TWI636556B - 固態成像器件，其製造方法，以及電子裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供固態成像器件，產生一固態成像器件之方法以及電子裝置。更特定而言，一種固態影像器件包括一矽基板及形成於該矽基板中之至少一第一光電二極體。該器件亦包括：一磊晶層，其具有毗鄰該矽基板之一表面之一第一表面；及一轉移電晶體，其具有自該至少一第一光電二極體延伸至與該第一表面相對之該磊晶層之一第二表面之一閘極電極。在其他實施例中，提供一種具有形成於一第二半導體基板中之複數個像素之固態成像器件，其中該等像素相對於一中心點對稱。一浮動擴散部形成於一磊晶層中。也提供複數個轉移閘極電極，以及該等像素中之每一者藉由該等轉移閘極電極中之一者轉移電荷至該浮動擴散部。

Description

固態成像器件，其製造方法，以及電子裝置 相關申請案交叉參考
本申請案主張在2013年7月31日提出申請之日本優先專利申請案JP 2013-159565及在2013年3月11日提出申請的日本優先專利申請案JP 2013-048404之權益，該等申請案之全部內容以引用方式併入本文中。
本發明係關於一種固態成像器件及一種製造該固態成像器件之方法以及一種電子裝置。特定而言，本發明係關於一種能夠進一步改良飽和電荷量及敏感度特性之固態成像器件、一種製造該固態成像器件之方法以及一種電子裝置。
在相關技術中，固態成像器件(諸如一電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器)用於包括一影像擷取功能之電子裝置中，諸如一數位靜態相機或一數位視訊攝影機。
一般而言，在一CMOS影像感測器中，通常採用共用像素之一技術以便使光電二極體孔徑率最大化伴隨有像素大小之增加之小型化。在此像素共用技術中，在複數個像素之間共用一電晶體，且通過使除像素部分中之光電二極體以外之元件所佔據之區域最小化來保證光電 二極體之區域。接著，可藉由使用像素共用技術來改良(舉例而言)光電二極體之飽和信號量及敏感度特性。
舉例而言，在PTL 1、PTL 2、PTL 3及PTL 4中，揭示其中應用像素共用技術之一CMOS影像感測器中之各個像素部分之佈局。
[引用列表] [專利文獻]
[PTL 1]
日本未經檢查專利申請公開案第2010-147965號
[PTL 2]
日本未經檢查專利申請公開案第2010-212288號
[PTL 3]
日本未經檢查專利申請公開案第2007-115994號
[PTL 4]
日本未經檢查專利申請公開案第2011-049446號
在相關技術之一CMOS影像感測器中，在與矽基板相同之平面上形成驅動光電二極體及像素所必需之電晶體，且在區域方面限制感測器以便保證其下限之特性。舉例而言，若光電二極體區域經擴展以便改良光電二極體之飽和電荷量及敏感度特性，則由於伴隨此之電晶體之區減小，由電晶體導致之隨機雜訊變得更壞，且電路之增益降低。另一方面，當保證電晶體之區域時，光電二極體之飽和電荷量及敏感度特性降低。因此，存在在不減小電晶體之區域之情況下改良光電二極體之飽和信號量及敏感度特性之需求。
期望能夠進一步改良飽和電荷量及敏感度特性。
根據本發明之一實施例，提供一種具有一矽基板之一固態成像器件。至少一第一光電二極體形成於該矽基板中。亦包括一第一表面毗鄰於該矽基板之一表面之一磊晶層及具有自該至少一第一光電二極體延伸至與該第一表面相對之該磊晶層之一第二表面之一閘極電極之一轉移電晶體。
根據其他實施例，該固態成像器件包括形成於該磊晶層中且與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸之一浮動擴散部。
亦可包括形成於該磊晶層上之複數個像素電晶體。該複數個像素電晶體可上覆該至少一第一光電二極體形成於其中之該矽基板之至少一部分。
該固態成像器件可進一步包括形成於該磊晶層中之一第二光電二極體。該第二光電二極體可與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸。
複數個光電二極體可形成於該磊晶層中。該第一光電二極體及形成於該磊晶層中之該等光電二極體可與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸。另外，可提供複數個釘紮層，且可藉助該複數個釘紮層沿一深度方向層壓形成於該磊晶層中之該複數個光電二極體。此外，形成於該磊晶層中之該複數個光電二極體中之至少一者之一區域可具有不同於形成於該磊晶層中之該複數個光電二極體中之至少一者或其他者之在平行於該磊晶層之該第一表面之一平面中之一區域。形成於該磊晶層中之該等光電二極體可上覆形成於該矽基板中之該等光電二極體之至少一部分。亦可包括一浮動擴散部，其中該浮動擴散部之至少一部分上覆該第一光電二極體之至少一部分。該固態成像器件可進一步包括形成於該磊晶層上且上覆該第一光電二極體之至少一部分之複數個像素電晶體。
根據本發明之其他實施例，提供一種固態成像器件。該固態成像器件包括複數個像素，其中該複數個像素中之每一像素形成於一半 導體基板中，且其中該等像素相對於一中心點對稱。該固態成像器件亦包括該半導體基板上之一磊晶層及形成於該磊晶層中之一浮動擴散部。亦提供複數個轉移閘極電極，其中該等像素中之每一者藉由該等轉移閘極電極中之一者電連接至該浮動擴散部。
根據該固態成像器件之至少某些實施例，該複數個像素繞該浮動擴散部對稱地配置。該固態成像器件亦可包括形成於該磊晶層中之複數個像素電晶體。該複數個轉移閘極電極可繞該浮動擴散部對稱地配置。
根據本發明之另外其他實施例，提供一種產生一固態成像器件之方法。該方法包括在一矽基板中形成一光電二極體，且在該矽基板上形成一磊晶層。該方法進一步包括藉由自該磊晶層之一表面至該矽基板挖掘來形成一經挖掘部分，其中該經挖掘部分到達包圍該光電二極體之n型區之一p井。另外，該方法包括藉由在該經挖掘部分之一內部表面上形成一閘極氧化物膜來形成一閘極電極。
根據其他實施例，提供包括一光學系統之一電子裝置。另外，提供包括自該光學系統接收光之一固態成像器件之一影像擷取元件。該裝置之一固態成像器件包括一晶片上透鏡、一抗反射膜及一矽基板，其中該抗反射膜連接至該矽基板之該第一表面，且其中該晶片上透鏡藉由至少該抗反射膜與該矽基板之該第一表面分離。至少一第一光電二極體形成於該矽基板中。亦提供具有毗鄰該矽基板之一表面之一第一表面之一磊晶層。該固態成像器件進一步包括一轉移電晶體，其中該轉移電晶體之一閘極電極自至少一第一光電二極體延伸至與該第一表面相對之該磊晶層之一第二表面。該裝置另外包括自該影像擷取元件接收信號之一信號處理電路。
根據本發明之另外其他實施例，提供一種電子裝置。該裝置包括一光學系統及包括自該光學系統接收光之一固態成像器件之一影像 擷取元件。該固態成像器件包括形成於一半導體基板中之複數個像素，其中該等像素相對於一中心點對稱。該固態成像器件亦包括該半導體基板上之一磊晶層及形成於該磊晶層中之一浮動擴散部。包括複數個轉移閘極電極，其中該等像素中之每一者藉由該等轉移閘極電極中之一者電連接至該浮動擴散部。該裝置進一步包括自該影像擷取元件接收信號之一信號處理電路。
根據本發明之實施例，可進一步改良飽和電荷量及敏感度特性。
特別是當與附圖一起閱讀時，將更易於自以下說明明瞭本發明之實施例之額外特徵及優點。
1‧‧‧固態成像器件
2‧‧‧像素電晶體區
3‧‧‧光電二極體區
11‧‧‧像素
11-1‧‧‧像素
11-2‧‧‧像素
11-3‧‧‧像素
11'‧‧‧像素
11'-1‧‧‧像素
11'-2‧‧‧像素
11'-3‧‧‧像素
11'-4‧‧‧像素
11A‧‧‧像素
11B‧‧‧像素
11C‧‧‧像素
11D‧‧‧像素
11E‧‧‧像素
11F‧‧‧像素
11G‧‧‧像素
11H‧‧‧像素
11I‧‧‧像素
11J‧‧‧像素
11K‧‧‧像素
11L‧‧‧像素
12‧‧‧共用像素
12'‧‧‧共用像素
21‧‧‧P型磊晶層
22‧‧‧矽基板
23‧‧‧抗反射膜
24‧‧‧濾色器層
25‧‧‧晶片上透鏡
31‧‧‧轉移電晶體
31A‧‧‧轉移電晶體
31B‧‧‧轉移電晶體
32‧‧‧像素電晶體
