶圓
401‧‧‧晶片
圖1是第1實施形態的固態攝影裝置的剖面圖。
圖2(a)、圖2(b)是說明第1至第4實施形態的對準標記的位置的圖。
圖3(a)~圖3(c)是說明第1實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖4(a)~圖4(c)是說明第1實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖5(a)~圖5(c)是說明第1實施形態的背面照 射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖6(a)~圖6(c)是說明第1實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖7(a)~圖7(c)是說明第1實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖8(a)~圖8(c)是說明第1實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖9是說明第1實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖10是第2實施形態的表面照射型構造的固態攝影裝置的剖面圖。
圖11(a)~圖11(c)是說明第2實施形態的表面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖12(a)、圖12(b)是說明第3實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的製造方法的圖。
圖13(a)、圖13(b)是第4實施形態的背面照射型構造的固態攝影裝置的剖面圖。
4‧‧‧N型磊晶層
4a‧‧‧第1主面(表面)
4b‧‧‧第2主面(背面)
10‧‧‧受光部
11‧‧‧元件分離區域
12‧‧‧第1P型擴散層(第1雜質層)
13‧‧‧第2P型擴散層(第2雜質層)
14‧‧‧第1P型屏蔽層
15a、15b、23c、24d‧‧‧源極/汲極
16‧‧‧閘極絕緣膜
17a‧‧‧傳輸閘極電極
17b‧‧‧重置閘極電極
20‧‧‧P型半導體井
21‧‧‧N型半導體井
22‧‧‧元件分離絕緣膜
27c、27d‧‧‧閘極電極
30‧‧‧對準標記
31‧‧‧溝槽
32‧‧‧耐蝕刻膜
33‧‧‧埋入層
40‧‧‧配線層
40a‧‧‧第1配線
40b‧‧‧第2配線
40c‧‧‧第3配線
45‧‧‧支持基板
50‧‧‧第2P型屏蔽層
51‧‧‧非晶矽層(吸附部位)
52‧‧‧第1絕緣膜
53‧‧‧遮光膜
54‧‧‧第2絕緣膜
55‧‧‧彩色濾光片
56‧‧‧微透鏡
100‧‧‧元件區域
100a‧‧‧攝影元件區域
100b‧‧‧周邊電路區域
200‧‧‧周邊區域
300‧‧‧固態攝影裝置

Claims (13)

  1. 一種固態攝影裝置，其特徵在於包括：第1導電型的半導體層，具有第1主面及與上述第1主面相對向的第2主面，且具有攝影元件區域；受光部，形成於上述半導體層的上述第1主面，藉由光電轉換來儲存電荷；元件分離區域用的第2導電型的第1雜質層，包圍上述受光部，自上述半導體層的上述第1主面延伸至上述半導體層的中途為止；以及元件分離用的第2導電型的第2雜質層，自上述半導體層的上述第2主面到達上述第1雜質層的底部。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之固態攝影裝置，更包括：配線層，設置於上述半導體層的上述第1主面；以及微透鏡，設置於上述半導體層的上述第2主面上。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之固態攝影裝置，更包括：配線層，設置於上述半導體層的上述第1主面；以及微透鏡，設置於上述配線層上。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之固態攝影裝置，其中於上述攝影元件區域以外的周邊區域中更包括對準標記，該對準標記是由貫通上述半導體層的溝槽、設置於上述溝槽內壁及上述第2主面側的開口端部的耐蝕刻膜、以及埋入至具有上述耐蝕刻膜的上述溝槽內的埋入層而構 成。
  5. 如申請專利範圍第2項或第4項所述之半導體裝置，其中於上述半導體層的上述第2主面上，在上述微透鏡的下方更包括吸附部位。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項所述之固態攝影裝置，其中多個上述受光部相鄰接地排列，更包括沿著上述各受光部的外周而形成的遮光膜。
  7. 一種固態攝影裝置的製造方法，其特徵在於包括如下的步驟：形成自第1導電型的半導體層的第1主面注入離子，藉由光電轉換來儲存電荷的受光部，上述第1導電型的半導體層包括第1主面及與上述第1主面相對向的第2主面，且包括攝影元件區域；形成元件分離區域用的第2導電型的第1雜質層，該第1雜質層包圍上述受光部，且自上述半導體層的上述第1主面延伸至上述半導體層的中途為止；以及形成元件分離用的第2導電型的第2雜質層，該第2雜質層自上述半導體層的上述第2主面到達上述第1雜質層的底部。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之固態攝影裝置的製造方法，更包括：於上述半導體層的上述第1主面上形成配線層的步 驟；以及於上述半導體層的上述第2主面上形成微透鏡的步驟。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之固態攝影裝置的製造方法，更包括：於上述半導體層的第1主面上形成配線層的步驟；以及於上述配線層上形成微透鏡的步驟。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之固態攝影裝置的製造方法，更包括如下的步驟：於上述周邊區域，形成貫通上述半導體層的溝槽，於上述溝槽內壁及上述第2主面側的開口端部形成耐蝕刻膜，將埋入層埋入至具有上述耐蝕刻膜的上述溝槽內，藉此來形成對準標記。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之固態攝影裝置的製造方法，更包括於上述第2主面上，在上述微透鏡的下方形成吸附部位的步驟。
  12. 如申請專利範圍第7項至第11項所述之固態攝影裝置的製造方法，更包括如下的步驟：於半導體基板上形成埋置式氧化(BOX)層，於上述BOX層上形成第2導電型的屏蔽層，藉由磊晶成長而於上述第2導電型的屏蔽層上形成上述半導體層。
  13. 一種固態攝影裝置的製造方法，其特徵在於包括如下的步驟： 於包括攝影元件區域與周邊區域的第1支持基板上形成埋置式氧化(BOX)層，於上述BOX層上形成第1導電型的絕緣層上覆矽(SOI)層；於上述SOI層上形成第1導電型的磊晶層；自上述攝影元件區域的上述磊晶層的主面中、與上述SOI層所接觸的第2主面相對向的第1主面側，以底面位於上述磊晶層的膜厚的大致一半的位置的方式，選擇性地形成第2導電型的第1擴散層；於上述第1主面上，經由閘極絕緣膜而選擇性地形成閘極電極；於上述攝影元件區域的上述磊晶層的上述第1主面側，選擇性地形成源極、汲極、第2導電型的第1屏蔽層及第1導電型的受光部；於上述第1導電型的磊晶層的第1主面上，形成包含配線及層間絕緣膜的配線層；於上述配線層上形成第2支持基板；將上述第1支持基板與上述BOX層除去，使上述SOI層露出；自上述SOI層的露出面側，以與上述第1擴散層的上述底面連接的方式，形成第2導電型的第2擴散層；於至少上述攝影元件區域的上述磊晶層的上述第2主面上，以遮蔽與上述受光部相對應的區域的周邊部的方式而形成遮光膜；以及於上述磊晶層的上述第2主面上的與上述受光部相對應的區域中形成微透鏡。
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