[发明专利]固态成像器件及其制造方法、和成像装置

说明书

技术领域

本发明涉及固态成像器件及其制造方法、以及使用所述固态成像器件 的成像装置。

背景技术

作为固态成像器件的一种新型结构，例如JP-A-2003-031785提出了一 种所谓的背面照明型图像传感器，该图像传感器从与形成有像素晶体管、 外围电路部和配线层的表面相反的表面接收入射光。

该结构消除了因配线层引起的入射光的渐晕现象，从而能改善入射光 的量子效率。

另一方面，图像传感器已知具有这样一种结构，即受光部从其形成有 配线层的一侧接收入射光。然而，这种图像传感器在可适用的材料上具有 局限，因为必须在期望波长范围确保足够的透射率，以便能抑制入射光在 受光部的光入射表面上方的损失。

相反，背面照明型图像传感器的结构使得当图像传感器被实际操作时， 形成配线区域的层相对于受光部位于背面(后表面)侧。因此，背面照明 型图像传感器具有完全消除适用材料方面的局限的优势。

作为用于背面照明型图像传感器的衬底技术，SOI(silicon on insulator， 绝缘体上硅)衬底很普及。

SOI衬底的一个具体示例具有以下结构：用作有源层的数μm厚的单 晶硅层经由氧化硅层形成在基部衬底上。在形成背面照明型图像传感器时， 所述氧化硅层提供在去除基部衬底时的选择性。

然而，已知的是，由于图像传感器是模拟器件，所以其成像特性受到 晶体质量、PID、膜厚或线宽的加工尺寸的不均匀性等因素的强烈影响。

这些因素中，要求减小噪音分量的呼声特别强烈。因此，晶片处理步 骤期间对金属污染的抑制以及对高质量晶体的确保均是十分重要的要求。

然而，SOI衬底的结构是，有源层由如上所述厚度为数μm的单晶硅 层形成。因此，有助于光电转换的无缺陷区即DZ(denuded zone，洁净区) 层占据了有源层的大部分，因此没有足够的面积留给吸杂层。

因此，非常难以抑制因金属污染而产生的噪音分量，这可以说是图像 传感器的最重要的问题。

下面将描述吸杂技术的具体示例。

通常，吸杂场所形成在与形成有元件的有源层分离的区域，以防止特 性恶化。具体说，吸杂场所形成在硅(Si)衬底内部与硅衬底的背面或有源 层距离数十μm的位置处。

另一要求是在制造工艺期间热处理时预期发生的扩散现象使污染种子 到达吸杂场所并在这里被捕获。

此外，根据使用的方法，必须考虑这样一个现象，即，热处理延伸(再 分布)确定吸杂场所的形成的要求(污染种子和晶体缺陷)。

SOI衬底在上述限制下可应用于已知结构的图像传感器。因此，被认 为难以应用多种吸杂技术。

如图16所示，吸杂技术通常分为本征吸杂(IG)方法和非本征吸杂(EG) 方法。

本征吸杂方法是这样一种方法，其中，在硅(Si)衬底中以过饱和状 态(1×10¹⁸cm^-3)存在的氧只在晶片内部被析出以形成吸杂槽(gettering sink)， 例如SiO₂析出物、位错或堆垛层错。氧扩散向晶片表面的外侧以形成无缺 陷区(DZ层)，并在该无缺陷区中形成元件。

非本征吸杂方法包括利用磷(P)的扩散的磷吸杂方法。该方法将通过 使磷(P)杂质扩散至高浓度而形成的失配位错用作吸杂槽。非本征吸杂方 法还包括形成异质膜的方法。该方法将与硅(Si)衬底不同的多晶硅或氮化 硅(Si₃N₄)膜的应力诱发应变用作吸杂槽。

非本征吸杂方法还包括利用离子注入或激光照射的方法。该方法将由 于离子注入或激光照射产生的损害所形成的裂纹、位错或堆垛层错用作吸 杂槽。所谓的碳吸杂就是该方法的一个例子。

非本征吸杂方法还包括盐酸(HCl)吸杂方法。该方法使晶片在含有氯 (Cl)的气态氛围中受到热处理，以将重金属变成挥发性金属氯化物，从 而从晶片去除挥发性金属氯化物。

磷吸杂方法就以下方面而言存在若干问题：以高精度控制失配位错形 成在与有源层分离的区域中的能力，以及热处理期间污染种子的重新分布 以便被适当地捕获。然而，在目前，被认为难以将磷吸杂方法应用于对固 态成像器件的衬底进行吸杂。