32'‧‧‧像素電晶體
32A‧‧‧像素電晶體
32A'‧‧‧像素電晶體
32B‧‧‧像素電晶體
32B'‧‧‧像素電晶體
32C‧‧‧像素電晶體
32C'‧‧‧像素電晶體
33‧‧‧光電二極體
33'‧‧‧光電二極體
33B‧‧‧光電二極體
33a‧‧‧N型區
33b‧‧‧N型區
41‧‧‧閘極電極
41A‧‧‧閘極電極
41B‧‧‧閘極電極
42‧‧‧N型區
42A‧‧‧N型區
42B‧‧‧N型區
43‧‧‧閘極電極
44‧‧‧N型區
45‧‧‧N型區
51‧‧‧後面釘紮層
52‧‧‧前面釘紮層/表面釘紮層
52B‧‧‧表面釘紮層
53‧‧‧P井
54‧‧‧通道區
54A‧‧‧通道區
54B‧‧‧通道區
55‧‧‧通道區
56‧‧‧光阻擋金屬
61‧‧‧經挖掘部分
71‧‧‧N型擴散層
72‧‧‧表面釘紮層
81‧‧‧元件分離部分
91‧‧‧經嵌入氧化物膜
92‧‧‧氧化物膜
93‧‧‧氧化物膜
101‧‧‧聚集之P型磊晶層
111‧‧‧井
121‧‧‧經挖掘部分
123‧‧‧閘極氧化物膜/氧化物膜
131‧‧‧佈線層
131-1‧‧‧層間膜
132-1‧‧‧佈線
132-2‧‧‧佈線
132-3‧‧‧佈線
132-4‧‧‧佈線
132-5‧‧‧佈線
132-6‧‧‧佈線
133-1‧‧‧接觸部分
133-2‧‧‧接觸部分
133-3‧‧‧接觸部分
133-4‧‧‧接觸部分
201‧‧‧N型區
202‧‧‧P型區
203‧‧‧通道區
204‧‧‧分離部分
205‧‧‧分離部分
211‧‧‧接觸部分
212-1‧‧‧絕緣膜
212-2‧‧‧絕緣膜
212-3‧‧‧絕緣膜
213-1‧‧‧側壁
213-2‧‧‧側壁
221‧‧‧SOI基板
222‧‧‧BOX層(二氧化矽絕緣膜)
223‧‧‧SOI層(單晶矽膜)
231‧‧‧遮罩
232‧‧‧溝渠
233‧‧‧絕緣體
234‧‧‧硬遮罩
235‧‧‧溝渠
236‧‧‧開放部分
237‧‧‧開放部分
238‧‧‧開放部分
239‧‧‧絕緣膜
301‧‧‧N型區/表面釘紮層
301-1‧‧‧表面釘紮層
301-2‧‧‧表面釘紮層
301-N‧‧‧表面釘紮層
301-N'‧‧‧表面釘紮層
302‧‧‧接觸部分/光電二極體
302-1‧‧‧光電二極體
302-2‧‧‧光電二極體
302-N‧‧‧光電二極體
302-N'‧‧‧光電二極體
501‧‧‧影像擷取器件
502‧‧‧光學系統
503‧‧‧影像擷取器件
504‧‧‧信號處理電路
505‧‧‧監視器
506‧‧‧記憶體
[圖1]
圖1係展示具有本發明技術所應用於之一固態成像器件之一像素之一第一實施例之一組態實例的一剖視圖。
[圖2A]
圖2A係展示其中採用一4像素共用結構之一像素之一結構之一平面圖。
[圖2B]
圖2B係展示其中採用一4像素共用結構之一像素之一結構之一平面圖。
[圖3A]
圖3A係展示相關技術之一像素之一結構之一平面圖。
[圖3B]
圖3B係展示相關技術之一像素之一結構之一剖視圖。
[圖4]
圖4係展示一像素之一第一實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖5]
圖5係展示一像素之一第二實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖6]
圖6係展示一像素之一第三實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖7]
圖7係展示一像素之一第四實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖8]
圖8係展示一像素之一第五實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖9]
圖9係展示一像素之一第六實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖10]
圖10係展示一像素之一第七實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖11]
圖11係描述一第一步驟之一剖視圖。
[圖12]
圖12係描述一第二步驟之一剖視圖。
[圖13]
圖13係描述一第三步驟之一剖視圖。
[圖14]
圖14係描述一第四步驟之一剖視圖。
[圖15]
圖15係描述一第五步驟之一剖視圖。
[圖16]
圖16係描述一第六步驟之一剖視圖。
[圖17]
圖17係描述一第七步驟之一剖視圖。
[圖18]
圖18係描述一第八步驟之一剖視圖。
[圖19]
圖19係描述一第九步驟之一剖視圖。
[圖20]
圖20係描述一第十步驟之一剖視圖。
[圖21]
圖21係描述一第十一步驟之一剖視圖。
[圖22]
圖22係描述一第十二步驟之一剖視圖。
[圖23]
圖23係展示一像素之一第八實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖24]
圖24係展示用於一固態成像器件之一結構中之一SOI基板之一圖式。
[圖25]
圖25係描述一第二十一步驟之一剖視圖。
[圖26]
圖26係描述一第二十二步驟之一剖視圖。
[圖27]
圖27係描述一第二十三步驟之一剖視圖。
[圖28]
圖28係描述一第二十四步驟之一剖視圖。
[圖29]
圖29係描述一第二十五步驟之一剖視圖。
[圖30]
圖30係描述一第二十六步驟之一剖視圖。
[圖31]
圖31係描述一第二十七步驟之一剖視圖。
[圖32]
圖32係描述一第二十七步驟之一平面圖。
[圖33]
圖33係描述一第二十八步驟之一剖視圖。
[圖34]
圖34係描述一第二十八步驟之一平面圖。
[圖35]
圖35係描述一第二十九步驟之一剖視圖。
[圖36]
圖36係描述一第三十步驟之一剖視圖。
[圖37]
圖37係描述一第三十一步驟之一剖視圖。
[圖38]
圖38係描述一第三十二步驟之一剖視圖。
[圖39]
圖39係描述一第三十三步驟之一剖視圖。
[圖40]
圖40係描述一第三十四步驟之一剖視圖。
[圖41]
圖41係描述一第三十五步驟之一剖視圖。
[圖42]
圖42係描述一第三十六步驟之一剖視圖。
[圖43]
圖43係描述一第三十七步驟之一剖視圖。
[圖44]
圖44係描述一第三十八步驟之一剖視圖。
[圖45]
圖45係展示一像素之一第九實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖46]
圖46係描述一第四十一步驟之一剖視圖。
[圖47]
圖47係描述一第四十二步驟之一剖視圖。
[圖48]
圖48係描述一第四十三步驟之一剖視圖。
[圖49]
圖49係描述一第四十四步驟之一剖視圖。
[圖50]
圖50係展示一像素之一第十實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖51]
圖51係展示一像素之一第十一實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖52]
圖52係展示一像素之一第十二實施例之一組態實例之一剖視圖。
[圖53]
圖53係展示安裝於一電子裝置中之一成像器件之一組態實例之一方塊圖。
下文中，將參考圖式詳細闡述本發明技術所應用於之特定實施例。
圖1係展示具有本發明技術所應用於之一固態成像器件之一像素之一第一實施例之一組態實例的一剖視圖。此外，在圖1中，圖1之上部側設定為固態成像器件1之後面側，且圖1之下部側設定為固態成像器件1之前面側。
如圖1中所展示，固態成像器件1經形成使得像素電晶體區2與光電二極體區3在固態成像器件1之深度方向(圖1中之垂直方向)分離。
換言之，藉由自圖1之下部側、一P型磊晶層21、一矽基板22、一抗反射膜23、一濾色器層24及一晶片上透鏡25之次序分層來組態固態成像器件1。接著，在固態成像器件1中，針對每一像素11在P型磊晶層21上提供一像素電晶體32，且在矽基板22上提供一光電二極體33。另外，在像素11中，提供一轉移電晶體31用於自光電二極體33轉移電荷。
