[发明专利]固态图像拍摄设备及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及固态图像拍摄设备及其制造方法。

背景技术

图37A至37E的示意图，每一个都示出了现有技术中的后表面照射型 CIS元件的制造方法和结构。

如图37A所示，考虑到相对于可见光区域的光电转换效率，绝缘体上硅 (SOI)衬底160具有经氧化硅层162(BOX层)形成在基部衬底161上的 单晶硅层163。单晶硅层163的厚度为几微米。

接下来，如图37B所示，在单晶硅层163中，形成用于后表面光刻工艺 的对准标记174。然后，在单晶硅层163中，形成光电转换器171、转移栅 极173和周边电路部分(未示出)。

接下来，在单晶硅层163上形成配线层181。配线层181由配线182、 电极焊盘182P以及覆盖配线182和电极焊盘182P的层间绝缘膜183构成。 然后，平坦化层间绝缘膜183的表面。

随后，如图37C所示，支撑衬底164接合到配线层181。作为支撑衬底 164，采用硅衬底，或者可以采用玻璃衬底或树脂衬底。

随后，如图37D所示，通过机械抛光工艺使SOI衬底160的基部衬底 161(由双点虚线表示)变薄。然后，通过执行蚀刻，去除残留的基部衬底 161，并且去除形成SOI衬底160的氧化硅层162(由虚线表示)。

随后，如图37E所示，在配线层181上，从单晶硅层163侧形成开口部 分165。开口部分165在其底部使得用于引出电极的电极焊盘182P暴露在 外面。另外，在光进入光电转换器171的光路上，彩色滤光器191形成在单 晶硅层163上。此外，在彩色滤光器191上，形成微透镜192。微透镜192 将入射光引向光电转换器171。这样，形成了后表面照射型的CMOS成像传 感器的固态图像拍摄设备100。

在固态图像拍摄设备100中，配线层181不反射入射光。因此，与前表 面照射型的CMOS成像传感器相比，可以获得高灵敏度。然而，光电转换 器171与前表面照射型的CMOS成像传感器具有相同的面积，因此与前表 面照射型的CMOS成像传感器提供相同的饱和电荷量。从而，随着像素尺 寸的减少，即随着光电转换器171的面积的减少，变得难于获得足够的饱和 电荷量。此外，由于像素尺寸的减少，放大器晶体管的面积也被迫减少，这 导致噪声增加的问题。

为了克服上述问题，已经提出了这样的结构，其中光电转换器不是形成 在SOI表面上，而是通过利用后表面照射型CMOS成像传感器的特征形成 在衬底中。

例如，如图38所示，已经公开了光电二极管PD(光电转换器)形成在 硅层211中的像素结构。根据设计，在硅层211中形成光电二极管PD防止 光电二极管PD和诸如放大器晶体管AMP的像素晶体管之间的干扰。因此， 可以在像素尺寸上最大化光电二极管PD的尺寸。另外，放大器晶体管AMP 的尺寸也可以增加到从硅层211的表面去除光电二极管PD的程度(例如， 见日本特开第2008-172580号公报)。

然而，为了抑制光电二极管PD和放大器晶体管AMP之间的电干扰， 通过在光电二极管PD中离子注入到约1μm的深度来形成P-N结。在此情 况下离子注入很深的位置造成浓度峰值很宽。从而，难于形成具有陡峭浓度 分布曲线(concentration profile)的结。光电二极管PD的饱和电荷量与P-N 结的浓度分布曲线的陡度成比例。因此，与形成在硅层211表面上的光电二 极管相比，形成在很深位置的光电二极管PD在单位面积上的饱和电荷量相 对很小。从而，从饱和电荷量的角度看，在硅层211中形成光电二极管PD 的效果不是很大。

因为光电转换器(光电二极管)的P-N结通过离子注入形成在硅衬底中 约1μm的深度处，所以存在难于形成具有陡峭浓度分布曲线的P-N结的问 题。

发明内容

考虑到上述情况，希望通过最大化光电转换器(光电二极管)的面积和 放大器晶体管的面积，能够增加饱和电荷量且同时减小噪声，并且形成具有 陡峭浓度分布曲线的光电转换器的P-N结。