[发明专利]固态图像传感器、其制造方法和电子设备

说明书

技术领域

本技术涉及一种固态图像传感器、其制造方法和电子设备，尤其是一种对在制造过程中的未对准具有容忍性并且光电转换的转换效率高的固态图像传感器、其制造方法和电子设备。

背景技术

在使用半导体(Si)的固态图像传感器(图像传感器)中，利用半导体的p-n结的光电二极管(PD)被称作将接收的光转换成电信号的光电转换元件。利用光电二极管的元件安装在多种电子设备中，如数码相机、摄相机、监视相机、复印机和传真机。

近年来，通过包括外围电路的互补金属氧化物半导体(CMOS)过程制造的所谓的CMOS固态图像传感器频繁地用作固态图像传感器。

在这种CMOS固态图像传感器中，读出在每个像素或每行光电二极管中累积的电荷，因此在累积光电荷过程的时间之间发生差异，从而造成当被写体移动时在成像的被写体上产生的失真。为防止被写体的失真，用于在全部像素中同时执行曝光的全局快门功能是必要的。

作为构成全局快门的手段，存在提供机械快门的机械快门方式。这种方式是其中入射到固态图像传感器的光通过机械快门打开和关闭而在全部像素中同时执行曝光的方式。在光电二极管中累积的电荷按与过去的CMOS固态图像传感器相同的方式顺次读出。

然而，在机械快门方式中，机械快门是必要的，因此小型化困难，并且机械驱动限制了快门速度。

因此，为克服机械快门方式的缺点，报道了电气式全局快门方式(例如，专利文献1～3)。在电气式全局快门方式中，在光电二极管中累积的电荷对于全部像素同时和瞬时地传输到电荷累积部，并且在电荷累积部中的累积电荷通过顺次扫描每行而读出。

这里，电荷累积部需要被遮光，以防止在顺次读出累积电荷期间由于光电转换引起的噪音。因此，在全部像素区域中的光电二极管面积由于遮光区域而制成很小。此外，电荷累积部和像素电路单元靠近半导体基板的表面侧配置，存在光电二极管的开口率低的问题。

为克服该缺点，例如，专利文献4提出了一种使用电气式全局快门方式并且利用背面接收光而使得入射到光电二极管的光量不被遮光膜减少的器件。此外，在专利文献4中，通过在靠近背面侧的位置形成兼用作光电转换膜的遮光膜，可防止光入射到电荷累积部，从而防止噪音的发生。

然而，在专利文献4公开的技术中，光电二极管配置在半导体基板的背面侧的顶层面(表面)，因此难于确保光电二极管面积。

因此，例如，专利文献5和6报道了一种通过使光从半导体基板的背面侧入射并且在半导体中埋入光电二极管而使光电二极管面积最大化的技术。

引用文献列表

专利文献

专利文献1：JP 2007-503722T

专利文献2：JP 2006-311515A

专利文献3：JP 2009-268083A

专利文献4：JP 2012-004443A

专利文献5：JP 2005-223084A

专利文献6：JP 2012-164971A

发明内容

技术问题

图1示出专利文献5中记载的CMOS固态图像传感器的像素结构。

图1所示的CMOS固态图像传感器的像素1形成为使得光电二极管3埋入在p-型半导体基板2的基板中。光电二极管3包括在半导体基板2的正面侧的高杂质浓度的p-型半导体区域(p+区域)11和n-型半导体区域12，n-型半导体区域12由与p-型半导体区域11接触的高浓度杂质区域(n+区域)12A和在朝向半导体基板2的背面侧的深度方向上形成的低杂质浓度区域(n区域)12B构成。

然后，在半导体基板2的正面侧，用于将电荷传输到作为浮动扩散区域(FD)的n+区域4的传输晶体管的栅电极5在从基板表面到光电二极管3的深度方向上埋入。栅电极5的外周由栅绝缘膜6覆盖，如二氧化硅膜。

此外，例如，像素隔离区域8和复位晶体管的栅电极9在半导体基板2的正面侧形成。

光电二极管3的p+区域11形成为最大化在光电二极管3中累积的电荷容量，并且杂质浓度比p+区域11更低的p-型半导体区域(p-区域)13在栅电极5附近形成。

在这种像素结构中，在光电二极管3中累积的电荷在栅电极5周围流动，并且当高杂质浓度的p+区域11过于靠近栅电极5时产生电势壁垒，从而在电荷传输中造成麻烦。因此，这种像素结构在光电二极管3的高杂质浓度的p+区域11和栅电极5之间易于未对准，因此必须稀释高杂质浓度的p+区域11的浓度，或者充分远离栅电极5而重新配置p+区域11。然而，这使得光电二极管3的饱和电荷量更小。