此處，在像素電晶體32中，在驅動像素11所必需之預定數目之電晶體當中包括除轉移電晶體31之外之電晶體。舉例而言，在一4電晶體型組態中，像素電晶體32係一放大電晶體、選擇電晶體及一重設電晶體；在一3電晶體型組態中，像素電晶體32係一放大電晶體及一重設電晶體。此外，在圖1中，將此預定數目之電晶體中之任一者表示及繪示為像素電晶體32。
組態轉移電晶體31之閘極電極41係藉由經嵌入以便穿透P型磊晶層21以便自P型磊晶層21之表面(圖1中面向上之表面)到達光電二極體33來形成。形成於P型磊晶層21之前面側上以便與閘極電極41相鄰之一N型區42用作一FD(浮動擴散)部分。亦即，N型區42經由圖式中未展示之一佈線連接至放大電晶體之閘極電極，且經由轉移電晶體31自光電二極體33轉移之一電荷經積累且所積累電荷施加至放大電晶體之 閘極電極。
像素電晶體32自形成於P型磊晶層21之前面側上以便與層壓於P型磊晶層21之表面上之閘極電極43及閘極電極43之兩側相鄰之N型區44及45組態。在N型區44及45當中，一個用作像素電晶體32之一源極且另一個用作像素電晶體32之一汲極。此外，藉由雜質注入來執行P型磊晶層21中之元件分離。
光電二極體33形成於矽基板22上，且藉由接收朝向固態成像器件1之後面(面向圖1之上部側之表面)輻射之光來執行光電轉換，且根據光之量產生及積累一電荷。
晶片上透鏡25收集輻射至每一像素11之光電二極體33之光，且濾色器層24針對每一像素11對於一特定色彩(舉例而言，紅色、藍色及綠色之三個色彩)之一波長區中之光係透明的。另外，抗反射膜23防止通過晶片上透鏡25及濾色器層24之光反射。
以此方式，固態成像器件1經組態使得像素電晶體32形成於係一像素電晶體區2之P型磊晶層21上，且一光電二極體33形成於係光電二極體區3之矽基板22上。
因此，在固態成像器件1中，舉例而言，可避免其中形成像素電晶體32之區在光電二極體33之一部分中(參考稍後所描述之圖3A及圖3B)被腐蝕之一結構，且可避免減小光電二極體33之區。亦即，藉由設定像素11之結構，可增大光電二極體33之區域比在相關技術中大，且可避免光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性之降低，且進一步改良此等特性。
另外，在固態成像器件1中，藉由不對稱地配置電晶體而可避免像素之間的特性之差異之產生，而且可增大轉移電晶體31及像素電晶體32之區域。
此處，將參考圖2A至圖3B藉由與相關技術之一像素之結構進行 比較來做出說明。
在圖2A及圖2B中，展示採用一4像素共用結構之一像素11之結構；光電二極體區3中之一平面佈局展示於圖2A中，且像素電晶體區2中之一平面佈局展示於圖2B中。另外，在圖3A及圖3B中，展示相關技術之一像素11'之結構；一像素11'之一剖面佈局展示於圖3A中，且一像素11'之一平面佈局展示於圖3B中。
如圖3A中所展示，在一像素11'中，一光電二極體33'及一像素電晶體32'形成於同一區中，亦即，兩者皆形成於矽基板22上。因此，在像素11'中，存在其中形成像素電晶體32之區在光電二極體33'之一部分處被腐蝕之一結構。
相比而言，在像素11中，藉由在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32而可增大光電二極體33之區域比像素11'之組態大。這樣做，可改良光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性。
另外，如圖3B中所展示，在其中採用使用四個像素11'-1至11'-4之一共用結構之一共用像素12'中，一像素電晶體32A'、一像素電晶體32B'及像素電晶體32C'之配置變為不對稱的。
此外，藉由在其各別用途上之不同且亦藉由在其區域上之不同，像素電晶體32A'、像素電晶體32B'及像素電晶體32C'變為不對稱的。舉例而言，由於分離且接觸之像素電晶體32A'及像素電晶體32B'具有一對稱佈局，因此像素11'-3及像素11'-4之特性實質上相同。然而，在像素11'-2及像素11'-4中，由於分離且接觸之像素電晶體32C'及像素電晶體32B'之區域不相同，因此歸因於閘極或電位調變(歸因於閘極電壓)之反射之影響不相同，且特性差異發生。另外，由於不與像素電晶體相鄰，像素11'-1不受影響，且像素11'-2、像素11'-3及像素11'-4之特性變得不相同。
相比而言，如圖2A中所展示，在其中採用使用四個像素11-1至 11-4之一共用結構之共用像素12中，由於像素11-1至11-4可完全對稱地配置，因此可避免其之間的特性的差異的發生。這樣做，可改良像素11-1至11-4之特性。
另外，如圖2B中所展示，在像素11中，可保證使得能夠將像素電晶體32A、像素電晶體32B及像素電晶體32C配置得寬之一區域，且可充分地保證通道寬度(W)與通道長度(L)之間之比率。這樣做，可抑制由像素電晶體32導致之隨機雜訊之發生，且可改良像素11-1至11-4之特性。
接下來，將參考圖4詳細闡述係一第一實施例之像素11之組態。此外，在圖4中，將圖4之上部側設定為固態成像器件1之前面側且將圖4之下部側設定為固態成像器件1之後面側。
在圖4中，在圖式中未展示之光電二極體33之一部分係一N型區，一後面釘紮層51相對於光電二極體33形成於後面側上，且一前面釘紮層52相對於光電二極體33形成於前面側上。亦即，後面釘紮層51形成於矽基板22與抗反射膜23之間以便接觸係一N型區之光電二極體33之後表面。另外，前面釘紮層52形成於矽基板22上以便接觸係一N型區之光電二極體33之前面。此外，一P井53形成於矽基板22上以便包圍光電二極體33之側面。
另外，轉移電晶體31之閘極電極41嵌入於P型磊晶層21及矽基板22中，且抑制電荷自光電二極體33之流動之一通道區54經形成以便包圍閘極電極41之經嵌入部分。另外，抑制電荷在N型區44及45之間之流動之一通道區55經形成以便覆蓋像素電晶體32之閘極電極43之底部面。另外，用於防止光自傾斜方向之入射之一光阻擋金屬56形成於抗反射膜23上。
以此方式，在像素11中，一像素電晶體32形成於P型磊晶層21上且光電二極體33及像素電晶體32沿深度方向形成於不同區中，而且光 電二極體33形成於矽基板22上。接著，在像素11中，一轉移電晶體31經形成使得閘極電極41經嵌入於自光電二極體33之電荷之轉移。
因此，在像素11中，如上文所闡述，可藉由在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32而改良光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性。
接下來，展示一像素11之一第二實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖5中。此外，在下文之每一實施例中，給予與圖4中之像素11共用之組態相同元件符號，且將不做出其詳細說明。
舉例而言，如圖5中所展示，在光電二極體33形成於一矽基板22上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11A具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在一轉移電晶體31A係藉由在P型磊晶層21中形成一經挖掘部分61而形成這一點上，像素11A具有不同於圖4中之像素11之一組態。
亦即，在像素11A中，與用於圖4中之像素11中之嵌入型轉移電晶體31相比，形成於經挖掘部分61中之轉移電晶體31A用於轉移光電二極體33之電荷中。
轉移電晶體31A經組態而使一閘極電極41A經形成以便層壓於藉由挖掘P型磊晶層21直至曝露矽基板22為止而形成之經挖掘部分61之底部面(亦即，矽基板22之表面)上。另外，一通道區54A形成於矽基板22上以便覆蓋閘極電極41A之底部面。另外，用作一FD部分之N型區42A形成於矽基板22之表面上之一位置處，其係相對於光電二極體33之相對側以便與閘極電極41A相鄰。
以此方式，亦在像素11A中，類似於圖4中之像素11，可藉由在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32而改良光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性。
另外，在像素11A中，可藉由縮短自光電二極體33至N型區42A (FD部分)之轉移路徑而改良電荷之轉移特性。
接下來，展示像素11之一第三實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖6中。
舉例而言，如圖6中所展示，在光電二極體33B形成於一矽基板22上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11B具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在一轉移電晶體31B形成於P型磊晶層21之表面上而且N型擴散層71形成於P型磊晶層21上以便連接至光電二極體33B這一點上，像素11B具有不同於圖4中之像素11之一組態。
亦即，在圖4中之像素11中，光電二極體33之電荷使用一嵌入型轉移電晶體31來轉移。相比而言，在像素11B中，電荷積累於N型擴散層71及光電二極體33B中，且光電二極體33B之電荷經由N型擴散層71來轉移。
在像素11B中，一光電二極體33B及一表面釘紮層52B經形成使得光電二極體33B之一部分在矽基板22之表面中曝露。接著，N型擴散層71經形成以便沿P型磊晶層21之深度方向延伸且連接至在矽基板22之表面中曝露之光電二極體33B之一部分。接著，一表面釘紮層72形成於係N型擴散層71之前面側之P型磊晶層21上以便接觸N型擴散層71。
轉移電晶體31B經組態而使一閘極電極41B經形成以便層壓於P型磊晶層21之表面上，且一通道區54B形成於P型磊晶層21上以便覆蓋閘極電極41B之底部面。另外，用作一FD部分之N型區42B形成於P型磊晶層21之表面上之一位置處，其係相對於N型擴散層71之相對側以便與閘極電極41B相鄰。
以此方式，亦在像素11B中，類似於圖4中之像素11，可藉由在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32而改良光電二極體33之飽 和電荷量及敏感度特性。
另外，在像素11B中，形成歸因於N型擴散層71及表面釘紮層72之一PN結，且N型擴散層71能夠藉由執行光電轉換而積累一電荷，類似於光電二極體33B。換言之，由於執行光電轉換之光電二極體之總體積增加，因此像素11B比圖4中之像素11更能夠增加飽和電荷量。另外，由於自光入射於像素11B上之方向在一深區中形成，N型擴散層71能夠執行紅色之波長區中之光之光電轉換，且像素11B能夠達成對紅色光之敏感度之增加。
此外，像素11B能夠經由轉移電晶體31B縮短自N型擴散層71至N型區42B(FD部分)之轉移路徑，且能夠改良電荷之轉移特性。
接下來，展示一像素11之一第四實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖7中。
舉例而言，如圖7中所展示，在光電二極體33B形成於一矽基板22上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11C具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在一元件分離部分81形成於P型磊晶層21之表面上這一點上，像素11C具有不同於圖4中之像素11之一組態。
亦即，在像素11C中，由一個氧化物膜組態之一元件分離部分81經形成以便在P型磊晶層21中分離像素電晶體32及N型區42B。以此方式，可在P型磊晶層21中之元件分離中使用除一雜質擴散層之外之一個氧化物膜。
亦在以此方式組態之像素11C中，類似於圖4中之像素11，可藉由在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32而改良光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性。
接下來，展示一像素11之一第五實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖8中。
舉例而言，如圖8中所展示，在一光電二極體33形成於一矽基板22上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11D具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在一經嵌入氧化物膜91經形成以便包圍光電二極體33之側面且一個氧化物膜92形成於P型磊晶層21上以便連接至經嵌入氧化物膜91這一點上，像素11D具有不同於圖4之像素11之一組態。另外，在像素11D中，在像素電晶體32與轉移電晶體31之間形成用於執行元件分離之一個氧化物膜93。
亦在以此方式組態之像素11D中，類似於圖4中之像素11，可藉由在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32而改良光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性。
另外，在像素11D中，可藉由自後面側嵌入經嵌入氧化物膜91而抑制矽基板22之內部之混合色彩及浮散。此外，在像素11D中，可藉由設定其中形成於矽基板22上之經嵌入氧化物膜91與形成於P型磊晶層21上之氧化物膜92彼此連接之一結構而完全分離像素11D與相鄰像素。
另外，在像素11D中，如圖8中所展示，經嵌入氧化物膜91經形成以便連接至光阻擋金屬56。這樣做，舉例而言，可防止由晶片上透鏡25聚集之光洩漏至相鄰像素11D。因此，在像素11D中，由晶片上透鏡25聚集之光可由光電二極體33可靠地接收，且可改良光電二極體33之敏感度。
此外，在像素11D中，一金屬(諸如與光阻擋金屬56相同之材料，舉例而言，鎢)可嵌入於矽基板22中以便包圍光電二極體33之側面而非經嵌入氧化物膜91。
接下來，展示一像素11之一第六實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖9中。
舉例而言，如圖9中所展示，在光電二極體33形成於一矽基板22 上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11E具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在一聚集之P型磊晶層101經形成以便配置於P型磊晶層21與矽基板22之間這一點上，像素11E具有不同於圖4中之像素11之一組態。
亦即，在像素11E中，替代形成圖4中之像素11之表面釘紮層52，當相對於矽基板22之表面執行磊晶生長時藉由執行摻雜(原位摻雜之磊晶沈積)而形成一聚集之P型磊晶層101。
舉例而言，大約1000度之加熱條件係必需的，以便執行良好品質磊晶生長。此處，在藉由在矽基板22中執行雜質注入形成表面釘紮層52之後開始磊晶生長之一情形中，假定由於磊晶生長期間之加熱，介面附近之雜質擴散。在此情形中，由於在具有一尖銳輪廓之介面附近形成一PN接面變得困難，因此PN接面之電容減小，且飽和電荷量減小。
相比而言，可形成一P型磊晶層21，同時藉由形成一聚集之P型磊晶層101而維持一預定尖銳輪廓，如在像素11E中。因此，在像素11E中，可避免飽和電荷量之減小。
接下來，展示一像素11之一第七實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖10中。
舉例而言，如圖10中所展示，在一光電二極體33形成於一矽基板22上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11F具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在係具有比P型磊晶層21高之一P型雜質濃度之一雜質區之一井111在P型磊晶層21中形成於像素電晶體32與光電二極體33之間這一點上，像素11F具有不同於圖4中之像素11之一組態。
亦即，在像素11F中，舉例而言，即使在P型磊晶層21之雜質濃度較低之一情形中，可藉由形成井111而可靠地執行光電二極體33與 像素電晶體32之分離。這樣做，舉例而言，可縮短光電二極體33與像素電晶體32之間的距離，亦即，使P型磊晶層21之厚度較薄，且達成固態成像器件1之變薄。
此外，若P型磊晶層21之雜質濃度較高且該濃度實現光電二極體33與像素電晶體32之分離，則井111之形成變為非必需的。另外，若P型磊晶層21係在其中矽基板22之光電二極體33與P型磊晶層21之像素電晶體32之特性不干涉之一區中，則P型磊晶層21之厚度不受限制。
接下來，將參考圖11至圖22闡述製造具有像素11之一固態成像器件1之一方法之一實例。
如圖11中所展示，在一第一步驟中，相對於一n型矽基板22(n-Si)形成一光電二極體33。換言之，藉由在矽基板22中注入n型雜質而在矽基板22內部形成一N型區33b(n)，且在比N型區33b距離前面側更遠之處形成具有比N型區33b高之一雜質濃度之一N型區33a(n+)。接著，藉由在矽基板22中注入聚集之p型雜質從而在矽基板22之表面上形成一表面釘紮層52(p+)來形成一光電二極體33。另外，藉由在矽基板22中注入p型雜質形成係一分離層之一P井53(p)以便包圍N型區33a及33b連同表面釘紮層52之側面。
如圖12中所展示，在第二步驟中，藉由執行其中生長一單個晶體(其中晶體定向在矽基板22上對準)之一薄膜之磊晶生長而形成一P型磊晶層21(p-epi)。
如圖13中所展示，在第三步驟中，為形成一嵌入型閘極電極41(圖4)，藉由自P型磊晶層21之表面至矽基板22挖掘來形成一經挖掘部分121。此處，經挖掘部分121經挖掘使得形成於閘極電極41之側面上之通道區54在一位置處達到P井53以便接觸光電二極體33。
如圖14中所展示，在第四步驟中，藉由在P型磊晶層21中注入n型雜質來形成通道區54及通道區55。接著，在P型磊晶層21之表面上 且在經挖掘部分121之內部表面上形成一閘極氧化物膜123。
如圖15中所展示，在第五步驟中，形成組態轉移電晶體31之一閘極電極41及組態像素電晶體32之一閘極電極43。
如圖16中所展示，在第六步驟中，藉由在與P型磊晶層21之閘極電極41相鄰之一位置中注入聚集之n型雜質來形成用作一FD部分之一N型區42(n++)。同時，藉由在與P型磊晶層21之閘極電極43相鄰之兩側上之位置中聚集注入n型雜質從而形成N型區44及45(n++)來形成一像素電晶體32。
如圖17中所展示，在第七步驟中，在P型磊晶層21上形成一佈線層131。在佈線層131上，舉例而言，形成配置於多個層中之佈線132-1至132-4，如圖式中所展示。接著，接觸部分133-1至133-4經形成以便分別連接至閘極電極43及閘極電極41連同佈線132-1至132-4。此外，一直至此步驟，矽基板22之前面面向上，且相對於矽基板22之前面側執行處理。
如圖18中所展示，在第八步驟中，將矽基板22反轉，矽基板22之後面面向上，且此後，相對於矽基板22之後面側開始處理。
如圖19中所展示，在第九步驟中，自後面側至光電二極體33執行矽基板22之蝕刻。
如圖20中所展示，在第十步驟中，相對於矽基板22形成一後面釘紮層51。
如圖21中所展示，在第十一步驟中，在後面釘紮層51上形成一抗反射膜23，且一光阻擋金屬56經形成以便在像素11與相鄰像素之間嵌入於抗反射膜23中。
如圖22中所展示，在第十二步驟中，將一濾色器層24層壓於抗反射膜23上，且將一晶片上透鏡25層壓於濾色器層24上。
透過如上文所闡述之步驟形成像素11。
對於像素11，可透過此一製造方法藉由在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32而改良光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性。
此外，對於像素11，由於在光電二極體33形成於矽基板22上之後，P型磊晶層21經形成以便相對於矽基板22經層壓，可形成光電二極體33使得電位之梯度變得尖銳。這樣做，可進一步改良光電二極體33之飽和電荷量及敏感度特性。
接下來，展示一像素11之一第八實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖23中。
舉例而言，如圖23中所展示，在一光電二極體33形成於一矽基板22上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11G具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在用作一FD部分之一N型區201形成於矽基板22上且電荷僅藉助嵌入型轉移電晶體31之底部面自光電二極體33轉移至N型區201這一點上，像素11G具有不同於圖4中之像素11之一組態。
亦即，在像素11G中，組態轉移電晶體31之閘極電極41之底部面經形成以便經由一個氧化物膜123接觸矽基板22，且一通道區203形成於係對應於閘極電極41之底部面之一區之矽基板22上。接著，N型區201形成於係經由通道區203與光電二極體33分離之一位置之矽基板22上。另外，一P型區202形成於N型區201與N型區33b之間以便分離N型區201與N型區33b。
另外，在像素11G中，一接觸部分211由嵌入於P型磊晶層21中之一導體形成以便藉由穿透P型磊晶層21連接至N型區201，且接觸部分211連接至佈線層131之佈線132-6。
另外，在接觸部分211之側面上，舉例而言，形成由一個氧化物膜形成之一絕緣膜212-1，且減小電容。類似地，一絕緣膜212-2形成 於連接閘極電極41與佈線132-4之接觸部分133-4之側面上，且一絕緣膜212-3形成於連接閘極電極43與佈線132-3之接觸部分133-3之側面上。另外，一側壁213-1形成於閘極電極43之側面上，且一側壁213-2形成於閘極電極41之側面上。另外，在像素11G中，用於分離像素電晶體32之分離部分204及205形成於P型磊晶層21上。
採用此一結構(類似於相關技術之後面照明型CMOS影像感測器)之像素11G能夠將電荷自光電二極體33轉移至N型區201(FD部分)。這樣做，可使光電二極體33之電位充足深，且確保飽和電荷量。換言之，如在像素11G中，即使採用沿深度方向在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32之一組態，可將光電二極體33之電位設定為與相關技術之一後面照明型CMOS影像感測器相同之深度。這樣做，在其中沿深度方向在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32之一組態中，可避免降低每單位面積之飽和電荷量。此外，藉由設定沿深度方向在不同區中形成光電二極體33及像素電晶體32之一組態，舉例而言，可增加一放大電晶體之區域，且可比在相關技術之一後面照明型CMOS影像感測器之結構中更多地減少雜訊。
此外，可將P型磊晶層21中之雜質濃度設定為比在矽基板22中充分高，且可藉由將組態轉移電晶體31之閘極電極41之側壁部分之一臨限電壓Vth設定為相對於底部面係高的而僅在底部面部分上形成一通道。
接下來，將參考圖24至圖44闡述製造具有像素11G之固態成像器件1之一方法之一實例。
在此實例中，如圖24中所展示，在製造固態成像器件1之方法中，使用一BOX層(二氧化矽絕緣膜)222及一SOI層(單晶矽膜)223層壓於一矽基板22上之一SOI基板221。
如圖25中所展示，在第二十一步驟中，藉由相對於矽基板22注 入p型雜質來形成一表面釘紮層52(p+)，且藉由注入n型雜質來形成一N型區33a(n+)。這樣做，形成由表面釘紮層52與N型區33a形成之一PN接面。
如圖26中所展示，在第二十二步驟中，藉由相對於矽基板22注入n型雜質從而形成N型區33b(n)來形成一光電二極體33。另外，注入聚集之n型雜質且形成用作一FD部分之一N型區201(n)。接著，在N型區33b與N型區201之間形成一P型區202(p)以便連接至一P井53，而且藉由注入p型雜質來形成P井53(p)以便包圍光電二極體33之側面。
如圖27中所展示，在第二十三步驟中，藉由在相對於矽基板22之表面之磊晶生長(原位摻雜之磊晶沈積)期間執行摻雜來形成成為一像素電晶體區2(參考圖1)之一P型磊晶層21。
此處，當在後面側之處理中於微影步驟中匹配前與後時，形成一標記用作一目標。
如圖28中所展示，在第二十四步驟中，在不同於像素11G形成於其中之區之一區中形成一溝渠232，舉例而言，分離晶片之一位置，或諸如此類。藉由在除形成溝渠232及執行蝕刻之位置之外之位置處形成一遮罩231來形成溝渠232。
如圖29中所展示，在第二十五步驟中，舉例而言，將一絕緣體233(諸如氮化矽(SiN))嵌入於溝渠232中且執行平坦化而且移除遮罩231，藉此形成一標記。
如圖30中所展示，在第二十六步驟中，相對於P型磊晶層21執行用於形成井及通道之雜質注入。此外，由於在當形成P型磊晶層21時之磊晶生長期間執行摻雜，因此執行用於形成井之雜質注入可係非必需的。另外，在P型磊晶層21上形成一個氧化物膜123。
如圖31中所展示，在第二十七步驟中，形成用於形成一嵌入型 閘極電極41之一溝渠235。舉例而言，藉由在除形成溝渠235及執行蝕刻之位置之外之位置上形成一硬遮罩234(諸如氮化矽(SiN))來形成溝渠235。此處，期望形成一溝渠235以便與N型區201重疊，以便抑制溝渠235之圖案及N型區201之圖案之對準移位之影響。
另外，在形成溝渠235之後，藉由在溝渠235之底部面中注入n型雜質來形成一通道區203。藉由形成通道區203，將當藉由轉移電晶體31轉移電荷時施加至閘極電極41之一臨限電壓Vth設定為可調整的。另外，藉由在此步驟中形成通道區203，閘極電極41與轉移電晶體31之通道區203之自對準變得可能。
另外，當執行第二十七步驟時像素11G之一平面佈局展示於圖32中。如圖32中所展示，一P井53形成於光電二極體33及N型區201之周邊處，且一溝渠235經形成以便分離光電二極體33與N型區201。換言之，溝渠235經形成使得溝渠235之兩端延伸至P井53(當以平面方式觀看時)。
如圖33中所展示，在第二十八步驟中，在P型磊晶層21之表面及溝渠235之內部表面上形成一閘極氧化物膜123。接著，形成閘極電極43及閘極電極41，且藉由執行閘極加工來形成像素電晶體32及轉移電晶體31。舉例而言，對於閘極電極43及閘極電極41，即使在不執行雜質注入之情況下，被製作為導電之一材料(諸如，原位摻雜有磷之非晶矽)之使用係適合的。此乃因，在執行雜質注入之一情形中，難以將雜質注入至溝渠235之深部分。
另外，當執行第二十八步驟時像素11G之一平面佈局展示於圖34中。如圖34中所展示，一P井53形成於光電二極體33及N型區201之周邊處，且一溝渠235經形成以便分離光電二極體33與N型區201。換言之，溝渠235經形成使得溝渠235之兩端延伸至P井53(當以平面方式觀看時)。另外，在像素11G中，閘極電極43(此處，放大電晶體之閘 極電極在圖式中展示為閘極電極43)及光電二極體33經配置以便重疊(當以平面方式觀看時)。
如圖35中所展示，在第二十九步驟中，藉由注入p型雜質來形成用於分離像素電晶體32之分離部分204及205。
如圖36中所展示，在第三十步驟中，在閘極電極43之側面上形成一側壁213-1，且在閘極電極41之側面上形成一側壁213-2。此外，在此步驟中，執行用於活化注入於矽基板22及P型磊晶層21中之雜質之活化退火。
如圖37中所展示，在第三十一步驟中，形成組態佈線層131之一層間膜131-1。
如圖38中所展示，在第三十二步驟中，形成用於形成一接觸部分133-3之一開放部分236、用於形成一接觸部分133-4之一開放部分237及用於形成一接觸部分211之一開放部分238。此時，藉由同時加工層間膜131-1及P型磊晶層21直至曝露用作一FD部分之N型區201來形成開放部分238。
如圖39中所展示，在第三十三步驟中，在層間膜131-1之表面及開放部分236至238之內部表面上形成一絕緣膜239。
如圖40中所展示，在第三十四步驟中，藉由回蝕刻來移除形成於開放部分236至238之底部面上之絕緣膜239。這樣做，在開放部分236之側面上形成一絕緣膜212-3，在開放部分237之側面上形成一絕緣膜212-2，且在開放部分238之側面上形成一絕緣膜212-1。舉例而言，藉由形成絕緣膜212-1，可防止接觸部分211與P型磊晶層21短接。
如圖41中所展示，在第三十五步驟中，舉例而言，將一金屬(諸如鎢(W)、氮化鈦(TiN)或鈦(Ti))嵌入於開放部分236至238中。接著，藉由使用化學機械拋光(CMP)進行拋光來形成接觸部分133-3、接觸部 分133-4及接觸部分211。
如圖42中所展示，在第三十六步驟中，形成一佈線132-3、一佈線132-4及一佈線132-6以便連接至接觸部分133-3、接觸部分133-4及接觸部分211。接著，藉由層壓一層間膜、形成一佈線132-1、一佈線132-2及一佈線132-5且進一步層壓一層間膜來形成由一多層佈線層形成之一佈線層131。
如圖43中所展示，在第三十七步驟中，舉例而言，在經由自二氧化矽(SiO2)形成之用於接合之一絕緣膜241將一支撐基板242接合至佈線層131且反轉之後，相對於後面側執行至BOX層222(圖23)之剝離。
如圖44中所展示，在第三十八步驟中，在於矽基板22上形成一抗反射膜23、形成一光阻擋金屬56且層壓濾色器層24之後在濾色器層24上形成一晶片上透鏡25。
可藉由具有上文所闡述之步驟之一製造方法製造具有像素11G之一固態成像器件1。
接下來，展示係圖23中之像素11G之一修改實例(第九實施例)之像素11H之一組態實例之一剖視圖展示於圖45中。此外，在圖45中之像素11H中，給予與圖23中之像素11G共用之組態相同元件符號，且將不做出其詳細說明。
在使用形成於P型磊晶層21上之N型區301及形成於佈線層131上之接觸部分302以便自用作一FD部分之N型區201召集一電荷這一點上，像素11H具有不同於圖23中之像素11G之一組態。亦即，N型區301經形成以便沿P型磊晶層21之深度方向延伸，以便藉由穿透P型磊晶層21連接至N型區201，且接觸部分302經形成以便連接N型區301與佈線132-6。
以此方式組態之像素11H能夠改良光電二極體33之飽和電荷量及 敏感度特性。類似於圖23中之像素11G。
接下來，將參考圖46至圖49闡述製造具有像素11H之固態成像器件1之一方法之一實例。
舉例而言，在像素11H之製造步驟中，以與像素11G相同之方式自上文所闡述之第二十一步驟(圖25)至第三十步驟(圖36)執行處理，且在執行第三十步驟中之活化退火之前執行以下處理。
如圖46中所展示，在第四十一步驟中，藉由在多個階段中將n型雜質注入至P型磊晶層21來形成N型區301一直至P型磊晶層21之表面，以便連接至N型區201以便沿P型磊晶層21之深度方向延伸。
如圖47中所展示，在第四十二步驟中，形成組態佈線層131之一層間膜131-1。
如圖48中所展示，在第四十三步驟中，以與上文所闡述之第三十二步驟相同之方式形成一開放部分，且以與上文所闡述之第三十五步驟相同之方式形成接觸部分133-3、接觸部分133-4及接觸部分302。此時，由於用於形成接觸部分302之開放部分經形成使得P型磊晶層21不被挖掘，因此可形成接觸部分302之側面以便不接觸P型磊晶層21，且在開放部分上形成絕緣膜之步驟變為非必需的。
如圖49中所展示，在第四十四步驟中，以與第三十六步驟相同之方式形成由一多層佈線層形成之一佈線層131。隨後，執行其中形成一抗反射膜23、一光阻擋金屬56、一濾色器層24及一晶片上透鏡25之一步驟。
可藉由具有上文所闡述之步驟之一製造方法製造具有像素11H之一固態成像器件1。
接下來，展示一像素11之一第十實施例之一組態實例之一剖視圖展示於圖50中。
舉例而言，如圖50中所展示，在一光電二極體33形成於一矽基 板22上且像素電晶體32形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11J具有與圖4中之像素11共用之一組態。然而，在一光電二極體302及一表面釘紮層301形成於P型磊晶層21上這一點上，像素11J具有不同於圖4中之像素11之一組態。
亦即，在像素11J中，在光電二極體33形成於矽基板22上且P型磊晶層21形成於矽基板22上之後，在P型磊晶層21上形成執行光電轉換之光電二極體302。另外，光電二極體302經形成以便藉由通道區54與轉移電晶體31之閘極電極41相鄰，且經由轉移電晶體31轉移由光電二極體302產生之電荷，類似於光電二極體33之電荷。
以此方式，在像素11J中，藉由除矽基板22之光電二極體33外亦在P型磊晶層21上提供一光電二極體302，可藉由光電二極體33及光電二極體302執行光電轉換，且積累一電荷。這樣做，可增加作為一整體之像素11J之飽和電荷量，且改良敏感度特性。
接下來，展示係圖50中之像素11J之一組態實例(第十一實施例)之像素11K之一組態實例之一剖視圖展示於圖51中。
舉例而言，與一單個光電二極體302形成於圖50中之像素11J中之P型磊晶層21上相比，複數個光電二極體302經形成以便沿像素11K中之P型磊晶層21之深度方向(圖式中之垂直方向)層壓。亦即，如圖51中所展示，在像素11K中，層壓於N個層上之光電二極體302-1至302-N及表面釘紮層301-1至301-N提供於P型磊晶層21上。
以此方式，舉例而言，像素11K能夠增加光電二極體電容(高電壓介面)超過像素11J中之光電二極體電容，且能夠藉由根據多個階段改變光電二極體302-1至302-N而達成飽和電荷量之一增加。
接下來，展示係圖51中之像素11L之一修改實例(第十二實施例)之像素11K之一組態實例之一剖視圖展示於圖52中。
舉例而言，與具有藉由層壓於圖51中之像素11K中而形成於P型 磊晶層21上之實質上相同區域之複數個光電二極體302相比，如圖52中所展示，光電二極體302之複數個層之一部分形成於P型磊晶層21上以便在像素11L中具有不同區域。換言之，對於像素11L，配置於矽基板22及P型磊晶層21附近之第N層之光電二極體302-N'及表面釘紮層301-N'之區域形成為比其他光電二極體302及表面釘紮層301寬。
亦即，在像素11L中，配置於光電二極體302之複數個層當中之P型磊晶層21之表面附近之光電二極體302之一部分之區域形成為比其他光電二極體302之區域寬。此時，形成為較寬之光電二極體302之區域經設定以便在其中像素11L形成於不滲透其中像素電晶體32形成於P型磊晶層21中之一範圍中之區之一區中成為最大區域。此外，在圖52之實例中，光電二極體302-N'之一個層形成為較寬；然而，本發明不限於一單個層。亦即，P型磊晶層21之表面附近之光電二極體302之預定數目個層之區域可形成為比其他光電二極體302之區域寬。這樣做，可減少P型磊晶層21中之無效區，且可進一步達成飽和電荷量之一增加。
此外，在本實施例中，其中一P型磊晶層21相對於一n型矽基板22形成之一固態成像器件1之一組態；然而，可採用相反組態，亦即，其中一N型磊晶層相對於一s型矽基板形成之一組態。
另外，舉例而言，如上文所闡述之固態成像器件1可適用於各種電子裝置，諸如一數位靜態相機或一數位視訊攝影機、包括一影像擷取功能之一行動電話及包括一影像擷取功能之其他器件之影像擷取系統。
圖50係展示安裝於一電子裝置中之一成像器件之一組態實例之一方塊圖。
如圖50中所展示，影像擷取器件501經組態而包括一光學系統502、一影像擷取元件503、一信號處理電路504、一監視器505及一記 憶體506，且能夠擷取靜態影像及移動影像。
光學系統502經組態而具有一個或複數個透鏡，且來自一拍攝對象之影像光(入射光)被引導至影像擷取元件503，藉此在影像擷取元件503之一光接收面(感測器部分)上形成一影像。
影像擷取元件503適用於具有上文所闡述之組態實例中之每一者之像素11之固態成像器件1。在影像擷取元件503中，電子根據經由光學系統502在光接收面上形成之影像積累達一預定時間段。接著，根據在影像擷取元件503中積累之電子之一信號被提供至信號處理電路504。
信號處理電路504關於自影像擷取元件503輸出之像素信號執行各種信號處理程序。由執行信號處理之信號處理電路504獲得之影像(影像資料)藉由被供應至監視器505或藉由被供應至記憶體506儲存而顯示。
在以此方式組態之一影像擷取器件501中，藉由應用具有上文所闡述之各種組態實例之像素11之一固態成像器件1之組態，可改良飽和電荷量及敏感度特性且可而獲得具有較佳影像品質之一影像。
此外，本技術亦可採用以下組態。
(1)一種固態成像器件，其包括：一光電二極體，其經提供而用於每一像素，且藉由執行光電轉換而根據一所接收光量產生一電荷；一轉移電晶體，其運送由該光電二極體產生之該電荷；一像素電晶體，除該轉移電晶體之外，其包括驅動該像素所必需之預定數目個電晶體；一光電二極體區，其中形成有該光電二極體；及一電晶體區，其經形成而沿深度方向相對於該光電二極體區分離，且其中形成有該像素電晶體；其中在該光電二極體在該光電二極體區中形成之後，該電晶體區經形成以便相對於該光電二極體區層壓。
(2)如(1)之固態成像器件，其中該電晶體區係藉由相對於係該光 電二極體區之一矽基板之一表面執行磊晶生長而形成之一磊晶層，且該像素電晶體係形成於該磊晶層之該表面上。
(3)如(1)或(2)中任一者之固態成像器件，其中該轉移電晶體經組態而包括經嵌入以便自該電晶體區之前面側至該光電二極體穿透之一閘極電極。
(4)如(1)至(3)中任一者之固態成像器件，其中該轉移電晶體形成於藉由自該電晶體區之該前面側挖掘該電晶體區直至曝露該光電二極體區為止而形成之一經挖掘部分之底部面上。
(5)如(1)至(4)中任一者之固態成像器件，其進一步包括向上形成至該電晶體區之該表面附近之一擴散層，且接觸該光電二極體區之該光電二極體；其中該轉移電晶體形成於該電晶體區之該表面上以便經由該擴散層運送由該光電二極體產生之一電荷。
(6)如(1)至(5)中任一者之固態成像器件，其進一步包括用於分離該等像素與該電晶體區中之相鄰像素之一元件分離部分。
(7)如(1)至(6)中任一者之固態成像器件，其進一步包括用於分離該等像素與該電晶體區中之相鄰像素之一第一元件分離部分及具有連接至該第一元件分離部分之一結構之用於分離該等像素與該電晶體區中之相鄰像素之一第二元件分離部分。
(8)如(1)至(7)中任一者之固態成像器件，其進一步包括配置於該光電二極體區與該電晶體區之間且藉由執行磊晶生長形成之具有一高雜質濃度之一雜質區。
(9)如(1)至(8)中任一者之固態成像器件，其進一步包括用於分離該光電二極體與該電晶體區中之該等像素電晶體之一雜質區。
(10)如(1)至(9)中任一者之固態成像器件，其中在其處轉移由該光電二極體產生之電荷之一浮動擴散部分形成於該光電二極體區中，且該轉移電晶體經組態以包括嵌入於該電晶體區中之一閘極電極。
(11)如(1)至(10)中任一者之固態成像器件，其進一步包括由嵌入於該電晶體區中之一導體形成之一接觸部分以便藉由穿透該電晶體區而連接至該浮動擴散部分。
(12)如(1)至(11)中任一者之固態成像器件，其進一步包括經形成以便藉由穿透該電晶體區而連接至該浮動擴散部分且以便沿該電晶體區之該深度方向延伸之一雜質區。
(13)如(1)至(12)中任一者之固態成像器件，其中藉由執行光電轉換而根據該所接收光量產生一電荷之一第二光電二極體形成於該電晶體區中。
(14)如(13)之固態成像器件，其中複數個第二光電二極體經形成以便沿該電晶體區之該深度方向層壓。
(15)如(14)之固態成像器件，其中在該複數個第二光電二極體當中，配置於該電晶體區之介面附近之該等第二光電二極體之一部分形成有比該等其他第二光電二極體之部分寬之一區域。
[1]一種固態成像器件，其包括：一矽基板；至少一第一光電二極體，其中該第一光電二極體形成於該矽基板中；一磊晶層，其中該磊晶層之一第一表面毗鄰該矽基板之一表面；一轉移電晶體，其中該轉移電晶體之一閘極電極自該至少一第一光電二極體延伸至與該第一表面相對之該磊晶層之一第二表面。
[2]如[1]之固態成像器件，其進一步包括：一浮動擴散部，其中該浮動擴散部形成於該磊晶層中且與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸。
[3]如[1]或[2]之固態成像器件，其進一步包括：複數個像素電晶體，其中該複數個像素電晶體形成於該磊晶層上。
[4]如[3]之固態成像器件，其中該複數個像素電晶體上覆該至少一第一光電二極體形成於其中之該矽基板之至少一部分。
[5]如[1]至[4]中任一者之固態成像器件，其進一步包括：一第二光電二極體，其中該第二光電二極體形成於該磊晶層中。
[6]如[5]之固態成像器件，其中該第二光電二極體與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸。
[7]如[1]至[6]中任一者之固態成像器件，其進一步包括：複數個光電二極體，其形成於該磊晶層中。
[8]如[7]之固態成像器件，其中該第一光電二極體及形成於該磊晶層中之該等光電二極體與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸。
[9]如[8]之固態成像器件，其進一步包括：複數個釘紮層，其中形成於該磊晶層中之該複數個光電二極體與該複數個釘紮層沿一深度方向層壓。
[10]如[9]之固態成像器件，其中形成於該磊晶層中之該複數個光電二極體中之至少一者之一區域具有不同於形成於該磊晶層中之該複數個光電二極體中之其他者中之至少一者之在平行於該磊晶層之該第一表面之一平面中之一區域。
[11]如[10]之固態成像器件，其中形成於該磊晶層中之該等光電二極體上覆形成於該矽基板中之該光電二極體之至少一部分。
[12]如[11]之固態成像器件，其進一步包括：一浮動擴散部，其中該浮動擴散部之至少一部分上覆該第一光電二極體之至少一部分。
[13]如[12]之固態成像器件，其進一步包括：複數個像素電晶體，其中該複數個像素電晶體形成於該磊晶層上且上覆該第一光電二極體之至少一部分。
[14]一種固態成像器件，其包括：複數個像素，其中該複數個像素中之每一像素形成於一半導體基板中，且其中該等像素相對於一中心點對稱；一磊晶層，其在該半導體基板上；一浮動擴散部，其中該 浮動擴散部形成於該磊晶層中；複數個轉移閘極電極，其中該等像素中之每一者藉由該等轉移閘極電極中之一者電連接至該浮動擴散部。
[15]如[14]之固態成像器件，其中該複數個像素繞該浮動擴散部對稱地配置。
[16]如[15]之固態成像器件，其進一步包括：複數個像素電晶體，其中該等像素電晶體形成於該磊晶層中。
[17]如[15]或[16]之固態成像器件，其中該複數個轉移閘極電極繞該浮動擴散部對稱地配置。
[18]一種產生一固態成像器件之方法，其包括：在一矽基板中形成一光電二極體；在該矽基板上形成一磊晶層；藉由自該磊晶層之一表面至該矽基板挖掘來形成一經挖掘部分，其中該經挖掘部分達到包圍該光電二極體之N型區之一P井；藉由在該經挖掘部分之一內部表面上形成一閘極氧化物膜來形成一閘極電極。
[19]一種電子裝置，其包括：一光學系統；一影像擷取元件，其包括一固態成像器件，其中該固態成像器件自該光學系統接收光，該固態成像器件包括一晶片上透鏡；一抗反射膜；一矽基板，其中該抗反射膜連接至該矽基板之一第一表面，且其中該晶片上透鏡藉由至少該抗反射膜與該矽基板之該第一表面分離；至少一第一光電二極體，其中該第一光電二極體形成於該矽基板中；一磊晶層，其中該磊晶層之一第一表面毗鄰該矽基板之一表面；一轉移電晶體，其中該轉移電晶體之一閘極電極自該至少一第一光電二極體延伸至與該第一表面相對之該磊晶層之一第二表面；一信號處理電路，其中該信號處理電路自該影像擷取元件接收一信號。
[20]一種電子裝置，其包括：一光學系統；一影像擷取元件，其包括一固態成像器件，其中該固態成像器件自該光學系統接收光，該 固態成像器件包括：複數個像素，其中該複數個像素中之每一者形成於一半導體基板中，其中該等像素相對於一中心點對稱；一磊晶層，其在該半導體基板上；一浮動擴散部，其中該浮動擴散部形成於該磊晶層中；複數個轉移閘極電極，其中該等像素中之每一者藉由該等轉移閘極電極中之一者電連接至該浮動擴散部；一信號處理電路，其中該信號處理電路自該影像擷取元件接收一信號。
此外，本發明實施例不限於上文所闡述之實施例，且在不背離本發明之要旨之一範圍內存在各種修改。

Claims (14)

  1. 一種固態成像器件，其包含：一矽基板；至少一第一光電二極體，其中該第一光電二極體形成於該矽基板中；一P型層，其中該P型層之一第一表面毗鄰且與該矽基板之一表面接觸；一轉移電晶體，其中該轉移電晶體之一閘極電極自與該第一表面相對之該P型層之一第二表面延伸通過該第一表面且至該第一光電二極體中，使得在一剖視圖中該閘極電極之一部分之三側與該第一光電二極體電接觸；一第一N型區域，其中該第一N型區域形成於該P型層中且與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸；一第二N型區域，其中該第二N型區域形成於該P型層中；及複數個像素電晶體，其中該複數個像素電晶體形成於該P型層上。
  2. 如請求項1之固態成像器件，其中該複數個像素電晶體上覆該至少一第一光電二極體形成於其中之該矽基板之至少一部分。
  3. 如請求項1之固態成像器件，其進一步包含：一第二光電二極體，其中該第二光電二極體形成於該P型層中。
  4. 如請求項3之固態成像器件，其中該第二光電二極體與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸。
  5. 如請求項1之固態成像器件，其進一步包含：複數個光電二極體，其形成於該P型層中。
  6. 如請求項5之固態成像器件，其中該第一光電二極體及形成於該P型層中之該等光電二極體與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸。
  7. 如請求項6之固態成像器件，其進一步包含：複數個釘紮層，其中形成於該P型層中之該複數個光電二極體與該複數個釘紮層沿一深度方向層壓。
  8. 如請求項7之固態成像器件，其中形成於該P型層中之該複數個光電二極體中之至少一者之一區域具有不同於形成於該P型層中之該複數個光電二極體中之其他者中之至少一者的在平行於該P型層之該第一表面之一平面中之一區域。
  9. 如請求項8之固態成像器件，其中形成於該P型層中之該等光電二極體上覆形成於該矽基板中之該第一光電二極體之至少一部分。
  10. 如請求項9之固態成像器件，其中該第一N型區域之至少一部分上覆該第一光電二極體之至少一部分。
  11. 如請求項10之固態成像器件，其進一步包含：複數個像素電晶體，其中該複數個像素電晶體形成於該P型層上且上覆該第一光電二極體之至少一部分。
  12. 如請求項1之固態成像器件，其中藉由該矽基板橫向包圍該第一光電二極體，其中該P型層之該第一表面與該第二表面為平面，及其中該矽基板之該表面為平面。
  13. 如請求項1之固態成像器件，其中該第一N型區域與該第二N型區域形成於該P型層之該第二表面中，及其中該第二N型區域為該複數個像素電晶體之至少一者之一源極與一汲極之至少一者。
  14. 一種電子裝置，其包含：一光學系統； 一影像擷取元件，其包括一固態成像器件，其中該固態成像器件自該光學系統接收光，該固態成像器件包括：一晶片上透鏡；一抗反射膜；一矽基板，其中該抗反射膜連接至該矽基板之一第一表面，且其中該晶片上透鏡藉由至少該抗反射膜與該矽基板之該第一表面分離；至少一第一光電二極體，其中該第一光電二極體形成於該矽基板中；一P型層，其中該P型層之一第一表面毗鄰且與該矽基板之一表面接觸；一轉移電晶體，其中該轉移電晶體之一閘極電極自與該第一表面相對之該P型層之一第二表面延伸通過該第一表面且至該第一光電二極體中，使得在一剖視圖中該閘極電極之一部分之三側與該第一光電二極體電接觸；一第一N型區域，其中該第一N型區域形成於該P型層中且與該轉移電晶體之該閘極電極電接觸；一第二N型區域，其中該第二N型區域形成於該P型層中；複數個像素電晶體，其中該複數個像素電晶體形成於該P型層上；及一信號處理電路，其中該信號處理電路自該影像擷取元件接收一信號。
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